專利名稱：單板彩色圖像投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彩色圖像投影系統(tǒng)，具體而言，本發(fā)明涉及只需要單片液晶(LC)微顯示板的彩色圖像投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
使用液晶(LC)微顯示板調(diào)制投影到屏幕(諸如，用于大屏幕電視)的光的彩色圖像投影系統(tǒng)面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)和加工成本挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)還要相對于傳統(tǒng)的以LC微顯示板為基礎(chǔ)的彩色圖像顯示系統(tǒng)來解釋。在這種系統(tǒng)中，必須有光源，在獲得的調(diào)制光投影到用戶觀看的屏幕之前，光源用包含一片或多片LC微顯示板的光閥調(diào)制。為了實現(xiàn)理想的看得見的彩色圖像，由光源提供的白光分離出三原色(一般為紅(R)、綠(G)、和藍(L))。這些原色分別被一個或多個光閥調(diào)制，然后，重新組合或重疊以形成圖像。
因為圖像由RGB顏色的光分開調(diào)制的光束形成，必須有一些裝置由光源提供的白光分離出這些顏色。這些顏色分離裝置包括分光鏡、立方棱鏡、和色輪。光閥可以包含三片LC微顯示板一片調(diào)制紅光、一片調(diào)制綠光、和一片調(diào)制藍光?？商鎿Q地，光閥可以只有單片LC微顯示板，其利用子像素同時調(diào)制RGB光(一個子像素用于每種要調(diào)制的顏色)。最近，菲利浦提出利用稱為“滾動顏色”方案的單片LCOS(硅上液晶)微顯示板投影系統(tǒng)，即，在RGB顏色分離后，采用三個旋轉(zhuǎn)棱鏡分別按照紅、綠、和藍光束的場序來“滾動”RGB顏色。在投影到屏幕之前，滾動RGB光束用單微顯示板重新組合和調(diào)制。
無論光閥包含一個還是三個LC微顯示板，在這種傳統(tǒng)的彩色投影系統(tǒng)設(shè)計中出現(xiàn)許多問題。例如，使用三個分光鏡增加元件成本，并且導(dǎo)致重新組合分離的RGB信號的問題。任何不對準將弄糊和/或?qū)е峦队皥D像的色移。可替換地，如果色輪用于分離RGB光，實際上導(dǎo)致功率損失，抑制光源的有效使用。而且，三片分離的LC微顯示板應(yīng)該用于單獨調(diào)制分離的RGB光束，需要昂貴和笨重的對準棱鏡來將分開調(diào)制的光束重新組合成單個RGB圖像，增加提供三片LC微顯示板的費用。而且，如果只有包含RGB子像素的單片LC微顯示板用于同時調(diào)制紅、綠、和藍光束，仍然需要昂貴和笨重的對準棱鏡將光束準確地照射到各個RGB子像素。此外，每個像素包含R、G和B顏色子像素的單片LC微顯示板需要復(fù)雜的設(shè)計和加工過程，其降低整個生產(chǎn)率和增加成本。更先進的菲利浦單片LCOS板設(shè)計仍然具有重新組合分離的RGB光束、相關(guān)的復(fù)雜光學(xué)元件，以及增加成本的問題。
因此，本領(lǐng)域需要改善彩色圖像投影系統(tǒng)，其具有更有效地使用光源的簡化光學(xué)系統(tǒng)，不需要重新組合和重新混合分離的RGB彩色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種彩色投影系統(tǒng)，其包括燈；至少一片衍射光柵，設(shè)置為將來自燈的光衍射成衍射光束；LC微顯示板，設(shè)置為調(diào)制來自至少一片衍射光柵的衍射光，其中相對于來自燈的光移動至少一片衍射光柵，衍射光束順序地包括紅、綠和藍光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種彩色投影系統