CN1099048C - 图象投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图象投影仪，该投影仪因依据分光棱镜的角度导致的入射光波长移动的改善而具有优良的色彩纯净度和均匀的亮度分布。其中所提供的图象处理装置包括的主要部件有灯，复眼透镜，R反射分光镜，R液晶光阀，G反射分光镜，G液晶光阀，B液晶光阀，分光棱镜，投影合成图象的投影透镜。另外，在R反射分光镜和反射镜之间设置一个色彩非纯净校正滤光器，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴Z顺时针旋转的方向上形成一个10度的倾角。其结果是屏幕上显示图象的色彩纯净度得以提高，显示图象的亮度也均匀分布。
Description
本发明总体上涉及一种如背向式液晶投影仪这样的图象投影装置，尤其涉及对图象投影装置中投影图象的颜色不均匀性的校正。
在相关的现有背向式液晶投影仪这样的图象投影装置中，穿过液晶光阀的光投射到显示图象的屏幕上。具体的说，就是由金属卤化物灯这样的光源产生包括红(R)、绿(G)和兰(B)颜色成份的照明光。照明光通过分光仪产生红R、绿G和兰B照明光。然后，R、G和B照明光透光它们各自的由红、绿、兰彩色信号驱动的液晶光阀。在透过它们各自液晶光阀的R、G和B照明光利用合成装置合成后，从屏幕的后侧由投影装置投影到屏幕上，在屏幕上形成一个彩色的投影图象。
图1是有关的现有背向式液晶投影仪的典型结构简图。如图所示，灯1辐射的光包括红(R)、绿(G)和兰(B)颜色成份。灯1辐射的光照到充当光学积分器的复眼透镜2和3上。复眼透镜2和3在把聚焦的光束均匀地辐射到液晶光阀之前将灯产生的光束聚焦，如图2所示，图中表示了复眼透镜的操作。
实际上，穿过复眼透镜2和3的R色成份被R色分光镜4和5反射，经过会聚透镜6变成平行光束导向R液晶光阀7，如图1所示。
同样的，透过R色分光镜4的G色成份被G色分光镜8反射，经过会聚透镜9变成平行光束导向G液晶光阀10。
在离开G色分光镜8后，剩下的B色光成份通过转象透镜11，反射镜12和转象透镜13并被反射镜14反射。然后B色成份被会聚透镜15变成平行光束照到B液晶光阀16上。
在由各自的视频信号驱动的R液晶光阀7、G液晶光阀10和B液晶光阀16的每一个当中，光学图象因施加其上的视频信号以不同的透射率形成。R液晶光阀7、G液晶光阀10和B液晶光阀16输出的光通过分光棱镜17合成一个单色光，在G液晶光阀10的位置处实质上形成一个彩色图象。
分光棱镜17是一种由四个矩形棱镜17a、17b、17c、和17d结合而成的棱镜型分光镜。在分光棱镜17内侧的结合面19和20上分别设置多层R反射分光膜和多层B反射分光膜。
由分光棱镜17合成的彩色图象被投影透镜18放大，从后侧透射到屏幕上，图中未示出。
但是，在上述相关的现有结构中，到达分光棱镜17的光有一个预定的入射倾斜，因为光在向分光棱镜17辐射之前已被会聚。例如，图3A是从棱镜17上方看的分光棱镜17的放大图，照射到分光棱镜17上的R光分别与示于图3B中的结合面19的中心、上部和下部的法线形成不同的θ0、θ1、θ2入射角，图3B表示红光入射到分光棱镜17上的入射角。另一方面，照射到图3A中分光棱镜17上的B光分别与示于图3B中的结合面20的中心、上部和下部的法线形成不同的θ0’、θ1’、θ2’入射角，图3C表示兰光入射到分光棱镜17上的入射角。
设置在分光棱镜17内侧结合面19和20上的多层分光膜其每个显示出与入射角的依赖性，也就是光的反射率根据光的入射角而变化。其结果是，当光束以不同的入射角照射到多层分光膜上时，会偶然地产生波长移动，如图3D所示，该图表示分光棱镜17对于S偏振光的特性。正如图3D所示，对于入射角θ0，波长移动到短波，而对于θ1和θ2分别移动到长波侧。至于入射角θ0’，波长移动到短波，而对于入射角θ1’和θ2’分别移动到长波侧。
分光棱镜17中发生的波长移动严重地影响结构中采用分光棱镜17的液晶投影仪的颜色纯净度。例如，当在屏幕上显示红色时，在屏幕的右半侧颜色接近纯红色，而左半侧颜色消退，变成橘红色，如图4A所示，该图为显示屏的前视图。
颜色纯净度的这种衰退对显示的图象的照明分布有影响，图4B中表示的显示屏的亮度分布。如图所示，屏的左半侧与右半侧相比显示出亮度的变化。为此原因，需要通过对屏幕的左半侧插入一个衰减滤光器来使得亮度分布均匀，这又引出一个问题：滤光器会降低液晶投影仪中光的利用率。
作为解决上述问题的一种技术，设置在分光棱镜17内侧结合面19和20上的多层分光膜的厚度根据照射其上的光的入射角而变化。但是这种技术需要分光棱镜17有复杂的结构。另外还带来许多材料上的浪费，因此这种技术从经济上来说不理想。
