CN1362633A - 投影仪 - Google Patents

Abstract

提供一种投影仪,它包括:光源;将来自光源的光束分离成两种或两种以上光束的彩色转盘;使来自彩色转盘的彩色光束的分布均匀的棒形透镜;将该彩色光束转换成特定偏振光的偏振转换器;将转换成特定偏振光的彩色光束进行聚焦的光学系统;转换已聚焦的彩色光束中的特定偏振彩色光束的彩色选择盘;根据视频信号反射来自彩色选择盘的以形成图像光束的两个显示器;将已在彩色选择盘处进行偏振转换的特定彩色光束提供给其中一个显示器的偏振光分光棱镜,而其它颜色的彩色光束则提供给另一个显示器;和放大和投影该图像光束的投影透镜。

Description

投影仪

                      技术领域

本发明涉及一种投影仪。

                      背景技术

投影仪通过透镜系统将投影仪内的小显示器上的小的图象放大和投影到大屏幕上，以显示出大的图像。图像显示在屏幕前面的称作前投影型，图像显示在屏幕后面的称作背投影型。投影电视是后一种型式的代表。可以采用LCD(液晶显示器)和DMD(数字式微反射镜器件等)作为显示小图象的投影仪中的小显示器。LCD带有偏振光转换器以便用线偏振光显示图像。图1示出了这一现有投影仪。

参见图1，这一现有投影仪具有：一发射光束的灯1、一反射光束到灯1的前面的抛物面反射器2、一透射‘S’光波并将‘P’光波转换成‘S’光波以及透射来自抛物面反射器2的光束中的转换的‘S’光波的偏振光转换器、用于聚焦在偏振光转换器上被偏振成特定偏振光的光束的第一到第三照明透镜10、12和14、一用于只透射来自第三照明透镜14的光束中的特定光彩色开关16、一用于将来自彩色开关16的彩色光提供给显示器22且将在显示器22上反射的光提供给投影透镜20的偏振光分光棱镜18、一用于响应一视频信号通过反射来自偏振光分光棱镜18的彩色光来显示图像的显示器22、和一用于放大来自显示器22的图像的光束并投影到一定距离的投影透镜20。

来自灯1的光束由一抛物面反射器2投向偏振光转换器。偏振光转换器透射S波并转换和透射来自抛物面反射器2的光束中的P波。

为此，偏振光转换器带有一第一透镜阵列4、第二透镜阵列6和面向第二透镜阵列6的光出射面的偏振光分光阵列8。第一透镜阵列4或第二透镜阵列6将包括P波和S波的光束聚焦到多个焦点。

为此，第一或第二透镜阵列4或6具有多个透镜的阵列。偏振光分光阵列8透射‘S’波并把P波转换成S波且透射该转换了的S波，它们都来自第二透镜阵列6。为此，偏振光分光阵列8设置有偏振光分束面24和反射面26，和连接到偏振光分束面24的光输出面的半波板28，如图2所示。

偏振光分束面24只透射P波和反射来自第二透镜阵列6的白光中的S波。经偏振光分束面透射的P波被半波板28转换成S波。另一方面，在偏振光分束面24处反射的S波在反射面26处被反射。

也就是说，包括通过偏振光分光阵列8的P波和S波在内的全部光束都转换成了S波。在偏振光转换器处被转换成S波的光束连续地通过第一到第三照明透镜10、12和14。第一到第三照明透镜10、12和14将转换成S波的光束聚焦到彩色开关16上。

彩色开关16连续地分离红、绿和蓝色使得每一个显示单元都具有红、绿和蓝色。为此，彩色开关16根据施加的电压信号的变化来滤去某一特定颜色的光。在这一情况下，通过彩色开关16的彩色光被从S波转换成P波，并投射到偏振光分光棱镜18。从彩色开关16到偏振光分光棱镜18的P波彩色光透过分束面30并投向显示器22。