(tǒng)，其包括燈；至少一塊棱鏡，設(shè)置為將來自燈的光衍射成衍射光束；和LC微顯示板，設(shè)置為調(diào)制來自至少一塊棱鏡的衍射光，其中相對于來自燈的光移動至少一塊棱鏡，衍射光束順序地包括紅、綠和藍光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種方法，其包括提供入射到至少一片衍射光柵的光束的動作；相對于入射光束移動至少一片衍射光柵，其中至少一片衍射光柵的移動使得來自至少一衍射光柵的衍射光束順序地包括紅、綠和藍光束；和調(diào)制被LC微顯示板接收的所述順序地提供的紅、綠和藍光，以將圖像投影到屏幕上。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種方法，其包括提供入射到至少一塊棱鏡的光束的動作；相對于入射光束移動至少一塊棱鏡，其中至少一塊棱鏡的移動是使得來自至少一塊棱鏡的衍射光束順序地包括紅、綠和藍光束；和調(diào)制被LC微顯示板接收的所述順序地提供的紅、綠和藍光，以將圖像投影到屏幕上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例利用單片LC微顯示板和反射光柵的彩色圖像投影系統(tǒng)的示圖。
圖2a圖示入射光束和反射光柵的第一級衍射光束之間的關(guān)系。
圖2b圖示入射光束和透射光柵的第一級衍射光束之間的關(guān)系。
圖3圖示超高壓燈的典型光譜功率。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例利用單片LC微顯示板和透射光柵的彩色圖像投影系統(tǒng)的示圖。
圖5圖示在用于圖1和4的單片LC微顯示板的驅(qū)動圖像數(shù)據(jù)、和投影到單片LC微顯示板的理想分離的R、G和B光束之間的同步關(guān)系。
圖6圖示設(shè)置為擺動圖1和4的衍射光柵的電機。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例利用單片LC微顯示板和色散棱鏡的彩色圖像投影系統(tǒng)的示圖。
圖8a是根據(jù)本發(fā)明一個實施例用于分離RGB光的三個衍射光柵的布置的頂視圖。
圖8b是圖8a的三個衍射光柵的布置的側(cè)視圖。
參照下列詳細的描述，可最好地理解本發(fā)明的實施例和它們的優(yōu)點。應(yīng)該理解，相同的附圖標記用于識別在一個或多個附圖中圖示的相同的元件。
具體實施例方式
圖1圖示彩色投影系統(tǒng)100，其改善在白光分離成紅、綠和藍光束的過程中一般經(jīng)歷的固有損失。燈105提供白色光束，其可以是超高壓(UHP)燈或其它合適的燈。單片LC微顯示板110接收由燈105提供的白光分離的紅、綠和藍光束。LC微顯示板110調(diào)制這些光束在本領(lǐng)域是已知技術(shù)，使得用于投影到屏幕120的圖像的像素包括紅、綠和藍光的合理值，從而實現(xiàn)每個像素的理想顏色。在所示的實施例中，LC微顯示板110與反射結(jié)構(gòu)的偏振分束器130組合。然而，應(yīng)該理解，作為本領(lǐng)域的已知技術(shù)，也可以使用LC微顯示板110的透射結(jié)構(gòu)。無論LC微顯示板110是由反射結(jié)構(gòu)構(gòu)成還是由透射結(jié)構(gòu)構(gòu)成，作為本領(lǐng)域的公知常識，LC微顯示板110可以在軸上，也可以偏離軸。
