专利名称：投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及可见的投影，特别是视频和计算机产生的信息的投影仪及用于投影仪的板。
各种类型的视频和计算机产生的信息的投影仪都是公知的，例如可从日本的夏普公司购到的夏普影视产品系列。这种类型的常规的投影仪已经投入市场，但却有各种各样的缺点和限制。
液晶板投影仪的一个明显的限制是能够投射的光量相当有限。不难理解，在不降低性能并且不产生永久性的损坏(特别是过热引起的损坏)的条件下，能够穿过常规的彩色液晶板组件的光量就受到被液晶板吸收的光量的限制。因此，由这些投影仪产生的投影图像的亮度也相应地受到限制。
常规的显示器的对比度也要受到限制，这是因为它们不能抑制环境光的反射。
在本领域中，有许多公知的投影系统，它们的应用范围广泛，使用了各种类型的光源，相干光源和非相干光源。申请人发现，使用非相干光源(如炽灯、或弧光灯)的投影系统在投影平面上产生的光输出强度有时会呈现出不可接受的变化。产生这些强度变化的主要原因可能是光源外壳的不均匀性、非对称性以及缺隐，还有就是由光源灯丝或弧光电极产生的阴影。
卤素灯(如FLT型，由英国的桑莱廷公司(ThornLightingLtd.)生产)是由经过调节的分段反射器构成的，因此能将来自光源的多个位置的光引导到投影平面内的每一个位置。尽管这样一种结构的确能减少强度变化，但这种减少对于投影平面相当靠近光源的某些高质量投影应用场合来说还是不够的。
本发明的目的旨在提供一种改进的投影仪和投影系统，以及与它们一道使用的一种改进的反射装置。
因此，本发明的一个优选实施例提供一种与光源一道使用的投影仪，它包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个颜色分离器，它设在光源和光闸组件的中间并且与光源和光闸组件间隔开，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;
其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
此外，按本发明的一个优选实施例还提供一种投影系统，它包括一个与光源一道使用的投影仪，该投影仪包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;
一个颜色分离器，它设在光源和光闸组件的中间并且与光源和光闸组件间隔开，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;以及一个屏幕，该屏幕和投影仪呈受光关系，该屏幕具有多个光射区，这些光射区具有不同的颜色特征，其中多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐，并且多个在空间上间隔开的不同颜色的光束的位置按预先确定的方式与具有不同颜色特征的多个光射区对齐。
按本发明的一个实施例，颜色分离器包括一个彩色滤光片阵列。
颜色分离器最好包括一个棱镜/透镜组合阵列。
按本发明的一个实施例，颜色分离器包括一个彩色滤光片阵列和一个棱镜/透镜组合阵列。
棱镜/透镜组合阵列最好包括一个柱状棱镜/柱状透镜组合阵列。
此外，本发明的一个优选实施例提供一种与光源一道使用的投影仪，它包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个颜色分离器，它包括设在光源和光闸组件中间的一个棱镜/透镜组合阵列，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;
其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
此外，按本发明的一个优选实施例，投影仪还包括一个上游方向的有选择性的光吸收体，该吸收体设在光源和光闸组件之间并且和它们间隔开。
还有，按本发明的一个优选实施例，提供一种同光源一道使用的投影仪，它包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个上游方向的有选择性的光吸收体，该吸收体设在光源和光闸组件之间并且和它们间隔开。
有选择性的光吸收体可以是一个偏光板和/或一个彩色滤光片阵列。
此外，按本发明的一个优选实施例，该投影仪还包括一个下游方向的有选择性的光吸收体，该光吸收体设在光闸组件的下游方向并且与光闸组件间隔开。
光闸组件最好包括一个液晶显示板，它可以是黑白液晶显示板，但也可能是彩色液晶显示板。在使用市场上可购到的液晶显示板时，可将液晶的上游方向和下游方向的相同的偏光板分开一定的距离。另外，还可以让它们保持不变，并在上游方向提供一个与其隔开的相同的偏光板以便吸收和消耗掉热量。
