专利名称：滚动彩色连续照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于投影装置的照明系统，具体来说，涉及滚动的彩色连续投影装置，例如，采用液晶屏的滚动的彩色连续投影装置。
背景技术：
彩色的连续系统广泛地应用于投影制造业。每个单芯片DLP投影仪具有一色轮(color wheel)，它在市场上以现货供应的单元出售。色轮通常位于灯的热点(hot spot)处，那里亮点的尺寸为最小。该位置对整个屏提供最快的色彩变化。
液晶显示器，尤其是，LCoS显示器不能如DLP显示器那样快地操作。该较慢的操作与液晶的张弛时间(relaxation time)有关，并导致投影系统效率的显著下降。为了提高系统的光效率，已有人提出不是一帧一帧地而是一行一行地改变颜色。这种连续彩色系统的每次一行的逐行的方法基本上加倍地输出光量。
采用一液晶屏的连续的彩色照明应用于投影装置的一实例出现在美国专刺6,266,105 B1(’105专利)中，它于2000年2月2日以欧洲专利局的专利出版物EP 0 977 422 A2出版。
与本发明相比，公开在’105专利中的系统使用与透射相反的反射彩色过滤器。如在SID2002，2002，Paper 51.4，pp1346-1349中的、由Brennesholtz，Mattew S所著的“采用转动鼓的彩色连续的LCoS投射器”一文中所讨论的，’105专利中所公开类型的反射彩色过滤器具有差的效率和色度的缺点。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供彩色连续照明系统(彩色扫描系统)，它能滚动彩色光带(scrolling bands of colored light)以横贯一屏表面，例如，横贯诸如一LCoS屏的液晶屏的表面。尤其是，本发明涉及提供滚动照明系统(scrolling illumination system)，其构造和操作简单，且足以在色带之间达到高水平的色分离，以产生高质量的投影图像。
根据第一方面，本发明提供用来产生滚动彩色光带(例如，图3中的带25和27)的装置，该装置包括(a)一适于绕一轴线(37)转动的组件(13)，所述组件包括多个透射的彩色过滤器(例如，30、31、33)，它们沿轴线延伸并形成一内部容积(49)、一周缘(45)以及两个相对端(47)；以及(b)一至少局部地在内部容积(49)内的反射表面(39)，它用来接收已通过周缘(45)的光线并反射从所述端部(47)中的一个出来的所述光线，所述反射表面(39)适于在组件(13)绕轴线转动时保持静止。
根据其它的诸方面，本发明提供一滚动方法，该方法包括(a)提供多个彩色过滤器(例如，30、31、33)，各过滤器产生从接收光线来的透射光线；(b)通过绕一转动轴线(37)沿一大致圆形的通道传输过滤器，反复地通过在一光源(例如，15、17)前的过滤器，所述光源具有一光轴(41)，它基本上垂直于所述转动轴线(37)；以及(c)转动由过滤器产生的透射光线的光轴，以使所述轴线(43)不通过一过滤器。
本发明的其它的特征和优点将在下面的详细的描述中进行阐述，本技术领域内的技术人员从描述中部分地将会容易地不喻白明，或通过实践这里所述的本发明而加以认识。
应该理解的是上述一般性的描述和下面详细的描述只是为了示范本发明，并意图为理解如权利要求书中所定义的本发明的特性和特征提供一总的框架。
所包括的附图用来提供对本发明的进一步的理解，其容纳在本说明书中并构成本说明书的一个部分。诸
了本发明的各个实施例，其连同描述一起用来解释本发明的原理和操作。
图1是根据本发明的一照明系统设计的示意图。
图2是根据本发明构造的一可转动的组件的第一实施例的立体图。
图3是示出由于图1的转动组件的转动横贯一LCoS有效区域的彩色滚动的示意图。
图4是根据本发明构造的一可转动的组件的第二实施例的示意图。
