专利名称：光学系统中能提高颜色性能的设备的制作方法
技术领域：
本发明是关于光学系统的，具体地说，本发明是关于在图像显示光学系统中，能提高显示颜色性能的设备的。
背景技术：
最近，随着被称为投映仪的图像投影设备的广泛普及，各种各样的制品被开发出来。并且，这种图像投影设备正在向强调亮度重要性和小型轻量化形态发展。
通常，图像投影设备的光学系统都以灯作为光源，并由以下部分构成将所述光所发出的光照射到图像显示元件上的照明装置；图像显示元件；将所述图像显示元件上所显示的图像扩大投射到显示屏上的投射装置。
所述灯现在较多使用的是高压水银灯，图像显示元件一般广泛使用液晶显示元件(LCD)和数字微反射器(DMDDigital Micromirror Device)等。
依据所使用图像显示元件数量的多少，这种图像投影装置光学系统具有单板式、2板式和3板式三种类型。最近，随着向小型化/轻量化和低价格的趋势发展，使用1套图像显示元件的单板式光学系统正在被更多地使用。
为了制造所述使用1套图像显示元件的图像投影设备，所述图像显示元件要么具有红、绿、蓝颜色的颜色滤光器；要么从外部将红、绿、蓝颜色分开的同时，向图像显示元件上照明；要么按照时间的不同，从外部将红、绿、蓝颜色依次向图像显示元件上照明。
对于所述按照时间的不同，依次将红、绿、蓝颜色分离开，并进行照明的方式来说，与3板式相比，图像显示元件的反应速度最少要在3倍以上，现在，为了满足它的需要，图像显示元件一般都使用DMDTM。
图1是简略显示所述数字微反射器元件构造及运行状态图。
如图1所示，在数字微反射器面1上方，画面的最小显示单位像素由微型镜2构成。各微型镜2依据电信号具有±θ的倾斜模式(现在θ一般都使用10度或者是12度)。
实际上，所述数字微反射器各微型镜2的倾斜方向都是以正方向像素的对角方向为轴进行驱动，但是，在这里，为了方便进行说明，以纵方向的轴为标准进行驱动，即如图1所示，微型镜2以左右成±θ角度驱动进行说明。
同时，通过投射透镜3，数字微反射器将图像扩大后在显示屏(图上未显示)上成像。作为成像条件，如图1所示，数字微反射器面1与投射透镜3的光轴成垂直方向。此时一般来说，在数字微反射器的横方向上数字微反射器中心与投射透镜3光轴相一致，在纵方向上，为了方便使用，而使用向上投射，具有轴偏度(decenter)的构成，在这里，为了方便说明，以轴偏度(decenter)为例进行说明。
简略对图1所示的具有这种条件的数字微反射器元件运行情况进行如下说明。
如图1所示，入射进来的照明光线被微型镜2所反射后，垂直入射到投射透镜3上的状态被称为开启状态(on-state(white))。此时，照明光线主轴光与投射透镜3的中心轴成角为2θ。所述透型镜2与数字微反射器面1成角为+θ。在这种状态下，如果所述微型镜2与数字微反射器面1所成夹角为-θ的话，照明光的主轴光按照与投射透镜3的中心轴成4θ的角度被反射出去，此时，所述照明光线不透过投射透镜3，因此它成为了切断光，这种情况被称为关闭状态(off-state(black))。
图2是显示使用原来技术颜色控制轮盘的单板式投影光学系统构成图。
如图2(a)所示，利用数字微反射器元件的光学系统以具有椭圆形反射面的灯4作为光源，它所发出的光通过棒式透镜(Rod lens)的入射面被会聚。在所述灯4和棒式透镜6之间安置了颜色控制轮盘(color wheel)5，以依次分离出红、绿、蓝颜色光。颜色控制轮盘5之所以被安置在灯4和棒式透镜6之间，是因为所述灯4所发出的光面积最小的部分正是在棒式透镜6的入射面会聚光的部分。这样，在所述光面积最小的部分安装所述颜色控制轮盘5，能使所述颜色控制轮盘的面积也最小化。
所述颜色控制轮盘5如图2(b)所示，由红、绿、蓝、白颜色滤光器或者是红、绿、蓝颜色滤光器呈圆盘形态构成(这些滤光器是利用分色涂盖的方法，通过各区域的二向色涂层进行制作的。)所述圆盘形态的滤光器与电动机相连，并根据电动机的转动依次对各颜色进行过滤(filtering)。
