CN1689339A

CN1689339A - 3－屏透射投影系统

Info

Publication number: CN1689339A
Application number: CNA038239620A
Authority: CN
Inventors: A·J·S·M·德瓦安
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-10-26
Also published as: EP1552707A1; KR20050061513A; JP2006502434A; AU2003260910A1; US20060077350A1; TW200417810A; WO2004034710A1

Abstract

本发明涉及一种3－屏透射投影系统。本发明尤其涉及一种对投影系统中的偏振和分解操作都施加反射型偏振器的3－屏透射投影系统。

Description

3-屏透射投影系统

技术领域

本发明涉及一种3-屏透射投影系统。本发明尤其涉及一种对投影系统中的偏振和分解操作都施加反射型偏振器的3-屏透射投影系统。

背景技术

诸如美国专利申请号2002/0015135中描述的投影系统通常使用具有单个偏振光束分裂器的反射LCD阵列。但是，通过合并从光源和显示屏发出的光路和显示屏和投影透镜之间的光路，光路不能单独进行优化。

高温(HT)多膜(polyfilm)技术使用小的微型化LCD屏提供高亮度。但是，微型化和高光输出的组合引起光路中极高的光强度，从而限制LCD屏和偏振薄膜的预期寿命。HT多膜投影系统的制造者不断改善LCD屏的预期寿命。但是，偏振薄膜的预期寿命的改善几乎停滞不前。因此，HT多膜投影系统的预期寿命受到偏振薄膜的寿命的限制。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有与改善的预期寿命组合的高亮度性能的投影系统。

本发明的另一个目的是提供一种透射型投影系统，比如透射型HT多晶硅LCD，从而确保光源同显示屏之间的光路和显示屏同投影透镜之间的光路完全分离，并因此可以单独优化，导致较高的系统效率和较高的亮度。

本发明的一个特别的优点是通过使用微型化的透射显示屏提供一个具有高亮度和长预期寿命的低成本投影系统。

本发明的一个特别的优点涉及提供用于投影系统的分解操作和偏振操作的偏振器。

根据本发明的第一方面，该目的通过用于在一个投影表面上投影一幅图像的投影系统实现，该投影系统包括：

(a)一个用于提供光的光源；

(b)一个用于收集和会聚所述光，从而提供一个光束的光源元件；

(c)一个第一反射偏振器，用于偏振所述光束，从而产生一个偏振光束；

其特征在于该投影系统还包括：

(d)一个透射显示屏，用于接收所述偏振光束和用于操作所述偏振光束，从而在所述偏振光束上编码图像信息并产生一个编码后的光束；

(e)用于控制所述透射显示屏的每个像素从而控制所述偏振光束的操作的装置；和

(f)一个第二反射偏振器，用于反射所述编码后的光束中不想要的偏振并用于透射所述编码后的光束中想要的偏振到所述投影表面。

在上下文中，术语图像将理解为一个视频序列的一帧、一个静止照片或一个静止数字表示或它们的任意组合。

根据本发明的第一方面的第二反射偏振器可以相对于编码后的光束以近似30°和60°之间的范围中的入射角定向，比如35°、45°或55°。通过使用作分解器的第二反射偏振器定向在近似45°角度上，避免了由第二反射偏振器跳回到显示屏的光所产生的重影图像。

根据本发明的投影系统可以通过把从光源到投影表面的光路合拢为一个二层结构来实现。通过合拢光路，该投影系统有利的提供一个非常紧凑的投影系统。

透射显示屏可以包括一个诸如液晶或等离子的电光媒体，或电致变色(electrochromic)或电泳元件，发光元件，有机或无机发光元件，聚合物发光元件或它们的任何组合。只要显示基板是透明或不透明的，任意类型的显示器件都可以用于透射显示屏。一种透射显示屏类型的适应性提供一种可以按照各种用户需求或规格设计的投影系统。

按照本发明的第一方面、用于控制透射显示屏的每个像素的装置可以通过使用本领域技术人员已知的任意处理器技术实现。用于控制每个像素的装置可以合并在透射显示屏基板上，从而降低需要的空间并优化产品成本。

第二反射偏振器可以包括一个Moxtek^TM光束分裂器。通过利用一个用于分解投影系统的操作的Moxtek^TM光束分裂器，获得良好的亮度、低成本和长预期寿命。Moxtek^TM光束分裂器消除了偏振器薄膜的缺点。

附图说明

本发明的以上以及附加目的、特征和优点将参照附图从以下本发明优选实施例的说明性和非限制的详细说明得到更好的理解，其中：

图1是本发明的优选实施例中的用于一个颜色的元件和光路的示意图；和

图2是为了简化的目的阐明示出的本发明的优选实施例的用于红、绿和蓝颜色的元件和光路的详细图。

具体实施方式

在以下多种实施例的说明中，对附图作出参考，附图构成说明书的一部分，并且其中本发明可以被实践的各种实施例通过图示示出。能够理解也可以利用其他实施例，并且在不脱离本发明的范围的条件下可以作出结构和功能的修改。