投影仪最好还包括一个准直的光源或一个非准直的光源。
本发明的设备最好还包括一个聚焦透镜组件。
按本发明的一个实施例，对聚焦透镜组件和光闸组件进行倾斜的固定。
本发明的设备可以作为架高的投影系统、后投影系统、前反射投影系统、或一定角度的后投影系统、或任何其它合适类型的系统来实现。
进而，按本发明的一个优选实施例，提供一种投影屏，它包括多个不同颜色的光射区。这些不同颜色的光射区最好包括一个不同颜色条的阵列。该投影屏可和上述类型的投影仪一道使用，或者按另一种方式作为带有任何类型的投影仪的投影屏使用，其中不同颜色的光出现在屏的不同位置上。
此外，按本发明的一个优选实施例，提供一种后投影显示器件，它包括一个投影仪;
一个透光屏，以及插在投影仪和透光屏之间的发散光学元件，用于将来自投影仪的光引向透光屏。
按本发明的一个实施例，该投影仪是一个电视或视频投影仪，显示器件是一个后投影电视。
投影仪可以是任何适当类型的投影仪，但最好是上述类型中的任何一个类型的投影仪。
发散的光学元件可以包括一个凹面反射镜，至少一个发散透镜、或它们的组合。
按本发明的一个优选实施例，进一步提供一种同光源一道使用的投影仪，它包括一个光闸组件板，它具有多个像素光阀，多个像素光阀叠置在交替排列的光闸像素阵列上，每个光闸像素只发出多种颜色中的一种;以及一个彩色滤光片，它设在光源和板状光闸之间并且与它们间隔开，它具有一个交替排列的滤光片像素阵列，每个滤光片像素仅发出多种颜色中的一种;
其中，交替排列的滤光片像素阵列同交替排列的光闸像素阵列在光和颜色方面对齐，使指定颜色的普通光能射在同一颜色的光闸区上。
进一步按照本发明的一个优选实施例，投影仪还包括一个与彩还要按照本发明的一个优选实施例，投影仪还包括一个设在光源和光闸组件板之间的偏光板，用于进一步吸收可能会被光闸组件板吸收的热量。
此外，按本发明的一个优选实施例，光源包括一种准直光源。
仍按本发明的一个优选实施例，交替排列的光闸像素阵列和交替排列的滤光征像素阵列是一起延伸的。
按本发明的又一个优选实施例，光源包括一种非准直光源。
进一步按照本发明的一个优选实施例，交替排列的光闸像素阵列和交替排列的滤光片像素阵列不是一起延伸的。
按照本发明的又一个优选实施例，该投影仪还包括一个透光的，阻挡紫外和红外的滤光片，它设在光源和彩色滤光片之间。
此外，按本发明的一个优选实施例，该设备包括一个聚焦透镜。
进一步按照本发明的一个优选实施例，光闸组件板包括彩色液晶光闸组件板。
按本发明的一个优选实施例，与光源一道使用的投影仪包括一个具有多个像素光阀的偏光光闸组件板，一个设在光源和光闸组件板之间并且与它们间隔开的偏光板，以便进一步吸收可能会被光闸组件板吸收的能量。
按本发明的一个优选实施例，提供一种辐射反射装置，用于在一个垂直于一个轴线的平面内提供基本上均匀的照射，该辐射反射装置包括一个普通的弯曲的反射表面，该反射表面由多个平直的表面单元构成，确定多个平直的表面单元的结构形状以及设置情况，使每个所说平直表面单元向垂直于所说轴线的一个平面上的投影基本上是相同的。
进一步按照本发明的一个优选实施例，提供一种小型投影系统，它包括一个非均匀的辐射源;
一个辐射反射装置，用于在垂直于一条轴线的一个平面内提供基本上均匀的非图像方向的照射，该反射装置包括一个普通的弯曲的反射表面以接收来自非均匀辐射源的辐射，所说反射表面由多个平直的表面单元构成，确定多个平直的表面单元的结构形状和设置情况使每个所说平直的表面单元在垂直于所说轴线的一个平面内的投影基本上相同，安排所说辐射反射装置，以便对该平面的一个透光物体进行照射;
透镜组件，用于接收穿过该透光物体的辐射并沿图像方向聚焦该辐射;以及一个屏幕，用于接收聚焦的辐射。
普通的弯曲的反射表面最好包括一个凹曲的表面，并且最好包括一个旋转表面。
按本发明的一个优选实施例，普通的弯曲的表面包括一个大致为抛物面的表面。
按本发明的一个优选实施例，要确定该透光物体沿轴线距反射表面的相对边缘的距离，该距离近似等于反射表面在相对边缘处张开的最大尺寸。
最好沿轴线大致轴向引导基本上均匀的非图像方向的照射。
按本发明的一个优选实施例，透光物体在该平面内的最大尺寸近似等于该平面距光源的距离。
从下述结合附图的详细描述中将会更加全面地理解领会本发明，其中
图1A是对按本发明的一个优选实施例构造和操作的投影仪的简化图解说明;
图1B是对按本发明的另一个优选实施例构造和操作的投影仪的简要图解说明;
图2A和2B是平直的光闸组件板的两个可替换的实例的简化示意说明;
图3是对图1A的实施例中的一个彩色滤光片和一个光闸组件的空间对齐情况的简要说明;
图4是按本发明的一个优选实施例构造和操作的一个架高的投影仪的简化说明;
图5和6是对本发明的一个实施例中的一个棱镜/透镜组合的工作原理及其应用的简要说明;
图7是对用于本发明的一个棱镜/透镜组合阵列的图解说明;
