專利名稱：Lcd投影儀用五棱鏡光線合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻彩色投影系統(tǒng)，包括前投影和后投影，更具體地，涉及到一種使用五棱鏡的光線合成器，它應(yīng)用于LCD投影電視系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種類型的投影電視系統(tǒng)在近些年得到發(fā)展并已經(jīng)商品化。盡管這些投影電視系統(tǒng)提供的顯示屏幕大，但是，它們一般比標(biāo)準(zhǔn)CRT系統(tǒng)更昂貴，更笨重。而且，最重要的是，它們?cè)陲@示屏幕上提供相對(duì)模糊的圖象。產(chǎn)生的圖象，以及投影電視系統(tǒng)的成本、尺寸，通常直接依賴于該系統(tǒng)中使用的光學(xué)系統(tǒng)。
一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)的例子可見于美國專利No.5,084,807，1992年1月28日授予Thomas S.Mckechnie。描述于美國專利No.5,084,807的現(xiàn)有工藝系統(tǒng)由該專利的

圖1表示，它描述了這樣一種配置，即，發(fā)自三個(gè)鹵鎢燈的光經(jīng)過透射和反射穿過一對(duì)交叉分色鏡，一個(gè)分色棱鏡，并穿過三塊液晶顯示器(LCD)。三塊LCD調(diào)制三條通道產(chǎn)生電視畫面的紅、綠和藍(lán)部分。
交叉分色鏡把白光分成光譜中的紅、藍(lán)和綠部分。然后，這三種彩色光經(jīng)分色棱鏡合成，合成光經(jīng)投影透鏡投射到投影屏幕。
盡管這種現(xiàn)有系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，第一組交叉分色鏡和第二分色棱鏡的使用增加了設(shè)備的復(fù)雜性和尺寸，當(dāng)然，也增加了整個(gè)投影電視系統(tǒng)的成本。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)參見于美國專利No.4,687,301，1987年8月18日授與Ledebuhr。該專利描述了一種基于氧化鉛(plumicon)棱鏡的LCD投影儀。該類型的系統(tǒng)使用大量的玻璃，使得棱鏡的結(jié)構(gòu)龐大，十分昂貴，當(dāng)然，這是投影電視系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的LCD投影電視系統(tǒng)參見美國專利No.5,012,274，1991年4月30日授與E.Dolgoff。描述于該專利的系統(tǒng)利用三塊LCD，一塊顯示紅色畫面數(shù)據(jù)，一塊顯示綠色畫面數(shù)據(jù)，一塊顯示藍(lán)色畫面數(shù)據(jù)。每一塊LCD都由適當(dāng)顏色的光照明，即，紅光、藍(lán)光和綠光。發(fā)自紅、綠和藍(lán)光源的光由聚光鏡收集，經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)儀器準(zhǔn)直，穿過一系列分色鏡，在屏幕上形成完整的彩色圖象。
盡管描述于該專利的系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是它仍有一些缺點(diǎn)。特別是投影透鏡的后焦距比其它棱鏡設(shè)計(jì)的后焦距大得多。這使得該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作十分昂貴。從本質(zhì)上講，投影透鏡的后焦距長導(dǎo)致這樣的問題，即難于制作經(jīng)濟(jì)、可靠的投影電視系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于LCD投影儀的光線合成器，它可應(yīng)用于前投影和后投影，且具有緊湊的光路，易于制作。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是制作LCD彩色投影電視系統(tǒng)，它具有成本合理的分色鏡系統(tǒng)。
本發(fā)明的更進(jìn)一步目的是提供一種用于投影電視系統(tǒng)的光線合成器，它簡單、便宜、易于制作，將產(chǎn)生消費(fèi)者可以接受的箱子大小的商業(yè)投影電視系統(tǒng)。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)描述于1994年9月的國際光學(xué)工程協(xié)會(huì)進(jìn)展，第33卷第9冊(cè)(Journal of the International Society of OpticalEngineering，September1994，Vol.33，No.9)，該技術(shù)與投影電視領(lǐng)域關(guān)系不大。該系統(tǒng)不涉及投影電視系統(tǒng)，但描述了適用于高速攝影的單軸、三色光源系統(tǒng)。
所描述的系統(tǒng)具有這樣一種光學(xué)配置，包括三個(gè)白光源，一些準(zhǔn)直透鏡和三個(gè)裝在五邊形夾具上的分色濾光器。發(fā)自第一光源的光透過第一準(zhǔn)直透鏡，形成平行光束。該光束然后透過分色濾光器，該濾光器只允許紅光透射，反射藍(lán)光和綠光。透射的紅色被第二分色濾光器的內(nèi)表面反射，該濾光器只允許綠光透射，反射紅光和藍(lán)光。最后，紅光被第三濾光器反射，該濾波器只允許藍(lán)光透射。合成的紅、綠和藍(lán)光傳播出五邊配置，在該處被準(zhǔn)直透鏡聚焦。
