RU2199144C2

RU2199144C2 - Устройство проекционного дисплея

Info

Publication number: RU2199144C2
Application number: RU99112194/28A
Authority: RU
Inventors: Акитака ЯДЗИМА; Ясунори ОГАВА; Дзиро ИТО
Original assignee: Сейко Эпсон Корпорейшн
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2003-02-20
Also published as: EP0952473A4; AU742357C; AU742357B2; KR100489459B1; CN1241263A; KR20000068929A; CA2264954C; AU9516698A; TW408229B; WO1999019759A1; BR9806312A; US6315417B1; EP0952473A1; CA2264954A1; CN100374902C

Abstract

Устройство проекционного дисплея содержит оптический модулятор для модуляции светового пучка, излучаемого оптической системой, формирующей излучение, и проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования светового пучка, модулированного указанным оптическим модулятором. Оптический модулятор включает множество пикселей, расположенных в матрице, и набор микролинз, имеющий множество микролинз для собирания светового пучка, падающего на указанные пиксели. Диафрагменное число проекционной оптической системы меньше, чем диафрагменное число указанной оптической системы, формирующей излучение. Обеспечивается яркое проецируемое изображение за счет предотвращения ухудшения эффективности использования света из-за рассеяния света микролинзами. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 8 ил.

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству проекционного дисплея, в котором световой пучок, излучаемый источником света, модулируется с помощью оптического модулятора при использовании жидкокристаллической индикаторной панели или тому подобной, и модулированный световой пучок увеличивается и проецируется через проекционную оптическую систему.

Уровень техники
Известно устройство проекционного дисплея, в котором световой пучок, излучаемый оптической системой, формирующей излучение, преобразуется в модулированный пучок в соответствии с графической информацией при использовании жидкокристаллического оптического модулятора, и модулированный пучок увеличивается и проецируется на экран (плоскость проекций) через проекционную оптическую систему. Фиг. 6 показывает оптическую систему в таком устройстве проекционного дисплея. Как показано на этой фигуре, устройство проекционного дисплея 1000 содержит оптическую систему 80, формирующую излучение, включающую источник света 81, и оптическую систему 82, формирующую однородное излучение, жидкокристаллический оптический модулятор 100А, который освещается светом оптической системы 80, формирующей излучение, и проекционную оптическую систему 60А для увеличения и проецирования светового пучка, выходящего из жидкокристаллического оптического модулятора 100А, на экран 900.

В устройстве проекционного дисплея 1000, имеющем такую традиционную конфигурацию, диафрагменные числа F_L и F_P оптической системы 80, формирующей излучение, и проекционной оптической системы 60А подбираются так, чтобы быть приблизительно равными друг другу.

В общем, проекционная оптическая система 60А часто представляется единственным линзовым элементом, как показано на фиг. 6, в то время как стандартным является случай, когда она состоит из множества линзовых элементов. Это означает, что множество линзовых элементов может быть заменено единственным линзовым элементом, с функцией, эквивалентной той, которую выполняет это множество линзовых элементов. Предполагается, что диафрагменное число F_P проекционной оптической системы относится к диафрагменному числу единственного линзового элемента, замещаемого таким образом, т.е. величине l_p/d_p, которая получается при делении фокусного расстояния единственного линзового элемента l_р на диаметр d_p линзы.

Кроме того, предполагается, что диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, относится к диафрагменному числу линзового элемента, расположенного на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, т.е. ближе всего к жидкокристаллическому оптическому модулятору 100А, который является объектом, который освещается излучением, среди множества линзовых элементов, включенных в состав оптической системы, формирующей излучение. Когда линзовый элемент, расположенный на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, представляет собой набор линз, составленный из множества микролинз, как показано на фиг. 6, диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, не относится к диафрагменному числу каждой микролинзы, а относится к величине l_L/d_L, полученной при делении расстояния l_L от набора линз до объекта, который освещается излучением, на максимальный диаметр d_L набора линз (например, диаметр, в случае набора круговых линз, длина диагонали, в случае набора прямоугольных линз).

С другой стороны, устройства проекционных дисплеев недавно стали требоваться для воспроизведения изображений высокой четкости. Для того чтобы воспроизвести изображение высокой четкости, необходимо увеличить число пикселей в жидкокристаллическом оптическом модуляторе. В жидкокристаллическом оптическом модуляторе, где пиксели расположены в матрице, периферийные части пикселей защищены от света светозащищающим слоем, называемым черной матрицей. Следовательно, при увеличении количества пикселей в жидкокристаллическом оптическом модуляторе область, занятая черной матрицей, увеличивается, и наоборот, область апертур пикселей уменьшается. Т.е. количество света, которое излучается жидкокристаллическим оптическим модулятором, уменьшается по мере увеличения разрешающей способности жидкокристаллического оптического модулятора, и следовательно, проецируемое изображение, формируемое устройством проекционного дисплея, становится темным по мере того, как увеличивается четкость изображения, которое проецируется.

