CN1773368A - 利用led/ld的投影显示系统 - Google Patents
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Abstract
这是有关投影显示系统的发明；特别是利用LED/LD的投影显示系统。本项发明的结构如下：可按照时间依次调制，并且排列有红、绿、蓝LED/LD的LED/LD阵列；对上述各LED/LD阵列产生的光进行集束处理的光集束装置；对通过上述光集束装置被集束的光进行照射方向一致处理的菱镜；对通过上述菱镜照射出来的光进行均匀处理的棒透镜；变更上述棒透镜透射光路径的菱镜；利用上述菱镜透射光显示上述红、绿、蓝各种色彩影像信息的显示屏；放大投射上述显示屏照射出来的各种色彩影像信息，并且在屏幕上结像的透射透镜。具有上述结构的投射显示系统，不仅噪音以及电力消耗少，而且还具有使用寿命长、光效率好的特征。
Description
【技术领域】
这是有关投影显示系统的发明；特别是由可光调制LED/LD构成的投影显示系统。
【背景技术】
最近叫做投影机的画像投射装置得到了广泛普及，并且开发出了多种多样的产品种类。
上述画像投射装置的光学系统一般性包括以下几个部件：作为光源的灯具；将上述灯具的光照明到画像显示元件的照明装置；画像显示元件；将上述画像显示元件上的显示画像放大投射到屏幕上的投射装置。
上述灯具现在主要采用高压水银灯具；画像显示元件则主要使用液晶显示元件(LCD)和数码微镜芯片(DMD：Digital Mieromirror Device)等。
上述将DMD作为1枚画像显示元件使用的光学系统就叫做DLP(DigitalLight Processing)方式光学系统。上述DLP方式是，活用Full digital控制特性提供明亮、高品位影像的影像技术；它意味着以上述DMD芯片作为核心的光处理技术。
上述画像投射装置光学系统根据被使用的画像显示元件数量，可分为单板式、2板式、3板式光学系统结构；最近随着小型化/轻量化以及低价格化趋势，大多采用1枚画像显示元件的单板式光学系统。
图1是现有单板式DLP投影显示组件构成的概略斜视图。
如图1所示，单板式DLP投影显示组件的大概结构如下：产生光的灯具1；根据时间依次对红色、绿色、蓝色光进行分割处理的色轮2；依次显示上述各色彩画面信息的DMD元件3；将上述DMD元件3照射出来的光投射到屏幕上的投射透镜4。
下面参照附图2，对具有上述结构的单板式DLP投影显示组件工作关系进行如下说明。
如图2所示，灯具1中产生的白色光通过透镜系统5集束，并入射到色轮2中。上述色轮2被覆上红色、绿色、蓝色，并且只透过特定色彩波长带域，而其他波长则不能透过。
图3所示的是上述色轮2红、绿、蓝色彩分离过程。
如图3所示，灯具1中产生的白色光根据色轮2的旋转(7200rpm以上)，按照时间依次被分离为红、绿、蓝色光。
其理由如下：由于上述灯具1产生光的波长如图4所示，相当于可视光线区域整体；为了适用于显示装置，要使用色轮2将白色光分离为红、绿、蓝色光。
上述被分离的红、绿、蓝色光如图5所示，按照时间依次被分离，并照射。
通过上述色轮2按照时间依次被分离的特定色彩光，通过棒透镜6转换成均质度相当好的光，然后通过透镜7入射到内部全反射菱镜(TIR：Total InternalReflection)8中。入射到上述内部全反射菱镜8中的光，在A面和B面的界线部分产生全反射，并且入射到DMD元件3中。入射到上述DMD元件3的光具有特定色彩信息，并且垂直反射后依次透过内部全反射菱镜8的B面和A面，然后通过投射透镜4投射到画面(图中未有标示)中。
具有上述工作特征的单板式投影机，采用通过色轮2按照时间依次对灯具1产生的白色光进行分离处理的方式；因此实际使用的光相当于整体光量的1/3以下。由于上述原因，存在电力损失较多的问题点。
另外，适用为光源的高压水银灯具，其使用寿命大约为1,000-10,000小时，并不是很长；同时旋转速度达到7200rpm以上的色轮会诱发噪音，并且还存在界面上发生色彩模糊现象等整体投影显示系统效率低下的问题点。
【发明内容】
