專利名稱：形成彩色圖像的投影系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及利用色彩滾動技術(shù)形成彩色圖像的方法以及采用該方法的投影系統(tǒng)，并尤其涉及一種彩色圖像形成方法，其在光閥上形成的兩彩色帶之間產(chǎn)生黑帶，并通過控制黑帶寬度獲得改變色帶成像信號所需的上升時間和下落時間，以及采用該方法的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)光閥的個數(shù)，投影系統(tǒng)分為三板投影系統(tǒng)和單板投影系統(tǒng)，光閥用于控制象素排列基底上高輸出燈光源發(fā)射出的光的開/關(guān)操作，并形成圖像。單板投影系統(tǒng)相比三板投影系統(tǒng)具有較小的光學(xué)系統(tǒng)。然而，因為單板投影系統(tǒng)順次使用白光分離出的紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光，所以它只能提供三板投影系統(tǒng)僅1/3的光學(xué)效率。因此，人們一直試圖增加單板投影系統(tǒng)的光學(xué)效率。
通常，在單板投影系統(tǒng)中，白光源輻射出的光由濾色器分離為R、G和B光束，并且這三束彩色光束順次傳送到光閥上。光閥根據(jù)接收到的彩色光束的順序操作并產(chǎn)生圖像。如上所述，單板投影系統(tǒng)順次使用彩色光束，由此，光效率減少到三板投影系統(tǒng)的1/3。根據(jù)一種增加單板投影系統(tǒng)光效率的色彩滾動方法，白光被分離為R、G和B彩色光束，然后三束彩色光束被同時發(fā)送到一個光閥的不同位置上。因為直到每個象素的所有R、G和B彩色光束都到達(dá)光閥才產(chǎn)生一圖像，所以利用彩色滾動方法使彩色光束以恒定速度移動。
如圖1所示，在單板滾動投影系統(tǒng)中，光源100發(fā)射出的白光經(jīng)過第一和第二透鏡陣列102和104、偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)105，并由第一至第四選色鏡109，112，139，和122分離為R、G和B彩色光束。更詳細(xì)的說，例如紅光束R和綠光束G被第一選色鏡109透射并沿著第一光路L1傳播，而藍(lán)光B被第一選色鏡109反射并沿著第二光路L2傳播。第一光路L1上的紅光束R和綠光束G被第二選色鏡112分離。該第二選色鏡112沿著第一光路L1透射紅光束R并沿著第三光路L3反射綠光束G。
第一至第三棱鏡114、135和142分別置于第一至第三光路L1、L2和L3中。光源100發(fā)射出的光束被分離為R、G、B光束，當(dāng)它們經(jīng)過相應(yīng)的第一至第三棱鏡114、135和142時被滾動。第一至第三棱鏡114、135和142勻速轉(zhuǎn)動以使R、G、B色帶滾動。分別沿著第二和第三光路L2和L3傳輸?shù)腉和B光束，分別被第三選色鏡139透射和反射，然后合并。最后，由第四選色鏡122合并R、G和B彩色光束。該合并光束經(jīng)過偏振光束分束器(PBS)127透射至光閥130。光閥130形成一畫面。
會聚透鏡107緊挨著PCS 105設(shè)置，并且光路校正透鏡110、117、131、137和145設(shè)置在第一至第三光路L1、L2和L3中。會聚透鏡120和140分別置于第一和第四選色鏡112和122之間以及第三和第四選色鏡139和122之間。聚焦透鏡124和偏振器125置于第四選色鏡122和PBS 127之間的光路中。光路轉(zhuǎn)變器，例如，反射鏡118和133分別設(shè)置在第一L1和第三L3光路中。
如圖2所示，R、G和B色帶的周期滾動歸因于第一至第三棱鏡114、135和142的轉(zhuǎn)動。當(dāng)對應(yīng)R、G、B三色的第一、第二和第三棱鏡114、135和142被同步轉(zhuǎn)動時，滾動表現(xiàn)為形成在光閥表面130上的色帶移動。如上所述，當(dāng)R、G和B色帶在一個周期中循環(huán)就形成了一幀彩色圖像。
根據(jù)投影透鏡(未示出)放大的成像信號，通過光閥130上獨立象素的開關(guān)操作形成彩色圖像。然后，該放大圖像被投射到顯示屏。
第一、第二和第三狹縫113、134和143分別置于第一、第二和第三棱鏡114、135和142之前并控制入射光的發(fā)散角。
如上所述的傳統(tǒng)投影系統(tǒng)中，因為每個顏色使用不同的光路，則必須為每個顏色提供不同的光路校正透鏡，還必須為每個顏色提供使分離光束再次會聚的元件和分離元件。因此，光學(xué)系統(tǒng)變得較大，并且由于制造和安裝過程復(fù)雜而使產(chǎn)量降低。另外，用于轉(zhuǎn)動第一至第三透鏡114，135和142的三個馬達(dá)在操作過程中產(chǎn)生大量的噪音。并且，使用三個馬達(dá)的投影系統(tǒng)的制造成本比只用一個馬達(dá)的色輪型系統(tǒng)的制造成本要高。
為了利用滾動技術(shù)產(chǎn)生彩色畫面，如圖2所示的色帶必須以恒定的速度移動。傳統(tǒng)投影系統(tǒng)為了獲得滾動必須使光閥130與三個棱鏡114、135和142同步，同步的控制是不容易的。另外，因為第一、第二和第三棱鏡114，135和142分別作圓周運動，所以色彩滾動速度是不規(guī)律的，從而使圖像的質(zhì)量惡化。
