CN1424623A - 使用色鼓的光学投影系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种结构简单的光学投影系统,在屏上有效地滚动每种波长的光,并通过适当调整色鼓表面上的色带宽度而防止颜色偏移。本发明包括色鼓,输出入射光穿过鼓平面上预定数量的色带从而将其进行显示,其中从光投影面一端射出的入射光,在色带上的入射角等于或小于30°。因此,本发明通过有效地使用单个且不昂贵的色鼓将颜色偏移的影响降至最低,在滚动光学系统中提供入射光,并防止图像变色。
Description
本申请要求2001年11月30日提交的第P2001-75457号韩国申请的权益,该申请在此作为参考。
技术领域
本申请涉及一种使用色鼓的光学投影系统。
背景技术
最近,随着人造卫星和数字广播的大力宣传,对高分辨率宽银幕显示器的需求和兴趣增加。因此,投影/投影仪的前景和任务变得非常重要。此外,高亮度和多色彩的图像信息与高分辨率一样被强烈需要,由此尽力研究和开发一种具有高光效率且低价格的光学系统。
相关技术的产品通常使用三屏系统,由此增加了产品成本。因此,尝试使用单屏系统。
图1示出依照相关技术的单屏光学投影系统的结构图。
参考图1,来自灯的光作为光源1,包括50%的P-波形和50%的S-波形,并通过FEL(蝇眼透镜)2使其均匀化。
包括反射式LCD(液晶显示器)的系统只使用P-或S-波形。S-波形具有优秀的光学性能,因而应用广泛。
为了提高光效率,波形穿过PBS阵列3变为75%的S-波形和25%的P-波形。如果变为100%的S-波形则提高光效率。目前,部件技术能够提供大约75%的S-波形。S-波形在PBS5表面反射并入射到屏7,P-波形穿过PBS5丢弃。
S-波形进入屏7由液晶进行调制,表示为灰度,然后于其上反射。S-波形穿过PBS5和投影透镜8将图像投射到屏9上。由此构成投影系统。
虽然这种单屏系统只使用单个感光板而在成本方面有优势,但是R,G和B应通过颜色切换器或色轮(颜色顺序制)的颜色分离装置顺序发送。因此,其光效率为三屏系统的1/3从而降低亮度。为了实现与三屏系统相同的亮度,需要大容量的灯(光源)。此外,当灯的容量增大时,其耐久性会突然降低。
此外,如果使用色轮或者颜色转换器,那么在向屏的全部像素提供数据(灰度)的寻址时间内以及在液晶反应的时间内,不应将灯光作用于屏。这一事实应被考虑。并且,由于丢弃了25%的P-波形不用,因此光效率基本上减少1/5以下。
为了克服这些缺陷,尝试一种使用旋转棱镜提高系统光效率的方法。但是,这种方法采用的光学系统很复杂,从而降低了可靠性,并且由于其结构限制,基本上无法提供高的光效率。
发明内容
因此,本发明提供一种光学投影系统,基本上避免了因相关技术的限制和缺陷带来的一个或多个问题。
本发明的目的为提供一种结构简单的光学投影系统,在屏上有效地滚动每种波长的光,并通过适当调整色鼓表面上的色带宽度而防止颜色偏移。
本发明的其他优点,目的以及特征在下面的说明书中指出,并且对于本领域的普通技术人员来说通过下面的考虑是显而易见的,或者可以从本发明的实践中获悉。本发明的目的和其他优点可以通过写成的说明书、相关权利要求以及附图中指出的特定结构来实现和获得。
为了实现这些目的以及其他优点,并且依据本发明的目的,如此处的示例和概括说明,依据本发明的使用色鼓的光学系统包括:色鼓,输出入射光穿过鼓平面上预定数量的色带从而将其进行显示,其中从光投影面一端射出的入射光,在色带上的入射角等于或小于30°。
优选地,光学投影系统包括光源;杆透镜,接收来自光源的光,杆透镜内有光投影面,用以输出接收的光;色鼓,在色鼓平面上具有预定数量的色带,用以输出来自光投影面并穿过色带的入射光;屏,接收色鼓输出的光,根据灰度调制并输出接收的光;以及屏幕,接收来自屏的已调制光,并将其显示。