該系統(tǒng)需要特殊制作的分色濾光器，因?yàn)樗鼈兊奶匦詫?duì)光線的入射角十分敏感。另外，該參考文獻(xiàn)描述的五邊形夾具必須用不銹鋼塊十分精確地加工，要求苛刻的零件和光源固定于擰在不銹鋼塊上的棒上。因此，盡管該系統(tǒng)介紹了一種對(duì)于投影電視系統(tǒng)富有吸引力的光學(xué)配置，但是很明顯，它十分昂貴，需要專門的加工工藝，所有這些都不適用于商品化投影電視系統(tǒng)。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于五棱鏡的光線合成器，它可應(yīng)用于LCD投影電視系統(tǒng)。
該設(shè)備用于在顯示屏幕上投射復(fù)雜的彩色視頻畫面， 包括，多個(gè)液晶顯示(LCD)器，具有按矩陣排列的多個(gè)像素，用于形成圖象。
多個(gè)光源，各個(gè)光源使準(zhǔn)直光束指向各個(gè)LCD器件的第一面，和分色合成器，配置成五棱鏡形狀，用于接收來自各個(gè)LCD器件第二面的準(zhǔn)直光束，和使發(fā)自各個(gè)光源的合成光束指向顯示屏幕。
三種準(zhǔn)直光源，紅、綠和藍(lán)，透過三塊LCD顯示器，作用在構(gòu)成五棱鏡三條邊的三個(gè)分色鏡上。
紅光透過第一分色鏡，經(jīng)第二、第三分色鏡以45°角反射，然后，指向顯示屏幕。綠光透過第二分色鏡，由第三分色鏡以45°角反射，然后，指向顯示屏幕。類似地，藍(lán)光透過第三分色鏡，指向顯示屏幕。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是從紅、綠和藍(lán)光源發(fā)出光形成的光路在五棱鏡內(nèi)形成一個(gè)直角三角形。
本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)是使用五棱鏡作為光線合成器，為投影電視系統(tǒng)提供了緊湊的光路，這易于制作并具有成本合理的分色鏡配置。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是第一紅分色鏡在本發(fā)明的投影電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中是任選的，因?yàn)樗鼉H作為紅光濾光器使用，這可以被安置在第二綠分色鏡上。
本發(fā)明的這些和其它目的及特點(diǎn)是將通過下面詳細(xì)的描述，并結(jié)合附圖，得到更加充分的理解，其中附圖簡述圖1說明五棱鏡在投影電視系統(tǒng)中被用作光線合成器；圖2說明使用五棱鏡的具體幾何結(jié)構(gòu)；圖3A-3C說明用于本發(fā)明的分色鏡的透射特性。
發(fā)明詳述參見圖1，根據(jù)本發(fā)明，圖示了一種應(yīng)用于LCD投影電視系統(tǒng)的基于使用五棱鏡的光線合成器。
圖1所示的在基本上應(yīng)理解為應(yīng)用于投影電視系統(tǒng)的分色合成器，該設(shè)備將在下面詳細(xì)解釋。投影電視系統(tǒng)的其余部分是眾所周知的，將不在這里進(jìn)一步解釋。
該系統(tǒng)包括3個(gè)光源10、11和12。這些光源可以是應(yīng)用于投影電視系統(tǒng)的任何標(biāo)準(zhǔn)光源，但優(yōu)選的光源是具有1-3mm弧長的金屬鹵化物弧燈。該光源可發(fā)射白光，或者例如，可以作為紅光源，綠光源和藍(lán)光源，可以這樣理解，紅光源包括光源10，藍(lán)光源包括光源11，綠光源包括光源12。發(fā)自三個(gè)光源的光線分別由準(zhǔn)直透鏡13，14和15準(zhǔn)直。光線經(jīng)準(zhǔn)直后，作用于分別用16，17和18表示的三塊LCD。三塊LCD調(diào)制三個(gè)通道產(chǎn)生最終電視畫面的紅、綠和藍(lán)部分。
光線穿過三塊LCD16、17和18之后，作用于分色鏡19、20和21上。分色鏡19透射紅光，為紅光邊緣濾光器。分色鏡21反射紅光，透射綠光。相似地，分色鏡20反射紅和綠光，透射藍(lán)光。
發(fā)自光源10的紅光因此透過LCD16和分色鏡19，經(jīng)分色鏡21和20的反射，然后指向投影透鏡22。類似地，發(fā)自光源11的藍(lán)光穿過分色鏡20，指向投影透鏡22，分色鏡20反射紅光和綠色。同樣地，發(fā)自光源12的綠光，透過LCD18，和分色鏡21，然后經(jīng)分色鏡20反射，最后指向投影透鏡22。圖中23所示的是觀看者，他將能夠在適當(dāng)?shù)娘@示屏幕上看到電視畫面。
圖1說明，圖中所示的被稱為鏡19、鏡20和鏡21的分色鏡構(gòu)成五棱鏡的三條邊，這在制作投影電視系統(tǒng)時(shí)在尺寸、成本和復(fù)雜性上導(dǎo)致一些根本性的優(yōu)點(diǎn)。分色鏡的具體角度將參照?qǐng)D2在下面描述。
現(xiàn)參照?qǐng)D2，圖中給出了分色鏡19、20和21，它們與圖1中相同標(biāo)號(hào)的分色鏡類似。如圖所示，紅光源與分色鏡19成90°角。相似地，藍(lán)光源與分色鏡20成112.5°角。最后，綠光源與分色鏡21成112.5°角。仍如上所述，紅光透過分色鏡20，經(jīng)分色鏡21和20以45°角反射，之后，向下指向圖1中22所示的投影透鏡。相似地，藍(lán)光透過分色鏡20指向投影透鏡，而綠光透過分色鏡21，經(jīng)分色鏡20以45°角反射，也指向投影透鏡22。因此，圖2中24所示的五棱鏡配置組合利用三種光源產(chǎn)生完整的電視畫面。