根據(jù)沿著第一、第二和第三光路L1、L2和L3傳播的光束寬度變化色帶寬度。如果沿著第一、第二和第三光路L1、L2和L3傳播的光束寬度減小，則R、G和B色帶變窄，從而在相鄰的兩彩色帶之間形成黑帶K，如圖3A所示。另一方面，如果沿著第一、第二和第三光路L1、L2和L3傳播的光束寬度增加，則R、G和B色帶加寬，而在相鄰兩色帶之間形成重疊部分P，如圖3B所示。
在特殊情況中需要該黑帶K。例如，當(dāng)液晶顯示器(LCD)用作光閥130時，因為難于連續(xù)處理色帶成像信號，所以必須形成黑帶K。更詳細(xì)地說，當(dāng)色帶在LCD上連續(xù)滾動時，每次色帶滾動改變成像信號。然而，連續(xù)處理變化著的成像信號是困難的。圖3C表示形成在光閥130上的R、G和B色帶，和根據(jù)對應(yīng)于R、G和B色帶的輸入成像信號的光閥130的開/關(guān)狀態(tài)。開啟對應(yīng)R、G和B色帶的成像信號的所需時間稱為上升時間，由S表示。關(guān)閉對應(yīng)R、G和B色帶的成像信號的所需時間稱為下降時間，由T表示。上升和下降時間用于開啟和關(guān)閉每次R、G和B色帶滾動改變的一組成像信號。為了獲得這些上升和下降時間段，相鄰色帶之間必須形成黑帶K。
如上所述，利用色彩滾動技術(shù)形成彩色圖像的系統(tǒng)必須通過控制色帶的帶寬形成黑帶。

發(fā)明內(nèi)容
本申請?zhí)峁┮环N形成彩色圖像的方法，其在光閥上的兩色帶之間形成黑帶，并且通過控制黑帶的帶寬改變色帶成像信號的上升時間和下降時間。
本申請還提供一種投影系統(tǒng)，其在形成在光閥上的兩色帶之間產(chǎn)生黑帶，以平穩(wěn)地形成彩色圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種形成彩色圖像的方法，其中獲得改變成像信號所需的上升時間和下降時間，該成像信號用于多個形成在光閥上的色帶。該方法包括安裝至少一個具有狹縫的濾波器；通過將滾動單元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為入射光經(jīng)過的滾動單元透鏡元的直線運動來滾動入射光；利用含有多個選色鏡的顏色分離器，根據(jù)顏色分離從光源發(fā)射出的光束，其中每個選色鏡透射入射光束中的一種波長光束并反射另一種波長的光束；通過使被顏色分離器分離的并被滾動單元透射的多個彩色光束入射到光閥相應(yīng)顏色區(qū)域上，形成多個色帶；通過控制相鄰選色鏡之間的距離或狹縫的寬度在相鄰色帶之間形成黑帶。
相鄰色帶之間的距離可比相鄰色帶的寬度平均值大。
多個選色鏡為第一、第二和第三選色鏡彼此平行設(shè)置，多個色帶為具有g(shù)1、g2和g3寬度的第一、第二和第三色帶，并且第一、第二選色鏡之間的距離和第二、第三選色鏡之間的距離分別為a和b，第一、第二和第三選色鏡的設(shè)置滿足下述條件式，以便在第一與第二色帶之間以及第二與第三色帶之間形成的黑帶a>(g1+g2)α22]]>b>(g2+g3)α22]]>滾動單元的至少一個透鏡元呈螺旋狀設(shè)置。
至少一個濾波器包括空間濾波器，其狹縫寬度為w，焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，α為比例常數(shù)，第一、第二和第三色帶帶寬相等，空間濾波器和第一、第二及第三選色鏡的設(shè)置滿足下列條件式a>gα2=wf2α2f1]]>b>gα2=wf2α2f1]]>除空間濾波器之外，至少一個濾光器還包括狹縫寬為t1的補償濾光片，每個空間濾波器的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一和第二色帶帶寬，以及由補償濾光片控制第三色帶帶寬為g1=g3=wf2f1]]>
g2=t1f2f1]]>除空間濾波器之外，當(dāng)至少一個濾波器還包括具有狹縫寬度為t1和t2的第一和第二補償濾光片時，每個空間濾波器和第二補償濾光片的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一色帶帶寬，以及由補償濾光片控制的第二和第三色帶帶寬為g1=wf2f1]]>g2=t1f2f1]]>g3=t2f2f1]]>除空間濾波器之外，當(dāng)至少一個濾波器還包括狹縫寬度為t1、t2和t3的第一、第二和第三補償濾光片時，第一、第二和第三補償濾光片焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由第一、第二和第三補償濾光片控制的第一、第二和第三色帶帶寬分別為g1=t1f2f1]]>g2=t2f2f1]]>g3=t3f2f1]]>根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種投影系統(tǒng)，包括光源；至少一個具有狹縫的濾波器，控制由光源發(fā)射出的光的發(fā)散角；滾動單元包括至少一個透鏡元，將透鏡元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)楣饨?jīng)過透鏡元區(qū)域的直線運動，以使入射光束被滾動；顏色分離器包括多個選色鏡，根據(jù)顏色分離從光源發(fā)射出的入射光束；以及光閥，在相應(yīng)顏色區(qū)域上接收多束由顏色分離器分離并由滾動單元透射的彩色光束，并由歸因于滾動單元轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的色帶滾動而形成多個色帶。每個選色鏡透射來自入射光的一種波長的光束并反射另一種波長的光束。通過控制相鄰選色鏡之間的距離或狹縫寬度形成相鄰色帶之間的黑帶。