本发明致力于上述问题的解决。因此，本发明的目的是提供一种具有良好的色彩纯净度和亮度分布的图象投影装置，这是由在现有的图象投影装置中遇到的依赖于分光棱镜和分光镜的角度造成的入射光的波长移动获得改善来得到。
为了解决上述问题，本发明提供的图象投影装置包括：
一个光源；
一个颜色成份分离装置，用于将光源产生的光分成三种颜色的光，即R、G和B光；
三个液晶光阀，用于分别调节由颜色成份分离装置输出的三色光；
一个光合成装置，用于将液晶光阀射出的调制光合成一束光；和
一个投影装置(或投影透镜)，用于把光合成装置合成的图象投影到显示屏上，
图象投影装置的特征在于，至少在通往三个液晶光阀的三条光路的其中之一上设置用于校正屏幕色彩纯净度的色彩纯净度校正滤光器，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴Z、垂直穿过入射光轴X的平面YZ和垂直穿过正交轴Y的平面XZ的交线顺时针或反时针旋转的方向上形成大约10度的倾角。
在本发明提供的图象投影装置中，至少在通往三个液晶光阀的三条光路的其中之一上设置用于校正屏幕色彩纯净度的色彩纯净度校正滤光器，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴Z顺时针或反时针旋转的方向上形成大约10度的倾角。由此消除了入射光波长的移动。其结果是屏幕上显示图象的色彩纯净度得以提高，显示图象的亮度也均匀分布。
以下参考附图对本发明的实施例进行描述：
图1是有关的现有背向式液晶投影仪的基本结构图；
图2是复眼透镜的工作简图；
图3A至3D是现有的分光棱镜所遇问题的释意图；其中：
图3A是从棱镜上方位置看分光镜的放大示图；
图3B是红色光束进入分光棱镜的入射角；
图3C是兰色光束进入分光棱镜的入射角；
图3D是分光棱镜有关S偏振光的特性曲线；
图4A和4B是对在现有的背向式液晶投影仪中由分光棱镜造成的现象的释意图，其中：
图4A是显示屏的前视图；和
图4B是显示屏上的亮度分布；
图5是从装置上方看的本发明提供的图象投影装置第一实施例的俯视图；
图6是本发明提供的色彩纯净度校正滤波器对于红光的特征曲线；
图7是从装置上方看的本发明提供的图象投影装置第二实施例的俯视图；和
图8是从装置上方看的本发明提供的图象投影装置第三实施例的俯视图。
通过以下参考附图对优选实施例的详尽描述，本发明将变得更加清晰。
第一实施例
首先，利用附图5对本发明第一实施例中图象投影装置的结构进行解释。图5是从装置上方看的本发明提供的图象投影装置第一实施例的俯视图。请注意，对于在现有技术中已描述过的部位不再重复叙述，对于现有技术中和本发明的图象投影装置中相同的部件用相同的标号并不再解释。
采用类似于图5中所示正交棱镜的图象投影装置包括灯1，复眼透镜2和3，R反射分光镜4，反射镜5，会聚透镜6，R液晶光阀7，G反射分光镜8，会聚透镜9，G液晶光阀10，转象透镜11和13，反射镜12和14，会聚透镜15和B液晶光阀16。
图象投影装置还设置有一个用作光合成装置的分光棱镜17，将R液晶光阀7、G液晶光阀10和B液晶光阀16输出的光合成，还设置有一个投影透镜18，将分光棱镜17合成的彩色图象投影到在图中没有示出的屏幕上。
本发明提供的图象投影装置配置有色彩不纯校正滤光器100，其特征示于图6中。作为色彩微调滤波器校正合成图象的色彩纯净度的色彩不纯校正滤光器100基本上设置在R反射分光镜4和反射镜5之间，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴Z、垂直穿过入射光轴X的平面YZ和垂直穿过正交轴Y的平面XZ的交线顺时针或反时针旋转的方向上形成大约10度的倾角。
下面描述具有上述结构的图象投影装置的操作。
灯1发出包含R、G和B颜色成份的光束。复眼透镜2和3将灯1发出的光转换成每种颜色可分别被均匀地照射到R、G和B光阀上的光。透过复眼透镜2和3的光的R色成分被R反射分光镜4反射，导向以上述倾斜角度设置的色彩纯净度校正滤光器100。色彩纯净度校正滤波器100是由玻璃或金属制成的分光滤光器，比如是具有几微米数量级厚度并具有优良的透射性的金属薄膜，如利用淀积法制作的TiO2或SiO2，在表面提供均匀的光学性能。
本发明者实验中发现使用按上述方法制成的色彩纯净度校正滤光器100，通过设置色彩纯净度校正滤光器100与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴Z顺时针旋转的方向上形成大约10度的倾角，因图6中所示的色彩纯净度校正滤光器100的特性消除了入射光波长的移动。
这是因为，从图5中图象投影装置上方位置看，色彩纯净度校正滤光器100以顺时针旋转方向10度的倾角θ设置，透过色彩纯净度校正滤光器100的R光经受恰好与以图3中(是现有的背向式液晶投影仪所遇问题的释意图)所示的倾角设置的分光棱镜17上发生的波长移动相反的效果，以致通过色彩纯净度校正滤光器100，图6所示的特性刚好消除入射光波长的移动。其结果是屏幕上显示图象的色彩纯净度得以提高，显示图象的亮度也均匀分布。其余的操作和采用传统技术的现有图象投影装置相同，在此无需重复解释。