衍射光柵140可以用于將燈105提供的白光光束145衍射成衍射光束。在圖示的實施例中，衍射光柵140是反射光柵。然而，應(yīng)該理解，衍射光柵140也可以是透射光柵，在此進一步解釋。衍射光柵的物理性質(zhì)是公知的。例如，考慮圖2a，其圖示反射光柵220的入射光束200和第一級折射光束205和負第一級折射光束210之間的關(guān)系。衍射光束205和210與入射光束200之間的關(guān)系取決于在衍射光柵220的表面上形成的凹槽之間的間隔“d”。這種關(guān)系從數(shù)學(xué)上給出mλ＝d(sinα+sinβ) 公式1其中角度α和β相對于由衍射光柵220定義的平面的法線225來定義的，λ是入射光束的波長，m是定義衍射級的整數(shù)值。角度α和β具有正值或負值，取決于得到的衍射光束位于法線225的哪一側(cè)，圖中示出鄰近法線225的正符號和負符號。為了表示折射光束的衍射級，角度β給出下標。從公式1和圖2a可以看出，給定角度α和入射光光束200的頻率，角度β1和β-1分別對衍射光束205和210定義。
返回來參照圖1，也示出角度α和β。一般說來，β的衍射級沒有示出。通常，盡管能夠想到使用任何衍射級，在衍射光束中m＝1或m＝-1的值提供最大的功率。因此，假定β對應(yīng)于下列討論的任一衍射級。入射到衍射光柵140上的光束145不是單色光束，諸如在圖2a中討論的入射光束200。取而代之，白色光束145一般具有光譜300，如圖3所示。光譜300的試驗表明亮度功率(毫瓦每納米波長)集中在藍、綠和紅色波長，分別用字母B、G和R表示。藍色波成對應(yīng)于大約450納米的波長，而綠色波長對應(yīng)于大約550納米的波長。最后，紅色波長對應(yīng)于大約690納米的波長。當然，應(yīng)該理解，燈105的實際光譜可以不同于光譜300。然而，本領(lǐng)域已知，實際光譜仍然集中在R、G和B波長。可以理解來自燈105的白色光束145被認為是主要由R、G和B光束組成。通過繞例如點155的軸旋轉(zhuǎn)或擺動衍射光柵140，產(chǎn)生適當?shù)摩梁挺碌闹?，使得衍射光?50包括R、G或B的任一個。例如，通過在角度范圍160擺動衍射光柵140，衍射光束150順序地包括R、G或B的任一個。
有利地，如果分光鏡或色輪用于分離白色光束145，衍射光柵140引入衍射光束150的功率損失明顯比經(jīng)歷的少。此外，相對于分離的R、G和B光束，不需要重新調(diào)整裝置，使得彩色投影系統(tǒng)100的加工更簡單，從而實現(xiàn)成本節(jié)約。同樣，使用單片LC微顯示板不需要子像素，因為連續(xù)投影提供另外的成本節(jié)約和加工簡化。而且，這些明顯的優(yōu)點也應(yīng)該是透射光柵的衍射光柵140來實現(xiàn)，諸如圖2b所示的光柵250。因為光柵250是透射光柵，衍射的第一級光束205和210從相對于入射光束200的光柵250的另一側(cè)投射。公式(1)仍然保持這樣，在圖4所示的彩色圖像投影系統(tǒng)400中結(jié)合構(gòu)成透射光柵的衍射光柵140，衍射光束150仍然順序地包括R、G或B光束任一個。
LC微顯示板110可以包括本領(lǐng)域已知的任何合適的LC微顯示板。然而，在投影電視應(yīng)用中，由LC微顯示板110產(chǎn)生的RGB圖像的時序應(yīng)該比人眼的響應(yīng)時間快。例如，為了達到電影院質(zhì)量的投影圖像，一般需要幀速為24幀每秒。每幀由三個RGB顏色的子幀(一個紅色子幀、一個綠色子幀、一個藍色子幀)組成，其對應(yīng)于在24幀每秒的平均大約14毫秒每顏色子幀。因此，LC微顯示板110應(yīng)該有比14毫秒更快的響應(yīng)時間，以符合現(xiàn)代電影幀率，而不需要軟件來進行隔行掃描或“抓片(pull-down)”轉(zhuǎn)換。例如，考慮如圖5概念性地示出的用于驅(qū)動兩個相鄰視頻幀的LC微顯示板110的R、G和B顏色數(shù)據(jù)。為了保持衍射光束150與入射RGB數(shù)據(jù)同步，衍射光柵140(圖1和4)可以擺動，使得衍射光束150提供R、G和B成分與所示的圖設(shè)數(shù)據(jù)同步。然而，應(yīng)該理解，衍射光束150的時序可以調(diào)整，以適合具體的設(shè)計和/或理想的顏色調(diào)整。