可在顏色分離器和光閥之間的光路上設(shè)置第一和第二復(fù)眼透鏡陣列。
在滾動單元之前設(shè)置第一柱形透鏡并減小入射到滾動單元上的光束寬度，滾動單元之后設(shè)置第二柱形透鏡，會聚經(jīng)過滾動單元的光。
在第二復(fù)眼透鏡和光閥之間的光路上設(shè)置中繼透鏡。
在顏色分離器和光閥之間的光路上設(shè)置偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將從光源發(fā)射出的光轉(zhuǎn)換為具有單偏振的光。


通過參照附圖描述具體實施例，本發(fā)明的上述和/或其它特征及優(yōu)點將變得明顯和更易于理解，其中圖1表示一傳統(tǒng)投影系統(tǒng)；圖2是投影系統(tǒng)中R、G和B色帶色彩滾動的示意圖；圖3A和3B表示利用滾動技術(shù)，使形成在投影系統(tǒng)中光閥上的色帶形成彩色圖像；圖3C表示形成在光閥上的色帶，以及根據(jù)相應(yīng)色帶的輸入成像信號，光閥的開關(guān)狀態(tài)；圖4是根據(jù)本申請一實施例的示意圖；圖5A是圖4滾動系統(tǒng)的前視圖；圖5B是可用于圖4投影系統(tǒng)中的另一種滾動單元的透視圖；圖6A表示圖4投影系統(tǒng)中不使用柱狀透鏡時，光束在圖4的滾動單元中的形狀；圖6B表示圖4投影系統(tǒng)中使用第一柱狀透鏡時，光束在圖4的滾動單元中的形狀；
圖7A至圖7C表示圖4所示投影系統(tǒng)的滾動操作；圖8表示根據(jù)本發(fā)明一實施例，形成彩色圖像的方法；圖9A是空間濾波器在圖4的投影系統(tǒng)中的透視圖；圖10A至10C表示形成在光閥上的色帶寬度受到圖4投影系統(tǒng)中空間濾波器的狹縫寬度的控制；圖11A至11C表示形成在光閥上的色帶寬度受到空間濾波器和補償濾光片的狹縫寬度的控制。
具體實施例方式
參照圖4，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的投影系統(tǒng)包括光源50，至少一個濾波器，滾動單元20，顏色分離器55，和光閥40。至少一個濾波器安裝在光源50出射光的焦平面上，并且具有一個用于控制入射光發(fā)散角或光學(xué)系統(tǒng)的視角(etendue)的狹縫。滾動單元20使入射光線以不同角度入射到顏色分離器55上并滾動該入射光。顏色分離器55根據(jù)顏色分離經(jīng)過滾動單元20的光。光閥40根據(jù)輸入成像信號處理由色彩分離器55產(chǎn)生的彩色光束并形成畫面。
由光閥40形成的畫面被投影透鏡單元45放大，然后該放大畫面投影至顯示屏48上。
光源50包括產(chǎn)生光的燈51和反射鏡53，反射鏡反射燈51發(fā)射的光并引導(dǎo)反射光路。反射鏡53為一橢圓形鏡，其第一焦點在燈51的位置，第二焦點在光聚焦的點(f)處。另外，反射鏡53可為一拋物柱面反射鏡，其將燈51作為第一焦點并準(zhǔn)直從燈51射出的光束。如果拋物柱面反射鏡被用作反射鏡53，則系統(tǒng)必須還應(yīng)具有聚焦光的透鏡。
至少一個濾波器包括空間濾波器5或補償濾色片，并且最好而不是必需的，位于反射鏡53的焦點(f)上。
用于準(zhǔn)直入射光的準(zhǔn)直透鏡54安裝在光源50和顏色分離器55之間的光路上。P表示光源50和光源50發(fā)射的光聚焦焦點(f)之間的距離。最好但不必須，準(zhǔn)直透鏡54安置在距離焦點(f)P/5處。通過這種方式安裝的投影系統(tǒng)，其光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可更為緊湊。
參照圖5A，滾動單元20是可轉(zhuǎn)動的，并且具有入射表面和發(fā)射表面。優(yōu)選但不是必須的，至少一個透鏡元20a裝置設(shè)置在滾動單元20上，使?jié)L動單元20的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)楣饨?jīng)過滾動單元20中區(qū)域的直線運動。例如，至少一個透鏡元20a螺旋狀的配置在滾動單元20上。至少一個透鏡元20a的每一個透鏡元透射入射光，使入射光線以不同的角度傳輸。透鏡元20a可為一柱狀透鏡。
如圖5A所示，滾動單元20的轉(zhuǎn)動(由箭頭J表示的方向)轉(zhuǎn)變?yōu)槿肷涔?L)經(jīng)過的滾動單元20區(qū)域的直線運動(由箭頭Q表示的方向)，由此獲得滾動。圖5A的滾動單元20為一單螺旋透鏡盤。然而，滾動單元20可包括第一和第二螺旋透鏡盤26和27，彼此以預(yù)設(shè)的距離放置，如圖5B所示。在這種情況中，玻璃棒(或?qū)Ч獍?28還可插入在第一和第二螺旋透鏡盤26和27之間。玻璃棒28控制經(jīng)過第一螺旋透鏡盤26光的發(fā)散角。