这种滤过特定颜色的光如果入射到棒式透镜6的话，所述光便在所述棒式透镜6内部进行多次反射，通过所述反射，光被均匀照射到出射面上。即，从灯4照射出的光被照射到棒式透镜6的出射面方面上，所述出射面就像具有均匀亮度分布的面光源似的。
所述棒式透镜6基本上具有2种形态。一种内部是空的，内部临界面由镜子构成，依靠镜子的反射运行。另一种是由具有高折射率的玻璃构成，依靠内部全反射运行。
通过这种棒透镜6，亮度均匀分布的光经过多个第1照明透镜7和第2照明透镜8后，经过放大，并经内部全反射的棱镜(TIR PrismTotal InternalReflection Prism)照射出去后，在数字微反射器9上能成适当大小的像。
所述内部全反射棱镜10是由2个棱镜按照中间留有细小空气空隙的方式结合在一起的，所入射的光线在第1棱镜的临界面上被内部全反射，并入射到数字微反射器9上。
所述数字微反射器9如图1所说明的那样，白颜色(White)信号按照与入射光不同的角度，被微型镜2的滤光器输出出去，并在所述内部全反射的棱镜10中不引起内部全反射，而是透过到透射透镜3方向。这种被透过的光通过透射透镜3被扩大后在显示屏(图上未显示)上显像。
图3是显示使用颜色圆鼓的单板式投影光学系统构成图。
如图3所示，使用所述颜色圆鼓的光学系统的基本构成和运行情况与如图2所示的使用颜色控制轮盘的光学系统相似。只是作为分离颜色的装置，使用了颜色圆鼓(color drum)来代替颜色控制轮盘5。在这里就不对此进行详细说明了。
这种光学系统，为了提高投影仪的亮度，如上所述，在颜色控制轮盘(或者是颜色圆鼓)的红、绿、蓝颜色滤光器中又加入了白颜色(透明)滤光器。依靠所述颜色控制轮盘的匀速转动，能够控制各颜色时间分配比，并能控制各颜色的透过亮度比及整体亮度。
对此进行如下详细说明。
颜色控制轮盘的红、绿、蓝颜色分配比是相同的，所述红、绿、蓝颜色的滤光宽度如果以各颜色宽度界限的波长宽度来区分的话，透过所述颜色控制轮盘的光便是所述灯所发出白光亮度的1/3{1/3(1/3(红)+1/3(红)+1/3(蓝))＝1/3}。
另一方面，在追加了白颜色，并使红、绿、蓝、白颜色在同一区域的颜色控制轮盘中，透过颜色控制轮盘的光与灯所照射出去的白色光间的比值为1/2{1/4(1/3(红)+1/3(绿)+1/3(蓝)+1(白))＝1/2}。
因此，分为红、绿、蓝、白四种颜色的颜色控制轮盘与分为红、绿、蓝三种颜色的颜色控制轮盘相比，白颜色亮度增加了50％。但是，对于不是白色的红、绿、蓝等其它颜色画面来说，所述分为四种颜色方式的颜色控制轮盘的亮度是分为三种颜色方式颜色控制轮盘亮度的75％。
因此，作为重视画面亮度的投影仪，分为四种颜色方式的颜色控制轮盘显然具有其优点，但是，如果重视多种色彩的视频图像的话，这种方式与分为三种颜色方式的颜色控制轮盘相比相反却存在着一定缺点。对于使用颜色圆鼓的情况来说也存在着这种现象。
如上所述，对于现有的单板式数字微反射器投影仪来说，依据以重视亮度为主或者以重视颜色画质为主，必须对亮度和颜色显示性能间的关系进行平衡(Trade-off)。
但是，最近在使用多媒体时代的投影仪时同时需要这两种性能，而现在的单板式投影仪并不能满足这种要求。
发明内容因此，为了解决所述问题，本发明的目的是提供一种利用一套设备(set)，来同时很好体现投影仪亮度和显示颜色性能的光学系统。
为了达到所述目的，依据本发明，在安装了颜色分离装置，并按时间顺序对颜色进行分离和合成的光学系统中，所述颜色分离装置具有由以下两部分构成的特征红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色(透明)滤光器四面分别在其上占有一定区域的第1选择模块；在与所述第1选择模块不同区域的同一平面上，红颜色滤光器、绿颜色滤光器和蓝颜色滤光器三面分别占有一定区域的第2选择模块。
所述颜色分离装置具有是圆盘形或者圆桶形形状中之一的特征。
在所述模块间进行选择由所述光学系统中的微型计算机来控制，通过所述颜色分离装置的空间移动来选择第1选择模块或者是选择第2选择模块中至少一种。