Для того чтобы избежать таких вредных эффектов, был предложен жидкокристаллический оптический модулятор, который снабжается набором микролинз, составленным из множества микролинз таким образом, что свет эффективно направляется к соответствующим апертурам пикселей с помощью микролинз.

В то время как падающий свет может быть эффективно направлен на апертуры пикселей в жидкокристаллическом оптическом модуляторе, снабженном набором микролинз, свет, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора, однако, рассеивается за счет действия набора микролинз. По этой причине угол наклона светового пучка, выходящего из жидкокристаллического оптического модулятора, имеющего микролинзы, оказывается большим, чем угол наклона светового пучка, выходящего из жидкокристаллического оптического модулятора, который не имеет микролинз.

Следовательно, если жидкокристаллический оптический модулятор, имеющий микролинзы, входит в состав традиционного устройства проекционного дисплея 1000, в котором диафрагменные числа оптической системы 80, формирующей излучение, и проекционной оптической системы 60А подобраны так, чтобы быть приблизительно равными друг другу, существует опасность, что часть света, выходящего из жидкокристаллического оптического модулятора, не будет направляться в проекционную оптическую систему 60А. В результате этого эффективность использования света снижается, и изображение, проецируемое на экран, становится темным.

С точки зрения описанных выше проблем целью настоящего изобретения является создание устройства проекционного дисплея, имеющего оптический модулятор с микролинзами, входящими в его состав, в котором может быть получено яркое проецируемое изображение за счет предотвращения ухудшения эффективности использования света из-за рассеяния света микролинзами.

Описание изобретения
Для решения перечисленных выше проблем настоящее изобретение обеспечивает создание устройства проекционного дисплея, содержащего оптический модулятор для модуляции светового пучка, излучаемого оптической системой, формирующей излучение, причем оптический модулятор включает пиксели, расположенные в виде матрицы, и набор микролинз, имеющий множество микролинз для собирания падающего света на пикселях; и проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования светового пучка, модулированного оптическим модулятором, где диафрагменное число проекционной оптической системы меньше диафрагменного числа оптической системы, формирующей излучение.

В устройстве проекционного дисплея настоящего изобретения диафрагменное число проекционной оптической системы устанавливается так, чтобы оно было меньше диафрагменного числа оптической системы, формирующей излучение, так, чтобы световой пучок, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора, рассеянный микролинзами, эффективно направлялся в проекционную оптическую систему. По этой причине возможно предотвратить ухудшение эффективности использования света из-за рассеяния света микролинзами и получить достаточный эффект формирования микролинз в жидкокристаллическом оптическом модуляторе. Т.е. возможно заставить большое количество света, направляемого на апертуры пикселей с помощью микролинз, эффективно достигать плоскости проекции и получать яркое проецируемое изображение в устройстве проекционного дисплея, в состав которого входит жидкокристаллический оптический модулятор, имеющий микролинзы.

Для того чтобы заставить почти весь свет, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора, который рассеивается микролинзами, направляться в проекционную оптическую систему, диафрагменное число F_P проекционной оптической системы устанавливается так, чтобы удовлетворять следующему уравнению:
F_P≤[tan{tan^-1(2•F_M)+tan^-1 (2•F_L)-90^o}]/2,
где диафрагменными числами проекционной оптической системы, оптической системы, формирующей излучение, и микролинз соответственно являются F_P, F_L и F_M.

Принятая оптическая система, формирующая излучение, может включать источник света и оптическую систему, формирующую однородное излучение, для расщепления светового пучка, излучаемого источником света, на множество отдельных пучков, и совмещения отдельных пучков на оптическом модуляторе. Принятие такой оптической системы, формирующей излучение, делает возможным равномерное освещение жидкокристаллического оптического модулятора и тем самым получение высококонтрастного проецируемого изображения.

Когда принята оптическая система, формирующая излучение, которая включает источник света, первую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего от источника света, на множество промежуточных пучков, и вторую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз для совмещения на оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепленных первой линзовой пластиной, также возможно равномерно освещать жидкокристаллический оптический модулятор и получать высококонтрастное проецируемое изображение.

В этом случае линзы из множества прямоугольных линз, которые составляют вторую линзовую пластину, могут быть децентрализованными линзами. Это позволяет множеству промежуточных пучков быть совмещенными на более коротком расстоянии.