例如，再考慮用于圖3所示的超高壓燈源的光譜300。盡管功率集中在R、G和B波長，強度不等。特別是，R波長的功率明顯弱于G和B波長的功率。此外，人眼對不同顏色的靈敏度也取決于波長。因此，衍射光柵140能夠擺動，使得衍射光束150包括一定周期的R光束，該一定周期比衍射光束150包括B或G光束的周期長。換言之，衍射光柵140移動，使得它停在合適的角度范圍內(nèi)，以形成衍射光束150，因為用于形成R光束的角度范圍大于用于形成G和B光束的角度范圍。LC微顯示板110的時序顏色控制可以用本領(lǐng)域已知的ASIC或DSP處理器(未示出)來控制。這種傳統(tǒng)的ASIC或DSP處理器可以進一步改型，同樣用以控制衍射光柵140的運動?？商鎿Q地，分離處理器、狀態(tài)機、或分析控制器(未示出)可以用于控制衍射光柵140的運動。然而，應(yīng)該理解，在彩色幻燈片或圖片投影應(yīng)用中，LC微顯示板110的處理速度限制可以相當寬松。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，彩色投影系統(tǒng)100和400以簡化的形式示出，其中需要許多附加元件(諸如其它的偏振濾光片)來完善這些系統(tǒng)。然而，這些附加元件是傳統(tǒng)的，因此，沒有示出。為了沿衍射光束150的寬度更好地提供更均勻的光束功率，用于將白色光束145聚焦到衍射光柵140上的透鏡組180可以包括微透鏡陣列，如在的美國序列號No.10/758,989題為“微透鏡陣列”未審申請所述，其內(nèi)容在此并入作為參考。這種微透鏡陣列在LC微顯示板110的整個區(qū)域可以提供更均勻分布的光強，從而改善投影圖像光強分布或亮度。
衍射光柵140的運動可以利用傳統(tǒng)電機來完成，諸如圖6所示的電機700。一般，衍射光柵140僅需要大約1/2平方英寸的尺寸，并且通過在小于10度的角度范圍160內(nèi)擺動，以實現(xiàn)R、G和B光束的合適時序衍射。因此，對電機700的要求非常低，允許使用便宜型號的電機700。
對系統(tǒng)100和400可以進行許多改型。例如，衍射光柵140可以用圖7所示的色散棱鏡705來代替，用于彩色圖像投影系統(tǒng)700。其余元件可以如圖1和4所述排列。因為在本領(lǐng)域已知，棱鏡705反射的光將根據(jù)波長不同地反射。因此，從燈105接收的白光分離成R、G和B光束。通過在角度范圍160擺動棱鏡700，這些折射光束可以被LC微顯示板110順序地接收，從而應(yīng)用合適的調(diào)制。有利地，棱鏡700可以由剛性材料構(gòu)成，諸如非晶熔合硅(合成石英)，其比用于衍射光柵240的材料更抗氧化。應(yīng)該理解，盡管棱鏡700結(jié)構(gòu)為透射棱鏡，也可以使用反射棱鏡結(jié)構(gòu)。
在另一實施例中，圖1和4所示的單片衍射光柵140可以用三片分離光柵代替用于紅光的光柵805、用于綠光的光柵810、和用于藍光的光柵815，如分別在圖8a和8b的頂視圖和側(cè)視圖所示。每片光柵用于以相同的角度衍射光。LC微顯示板(未示出)可以被固定，以該角度接收衍射光，從而當光柵805、810和815在掩模830內(nèi)相對于窗口820橫向移動時，LC微顯示板順序地接收R、G和B衍射光。光柵805、810和815可以構(gòu)成反射結(jié)構(gòu)或透射結(jié)構(gòu)的任何一種，如圖1和4所述。線性致動器(未示出)或其它合適的電機可以用于以理想速度相對于窗口820橫向移動光柵805、810和815。當光柵805、810和815相對于窗口820移動時，通過改變橫向移動速度，具體顏色可以在LC微顯示板上照射更長周期?？商鎿Q地，光柵805、810和815的相對寬度可以改變，以達到相同的效果。而且，可以構(gòu)成相似的結(jié)構(gòu)，用棱鏡代替光柵。