显示器22根据视频信号反射经偏振光分光棱镜18透射的P波彩色光，以产生具有图像信息的图像光束。在这一情况下，如图3A所示，当没有电信号施加到其上时，在显示器22处所反射的P波彩色光被转换成S波。

在显示器22处被转换成S波的图像光束在偏振光分光棱镜18的分束面30处被反射，并透射向投影透镜20。为此，偏振光分光棱镜18的分束面30透射P波，并如图4A和4B所示地反射S波。因此，偏振光分光棱镜18透射来自彩色开关16的P波，并朝向投影透镜20反射来自显示器22的S波。投影透镜20放大来自偏振光分光棱镜18的图像光束，并投影到隔开一定距离的屏幕上。

同时，如图3B所示，显示器22根据其上是否施加了电信号透射来自偏振光分光棱镜18的P波。因此，在电信号施加到显示器22上时，没有光束入射到投影透镜20上。投影透镜20放大来自偏振光分光棱镜18的图像光束，并从那儿投影到隔开一定距离的屏幕上。

但是，现有投影仪中的将光束分离成彩色光的彩色开关16具有因光透射性能差引起光效率下降。可用彩色转盘代替彩色开关16。

但是，为了在现有投影仪中使用彩色转盘，需要会聚光束的光学系统和发散光束的光学系统。而且，现有投影仪中偏振光转换器需要具有多个透镜的透镜阵列4、6。

但是，具有多个透镜的透镜阵列4或6在透镜之间带有光损耗。为了减少光损耗可以减少透镜阵列4或6中的透镜的数目，但因增加了偏振阵列的厚度而增加了成本。而且，由于光学转换效率极大地依赖于透镜阵列4和6的校准，而使投影仪的装配耗时间很多。

除此之外，现有投影仪具有向偏振光转换器提供平行光的带抛物面反射器2的灯。带抛物面反射器2的灯的光效率比带图5所示的带椭圆反射器32的灯34更低。

为了进行详细解释，假定抛物面反射器2的直径为Dp而椭圆反射器的直径为De。带抛物面反射器2的灯1向前平行地投射光束，即，抛物面反射器2需要有一个用于使来自灯1的光束向前平行地投射的斜度。

另一方面，带椭圆反射器32的灯34投射光束以使光束聚焦到灯34前面的平面上。因此，椭圆反射器32需要有一个比抛物面反射器3的斜度更大的斜度，以便来自灯34的光束聚焦到灯34前面的平面上。也就是说，由于带椭圆反射器32的灯34能反射更多的光线，所以带椭圆反射器32的灯34的光效率比带抛物面反射器2的灯1更高。

如果带椭圆反射器32的灯34和带抛物面反射器2的灯1具有同样的光效率，则椭圆反射器32的直径可以比抛物面反射器2的直径小，从而缩小了椭圆反射器32的尺寸。但是，由于现有偏振光转换器需要平行光，所以不能使用带椭圆反射器32的灯34。

因此，现有投影仪限制了更薄投影仪的制作。而且，由于现有投影仪从光束中分离红、绿和蓝色光，只有1/3范围的光量能被使用。为了增加这种不足的光量，而需要加宽光波带，但加宽的光波带会使色彩的纯度降低。

而且，众所周知，现有投影仪的光源的光谱分布主要红光量不足。然而，现有投影仪没有办法来补偿不足的特定光，特别是红光。

                        发明内容

因此，本发明是以基本上消除投影仪中因现有技术的限制或不足而带来的一个或更多问题为目的。

本发明的目的是提供一种能改进色彩纯度和光效率的投影仪。

本发明的另一目的是提供一种可制造薄投影仪的投影仪。

本发明的其它特征和优点将在下面的说明中进行阐述，一部分将由下面的说明来了解，或者可通过本发明的实践来得知。本发明的目的和其它优点将通过所写的说明书和其权利要求书以及附图中特别指明的结构来实现和获得。