Когда принята оптическая система, формирующая излучение, которая включает источник света, первую и вторую линзовые пластины, имеющие множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего из источника света, на множество промежуточных пучков, и совмещающую линзу для совмещения на оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепленных первой и второй линзовыми пластинами, также возможно равномерно освещать жидкокристаллический оптический модулятор и получать высококонтрастное проецируемое изображение. Совмещающая линза позволяет множеству промежуточных пучков совмещаться на более коротком расстоянии.

Оптическая система, формирующая излучение, может включать источник света, собирающую световой пучок линзу для собирания света, выходящего из источника света. Когда принята такая оптическая система, формирующая излучение, так как рассеяние света может быть предотвращено за счет использования функции собирания света собирающей световой пучок линзы, эффективность использования света улучшается, и может быть получено яркое проецируемое изображение.

Устройство проекционного дисплея может включать оптическую систему цветового деления для разделения светового пучка, излучаемого оптической системой, формирующей излучение, на множество цветных пучков; множество описанных выше оптических модуляторов для модуляции цветных пучков, разделенных оптической системой цветового деления; синтезирующую цвета оптическую систему для синтеза цветных пучков, модулированных оптическими модуляторами, и проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования пучков, синтезированных оптической системой, синтезирующей цвета.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 представляет собой схематичный структурный вид оптической системы в устройстве проекционного дисплея, к которому применяется настоящее изобретение.

Фиг. 2 представляет собой схематичный структурный вид эквивалентной оптической системы для пучка красного света.

Фиг. 3 представляет собой вид, поясняющий диафрагменное число проекционной оптической системы.

Фиг. 4(а), фиг. 4(b), фиг. 5 (а) и фиг. 5(b) представляют собой виды, показывающие модификации оптической системы, формирующей излучение.

Фиг. 6 представляет собой схематичный структурный вид оптической системы в традиционном устройстве проекционного дисплея.

Наилучший способ осуществления изобретения
Устройство проекционного дисплея, к которому применяется настоящее изобретение, будет описано ниже со ссылкой на чертежи. В описании оптической системы для удобства три ортогональных направления обозначены X, Y и Z, и Z указывает направление распространения светового пучка. В этом варианте реализации настоящего изобретения рассматривается устройство проекционного дисплея такого типа, которое разделяет световой пучок, излучаемый оптической системой, формирующей излучение, на три цветных пучка красного, зеленого и синего света, модулирует эти цветные пучки с помощью жидкокристаллических оптических модуляторов в соответствии с графической информацией, синтезирует модулированные цветные пучки и увеличивает и проецирует синтезированные пучки на экран через проекционную оптическую систему.

А. Конфигурация устройства
Фиг. 1 схематично показывает конфигурацию оптической системы, входящей в состав устройства проекционного дисплея 1 этого варианта реализации. Оптическая система в устройстве проекционного дисплея 1 этого варианта реализации изобретения содержит оптическую систему 80, формирующую излучение, имеющую источник света 81, оптическую систему цветового деления 924 для разделения светового пучка W, излучаемого оптической системой 80, формирующей излучение, на пучок красного света R, пучок зеленого света G и пучок синего света В, три жидкокристаллических оптических модулятора 100R, 100G и 100В для модуляции цветных пучков R, G и В и дихроичную призму 10, функционирующую в качестве цветосинтезирующей системы для синтеза модулированных цветных пучков, проекционную оптическую систему 60 для увеличения и проецирования синтезированных пучков на поверхность экрана 900, и светонаправляющую систему 927 для направления пучка синего света В цветных пучков R, G и В на соответствующий жидкокристаллический оптический модулятор 100В.

Оптическая система 80, формирующая излучение, содержит источник света 81 и оптическую систему 82, формирующую однородное излучение, для расщепления светового пучка от источника света 81 на множество отдельных пучков и совмещения этих отдельных пучков на жидкокристаллических оптических модуляторах 100R, 100G и 100В.

Источник света 81 включает источник света в виде лампы 811, такой, как галогенная лампа, металлогалогеновая лампа или ксеноновая лампа и отражатель 812 для излучения света, выходящего из источника света в виде лампы 811, как почти параллельного светового пучка. Что касается отражателя 812, используется отражатель, имеющий отражательную поверхность, форма которой является параболической, эллиптической или тому подобной.

Оптическая система 82, формирующая однородное излучение, включает первую линзовую пластину 821 и вторую линзовую пластину 822, которые имеют множество прямоугольных линз. Оптическая система 82, формирующая однородное излучение, также включает отражающее зеркало 823 так, чтобы перпендикулярно направлять оптическую ось 1а света, выходящего от первой линзовой пластины 821 по направлению к фронтальной поверхности устройства. Первая и вторая линзовые пластины 821 и 822 располагаются таким образом, чтобы находиться под прямым углом друг к другу поперек отражающего зеркала 823.