再參照圖4，顏色分離器55包括根據(jù)顏色來透射或反射入射光的多個選色鏡，例如，第一、第二和第三選色鏡55a、55b和55c。第一、第二和第三選色鏡55a、55b和55c彼此平行放置。然而，第一、第二和第三選色鏡55a、55b和55c也可以以不同的角度傾斜的放置。入射到滾動單元20的光線根據(jù)該光線入射到的每個柱狀透鏡元20a的不同位置以不同的角度被透射。光線被第一、第二或第三選色鏡55a、55b或55c反射，使光束根據(jù)顏色分離開。系統(tǒng)還包括在滾動單元20和色彩分離器55之間的棱鏡56，使入射光不變光路地傳輸?shù)筋伾蛛x器55。
第一柱狀透鏡16置于滾動單元20之前，第二柱狀透鏡17、第一和第二復(fù)眼透鏡陣列34和35以及中繼透鏡38順次排列在顏色分離器55和光閥40之間的光路上。第一和第二復(fù)眼透鏡陣列34和35分別由平面排列的透鏡元34a和35a形成。
第一柱狀透鏡16減小入射到滾動單元20上入射光束的寬度，第二柱狀透鏡17加寬被第一柱狀透鏡16變窄的光束至原始寬度的光束。第二柱狀透鏡也可安裝在第一和第二復(fù)眼透鏡陣列34和35之間。偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)36用于將入射光轉(zhuǎn)換為單偏振光，其置于第二復(fù)眼透鏡陣列35和中繼透鏡38之間。
在具有上述結(jié)構(gòu)的圖4所示投影系統(tǒng)的操作中，首先，從光源50發(fā)射出的白光經(jīng)過空間濾波器5和準(zhǔn)直透鏡54入射到滾動單元20上。由第一柱狀透鏡16減小將被入射到滾動單元20上的光束寬度。
圖6A表示從光源50發(fā)射出的光束L’不經(jīng)過第一柱狀透鏡16入射到滾動單元20上。光束L’的寬度為W’。圖6B表示由第一柱狀透鏡16減小寬度為W的光束L，其隨后被入射到滾動單元20上。當(dāng)光束以相關(guān)寬度經(jīng)過滾動單元20，也就是說，在光束L’的情況中，空間排列的透鏡元20a的陣列彎曲形狀與光束L’形狀不匹配，并由此在每個顏色的不匹配區(qū)域產(chǎn)生光損耗。為了使光損耗降到最小，優(yōu)選但不是必須的，使用第一柱狀透鏡16產(chǎn)生具有減小的寬度W的光束L，使光束L的形狀與圖6B所示的螺旋排列的透鏡元20a的陣列排列更接近。
入射到滾動單元20上的光線根據(jù)光線入射到每個透鏡元20a的不同位置以不同角度傳輸。該光線以不同的角度入射到顏色分離器55上。由顏色分離器的第一、第二和第三選色鏡55a、55b和55c產(chǎn)生的第一、第二和第三彩色光束入射到第二柱狀透鏡17上，該透鏡準(zhǔn)直由第一柱狀透鏡16減小了光束寬度的光，使被減小寬度的光恢復(fù)到原始寬度。因此，被第二柱狀透鏡17透射的光的寬度與光閥40的寬度一致。
經(jīng)過第二柱狀透鏡17的第一、第二和第三彩色光束入射到第一復(fù)眼透鏡陣列34上，在每個透鏡元34a上形成彩色線。通過經(jīng)過第二復(fù)眼透鏡陣列35和中繼透鏡38，第一、第二和第三彩色光束被入射到光閥40的相應(yīng)顏色區(qū)域上，形成第一、第二和第三色帶M1、M2和M3，如圖8所示。
由于滾動單元20的滾動，第一、第二和第三色帶M1、M2和M3周期性滾動，由此形成彩色圖像。
參照圖7A至7C，形成在光閥40上的R、G和B色帶因滾動單元20的轉(zhuǎn)動而滾動，從R、G、B順序至G、B、R順序再至B、R、G順序。重復(fù)這種滾動。圖7A至7C的滾動單元為一單螺旋透鏡盤。
如圖7A中所示，首先，R、G和B光束經(jīng)過滾動單元20、第一和第二復(fù)眼透鏡陣列34和35、中繼透鏡38，然后以預(yù)設(shè)的順序在光閥40上形成色帶，例如，以R、G和B的順序。接下來，滾動單元20轉(zhuǎn)動，并由此，入射光L經(jīng)過的滾動單元20透鏡元陣列逐漸向上移動。因此，經(jīng)過滾動單元20的彩色光束的焦點隨著滾動單元20移動而變化，并且以G、B、R的順序形成色帶，如圖7B中所示。然后，滾動單元20轉(zhuǎn)動，入射彩色光束被滾動，并以B、R、G的順序形成色帶，如圖7C中所示。周期性的重復(fù)這樣的滾動。
參照圖5A，當(dāng)滾動單元以箭頭J所示的方向轉(zhuǎn)動時，入射光L表現(xiàn)為箭頭Q所示方向的直線運動。換言之，當(dāng)滾動單元20轉(zhuǎn)動時，改變了入射光L經(jīng)過的滾動單元20區(qū)域。入射光L經(jīng)過的滾動單元20區(qū)域的變化呈直線地產(chǎn)生在接近或遠(yuǎn)離滾動單元20軸的方向中。然而，如果滾動單元為桶形，入射光L經(jīng)過的滾動單元20區(qū)域沿著滾動單元20的轉(zhuǎn)動軸直線移動。
換句話說，用滾動單元20的轉(zhuǎn)動改變光入射到滾動單元20的位置，滾動單元20的轉(zhuǎn)動模擬滾動單元20的透鏡陣列的直線運動，從而獲得滾動，如從滾動單元20的截面圖看到的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)中，可利用同一滾動單元20取代不同的滾動單元處理所有的彩色光束。因此，投影系統(tǒng)可更為緊湊，并且不同的彩色光束易于彼此同步。在滾動單元20的每個透鏡元34a上形成彩色線，同樣的，也在第一復(fù)眼透鏡陣列34的每個透鏡元34a上形成彩色線。
