专利名称：具有旋转全息滤色器单元的彩色投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色投影装置以及使第一、第二和第三彩色光的交替带旋滚过光阀表面的方法。
彩色投影显示系统中，使白光源分光成红、蓝、绿子光束，由相应的输入显示信号彩色分量分别调制它们。然后，已调制子光束再组合成完全的彩色显示，投影至观看屏幕上。子光束的调制一般使用诸如液晶显示(LCD)面板之类的三个独立的电-光调制器予以实现，三个子光束各有一个LCD面板。
然而，在一种类型的彩色投影系统中，三个子光束由单个LCD板进行总的调制。实现时，使各子光束成形在带状截面上，它们顺序地旋滚过LCD面板(亦称为光阀)，并同步地寻址LCD板上的那些带状部分，由具有相应显示信号信息的光束照射。与使用相同类型光阀板的三板式系统相比较，通过单个光阀板并同时应用可得到的、实体部分的红、蓝、绿光，能提供高的光效率。只使用单个LCD板时不再需要以机械方式会聚不同的彩色影像到不同的LCD面板上，可以降低系统成本。
用以产生旋滚彩色条图形的一种紧凑装置公开于美国专利U.S.Patent No.6,266,105中。该装置内使用一种光鼓，表面上覆盖有选择性地反射红、绿、蓝光带的二向分色单元。借助于偏振光束分光器和四分之一波长板，从输入光中分离出反射光。但是，它的二向分色单元和光学器件都难以用低成本制造。
本发明的一个目的是提供一种投影显示装置，它能够应用低成本的部件，它不依靠偏振光。
根据权利要求1中规定的本发明的投影显示装置，能实现这一目的。
我们的新发明不使用高价的单元，不依靠偏振光，它基于低成本技术，能使用不需要偏振光的光阀，例如不需要倾斜镜阵列或是DMD(数字微镜器件)。总体上，按照本发明的多条旋滚方式包括使用全息单元，从白光中隔离出例如红、绿、蓝三个彩色光束，使它们顺序地旋滚过光阀。
本发明的一个方面，多条旋滚装置中包含有白光源，一个透镜系统，包括有一内部全反射光束分光器，它具有一内部表面，呈现出内部全反射的临界角；可移动的全息单元阵列，它包括有产生第一彩色的多个第一全息单元，产生与第一彩色基本上不同的第二彩色的多个第二全息单元，以及产生与第一和第二彩色基本上不同的第三彩色的多个第三全息单元；还有一个光阀。第一、第二和第三全息单元之每一个被配置使得从相应到达方向上来的白光到达第一、第二和第三全息单元之每一个时产生第一、第二和第三彩色相应的一个的基本上单色光，其以相应的一个离去方向离开相应的一个第一、第二和第三全息单元，离去方向与它们各自的到达方向相差一个预定角度。第一全息单元与第二和第三全息单元的该预定角度是一样的。白光源，包含分光器的透镜系统、可移动的全息单元阵列和光阀间的相对物理上安排，使白光源进入分光器并以大于临界角的入射角射至分光器内部表面，从而白光源的光线从内部表面上反射出来，分别导向相应的一个第一、第二和第三全息单元，以使分别离开第一、第二和第三全息单元的基本上的单色光光束到达分光器而以小于临界角的第二入射角射至分光器内部表面，从而第一、第二和第三彩色光光束穿过内部表面形成第一、第二和第三彩色的交替带，当可移动的全息单元阵列转动时交替带旋滚过光阀表面。
本发明的再一个目的是提供一种方法使第一、第二和第三彩色光的交替带旋滚过光阀表面的实现中能应用低成本的部件，并且不依靠偏振光。
根据权利要求7中规定的本发明的方法，能实现这一目的。
本发明的这一方面，使第一、第二和第三彩色光交替带旋滚过光阀表面的方法中包括使准直光束反射出内部全反射光束分光器的内部表面；使反射光线导向包括有至少第一、第二和第三全息单元的一个全息单元阵列，从第一全息单元上辐射出第一彩色光，从第二全息单元上辐射出第二彩色光，该第二彩色光基本上与第一彩色光不同，从第三全息单元上辐射出第三彩色光，该第三彩色光基本上与第一和第二彩色光均不相同，通过分光器内部表面发射出第一、第二和第三彩色光束，导引通过内部表面发射的第一、第二和第三彩色光光束，在光阀上分别形成第一彩色、第二彩色和第三彩色的交替带，以及使全息单元阵列移动而第一彩色、第二彩色和第三彩色的交替带旋滚过光阀表面。
进一步的有效实施例详细列述于所附的权利要求书中。参考后面说明的实施例，本发明的这些方面和其它方面是显见的和易理解的。
附图中
