CN1171113C - 投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影仪，包括一光源，用以发射光束；一棒形透镜，用以接收来自该光源的光束，使该光束分布均匀；和一偏振光束转换器。该偏振光束转换器带有一透镜部分，用以接收来自该棒形透镜的光束且将其聚焦在多个焦点上，和偏振光束子阵列。该偏振光束子阵列接收含有P波和S波的光束，且使该P波照原样前进，并且在前进之前将该P波转化为该S波。该棒形透镜的使用允许制造出更薄的偏振转换器，且使光线的损失最小。

Description

投影仪

                        技术领域

本发明涉及一种投影仪。

                        背景技术

通过使用投影透镜系统，投影仪将位于投影仪内小显示器上的较小图像放大并投影至一较大尺寸的屏幕上，从而显示出一个尺寸放大的图像。存在一种图像显示在屏幕前面的前置式投影仪，和图像显示在屏幕后面的后置式投影仪。作为后者的一个典型例子，有投影电视。在投影仪中用以显示小图像的小显示器，可以使用LCD(液晶显示器)和DMD(数字微镜装置)等。如图1A和1B中所示，该LCD配置有一个偏振光束转换器，以通过使用线偏振光来显示图像。

为了制造小尺寸的投影仪，并且提高显示在大尺寸屏幕上的大图像的清晰度，就需要制造出更薄的偏振光束转换器，同时使偏振光束转换器的光学损失最小。

图1A和1B示出了相关技术的偏振光束转换器，图2示出了图1A中偏振光束子阵列(sprite array)的操作，图3A和3B示出了图1A中偏振光束子阵列的详图，图4示出了带有一抛物面反射器的一光源，图5示出了带有一椭圆反射器的一光源，图6示出了由图1A中透镜阵列聚焦的光束的光束分布。

参照图1A和1B，该相关技术的偏振光束转换器配置有第一透镜阵列2、第二透镜阵列4和面对该第二透镜阵列4的光输出面的偏振光束子阵列6。

该第一透镜阵列2或第二透镜阵列4将含有纵波(P波)和横波(S波)的白光光束聚焦在多个焦点上。为此，该第一透镜阵列2或第二透镜阵列4具有一个多透镜矩阵。

同时，该偏振光束子阵列6透射“S”波，且将“P”波转化为“S”波，并透射来自该第二透镜阵列4的光束中转化了的“S”波。为此，该偏振光束子阵列6具有偏振光束分界面10和偏振光束反射面12，如图2所示，两者均与光输入面和光输出面相倾斜，半波片8粘附在该光输出面上。

该偏振光束分界面10仅透射P波且反射来自第二透镜阵列4的白光光束中的S波。半波片8将穿过该偏振光束分界面10的P波转化为S波。另一方面，在该偏振光束分界面10处反射的S波在反射面12处被反射。

也即，包含有穿过该偏振光束子阵列6的P波和S波的整个光束被转化为S波。如图3A所示，该偏振光束子阵列6具有相对于其中部14相对称的两个部分。

参照图3A和3B，从光源(未示出)入射至第一透镜阵列2的白色光束相互平行地入射在第一透镜阵列上。为此，相关技术的偏振光束转换器使用了带有一抛物面反射器16的灯18。然而，即使是由该带有抛物面反射器16的灯18发出的白色光束，其依旧含有非平行光束。如图3B所示，该第二透镜阵列4用来补偿由该非平行光束所引起的损失。

该带有抛物面反射器16的灯18的光学效率要差于图5所示的带有椭圆反射器22的灯20。

假定该抛物面反射器16的直径为Dp、椭圆反射器的直径为De，下面将进行详细的说明。带有抛物面反射器16的灯18使光束平行向前，也就是，该抛物面反射器16需要具有一个斜面，以使来自灯18的光束平行向前。

另一方面，带有椭圆反射器22的灯20导引光束，从而使该光束被聚焦在灯34之前的平面上。相应地，该椭圆反射器22需要具有一大于抛物面反射器16的斜面，以将来自灯20的光束聚焦在灯20之前的平面上。也就是说，因为带有椭圆反射器22的灯20能反射更多的光束，所以带有椭圆反射器22的灯20的就具有比带有抛物面反射器16的灯18更高的光学效率。

如果带有椭圆反射器22的灯20和带有抛物面反射器16的灯18具有相同的光学效率，则该椭圆反射器22的直径就可制得小于抛物面反射器16的直径，从而缩减该椭圆反射器22的尺寸。然而，由于相关技术的投影仪需要平行的光束，所以带有椭圆反射器22的灯20也不能在其中使用。因此，相关技术的投影仪在制造更薄的投影仪方面就存在着限制。

而且，在相关技术偏振光束子阵列6的中部没有光束入射在其上。也就是说，来自第一透镜阵列2和第二透镜阵列4的光束入射至对称于其中部14的偏振光束子阵列6上。结果，就没有光束穿过该相关技术偏振光束子阵列6的中部14。相应地，就存在一个问题，即既使是在该偏振光束子阵列6的位置发生些微的变化，该光束的均匀性也会变得更差。