因此，更可取的是，光線經(jīng)過的滾動單元20的透鏡元20a可與第一和第二復(fù)眼透鏡陣列34和35的行陣列以一對一對應(yīng)的方式匹配。換句話說，如果由光線經(jīng)過滾動單元2占有的透鏡元20a的數(shù)目為4，則每個第一和第二復(fù)眼透鏡34和35可具有4行陣列。
形成在光閥40上的色帶以上述方式滾動，由此產(chǎn)生彩色圖像。
如果液晶顯示器(LCD)或硅上液晶被用作光閥40，則需要上升時間和下降時間來開啟或關(guān)閉每次滾動R、G和B色帶而變化的一組成像信號。為了獲得這些上升和下降時間段，必須在相鄰的兩色帶之間形成黑帶。光閥40上黑帶的形成可參照圖8描述，其中示意性的示出空間濾波器5、顏色分離器55和光閥40。
參照圖8，為了便于解釋，第一和第二選色鏡55a和55b之間的間隔a以及第二和第三選色鏡之間的間隔b略有放大。由顏色分離器55產(chǎn)生的彩色光束入射到光閥40相應(yīng)的顏色區(qū)域，由此形成第一、第二和第三色帶M1、M2和M3。
在將要描述的情況中，第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度分別由g1、g2和g3并彼此相等。
每個色帶的寬度g(g＝g1＝g2＝g3)取決于狹縫5c的寬度(w)。第一和第二色帶M1和M2之間的間隔d1以及第二和第三色帶之間的間隔d2分別取決于間隔a和b。相鄰兩色帶之間的間隔表示相鄰色帶中心線之間的間隔。
間隔d1和d2滿足等式1d1=αa2]]>d2=αa2]]>其中，α表示比例常數(shù)。例如，α可為一放大系數(shù)。當(dāng)空間濾波器的狹縫寬度為w、準(zhǔn)直透鏡54的焦距為f1，滾動單元20的透鏡為f2時，每個色帶的寬度g可由等式2計算g=wf2f1---(2)]]>為了在第一和第二色帶M1和M2之間以及第二和第三色帶M2和M3之間形成黑帶K，相鄰色帶之間的間隔必須大于相鄰色帶寬度的平均值。換句話說，每個色帶的寬度必須小于第一和第二色帶M1和M2之間的間隔d1以及第二和第三色帶M2和M3之間的間隔d2。形成黑帶K的條件可由條件式3表達(dá)agα2=wf2α2f1]]>b>gα2=wf2α2f1---(3)]]>當(dāng)滿足條件式3中的條件時，在第一和第二色帶M1和M2之間以及第二和第三色帶M2和M3之間形成黑帶，以獲得因每次色帶位置變化而將被改變的開啟和關(guān)閉成像信號所需的上升時間和下降時間。
空間濾波器5使圖10A至11C的狹縫5c的寬度w可被控制。如圖9A所示，空間濾波器5包括第一濾波板5a、設(shè)置在遠(yuǎn)離第一濾波板5a位置的第二濾波板5b、分別支撐第一和第二濾波板5a和5b的第一和第二支撐板6a和6b，并由傳動螺釘7移動，以及傳動螺釘7可旋轉(zhuǎn)支撐的框架8。當(dāng)傳動螺釘7轉(zhuǎn)動時，第一和第二支撐板6a和6b沿著傳動螺釘7移動并控制第一和第二濾波板5a和5b之間的狹縫5c。優(yōu)選的，但不是必須的，狹縫5c的寬度在顏色分離方向或顏色滾動方向上被控制。
如圖10A所示，當(dāng)狹縫5c的寬度為w1時，第一、第二和第三色帶M1、M2和M3形成在光閥40相等尺寸的相應(yīng)顏色區(qū)域中。如果狹縫寬度w從w1變化至w2(w2＜w1)，則相鄰兩色帶之間形成黑帶K，如圖10B所示。如果狹縫寬度w從w1變化至w3(w3＞w1)，則R、G和B色帶被加寬，在相鄰兩色帶之間形成重疊部分P，如圖10C所示。
如上所述，相鄰色帶之間的黑帶K可通過調(diào)整狹縫寬度w或間隔a和b滿足等式3的條件來控制。
下文將參照圖11A至圖11C描述第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度g1、g2和g3彼此不相同的情況。
如圖11A至圖11C所示，系統(tǒng)還可包括分別具有狹縫1a、2a和3a的第一、第二和第三補償濾光片1、2和3之一，以控制色帶的寬度或區(qū)域。第一、第二和第三補償濾光片1、2和3的狹縫1a、2a和3a透射所有顏色的光束，并且第一、第二和第三補償濾光片1、2和3反射特定顏色的光束并透射所有其它顏色的光束，以控制特定顏色光束的寬度。
圖11A表示第一補償濾光片1附加到空間濾波器5上的情況。例如，第一補償濾光片1反射綠色(G)光束而透射其它顏色光束。第一狹縫1a透射所有顏色的光束。第一補償濾光片1置于空間濾波器之后。然而，第一補償濾光片1也可置于空間濾波器5之前。首先，由空間濾波器5的狹縫5c的寬度w確定色帶寬度相等。然后，由第一補償濾光片1的第一狹縫1a的寬度t1確定特定色帶的寬度。在圖11A中，第二色帶M2的寬度g2，例如，G色帶，由第一補償濾光片t1控制。
圖11B表示第一和第二補償濾光片1和2附加到空間濾波器5上的情況。圖11C表示第一、第二和第三補償濾光片1、2和3取代空間濾波器5的情況。第一、第二和第三補償濾光片1、2和3可通過涂覆空間濾波器5或具有濾波器的分色玻璃制造。另外，第一、第二和第三補償濾光片1、2和3也可為濾波片。
第一、第二和第三狹縫1a、2a和3a的寬度在顏色分離方向上由顏色分離器55或顏色滾動方向控制。