本项发明的目的就是要解决现有技术中存在的种种问题；通过将可调制短波长LED(或者LD)芯片适用到投影显示系统中，使整体投影显示系统的电力损失最小化或者提高系统的性能。
为了达到上述目的，本项发明中利用LED/LD的投影显示系统要具有以下几个部件：可按照时间依次调制，并且排列有红、绿、蓝LED/LD的LED/LD阵列；对上述各LED/LD阵列产生的光进行集束处理的光集束装置；对通过上述光集束装置被集束的光进行照射方向一致处理的菱镜；对通过上述菱镜照射出来的光进行均匀处理的棒透镜；变更上述棒透镜透射光路径的菱镜；利用上述菱镜透射光显示上述红、绿、蓝各种色彩影像信息的显示屏；放大投射上述显示屏照射出来的各种色彩影像信息，并且在屏幕上结像的透射透镜。
上述光集束装置结构如下：对上述LED/LD产生的光进行均化处理，并且缩小其放射角的棒透镜；由多数个微镜组成，并且进一步均化上述棒透镜照射光的微镜阵列；集聚上述微镜阵列通过光的照明透镜；对上述照明透镜集聚光进行集束处理的光纤。
上述光集束装置的另一种实例结构如下：对上述LED/LD产生的光进行均化处理，并且缩小其放射角的棒透镜；由多数个微镜组成，并且进一步均化上述棒透镜照射光的微镜阵列；与上述多数个微镜相连的多数个光纤；由多数个光纤组成的光纤捆。
正如前面所讲述的，本项发明中可进行光调制的LED/LD的投影显示系统具有以下优点。
第一，利用微镜阵列和光纤将各红、绿、蓝色用LED/LD芯片的产生光转化为高输出的LED/LD光，以此增加投影机的亮度。
第二，由于不采用现有投影显示系统中的色轮，因此可以避免7200rpm以上旋转的色轮产生的噪音。
第三，比使用寿命仅为1,000-10,000小时的现有灯具，LED/LD的使用寿命延长至20,000小时以上。
第四，适用为光源的LED/LD产生属于激光范畴内的单波长光，其色彩纯度高、色彩再现范围光，而且影像显示能力优越。
第五，适用为光源的LED/LD通过电流以及电压调整进行光调制，并且利用根据ON/OFF操作的时间分割方式调整光线，使其在没有光损失的状态下调整色彩温度，以此增大光效率。
第六，通过微镜阵列以及光纤得到的高输出LED/LD光，不使用色轮，而是根据信号进行调制达到色彩合成目的，因此比现有灯具和使用光轮的系统大大减少了电力损失。
【附图说明】
图1是现有单板式DLP投影显示组件的概略构成斜视图；
图2是现有单板式DLP投影显示组件构成图；
图3是现有的利用色轮进行色彩分离过程的显示图；
图4是现有照射光光谱显示图；
图5是现有的利用色轮按照时间顺序进行色彩分离的显示图；
图6是本项发明中利用LED/LD的投影显示系统显示图；
图7是本项发明中光集束方法的显示图；
图8是通过一般性棒透镜对光进行均化处理的显示图。
【具体实施方式】
下面参照附图，对本项发明实例的构成以及作用进行说明。
图6是本项发明中利用LED/LD的投影显示系统显示图。
如图6所示，利用LED/LD的投影显示系统结构如下：根据电压电流调整，按照时间可进行光调制的红、绿、蓝色LED(或者LD)阵列(array)(601、602、603)；对上述各种色彩LED(或者LD)阵列601、602、603照射出来的光进行集束处理的光集束装置604；聚集上述光，并垂直入射到X-分光合色菱镜606中的各透镜系统605；改变上述垂直入射光照射方向或者透过上述入射光的X-分光合色菱镜606；对上述光进行均化处理的棒(rod)透镜607；调整通过上述棒透镜607照射出来的光，使其符合显示屏610大小的透镜608；利用内部菱镜的折射率差，对上述通过透镜608入射的光进行全反射以及透过处理的内部全反射菱镜609；通过各种色彩的影像信息，显示影像的显示屏610；将上述被显示的影像放大投射到屏幕(图中未有标示)上的投射透镜611。
上述适用为光源的LED(Light Emitting diode)或者LD(Laser Diode)产生属于激光范畴的单色波长光。单波长LED/LD比现有的具备较宽波长范围的灯具相比，其色彩纯度高、色彩再现范围广，并且具有优越的影像显示能力。另外，比使用寿命仅为1,000-10,000小时的现有灯具，LED/LD的使用寿命延长至20,000小时以上，具备了延长光源使用寿命的优点。
利用上述LED/LD，对本项发明中投影显示系统的工作原理进行如下说明。
