專利名稱：一種基于分色鏡堆的調光方法及調光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于分色鏡堆的調光方法及調光裝置，該方法及裝置可以將移動的白光帶分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并在分色鏡堆的掃描窗處實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
背景技術：
大屏幕顯示器的歷史久遠，有投影型顯示和平面矩陣型顯示等種類，現在的主流產品是背投顯示。在各種投影儀(光機)中都要有色分離及色合成光學系統。已有的色分離技術有多種方案，三板式投影儀有三色分解合成分色棱鏡方式，液晶色偏光濾光方式。單板式投影儀有高清晰顯示板的全息照相濾光方式與場順序色方式。場順序色方式是將藍綠紅三原色分別按一場的三分之一時間順序顯示。現在投影儀的主流產品是單板式，單板式投影儀中主要是采用三色濾光片色輪方式，這種方式由于濾光片只能使單色光通過，而其余光被吸收掉(或反射掉)，因此白光的利用率只能是三分之一以下，有三分之二以上的光損失。
提高光效率是當前投影光機領域的世界性課題，為了提高光的利用率，近來Philips公司發明了旋轉三個四棱鏡的色分離與掃描技術，Samsung公司發明了旋轉柱面鏡的色分離與掃描技術，實現了提高白光利用率，降低光損失的目的，但是這兩種方案都存在結構復雜，體積大，價格貴等問題。為尋求更簡單易行的方法，需要提出一種基于分色鏡堆的調光方法及調光裝置。
發明內容
本發明的目的在于提出一種基于分色鏡堆的調光方法及調光裝置，該方法及裝置可將移動的白光帶分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并在分色鏡堆的掃描窗處實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
本發明的第一個目的是由下述技術方案實現的一種基于分色鏡堆的調光方法，其具體步驟是
使用一個分色鏡堆進行分色調光，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述入射窗一側設置一個移動的白光帶，所述白光帶的長度與所述入射窗長度匹配，所述白光帶的寬度與所述棱鏡的入射面的寬度相等，控制白光帶按自下而上運動方向從入射窗下端向入射窗頂端勻速移動，在移動過程中，溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動，進行連續循環掃描；所述移動的白光帶進入分色鏡堆后被分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并在分色鏡堆的掃描窗處實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
本發明的另一個目的是由下述技術方案實現的一種基于分色鏡堆的調光裝置，有一個分色鏡堆，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述分色鏡堆的入射窗一側設有一個移動光帶發生器；所述發生器可以產生按自下而上順序勻速移動的白光束。
本發明與已有技術相比具有如下的優點1、由于本發明利用棱鏡和分色介質膜的光學特性，把入射白光帶同時分離成紅、綠、藍三種顏色的并列光帶，并同時投射到圖像發生器(如Lcos、DMD等)上，光的損失很少，光的時間和空間利用率都很高。
2、本發明使紅綠藍三原色光帶在掃描中分界線清晰平直。
3、本發明的結構簡單，加工方便，體積小，重量輕。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
圖1-5、本發明光學掃描過程示意6、本發明的分色鏡堆結構示意7、本發明的分色鏡堆實施例之二圖8、本發明的調光裝置結構示意9、本發明的螺旋形鏡面示意圖(圖8的A向視圖)圖10、本發明的螺旋形鏡面的實施例之二圖11、本發明的調光裝置實施例之二圖12、本發明的調光裝置實施例之二的環形鏡面示意13、本發明的調光裝置實施例之三圖14、本發明的調光裝置實施例之三的旋轉柱面鏡示意15、本發明的調光裝置實施例之四圖16、本發明的調光裝置實施例之四的旋轉棱鏡示意圖具體實施方式