图1示出了一个用于在一个投影表面12上投影图像的投影系统，其整体用附图标记10表示。投影系统10包括一个提供将通过投影系统10发送的光的光源14。投影表面12可以在诸如一个白墙或一个投影仪屏幕的任意类型表面上形成。

光源14向用于收集和会聚光的一个光学元件16提供光，从而提供一个光束。光学元件16可以由一个棒状积分器(rod integrator)实现。光学元件16包括一个用于接收光的第一端18和用于提供收集和聚焦后的光的第二端20。一个小的彩色分离棱镜22放在第二端20旁边。彩色分离棱镜22的入射表面24基本上等于第二端20的表面。彩色分离棱镜22把光分别分为红、蓝和绿色光，它们随后被反射到彩色分离棱镜22的单独的出射表面上。为了简化，图1只示出了用于一种颜色的光路。

从彩色分离棱镜22出射的彩色光26通过会聚彩色光26的第一透镜28而被导引到第一偏振器30上，该偏振器30对彩色光的不想要的偏振透射并对想要的偏振反射，即反射一个偏振光束32。在本发明的一个替换的实施例中，第一偏振器30可以反射彩色光的不想要的偏振并透射想要的偏振。但是，这明显需要改变从光源到投影表面的设计和光路。

此外，第一偏振器30可以对彩色光中想要和不想要的偏振都反射。彩色光想要的偏振被导引到一个方向上并且不想要的偏振被导引到另一个方向上。

偏振光束32通过使偏振光束通过的第二和第三透镜34会聚到透射显示屏36，它调制偏振光束从而在其上编码图像信息。透射显示屏36由一个控制透射显示屏36的每个像素的处理器控制。

透射显示屏36可以以很多方式实现。例如，具有一个不透明基板的透射显示屏可以利用一个诸如液晶或等离子的电光媒体，或电致变色(electrochromic)或电泳元件，发光元件，有机或无机发光元件，聚合物发光元件或它们的任何组合。

在本发明的优选实施例中，透射显示屏36利用一个液晶显示阵列。

如上所述，彩色分离棱镜22放在光学元件16旁边，从而在光学元件16上形成一个延伸。因此，彩色分离棱镜可以做的非常小。但是，这需要彩色光在一个横截面区域中延伸，从而匹配透射显示屏36。彩色光的延伸由第二透镜34执行。

为了简化图1只示出了单个透射显示屏36。可以理解到由彩色分离棱镜22分离的每个彩色光被传送到一个指定的透射显示屏。

透射显示屏产生一个编码后的光束38，其被传送到用作分解器的第二偏振器40，所述分解器反射来自光路的编码后的光束的不想要的偏振。

第二偏振器40透射编码后的光束的不想要的偏振并反射编码后的光束的想要的偏振。在本发明的一个替换实施例中，第二偏振器可以反射彩色光的不想要的偏振并透射想要的偏振。但是，这明显需要从光源到投影表面的设计和光路的改变。

如参照第一偏振器30所描述的，第二偏振器40可以对编码后的光束的想要和不想要的偏振都反射。编码后的光束的想要的偏振被导引到一个方向上并且不想要的偏振被导引到另一个方向上。

在本发明的优选实施例中，第一和第二偏振器30、40可以用Moxtek^TM光束分裂器实现。但是，第一和第二反射偏振器30、40可以用诸如线路格栅偏振器、胆甾型偏振器、干涉薄膜、全息结构、双折射薄膜叠层、光束分裂器、镜子或它们的任意组合的各种偏振器实现。

偏振和编码后的光42在重新组合棱镜44中接收，后者从每个彩色光路，即红、绿和蓝光路收集每个偏振和编码后的光束。重新组合的光形成一个完整的图像以通过一个投影透镜46投影到投影表面12上。

两个棱镜22和44可以以各种方式实现。但是，在本发明的优选实施例中，棱镜22和44由第一和第二双色立方体实现。

图2示出了一个投影系统，其整体用附图标记50表示。与图1相对照，图2示出了三个光路：一个红光路51a，一个绿光路51b和一个蓝光路51c。

在参照图1描述的投影系统10中，与图2中的元件相同的元件用相同的附图标记表示。

光源14提供投影系统50的光，并且在将来自光源14的光导引到彩色分离棱镜22之前，光学元件16会聚并收集这些光。彩色分离棱镜在图2中示出为用附图标记22a、22b和22c表示的棱镜。棱镜22a通过红光路51a把红光提供到第一透射显示屏36a。棱镜22b把绿光通过绿光路51b提供到第二透射显示屏36b。棱镜22c把蓝光通过蓝光路51c提供到第三透射显示屏36c。