第二实施例
第二实施例采用L型棱镜系统代替第一实施例利用的正交棱镜系统。第二实施例通过附图7来讲解。图7是本发明提供的图象投影装置第二实施例的俯视图。
如图中所示，实施本发明的图象投影装置包括灯1，会聚透镜6，R反射分光镜4，反射镜5，R液晶光阀7，G反射分光镜8，G液晶光阀10，B液晶光阀16，反射镜12，黄(Y)反射分光镜21和投影透镜18。
另外，在R反射分光镜4和反射镜5之间设置一个本发明提供的色彩非纯净校正滤光器100，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴反时针旋转的方向上形成一个10度的倾角，方向与第一实施例中采用的色彩非纯净校正滤光器的倾角相对。其结果是屏幕上显示图象的色彩纯净度得以提高，显示图象的亮度也均匀分布。其余的操作和采用传统技术的现有图象投影装置相同，在此无需重复解释。
第三实施例
第三实施例采用了另外一种方式试样的L型棱镜系统。参见附图8对第三实施例进行解释。图8是本发明提供的图象投影装置第三实施例的俯视图。
采用改进式样的L型棱镜系统的图象投影装置如图8所示，包括灯1，转象透镜11和13，R反射分光镜4，反射镜5，会聚透镜6，R液晶光阀7，G反射分光镜8，会聚透镜9，G液晶光阀10，会聚透镜15和B液晶光阀16，反射镜12，黄(Y)反射分光镜21和投影透镜18。
另外，在R反射分光镜4和反射镜5之间设置一个本发明提供的色彩非纯净校正滤光器100，与垂直于入射光轴X的正交轴Y在绕正交轴顺时针旋转的方向上形成一个10度的倾角。其结果是屏幕上显示图象的色彩纯净度得以提高，显示图象的亮度也均匀分布。其余的操作和采用传统技术的现有图象投影装置相同，在此无需重复解释。
在通过参考附图的实施例对本发明进行描述时并不局限在一个限定的意义上。这也就是说，本发明的范围不局限于上述的优选实施例，对实施例可作各种变化和改进。例如，本发明用在上述的背向式液晶投影仪。但应知道本发明当然也可以用于正向液晶投影仪。另外，在把色彩非纯净校正滤光器100插入上述每个实施例的R光路中的同时，也可以根据投影到图象投影装置屏幕上的图象状态把色彩非纯净校正滤光器100插入G或B光路中。毋庸置疑，除上述之外，本发明还可以有多种变化而不必局限于上述的优选实施例。
Claims (9)
1.一种图象投影装置，包括：
一个光源；
一个颜色成份分离装置，用于将光源产生的光分成三种颜色的光，即R、G和B光；
三个液晶光阀，用于分别调节由颜色成份分离装置输出的三色光；
一个光合成装置，用于将液晶光阀射出的调制光合成一束光；和
一个投影装置，用于把光合成装置合成的图象投影到显示屏上，
至少在通往三个液晶光阀的三条光路的其中之一上设置用于校正屏幕色彩纯净度的色彩纯净度校正滤光器，与垂直于入射光轴的正交轴形成一预定的倾角，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器有一个具有优良透射性能的薄膜，如通过淀积法形成的几微米量级厚度的TiO2或SiO2膜。
2.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，采用分光棱镜作为上述的合成装置。
3.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，采用分光镜作为上述的合成装置。
4.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器和正交轴形成的预倾角有一个范围，即从上述正交轴起顺时针或反时针旋转方向上的8～15度的范围。
5.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器和正交轴形成的预倾角为从上述正交轴起顺时针或反时针旋转方向上的10度。
6.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器是一个校正颜色纯净度的颜色微调滤光器。
7.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器在其表面有均匀的光学特性。
8.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述色彩纯净度校正滤光器由玻璃或金属制造。
9.根据权利要求1所述的图象投影装置，其特征在于，上述装置是背向式液晶投影仪。
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