专利名称：一种基于分色镜堆的调光方法及调光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于分色镜堆的调光方法及调光装置，该方法及装置可以将移动的白光带分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并在分色镜堆的扫描窗处实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
背景技术：
大屏幕显示器的历史久远，有投影型显示和平面矩阵型显示等种类，现在的主流产品是背投显示。在各种投影仪(光机)中都要有色分离及色合成光学系统。已有的色分离技术有多种方案，三板式投影仪有三色分解合成分色棱镜方式，液晶色偏光滤光方式。单板式投影仪有高清晰显示板的全息照相滤光方式与场顺序色方式。场顺序色方式是将蓝绿红三原色分别按一场的三分之一时间顺序显示。现在投影仪的主流产品是单板式，单板式投影仪中主要是采用三色滤光片色轮方式，这种方式由于滤光片只能使单色光通过，而其余光被吸收掉(或反射掉)，因此白光的利用率只能是三分之一以下，有三分之二以上的光损失。
提高光效率是当前投影光机领域的世界性课题，为了提高光的利用率，近来Philips公司发明了旋转三个四棱镜的色分离与扫描技术，Samsung公司发明了旋转柱面镜的色分离与扫描技术，实现了提高白光利用率，降低光损失的目的，但是这两种方案都存在结构复杂，体积大，价格贵等问题。为寻求更简单易行的方法，需要提出一种基于分色镜堆的调光方法及调光装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于分色镜堆的调光方法及调光装置，该方法及装置可将移动的白光带分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并在分色镜堆的扫描窗处实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
本发明的第一个目的是由下述技术方案实现的一种基于分色镜堆的调光方法，其具体步骤是
使用一个分色镜堆进行分色调光，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述入射窗一侧设置一个移动的白光带，所述白光带的长度与所述入射窗长度匹配，所述白光带的宽度与所述棱镜的入射面的宽度相等，控制白光带按自下而上运动方向从入射窗下端向入射窗顶端匀速移动，在移动过程中，溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动，进行连续循环扫描；所述移动的白光带进入分色镜堆后被分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并在分色镜堆的扫描窗处实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
本发明的另一个目的是由下述技术方案实现的一种基于分色镜堆的调光装置，有一个分色镜堆，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述分色镜堆的入射窗一侧设有一个移动光带发生器；所述发生器可以产生按自下而上顺序匀速移动的白光束。
本发明与已有技术相比具有如下的优点1、由于本发明利用棱镜和分色介质膜的光学特性，把入射白光带同时分离成红、绿、蓝三种颜色的并列光带，并同时投射到图像发生器(如Lcos、DMD等)上，光的损失很少，光的时间和空间利用率都很高。
2、本发明使红绿蓝三原色光带在扫描中分界线清晰平直。
3、本发明的结构简单，加工方便，体积小，重量轻。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1-5、本发明光学扫描过程示意6、本发明的分色镜堆结构示意7、本发明的分色镜堆实施例之二图8、本发明的调光装置结构示意9、本发明的螺旋形镜面示意图(图8的A向视图)图10、本发明的螺旋形镜面的实施例之二图11、本发明的调光装置实施例之二图12、本发明的调光装置实施例之二的环形镜面示意13、本发明的调光装置实施例之三图14、本发明的调光装置实施例之三的旋转柱面镜示意15、本发明的调光装置实施例之四图16、本发明的调光装置实施例之四的旋转棱镜示意图具体实施方式
参见图1-图5，一种基于分色镜堆的调光方法，其具体步骤是使用一个分色镜堆进行分色调光，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述入射窗一侧设置一个移动的白光带，所述白光带的长度与所述入射窗长度匹配，所述白光带的宽度与所述棱镜的入射面的宽度相等，控制白光带按自下而上运动方向从入射窗下端向入射窗顶端匀速移动，在移动过程中，溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动，进行连续循环扫描；所述移动的白光带进入分色镜堆后被分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并在分色镜堆的扫描窗处实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
其中，图1显示移动的白光带21从分色镜堆20的扫描入射窗下端入射，并向其顶端匀速移动，在分色镜堆的扫描窗处的扫描区域内形成红R、绿G、蓝B并行的光带。彩色光带自前向后的顺序是红、绿、蓝。其中，白光带宽度为所述入射窗高度的三分之一。