此外，该相关技术的偏振转换器配置有带有多个透镜的透镜阵列。在该透镜阵列的多个透镜之间就存在着光学损耗。然而，如果减小配置在该透镜阵列中透镜的数目，则因为该偏振转换器厚度的相对增加就会使投影仪的生产成本增加。尤其是，由于透镜阵列的对准会明显地影响光的转换效率，所以就需要很多次的精密装配。

除此之外，因为该相关技术的投影仪使用的是平行光束，所以该光束并没有聚焦在一点上。因此，为了使用仅仅一片显示器(也即为了配置一个色盘(color wheel))，就额外需要用于聚焦该光束的一个第一光学系统，和用来再次分散该聚焦光束的一个第二光学系统。相应地，在相关技术中制造更薄的投影仪是比较困难的。

                        发明内容

从而，本发明涉及一种投影仪，其能基本上消除由于相关技术中的限制和不足所产生的一个或多个缺陷。

本发明的一个目的在于提供一种能进行更薄投影仪制造的投影仪。

本发明的另一个目的在于提供能使光学损耗最小的投影仪。

本发明其它的特点和优点将在下面的说明中得到阐述，且一部分从这些说明中是很明显的，或从本发明的实例中可以得出。本发明的目的和其它的优点将尤其通过书面说明和其权利要求及所附的附图被认识和得到。

为了获得这些和其它的优点以及根据本发明的目的，如所具体化和宽泛描述的，该投影仪使用了一棒形透镜，以用来使入射光束分布均匀。该棒形透镜的使用可允许使用带有椭圆反射器的灯，以允许制成薄的投影仪。

在本发明的另一方面，提供了一种投影仪，其包括：光源，用以发射光束；椭圆反射器，用于将发射自光源的光束朝向屏幕反射；棒形透镜，用以接收反射的光束，使该光束分布均匀；照明透镜，用以接收并发散来自该棒形透镜的光束且将其聚焦在多个焦点上；和偏振光束子阵列，具有多个焦点，每个焦点都有偏振光束分离面，用以接收来自照明透镜的含有P波和S波的光束，并且反射所述波中的一种波，且使所述波中的另一种波前进，还具有在使所述波中的另一种波前进的平面上的半波片，用于使被偏振的光束在一个方向上前进，其中偏振光束分离面相对于偏振光束子阵列的中部在上/下方向上对称配置，两个偏振光束分离面在偏振光束子阵列的中部形成了一个三角形的切面。

优选该棒形透镜的光输入面的面积等于或大于光输出面的面积。

此外，优选该透镜部分包括至少一个照明透镜。

优选该投影仪还包括位于该光源和该棒形透镜之间的部件，用以从所述光束中分离至少一种彩色光束。所述部件优选是色盘。

优选该偏振光束子阵列的偏振光束分离面透射该P波且反射该S波，而且半波片粘附在输出S波的平面上并且只透射P波。该偏振光束子阵列的偏振光束分离面透射P波并反射S波，而且半波片粘附到输送P波的平面上并只透射S波。

应当理解，前面的一般性说明和下面的详细说明都是示范性和解释性的，其是对本发明权利要求提供更进一步的解释。

                          附图说明

所附的附图，其是对本发明提供进一步的理解且结合并构成本说明的一部分，描述了本发明的实施例，且在一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1A和1B示出了相关技术的偏振光束转换器；

图2示出了图1A中偏振光束子阵列的操作；

图3A和3B示出了图1A中偏振光束子阵列的详图；

图4示出了带有抛物面反射器的一光源；

图5示出了带有椭圆反射器的一光源；

图6示出了图1A中由透镜阵列聚焦的光束的光束分布；

图7A和7B示出了依照本发明一个优选实施例的偏振光束转化器；

图8示出了图7A中棒形透镜的操作的详图；

图9示出了图7A中由照明透镜聚焦的光束的分布；

图10示出了图7A中偏振光束子阵列操作的详图；

图11示出了一个光学系统的图表，其中设置有一个偏振光束转换器用来在末级提供P波。

                      具体实施方式

现在详细描述本发明的优选实施例，其实例在相应的附图7A-10中示出。

图7A和7B示出了依照本发明一个优选实施例的偏振光束转换器，图8示出了图7A中棒形透镜操作的详图，图9示出了图7A中由照明透镜聚焦的光束的分布，图10示出了图7A中偏振光束子阵列操作的详图。

参照图7A和7B，依照本发明一个优选实施例的投影仪包括：一棒形透镜24、一第一照明透镜26和一用来将来自棒形透镜24的光束聚焦在一特定位置的第二照明透镜28，和一面对第二照明透镜28的光输出面的偏振光束子阵列30。该第一照明透镜26、第二照明透镜28和面对第二照明透镜28光输出面的偏振光束子阵列30构成了一个偏振光束转换器。

