CN101065975A

CN101065975A - 小型化投影显示器

Info

Publication number: CN101065975A
Application number: CNA2005800409050A
Authority: CN
Inventors: M·P·C·M·克里津; B·A·索泰斯; O·H·威廉森
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-10-31

Abstract

公开了一种投影装置。所述投影装置包括：每者产生已知波长的光的多个LED(202，204，206)，与每一所述LED相关的、接收来自每一所述LED的光的光路，每一光路包括1/4波长延迟器(213，223，233)，为施加于其上的光提供已知方向的取向的第一光学选择装置(243，253，263)，所述第一个选择装置还反射取向不位于所述已知方向内的光，LCD屏板(232，234，236)，以及用于向施加于其上的光提供与所述第一已知方向基本正交的取向的第二光学选择装置(245，255，265)，以及与每一所述光路连通的，用于重新组合从每一所述光路接收的光的再组合立方体(240)，其中，从所述至少一个光路接收的光的取向与从其余光路接收的光的取向基本正交。

Description

小型化投影显示器

技术领域

本申请涉及光学投影装置领域，更具体而言，涉及小型化投影显示器。

背景技术

最近，在提高发光二极管(LED)的亮度方面取得了很大进展。因此，可以预期LED将具有充足的亮度，并且价格足够低廉，以充当正面和背面投影显示器中的光源。这些新的、更亮的LED将适用于具有大色域和高对比度的高质量视频的投影。LED的使用还将实现针对便携式应用的正面投影显示器。

因此，业内需要一种结合有现有LED技术的投影装置。

发明内容

公开了一种投影装置。所述投影装置包括：用于产生已知波长的光的多个LED，与每一所述LED相关的、用于接收来自每一所述LED的光的光路，每一光路包括：1/4波长延迟器，第一光学选择装置，其允许施加于其上的光中满足已知要求的光，例如具有正确的偏振的光通过，所述第一光学选择装置还反射取向不位于所述已知方向内的光，以及第二光学选择装置，其向施加于其上的光提供与所述第一已知方向基本正交的取向，以及相互连通的LCD屏板和再组合立方体，其中，从至少一个光路接收的光的取向基本正交于从其他光路接收的光的取向。

附图说明

图1示出了常规HTPS(高温多晶硅)投影装置的示意图；

图2示出了根据本发明的原理的便携式投影装置的示范性实施例的截面图；

图3示出了图2所示的投影装置的分解图；以及

图4示出了根据本发明的原理的便携式投影装置的第二示范性实施例的截面图。

具体实施方式

应当理解，这些附图的作用仅在于对本发明的原理举例说明，而不是意在限定本发明的范围。采用这里的附图所示的以及在所附的具体实施方式中描述的实施例作为示范性实施例，而不应将其视作实践本发明的唯一方式。并且，采用相同的附图标记表示类似的元件，其中，可能在适当的情况下对所述参考数字附以参考符号。

图1示出了以UHP灯(未示出)作为光源的常规3屏板HTPS投影仪100。在这一常规投影仪中，通过位于灯(未示出)和第一二向色滤光器120之间的两个蝇眼(fly-eye)透镜110混合，即合并来自气体放电灯(未示出)的由光线102表示的光。二向色滤光器120将所述光划分为蓝色和红色+绿色组成部分，其中，使蓝光朝向反射镜155反射。使红色+绿色成分朝向透镜125透射。之后，二向色反射镜125将分割红色+绿色光成分，其中，使绿光朝向X立方体140反射，使红光朝向反射镜130透射。采用二向色或普通平反射镜125、130和155将三个光谱光部分中的每者引导至对应的透射型微显示器液晶屏150。微显示器液晶屏150通常以高温多晶硅型为基础。其他用于透镜装置的技术包括1屏板LCos(硅上液晶)和1屏板DMD(数字微反射镜装置)。

在穿越所述屏板之后，通过包括二向色滤光器140和145的再组合立方体使三个光谱部分重新结合。将作为光学选择装置的偏振器或检偏器置于屏板的正面或后面，从而尽量选择具有界定良好的偏振态的光。偏振器和检偏器实质上是相同的部件，其特性在于，在理想情况下对具有已知偏振方向的光，例如，水平方向的光是100％透明的，同时100％阻挡或反射具有正交偏振方向的光，例如垂直光。屏板150前面的偏振器确保只有已知偏振方向的光抵达LCD屏板。因而，只有来自被视为“开启”的像素的光可以通过所述偏振器或检偏器，并继续传输至投影屏幕。更具体地说，LCD屏板通过以像素为单位有选择地改变偏振方向而工作。因此，处于亮态的像素将改变偏振方向，而处于暗态的像素则不改变偏振方向。如果提供只有一个偏振方向的光束，那么修改LCD屏板之后的“输出光”，从而使检偏器现在只阻挡来自“暗像素”的光。使来自“亮像素”的光通过，并投射到屏幕上。