依据本发明实例，提高颜色性能的装置具有由以下部分构成的特征在按时间顺序对颜色进行分离和合成的光学系统中，红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色(透明)滤光器4面分别占有一定区域的第1颜色分离装置；与所述第1颜色分离装置至少有一种颜色的滤光器区域是重叠的，红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色(透明)滤光器4面分别占有一定区域的第2颜色分离装置。
所述第1颜色分离装置、第2颜色分离装置中至少有一个白颜色滤光器所占区域与其余滤光器区域相比狭窄的话比较理想。
所述白颜色滤光器区域大小如果与所述灯所照射出来的光会聚区域大小(spot size)相当的话比较理想。
如所述，在依据本发明的光学系统中具有分离颜色功能的元件能够表现出双模式性能，因此，本发明具有如下效果第一，能够运用一套设备同时体现以亮度为主的性能和以颜色为主的性能。
第二，可以根据用户的选择意向，来选择双颜色性能。
如上述，在依据本发明的光学系统中具有分离颜色功能的元件能够表现出双模式性能，因此，本发明具有如下效果第一，能够运用一套设备同时体现以亮度为主的性能和以颜色为主的性能。
第二，可以根据用户的选择意向，来选择双颜色性能。
图1是一般的数字微反射器及投影光学系统运行原理图。
图2是显示使用原来技术颜色控制轮盘的单板式投影光学系统构成图。
图3是显示使用原来技术颜色圆鼓的单板式投影光学系统构成图。
图4是显示依据本发明的分时对颜色进行分离的元件图。
图5是显示使用依据本发明的分时对颜色进行分离的元件的单板式投影光学系统构成图。
图6是显示依据本发明的2个颜色控制轮盘及使用它的单板式投影光学系统构成图。
具体实施方式
下面，将参照附图，对本发明理想实例的构成及运行情况进行说明。
图4(a)是显示依据本发明的颜色控制轮盘构成图。
如图4(a)所示，颜色控制轮盘401分别具有2重颜色区域。即，颜色控制轮盘401可以分为内部和外部，内部又可以分为红、绿、蓝和白等四种颜色滤光器区域，外部可以分为红、绿、蓝等三种颜色滤光器区域，所述内部和外部的构成如果对换的话也没有关系。
图4(b)是显示依据本发明的颜色圆鼓构成图。
如图4(b)所示，颜色圆鼓402可以分为2个颜色圆鼓面。其外侧由红、绿、蓝等三种颜色滤光器构成，内侧由红、绿、蓝和白等四种颜色滤光器构成，所述内侧和外侧的构成如果对换的话也没有关系。
参照附图，对具有如图4所示构成的依据本发明的颜色分离元件进行如下详细说明。
图5(a)是显示使用依据本发明的颜色控制轮盘的光学系统构成图。
如图5(a)所示，使用依据本发明的颜色控制轮盘401的单板式光学系统由以下部分构成灯501；棒式透镜502；第1照明透镜组503；第2照明透镜504；数字微反射器元件505；内部全反射棱镜506；投射透镜507。
在上面已经对除颜色控制轮盘401外的其他构成部分进行了详细说明，在这里就进行省略，所述颜色控制轮盘401与光轴方向垂直，依靠它的机械移动而具有不同的颜色控制模式。即，根据用户的选择，如果以选择投映机的亮度为主的话，便可以选择四种颜色模式，如果以选择投映机视频彩色图像为主的话，便可以转换为三种颜色模式。
图5(b)是显示使用依据本发明的颜色圆鼓的光学系统构成图。
如图5(b)所示，使用依据本发明的颜色圆鼓402的单板式光学系统由以下部分构成灯501；棒式透镜502；第1照明透镜组503；第2照明透镜504；数字微反射器元件505；内部全反射棱镜506；投射透镜507。
对于所述颜色圆鼓402来说，能够对光轴方向进行机械移动。因此，它能够选择互相不相同的颜色模式。
使用这种颜色控制轮盘401的光学系统和使用颜色圆鼓402的光学系统通过微型计算机(Micom)的应用程序来驱动选择模式。
依据本发明的颜色分离元件实例如图6所示。
图6(a)是显示依据本发明的第1颜色控制轮盘图。图6(b)是显示依据本发明的第2颜色控制轮盘图，图6(c)是显示使用所述第1，2颜色轮盘的光学系统实例图。
如图6(a)所示，所述第1颜色控制轮盘601分为红、绿、蓝、白四种颜色滤光器区域构成。
