专利名称：包括带隧道棱镜的积光器装置的投影显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示设备，该设备包括光源装置，用于产生光束；积光器装置，用于将光源装置发出的光束转换成均匀的矩形光束；调制器装置，用于以待显示的图像信息调制来自积光器装置的矩形光束；投影装置，用于将来自调制器装置的矩形光束投射到显示屏上，其中积光器装置包括一个折迭器件和一个放在光源装置和折迭器件之间的积光器件。
由WO 97/45768中可了解这种显示设备。
在已知显示设备中，积光器件包括两个平行的积光器片，每一片都有多个透镜，安排在垂直于光源装置发出的光束主轴的一个平面上；折迭器件包括一个反射镜和一个透镜；调制器装置包括一个分束棱镜、一个分色和合成棱镜、三个反射液晶显示板。
利用折迭器件，与不用折迭器件的结构相比，可获得更小型结构的显示设备。
由于折迭器件的反射镜不安排在积光器件的各积光器片之间，因此各积光器片可以紧密安排在一起，从而可包含大量的透镜而又保持一定的功能，这将改善投影图像的影象质量。
就现有显示设备而言，期望液晶显示板与投影设备之间的光是远心的，以使用于分色和合成棱镜中用的双色滤光作用(在玻璃或合成材料中该作用比在空气中更强)和液晶显示板的反射/电压特性的角度关系更好。
为获得所需的远心性，最靠近反射镜的积光器片应当安排在折迭器件的透镜的焦平面上。
为了达到进一步小型化，1999年有人考虑用弧光长度为1毫米的灯作为光源装置，并采用对角线长为2.3厘米(0.9英寸)的液晶板，并越来越希望将折迭器件的透镜移到调制器装置的各棱镜之间的位置。但是，在这种情况下，在折迭器件中使用反射镜会妨碍获得最佳小型化的几何尺寸。
本发明的目的在于改善现有技术中的显示设备，使其既能实现有最佳小型化的几何尺寸，又有高质量显示的图像。
为达到上述目的，本发明提供了一种本文开头部分所述的显示设备，其特征在于，所述折迭器件包括一个三角形棱镜，其非折迭面的至少一面或更多面的内面具有全反射性能，或者在其非折迭面的所有面上具有最佳光学性能。
以这种方式，三角形棱镜既可作为折迭器件工作，又可作为光隧道器件工作，从而成为一种隧道棱镜，确保了由该隧道棱镜射出的光束与其射入的光束在几何尺寸上的一致性，因而，当使用带两个平行积光器片的积光器件时，与最靠近的积光器片射出的光束也有一致性。换句话说，在后一种情况下，直到无限的一个窗口的图象性能是与所述最靠近的积光器片的输出处的相同。
为了节省成本，可以选择比最佳光学性能稍差的性能。也就是，还可采用其折迭面内面有全反射性能的隧道棱镜。
应注意，已建议用以下方式修改现有技术中的显示设备，即用一个三角形棱镜替代折迭器件的反射镜，将其安排在各积光器片之间并与其接触，然后以一定角度安排积光器片。但是，其结果是积光器片彼此间有较大的距离，从而使可用于积光器片中的透镜数目在同样的效果下变少，显示图象的质量下降。然而，在积光器片之间用三角形棱镜而不用反射镜本身是更有利的，因为在所述第一种情况下，有较多数目正比于三角形棱镜材料折射率的透镜能用在积光器片中。
参照以下实施例的说明能更清楚了解本发明的各个方面。
图1是其中可用本发明投影设备的现有实施例的示意图；图2是用了本发明的图1积光器装置的示意图。
具体看，图1所示的是透视LCD型彩色投影显示设备。但是本发明可用于其他任何可能的常规型号上，只要它可用产生均匀矩形光束的积光器装置即可。可代替的投影显示设备例如有反射式LCD板(非透视型LCD板)，或DMD板。通常，显示设备含有一块、两块或三块显示板。
参看图1，图中示出的显示设备包括一个具有灯1和反射器2的光源装置。积光器装置3将光源装置1,2发出的光束转成均匀的矩形光束，在本例中使光束折迭π/2弧度角。
双色镜4和5构成了调制器装置的分束器件，用于将来自积光器装置3的矩形光束分离成矩形的各基色光束，这些光束借助双色镜5和反射镜6、7、8、会聚透镜10、11、12和中间透镜9被准直，再成象和投射到透射型液晶板13、14和15上，以便对带有欲显示彩色图象信息各部分的基色彩色光束分别进行调制。
双色棱镜16将调制后的基色光束合成为单一的彩色光束，并由包含透镜17、18、19的投影设备投射到显示屏20上。
若用DMD板，基色光束可借助例如色轮一个接一个地发出，并在经DMD板调制后一个接一个地由投影设备17-19投射到显示屏20上，且由人眼将其实际上合成。若不用色轮，也可以用彩色快门或滚色棒代替。
另一种可能的方式是利用RGB彩色滤光器图案或ACS。
为说明方便，假定调制器装置包括分束器件4、5、反射镜6-8、中间透镜9、会聚透镜10-12、LCD板13-15和双色棱镜16。