图2示出了本发明的第一示范性实施例。在这一示范性3屏板系统中，三个独立的光源202、204和206具有不相耦合的光路。在优选实施例中，光源202、204和206为发光二极管(LED)，每者产生已知波长的光。所产生的光优选与光色波长红、绿、蓝有关。

由相关准直器212、214和216收集由LED 202、204和206产生的光，并使其准直。准直器212、214和216可以具有复合抛物面集中器(CPC)或其他类似集中器的形式，以尽可能地收集由相应LED产生的光，并使其聚焦。在图2所示的任选实施例中，将积分器222、224和226结合到光路当中，从而利用其确保由相关LED 202、204和206生成的光对屏板232、234和236的基本均匀的照射。积分器222、224和226可以是通过全内反射(TIR)传输光的玻璃或塑料(例如，PMMA)杆，或者是具有反射侧壁的空心通道。其可以是直的，或者具有锥体形状。应当认识到，在这一任选实施例中，积分器越长，对相应屏板的照射就越均匀。

屏板232、234和236位于相应积分器的末端，用于形成投射到屏幕上的图像。由于LCD屏板是通过有选择地阻挡光来工作的，因此由投射到屏板上的光的均匀性决定全白画面在屏幕上的均匀性。如图所示，采用棱镜242和246作为引导装置，从而将光202和206分别引导至对应的屏板232和236上。

采用再组合立方体240将三个独立屏板的图像结合为通过投影透镜250投射的单个彩色图像。

图3示出了图2所示的投影仪的分解图，其用于更为清晰地说明本发明中增加传输至再组合立方体240的光的原理。一般来讲，偏振器吸收一半的光，因为由光源发出的光是无偏振的。在本发明的实施例中，在准直器和积分器之间设置与反射偏振器结合的宽带1/4波长延迟器对于增加传输至再组合立方体240的光是有利的。

更具体地说，在图示的任选实施例中，参考与LED 202相关的光路，在LED 212和积分器222之间采用与反射偏振器218结合的宽带1/4波长延迟器213。在这种情况下，偏振器218透射水平偏振光(由附图所在平面内的箭头方向所示)，将非水平偏振光，例如垂直偏振光，反射回光源202。由于反射光两次穿过1/4波长延迟器213，因而其偏振方向发生了改变，从而使所述光能够穿过反射偏振器214。通过这种方式，能够重复利用所述光的大约25个百分点(25％)，否则这部分光将损失掉。理想情况下，反射偏振器218没有吸收损耗。例如，可以采用3M Company生产的Vikuiti^TM DBEF(双重亮度增强片)作为图示的反射偏振器。

图中还示出了棱镜242，其用于将所述偏振光引导至偏振器243，其具有与偏振器218相同的偏振，并且基本允许所述光100％地透射到屏板232上。之后，将穿过屏板232的光提供至检偏器245，检偏器245的偏振方向与偏振器243的偏振方向正交。由大圈里面套小圈表示偏振器245的正交偏振，其表示与附图所在平面垂直的偏振。因此，在这一图示的情况下，在施加至再组合立方体240时，由LED 202发出的光垂直偏振。

本领域技术人员将认识到，由LED 206发出的光所穿越的光路与相对于由LED 202发出的光描述的光路类似，因而不再对其详细说明。

就从LED 204发出的光而言，将所述光施加至1/4波长延迟器223以及垂直偏振器228和263。之后，将所述垂直偏振光施加至LCD234，进而施加至水平偏振器265。因此，将水平偏振光施加至了再组合立方体240。

为了紧凑起见，可以通过光学粘合剂将所述光学部件组合起来，或者使其通过流体耦合，所述流体的折射率与所述光学部件的折射率紧密匹配。可以认识到，棱镜242、246表现出了高折射率(例如，SF1玻璃，n＝1.72)，以确保所有进入棱镜的光均通过TIR反射，而不会泄漏出来。另一方面，棱镜242和246可以是与用来反射光的介质反射镜结合的低折射率玻璃。

图4示出了本发明的第二示范性实施例。在这一示范性实施例中，光源202、204和206基本位于再组合立方体240的前向平面内。在这种情况下，通过添加棱镜405和415使来自光源204的光朝再组合立方体240定向(重定向)。本发明的这一实施例的操作与参考图3描述的实施例的操作的类似之处在于，将水平偏振光提供给LCD234，而将垂直偏振光提供给LCD 232和236，这里不必再对其详细讨论。

尽管未示出，但是应当认识到，可以将匹配的偏振装置(例如，218、243)置于准直器222的同一侧。在这种情况下，单个偏振器提供了双重功能：(1)仅令具有正确的偏振方向的光朝向LCD屏板232透射，(2)反射“其他光”，其目的在于对所述光循环利用。