Световой пучок, выходящий из источника света 81, расщепляется на множество промежуточных пучков с помощью прямоугольных линз, которые составляют первую линзовую пластину 821, и пучки совмещаются на жидкокристаллических оптических модуляторах 100R, 100G и 100В с помощью прямоугольных линз, которые составляют вторую линзовую пластину 822. Таким образом, так как жидкокристаллические оптические модуляторы 100R, 100G и 100В освещаются при использовании оптической системы 82, формирующей однородное излучение, в устройстве проекционного дисплея 1 этого варианта реализации изобретения, они могут освещаться равномерно излучаемым светом, что является эффективным при получении высококонтрастного проецируемого изображения.

Оптическая система цветового деления 924 включает отражающее синий и зеленый свет дихроичное зеркало 941, отражающее зеленый свет дихроичное зеркало 942 и отражающее зеркало 943. Сначала пучок синего света В и пучок зеленого света G, содержащиеся в световом пучке W, отражаются почти перпендикулярно отражающим синий и зеленый свет дихроичным зеркалом 941 и проходят к отражающему зеленый свет дихроичному зеркалу 942.

Пучок красного света R проходит через это отражающее синий и зеленый свет дихроичное зеркало 941, отражается почти перпендикулярно отражающим зеркалом 943, расположенным за ним, и излучается из части выхода излучения 944 для пучка красного света R по направлению к дихроичной призме 10. Далее, только пучок зеленого света G пучков синего и зеленого света В и G, который был отражен отражающим синий и зеленый свет дихроичным зеркалом 941, отражается почти перпендикулярно отражающим зеленый свет дихроичным зеркалом 942 и излучается из части выхода излучения 945 для пучка зеленого света G по направлению к дихроичной призме 10. Пучок синего света В, проходящий через отражающее зеленый свет дихроичное зеркало 942, излучается из части выхода излучения 946 для пучка синего цвета В по направлению к светонаправляющей системе 927. В этом варианте реализации изобретения расстояния от части выхода излучения оптической системы 80, формирующей излучение, для светового пучка W до частей выхода 944, 945 и 946 оптической системы цветового деления 924 для цветных пучков устанавливаются так, чтобы быть по существу равными.

По сторонам частей выхода частей выхода 944 и 945 оптической системы цветового деления 924 для пучка красного света R и пучка зеленого света G располагаются, соответственно, светособирающие линзы 951 и 952. Следовательно, пучок красного света R и пучок зеленого света G, выходящие из частей выхода 944 и 945, попадают на эти светособирающие линзы 951 и 952, которые коллимируют эти пучки.

Коллимированные пучки красного света R и зеленого света G попадают на жидкокристаллические оптические модуляторы 100R и 100G, где они модулируются и приобретают соответствующую графическую информацию. Т.е. эти жидкокристаллические оптические модуляторы подвергаются управлению переключения с помощью приводного устройства, которое не показано, в соответствии с графической информацией, и, тем самым, цветные пучки, проходящие через них, модулируются. Что касается приводных устройств, известные устройства могут использоваться в неизмененном виде. Напротив, пучок синего цвета В направляется к соответствующему жидкокристаллическому оптическому модулятору 100В через светонаправляющую систему 927, где он аналогично модулируется в соответствии с графической информацией.

Светонаправляющая система 927 содержит светособирающую линзу 954, расположенную на стороне части выхода 946 для пучка синего света В, отражающее зеркало 971 на стороне падения пучка и отражающее зеркало 972 на стороне выхода пучка, промежуточную линзу 973, расположенную между этими отражающими зеркалами, и светособирающую линзу 953, расположенную перед жидкокристаллическим оптическим модулятором 100В. Пучок синего света В имеет самую большую длину из длин оптического пути цветных пучков, т.е. расстояний от источника света 81 до жидкокристаллических модуляторов. Следовательно, этот световой пучок испытывает наибольшие потери излучения. Потери излучения, однако, могут быть уменьшены за счет размещения светонаправляющей системы 927.

Цветные пучки R, G и В, модулированные с помощью жидкокристаллических оптических модуляторов 100R, 100G и 100В, попадают в дихроичную призму 10, где они синтезируются. В дихроичной призме 10 формируются дихроичные слои, имеющие Х-форму, вдоль поверхностей связи между четырьмя прямоугольными призмами. Цветное изображение, синтезируемое дихроичной призмой 10, увеличивается и проецируется на поверхность экрана 900 в заданном положении с помощью проекционной оптической системы 60, которая является составной частью проекционного линзового блока. Что касается проекционной оптической системы 60, в ней может использоваться телецентрическая линза.