为了实现这些和其它的优点并根据本发明的目的，进行更具体而广泛的描述，本发明的投影仪包括：一个光源、一个用于把来自光源的光束分离成两种或更多种颜色光的彩色转盘、一个使来自彩色转盘的彩色光分布均匀的棒形透镜、一个用于将彩色光转换成特定偏振光的偏振光转换器、一个用于聚焦转换成特定偏振光的彩色光的光学系统、一个用于转换被聚焦的彩色光中的特定偏振彩色光的彩色选择盘、一个用于根据视频信号反射来自彩色选择盘的彩色光束以形成不同的图像光束的第一显示器和一个第二显示器、一个用于给第一显示器提供已在彩色选择盘处进行偏振转换的特定彩色光束且将其它颜色的彩色光束提供给第二显示器的偏振光分光棱镜、和一用于放大并投影图像光束的投影透镜。

应该提出的是，前面的一般性描述和后面的详细说明都只是示例性地解释，并准备对本发明的权利要求书提供更详细的说明。

                        附图说明

附图给本发明提供更进一步的理解并构成了本说明书的一部分，本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是现有投影仪的简图；

图2示出了图1的投影仪中的偏振光分光阵列的工作简图；

图3A和3B示出了图1的投影仪的工作简图；

图4A和4B示出了图1的投影仪中的偏振光分光棱镜的工作简图；

图5示出了带有抛物面反射器的灯的简图；

图6示出了根据本发明的第一个优选实施例的投影仪的简图；

图7示出了图6的投影仪中的圆柱形彩色转盘的简图；

图8示出了用图6的投影仪中的照明透镜聚焦的光的分布图；

图9示出了图6的投影仪中的偏振光分光棱镜的中央部分的简图；

图10示出了根据本发明的第二个优选实施例的投影仪的简图；

图11示出了图10的投影仪中的盘形的彩色转盘的简图；

图12示出了根据本发明的第三个优选实施例的投影仪的简图；和

图13示出了根据本发明的第四个优选实施例的投影仪的简图。

                   具体实施方式

现在将对本发明的优选实施例进行详细的说明，这些示例都图示在附图6-13中。

图6显示了根据本发明第一优选实施例的投影仪的简图。

参见图6，根据本发明的第一个优选实施例的投影仪包括：发射光的灯36、将光反射到灯36前面的椭圆反射器38、透射光束中的特定彩色光束的圆柱形彩色转盘40、偏转通过了圆柱形彩色转盘40的彩色光束的光路的反射镜42、使来自反射镜的彩色光束的分布均匀的棒形透镜44、用于将来自棒形透镜44的彩色光束转换成特定偏振光的偏振光转换器、用于聚焦在偏振光转换器处被转换成特定偏振光的彩色光的第一照明透镜52、用于转换在包括来自第三照明透镜52的彩色光中需加强的色彩的偏振光分量的彩色选择盘60、用于给第一显示器56提供具有在彩色选择盘60处转换的偏振光组分的彩色光且将没有被转换成偏振光组分的彩色光提供给第二显示器57的偏振光分光棱镜54。

第一显示器56和第二显示器57根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜54的彩色光，以显示图像。

同时，投影仪包括用于放大来自第一显示器56和第二显示器57的图像光束的投影透镜58，并将它投影到隔开一定距离的屏幕上。

下面将详细描述本发明的投影仪的工作过程。

来自灯36的光束被椭圆反射器38聚焦到圆柱形彩色转盘40上。当圆柱形彩色转盘40由电机41的驱动力转动时，圆柱形彩色转盘40相继地透射黄色(R+G)和品红色(R+B)的彩色光。

参见图7，为此，圆柱形彩色转盘40具有一黄色滤光片62和品红色滤光片64。在黄色滤光片62由电机41的驱动力转动时只透射入射到其上的光束中的黄色光。另一方面，在品红色滤光片64由电机41的驱动力转动时只透射入射到其上的光束中的品红光。