图8是对在按本发明的一个优选实施例的一个投影仪中的一个如图7所示类型的棱镜/透镜组合阵列的使用说明;
图9是对使用图8的棱镜/透镜组合的图1A所示类型的投影仪的简要说明;
图10是对使用图8的棱镜/透镜组合的图1B所示类型的投影仪的简要说明;
图11A和11B分别是一个投影仪的简要说明和由该投影仪投影出的图像的说明;
图12A、12B和12C分别是一个投影仪的简要说明、沿简头B观察到的图像的说明，以及由该投影仪投影出的沿箭头C观察到的图像的简要说明;
图13是对使用了图8的棱镜/透镜组合并且使用可倾斜的光学元件的图9所示类型的投影仪的简要说明;
图14和15是按本发明的一个优选实施例构造和操作的一个投影系统的对应的简化示意说明和部分剖开的图解说明;
图16和17是对使用了按本发明的一个优选实施例构造和操作的一个滤光屏和一个投影仪的前投影系统和后投影系统的简要示意说明;
图18是对按本发明的一个优选实施例构造和操作的一个投影屏的简要说明;
图18和20是对按本发明的一个优选实施例构造和操作的两种不同类型投影电视系统的简要说明，图20这种类型比图19这种类型更佳;
图21是按本发明的更进一步的优选实施例构造和操作的投影系统的简化侧剖面图;
图22是对用于图21的投影系统的一个优选实施例的简要图解说明，该图是由计算机产生的;
图23表示当沿图21的投影设备的光轴观察时如何观察到图22的反射装置之一部分的;
图24A是按本发明的更进一步的优选实施例构造和操作的投影仪的简要图解说明;
图24B是按本发明的另一个优选实施例构造和操作的投影仪的简要图解说明;
图25是对图24A实施例中的彩色滤光片和光闸组件板的空间对齐情况的简要说明。
现在参照图1A，图1A表示的是本发明的一个优选实施例。应当理解，为了更加清楚和简明，这里给出的图1A和其它附图不一定都是按比例绘出的。
具有相当高强度的一个准直光源10(例如额定值为1.2千瓦的弧光灯)提供一个射向透明的、阻挡紫外和红外的滤光片12的准直光束，该光束然后最好(但不是强制的)穿过偏光板14。
然后，该准直的光束最好穿过一个分离不同颜色的分光器，在此情况下就是具有多个透色像素的滤光片16。滤光片16最好包括一个交替排列的滤光片像素阵列，其中的每一个滤光片像素只发射出多种颜色中的一种颜色，例如红、绿、兰三原色。
从滤光片出来的准直光然后射向与滤光片16隔开的光闸组合板18，例如液晶光闸组合板，光闸组合板最好包括多个电控的像素光阀，它们使用了有源的或者无源的矩阵形式，叠置在交替排列的光闸像素阵列上，每一个这样的像素仅发送多种颜色中的一种，例如红、绿、兰三原色。另外，还可以使用任何其它合适类型的光闸组合板。
当提供了一种液晶光闸组合板时，就必须在该液晶的上游方向下液向提供相同的偏光板，如图24A的实施例中所示。偏光板14最好如图24A所示那样与光闸组合板间隔开，但按另外一种方式还可形成光闸组合板18的一部分。
按本发明的一个优选实施例，交替排列的滤光片像素阵列在光和颜色方面要与这个交替排列的光闸像素阵列对齐，使一个指定颜色的普通光能射在同一颜色的光闸区域。
在使用准直光的图1A的实施例中，交替排列的滤光片像素阵列与交替排列的光闸像素阵列一一对齐。
由光闸组合板18调制的光由透镜20聚焦，透镜20设在光闸组合板18下游方向或任何其它的合适位置。
现在参照图24A，它表示图1A的投影仪的另一个优选实施例。图24A的投影仪与图1A的投影仪类似，其间的差别在于由光闸组合板18调制的并且穿过另一个偏光板14与设在滤光片16的上游方向的偏光板14相同)的光是由透镜组件619聚焦的，透镜组件619设在该另一个偏光板14的下游方向或者任何其它的合适位置。透镜组件619最好包括一个菲涅耳透镜620和一个组合透镜621。
现在参照图1B，它表示的是本发明的另一个优选实施例。
一个具有相当高强度的非准直光源30输出一个非准直的光束，该光束射向一个透明的、阻挡紫外和红外的滤光片32，然后最好(但并非强制地)穿过一个偏光板34。
然后，非准直光束最好穿过能分开不同颜色的分光器(如滤光片36)，该分光器最好与偏光板隔开并且有多个透色像素，滤光片36包括一个由交替排列的滤光片像素组成的阵列，每个滤光片像素仅发出多种颜色中的一种，如红、绿、兰三原色。
来自滤光片的非准直光然后射向与滤光片36隔开的光闸组合板36，光闸组合板36最好包括多个叠置在交替排列的光闸像素阵列上的电控像素光阀，每个光闸像素只发出多种颜色中的一种颜色，例如红、绿、兰三原色。当提供一种液晶光闸组合板时，则必须提供一个偏光板，如图24B实施例中所示。偏光板34最好与光闸组合板隔开，如图1B所示，但也可以按另一种方式形成光闸组合板38的一部分。
按照本发明的一个优选实施例，交替排列的滤光片像素阵列的光和颜色都要和交替排列的光闸像素阵列对齐，使指定颜色的普通光能够射向同一种颜色的光闸区域。