再參照圖8，第一和第二選色鏡55a和55b的間隔a與第二和第三選色鏡55b和55c的間隔b之間的比值與第一和第二寬度g1和g2之和與第二和第三寬度g2和g3之和的比值相同。為了在第一和第二色帶M1和M2之間形成黑帶K，第一和第二寬度g1和g2之和的一半必須小于第一和第二色帶M1和M2之間的間隔d1。為了在第二和第三色帶M2和M3之間形成黑帶K，第二和第三寬度g2和g3之和的一半必須小于第二和第三色帶M2和M3之間的間隔d2。換言之，當(dāng)相鄰兩色帶之間的間隔大于相鄰兩色帶寬度的平均值時，在相鄰色帶之間形成黑帶K。上述形成黑帶K的條件通過參考等式1由等式4表示a>(g1+g2)α22]]>b>(g2+g3)α22---(4)]]>第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度g1、g2和g3可由狹縫5c的寬度以及第一、第二和第三補償濾光片1、2和3的寬度t1、t2和t3控制。
參照圖11A，第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度g1、g2和g3首先根據(jù)狹縫5c的寬度w確定。其后，特定色帶的光束寬度由第一補償濾光片1的寬度t1確定。優(yōu)選的，圖11A的結(jié)構(gòu)滿足w＞t1的關(guān)系。如果第二色帶M2的寬度g2由第一補償濾光片1的寬度t1調(diào)整，第一和第三色帶的寬度g1和g3則根據(jù)狹縫5c的寬度w確定，第二色帶的寬度g2由第一補償濾光片1的寬度t1確定，如等式5所示g1=g3=wf2f1]]>g2=t1f2f1---(5)]]>參照等式4和5，可通過控制間隔a和b、狹縫5c的寬度w、第一補償濾光片1的寬度t1、準(zhǔn)直透鏡54的焦距f1、和滾動單元20的焦距f2至少之一形成色帶之間的黑帶K。
參照圖11B，首先根據(jù)狹縫5的寬度w確定第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度g1、g2和g3。其后，根據(jù)第一補償濾光片1的寬度t1確定第一色帶M1的寬度g1，根據(jù)第二補償濾光片2的寬度t2確定第三色帶M3的寬度g3，因此，第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的第一、第二和第三寬度g1、g2和g3可由等式6確定g1=t1f2f1]]>g2=wf2f1]]>g3=t2f2f1---(6)]]>優(yōu)選地，但不是必須的，第一和第二補償濾光片1和2的寬度t1和t2小于狹縫5c的寬度w。通過控制間隔a和b至少之一、狹縫5c的寬度w、第一和第二補償濾光片1和2的寬度t1和t2、準(zhǔn)直透鏡54的焦距f1、和滾動單元20的焦距f2滿足等式4的條件，確定形成在相鄰兩色帶之間的黑帶K。
參照圖11C，根據(jù)第一補償濾光片1的寬度t1確定第一色帶M1的寬度g1，根據(jù)第二補償濾光片2的寬度t2確定第二色帶M2的寬度g2，根據(jù)第三補償濾光片3的寬度t3確定第三色帶M3的寬度g3。等式7表達(dá)了這些關(guān)系g1=t1f2f1]]>g2=t2f2f1]]>g3=t3f2f1---(7)]]>黑帶也可參考等式7，通過控制第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的第一、第二和第三寬度g1、g2和g3確定，也可通過控制間隔a和b滿足等式4條件來確定。
如上所述，可選擇利用具有至少一個補償濾光片的空間濾波器5或利用三個補償濾光片而無空間濾波器5控制色帶寬度。此外，黑帶的寬度由第一和第二選色鏡55a和55b之間的間隔以及第二和第三選色鏡55b和55c之間的間隔控制。
根據(jù)本申請的投影系統(tǒng)包括至少一個具有狹縫的濾波器，控制第一、第二和第三色帶M1、M2和M3的寬度。例如，至少一個濾波器可只包括空間濾波器5，或包括空間濾波器5和至少一個補償濾光片，或包括第一、第二和第三補償濾光片而不包括空間濾波器5。當(dāng)空間濾波器5和第一、第二和第三補償濾光片1、2和3的狹縫寬度分別為w、t1、t2和t3時，它們可被控制以滿足等式3或4。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)中，可利用一個滾動單元滾動所有的彩色光束，使它的轉(zhuǎn)動模擬光線經(jīng)過滾動單元的透鏡陣列的直線運動。這樣，易于控制滾動并且減少了元件的個數(shù)。由此，得到了一種小型、節(jié)省成本的投影系統(tǒng)。滾動單元可用桶狀取代盤狀，只要它的轉(zhuǎn)動模擬光線經(jīng)過滾動單元的透鏡陣列的直線運動。
還因為傳統(tǒng)的單板投影系統(tǒng)將白光順次分離為R、G和B光束而產(chǎn)生彩色圖像，其效率降至三板投影系統(tǒng)光效率的1/3。然而，根據(jù)本發(fā)明，利用滾動技術(shù)色三板投影系統(tǒng)中，白光在同一時間被分離為R、G和B光束，并滾動R、G和B光束形成彩色圖像。因此，根據(jù)本發(fā)明的單板投影系統(tǒng)可獲得與三板投影系統(tǒng)相同的光效率。
另外，根據(jù)本發(fā)明形成彩色圖像的方法中，在形成在光閥上的相鄰兩色帶之間產(chǎn)生黑帶，可獲得色帶成像信號改變所需的上升和下降時間。因此，可平滑地形成彩色圖像。
權(quán)利要求