尽管已经图示、描述、强调了应用于本发明的优选实施例当中的、本发明的根本新颖特征，但是应当理解，在不背离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以在所公开的装置的形式和细节方面，乃至其操作方面对所描述的设备做出各种省略、替换和修改。例如，尽管已经相对于水平和垂直偏振描述了本发明，但是本领域技术人员公知，可以分别采用垂直和水平偏振。因此，这里明确指出，以基本相同的方式执行基本相同的功能，以获取相同的结果的元件的所有组合均落在本发明的范围内。将所描述的某一实施例的元件替换到另一实施例中也完全是本发明的目的，也为本发明所构思。

Claims

1、一种投影装置，包括：

多个LED(202，204，206)，每个产生已知波长的光；

与每一所述LED相关的、用于接收来自每一所述LED的光的光路，每一光路包括：

1/4波长延迟器(213，223，233)；

第一光学选择装置(243，253，263)，其为施加于其上的光提供已知方向的取向，所述第一光学选择装置还反射取向不位于所述已知方向的光；

LCD屏板(232，234，236)；以及

第二光学选择装置(245，255，265)，其方向基本与所述第一方向正交；以及

与所述光路中的每者连通的再组合立方体(240)，其用于重新组合从每一所述光路接收的光，其中，从至少一个光路接收的光的取向与从其余光路接收的光的取向基本正交。

2、根据权利要求1所述的投影装置，还包括位于相关LED(202，204，206)和光路之间的准直器(212，214，216)。

3、根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述光路还包括积分器(222，224，226)。

4、根据权利要求3所述的投影装置，其中，所述积分器位于所述1/4波长延迟器和所述第一光学取向装置之间。

5、根据权利要求3所述的投影装置，其中，所述积分器位于所述第一光学选择装置和所述LCD屏板之间。

6、根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述光路中的选定光路还包括位于所述LED和所述LCD屏板之间的导向装置(242，252)，其用于使光朝向相关的屏板定向。

7、根据权利要求6所述的投影装置，其中，所述导向装置(242，252)选自下述集合：具有高折射率的棱镜和具有低折射率玻璃的棱镜与介质反射镜的组合。

8、根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述LED选自由红色、绿色和蓝色LED构成的集合。

9、根据权利要求1所述的投影装置，还包括位于所述第一和第二光学取向装置之间的第三光学选择装置(218，228，238)，其用于提供与所述第一光学取向装置基本相同的光学取向。

10、一种投影装置，包括：

红色、蓝色和绿色LED(202，206，204)；

与所述红色和蓝色LED中的每个相关的光路，所述光路包括：

1/4波长延迟器(213，233)；

第一光学选择装置(243，253)，其用于向施加于其上的光提供第一取向；

导向装置(242，252)；

第二光学选择装置(245，255)，其为施加于其上的光提供与所述第一取向基本正交的第二取向；

与所述绿色LED相关的光路，所述光路包括：

1/4波长延迟器(223)；

向施加于其上的光提供第二取向的光学选择装置(263)；

向施加于其上的光提供第一取向的光学选择装置(265)；以及

与每一所述光路相关的LCD屏板(232，234，236)；以及

与每一所述LCD屏板连通的再组合装置(240)。

11、根据权利要求10所述的投影装置，还包括：

位于每一所述光路中的准直器(212，214，216)。

12、根据权利要求10所述的投影装置，还包括位于每一所述光路中的积分器(222，224，226)。

13、根据权利要求10所述的投影装置，其中，每一所述光路还包括第三光学选择装置(218，228，238)，其用于为施加于其上的光提供与所述第一光学选择装置的取向基本类似的取向。

14、根据权利要求10所述的投影装置，其中，与所述绿光相关的光路还包括导向装置(405，415)。

15、一种用于提供包括红色、蓝色和绿色LED(202，206，204)的小型化投影装置的方法，所述方法包括的步骤有：

为所述红色LED提供第一光路，为所述蓝色LED提供第二光路，其中，每一光路包括：

用于延迟施加于其上的光的1/4波长延迟器(213，233)；

导向装置(242，252)，其用于改变所述光路中的光的方向；

第二光学选择装置(245，255)，其为施加于其上的光提供第二取向，所述第二取向与所述第一取向基本正交；

提供与所述绿色LED相关的光路，其中，所述光路包括：

1/4波长延迟器(223)；

向施加于其上的光提供第二取向的光学选择装置(263)；

向施加于其上的光提供第一取向的光学选择装置(265)；以及

为每一所述光路提供LCD屏板(232，234，236)；以及

与每一所述LCD屏板连通的再组合装置(240)。

16、根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

为每一所述光路提供准直器(212，214，216)。

17、根据权利要求150所述的方法，还包括以下步骤：

为每一所述光路提供积分器(222，224，226)。

18、根据权利要求15所述的方法，其中，每一所述光路还包括以下步骤：

提供第三光学选择装置(218，228，238)，其用于为施加于其上的光与所述第一光学选择装置基本类似的。

19、根据权利要求15所述的方法，其中，与所述绿光相关的光路还包括以下步骤：

提供导向装置(405，415)。