參見圖1-圖5，一種基于分色鏡堆的調光方法，其具體步驟是使用一個分色鏡堆進行分色調光，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述入射窗一側設置一個移動的白光帶，所述白光帶的長度與所述入射窗長度匹配，所述白光帶的寬度與所述棱鏡的入射面的寬度相等，控制白光帶按自下而上運動方向從入射窗下端向入射窗頂端勻速移動，在移動過程中，溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動，進行連續循環掃描；所述移動的白光帶進入分色鏡堆后被分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并在分色鏡堆的掃描窗處實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
其中，圖1顯示移動的白光帶21從分色鏡堆20的掃描入射窗下端入射，并向其頂端勻速移動，在分色鏡堆的掃描窗處的掃描區域內形成紅R、綠G、藍B并行的光帶。彩色光帶自前向后的順序是紅、綠、藍。其中，白光帶寬度為所述入射窗高度的三分之一。
圖2顯示移動的白光帶移動到分色鏡堆的掃描入射窗中部位置，此時，在分色鏡堆的掃描窗處形成紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動，其位置發生變化。彩色光帶自前向后的順序是綠、藍、紅。
圖3顯示移動的白光帶移動到掃描入射窗中上部位置，該位置正好處于兩個棱鏡之間的位置，此時，在分色鏡堆的掃描窗處形成紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動，其位置發生變化。彩色光帶自前向后的順序是綠、藍、紅、綠。所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，光帶的總寬度不變，僅僅是綠色光帶分成前后兩窄條。
圖4顯示移動的白光帶移動到掃描入射窗上部位置，此時，在分色鏡堆的掃描窗處形成紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動，其位置發生變化。彩色光帶自前向后的順序是藍、紅、綠。
圖5顯示移動的白光帶移動到掃描入射窗頂端位置，此時，部分白光帶從入射窗頂端溢出，所述溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動。在分色鏡堆的掃描窗處形成的紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動，彩色光帶自前向后的順序是藍、紅、綠、藍。所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，光帶的總寬度不變，僅僅是藍色光帶分成前后兩窄條。
參見圖6，在本實施例中，共有五個順序排列的棱鏡，按自下而上排序，第一個棱鏡1是三棱鏡，其截面呈等三角形，第二個棱鏡2是四棱鏡，其截面呈等腰梯形，第三個棱鏡3是四棱鏡，其截面呈梯形，第四個棱鏡4及第五個棱鏡5都是四棱鏡，其截面呈梯形。該分色鏡堆是一個呈長方體形的分色鏡堆，該分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗101，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗102。
在本實施例中，共有五層分色介質膜，按自下而上排序，第一層6是紅色分色介質膜，第二層7是綠色分色介質膜，第三層8是藍色分色介質膜，第四層9是紅色分色介質膜，第五層10是綠色分色介質膜。所述的每層分色介質膜都是由多層膜復合在一起，所述的每層分色介質膜使用成熟的工藝附著在所述棱鏡表面，然后再依序把棱鏡用光學膠粘合成分色鏡堆。所述分色介質膜的法線與所述入射窗形成一個夾角，該夾角是1°-45°，本實施例采用45°。
