[发明专利]光束组合装置及带有该装置的彩色投影设备

说明书

本发明涉及一种光学装置，可用以将不同色彩的三个分光束组合成一个彩色光束，该装置包括两个设在平板形透明基板上的彩色选择反射器。

这种型式的装置例如可用在彩色投影设备上，用以将发出一幅相同画面的各有不同色彩的三个单色影象的三个初始影象源发射的三个分光束组合成一个彩色光束，再将该彩色光束加到一个投射透镜系统中。于是，三个单色影象就能以一个影象而投射到投射屏幕上。

有一种用以将三个液晶图象显示板(以后称之为LCD板)发射的三个不同色彩的分光束组合起来的装置，该装置特别是在美国专利US-5,046,837中作了描述。这种装置包括两个各设在一玻璃基板上的分色镜形式的彩色选择反射器。三分束之一，例如绿光束，被两个镜子反射；两另两个分束(红和蓝光束)被分色镜反射一次和穿过镜子基板一次。由于这些镜子在分光束中安排成倾斜的，例如与各分束轴线成45°角，并且各分光束会聚了在镜子区域处的6个靠模(cam)，因此穿过镜子基板的一个分光束将变得发散，这意味着这一光束在两个相互垂直的包含光束轴的平面内有不同的会聚度。于是，该光束在上述两个平面内将不会严格聚焦到投射屏幕上，投射的影象会出现象差。由于镜子是安排在一个成象光学系统中的，它们应当有很高的平面度，因此只能用相当厚的基板来达到此要求，这就会产生相当大的象散。这种象散只出现在三个分光束的两个中，因而投射的彩色影象的失真不能用投射透镜系统来矫正。

为了解决此问题，日本专利申请(JP-A)5-27343的文摘中提出在每一个分色镜上外加一个与原来的基板有相同厚度的基板，使每一分光束在其从LCD板到投射透镜系统的光路上穿过基板两次，从而使三个分光束的象散相等。(JP-A)5-27343中指出，可以利用投射透镜系统来矫正分光束这时已相等的象散，于是就必须采用这种系统。但是，这种象散这时是分色镜上没有外加基板的装置中象散的两倍大，于是实现必需的矫正就更加困难。

本发明的目的在于提供一种装置，其中象散能以简单的方式加以矫正。该装置的特征在于，将附加的透明平板安排成具有这样的位置和使其折射率与厚度有这样的乘积，即对于通过所述光学装置的有效透过透明平板的光路上的每个分光束，所述透明平板的折射率与厚度的乘积等于第二彩色选择反射器的单独基板的折射率与厚度的乘积。

该装置中的分光束上没有添加比使三个分光束有相等象散所完全必需的象散更多的象散，因此其象散很容易加以矫正。另外，由于加有矫正元件，该装置构成了可自选矫正的组件，因此不再须要在带有该装置的设备中采取在此装置的下游或上游安设一光学系统的措施。

应当提到的是，日本专利申请(JP-A)4-149416的文摘中描述了一种投影设备，其中在光束组合装置与投射透镜系统之间安排了一个作为矫正元件的柱形透镜。但是，该装置中不同光束的象散并未做到相等，因此，用此装置不能对所有色彩获得没有象散的彩色光束。

本装置第一实施例的进一步特征在于，所述附加的透明平板只设置在第一分光束的光路上，并且该透明平板和所述第一彩色选择反射器的透明基板的折射率与厚度的乘积都分别等于所述第二彩色选择反射器的单独基板的折射率与厚度的乘积。

该实施例的优点是，每一分光束只透过一个透明平板，也就是从板材料的到周围介质只过渡两次，因此，可能的反射被限制到最低程度。

在一个实施例中，基本上不须要留有额外的空间供外加一平板用，该实施例的特征在于，所述第一彩色选择反射器夹在所述附加的透明平板与透明基板之间，该第一彩色选择反射器的透明基板和附加的透明平板的折射率与厚度的乘积都分别等于所述第二彩色选择反射器的基板的折射率与厚度的乘积之半。

本发明进一步涉及一种彩色投影设备，该投影设备包括三个初始影象源，用于提供一幅画面的三个不同彩色的影象；一个光束再组合装置，用于将影象源发出的三个分光束组合成一个彩色光束；以及一个投射透镜系统，用于将该光束投射到一投射屏幕上。此设备的特征在于，其中的光束再组合装置是按前面已叙述过的方式构成的。

术语“画面”应理解为有较宽的含意，可包括电视影象、图文信息、数字信息、或它们的组合，初始影象源可以由液晶图象显示板、按漫射(dispersion)方式工作的图象显示板(例如PDLC(Polymer Dispersion Liquid Crystal，聚合物漫射液晶)、称作DMS_sDigital Mirror Devices，数字式镜面装置)的包括一组小镜面阵列的平板、或阴极射线管等。