已在圆柱形彩色转盘40处被分色的光在反射镜42处被全部反射，并投射到棒形透镜44。棒形透镜44使光均匀以便光均匀地分布到屏幕上。也就是说，进入到棒形透镜44的光束的分布通过棒形透镜44内的全反射变均匀。

同时，偏振光转换器将来自棒形透镜44的光束转换成特定的偏振光，并透射该特定的偏振光。为此，偏振光转换器包括第二照明透镜46和在特定位置聚焦来自棒形透镜44的光束的第三照明透镜48，和面向第三照明透镜48的光学出射面的偏振光分光阵列50。

参见图8，第二照明透镜46和第三照明透镜48将来自棒形透镜44的光束聚焦到多个点上。为了用第二照明透镜46和第三照明透镜48将光束聚焦到多个点上，  棒形透镜44的光学出射面的面积需如下面的不等式(1)所示的等于或小于光入射面的面积。

光入射面的面积≥光出射面的面积    ---------------(1)

如棒形透镜44的光学出射面的面积小于入射面的面积，则可改进所分离的光束的程度。用第二照明透镜46和第三照明透镜48聚焦到多个点上的光束被投向偏振光分光阵列50。该偏振光分光阵列50将来自第三照明透镜48的光束转换成特定的偏振光并使之向前。偏振光分光阵列50将包括有P波和S波的光束的偏振方向转换成如图2所示的S波。

来自第三照明透镜48的光束会聚到如图8所示的中心部分。最终，形成三角形部分的两个偏振面68如图9所示地形成在偏振光分光阵列50的中心部分。

在偏振光分光阵列50上被转换成S波的光束由第一照明透镜52投向彩色选择盘60。该彩色选择盘60将彩色光中的红色光转换成P偏振光。为此，选择彩色选择盘60作为红色选择盘60将红色光转换成P偏振光。

例如，如果黄色(R+G)光是从第一照明透镜52接收到的，则彩色选择盘60将黄光中的红偏振光转换成P波。在这一情况下，黄光中的绿偏振光没有被转换，而以S波向前。

如果品红色(R+B)光是从第一照明透镜52接收到的，则彩色选择盘60将品红光(R+B)中的红偏振光转换成P波。在这一情况下，品红光中的蓝偏振光没有被转换，而以S波向前。

来自彩色选择盘60的光束被投向偏振光分光棱镜54。偏振光分光棱镜54将来自彩色选择盘60的光中的红色光提供给第一显示器56，而把除红色光之外的其它颜色的光提供给第二显示器57。为此，分束面55透射P波且反射S波。

第一显示器56根据红色视频信号反射P波红色光束，以产生带有图像信息的图像光束。在这一情况下，被第一显示器反射的P光被转换成S波。在第一显示器56上转换成S波的图像光束在分束面55上被反射，并投向投影透镜58。

第二显示器56根据绿色或蓝色视频信号反射绿色或蓝色光的S波，以产生带有图像信息的图像光。在这一情况下，在第二显示器56处被反射的S波被转换成P波。在第二显示器56处转换成P波的图像光束透过分束面55，并投向投影透镜58。投影透镜58放大来自偏振光分光棱镜54的图像光束，并将其投射到隔开一定距离的屏幕上。

图10示出了本发明的第二个优选实施例的投影仪的简图。

在本发明的第二个优选实施例的投影仪中用图10所示的盘形彩色转盘70来替代图6中的圆柱形彩色转盘。盘形彩色转盘70连续透射黄色(R+G)光束和品红色(R+B)光束。

为此，参见图11，盘形彩色转盘70包括一个黄色滤光片74和一红色滤光片76。黄色滤光片74在用电机72的驱动力转动时只透射入射光中的黄色光。品红色滤光片76在用电机72的驱动力转动时只透射入射光中的品红色光。由于与第一个实施例的工作过程相同故略去其它工作过程的说明。

图12示出了本发明的第三个优选实施例的投影仪的简图。

参见图12，本发明的第三个优选实施例的投影仪包括一个位于彩色选择盘60和照明透镜52之间的偏振盘80。偏振盘80只透射来自第一照明透镜52的光束中的特定的偏振光束。也就是说，偏振盘80去除在照明系统处没被转换成偏振光束的杂光。在偏振盘80上的杂光的去除改进了投影仪的对比度。