图2显示移动的白光带移动到分色镜堆的扫描入射窗中部位置，此时，在分色镜堆的扫描窗处形成红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动，其位置发生变化。彩色光带自前向后的顺序是绿、蓝、红。
图3显示移动的白光带移动到扫描入射窗中上部位置，该位置正好处于两个棱镜之间的位置，此时，在分色镜堆的扫描窗处形成红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动，其位置发生变化。彩色光带自前向后的顺序是绿、蓝、红、绿。所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，光带的总宽度不变，仅仅是绿色光带分成前后两窄条。
图4显示移动的白光带移动到扫描入射窗上部位置，此时，在分色镜堆的扫描窗处形成红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动，其位置发生变化。彩色光带自前向后的顺序是蓝、红、绿。
图5显示移动的白光带移动到扫描入射窗顶端位置，此时，部分白光带从入射窗顶端溢出，所述溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动。在分色镜堆的扫描窗处形成的红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动，彩色光带自前向后的顺序是蓝、红、绿、蓝。所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，光带的总宽度不变，仅仅是蓝色光带分成前后两窄条。
参见图6，在本实施例中，共有五个顺序排列的棱镜，按自下而上排序，第一个棱镜1是三棱镜，其截面呈等三角形，第二个棱镜2是四棱镜，其截面呈等腰梯形，第三个棱镜3是四棱镜，其截面呈梯形，第四个棱镜4及第五个棱镜5都是四棱镜，其截面呈梯形。该分色镜堆是一个呈长方体形的分色镜堆，该分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗101，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗102。
在本实施例中，共有五层分色介质膜，按自下而上排序，第一层6是红色分色介质膜，第二层7是绿色分色介质膜，第三层8是蓝色分色介质膜，第四层9是红色分色介质膜，第五层10是绿色分色介质膜。所述的每层分色介质膜都是由多层膜复合在一起，所述的每层分色介质膜使用成熟的工艺附着在所述棱镜表面，然后再依序把棱镜用光学胶粘合成分色镜堆。所述分色介质膜的法线与所述入射窗形成一个夹角，该夹角是1°-45°，本实施例采用45°。
在本实施例中，所述的分色介质膜是一种成熟的多层介质膜技术(Dichroicmirror)，是一种光学薄膜，其功能是把照射其上的白光中一定波长和一定带宽的彩色光反射(可达95％以上)而其余的光都顺利原路通过(可达95％以上)。选择不同折射率介质、各层介质的厚度和层数等，可以确定对一定入射角白光的反射光的波长、带宽和反射率等。在发明的分色镜堆中使用的红、绿、蓝分色介质膜其中心波长可以分别选择例如640、550、470纳米(nm)而相应的带宽为600nm以上、80nm和500nm以下，这样把可见光几乎全部利用起来。
参见图7，在本发明的另一个实施例中，使用一个呈长方体形的分色堆进行分色调光，该分色堆设有十一个顺序排列的棱镜和十一层分色介质膜，所述白光带的宽度为所述入射窗高度的六分之一。
参见图8，一种基于分色镜堆的调光装置，有一个分色镜堆30，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述分色镜堆的入射窗一侧设有一个移动光带发生器；所述发生器可以产生按自下而上顺序匀速移动的白光束。所述移动光带发生器有一个旋转的镜座34，该镜座上设有呈旋转上升趋势的螺旋形镜面31，该镜面上方设有一个矩形光源33，该光源发出的光带32投射到所述镜面上。形成一个投射区39。所述镜座的旋转轴与所述分色镜堆的入射窗有一夹角，该夹角是45°。所述镜座底部与一个驱动电机35动力连接，该驱动电机固定在一个安装架36上，该安装架的另一端固定有分色镜堆，该分色镜堆的扫描窗下面设有图像发生器37(如Lcos、DMD等)。
参见图9，该图显示了螺旋形镜面的正面结构情况，该镜面是一个360°的螺旋，其在360°的位置38与0°度位置首尾相接。当镜面随镜座34旋转时，所述的矩形光源发出的光带32投射到镜面上形成投射区39，该投射区的位置是固定不动的，由该镜面反射出的白光带对分色镜堆的入射窗进行扫描。由此，可以控制白光带按自下而上运动方向从入射窗下端向入射窗顶端匀速移动，在移动过程中，溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动，进行连续循环扫描。
参见图10，该图显示了三个螺旋形镜面的组合结构，在本实施例中，旋转的镜座34上安装了三个相同结构的镜面，即镜面311、312、313。三个镜面首尾相接，每个镜面可以完成一次从入射窗下端向入射窗顶端的扫描。在同样的转速下，该结构的镜面可以提高移动光带的扫描速度。
参见图11，在本实施例中，所述移动光带发生器有一个底座36，该底座上设有一个旋转轴，该旋转轴上装有三个圆盘40，该圆盘上分别设有环形镜面，该镜面上方设有一个矩形光源，所述旋转轴与驱动电机35连接。