图1是按照本发明多彩色条旋滚鼓的一种可能实施例截面图；图2是按照图1实施例的内部全反射分光器截面图；图3是可旋转光鼓的部分截面图。示明了其周边布置有三个样本全息单元；图4是按照本发明多彩色条旋滚鼓的第二种可能实施例截面图；以及图5是按照本发明多彩色条旋滚鼓的第三种可能实施例截面图。
图1示明按照本发明一种可能实施例的多条旋滚鼓式彩色投影显示装置。照明器中包括白光源1(本实施例中为白炽灯1)、反射镜3和带有源孔径7的光源掩模5。透镜系统9中包括准直透镜11；内部全反射(TIR)分光器13，它具有内部表面15和出射表面17；会聚透镜19；聚焦透镜21；具有出口孔径25的出口掩模23；以及校正透镜27。可移动的衍射单元即全息单元阵列29中包括可旋转鼓29，它具有重复序列的第一、第二和第三彩色(例如红、绿、蓝)发射全息单元30、32、34。光阀36内包括有单液晶显示(LCD)面板36。
工作中，来自白光源1的准直白光束指向光阀36。应当指出，对于本专利申请来说，“白光源”和通常的“白光”意指任何的多波长光，包括有足够宽的波长范围(最短波长与最长波长之间的差)，包罗及可见光范围的很大部分，并可取地包括红、绿、蓝光的波长。所以，荧光灯或其它包含确切的三个波长(例如红、绿、蓝光波长)的三波长光源、高亮度白炽灯、甚至普通的家用照明灯泡都可认为是合格的“白光源”。
来自白光源1的白光被反射镜3反射并聚焦，穿过掩模5中的孔径7。穿过孔径7后被会聚，由准直透镜11使白光准直，进入透镜系统9。
在透镜系统9中，准直白光进入TIR分光器13，射至TIR分光器13的内部表面15上。内部表面15有一个内部反射的临界角α。射至内部表面15的光线对于内部表面15之法线的角度偏离称为光线的入射角。在内部表面15上入射角不大于临界角α的光线将大部分穿过内部表面15；入射角大于临界角α的光线将完全反射，这称为内部全反射或TIR。
在图2上可更清楚地看到，准直白光射至内部表面15的入射角β大于临界角α时光线完全地反射。然后，光线射出分光器13而穿过出射表面17(其入射角小于临界角α)，通过会聚透镜19射至可旋转鼓29的全息单元30、32、34上。由图1和3可见，会聚透镜19使准直光线有些会聚，它们在鼓29的周边不同的全息单元30、32、34上有相同的入射角γ。
不同类型的全息单元30、32、34有着相应地不同的感兴趣彩色。例如，第一全息单元30为红色，第二全息单元为绿色，第三全息单元34为蓝色。每个全息单元的配置使白光以入射角γ进入时对于全部全息单元30、32、34来说其相应的兴趣彩色的出射角是相同的。例如，图3所示的实施例中，白光的入射角γ进入第一全息单元30、第二全息单元32和第三全息单元34中的每一个，所有红、绿、蓝光束均以从鼓29的中心上直接径向(在本特定的实施例中)的方向分别地射出第一全息单元30、第二全息单元32和第三全息单元34。
红、绿、蓝三个光束通过会聚透镜19。使它们被再准直，它们又一次进入分光器13。然而，此时它们到达内部表面15上的入射角δ小于临界角α，因此它们将穿过分光器13的内部表面15。聚焦透镜21聚焦光束，使光束通过出口掩模23的出口孔径25。光束再通过校正透镜27，到达光阀36，光阀36表面上有对应于红、绿、蓝条的图案。应理解到，当可旋转鼓29旋转时，将使这些条旋滚过光阀36的表面。
可以有本发明的许多不同变型。例如，可以有许多安排使全息单元30、32、34循环地通过白光区域，由此使产生的彩色光束旋滚过光阀36。例如，可以使用带有螺旋状(图4)、辐射状(图5)或其它全息单元图案的旋转盘40、42。或者可以使用旋转带或其它装置使全息单元顺序地通过白光区域。另外，可以设想不同变型的透镜系统。某些实施例中，可能不需要校正透镜27(和/或透镜系统的其它单元)。
其它实施例，变型实施例和等效实施例以及本发明的其它方面、目的和优点，对本技术领域内的熟练人员是显见的，能够从附图，公开件和所附权利要求书的研究中得知。
权利要求