图13示出了本发明的第四个优选实施例的投影仪的简图。

参见图13，本发明的第四个优选实施例的投影仪包括一个位于偏振光分光棱镜54和第一显示器56之间的1/4波片82，和位于偏振光分光棱镜54和第二显示器57之间的1/4波片84。因此，防止了从偏振光分光棱镜54投向第一显示器56和第二显示器57的偏振光分量的改变，提高了对比度。

如需要将光束会聚到本发明的实施例中的棒形透镜上，可使用椭圆反射器。因此，本发明投影仪的光效率比现有的投影仪高，并且比现有投影仪制作得薄。

通过提供两个显示器补充光量中缺少的红光的光量提高了色彩的纯度，可以增加现有投影仪中所缺少的红光量。由于只使用了照明透镜而没使用透镜阵列，所以减少了光损耗，在彩色转盘上只分裂出两种颜色，提高了光效率。

显然，在不脱离本发明精神或范围内，本领域普通技术人员可以对发明的投影仪进行各种变型和改变。因此本发明的保护范围应覆盖 书及其等效物的各种变型和改变。

Claims (32)

1.一种投影仪，其特征在于，包括：

发射光束的光源；

将光束分离成两种或两种以上彩色光束的彩色转盘；

使来自该彩色转盘的彩色光束的分布均匀的棒形透镜；

将来自该棒形透镜的彩色光束转换成特定偏振光束的偏振光转换器；

将转换成特定偏振光束的彩色光束进行聚焦的光学部件；

接收来自光学部件的彩色光束并转换彩色光束中的特定偏振彩色光束的彩色选择盘；

传送在彩色选择盘上已进行偏振转换的特定彩色光束和通过不同的光路其它颜色的彩色光束的偏振光分光棱镜；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的特定彩色光束以产生图像光束的第一显示器；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的除特定彩色光束之外的颜色的彩色光束以产生图像光束的第二显示器；和

放大和投影该图像光束的投影透镜。

2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：所述彩色转盘为圆柱形彩色转盘。

3.如权利要求2所述的投影仪，其特征在于所述圆柱形彩色转盘包括以圆柱形集成到其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

4.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：所述彩色转盘为盘形彩色转盘。

5.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于所述盘形彩色转盘包括以盘形集成到其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

6.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：所述彩色选择盘转换包括黄色和品红色的红色偏振光。

7.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：向所述第一显示器提供一红色视频信号，向所述第二显示器相继地提供一绿色和蓝色视频信号。

8.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：所述棒形透镜的光入射面的面积大于或等于光出射面的面积。

9.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：来自所述第一显示器和第二显示器的图像光束通过偏振光分光棱镜提供给所述投影透镜。

10.如权利要求1所述的投影仪，还包括：

向灯前面反射光束的椭圆反射器；和

使通过所述圆柱形彩色转盘的彩色光束的光路朝所述棒形透镜偏转的反射镜。

11.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述偏振光转换器包括：

在特定位置处聚焦来自棒形透镜的光束的第二照明透镜、和第三照明透镜，以及

面向第三照明透镜的光出射面并用于将光束从第三照明透镜转换成特定偏振光的偏振光分光阵列。

12.如权利要求11所述的投影仪，其特征在于：所述偏振光分光阵列将包括P波和S波的光束的偏振转换成S波。

13.如权利要求11所述的投影仪，其特征在于：所述偏振光分光阵列在中心部分具有两个偏振光分束面，以形成将来自第三照明透镜的光束会聚到该中心部分上的三角形部分。

14.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于偏振光分光棱镜具有传送已在所述彩色选择盘上进行偏振转换的特定彩色光束和通过不同的光路的其它颜色的彩色光束的分束面。