在使用非准直光的图1B的实施例中，交替排列的滤光片像素阵列与交替排列的光闸像素阵列不是一一对齐的。
由光闸组合板38调制的光通过位于其下游方向的透镜40聚焦。
现在参照图24B，它表示按本发明的更进一步实施例构造和操作的一个投影仪。图24B的投影仪类似于图1B的投影仪，只是由光闸组合板38调制的并穿过另一个偏光板34(与位于滤光板36的上游方向的偏光板34相同)的光是由透镜组件639聚焦的，透镜组件639位于其下游方向或任何其它合适的位置。透镜组件639最好包括一个菲涅耳透镜640和一个组合透镜641。
图2A以简化的示意形式表示了一个形成部分光闸组合板(如图1A的组件18或图1B的组件38)的交替排列的滤光片像素阵列50。控制器52控制着像素光阀(未示出)的开或闭，而像素光阀控制着是否允许光穿过该组件的每个单个颜色的像素。
图2B表示的是形成部分光闸组合板(如图1A的组件18或图1B的组件38)的交替排列的滤光片像素阵列60的另一个实例。控制器62控制着像素光阀(未示出)的开或闭，而像素光阀则控制着是否允许光穿过该组件的每个单个颜色的像素。
图3较详细地表示出图1A的实施例的设备，并且表示出滤光片16的结构，滤光片16包括一个由交替排列的滤光片像素组成的阵列，每个滤光片像素只发出多种颜色中的一种颜色，例如红、绿、兰。
由图3清晰可见，滤光片16的交替排列的滤光片像素阵列和光闸组合板18的交替排列的光闸像素阵列是一一对齐的。
按以上所述的颜色和光的对齐关系使光被光闸组合板的吸收减至最小，因此能够使用强度相当高的光源而不致过热，因此不会损伤光闸组合板。
按照本发明，只有指定的光谱量的光才被允许射向能发出该指定的光谱量的光的光闸区。
现在参照图25，图25与图3类似，只是为了吸收和消耗掉由其它原因积累在其上部的热量，要将偏光板和上游方向的光闸间隔开。
现在参照图4，图4表示的是按本发明的优选实施例构造的和操作的架高的投影仪。这个架高的投影仪包括一个外壳70，其中设有一个常规的高强度光源72。菲涅耳透镜74和光源72按受光关系设置。
偏光板76位于菲涅耳透镜74的上方，并且使二者之间间隔开;在偏光板76的上方设有一个光闸组合板78，并且组合板78与偏光板76间隔开，组合板78的所有相关特点都可以类似于以上所述的光闸组合板18。光闸组合板78确定了一个可以选择的图像，该图像是经反射镜80反射到屏或其它合适的表面82上去的。
现在参照图5和图6，它们表示的是具体用棱镜/透镜组合将白光分离成红、绿、兰(R、G、B)光谱部分的过程。图5表示与柱形透镜92组合的普通棱镜90，它们接收准直的白光光束并产生相应角度的R、G、B光束。由图5可以看出，在所示的实施例中，这一组合减少了所产生的R、G、B光束的宽度，使所有光束的总宽度小于射向棱镜90的白光光束的宽度。
图6表示按本发明的优选实施例构造并操作的一种设备，其中的光首先穿过一个偏光板93，而后穿过一个棱镜/柱状透镜组合阵列94，阵列94将光劈裂成单色光束，每个单色光束都射向与其对齐的滤光片96的一个颜色适当的部分。穿过滤光片96的各个颜色部分的光束又射向光闸组合板98(最好是LCD)的各个部分上，对这些光束进行选择，以便和射向组合板98上的有色的光相一致。
阵列94和滤光片96最好彼此间隔开，并且与偏光板93间隔开。
显然，滤光片96和板98可以固定在一起，如市场上可以购到彩色LCD板。按另外一种方式并且最好使用黑白LCD板，并且可使黑白LCD板与彩色滤光片96间隔开。
图6的结构特别适合于用作投影仪板，该投影仪板可以和任何合适的常规的架高的投影仪一道使用。
图7是细长的棱镜/透镜组合阵列100的图解说明，阵列100可用于如图6所示的本发明中。图8表示阵列100与光闸组合板102的组合，板102与上述的板18或98类似。由图可见，R、G、B光谱分量的每一个都被导引穿过板102的一个对应的光闸像素104。
现在参照图9，图9是使用图8的棱镜/透镜组合的示于图24A中的那种类型的投影仪的简要说明。
具有相当高强度的准直光源110(如额定值为1.2千瓦的弧光灯)提供出准直的光束，该准直光束射向透明的、阻挡紫外和红外的滤光片112，然后最好(但并非强制地)穿过偏光板114。
准直光束然后最好穿过如图7所示的一个棱镜/透镜组合阵列116。然后，让通过阵列116产生的颜色分开的光束穿过滤光片117(类似于图1A中的滤光片16)，从而确定了多个不同颜色的透色像素。滤光片117最好包括一个由交替排列的滤光片像素组成的阵列，每个滤光片像素只发出多种颜色中的一种，例如红、绿、兰三原色。使用滤光片117并非强制性的。在设有液晶光闸组合板时，必须提供偏光板。偏光板最好与光闸组合板间隔开，如图9中标号114所示，但也可以按另一个种方式形成光闸组合件118的一部分。