1.一种投影显示装置，包含有白光源；包括一个内部全反射分光器的透镜系统，分光器有一个内部表面，呈现出全反射的临界角；可移动的全息单元阵列，它包括有产生第一彩色的多个第一全息单元，产生基本上不同于第一彩色之第二彩色的多个第二全息单元，以及产生基本上不同于第一和第二彩色之第三彩色的多个第三全息单元；以及光阀，第一、第二和第三全息单元之每一个被配置使得从相应到达方向上来的白光到达第一、第二和第三全息单元之相应的每一个时产生第一、第二和第三彩色的相应的一个的基本上的单色光，其以相应的离去方向离开第一、第二和第三全息单元的相应的一个，离去方向与它们相应的到达方向相差一个预定角度，第一全息单元的该预定角与第二和第二和第三全息单元的是一样的，白光源，包含分光器的透镜系统、可移动的全息单元阵列和光阀间有相对的物理安排，使得来自白光源的光线进入分光器，以大于临界角的第一入射角射至内部表面上，从而来自白光源的光线从内部表面上反射，指向相应的第一、第二和第三全息单元之每一个；以及离开相应的第一、第二和第三全息单元的基本上单色光束到达分光器而以小于临界角的第二入射角射至分光器内部表面，因而所述第一、第二和第三彩色光光束不从内部表面上反射而穿透过内部表面，形成第一、第二和第三彩色的交替带，当可移动全息单元阵列移动时交替带旋滚过光阀表面。
2.权利要求1的投影显示装置，其中，透镜系统进一步包括一个布置在白光源与分光器之间的准直透镜，使来自白光源的光线通过分光器时准直。
3.权利要示1的投影显示装置，其中，可移动的全息单元阵列由一个可旋转鼓构成，鼓的周边布置有多个所述的第一、第二和第三全息单元。
4.一种投影显示装置，其中，透镜系统还包括一个布置在分光器与所述鼓之间的会聚透镜，使分光器内部表面的所反射的白光在鼓旋转时以相对于所述全息单元为基本上恒定的角度到达每个全息单元，所述全息单元沿着被白光照射的鼓的周边弧线转动，在所述第一、第二和第三彩色光的光束进入分光器之前将离开相应的第一、第二和第三全息单元的所述第一、第二和第三彩色光光束准直。
5.一种投影显示装置，其中，可移动的全息单元阵列由旋转盘构成，盘的表面具有全息条图案。
6.一种投影显示装置，其中，投影显示装置还包含一个具有孔径的出口掩模，它布置在分光器与光阀之间。透镜系统还包括一个布置在分光器与出口掩模之间的聚焦透镜，使通过分光器内部表面的所述第一、第二和第三彩色光光束聚焦于孔径上。
7.一种使第一、第二和第三彩色光交替带旋滚过光阀表面的方法，包含有使内部全反射分光器的内部表面上反射出准直光束；使所述反射光导向包括有至少第一、第二和第三全息单元的全息单元阵列；从第一全息单元上辐射出第一彩色光光束；从第二全息单元上辐射出第二彩色光光束，该第二彩色基本上不同于第一彩色；从第三全息单元上辐射出第三彩色光光束，该第三彩色基本上不同于第一和第二彩色；使第一、第二和第三彩色光光束通过分光器内部表面；导引通过内部表面的第一、第二和第三彩色光光束，在光阀上分别形成第一彩色、第二彩色和第三彩色的光交替带；以及移动全息单元阵列，使第一、第二和第三彩色光的交替带旋滚过光阀表面。
8.权利要求7的方法，其中，方法中还包含一个步骤，通过沿可旋转鼓周边安排第一、第二和第三全息单元以构成全息单元阵列，且其中使全息单元阵列移动的步骤中，包括使鼓旋转。
9.权利要求8的方法，其中，沿可旋转鼓周边安排第一、第二和第三全息单元的步骤中，包括有按第一、第二和第三全息单元的交替图案在可旋转鼓周边分别安排多个第一全息单元，多个第二全息单元和多个第三全息单元。
10.权利要求7的方法，其中，方法中还包含一个步骤，通过在圆盘表面上以图案安排交替系列的全息条以构成全息单元阵列，且其中使全息单元阵列移动的步骤中，包括使盘旋转。
11.权利要求7的方法，其中，方法中还包含一个步骤，通过使白光源来的光线聚焦以会聚在光源掩模的孔径上然后使通过光源掩模上孔径的光线准直从而形成准直光束。
12.权利要求7的方法，其中，在光阀上形成第一、第二和第三彩色光交替带的步骤中，包括有使第一、第二和第三彩色光光束聚焦而会聚在出口掩模孔径上的步骤。
全文摘要
一种多条旋滚装置中具有一个分光器，其内部使白光反射至一个可移动的全息单元阵列上，全息单元阵列辐射出三种不同的彩色光光束，它们聚焦在光阀上，使三种彩色光光带顺序地旋滚过该光阀。
文档编号G02B27/10GK1608384SQ02825872
公开日2005年4月20日 申请日期2002年12月5日 优先权日2001年12月21日
发明者P·J·M·詹森, J·A·施米祖 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司