显像系统、用于它的光折射装置、及形成图像的方法

摘要

一种显像系统包括成像装置，具有产生图像的像素；改变来自成像装置的入射光的光折射装置，以根据施加的电能在预定方向移动成像装置产生的像素。一种用于显像系统的光折射装置，包括光取向元件，其根据施加于光取向元件的电场，选择性地改变来自成像装置的入射光的路径，以在预定方向移动成像装置产生的像素。使用显像系统形成图像的方法，该显像系统包括一光取向元件和成像装置，该成像装置具有用于产生图像的像素；该方法包括：将预定波长范围的光引导到成像装置；产生图像，包括通过可控地向光取向元件施加电压以在一预定方向移动成像装置产生的像素，以改变来自成像装置的光线的传播路径。

说明书

本申请是申请日为2001年4月24日、申请号为01117090.5、申请人为三星电子株式会社、发明名称为“投影型显像装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种投影型显像装置，用于在屏幕上通过利用从光源发射的光形成由显示装置产生的图像，并具体地说，涉及一种投影型显像装置，其可以提供光的高效利用并且改善析像能力，以便可以实现三维图像。

背景技术

参照图1，传统的投影型显像装置包括一用于产生并发射光的光源10、第一和第二二色镜42和44，用于将入射白光分为红、蓝和绿光线，第一到第三传输型显示装置51、53和55，用于对应每个被分离的光线形成图像，一彩色棱镜60，用于合成由相应的第一到第三显示装置51、52和53形成的图像，一投影透镜单元70，用于放大并传输合成的图像，以及一屏幕80。

在此，投影型显像装置还包括一蝇眼透镜阵列20，其设置在光源10和第一二色镜42之间的光学路径上，用于混合入射光线，以便均匀的光线可以入射到每个第一到第三显示装置51、52和53上，一偏振器31，用于传输具有一偏振分量的光，以及一聚焦透镜41，用于聚焦穿过偏振器31的光。

由于具有上述结构的传统的投影型显像装置采用三个显示装置的单元以产生彩色图像，其的光学结构复杂。并且，由于具有一个偏振分量的光通过利用偏振器作为有效光，并且穿过偏振器的光线被第一和第二二色镜分隔，以沿三个路径传播，从而光利用效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种投影型显像装置，其中，通过利用全息的彩色过滤器透镜以实现彩色图像来改善光的亮度，并且通过利用光折射装置来改善解析度，以便实现三维的图像。

本发明提供一种显像系统，包括

成像装置，具有用于产生图像的像素；

改变来自成像装置的入射光的行进路径的光折射装置，以根据施加在该光折射装置上的电能在预定方向移动成像装置产生的像素。

本发明还提供一种显像系统，包括

一成像装置，具有用于产生图像的像素；

光折射装置，包括光取向元件，其根据施加于光取向元件的电场，选择性地改变来自成像装置的入射光的路径，以在预定方向移动成像装置产生的像素。

本发明还提供一种用于显像系统的光折射装置，该显像系统包括一成像装置，具有用于产生图像的像素；

该光折射装置包括光取向元件，其根据施加于光取向元件的电场，选择性地改变来自成像装置的入射光的路径，以在预定方向移动成像装置产生的像素。

本发明还提供使用显像系统形成图像的方法，该显像系统包括一光取向元件和成像装置，该成像装置具有用于产生图像的像素；该方法包括：

将预定波长范围的光引导到成像装置；

产生图像，包括通过可控地向光取向元件施加电压以在一预定方向移动成像装置产生的像素，以改变来自成像装置的光线的传播路径。

为了达到上述目的，提供了一种投影型显像装置，其包括一用于产生并投射光线的光源，一用于传输由光源发射的在一个方向上偏振的光线的偏振装置，一用于从入射光产生彩色图像并反射所产生的图像以使其沿与入射光不同的路径传播的反射型成像装置，一用于折射被成像装置反射的图像的折射装置，以及一投影透镜，用于放大并传输由成像装置产生并由折射装置折射的图像，以向一屏幕传播。