图5是图4的可转动组件的一部分的放大视图，示出在诸段之间直边缘的使用。
图6是图4的可转动组件的一部分的放大视图，示出在诸段之间磨成角度的边缘的使用。
图中所使用的标号对应于以下元件11照明系统13转动组件15灯17集光器(integrator)19中继器(relay)21屏，例如LCoS屏23屏21的有效区域
25有效区域23的红照明区域(红带)27有效区域23的绿照明区域(绿带)29有效区域23的黑区域30红透射过滤器31蓝透射过滤器33绿透射过滤器35不透明条带37转动组件的转动轴线39反射表面41反射表面前的照明系统的光轴43反射表面后的照明系统的光轴45周缘47端部49内部容积51段53直边缘55磨成角度的边缘具体实施方式
如上所述，本发明涉及提供滚动的逐步的彩色变化的照明系统，例如，在诸如LCoS屏的液晶屏上的一行一行地彩色变化。
该系统使用了形成一组件(13)的诸透射彩色过滤器(30、31、33)，该组件(13)绕一转动轴线(37)转动。来自光源(15、17)的入射光通过诸过滤器，并从反射表面(39)反射。由于这种反射，系统的光轴从一基本上垂直于转动轴线的定向转到一不与过滤器相交的定向。光轴这样的转变使彩色光线容易地从组件中移去，并避免在诸过滤器之间的边界处的色混合(color mixing)的诸问题，它发生在光线通过两个过滤器的系统中。参见美国专利6,361,172，它于2001年9月27日以PCT专利出版物WO01/72047出版。
本发明的一照明系统示于图1中。如图中所示，该系统11较佳地包括一灯15、一集光器17(见发表于1997年4月29日的美国专利5,625,738的“用于均匀照明光阀的装置”)、一可转动的组件13以及一光中继器(optical relay)19。灯15具有一椭圆形反射器，它将光线聚焦在集光器17的入口窗上。中继器19在屏21的有效区域上形成一均匀照明集光器出口窗的图像。
图1所示的光的中继传播包括各种传统的照明系统的部件，例如，UV过滤器，冷光镜，和/或偏振转换系统。例如，可见美国专利6,139,157。当然，这些部件的一个或多个可放置在中继器旁边的系统的其它部分上。再者，诸部件是光学部件，如果要求的话可略去。同样地，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，其它的部件也可包括在系统内。
如图1所示，可转动组件13设计成围绕平行于集光器出口窗(exitwindow)的长边的轴线37转动。可转动组件的外周缘45较佳地位于集光器出口窗附近，在集光器与组件之间保持一刚好足以保持一机械间隙的距离。
例如，反射表面39可以是镜面的前表面或是发生全内反射的棱镜的对角。棱镜通常比镜面昂贵，但即使通过棱镜的光通道包括两个附加的空气/玻璃交界面，棱镜也显得更加有效。再者，棱镜可减小光束的尺寸，这对于本发明的某些应用是所要求的。
图2示出可转动的组件13的第一实施例的结构，它呈一彩色圆柱形的形式，即可转动组件具有一圆柱形的周缘45。圆柱形的外表面由三个被不透明的条带(35)分隔的主区(30、31、33)组成。这些条带平行于圆柱形轴线而定向。各主区具有一不同的二向色过滤器，它确定了通过圆柱形壁的光线的颜色(红、绿或蓝)。
随着组件转动，不透明条带沿集光器出口窗的短边移动。该运动在屏21(见图3)的有效区域23上形成彩色逐步地变化(一行一行地)。
选择红、绿和蓝区的周向长度以满足对白光彩色坐标(white colorcoordinate)的系统的技术要求，例如，x＝0.30及y＝0.31。不透明条带的周向长度根据用于屏中的液晶材料的张弛时间进行挑选，以达到对投影图像的色纯度的系统的技术条件对于图2的可转动组件，在同一块玻璃上需产生若干个二向色区域。这可使大规模制造成本便宜。尤其是，如果在玻璃圆柱上沉淀最后的二向色结构的过程中发生故障，则整个的单元需舍弃。这样就降低了制造产量和增加了部件的成本。