参见图12，在本实施例中，三个圆盘都是由透明材料制成，并且分三层同心安装固定，沿同一个旋转中心同步转动，安装在底层的圆盘401上镀有弯月状的环形镜面411，起始位置为0°。安装在中层的圆盘402上镀有镰刀状的环形镜面412，起始位置为0°。安装在顶层的圆盘403上镀有弯勾状的环形镜面413，起始位置0°。
参见图13及图14，在本实施例中，所述移动光带发生器有一个底座36，该底座上装有一个旋转的柱面镜50，该旋转柱面镜的柱面按螺旋线变化，该镜面上方设有一个矩形光源，所述底座上设有驱动电机53，该驱动电机通过传动皮带51、主动皮带轮53、被动皮带轮57与旋转柱面镜动力连接。该旋转柱面镜通过中心轴56与底座安装，该旋转柱面镜有一个按等距螺旋线规律变化的镜面55，其中心部是一个柱体，其外层末端是一个可透光的板状体54，该板状体内侧可投射白光，其外层的镀层是发射镜面可以反射白光。
参见图15及图16(图16是图15的C向局部视图)，在本实施例中，所述移动光带发生器有一个底座36，该底座上装有支座60，支座上安装一个轴承座61，有两个镜座62与一个旋转的棱镜63粘接固定，该镜座上设有半轴，通过该半轴将棱镜63安装在轴承座上，所述底座上设有驱动电机64，该驱动电机与一个镜座动力连接，可驱动棱镜旋转。该棱镜后方设有一个矩形光源33，该棱镜是一个四棱镜，当四棱镜在驱动电机的带动下顺时针旋转时，矩形光源从该棱镜后方向其投射白光带，该棱镜可使入射白光带转换成上下平移的白光带。该白光带沿分色镜堆自下而上平移，至上端即跳回下端。在本实施例中，所述棱镜可以是四棱镜，也可以是六棱镜，还可以是八棱镜。
权利要求
1.一种基于分色镜堆的调光方法，其特征在于使用一个分色镜堆进行分色调光，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述入射窗一侧设置一个移动的白光带，所述白光带的长度与所述入射窗长度匹配，所述白光带的宽度与所述棱镜的入射面的宽度相等，控制白光带按自下而上运动方向从入射窗下端向入射窗顶端匀速移动，在移动过程中，溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动，进行连续循环扫描；所述移动的白光带进入分色镜堆后被分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并在分色镜堆的扫描窗处实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
2.根据权利要求1所述的调光方法，其特征在于使用一个呈长方体形的分色镜堆进行分色调光，该分色镜堆设有五个顺序排列的棱镜和五层分色介质膜，所述白光带的宽度为所述入射窗高度的三分之一。
3.根据权利要求1所述的调光方法，其特征在于使用一个呈长方体形的分色堆进行分色调光，该分色堆设有十一个顺序排列的棱镜和十一层分色介质膜，所述白光带的宽度为所述入射窗高度的六分之一。
4.一种基于分色镜堆的调光装置，其特征在于有一个分色镜堆，该分色镜堆至少设有五个顺序排列的棱镜和至少五层分色介质膜，所述棱镜与所述分色介质膜相间设置，所述分色介质膜是红、绿、蓝三原色分色介质膜，所述三原色分色介质膜的有效通光面积相等，所述分色镜堆一侧的平面是白光带扫描入射窗，在与所述入射窗相垂直的另一个面上形成与入射窗面积相等的红、绿、蓝并行光带的扫描窗；在所述分色镜堆的入射窗一侧设有一个移动光带发生器；所述发生器可以产生按自下而上顺序匀速移动的白光束。
5.根据权利要求4所述的调光装置，其特征在于所述移动光带发生器有一个旋转的镜座，该镜座上设有螺旋形镜面，该镜面上方设有一个矩形光源，所述镜座的旋转轴与所述分色镜堆的入射窗有一夹角，所述镜座底部设有驱动电机。
6.根据权利要求4所述的调光装置，其特征在于所述移动光带发生器有一个底座，该底座上设有一个旋转轴，该旋转轴上装有三个圆盘，该圆盘上分别设有环形镜面，该镜面上方设有一个矩形光源，所述旋转轴与驱动电机连接。
7.根据权利要求4所述的调光装置，其特征在于所述移动光带发生器有一个底座，该底座上装有一个旋转的柱面镜，该旋转柱面镜的柱面按螺旋线变化，该镜面上方设有一个矩形光源，所述底座上设有驱动电机。
8.根据权利要求4所述的调光装置，其特征在于所述移动光带发生器有一个底座，该底座上装有一个旋转的棱镜，该棱镜后方设有一个矩形光源，所述底座上设有驱动电机。
9.根据权利要求8所述的调光装置，其特征在于所述棱镜可以是四棱镜、六棱镜、八棱镜。
全文摘要
本发明涉及一种基于分色镜堆的调光方法及调光装置，使用一个分色镜堆进行分色调光，在入射窗一侧设置一个移动的白光带，控制白光带按自下而上运动方向从入射窗下端向入射窗顶端匀速移动，在移动过程中，溢出入射窗顶端的部分迅速跳回入射窗下端继续自下而上匀速移动，进行连续循环扫描；移动的白光带进入分色镜堆后被分离成红、绿、蓝三种颜色并列的光带，并实现红、绿、蓝三色光带的同时等量连续定向扫描；在扫描过程中，所述红、绿、蓝三色光带各自的光带宽度不变，所述红、绿、蓝三色光带扫描区域的大小及位置不变，但红、绿、蓝三色光带在扫描区域内依序滚动。
文档编号G02B26/00GK1715994SQ200410048378
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者吴葆刚, 吴佶宁, 高建谧, 温景悟 申请人:温景悟