專利名稱：滾動彩色連續照明系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于投影裝置的照明系統，具體來說，涉及滾動的彩色連續投影裝置，例如，采用液晶屏的滾動的彩色連續投影裝置。
背景技術：
彩色的連續系統廣泛地應用于投影制造業。每個單芯片DLP投影儀具有一色輪(color wheel)，它在市場上以現貨供應的單元出售。色輪通常位于燈的熱點(hot spot)處，那里亮點的尺寸為最小。該位置對整個屏提供最快的色彩變化。
液晶顯示器，尤其是，LCoS顯示器不能如DLP顯示器那樣快地操作。該較慢的操作與液晶的張弛時間(relaxation time)有關，并導致投影系統效率的顯著下降。為了提高系統的光效率，已有人提出不是一幀一幀地而是一行一行地改變顏色。這種連續彩色系統的每次一行的逐行的方法基本上加倍地輸出光量。
采用一液晶屏的連續的彩色照明應用于投影裝置的一實例出現在美國專刺6,266,105 B1(’105專利)中，它于2000年2月2日以歐洲專利局的專利出版物EP 0 977 422 A2出版。
與本發明相比，公開在’105專利中的系統使用與透射相反的反射彩色過濾器。如在SID2002，2002，Paper 51.4，pp1346-1349中的、由Brennesholtz，Mattew S所著的“采用轉動鼓的彩色連續的LCoS投射器”一文中所討論的，’105專利中所公開類型的反射彩色過濾器具有差的效率和色度的缺點。
發明內容
鑒于以上所述，本發明提供彩色連續照明系統(彩色掃描系統)，它能滾動彩色光帶(scrolling bands of colored light)以橫貫一屏表面，例如，橫貫諸如一LCoS屏的液晶屏的表面。尤其是，本發明涉及提供滾動照明系統(scrolling illumination system)，其構造和操作簡單，且足以在色帶之間達到高水平的色分離，以產生高質量的投影圖像。
根據第一方面，本發明提供用來產生滾動彩色光帶(例如，圖3中的帶25和27)的裝置，該裝置包括(a)一適于繞一軸線(37)轉動的組件(13)，所述組件包括多個透射的彩色過濾器(例如，30、31、33)，它們沿軸線延伸并形成一內部容積(49)、一周緣(45)以及兩個相對端(47)；以及(b)一至少局部地在內部容積(49)內的反射表面(39)，它用來接收已通過周緣(45)的光線并反射從所述端部(47)中的一個出來的所述光線，所述反射表面(39)適于在組件(13)繞軸線轉動時保持靜止。
根據其它的諸方面，本發明提供一滾動方法，該方法包括(a)提供多個彩色過濾器(例如，30、31、33)，各過濾器產生從接收光線來的透射光線；(b)通過繞一轉動軸線(37)沿一大致圓形的通道傳輸過濾器，反復地通過在一光源(例如，15、17)前的過濾器，所述光源具有一光軸(41)，它基本上垂直于所述轉動軸線(37)；以及(c)轉動由過濾器產生的透射光線的光軸，以使所述軸線(43)不通過一過濾器。
本發明的其它的特征和優點將在下面的詳細的描述中進行闡述，本技術領域內的技術人員從描述中部分地將會容易地不喻白明，或通過實踐這里所述的本發明而加以認識。
應該理解的是上述一般性的描述和下面詳細的描述只是為了示范本發明，并意圖為理解如權利要求書中所定義的本發明的特性和特征提供一總的框架。
所包括的附圖用來提供對本發明的進一步的理解，其容納在本說明書中并構成本說明書的一個部分。諸
了本發明的各個實施例，其連同描述一起用來解釋本發明的原理和操作。
圖1是根據本發明的一照明系統設計的示意圖。
圖2是根據本發明構造的一可轉動的組件的第一實施例的立體圖。
圖3是示出由于圖1的轉動組件的轉動橫貫一LCoS有效區域的彩色滾動的示意圖。
圖4是根據本發明構造的一可轉動的組件的第二實施例的示意圖。
圖5是圖4的可轉動組件的一部分的放大視圖，示出在諸段之間直邊緣的使用。