Далее описание будет дано в связи с соотношением между диафрагменным числом оптической системы 80, формирующей излучение, и диафрагменным числом проекционной оптической системы 60. Хотя оптические пути, ведущие от оптической системы 80, формирующей излучение, к экрану 900 через жидкокристаллические оптические модуляторы 100R, 100G и 100В и проекционную оптическую систему 60 направляются так, чтобы содержать оптическую систему в компактной области и по другим причинам, они, в оптических терминах, являются практически эквивалентными тем оптическим путям оптической системы, для которых линзы располагаются линейно вдоль оптической оси источника света. Фиг. 2 показывает эквивалентную оптическую систему для пучка красного света, в которую не включены оптическая система светового деления 925, светособирающая линза 951 и дихроичная призма 10, описанные выше. Кроме того, эквивалентные оптические системы для пучка зеленого света и пучка синего света являются аналогичными, и, следовательно, их описание опускаются.

Как показано на фиг. 2, формируется жидкокристаллический оптический модулятор 100R, с расположением на той его стороне, на которую падает свет, набора микролинз 102, составленного из множества микролинз 101 для того, чтобы предотвращать ухудшение эффективности использования света из-за увеличения четкости. Микролинзы 101 формируются в соответствии с апертурами пикселей и данными оптическими свойствами, так, чтобы собирать световой пучок, падающий на жидкокристаллический оптический модулятор 100R, на соответствующих апертурах пикселей.

Следовательно, в устройстве проекционного дисплея 1 этого варианта реализации световой пучок, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора 100R, рассеивается под действием микролинз 101, как показано на фиг. 2 с помощью сплошных линий. По этой причине световой пучок, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора 100R, который распределяется шире, чем световой пучок, выходящий из жидкокристаллического модулятора (показан пунктирными линиями на фиг. 2) в устройстве проекционного дисплея, имеющем традиционную конфигурацию.

В устройстве проекционного дисплея 1 этого варианта реализации изобретения диафрагменное число F_P проекционной оптической системы 60 устанавливается таким образом, чтобы быть меньше, чем диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, поэтому световой пучок, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора 100R, который рассеивается микролинзами 101, эффективно направляется в проекционную оптическую систему 60.

Хотя проекционная оптическая система 60А в общем часто представляется единственным линзовым элементом в большинстве случаев, как показано на фиг. 2, в обычных случаях она составляется из множества линзовых элементов. Это означает, что множество линзовых элементов может быть заменено единственным линзовым элементом, осуществляющим функцию, эквивалентную той, которую имеют эти линзовые элементы. Предполагается, что диафрагменное число F_P проекционной оптической системы относится к диафрагменному числу замещаемого таким образом единственного линзового элемента, т.е. величине l_p/d_p, которая получается при делении фокусного расстояния 1р единственного линзового элемента на диаметр линзы d_p.

Кроме того, диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, относится к диафрагменному числу линзового элемента, который расположен на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, т. е. ближе всего к жидкокристаллическим оптическим модуляторам 100R, 100G и 100В среди множества линзовых элементов, входящих в состав оптической системы, формирующей излучение. В случае, когда линзовый элемент, расположенный на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, является наборам линз, состоящим из множества линз, как в этом варианте реализации изобретения, диафрагменное число F_L не относится к диафрагменному числу каждой линзы, а относится к величине l_L/d_L, полученной при делении расстояния l_L от набора линз до объекта, который освещается, на максимальный диаметр d_L набора линз (например, диаметр в случае набора круговых линз, длина диагональной линии в случае набора прямоугольных линз). Следовательно, в случае устройства проекционного дисплея этого варианта реализации изобретения диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, является диафрагменным числом второй линзовой пластины 822, т.е. величиной l_L/d_L, полученной при делении расстояния l_L от линзовой пластины 822 до жидкокристаллического оптического модулятора 100R на максимальный диаметр d_L линзовой пластины 822 (например, диаметр в случае пластины круговых линз и длина диагональной линии в случае пластины прямоугольных линз).