上述各红、绿、蓝LED/LD阵列601、602、603产生的光，按照时间依次进行光调制。就是说，要将承载显示屏610信息的蓝色光显示在画面上时，只打开蓝色LED/LD阵列603即可，不被使用的红色、绿色LED/LD阵列601、602则可以关闭。同样，要在画面上显示红色光时，只打开红色LED/LD阵列601，关闭绿色和蓝色LED/LD阵列602、603。另外，要在画面上显示绿色光时，也采用相同的方法。通过上述过程，红、绿、蓝色光按照时间依次发光。
上述发光光线通过各光集束装置604被集束。
附图7所示的就是通过上述光集束装置进行光集束的过程。
图7(a)是通过照明透镜将LED/LD阵列产生的光集束到光纤的过程；图7(b)是另外一种实例，是利用光纤捆对LED/LD阵列产生光进行集束处理的过程。
如图7(a)所示，LED/LD阵列701产生的光，通过棒透镜702被均化处理，并且放射角缩小后入射到微镜阵列703中。上述微镜阵列703中排列有多数个微镜，使上述棒透镜702照射出来的光更加均匀。通过上述微镜阵列703被均化处理的照射光，通过照明透镜704其光线被聚集后，集束到光纤(fiber)705中。
上述光集束方法的其他实例如图7(b)所示，LED/LD阵列701中，照射光的微镜阵列703微镜各自与光纤705连接，并且通过光纤捆706对光进行集束处理。
正如前面所讲述，利用上述微镜阵列703和光纤705对光进行集束处理，可产生高输出的LED/LD光。
通过上述过程被集束的光，通过透镜系统605垂直入射到X-分光合色菱镜606中。上述入射光中，红色和蓝色光反射于上述X-分光合色菱镜606的内部斜面；而绿色光则完全透过，从而照射方向变得一致。
上述X-分光合色菱镜606照射出来的光，通过棒透镜607被均化处理。对此图8中有标示。
如图8所示，入射到棒透镜607的光经过多数个内部全反射过程变化为具有均匀分布的光。
通过棒透镜607具备均匀分布的光，再通过透镜608入射到内部全反射菱镜609中。入射到上述内部全反射菱镜609中的光，在菱镜A、B的界面上产生全反射；并且垂直入射到连接影像信号的显示屏610后，在承载影像信息的状况下进行反射，再透过上述内部全反射菱镜609。
上述透过光通过投射透镜611被放大后，结像于屏幕(图中未有标示)中。
正如这样，红、绿、蓝色LED/LD阵列依次进行ON/OFF操作，可以利用时间分割方法显示相关影像。
通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。
因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1、采用LED/LD的投影显示系统，包括：
可按照时间依次调制，并且排列有红、绿、蓝LED/LD的LED/LD阵列；
对上述各LED/LD阵列产生的光进行集束处理的光集束装置；
对通过上述光集束装置被集束的光进行照射方向一致处理的菱镜；
对通过上述菱镜照射出来的光进行均匀处理的棒透镜；
变更上述棒透镜透射光路径的菱镜；
利用上述菱镜透射光显示上述红、绿、蓝各种色彩影像信息的显示屏；
放大投射上述显示屏照射出来的各种色彩影像信息，并且在屏幕上结像的透射透镜。
2、如权利要求1所述的LED/LD投影显示系统，其特征在于，上述光集束装置包括：
对上述LED/LD产生的光进行均化处理，并且缩小其放射角的棒透镜；
由多数个微镜组成，并且进一步均化上述棒透镜照射光的微镜阵列；
集聚上述微镜阵列通过光的照明透镜；对上述照明透镜集聚光进行集束处理的光纤。
3、如权利要求1所述的LED/LD投影显示系统，其特征在于，上述光集束装置包括：
对上述LED/LD产生的光进行均化处理，并且缩小其放射角的棒透镜；
由多数个微镜组成，并且进一步均化上述棒透镜照射光的微镜阵列；
与上述多数个微镜相连的多数个光纤；
由多数个光纤组成的光纤捆。
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Cited By (6)
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