在图7A和7B中未说明的附图标记中，32表示了一个反射面，38表示了该第一照明透镜26和第二照明透镜28的中部，40表示该偏振光束子阵列30的中部。

该棒形透镜24使来自一光源的聚焦光束和紧接着的入射光束均匀分布。如图8中所示，来自该光源的光束被聚焦在棒形透镜24的光输入面34上。

入射至棒形透镜24入射面上的光束在棒形透镜24的内部被全反射，从而使光束在棒形透镜24的光输出面处分布均匀。

与此同时，参照图6，入射至偏振光束子阵列30上的光束被分成预制的组。为此，棒形透镜24的光学输出面36需要具有一个面积等同于或小于光学输入面34的区域。

光学输入面区域≥光学输出面区域    (1)

当棒形透镜24的光学输出面36的区域小于光学输入面34的区域时，就提高了光学分离的程度。来自棒形透镜24的光束如图9所示被第一照明透镜26和第二照明透镜28聚焦在多个焦点上。

参照图9，来自第一照明透镜26和第二照明透镜28的光束相对于第一照明透镜26和第二照明透镜28的中部38对称，大量的光束集中在中部38处。从而，就可防止由第一照明透镜26、第二照明透镜28和/或偏振光束子阵列30的细微移动所引起的对光束均匀性的损坏。

与此同时，由于来自第二照明透镜28的光束入射至偏振光束子阵列30的中部40上，则偏振光束子阵列30的中部40就会具有如图10所示的形状。

参照图10，该偏振光束子阵列30的中部40具有偏振光束分离面42和偏振光束反射面，两者均相对于偏振光束子阵列30的光输入面和光输出面倾斜，一半波片32粘附在该偏振光束分离面42的光输出面上。

该偏振光束子阵列30相对于中部40是对称的，两个偏振光束分离面42在中部40内形成了一个三角形的切面。该偏振光束分离面42接收来自第二照明透镜28的白色光束，且仅透射P波而将S波反射。由该偏振光束分离面42透射的P波被半波片32转化为S波并继续前进。另一方面，在该偏振分离面42处被反射的S波在反射面44处被反射，并按原状继续前进。也就是说，穿过该偏振光束子阵列30的含有P波和S波的白色光束被转化成S波。

如所说明的那样，依照本发明一个优选实施例的投影仪中的棒形透镜24需要聚焦的光束入射在其上，可使用图5所示带有椭圆反射器22的灯20。因此，本发明的投影仪具有比带有抛物面反射器16的灯18的投影仪更高的光学效率，其允许制成更薄的投影仪。

此外，可在本发明的棒形透镜24和光源之间额外配置一个色盘。也即，不用添加一光学系统，该色盘可配置在光束被聚焦的棒形透镜24的前方。相应地，本发明的投影仪允许在没有额外的光学系统时能制造更薄的投影仪。

此外，依照本发明一个优选实施例的投影仪，因为光束可通过使用第一照明透镜26和第二照明透镜28而不是使用相关技术投影仪中的透镜阵列来进行聚焦，所以其可防止在相关技术透镜阵列处发生的光损耗。

图11示出了一个光学系统的图表，其中设置有一个偏振光束转换器以在末级提供P波。

参照图11，半波(λ/2)片安装在该偏振光束转换器的部分上，其配置有由该偏振光束转换器30分离的S波，以当P波完整透射穿过该偏振光束转换器时整体上提供P波。

如已经说明的，因为可使用带有椭圆反射器的灯来替代相关技术中带有抛物面反射器的灯，所以本发明的投影仪允许制造更薄的投影仪。同样，可使用带有椭圆反射器的灯、色盘而不需要额外的光学系统。该色盘安装在光源和棒形透镜之间，用来至少分离来自光束的色彩光束。同样，仅使用照明透镜来替代相关技术中的透镜阵列来将光束聚焦在偏振光束子阵列上使光线的损失最小。

对本领域普通技术人员来说，在不偏离本发明的精神和范围下，很显然可以对本发明的投影仪作出各种改进和变形。因此，本发明覆盖了在所附权利要求和其等同物范围内本发明的各种改进和变形。

Claims (7)

1.一种投影仪包括：

光源，用以发射光束；

椭圆反射器，用于将发射自光源的光束朝向屏幕反射；

棒形透镜，用以接收反射的光束，使该光束分布均匀；

照明透镜，用以接收并发散来自该棒形透镜的光束且将其聚焦在多个焦点上；和

偏振光束子阵列，具有多个焦点，每个焦点都有偏振光束分离面，用以接收来自照明透镜的含有P波和S波的光束，并且反射所述波中的一种波，且使所述波中的另一种波前进，还具有在使所述波中的另一种波前进的平面上的半波片，用于使被偏振的光束在一个方向上前进，其中偏振光束分离面相对于偏振光束子阵列的中部在上/下方向上对称配置，两个偏振光束分离面在偏振光束子阵列的中部形成了一个三角形的切面。

2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，该棒形透镜的光输入面的面积等于或大于光输出面的面积。

3.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述照明透镜的数目为至少一个。

4.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，还包括位于该光源和该棒形透镜之间的部件，用以从所述光束中分离至少一种彩色光束。

5.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于，所述部件是色盘。

6.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，该偏振光束子阵列的偏振光束分离面透射该P波且反射该S波。

7.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，该偏振光束子阵列的偏振光束分离面透射P波并反射S波，而且半波片粘附到输送P波的平面上并只透射S波。

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