图2示出了积光器装置3的实施例的放大图。积光器装置3包括一个三角形棱镜31(用作折迭器件)，它在最佳光性能下适于在其非折迭面至少所有面内面具有全反射性能，以后称其为隧道棱镜31。另外，积光器装置3包括两块平行的积光器片32和33(作为积光器件)，安排在图1的光源装置1,2和隧道棱镜31之间，其每一片都包含多个透镜，它们都处在垂直于光源装置1,2射出的光束主轴的一个平面上，这些透镜可按常规方式(例如矩阵形式)安排。积光器件也可以是一棒型积光器，具有例如正方形输入面和矩形输出面。
特别是，图1的反射器2可以是一个抛物形反射器，灯1的光弧放在反射器2的抛物面的焦点上，使得反射器2反射的光束基本上平行于光源装置1,2的光的中心轴。积光器片32和33可以有相同的尺寸，它们的透镜可以有相同的焦距。最靠近隧道棱镜31的积光器片33的矩形各透镜形成了相应于在无限远处的积光器片32的矩形透镜的图象。因此，形成无限远处液晶板13-15上图象的一个透镜(图中未示出)在此情况下被安排在隧道棱镜31和图1所示调制器装置4-16之间，并将该透镜的焦距选择成等于此透镜到液晶板13和14之间的距离。在积光器装置3中没有折迭时，该透镜要放在积光器片33的后面，或与其合在一起。用隧道棱镜31，可实现折迭，这不需要承受来自积光器片33的白光束性能的影响。隧道棱镜31的输入面最好与积光器件(在本案中为最靠近的积光器片，即积光器片33)的输出面有相同的尺寸。积光器片33可以固定在隧道棱镜31上。
隧道棱镜31可以是一玻璃体或合成材料体。若必要或期望，隧道棱镜31的一个或多个面可以覆盖一光反射层。或者，隧道棱镜31可以是一个具有反射壁的中空棱镜。
用隧道棱镜31，积光器装置3可以不使用在积光器片32和33之间需用的折迭器件而保证光束的折迭，使得在积光器片32和33之间的距离可选择成有所期望的积光器片32,33的透镜数目，而折迭光束且不安排在积光器片32和33之间的隧道棱镜31提供了一种矩形光束，该光束的几何尺寸与最靠近的积光器片33的输出光束的几何尺寸是相同的，从而与没有隧道棱镜31的情况相同。
权利要求
1．一种显示设备，包括光源装置，用于产生光束；积光器装置，用于将光源装置发出的光束转换成均匀的矩形光束；调制器装置，用于以待显示的图像信息调制来自积光器装置的矩形光束；投影装置，用于将来自调制器装置的矩形光束投射到显示屏上，其中积光器装置包括一个折迭器件和一个放在光源装置和折迭器件之间的积光器件，其特征在于，所述折迭器件包括一个三角形棱镜，其非折迭面的至少一面或更多面的内面具有全反射性能，或者在其非折迭面的所有面上具有最佳光学性能。
2．如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述三角形棱镜包括玻璃体或合成材料体。
3．如权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述三角形棱镜的一个面或多个面覆有光反射层。
4．如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述三角形棱镜包括具有反射壁的中空棱镜。
5．如上述任一权利要求所述的显示设备，其特征在于，所述三角形棱镜的输入面与所述积光器件的输出面有相同的尺寸。
6．如上述任一权利要求所述的显示设备，其特征在于，所述积光器件包括棒形积光器。
7．如权利要求1-5之一所述的显示设备，其特征在于，所述积光器件包括两块平行的积光器片，每一片都有多个透镜，它们安排在垂直于光源装置发出的光束主轴的一个平面上。
8．如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，最靠近的积光器片固定在所述三角形棱镜上。
9．如上述任一权利要求所述的显示设备，其特征在于，所述调制器装置包括至少一个显示屏。
10．如权利要求9所述的显示设备，其特征在于，所述调制器装置包括分束器件，用于将来自积光器装置的矩形光束分成矩形基色光束，并且该调制器装置适于分别调制这些基色光束。
全文摘要
一种投影显示设备,包括产生光束的光源、将光束转换成均匀矩形光束的积光器件、用待显示信息调制矩形光束的调制器件和将调制的矩形光束投射到显示屏的投影装置。积光器件包括三角形棱镜和位于光源与三角形棱镜之间的积光器装置。三角形棱镜安排成使其非折迭面的至少一面或多面的内面具有全反射性能,或者在其非折迭面的所有面上具有最佳光学性能。
文档编号G03B21/00GK1316165SQ00801214
公开日2001年10月3日 申请日期2000年6月23日 优先权日1999年6月28日
发明者S·J·A·比尔惠岑 申请人:皇家菲利浦电子有限公司