在本實施例中，所述的分色介質膜是一種成熟的多層介質膜技術(Dichroicmirror)，是一種光學薄膜，其功能是把照射其上的白光中一定波長和一定帶寬的彩色光反射(可達95％以上)而其余的光都順利原路通過(可達95％以上)。選擇不同折射率介質、各層介質的厚度和層數等，可以確定對一定入射角白光的反射光的波長、帶寬和反射率等。在發明的分色鏡堆中使用的紅、綠、藍分色介質膜其中心波長可以分別選擇例如640、550、470納米(nm)而相應的帶寬為600nm以上、80nm和500nm以下，這樣把可見光幾乎全部利用起來。
參見圖7，在本發明的另一個實施例中，使用一個呈長方體形的分色堆進行分色調光，該分色堆設有十一個順序排列的棱鏡和十一層分色介質膜，所述白光帶的寬度為所述入射窗高度的六分之一。
參見圖8，一種基于分色鏡堆的調光裝置，有一個分色鏡堆30，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述分色鏡堆的入射窗一側設有一個移動光帶發生器；所述發生器可以產生按自下而上順序勻速移動的白光束。所述移動光帶發生器有一個旋轉的鏡座34，該鏡座上設有呈旋轉上升趨勢的螺旋形鏡面31，該鏡面上方設有一個矩形光源33，該光源發出的光帶32投射到所述鏡面上。形成一個投射區39。所述鏡座的旋轉軸與所述分色鏡堆的入射窗有一夾角，該夾角是45°。所述鏡座底部與一個驅動電機35動力連接，該驅動電機固定在一個安裝架36上，該安裝架的另一端固定有分色鏡堆，該分色鏡堆的掃描窗下面設有圖像發生器37(如Lcos、DMD等)。
參見圖9，該圖顯示了螺旋形鏡面的正面結構情況，該鏡面是一個360°的螺旋，其在360°的位置38與0°度位置首尾相接。當鏡面隨鏡座34旋轉時，所述的矩形光源發出的光帶32投射到鏡面上形成投射區39，該投射區的位置是固定不動的，由該鏡面反射出的白光帶對分色鏡堆的入射窗進行掃描。由此，可以控制白光帶按自下而上運動方向從入射窗下端向入射窗頂端勻速移動，在移動過程中，溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動，進行連續循環掃描。
參見圖10，該圖顯示了三個螺旋形鏡面的組合結構，在本實施例中，旋轉的鏡座34上安裝了三個相同結構的鏡面，即鏡面311、312、313。三個鏡面首尾相接，每個鏡面可以完成一次從入射窗下端向入射窗頂端的掃描。在同樣的轉速下，該結構的鏡面可以提高移動光帶的掃描速度。
參見圖11，在本實施例中，所述移動光帶發生器有一個底座36，該底座上設有一個旋轉軸，該旋轉軸上裝有三個圓盤40，該圓盤上分別設有環形鏡面，該鏡面上方設有一個矩形光源，所述旋轉軸與驅動電機35連接。
參見圖12，在本實施例中，三個圓盤都是由透明材料制成，并且分三層同心安裝固定，沿同一個旋轉中心同步轉動，安裝在底層的圓盤401上鍍有彎月狀的環形鏡面411，起始位置為0°。安裝在中層的圓盤402上鍍有鐮刀狀的環形鏡面412，起始位置為0°。安裝在頂層的圓盤403上鍍有彎勾狀的環形鏡面413，起始位置0°。
參見圖13及圖14，在本實施例中，所述移動光帶發生器有一個底座36，該底座上裝有一個旋轉的柱面鏡50，該旋轉柱面鏡的柱面按螺旋線變化，該鏡面上方設有一個矩形光源，所述底座上設有驅動電機53，該驅動電機通過傳動皮帶51、主動皮帶輪53、被動皮帶輪57與旋轉柱面鏡動力連接。該旋轉柱面鏡通過中心軸56與底座安裝，該旋轉柱面鏡有一個按等距螺旋線規律變化的鏡面55，其中心部是一個柱體，其外層末端是一個可透光的板狀體54，該板狀體內側可投射白光，其外層的鍍層是發射鏡面可以反射白光。
參見圖15及圖16(圖16是圖15的C向局部視圖)，在本實施例中，所述移動光帶發生器有一個底座36，該底座上裝有支座60，支座上安裝一個軸承座61，有兩個鏡座62與一個旋轉的棱鏡63粘接固定，該鏡座上設有半軸，通過該半軸將棱鏡63安裝在軸承座上，所述底座上設有驅動電機64，該驅動電機與一個鏡座動力連接，可驅動棱鏡旋轉。該棱鏡后方設有一個矩形光源33，該棱鏡是一個四棱鏡，當四棱鏡在驅動電機的帶動下順時針旋轉時，矩形光源從該棱鏡后方向其投射白光帶，該棱鏡可使入射白光帶轉換成上下平移的白光帶。該白光帶沿分色鏡堆自下而上平移，至上端即跳回下端。在本實施例中，所述棱鏡可以是四棱鏡，也可以是六棱鏡，還可以是八棱鏡。