更优选地,色鼓上的色带数至少为六个。
更优选地,光学投影系统进一步包括FEL(蝇眼透镜),接收从光源入射的光,并将其均匀化。
更优选地,光学投影系统进一步包括PBS阵列,将穿过色鼓的光偏振化,然后射出。
更优选地,光学投影系统进一步包括PBS,接收PBS阵列输出的光,并且PBS根据偏振方向将来自PBS阵列的光反射和透射,从而输入到屏。
相信本发明的前述发明概述和下面的发明详述是典型的和说明性的,并且当要求时可用来对发明提供进一步的说明。
附图说明
附图用于提供对发明的进一步理解,合并入申请作为其中的一部分,示出发明的具体实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中:
图1示出依据相关技术的单屏光学投影系统的结构图;
图2示出依据本发明使用色鼓的光学投影系统的结构图;
图3示出依据本发明的色鼓的鸟瞰图;
图4示出依据本发明用于检测传过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面位于色鼓中心;
图5示出随图4中从光投影面入射到色鼓的入射角不同而引起的R/G/B的波形变动图。
图6示出依据本发明用于检测传过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面偏离色鼓中心。
图7示出依据本发明用于检测穿过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面位于色鼓中心,且其宽度为‘W’。
图8示出依据本发明用于检测穿过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面13-2位于色鼓14中心,且其宽度为W’,大于W。
具体实施方式
现在详细说明本发明的优选实施方式,其中的例子示于附图中。在各种可能的情况下,用于整个附图的相同的参考数字适用于相同或相似的部分。
本发明的特征在于确定多个色带使得从色鼓内光投影面的一端到另一端的角度不超过30°,从而防止颜色偏移。因此,本发明能够简单而且方便地提供一种使用色鼓的光学投影系统。
色带的最佳数量取决于光投影面的尺寸,光投影面的位置,光学系统的特性,以及光学系统的结构。本发明能够提供一种至少包括六个色带的色鼓滚动光学系统。
即,在色带的最佳数量中,无颜色偏移的范围中色带数量的下限根据光投影面的尺寸,光投影面的位置,光学系统的特性,以及光学系统的结构来确定,并且能确定超过下限(6)的色带数量。因此,本发明能将颜色偏移的影响降至最低。
图2示出依照本发明的使用色鼓的光学投影系统图。
参考图2,依照本发明使用色鼓的光学投影系统包括:光源10;FEL(蝇眼透镜)11,对光源10入射的光进行均匀化;透镜12,传输经FEL11均匀化的光;杆透镜13,接收来自透镜12的光,并将其穿过内部的光投影面13-2而射出;色鼓14,在色鼓平面14-1具有预定数量的色带,并将来自光投影面13-2的入射光穿过色带而射出;透镜15,传输通过色鼓14射出的光;PBS阵列16,接收来自透镜15的光并使其偏振化然后输出;PBS17,接收从PBS阵列射出的光,并根据偏振方向反射和透射;屏18,接收从PBS17射出的光,并根据灰度调制从而输出已接收光;以及屏幕20,接收来自屏18的已调制入射光通过投影透镜19显示。
根据本发明使用色鼓的光学投影系统的工作原理说明如下。
首先,从光源(灯)10射出的白光经FEL 11进行均匀化,已均匀化的光经过透镜12入射于杆透镜13上。
在这种情况下,光在杆透镜13内的镜13-2上反射,然后经杆透镜13末端的光投影面13-2穿出旋转鼓轮14,如图3所示,该旋转鼓轮包括多个R/G/B色带。
光穿过透镜15经PBS阵列16大部分变为S-波形。然后光入射或者在PBS17的PBS面17-1上反射而进入屏18并反射回来,但是根据灰度分为已调制P-波形和S-波形。