因此，盡管參照具體實施例描述本發(fā)明，該說明書僅僅是本發(fā)明應(yīng)用的實例，不應(yīng)該構(gòu)成限制。因此，本發(fā)明的范圍在下列權(quán)利要求中闡述。
權(quán)利要求
1.一種彩色投影系統(tǒng)，包括燈；至少一片衍射光柵，設(shè)置為將來自所述燈的光衍射成衍射光束；和LC微顯示板，設(shè)置為接收來自所述衍射光柵的衍射光束，其中通過相對于來自所述燈的光移動所述至少一片衍射光柵，所述被LC微顯示板接收的衍射光束順序地包括衍射的紅色光束、衍射的藍色光束、和衍射的綠色光束，所述LC微顯示板設(shè)置為順序地將所述衍射的紅色光束調(diào)制成圖像的紅色子幀，將所述衍射的綠色光束調(diào)制成圖像的綠色子幀，和所述將衍射的藍色光束調(diào)制成圖像的藍色子幀。
2.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中還包括電機，相對于來自所述燈的光移動所述少一片衍射光柵。
3.如權(quán)利要求2所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述電機設(shè)置為在一角度范圍內(nèi)擺動所述衍射光柵來移動所述衍射光柵。
4.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述至少一片衍射光柵包括三片衍射光柵，每片衍射光柵用于衍射選自紅、綠和藍組中的不同顏色。
5.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述至少一片衍射光柵是反射光柵。
6.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述至少一片衍射光柵是透射光柵。
7.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述LC微顯示板是反射LC微顯示板。
8.如權(quán)利要求1所述的彩色投影系統(tǒng)，其中所述LC微顯示板是透射LC微顯示板。
17.一種彩色投影的方法，包括提供入射到至少一片衍射光柵的光束；相對于所述入射光束移動所述至少一片衍射光柵，其中所述衍射光柵的移動使得從所述至少一片衍射光柵衍射的光束順序地包括衍射的紅色光束、衍射的藍色光束、和衍射的綠色光束，其中每一衍射光束投影到LC微顯示板，和順序地，調(diào)制被LC微顯示板接收的所述衍射的紅色光束以形成圖像的紅色子幀，調(diào)制被LC微顯示板接收的所述衍射的綠色光束以形成圖像的綠色子幀，調(diào)制被LC微顯示板接收的所述衍射的藍色光束以形成圖像的藍色子幀。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述至少一片衍射光柵的移動包括在一角度范圍內(nèi)擺動所述至少一片衍射光柵。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述提供步驟包括提供入射到三片衍射光柵之一的光束，每片衍射光柵設(shè)置為衍射選自紅、綠和藍構(gòu)成的組中的不同顏色，其中所述移動步驟包括相對于入射光束移動三片衍射光柵，使得每片衍射光柵順序地將所述入射光束衍射成其選擇的顏色。
全文摘要
一種彩色投影系統(tǒng)包括燈和至少一片衍射光柵或至少一塊棱鏡，其將來自燈的光衍射到LC微顯示板。通過相對于來自燈的入射光移動至少一片衍射光柵或至少一塊棱鏡的任一個，被LC微顯示板接收的衍射光順序地包括紅、綠和藍光。
文檔編號H04N5/74GK101069117SQ200580008351
公開日2007年11月7日 申請日期2005年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者湯寅生 申請人:湯寅生