В устройстве проекционного дисплея 1, использующем дихроичную призму 10 этого варианта реализации изобретения, определенный жидкокристаллический оптический модулятор 100В среди жидкокристаллических оптических модуляторов 100R, 100G и 100В, которые являются объектами, которые освещаются, часто располагается от оптической системы 80, формирующей излучение, дальше, чем другие жидкокристаллические оптические модуляторы. В этом случае предполагается, что расстояние l_L от набора линз до объекта, который освещается, означает расстояние до объекта, который освещается и который расположен ближе, чем другие. В частности, когда светонаправляющая система 927, которая используется, соответствует этому варианту реализации изобретения, светособирающая линза 954, которая расположена примерно в том же положении, что и жидкокристаллические оптические модуляторы 100R и 100G, может рассматриваться как объект, который освещается.

Вся оптическая система для подачи излучения на жидкокристаллические оптические модуляторы 100R, 100G и 100В, функционирует как области излучения, т. е. оптический путь к жидкокристаллическим оптическим модуляторам 100R, 100G и 100В, и оптическая система, существующая на оптическом пути, в широком смысле может быть названа оптической системой, формирующей излучение. Например, оптическая система цветового деления 924, светонаправляющая система 927, светособирающие линзы 951 и 952 и тому подобные, показанные на фиг. 1, в широком смысле входят в состав оптической системы, формирующей излучение. Однако оптическая система 80, формирующая излучение, в узком смысле, главным образом, служит для освещения световым пучком жидкокристаллических оптических модуляторов 100R, 100G и 100В. Настоящее изобретение охватывает такую оптическую систему 80, формирующую излучение, в узком смысле.

Для того чтобы почти весь свет, выходящий из жидкокристаллического оптического модулятора 100R, который был рассеян микролинзами 101, направлялся в проекционную оптическую систему 60, диафрагменное число F_P проекционной оптической системы 60, диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, и диафрагменное число f_M микролинзы 101, расположенной в жидкокристаллическом оптическом модуляторе 100R, имеют следующее соотношение в этом варианте реализации. Диафрагменное число F_M микролинзы 101 относится к величине, полученной за счет деления фокусного расстояния каждой микролинзы 101 на ее диаметр.

Фиг. 3 показывает соотношение между диафрагменными числами оптической системы 80, формирующей излучение, проекционной оптической системы 60 и микролинзы 101. Как показывает этот чертеж, угол наклона пучка к оси θ_L, задаваемый оптической системой 80, формирующей излучение и угол наклона пучка к оси θ_M, задаваемый микролинзой 101, получаются из следующих уравнений (1) и (2):
θ_L = 90^°-tan^-1(2×F_L) (1)
θ_M = 90^°-tan^-1(2×F_M) (2)
Световой пучок, направленный к проекционной оптической системе 60, является рассеянным пучком, идущим от оптической системы 80, формирующей излучение, т.е. также рассеянным микролинзой 101. По этой причине угол наклона к оси светового пучка, направленного к проекционной оптической системе 60, представляет собой сумму угла наклона пучка к оси θ_L, задаваемого оптической системой 80, формирующей излучение, и угла наклона пучка к оси θ_M, задаваемого микролинзой 101, и получается из следующего уравнения (3):
θ_P = θ_L+θ_M = 180^°-tan^-1(2×F_L)-tan^-1(2×F_M) (3)
В этом варианте реализации диафрагменное число проекционной оптической системы 60 устанавливается так, чтобы удовлетворять уравнению (4) за счет увеличения входного зрачка проекционной оптической системы 60 таким образом, что все световые пучки, имеющие угол θ_P, направляются в проекционную оптическую систему 60.

F_P≤{tan(90^°-θ_P}/2 (4)
Т. е. в соответствии с уравнениями (3) и (4), диафрагменное число F_P проекционной оптической системы, диафрагменное число F_L оптической системы 80, формирующей излучение, и диафрагменное число F_L микролинзы в устройстве проекционного дисплея этого варианта реализации изобретения устанавливаются так, чтобы удовлетворять уравнению (5):
F_P≤[tan{tan^-1(2•F_M)+tan^-1 (2•F_L)-90^o}]/2 (5)
Следовательно, например, когда диафрагменное число F_L оптической системы 80, формирующей излучение, равно 2,5 и диафрагменное число F_M микролинзы 101 равно 3,5, диафрагменное число F_P проекционной оптической системы 60 устанавливается так, чтобы оно было меньше, чем приблизительно 1,4. Когда диафрагменное число F_L оптической системы 80, формирующей излучение, равно 5,0 и диафрагменное число F_M микролинзы 101 равно 3,5, диафрагменное число F_P проекционной оптической системы 60 устанавливается таким, чтобы быть меньше, чем приблизительно 2,0.