權利要求
1.一種基于分色鏡堆的調光方法，其特征在于使用一個分色鏡堆進行分色調光，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述入射窗一側設置一個移動的白光帶，所述白光帶的長度與所述入射窗長度匹配，所述白光帶的寬度與所述棱鏡的入射面的寬度相等，控制白光帶按自下而上運動方向從入射窗下端向入射窗頂端勻速移動，在移動過程中，溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動，進行連續循環掃描；所述移動的白光帶進入分色鏡堆后被分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并在分色鏡堆的掃描窗處實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
2.根據權利要求1所述的調光方法，其特征在于使用一個呈長方體形的分色鏡堆進行分色調光，該分色鏡堆設有五個順序排列的棱鏡和五層分色介質膜，所述白光帶的寬度為所述入射窗高度的三分之一。
3.根據權利要求1所述的調光方法，其特征在于使用一個呈長方體形的分色堆進行分色調光，該分色堆設有十一個順序排列的棱鏡和十一層分色介質膜，所述白光帶的寬度為所述入射窗高度的六分之一。
4.一種基于分色鏡堆的調光裝置，其特征在于有一個分色鏡堆，該分色鏡堆至少設有五個順序排列的棱鏡和至少五層分色介質膜，所述棱鏡與所述分色介質膜相間設置，所述分色介質膜是紅、綠、藍三原色分色介質膜，所述三原色分色介質膜的有效通光面積相等，所述分色鏡堆一側的平面是白光帶掃描入射窗，在與所述入射窗相垂直的另一個面上形成與入射窗面積相等的紅、綠、藍并行光帶的掃描窗；在所述分色鏡堆的入射窗一側設有一個移動光帶發生器；所述發生器可以產生按自下而上順序勻速移動的白光束。
5.根據權利要求4所述的調光裝置，其特征在于所述移動光帶發生器有一個旋轉的鏡座，該鏡座上設有螺旋形鏡面，該鏡面上方設有一個矩形光源，所述鏡座的旋轉軸與所述分色鏡堆的入射窗有一夾角，所述鏡座底部設有驅動電機。
6.根據權利要求4所述的調光裝置，其特征在于所述移動光帶發生器有一個底座，該底座上設有一個旋轉軸，該旋轉軸上裝有三個圓盤，該圓盤上分別設有環形鏡面，該鏡面上方設有一個矩形光源，所述旋轉軸與驅動電機連接。
7.根據權利要求4所述的調光裝置，其特征在于所述移動光帶發生器有一個底座，該底座上裝有一個旋轉的柱面鏡，該旋轉柱面鏡的柱面按螺旋線變化，該鏡面上方設有一個矩形光源，所述底座上設有驅動電機。
8.根據權利要求4所述的調光裝置，其特征在于所述移動光帶發生器有一個底座，該底座上裝有一個旋轉的棱鏡，該棱鏡后方設有一個矩形光源，所述底座上設有驅動電機。
9.根據權利要求8所述的調光裝置，其特征在于所述棱鏡可以是四棱鏡、六棱鏡、八棱鏡。
全文摘要
本發明涉及一種基于分色鏡堆的調光方法及調光裝置，使用一個分色鏡堆進行分色調光，在入射窗一側設置一個移動的白光帶，控制白光帶按自下而上運動方向從入射窗下端向入射窗頂端勻速移動，在移動過程中，溢出入射窗頂端的部分迅速跳回入射窗下端繼續自下而上勻速移動，進行連續循環掃描；移動的白光帶進入分色鏡堆后被分離成紅、綠、藍三種顏色并列的光帶，并實現紅、綠、藍三色光帶的同時等量連續定向掃描；在掃描過程中，所述紅、綠、藍三色光帶各自的光帶寬度不變，所述紅、綠、藍三色光帶掃描區域的大小及位置不變，但紅、綠、藍三色光帶在掃描區域內依序滾動。
文檔編號G02B26/00GK1715994SQ200410048378
公開日2006年1月4日 申請日期2004年6月30日 優先權日2004年6月30日
發明者吳葆剛, 吳佶寧, 高建謐, 溫景悟 申請人:溫景悟