每个透射显示屏36a、36b和36c按照特定图像的产生来调制光。透射显示屏36a、36b和36c由控制透射显示屏36a、36b和36c的每个像素的一个或多个处理器控制。

编码后的光：编码后的红光、编码后的绿光和编码后的蓝光通过透镜组52a、52b、52c和54a、54b和54c增强。透镜组允许使用用于彩色重新组合棱镜44的非常小的二色性立方体。

如参照图1所描述的，现在重新组合后的光通过一个投影透镜46投影到投影表面。

投影系统50可以使用用于偏振和分解操作的偏振器合拢为一个二层结构，这与参照图1所描述的类似。

Claims

1.一个在投影表面(12)上投影一幅图像的投影系统，该投影系统包括：

(a)一个用于提供光的光源(14)；

(b)一个用于收集和会聚所述光，从而提供一个光束(26)的光学元件(16)；

(c)一个第一反射偏振器(30)，用于偏振所述光束(26)，从而产生一个偏振光束(32)；

其特征在于该投影系统还包括：

(d)一个透射显示屏(36)，用于接收所述偏振光束(32)和用于操作所述偏振光束(32)，从而在所述偏振光束上编码图像信息并产生一个编码后的光束(38)；

(e)用于控制所述透射显示屏的每个像素从而控制所述偏振光束(38)的操作的装置；和

(f)一个第二反射偏振器(40)，用于反射所述编码后的光束(38)中不想要的偏振并用于透射所述编码后的光束(38)中想要的偏振到所述投影表面(12)。

2.如权利要求1中所要求保护的投影系统，其中所述第一和第二反射偏振器包括线路格栅偏振器、胆甾型偏振器、干涉薄膜、全息结构、双折射薄膜叠层、光束分裂器、镜子或它们的任意组合。

3.如权利要求1或2中所要求保护的投影系统，其中所述第二反射偏振器(40)相对于所述编码后的光束以近似30°和60°之间的范围中的入射角定向，比如35°、45°或55°。

4.如权利要求1到3中任一个所要求保护的投影系统，其中所述投影系统通过合拢从所述光源(14)到投影表面(12)的光路为一个二层结构来实现。

5.如权利要求1到4中任一个所要求保护的投影系统，其中所述透射显示屏(36)包括一个诸如液晶或等离子的电光媒体，或电致变色或电泳元件，发光元件，有机或无机发光元件，聚合物发光元件或它们的任何组合。

6.如权利要求1到5中任一个所要求保护的投影系统，其中所述用于控制所述透射显示屏(36)的每个像素的装置通过使用一个处理器实现。

7.如权利要求1到6中任一个所要求保护的投影系统，其中所述用于控制每个像素的装置可以合并在所述透射显示屏基板上。

8.如权利要求1到7中任一个所要求保护的投影系统，进一步包括一个用于收集来自所述光源(14)的光的光学元件(16)，并具有一个与彩色分离棱镜(22)相邻的出射表面(20)，该彩色分离棱镜具有一个基本上与所述出射表面(20)相等的入射表面(24)。

9.如权利要求8中所要求保护的投影系统，其中所述彩色分离棱镜(22)适于把所述光源(14)提供的光分离为红、绿和蓝颜色光。

10.如权利要求1到9中任一个所要求保护的投影系统，其中所述透射显示屏(36)分别包括第一(36a)、第二(36b)和第三(36c)透射显示屏单元。

11.如权利要求8到10中任一个所要求保护的投影系统，其中所述彩色分离棱镜(22)适于传送红、绿和蓝颜色光到所述第一(36a)、第二(36b)和第三(36c)透射显示屏单元。

12.如权利要求1到11中任一个所要求保护的投影系统，进一步包括一个重新组合棱镜(44)，用于把编码后的光束重新组合为单个编码后的光束。

13.如权利要求12中所要求保护的投影系统，其中所述重新组合棱镜(44)适于接收来自所述第一(36a)、第二(36b)和第三(36c)透射显示屏单元的编码后的红、绿和蓝光，并且所述重新组合棱镜(44)重新组合所述编码后的红、绿和蓝光为单个编码后的光束，通过一个投影透镜(46)投影在所述投影表面(12)上。

14.如权利要求11到13中任一个所要求保护的投影系统，还包括用于在所述彩色重新组合棱镜(44)之前聚焦所述编码后的光的会聚透镜(52a，52b，52c和54a)。

15.如权利要求1到14中任一个所要求保护的投影系统，进一步包括放大透镜(26，34)，用于提供覆盖所述透射显示屏(36)的整个表面的偏振光束。