同样，为了达到上述目的，提供了一种投影型显像装置，其包括一用于产生并投射光线的光源，一用于传输由光源发射的在一个方向上偏振的光线的偏振装置，一用于从入射光源产生图像并反射所产生的图像的反射型成像装置，一设置在偏振装置和成像装置之间的光学路径上的偏振光束分离器，用于根据偏振方向改变入射光的传播路径，一光折射装置，用于折射由成像装置反射的并穿过偏振光束分离器的图像，以及一投影透镜，用于放大并传输由光折射装置折射的图像以向一屏幕传播。

同样，为了达到上述目的，提供了一种投影型显像装置，其包括一用于产生并投射光线的光源，一用于传输由光源发射的在一个方向上偏振的入射光的偏振装置，一传输型成像装置，用于由入射光产生图像并传输所产生的图像，一光折射装置，用于折射穿过成像装置的图像，以及一投影透镜，用于放大并传输由光折射装置折射的图像，以向一屏幕传播。

同样，为了达到上述目的，提供了一种投影型显像装置，其包括一用于产生并投射光线的光源，一用于传输由光源发生的在一个方向上偏振的光线的偏振装置，一具有独立驱动的像素的显示装置，用于从入射光产生图像，一由多个固定在显示装置一侧上形成的第一透镜阵列，用于聚焦被显示装置产生的图像，一光折射装置，用于折射被第一透镜阵列聚焦的图像，一投影透镜，用于放大并传输被光折射装置折射的图像以朝屏幕传播，以及一第二透镜阵列，由与第一透镜阵列相应数量的透镜形成，其连接到屏幕的至少一侧上。

附图说明

本发明的上述目的和优点通过本发明的详细的优选实施例以及参照附图将更清晰。

图1是示出传统的投影型显像装置的光学布置的视图；

图2是示出根据本发明第一优选实施例的投影型显像装置的光学布置的视图；

图3是图2所示的图像产生装置的光学布置的视图；

图4是图2的光折射装置的视图；

图5是示出对于由图2的成像装置产生的图像的每个颜色的图形的视图；

图6A、6B和6C分别是根据光折射装置的驱动的形成在屏幕上的彩色图像的移动位置的视图。

图7是示出根据本发明的第二优选实施例的投影型显像装置的光学布置的视图；

图8是图7的成像装置的光学布置的视图；

图9是从图8的线A-A看到的图像的视图；

图10是从图8的线B-B看到的图像的视图；

图11A到11D分别示出了与根据本发明的第二优选实施例的投影型显像装置的光折射装置的驱动相应的形成在屏幕上的图像的移动位置。

图12示出了根据本发明的第三优选实施例的投影型显像装置的光学布置；

图13示出了与根据本发明的第三优选实施例的投影型显像装置的光折射装置的驱动相应的形成在屏幕上的图像的移动位置。

图14示出了根据本发明的第四优选实施例的投影型显像装置的光学布置；

图15示出与根据本发明的第四优选实施例的投影型显像装置的光折射装置的驱动相应的形成在屏幕上的图像的移动位置。

图16示出根据本发明第五优选实施例的投影型显像装置的光学布置；以及

图17示出根据本发明第六优选实施例的投影型显像装置的光学布置。

具体实施方式

图中，P表示图像，PI表示像素，PA表示像素区域。

参照图2，根据本发明的第一优选实施例的投影型显像装置包括一光源110，用于产生光线并且在一个方向上发射产生的光线，一偏振装置120、一反射型成像装置130、一光折射装置140，用于偏振被成像装置130产生的图像反射的光线，以及一投射透镜单元170，用于放大及向一屏幕180投射由成像装置130反射的并由光折射装置140偏振的图像。

光源110包括一灯，诸如氙或卤素灯，以及一反射镜，其设置在灯的一侧，用于反射从灯发出的光线向一方向射出。偏振装置120传输从光源110发出的非偏振光线在一个方向上被偏振的光线，以便在一个方向上偏振的光线能够朝向反射型成像装置130前进。