1.一種投影系統(tǒng)，包括光源；至少一個具有狹縫的濾波器，控制由光源發(fā)射出的光的發(fā)散角；滾動單元，包括至少一個透鏡元，將透鏡元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)楣饨?jīng)過透鏡元區(qū)域的直線運動，以使入射光束被滾動；顏色分離器，包括多個選色鏡，根據(jù)顏色分離從光源發(fā)射出的入射光束；每個選色鏡透射來自入射光的一種波長的光束并反射另一種波長的光束；光閥，在相應(yīng)顏色區(qū)域上接收多束由顏色分離器分離并由滾動單元透射的彩色光束，并由歸因于滾動單元轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的色帶滾動而形成多個色帶，其中通過控制相鄰選色鏡之間的距離或狹縫寬度形成相鄰色帶之間的黑帶。
2.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中相鄰色帶之間的距離大于相鄰色帶寬度的平均值。
3.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中所述多個選色鏡為第一、第二和第三選色鏡，彼此平行設(shè)置，所述多個色帶為具有g(shù)1、g2和g3寬度的第一、第二和第三色帶，并且第一、第二選色鏡之間的距離和第二、第三選色鏡之間的距離分別為a和b，第一、第二和第三選色鏡的設(shè)置滿足下述條件式a>(g1+g2)α22]]>b>(g2+g3)α22]]>
4.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中滾動單元的至少一個透鏡元呈螺旋狀設(shè)置。
5.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中至少一個濾波器包括空間濾波器，其狹縫寬度為w，焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，α為比例常數(shù)，第一、第二和第三色帶帶寬相等，空間濾波器和第一、第二及第三選色鏡的設(shè)置滿足下列條件式α>gα2=wf2α2f1]]>b>gα2=wf2α2f1]]>
6.權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個濾波器除空間濾波器之外，還包括狹縫寬為t1的補償濾光片，每個空間濾波器和補償濾光片的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一和第二色帶帶寬，以及由補償濾光片控制第三色帶帶寬為g1=g3=wf2f1]]>g2=t1f2f1]]>
7.權(quán)利要求5的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個濾波器除空間濾波器之外還包括具有狹縫寬度為t1和t2的第一和第二補償濾光片時，每個空間濾波器、第一和第二補償濾光片的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一色帶帶寬，以及由補償濾光片控制的第二和第三色帶帶寬為g1=wf2f1]]>g2=t1f2f1]]>g3=t2f2f1]]>
8.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中所述至少一個濾波器除空間濾波器之外還包括狹縫寬度為t1、t2和t3的第一、第二和第三補償濾光片時，第一、第二和第三補償濾光片焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由第一、第二和第三補償濾光片控制的第一、第二和第三色帶帶寬分別為g1=t1f2f1]]>g2=t1f2f1]]>g3=t3f2f1]]>
9.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中第一和第二復(fù)眼透鏡陣列置于顏色分離器和光閥之間的光路上。
10.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中第一柱狀透鏡置于滾動單元之前并減小入射到滾動單元上的光的寬度，第二柱狀透鏡置于滾動單元之后并準(zhǔn)直經(jīng)過滾動單元的光。
11.權(quán)利要求10的投影系統(tǒng)，其中第一和第二復(fù)眼透鏡陣列位于顏色分離器和光閥之間的光路上。
12.權(quán)利要求11的投影系統(tǒng)，其中一中繼透鏡設(shè)置在第二復(fù)眼透鏡和光閥之間的光路上。
13.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于顏色分離器和光閥之間的光路上，并將光源發(fā)射出的光轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹窆狻?br> 14.權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中光閥為液晶顯示器和硅上液晶之一。