在这种情况下,S-波形在PBS平面17-1上反射而向灯10前进,P-波形透射,经投影透镜19而入射到屏20上。这种情况下,R/G/B的灰度由屏18的液晶调制的P-波形量确定。
在这种情况下,色鼓14内杆透镜13的光投影面13-2的位置根据杆透镜13的设计而在色鼓14内是任意的,光投影面13-2的尺寸能进行各种修改。
在镜13-1上反射的波长,即颜色,随色鼓14的一个表面到光投影面13-2的入射角θ而改变,从而引起颜色偏移。
图4示出依据本发明用于检测穿过色鼓平面的光波长的装置图,此时,光投影面13-2位于色鼓14的中心。
参考图4,为了依据位于色鼓14中心的微小光投影面13-2上的入射角θ1而测量颜色偏移,那么检测器21置于色鼓14外以依据入射角θ1测量颜色偏移。结果示于图5中。
图5示出随图4中从光投影面入射到色鼓的入射角不同而引起的R/G/B的波形变动图。
图5中R,G和B色带分别表示用于光学系统中的R,G和B的波长范围(可允许波长范围)。实线表示依据从光投影面14-1输出的入射角θ1而穿过色鼓平面14-1射出光的中心波长。R,G和B的中心波长使用图4所示装置测量。
参考图5,根据θ1的波长变动因R,G和B而互相不同。为R时,如果θ1超过45°,则具有R色带的色鼓14,其色鼓平面14-1的材料输出一种波长不同于R-波长的光。
类似地,为G时,如果θ1超过40°,那么输出一种波长不同于G-波长的光。为B时,如果θ1超过35°,那么输出一种波长不同于B-波长的光。
另外,经图2中的光学投影系统入射到屏上的每种R,G和B颜色的波长,由于其包括波长的预定范围,以及中心波长,因此图5中B的允许入射角θ1为30°,图5中G的允许入射角θ1为35°,图5中R的允许入射角θ1为38°~39°。
当R,G和B以B-波长的最大入射角入射时,该入射角具有最小的入射角范围,入射角应等于或小于35°。
因此,使用图4和图5中的测量结果,图3中色鼓的色带数确定为360°/60°=6,即至少六个。
如图4所示,如果光投影面13-2位于色鼓14的中心O,其水平宽度忽略不计,则色鼓14的色带宽度L通过下面的式1计算确定。
[式1]
图6示出依据本发明用于检测传过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面13-2偏离色鼓14的中心O。
参考图6,在微小光投影面13-2偏离色鼓14中心并向色鼓平面14-1移动时,如果仍然使用由图4入射角θ1确定的色带,那么穿过色鼓平面14-1射出颜色偏移的波长,而不是从光投影面13-2射出偏离颜色偏移允许范围的波长。
即,如果光投影面13-2偏离色鼓14的中心,那么入射角θ2大于入射角θ1,从而偏离颜色偏移允许范围。
因此,为了使颜色偏移最小,增加色带数量以限制B颜色的入射角等于或小于30°,该B颜色具有最小的入射角允许范围。
颜色偏移允许范围,即,色鼓的色带宽度L,随色鼓14内杆透镜13的位置,即光投影面13-2的位置而改变。
如图6所示,当光投影面13-2偏离色鼓14的中心O为“x”时,色鼓宽度L通过下面的式2计算确定。
[式2] 其中R为色鼓半径。
另外,从镜13-1反射的波长,即颜色,随光投影面13-2的位置,水平宽度或垂直宽度改变从而引起颜色偏移,因此也应一起考虑。
图7示出依据本发明用于检测穿过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面13-2位于色鼓14的中心O,且其宽度为‘W’。
在图7中像‘A’一样,光学投影系统中的光投影面13-2具有常量尺寸(水平宽度W)。由于从光投影面13-2的宽度W一端入射到色鼓14反面的入射角θ2或者θ3不能超过30°,以颜色B作为参考,因此色带的高度等于或小于“H”,并且角度应小于30°。