来自滤光片117、或直接来自阵列116的准直光然后射向光闸组合板118，如液晶光闸组合板，板118与滤光片117是间隔开的，光闸组合板118最好包括多个电控的像素光阀，或者利用有源矩阵，或者利用无源矩阵，并将像素光阀叠置在一个交替排列的光闸像素阵列之上，每个光闸像素只发生多种颜色中的一种，如红、绿、兰三原色。另外，还可以使用任何其它合适类型的光闸组合板。
按本发明的一个优选实施例，来自阵列116的颜色分开的光束阵列与交替排列的光闸像素阵列在光和颜色方面都是对齐了的，因此指定颜色的普通光能射向同一种颜色的光闸区域。
在图9的使用准直光的实施例中，颜色分开的光束阵列和交替排列的光闸像素阵列是一一对齐的。
由光闸组合118调制的光可穿过另一个偏光板114(该偏光板114可与设在板118的上游方向的偏光板114完全相同)，然后由设在其下游方向或任何其它合适位置的聚焦透镜组件119聚焦。聚焦透镜组件119最好包括一个菲涅耳透镜120和一个组合透镜121。
现在参照图10，图10是使用图8的棱镜/透镜组合的如图24B所示的那种类型的投影仪的简要说明。
具有相当高强度的非准直光源130输出一个非准直的光束，该光束射向透明的、阻挡紫外和红外的滤光片132，然后最好(但并非强制地)穿过偏振板134。
然后，非准直光束最好穿过如图7所示的棱镜/透镜组合阵列136。然后让通过阵列136产生的颜色分开的光束穿过与图1B的滤光片16类似的滤光片137，从而确定了多个不同颜色的透色像素。滤光片137最好包括交替排列的滤光片像素阵列，每个滤光片像素只发出多种颜色中的一种，例如红、绿、兰三原色。使用滤光片137并非强制性的。
阵列136和滤光片137最好彼此隔开，并且和偏光板137隔开，并且具有多个不同颜色的透色像素。
来自滤光片137或直接来自阵列136的非准直光然后射向与滤光片137和阵列136间隔开的光闸组合板138，例如液晶光闸组合板，该组合板最好包括多个电控的像素光阀，这些光阀叠置在交替排列的光闸像素阵列上，每个光闸像素只发出多种颜色中的一种，如红、绿、兰三原色。
按本发明的一个优选实施例，来自阵列136的颜色分开的光束阵列与交替排列的光闸像素阵列在光和颜色方面都要对齐，这样才能使指定颜色的普通光能够射在同一颜色的光闸区域。
在图10的使用非准直光的实施例中，颜色分开的光束阵列与交替排列的光闸像素阵列不是一一对齐的。
由光闸组合板138调制的并穿过另一个偏光板134(该偏光板134与位于分光器136的上游方向的偏光板134完全相同)的光由位于其下游方向或任何其它合适位置的透镜组件139聚焦。透镜组件139最好包括一个菲涅耳透镜140和一个组合透镜141。
现在参照图11A和11B，它们分别是投影仪150的简要说明和通过投影仪150投影在屏154或其它表面的图像152的说明。这个投影仪可以是按本发明上述任何一个实施例(尤其是图24A的实施例)构造和操作的投影仪。由图可见，由于投影仪150的光轴155和屏154之间的角度不是直角，所以投影出来的图像152的形状为椭圆形。
现在参照图12A、12B和12C，它们分别是投影仪160的简要说明、由投影仪160产生的并沿箭头B方向观察到的图像162的说明以及由投影仪160产生的并沿箭头C的方向观察到的图像164的说明。
显然，在图11A的投影仪150中，光闸组合板156和聚焦透镜158是大致平行的;而在投影仪160中，相应的光闸组合板166和聚焦透镜组件167(包括菲涅耳透镜168和组合透镜169)是彼此相对倾斜的。这就使图像162产生一种畸变，这种畸变与在投影仪160的光轴165和屏170之间的角度不是直角产生的畸变刚好相反。其结果是得到了一个期望的长方形的投影图像164。
现在参照图13，图13是使用图8的棱镜/透镜组合并且使用了可倾斜的光学元件的如图9所示的那种类型的投影仪的简要说明。光学元件可以和图9所示的完全相同。但要通过任何适当的安装机构对光闸组合板218和聚焦透镜组件219(包括菲涅耳透镜220和组合透镜221)进行倾斜固定，从而能对由此产生的图像提供选定的畸变。对选定的畸变进行选择，使其等于由于投影仪的布置(即其光轴不垂直于屏或其它投影表面)而产生的畸变，但二者的方向要相反。显然，透镜220和221中的任何一个透镜或者这两个透镜都可适当地倾斜。
现在参照14和15，它们分别是按照本发明的一个优选实施例构造和操作的一个投影系统的简化示意说明和局部剖面视图。这里，投影仪230的光轴232相对于镜234不成直角，镜234将投影仪230投影的图像引向屏236。投影仪230最好是在图13中表示的并在前文中描述过的那种类型的投影仪。
现在参照图16和17，它们是使用按照本发明的一个优选实施例构造和操作的投影仪和一个滤光屏的前、后投影系统的简化示意图。