反射型成像装置130由入射光线产生彩色图像，并且将产生的彩色图像反射以沿不同于入射光的路径前进。参照图3，反射型成像装置130包括颜色分离装置135和反射型显示装置131，用于从每个被分离的颜色产生图像并反射所产生的图像。颜色分离装置135被形成为面对显示装置131的一表面，根据一预定的波长区域分离入射光，并且使分开的光线沿不同的角度传播。为此目的，颜色分离装置135包括一全息图案(hologrampattern)136和一透镜阵列137。全息图案136衍射并传输穿过偏振装置120的一个偏振方向的白光，即，根据其的颜色在不同角度的混合有红(R)、绿(G)和蓝(B)的(R+G+B)。透镜阵列137将在穿过全息图案136时被衍射的每个彩色光线聚焦到显示装置131的每个像素133上。

在被发散状态下，一个由显示装置131的每个像素133反射的图像入射到透镜阵列137上。然后，图像被透镜阵列137聚焦为平行光束，并且线性地穿过全息图案137以入射到光折射装置140上。

参照图2和4，用于使由显示装置130产生的每个彩色图像顺序聚焦到屏幕180的像素区域的光折射装置140包括第一和第二光折射装置150和160。

第一光折射装置150主要折射并传输被显示装置130反射的光线，其包括一对第一和第二透明电极板151和155，该对电极板布置成彼此间隔预定的距离，用于传输入射光线，还包括设置在第一和第二透明电极板151和155之间的一第一液晶，以及一第一电源，用于选择性地向第一和第二电极板151和155施加电压。第一电源包括一第一电压源157和一第一开关159。从而，当第一开关159保持在闭合状态时，被第一电压源157提供的电压施加到每个第一和第二电极板151和155每个上，以便第一液晶153定位的方向转换到与第一开关159在断开状态时不同的方向。从而，根据电源的施加，以一角度入射到第一透明电极板151上的光线以不同的角度穿过第二透明电极板155。

用于再次折射穿过第一光折射装置150的第二光折射装置160包括一对第三和第四透明电极板161和165，它们布置成彼此间隔预定的距离以用于传输入射光，还包括设置在第三和第四透明电极板161和165之间的一第二液晶163、以及一第二电源，以用于选择性地将电压施加到第三和第四透明电极板161和165。第二电源包括一第二电压源167和一第二开关169。从而，当第二开关169保持闭合状态时，由第二电压源167提供的电源施加到每个第三和第四电极板161和165上以改变第二液晶163定向的方向，该方向不同于第二开关169处于断开状态时其定向的方向。从而，根据电源的施加，以一角度入射到第三透明电极板161上的光线以不同的角度穿过第二透明电极板155。

从而，当第一和第二光折射装置150和160被用作光折射装置时，根据其驱动状态，入射光线的传播路径可被分成四个光学路径，即，“00”、“01”、“10”和“11”。于是，由显示装置131形成的每个颜色的图像可以被顺序形成在屏幕180的一个像素的区域内。这个操作参照图4、5和6A到6C来描述。

图5示出用于由图2的成像装置产生的图像的每种颜色的图案。被颜色分离装置(图2的135)分离的相应颜色的图像依次产生。

依次产生的图像具有传播路径，其根，据第一和第二光折射装置150和160的驱动状态变化。例如，当第一光折射装置150处于断开状态且第二光折射装置160处于闭合状态以便选择光学路径“01”时，在像素单元内的颜色以B、G和R的顺序如图6A所示地排列。在第一光折射装置150处于闭合状态且第二光折射装置160处于断开状态以选择路径“10”时，在像素单元内的颜色以R、B和G的顺序如图6B所示地排列。当第一和第二光折射装置150和160都处于闭合状态时，选择了路径“11”，以便在像素单元内的颜色以G、R和B的顺序如图6C所示地排列。从而，R、G和B颜色根据第一和第二光折射装置150和160被驱动的状态相对每个像素区域顺次形成，并从而相对每个像素可以实现一全彩的图像。

参照图7，根据本发明的第二优选实施例的投影型显像装置包括一光源210、一偏振装置220、一偏振光束分离器230、一反射型成像装置240、一光折射装置250、以及一投影透镜单元270，用于放大并投射由光折射装置250折射的图像以向一屏幕280传播。在此，由于光源210、偏振装置220和投影透镜单元270与上述优选实施例基本相同，省略其的描述。