如图6(b)所示，所述第2颜色控制轮盘602在红、绿、蓝、白四种颜色滤光器区域中白颜色区域大小与灯所照射出来的光线会聚后的区域大小(spotsize)相当，其构成变得最小化。
通过图6(c)便可以对这种第1，2颜色轮盘进行说明。
如图6(c)的示，第1，2颜色轮盘601，602串联设置在光路上。在使用所述第1颜色轮盘601时，在第2颜色轮盘602的光路有效面积内停止并维持在白色区域内，当使用所述第2颜色轮盘602时，在第1颜色轮盘601的光路有效面积内停止并维持在白色区域内，因此，当用户在使用投影仪，并需要以亮度为主时，便可以将所述第2颜色轮盘602的白颜色面固定位置在光路上，并转动第1颜色轮盘601，当用户需要以颜色为主时，便可以将所述第1颜色轮盘601的白颜色面固定位置在光路上后，转动第2颜色轮盘602，很轻松地进行颜色模式切换。此时，第2颜色轮盘602的白颜色面如上所述，其大小与灯所照射出来的光线会聚后的区域大小相当，其构成变得最小化，因此，不会在强调以颜色为主时造成障碍。
所述第1，2颜色轮盘601，602的位置如图6(c)所述，可以依次位于灯501和棒式透镜502之间，也可以让第1颜色轮盘601位于灯501和棒式透镜502之间，让第2颜色轮盘602们于棒式透镜502和第1照明透镜组503之间。
对于这种构成来说，所述颜色控制轮盘便没有必要进行机械移动，依靠轮盘电动机的驱动控制便可以了。
通过所述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.提高光学系统颜色性能的设备，所述设备具有颜色分离装置，并按时间顺序对颜色进行分离和合成，其中所述颜色分离装置包括红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色滤光器四面分别在其上占有一定区域的第1选择模块；在与所述第1选择模块不同区域的同一平面上，红颜色滤光器、绿颜色滤光器和蓝颜色滤光器三面分别占有一定区域的第2选择模块。
2.如权利要求1所述的提高光学系统颜色性能的设备，其特征在于，所述颜色分离装置是圆盘形或者圆桶形其中之一形状。
3.如权利要求1所述的提高光学系统颜色性能的设备，其特征在于，在所述模块间进行选择由所述光学系统中的微型计算机所控制，通过所述颜色分离装置的空间移动来选择第1选择模块或者是选择第2选择模块中至少一种。
4.提高光学系统颜色性能的设备，包括在按时间顺序对颜色进行分离和合成的光学系统中，红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色滤光器4面分别占有一定区域的第1颜色分离装置；与所述第1颜色分离装置至少有一种颜色的滤光器区域是重叠的，红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色滤光器4面分别占有一定区域的第2颜色分离装置。
5.如权利要求4所述的提高光学系统颜色性能的设备，其特征在于所述第1颜色分离装置、第2颜色分离装置中至少有一个白颜色滤光器所占区域与其余滤光器区域相比要狭窄。
6.如权利要求5所述的提高光学系统颜色性能的设备，其特征在于所述白颜色滤光器区域大小与所述灯所照射出来的光会聚区域大小相当。
全文摘要
本发明是关于光学系统的。详细地说，本发明是关于能够提高光学系统颜色性能的设备的。依据本发明，在安装了颜色分离装置，并按时间顺序对颜色进行分离和合成的光学系统中，所述颜色分离装置由以下两部分构成红颜色滤光器、绿颜色滤光器、蓝颜色滤光器和白颜色(透明)滤光器四面分别在其上占有一定区域的第1选择模块；在与所述第1选择模块不同区域的同一平面上，红颜色滤光器、绿颜色滤光器和蓝颜色滤光器三面分别占有一定区域的第2选择模块。本发明具有只使用一套设备(set)，便能较好体现光学系统以显示亮度和颜色为主的主要功能。
文档编号G02B5/20GK1769998SQ20041006788
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者权纯炯, 李承奎 申请人:南京Lg同创彩色显示系统有限责任公司