在图16的实施例中，投影仪248可以是上述的除图2B的实施例外的本发明的任何一个实施例，并且最终的彩色光束与彩色滤光条阵列250在空间上排齐，阵列250与投影屏252结合在一起，从而使每个颜色分开的光束落在大致颜色相同的滤光条上。假定，组成阵列250的滤光条的数目和尺寸可使人类的肉眼从正常的观察距离无法逐个辨别出滤光条。
图16表示的是一个后投影系统，而图17则是一个等效的前投影系统，其中使用了投影仪268、阵列280以及与阵列280相结合的屏282。
我们发现，和常规的投影系统相比，图16和17所示的投影系统具有极大地提高了的对比度、清晰度和亮度。
现在参照图18，图18表示的是按照本发明的一个优选实施例构造和操作的一个投影屏。该投影屏包括由透明材料构成的含三种基本颜色的任何适宜的图案，例如细长条300。条或其它图案的最大宽度最好小于在正常观察期间人眼的分辨率极限。
图18的投影屏可与任何后投影系统一起使用，其中需要一个透光的屏，并且不同颜色的光射向屏的不同位置，与上述结合图1-17以及24A-25A中任何一幅附图描述的那些类型的投影仪一道使用的应用性不受限制。图18的投影屏的效果是明显提高了相对于周围环境的对比度，但的确降低了显示的图像的亮度。当在屏后设有反射的或发射的基片时，图18的屏也可用于前投影。
现在参照图19和20，它们是按本发明的一个优选实施例构造和操作的一个后投影电视系统的两种变型的简要说明。
现有技术的后投影电视系统在减少其深度的可能性方面存在着极大的限制，而本发明通过使用具有光源的光学系统代替屏前边的常规的起折弯作用的平镜克服了这一限制。
在图19的实施例中，设有一个投影仪305，投影仪305可以是任何一种合适的投影仪，并且最好是上述结合图1-17和图24A-25中任何一幅附图描述过的那种类型的投影仪。投影仪305一般经一个起折弯作用的反射镜312接收来自光源310的普通的准直光束，并且一般来说包括一个滤光片和光闸组件314。
来自滤光片和光闸组件314的调制光经物镜316和折弯反射镜318射向发散透镜320，发散透镜320向屏322投射由滤光片和光闸组件314调制的光，从而在屏322上产生一个实像，屏322可以是任何一种合适的屏。
在图20的实施例中，提供一种投影仪325，投影仪325可以是任何一种合适的投影仪，并且最好是上述结合图1-17和图24A-25中的任何一幅附图描述过的那种类型的投影仪。投影仪325一般经折弯的反射镜332接收来自光源330的普通的准直光束，并且一般包括一个滤光片和光闸组件334。
来自该滤光片和光闸组件334的调制光经物镜336射向一个发散的反射镜338，发散的反射镜338将由滤光片和光闸组件334调制的光投影到屏340上，从而在屏340上产生一个实像，这里的屏340可以是任何一种合适的屏。
为了校正光学畸变，在图19和20的设备中使用的发散光学器件应该包括非球面元件或其它校正装置。使用透镜320增加了额外的色散畸变，和图20所示的优选实施例相比较，这是一个缺点。
现在参照图21-23，它们表示的是一个按本发明的一个优选实施例构造和操作的投影系统。该投影系统包括一个光源410，最好是一个高强度的白炽光源，如氦灯。该光源最好是一种金属的哈利德(Halide)弧光灯，如菲利浦(Philips)MSR系列灯。光源410至少部分地由凹面反射镜412所包围，凹面反射镜412是按本发明的一个优选实施例构造和操作的。
凹面反射镜412可由任何合适的衬层制成，如金属、玻璃和塑料，并且可以由任何合适材料(如金属或者是一个或多个电介质深层)制成的一个反射表面，并且最好围绕反射镜的轴线414对称。按照本发明的一个优选实施例，该反射镜的特征在于该反射镜是由多个平直的反射镜表面单元415构成的，要确定这些平直表面单元的结构形状和设置情况，使每一个平直表面单元向垂直于该轴线的一个平面上的投影基本上是相同的，如图23所示。
由图22可以看出，每个反射镜表面单元415的两维和三维形状随其沿反射镜表面的距轴线414的距离而变。
本发明的显著特点是，反射镜可把来自光源上各个位置上的光反射向一个投影平面上的一个投影区内部的每个位置，该投影平面在反射镜前方垂直于轴414延伸，从而自光源至投影平面产生了一种大致均匀的、非图像方向的反射。
按照本发明的一个优选实施例，将投影透明的透光物体420(如液晶透明板或膜)定位在投影平面内，投影平面比较靠近光源并且靠近反射镜。物体420距反射表面412的平行于轴414的相对边缘42的距离D近似等于反射表面的412在相对边缘422处张开的最大尺寸L。
本发明特别适用于宽度紧凑的屏幕投影设备。例如投影电视，以便将其中的单元的深度减至最小。
本领域的技术人员应该认识到，本发明不局限于以上具体表示和描述的内容。本发明的范围应包括在权利要求范围内的所有改进和变型。
权利要求