圖6是圖4的可轉動組件的一部分的放大視圖，示出在諸段之間磨成角度的邊緣的使用。
圖中所使用的標號對應于以下元件11照明系統13轉動組件15燈17集光器(integrator)19中繼器(relay)21屏，例如LCoS屏23屏21的有效區域
25有效區域23的紅照明區域(紅帶)27有效區域23的綠照明區域(綠帶)29有效區域23的黑區域30紅透射過濾器31藍透射過濾器33綠透射過濾器35不透明條帶37轉動組件的轉動軸線39反射表面41反射表面前的照明系統的光軸43反射表面后的照明系統的光軸45周緣47端部49內部容積51段53直邊緣55磨成角度的邊緣具體實施方式
如上所述，本發明涉及提供滾動的逐步的彩色變化的照明系統，例如，在諸如LCoS屏的液晶屏上的一行一行地彩色變化。
該系統使用了形成一組件(13)的諸透射彩色過濾器(30、31、33)，該組件(13)繞一轉動軸線(37)轉動。來自光源(15、17)的入射光通過諸過濾器，并從反射表面(39)反射。由于這種反射，系統的光軸從一基本上垂直于轉動軸線的定向轉到一不與過濾器相交的定向。光軸這樣的轉變使彩色光線容易地從組件中移去，并避免在諸過濾器之間的邊界處的色混合(color mixing)的諸問題，它發生在光線通過兩個過濾器的系統中。參見美國專利6,361,172，它于2001年9月27日以PCT專利出版物WO01/72047出版。
本發明的一照明系統示于圖1中。如圖中所示，該系統11較佳地包括一燈15、一集光器17(見發表于1997年4月29日的美國專利5,625,738的“用于均勻照明光閥的裝置”)、一可轉動的組件13以及一光中繼器(optical relay)19。燈15具有一橢圓形反射器，它將光線聚焦在集光器17的入口窗上。中繼器19在屏21的有效區域上形成一均勻照明集光器出口窗的圖像。
圖1所示的光的中繼傳播包括各種傳統的照明系統的部件，例如，UV過濾器，冷光鏡，和/或偏振轉換系統。例如，可見美國專利6,139,157。當然，這些部件的一個或多個可放置在中繼器旁邊的系統的其它部分上。再者，諸部件是光學部件，如果要求的話可略去。同樣地，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下，其它的部件也可包括在系統內。
如圖1所示，可轉動組件13設計成圍繞平行于集光器出口窗(exitwindow)的長邊的軸線37轉動。可轉動組件的外周緣45較佳地位于集光器出口窗附近，在集光器與組件之間保持一剛好足以保持一機械間隙的距離。
例如，反射表面39可以是鏡面的前表面或是發生全內反射的棱鏡的對角。棱鏡通常比鏡面昂貴，但即使通過棱鏡的光通道包括兩個附加的空氣/玻璃交界面，棱鏡也顯得更加有效。再者，棱鏡可減小光束的尺寸，這對于本發明的某些應用是所要求的。
圖2示出可轉動的組件13的第一實施例的結構，它呈一彩色圓柱形的形式，即可轉動組件具有一圓柱形的周緣45。圓柱形的外表面由三個被不透明的條帶(35)分隔的主區(30、31、33)組成。這些條帶平行于圓柱形軸線而定向。各主區具有一不同的二向色過濾器，它確定了通過圓柱形壁的光線的顏色(紅、綠或藍)。
隨著組件轉動，不透明條帶沿集光器出口窗的短邊移動。該運動在屏21(見圖3)的有效區域23上形成彩色逐步地變化(一行一行地)。
選擇紅、綠和藍區的周向長度以滿足對白光彩色坐標(white colorcoordinate)的系統的技術要求，例如，x＝0.30及y＝0.31。不透明條帶的周向長度根據用于屏中的液晶材料的張弛時間進行挑選，以達到對投影圖像的色純度的系統的技術條件對于圖2的可轉動組件，在同一塊玻璃上需產生若干個二向色區域。這可使大規模制造成本便宜。尤其是，如果在玻璃圓柱上沉淀最后的二向色結構的過程中發生故障，則整個的單元需舍棄。這樣就降低了制造產量和增加了部件的成本。