在这种情况下,由于色带的适当尺寸小于微小光投影面时的情况(微小水平宽度W),因此色带的需要量增加。即,色带数超过六个。
当光投影面13-2具有水平宽度W时,色鼓宽度L通过下面的式3计算确定。
[式3] 其中R为色鼓半径,F为焦距
图8示出依据本发明用于检测穿过色鼓平面的光波长的装置图,此时光投影面13-2位于色鼓14的中心,且其宽度为W’,大于W。
参考图8,由于焦距更接近色鼓平面14-1,因此色带高度为H’,小于图7中的H,角度小于图7中的角度。
在这种情况下,由于色带的适当尺寸小于微小光投影面时的情况(微小水平宽度W),那么色带的需要量增加。即,色带数超过六个。
此外,由于所需色鼓的高度H’变为小于H,那么所需色带多于图7中的所需色带。
当光投影面13-2具有水平宽度W’,并且偏离色鼓14的中心O为‘x’时,色鼓宽度L通过下面的式4计算确定。
[式4] 其中R为色鼓半径,F为焦距
当设计光投影面13-2具有图7或者图8中的预定宽度W或W’,偏离色鼓14中心并向色鼓平面14-1移动,焦点F位于从相对的色鼓平面14-1上宽度W或W’的两端的入射角θ2和θ3交点处,此焦点F的位置只能在色鼓14内移动一个距离。此外,当焦点F更接近色鼓平面14-1时,色带数量增加。
在这种情况下,色鼓的制作成本增加而变得昂贵。
因此,为了通过向色鼓平面14-1充分移动光投影面13-2而构造光学投影系统,光投影面13-2的宽度W或W’很小,光学系统的F数调整为限制光学投影面13-2点处光的散射角小于30°,例如15°~20°,并增加色带数。
本发明使用简单结构的色鼓14通过顺序滚动R,G和B而将光应用于寻址时间。因此,即使本发明使用单屏系统,也可将光效率的降低最小化。
此外,这种系统的应用能够提高光效率达到高于以前的单屏系统1/3,由此适用于投影仪和投影TV的光学系统,且能实现图像的高亮度和多色彩。
因此,上述依据本发明使用色鼓的光学投影系统具有下列效果和优点。
首先,为了获得色带的最佳数量,本发明依据光投影面的尺寸及其位置,光学系统的特性,以及构造光学系统的方法确定无颜色偏移范围内的色带数的下限,并确定大于下限(六个)的色带数。因此,本发明通过有效地使用单个且不昂贵的色鼓将颜色偏移的影响降至最低,在滚动光学系统中提供入射光,并防止图像质量降低。
显而易见,本领域的技术人员能够对本发明作出各种改进和变化。因此本发明覆盖了对其作出的各种改进和变化,它们落在附加的权利要求及其相等的范围内。
Claims (6)
1.一种使用色鼓的光学投影系统,该光学投影系统包括色鼓,穿过鼓平面上预定数量的色带输出入射光从而进行显示,其中从光投影面一端射出的入射光,在色带上的入射角等于或小于30°。
2.如权利要求1的光学投影系统,包括:
光源;
杆透镜,接收来自光源的光,杆透镜内有光投影面,用以输出接收的光;
色鼓,在色鼓平面上具有预定数量的色带,用以输出来自光投影面并穿过色带的入射光;
屏,接收色鼓输出的光,根据灰度调制并输出接收的光;以及
屏幕,接收来自屏的已调制光,并将其显示。
3.如权利要求2的光学投影系统,其中色鼓的色带数至少为六个。
4.如权利要求2的光学投影系统,进一步包括FEL(蝇眼透镜),接收从光源入射的光,并将其均匀化。
5.如权利要求2的光学投影系统,进一步包括PBS阵列,将穿过色鼓的光偏振化,然后射出。
6.如权利要求5的光学投影系统,进一步包括PBS,接收PBS阵列输出的光,并且PBS根据偏振方向将来自PBS阵列的光反射和透射,从而输入到屏。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
REG | Reference to a national code |
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