非常值得注意的是，紅光在五棱鏡內(nèi)部的光路構(gòu)成直角三角形的三條邊，發(fā)自綠光源的光路構(gòu)成直角三角形的二條邊，而發(fā)自藍(lán)光源的光路構(gòu)成直角三角形的一條邊。
利用五棱鏡光線合成器的優(yōu)點(diǎn)是它可以用于前投影或后投影系統(tǒng)中，具有直角三角形形狀的十分緊湊的光路，簡單易做，并利用了成本合理的分色鏡。
還值得注意的是紅分色鏡是任選的， 因?yàn)樗鼉H是紅光濾光器， 因而，可以加上所述放在綠分色鏡上。
優(yōu)選地，分色鏡的角度誤差容限應(yīng)在5～10弧分范圍內(nèi)，分色鏡各面的光滑度應(yīng)為10倍波長量級(jí)。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，圖中給出了如上參照?qǐng)D1和圖2所述的分色鏡的透射特性。更具體地說，圖3A所示的分色鏡19具有這樣的特性，反射發(fā)自光源的藍(lán)、綠光，透射紅色。利用任選的紅濾光器，分色鏡21透射綠光，反射藍(lán)光和紅光。相似地，如圖3C所示，分色鏡20透射藍(lán)光，反射綠光和紅光。
前述的

發(fā)明內(nèi)容
和發(fā)明描述是說明性的，解釋性的，因此，在不偏離本發(fā)明宗旨的情況下，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以在尺寸，形狀，材料以及圖示結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)方面做各種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，用于在顯示屏幕上投射合成的彩色視頻圖象，包括多個(gè)液晶顯示(LCD)器，具有按矩陣排列的多個(gè)像素，用于形成圖象，多個(gè)光源，各個(gè)光源使準(zhǔn)直光束指向各個(gè)LCD器件的第一面，和分色合成器，配置成五棱鏡形狀，用于接收發(fā)自各個(gè)所述LCD器件第二面的所述準(zhǔn)直光束，并使合成光束從各個(gè)光源指向顯示屏幕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述多個(gè)光源包括紅光源、綠光源和藍(lán)光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述分色合成器包括透射紅光的第一分色鏡，反射紅光、透射綠光的第二分色鏡，和透射藍(lán)光、反射紅光和綠光的第三分色鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中發(fā)自所述紅光源的光以90°角作用于所述第一分色鏡，發(fā)自所述綠光源的光以112.5°角作用于所述第二分色鏡，發(fā)自所述藍(lán)光源的光以112.5°角作用于所述第三分色鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中發(fā)自所述紅光源的光透過所述第一分色鏡，被所述第二分色鏡以45°角反射，被第三分色鏡以45°角反射，并以90°角作用于顯示屏幕上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中發(fā)自所述藍(lán)光源的光透過第三分色鏡，以90°角作用于所述顯示屏幕上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中發(fā)自綠光源的光透過第二分色鏡，被第三分色鏡以45°角反射，以90°角作用于顯示屏幕上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三分色鏡組成五棱鏡的三條邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中發(fā)自紅光源的光透過第一分色鏡，被第二分色鏡反射，被第三分色鏡反射，指向顯示屏幕，該光線形成的光路構(gòu)成直角三角形的三條邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中綠光源的光透過第二分色鏡，被第三分色鏡反射，指向顯示屏幕，該光線形成的光路構(gòu)成直角三角形的二條邊，同時(shí)，藍(lán)光源的光穿過第三分色鏡，指向顯示屏幕，其光路構(gòu)成直角三角形的一條邊。
全文摘要
一種應(yīng)用于LCD投影電視系統(tǒng)的光線合成器，利用五棱鏡把三種分離光線聚焦于顯示屏幕。應(yīng)用五棱鏡作為光線合成器能實(shí)現(xiàn)緊湊的光路、簡單的制作工藝和作為五棱鏡的一部分，成本合理的分色鏡配置。在五棱鏡內(nèi)部，三種光源的光路構(gòu)成一個(gè)直角三角形，這提供了上面所述的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/14GK1147891SQ96190125
公開日1997年4月16日 申請(qǐng)日期1996年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月17日
發(fā)明者S·馬戈斯 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司