1.一种与光源一道使用的投影仪，包括一个具有多个像素光阀的光闸组件；以及一个颜色分离器，它设在光源和光闸组件的中间并且与光源和光闸组件间隔开，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束；其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
2.一种投影系统，包括一个与光源一道使用的投影仪，该投影仪包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;一个颜色分离器，它设在光源和光闸组件的中间并且与光源和光闸组件间隔开，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;以及一个屏幕，该屏幕和投影仪呈受光关系，该屏幕具有多个光射区，这些光射区具有不同的颜色特性，其中多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐，并且多个在空间上间隔开的不同颜色的光束的位置按预先确定的方式与具有不同颜色特征的所说多个光射区对齐。
3.如权利要求1或2中任何一项所述的设备，其中所说的颜色分离器包括一个滤光片阵列。
4.如权利要求1或2中任何一项所述的设备，其中所说的颜色分离器包括一个棱镜阵列。
5.如权利要求1或2中任何一项所述的设备，其中所说的颜色分离器包括一个棱镜/透镜组合阵列。
6.如权利要求1或2中任何一项所述的设备，其中所说的颜色分离器包括一个滤光片阵列和一个棱镜/透镜组合阵列。
7.如权利要求5或6中任何一项所述的设备，其中所说的棱镜/透镜组合阵列包括一个柱状棱镜/柱状透镜组合阵列。
8.一种与光源一道使用的投影仪，包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个颜色分离器，它包括设在光源和光闸组件中间的一个棱镜/透镜组合阵列，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
9.如前述权利要求中的任何一项所述的设备，还包括一个上游方向的有选择性的光吸收体，该吸收体设在光源和光闸组件之间并且和它们间隔开。
10.一种与光源一道使用的投影仪，包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个上游方向的有选择性的光吸收体，该吸收体设在光源和光闸组件之间并且和它们间隔开。
11.如权利要求9或10中任何一项所述的设备，还包括一个下游方向的有选择性的光吸收体，该吸收体设在光闸组件的下游方向并且和光闸组件间隔开。
12.如权利要求9至11中任何一项所述的设备，其中所说的有选择性的光吸收体是一个偏光板。
13.如权利要求9至11中的任何一项所述的设备，其中所说的有选择性的光吸收体是一个滤光片阵列。
14.如前述权利要求中任何一项所述的设备，其中所说的光闸组件包括一个液晶显示板。
15.如权利要求14所述的设备，其中所说的液晶显示器是黑白液晶显示板。
16.如权利要求14所述的设备，其中所说的液晶显示器是彩色液晶显示板。
17.如前述权利要求中任何一项所述的设备，还包括一个准直光源。
18.如前述权利要求中任何一项所述的设备，还包括一个非准直光源。
19.如前述权利要求中任何一项所述的设备，还包括一个聚焦透镜组件。
20.如权利要求19所述的设备，其中对所说的聚焦透镜组件和所说的光闸组件进行倾斜的固定。
21.如前述权利要求中任何一项所述的设备，它构成一个架高的投影系统。
22.如前述权利要求中任何一项所述的设备，它构成一个后投影系统。
23.如前述权利要求中任何一项所述的设备，它构成一个前反射投影系统。
24.如前述权利要求中任何一项所述的设备，它构成一个具有一定倾斜角度的后投影系统。
25.一种投影屏，它包括多个不同颜色的光射区。
26.如权利要求25所述的投影屏，其中所说的不同颜色的光射区包括一个不同颜色条的阵列。
27.如权利要求25或26中任何一项所述的投影屏，它是透明的。
28.一种后投影显示器件，包括一个投影仪;一个透光屏;插在投影仪和透光屏之间的发散光学元件，用于将来自投影仪的光引向透光屏，在屏上产生一个实像。
29.如权利要求28所述的后投影显示器件，其中所说的投影仪是一个电视或视频投影仪。
30.如权利要求28或29中任何一项所述的后投影显示器件，其中所说的投影仪包括一个具有多个像素光阀的光闸组件，以及一个颜色分离器，它设在光源和光闸组件的中间并且与光源和光闸组件间隔开，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