15.一種形成彩色圖像的方法，其中獲得改變成像信號所需的上升時間和下降時間，該成像信號用于多個形成在光閥上的色帶，該方法包括安裝至少一個具有狹縫的濾波器；通過將滾動單元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為入射光經(jīng)過的滾動單元透鏡元的直線運動來滾動入射光；利用含有多個選色鏡的顏色分離器，根據(jù)顏色分離從光源發(fā)射出的光束，其中每個選色鏡透射入射光束中的一種波長光束并反射另一種波長的光束；通過使被顏色分離器分離的并被滾動單元透射的多個彩色光束入射到光閥相應(yīng)顏色區(qū)域上，形成多個色帶；通過控制相鄰選色鏡之間的距離或狹縫的寬度在相鄰色帶之間形成黑帶。
16.權(quán)利要求15的方法，其中相鄰色帶之間的距離大于相鄰色帶的寬度平均值。
17.權(quán)利要求15的方法，其中多個選色鏡為第一、第二和第三選色鏡，彼此平行設(shè)置，多個色帶為具有g(shù)1、g2和g3寬度的第一、第二和第三色帶，并且第一、第二選色鏡之間的距離和第二、第三選色鏡之間的距離分別為a和b，第一、第二和第三選色鏡的設(shè)置滿足下述條件式，以便在第一與第二色帶之間以及第二與第三色帶之間形成的黑帶a>(g1+g2)α22]]>b>(g2+g3)α22]]>
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述滾動單元的至少一個透鏡元呈螺旋狀設(shè)置。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一個濾波器包括空間濾波器，其狹縫寬度為w，焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，α為比例常數(shù)，第一、第二和第三色帶帶寬相等，空間濾波器和第一、第二及第三選色鏡的設(shè)置滿足下列條件式α>gα2=wf2α2f1]]>b>gα2=wf2α2f1]]>
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述至少一個濾光器除空間濾波器之外，還包括狹縫寬為t1的補償濾光片，空間濾波器和補償濾光片的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一和第二色帶帶寬，以及由補償濾光片控制第三色帶帶寬為g1=g3=wf2f1]]>g2=t1f2f1]]>
21.權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述至少一個濾波器除空間濾波器之外還包括具有狹縫寬度為t1和t2的第一和第二補償濾光片時，空間濾波器和第二補償濾光片的焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由空間濾波器控制的第一色帶帶寬，以及由補償濾光片控制的第二和第三色帶帶寬為g1=wf2f1]]>g2=t1f2f1]]>g3=t2f2f1]]>
22.權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述至少一個濾波器還包括狹縫寬度為t1、t2和t3的第一、第二和第三補償濾光片時，第一、第二和第三補償濾光片焦距為f1，滾動單元的焦距為f2，根據(jù)下述等式，由第一、第二和第三補償濾光片控制的第一、第二和第三色帶帶寬分別為g1=t1f2f1]]>g2=t2f2f1]]>g3=t3f2f1]]>
23.權(quán)利要求15的方法，其中第一和第二復(fù)眼透鏡陣列位于顏色分離器和光閥之間的光路上。
24.權(quán)利要求15的方法，其中第一柱狀透鏡置于滾動單元之前并減小入射到滾動單元上的光的寬度，第二柱狀透鏡置于滾動單元之后并準(zhǔn)直經(jīng)過滾動單元的光。
25.權(quán)利要求24的方法，其中第一和第二復(fù)眼透鏡陣列位于顏色分離器和光閥之間的光路上。
26.權(quán)利要求25的方法，其中中繼透鏡設(shè)置在第二復(fù)眼透鏡和光閥之間的光路上。
27.權(quán)利要求15的方法，其中偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于顏色分離器和光閥之間的光路上，并將光源發(fā)射出的光轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹窆狻?br> 28.權(quán)利要求15的方法，其中光閥為液晶顯示器和硅上液晶之一。
全文摘要
提供形成彩色圖像的一種投影系統(tǒng)和方法。在這種方法中，獲得形成在光閥上的多個色帶所需的改變成像信號的上升時間和下降時間。首先，安裝至少一個具有狹縫的濾波器。接下來，通過將滾動單元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槿肷涔饨?jīng)過滾動單元透鏡元的直線運動使入射光滾動。然后，利用含有多個選色鏡的顏色分離器，將從光源發(fā)射出的光束根據(jù)顏色分離，每一個選色鏡透射入射光束狀具有一種波長的光束并反射另一種波長的光束。然后，多束被顏色分離器分離并被滾動單元滾動的彩色光束入射到光閥上的相應(yīng)顏色區(qū)域上，從而產(chǎn)生多個色帶。然后通過控制相鄰選色鏡之間的距離或控制狹縫的寬度在相鄰色帶之間形成黑帶。
文檔編號G02F1/13GK1536390SQ200410032679
公開日2004年10月13日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者趙虔皓, 金大式, 金成河, 李羲重 申請人:三星電子株式會社