可避免這種制造問題的圖1的可轉動組件13的另一種形式示于圖4中。在此情形中，組件包括多個平而平行的板或段51。
各板具有一合適的透射的二向色涂層，例如，紅、綠或藍。為了形成組件，板可膠合在一起，或用機械方法附連在一合適的外殼內。如圖5和6所示，各個板的邊緣可以是直的或磨成角度的以使它們互相匹配。
如果過濾器板具有直的邊緣(圖5)，則當它們組裝而形成組件的周緣時它們之間將有間隙。這些間隙將允許某些白光通過，而可減小顯示器的對比度或色純度。在此情形中，使用一黑涂料或其它不透明材料來阻塞間隙區域。如果成像器要求照明以便在連續的色域(color field)之間進行阻塞(圖3)，則這種阻塞可顯得尤為較佳。然而，阻塞會減小總的光輸出。
或者，如圖6所示，過濾器的板段可具有磨成合適角度的邊緣，這樣，它們可互相匹配，在過濾器板之間留下最小的間隙。這允許最大的光量通過，但它會增加制造成本。
所采用的板段的數量由若干個有競爭力的因素確定。第一個因素在于制造可轉動組件的成本。板段具有的數量越大則使得器件越昂貴。因此，從成本的觀點著眼，具有較少板段的設計是較佳的。
第二個因素是組件的直徑，它與板段的數量大約成正比例。最低限度來說，板段的數量必須足夠大，以使組件具有一足夠大直徑來接納如圖1所示的反射表面39。
第三個因素是組件的轉動速度。與成像器的幀速度匹配所需要的每分鐘的轉數與板段的數量成反比。于是，從這一點來看，過濾器(板段)的數量越大越好。
不管是連續的還是分段的，本發明的彩色調制器在三基色之間提供一容易的方法來保持所要求的比例。這一點是十分重要的，因為典型的高壓汞弧燈(UHP型)在紅光方面是欠缺的。為了獲得所要求的白光點，必須增加到達屏幕的紅光的相對量，并減小綠光和藍光的相對量。改變各個過濾器的相對尺寸可做到這一點。或者，在分段設計的情形中，某些相鄰的分段可過濾相同的顏色(例如，藍、綠、紅、紅、藍、綠、紅、紅...)，而不是改變顏色(例如，藍、綠、紅、藍、綠、紅...)。
盡管已經描述和圖示了本發明的特定的幾個實施例，但應該理解到，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下，可作出各種改型。例如，盡管較佳地采用二向色的過濾器，但在本發明的實施中也可使用吸收過濾器(absorption filter)。再者，盡管較佳地在可轉動的組件的全部周緣上進行過濾(會采用的任何特意不透明的區域除外)，如果需要的話，也可包括非過濾區域/分段(例如，清晰的區域/分段)。
從本文的描述中，本技術領域內的技術人員在不脫離本發明的范圍和精神的前提下顯然可作出各種其它的實施例。下面的權利要求書意在涵蓋本文所闡述的特定的實施例以及這樣的改型、變體和等價物。
權利要求
1.一種滾動方法，該方法包括(a)提供多個彩色過濾器，各過濾器產生從接收光線來的透射光線；(b)通過繞一轉動軸線沿一大致圓形的通道傳輸過濾器，反復地通過在一光源前的過濾器，所述光源具有一基本上垂直于所述轉動軸線的光軸；以及(c)轉動由過濾器產生的透射光線的光軸，以使所述軸線不通過一過濾器。
全文摘要
本發明公開了一種照明系統(11)，該系統在諸如一LCoS屏的液晶顯示屏上提供滾動的逐漸變化的顏色。該系統使用了形成一組件(13)的諸透射彩色過濾器(30、31、33)，該組件(13)繞一轉動軸線(37)轉動。來自光源(15、17)的入射光通過過濾器并從反射表面(39)反射。由于這種反射，系統的光軸(41、43)從一基本上垂直于轉動軸線的定向轉到一不與過濾器相交的定向。光軸這樣的轉變使彩色光線容易地從組件中移去，并避免在過濾器之間的邊界處的色混合的諸問題，它發生在光線通過兩個過濾器的系統中。
文檔編號H04N9/31GK1769980SQ20051012713
公開日2006年5月10日 申請日期2002年6月20日 優先權日2001年6月21日
發明者S·馬格里爾, T·S·魯瑟弗德 申請人:3M創新有限公司