31.如权利要求28或29中任何一项所述的后投影显示器件，其中所说的投影仪包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个颜色分离器，它包括设在光源和光闸组件的中间的一个棱镜/透镜组合阵列，它能提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束;其中，多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
32.如权利要求28或29中任何一项所述的后投影显示器件，其中所说的投影仪包括一个具有多个像素光阀的光闸组件;以及一个上游方向的有选择性的光吸收体，它设在光源和光闸组件的中间并与它们间隔开。
33.如权利要求28至32中任何一项所述的设备，其中所说的发散光学元件包括一个凹面反射镜。
34.如权利要求28至32中任何一项所述的设备，其中所说的发散光学元件包括至少一个透镜。
35.一种和光源一道使用的投影仪，包括一个光闸组件板，它具有多个像素光阀，多个像素光阀叠置在交替排列的光闸像素阵列上，每个光闸像素只发出多种颜色中的一种;以及一个滤光片，它设在光源和板状光闸之间并且与它们间隔开，它具有一个交替排列的滤光片像素阵列，每个滤光片像素仅发出多种颜色中的一种;其中，交替排列的滤光片像素阵列同交替排列的光闸像素阵列在光和颜色方面对齐，使指定颜色的普通光能射在同一颜色的光闸区上。
36.如权利要求35所述的设备，它还包括一个与滤光片结合的偏光板。
37.如权利要求35所述的设备，它还包括一个设在光源和光闸组件板之间的偏光板，用于进一步吸收可能会被光闸组件板吸收的能量。
38.如权利要求35-37中任何一项所述的设备，其中所说光源包括一个准直的光源。
39.如权利要求38所述的设备，其中所说的交替排列的光闸像素阵列和所说的交替排列的滤光片像素阵列是一起延伸的。
40.如权利要求35至39中任何一项所述的设备，其中所说的光源包括一个非准直光源。
41.如权利要求38所述的设备，其中所说的交替排列的光闸像素阵列和所说的交替排列的滤光片像素阵列不是一起延伸的。
42.如前述权利要求35至41中任何一项所述的设备，它还包括一个透光的、阻挡紫外和红外的滤光片，它设在光源和彩色滤光片之间。
43.如权利要求35至42中任何一项所述的设备，它还包括一个聚焦透镜。
44.如权利要求35至43中任何一项所述的设备，其中所说的光闸组件板包括彩色液晶光闸组件板。
45.一种和光源一道使用的投影仪，它包括一个具有多个像素光阀的偏光光闸组件板;一个设在光源和光闸组件板之间并且与它们间隔开的偏光板，用于进一步吸收可能会被光闸组件板吸收的能量。
46.一种辐射反射装置，用于在一个垂直于一个轴线的平面内提供基本上均匀的照射，该辐射反射装置包括一个普通的弯曲的反射表面，该反射表面由多个平直的表面单元构成，确定该多个平直表面单元的结构形状和设置情况，使每个所说平直表面单元向垂直于所说轴线的一个平面上的投影基本上是相同的。
47.一种小型投影系统，包括一个非均匀的辐射源;一个辐射反射装置，用于在垂直于一个轴线的一个平面内提供基本上均匀的非图像方向的照射，该反射装置包括一个普通的弯曲的反射表面的以接收来自所说非均匀辐射源的辐射，所说反射表面由多个平直的表面单元构成，确定多个平直的表面单元的结构形状和设置情况使每个所说平直的表面单元在垂直于所说轴线的一个平面内的投影基本上相同，安排所说辐射反射装置以便对所说平面内的透光物体进行照射;透镜组件，用于接收穿过所说透光物体的辐射并沿图像方向聚焦所说辐射;以及一个屏幕，用于接收所说聚焦的辐射。
48.如权利要求46或47中任何一项所述的设备，其中所说普通的弯曲的反射表面包括凹曲的表面。
49.如权利要求46至48中任何一项所述的设备，其中所说普通的弯曲的反射表面包括一个上旋转表面。
50.如权利要求46-49中任何一项所述的设备，其中所说的普通的弯曲的反射表面包括大致为抛物面的表面。
51.如权利要求47所述的设备，其中要确定所说透光物体沿轴线距反射表面的相对边缘的距离，该距离近似等于反射表面在相对边缘处张开的最大尺寸。
52.如权利要求46至51中任何一项所述的设备，其中沿所说轴线大致轴向地引导所说基本上均匀的非图像方向的照射。
53.如权利要求47至52中任何一项所述的设备，其中透光物体在所说平面内的最大尺寸近似等于所说平面距所说光源的距离。
全文摘要
一种同光源一道使用的投影仪，它包括一个具有多个像素光阀的光闸组件和一个颜色分离器，颜色分离器设在光源和光闸组件的中间并且与它们间隔开，并可提供多个在空间上间隔开的不同颜色的光束，其中多个在空间上间隔开的不同颜色的光束按预先确定的方式与多个像素光阀对齐。
文档编号H04N5/74GK1104822SQ94106398
公开日1995年7月5日 申请日期1994年6月20日 优先权日1993年6月20日
发明者阿迪·斯特罗夫 申请人:尤尼克·维有限公司