Таким образом, диафрагменное число F_P проекционной оптической системы 60 устанавливается в устройстве проекционного дисплея 1 этого варианта реализации таким образом, чтобы световой пучок, выходящий из жидкокристаллических оптических модуляторов 100R, 100G и 100В, рассеянный микролинзами 101, эффективно направлялся в проекционную оптическую систему. По этой причине возможно избежать ситуации, в которой часть света, выходящего из жидкокристаллических оптических модуляторов 100R, 100G и 100В с микролинзами, проходит мимо проекционной оптической системы 60, и тем самым предотвратить снижение эффективности использования света за счет рассеяния микролинзами 101. Т. е. возможно заставить значительное количество света быть направленным к апертурам пикселей с помощью микролинз 101 для эффективного достижения плоскости проекции и получить яркое проецируемое изображение в устройстве проекционного дисплея, которое включает жидкокристаллические оптические модуляторы, имеющие микролинзы.

В. Модификации оптической системы, формирующей излучение
Описанная выше оптическая система 80, формирующая излучение, может быть заменена оптическими системами с 80А по 80D, формирующими излучение, показанными на фиг. 4(а), фиг. 4 (b), фиг. 5(а) и фиг. 5(b). На фиг. с 4(а) по 5(b) составные части оптической системы, формирующей излучение, аналогичные тем, которые присутствуют в оптической системе 80, формирующей излучение, имеют те же самые числовые обозначения, и их подробное описание опущено.

Оптическая система 80А, формирующая излучение, показанная на фиг. 4(а), содержит оптическую систему 82А, формирующую однородное излучение, включающую две линзовые пластины 821 и 822 и совмещающую линзу 824 и источник света 81. В то время, как промежуточные пучки, расщепленные первой линзовой пластиной 821, совмещаются на жидкокристаллических оптических модуляторах 100R, 100G и 100В второй линзовой пластиной 822 в описанной выше оптической системе 80А, формирующей излучение, в этой модификации изобретения они совмещаются с помощью совмещающей линзы 824. В этой модификации диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, означает диафрагменное число совмещающей линзы 824, которая располагается на оптическом пути, наиболее явно направленном вниз по ходу распространения излучения.

В оптической системе 80В, формирующей излучение, показанной на фиг. 4 (b), часть, составленная второй линзовой пластиной 822 и совмещающей линзой 824 на фиг. 4 (а), замещается отдельной пластиной децентрирующих линз 822А, имеющей такие же функции, как и функции обоих элементов. В этой модификации диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, представляется величиной l_L/d_L, получаемой при делении расстояния l_L от линзовой пластины 822В, которая расположена на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, до объекта, который освещается, на максимальный диаметр d_L линзовой пластины 822В (например, диаметр, в случае пластины круговых линз, длину диагональной линии в случае пластины прямоугольных линз).

Оптическая система 80С, формирующая излучение, показанная на фиг. 5(а), содержит оптическую систему 82С, формирующую однородное излучение, включающую две линзовые пластины 821С и источник света 81С. Источник света 81С включает источник света в виде лампы 811 и эллиптический отражатель 812С. Источник света 81С в этой модификации излучает сходящийся световой пучок, что отличается от описанного выше источника света 81, который излучает параллельный световой пучок. Линзовые пластины 821С и 822С, составляющие оптическую систему 82 С, формирующую однородное излучение, имеют форму в соответствии с шириной сходящегося светового пучка, излучаемого источником света 81С. Функции линзовых пластин 821С и 822С аналогичны функциям линзовых пластин 821 и 822 оптической системы 80, формирующей излучение. В этой модификации диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, представляется величиной l_L/d_L, получаемой при делении расстояния l_L от линзовой пластины 822, которая расположена на части оптического пути, наиболее явно направленной вниз по ходу распространения излучения, до освещаемого объекта, на максимальный диаметр d_L линзовой пластины 822 (например, диаметр, в случае пластины круговых линз, длина диагональной линии в случае пластины прямоугольных линз).

Оптическая система, формирующая излучение 80D, показанная на фиг. 5(b), содержит источник света 81 и светособирающую линзу 825. Светособирающая линза 825 служит для предотвращения рассеяния света, излучаемого источником света 81. В этой модификации диафрагменное число F_L оптической системы, формирующей излучение, означает диафрагменное число светособирающей линзы 825, которая размещается на оптическом пути, наиболее явно направленном вниз по ходу распространения излучения.

С. Другие варианты реализации изобретения
В то время как описанное выше устройство проекционного дисплея 1 является фронтальным проекционным устройством дисплея, которое осуществляет проекцию с той стороны, где наблюдается плоскость проекции, настоящее изобретение также может применяться к редкому устройству проекционного дисплея, которое осуществляет проекцию со стороны, противоположной стороне, с которой наблюдается плоскость проекции.