可避免这种制造问题的图1的可转动组件13的另一种形式示于图4中。在此情形中，组件包括多个平而平行的板或段51。
各板具有一合适的透射的二向色涂层，例如，红、绿或蓝。为了形成组件，板可胶合在一起，或用机械方法附连在一合适的外壳内。如图5和6所示，各个板的边缘可以是直的或磨成角度的以使它们互相匹配。
如果过滤器板具有直的边缘(图5)，则当它们组装而形成组件的周缘时它们之间将有间隙。这些间隙将允许某些白光通过，而可减小显示器的对比度或色纯度。在此情形中，使用一黑涂料或其它不透明材料来阻塞间隙区域。如果成像器要求照明以便在连续的色域(color field)之间进行阻塞(图3)，则这种阻塞可显得尤为较佳。然而，阻塞会减小总的光输出。
或者，如图6所示，过滤器的板段可具有磨成合适角度的边缘，这样，它们可互相匹配，在过滤器板之间留下最小的间隙。这允许最大的光量通过，但它会增加制造成本。
所采用的板段的数量由若干个有竞争力的因素确定。第一个因素在于制造可转动组件的成本。板段具有的数量越大则使得器件越昂贵。因此，从成本的观点着眼，具有较少板段的设计是较佳的。
第二个因素是组件的直径，它与板段的数量大约成正比例。最低限度来说，板段的数量必须足够大，以使组件具有一足够大直径来接纳如图1所示的反射表面39。
第三个因素是组件的转动速度。与成像器的帧速度匹配所需要的每分钟的转数与板段的数量成反比。于是，从这一点来看，过滤器(板段)的数量越大越好。
不管是连续的还是分段的，本发明的彩色调制器在三基色之间提供一容易的方法来保持所要求的比例。这一点是十分重要的，因为典型的高压汞弧灯(UHP型)在红光方面是欠缺的。为了获得所要求的白光点，必须增加到达屏幕的红光的相对量，并减小绿光和蓝光的相对量。改变各个过滤器的相对尺寸可做到这一点。或者，在分段设计的情形中，某些相邻的分段可过滤相同的颜色(例如，蓝、绿、红、红、蓝、绿、红、红...)，而不是改变颜色(例如，蓝、绿、红、蓝、绿、红...)。
尽管已经描述和图示了本发明的特定的几个实施例，但应该理解到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作出各种改型。例如，尽管较佳地采用二向色的过滤器，但在本发明的实施中也可使用吸收过滤器(absorption filter)。再者，尽管较佳地在可转动的组件的全部周缘上进行过滤(会采用的任何特意不透明的区域除外)，如果需要的话，也可包括非过滤区域/分段(例如，清晰的区域/分段)。
从本文的描述中，本技术领域内的技术人员在不脱离本发明的范围和精神的前提下显然可作出各种其它的实施例。下面的权利要求书意在涵盖本文所阐述的特定的实施例以及这样的改型、变体和等价物。
权利要求
1.一种滚动方法，该方法包括(a)提供多个彩色过滤器，各过滤器产生从接收光线来的透射光线；(b)通过绕一转动轴线沿一大致圆形的通道传输过滤器，反复地通过在一光源前的过滤器，所述光源具有一基本上垂直于所述转动轴线的光轴；以及(c)转动由过滤器产生的透射光线的光轴，以使所述轴线不通过一过滤器。
全文摘要
本发明公开了一种照明系统(11)，该系统在诸如一LCoS屏的液晶显示屏上提供滚动的逐渐变化的颜色。该系统使用了形成一组件(13)的诸透射彩色过滤器(30、31、33)，该组件(13)绕一转动轴线(37)转动。来自光源(15、17)的入射光通过过滤器并从反射表面(39)反射。由于这种反射，系统的光轴(41、43)从一基本上垂直于转动轴线的定向转到一不与过滤器相交的定向。光轴这样的转变使彩色光线容易地从组件中移去，并避免在过滤器之间的边界处的色混合的诸问题，它发生在光线通过两个过滤器的系统中。
文档编号H04N9/31GK1769980SQ20051012713
公开日2006年5月10日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月21日
发明者S·马格里尔, T·S·鲁瑟弗德 申请人:3M创新有限公司