15.一种投影仪，包括：

发射光束的光源；

将光束分离成两种或两种以上光束的彩色转盘；

使来自该彩色转盘的彩色光束的分布均匀的棒形透镜；

将来自该棒形透镜的彩色光束转换成特定偏振光的偏振光转换器；

将转换成特定偏振光的彩色光束进行聚焦的光学部件；

接收来自光学部件的彩色光束并转换彩色光束中的特定偏振彩色光束的彩色选择盘；

位于所述光学部件和所述彩色选择盘之间并用于去除杂光的偏振盘；

传送已在彩色选择盘处进行偏振转换的特定彩色光束和通过不同的光路其它颜色的彩色光束的偏振光分光棱镜；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的特定彩色光束以产生图像光束的第一显示器；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的除特定彩色光束之外的颜色的彩色光束以产生图像光束的第二显示器；和

放大和投影该图像光束的投影透镜。

16.如权利要求16所述的投影仪，其特征在于：所述彩色转盘为圆柱形彩色转盘。

17.如权利要求16所述的投影仪，其特征在于所述圆柱形彩色转盘包括以圆柱形集成到其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

18.如权利要求15所述的投影仪，其特征在于：所述彩色转盘为盘形彩色转盘。

19.如权利要求18所述的投影仪，其特征在于：所述盘形彩色转盘包括以盘形集成列其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

20.如权利要求15所述的投影仪，其特征在于：所述彩色选择盘转换包括黄色和品红色的红色偏振光。

21.如权利要求15所述的投影仪，其特征在于：向所述第一显示器提供一红色视频信号，向所述第二显示器相继地提供一绿色和蓝色视频信号。

22.如权利要求15所述的投影仪，其特征在于：所述棒形透镜的光入射面的面积大于或等于光出射面的面积。

23.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于：来自所述第一显示器和第二显示器的图像光束通过偏振光分光棱镜提供给所述投影透镜。

24.一种投影仪，包括：

发射光束的光源；

将光束分离成两种或两种以上光束的彩色转盘；

使来自该彩色转盘的彩色光束的分布均匀的棒形透镜；

将来自该棒形透镜的彩色光束转换成特定偏振光的偏振光转换器；

将转换成特定偏振光的彩色光束进行聚焦的光学部件；

接收来自光学部件的彩色光束并转换彩色光束中的特定偏振彩色光束的彩色选择盘；

传送已在彩色选择盘处进行偏振转换的特定彩色光束和通过不同的光路的其它颜色的彩色光束的偏振光分光棱镜；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的特定彩色光束以产生图像光束的第一显示器；

根据视频信号反射来自偏振光分光棱镜的除特定彩色光束之外的颜色的彩色光束以产生图像光束的第二显示器；

位于所述偏振光分光棱镜和所述第一显示器之间并用于防止从所述偏振光分光棱镜提供到所述第一显示器的偏振光分量改变的第一1/4波片；

位于所述偏振光分光棱镜和所述第二显示器之间并用于防止从所述偏振光分光棱镜提供到所述第二显示器的偏振光分量改变的第二1/4波片；和

放大和投影该图像光束的投影透镜。

25.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于：来自所述第一显示器和第二显示器的图像光束通过偏振光分光棱镜提供给所述投影透镜。

26.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于：所述棒形透镜的光入射面的面积大于或等于光出射面的面积。

27.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于所述彩色转盘为圆柱形彩色转盘。

28.如权利要求27所述的投影仪，其特征在于所述圆柱形彩色转盘包括以圆柱形集成到其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

29.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于：所述彩色转盘为盘形彩色转盘。

30.如权利要求29所述的投影仪，其特征在于所述盘形彩色转盘包括以盘形集成到其上的黄色滤光片和品红色滤光片。

31.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于：所述彩色选择盘转换包括黄色和品红色的红色偏振光。

32.如权利要求24所述的投影仪，其特征在于：向所述第一显示器提供一红色视频信号，向所述第二显示器相继地提供一绿色和蓝色视频信号。

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