Claims

1. Устройство проекционного дисплея, содержащее оптический модулятор для модуляции светового пучка, излучаемого оптической системой, формирующей излучение, причем указанный оптический модулятор включает множество пикселей, расположенных в матрице, и набор микролинз, имеющий множество микролинз для собирания светового пучка, падающего на указанные пиксели; и проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования светового пучка, модулированного указанным оптическим модулятором, где диафрагменное число указанной проекционной оптической системы меньше, чем диафрагменное число указанной оптической системы, формирующей излучение.

2. Устройство проекционного дисплея по п.1, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света и оптическую систему, формирующую однородное излучение для расщепления светового пучка, излучаемого указанным источником света, на множество отдельных пучков и совмещения отдельных пучков на указанном оптическом модуляторе.

3. Устройство проекционного дисплея по п.1, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света, первую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего из указанного источника света, на множество промежуточных пучков, и вторую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз для совмещения на указанном оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепляемых указанной первой линзовой пластиной.

4. Устройство проекционного дисплея по п.3, отличающееся тем, что линзы из указанного множества прямоугольных линз, которые составляют вторую указанную линзовую пластину, являются децентрированными линзами.

5. Устройство проекционного дисплея по п.1, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света, первую и вторую линзовые пластины, имеющие множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего из указанного источника света, на множество промежуточных пучков, и совмещающую линзу для совмещения на указанном оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепленных первой и второй линзовыми пластинами.

6. Устройство проекционного дисплея по п.1, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света и светособирающую линзу для собирания светового пучка, выходящего из указанного источника света.

7. Устройство проекционного дисплея по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что указанное устройство проекционного дисплея содержит оптическую систему цветового деления для разделения светового пучка, излучаемого указанной оптической системой, формирующей излучение, на множество цветных пучков; множество указанных оптических модуляторов для модуляции цветных пучков, разделенных указанной системой цветового деления; цветосинтезирующую оптическую систему для синтеза цветных пучков, модулированных указанными оптическими модуляторами, и указанную проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования пучков, синтезированных указанной цветосинтезирующей оптической системой.

8. Устройство проекционного оптического дисплея, содержащее оптический модулятор для модуляции светового пучка, излучаемого оптической системой, формирующей излучение, причем указанный оптический модулятор включает множество пикселей, расположенных в матрице, и набор микролинз, имеющий множество микролинз, для собирания падающего света на указанных пикселях, и проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования светового пучка, модулированного указанным оптическим модулятором, в соответствии со следующим уравнением:
F_p≤[tan{tan^-1(2•F_м)+tan^-1(2•F_L)-90^o}]/2,
где F_p - диафрагменное число указанной проекционной оптической системы;
F_l - диафрагменное число указанной оптической системы, формирующей излучение;
F_m - диафрагменное число указанных микролинз.

9. Устройство проекционного дисплея по п.8, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света, оптическую систему, формирующую однородное излучение, для расщепления светового пучка, излучаемого указанным источником света, на множество отдельных пучков и совмещения отдельных пучков на указанном оптическом модуляторе.

10. Устройство проекционного дисплея по п.8, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света, первую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего из указанного источника света, на множество промежуточных пучков, и вторую линзовую пластину, имеющую множество прямоугольных линз, для совмещения на указанном оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепляемых указанной первой линзовой пластиной.

11. Устройство проекционного дисплея по п.10, отличающееся тем, что линзы из указанного множества прямоугольных линз, составляющих вторую указанную линзовую пластину, являются децентрированными линзами.

12. Устройство проекционного дисплея по п.8, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света, первую и вторую линзовые пластины, имеющие множество прямоугольных линз для расщепления светового пучка, выходящего из источника света, на множество промежуточных пучков, и совмещающую линзу для совмещения на указанном оптическом модуляторе множества промежуточных пучков, расщепленных указанной первой и второй линзовыми пластинами.

13. Устройство проекционного дисплея по п. 8, отличающееся тем, что указанная оптическая система, формирующая излучение, включает источник света и светособирающую линзу для собирания светового пучка, выходящего из указанного источника света.

14. Устройство проекционного дисплея по любому из пп.8-13, отличающееся тем, что содержит оптическую систему цветового деления для разделения светового пучка, излучаемого указанной оптической системой, формирующей излучение, на множество цветных пучков; множество указанных оптических модуляторов для модуляции световых пучков, разделенных указанной оптической системой цветового деления, цветосинтезирующую оптическую систему для синтеза цветных пучков, модулированных указанными оптическими модуляторами, и указанную проекционную оптическую систему для увеличения и проецирования пучков, синтезированных указанной цветосинтезирующей оптической системой.