反射型成像装置240从入射光产生一图像，并且将产生的图像向偏振光束分离器230反射。参照图8，成像装置240包括一反射型显示装置245和一装在显示装置245前面的透镜阵列241。显示装置245由二维阵列的多个像素构成，它们分别驱动。显示装置245的每个像素独立驱动以从被偏振光束分离器230分离的入射光产生图像并将产生的图像向偏振光束分离器230反射。用于重新构造由显示装置245产生的像素的尺寸的透镜阵列241，对于在像素上聚焦的每个像素，将来自光源(图7的210)并向显示装置245传播的光聚焦，并同时聚焦被显示装置245反射的分散的光线。

图9和图10示出沿图8的线A-A和B-B取得的截面的图像。参照图9和图10，显示装置的每个像素的尺寸可以由透镜阵列大量减小。于是，被透镜阵列241聚焦的图像被聚焦在屏幕280上，并同时，相对像素面积图像被聚焦的位置可以被光线折射装置250改变，以便可以实现具有高度析像能力的图像。

偏振光束分离器230设置在偏振装置220和成像装置240之间的光学路径上，以根据偏振方向改变入射光的传播路径。即，只有与被成像装置240偏振的光线的图像对应的光线向光折射装置250传播。

光折射装置250折射被成像装置240反射并穿过偏振光束分离器230的入射光。光折射装置250包括一第一光折射装置(未示出)，用于初级折射并传输入射光，以及一第二光折射装置(未示出)，用于次级折射被第一光折射装置折射的光线。由于光折射装置250的第一和第二光折射装置的结构与根据上述优选实施例所述的以及参照附图4的第一和第二光折射装置150和160基本相同，省略其的描述。

构成根据本实施例的光折射装置250的第一和第二光折射装置在它们的光线布置上与第一优选实施例中的不同，即，根据本实施例的第一和第二光折射装置光学上布置成被折射装置折射的光线的方向可以彼此垂直。从而，根据第一和第二光折射装置的驱动状态，形成在屏幕280上的图像可以顺次地定位在如图11A到11D所示的一个像素的区域内。例如，图11A示出了当第一和第二光折射装置都处于断开状态时的图像的位置；图11B示出当只有第二光折射装置为闭合状态的图像的位置；图11C示出当只有第一光折射装置处于闭合状态时图像的位置；且图11D示出了当第一和第二光折射装置都处于闭合状态时的图像的位置。从而，与每个像素对应的图像被透镜阵列241减至最小，并且最小化的图像被折射，以便顺次聚焦在图像的整个区域上，改善析像度。

参照图12，根据本发明第三优选实施例的投影型显像装置包括一光源310、一偏振装置320、一传输型成像装置330、一光折射装置340和一投影透镜单元370，用于放大并传输被光折射装置340折射的图像，以向屏幕380传播。根据本实施例的投影型显像装置与第二优选实施例中的相比特征在于成像装置330为传输型的。由于其他光学元件与第二优选实施例中所述的具有基本相同的结构和功能，省略其的描述。

成像装置330由入射光产生图像，并且传输所产生的图像。成像装置330包括一传输型显示装置335和一设置在传输型显示装置335和偏振装置320之间的光线路径上的透镜阵列331。具有独立驱动的像素的传输型显示装置335由入射光产生图像并且向光折射装置340传送。对于每个像素，透镜阵列331将从光源310发出的并向显示装置330传播的光聚焦，以聚焦在显示装置330的每个像素上。由于光线被透镜阵列331聚焦，可以获得小尺寸的图像。图像随光折射装置被驱动而折射，以便图像可以被放置在不同的位置，如图13所示。

参照图14，根据本发明第四优选实施例的投影型显像装置包括一光源410、一偏振装置420、一传输型成像装置430、一光折射装置440以及一投影透镜单元470，其用于放大并传输被光折射装置440折射的图像，以向屏幕480传播。根据本实施例的投影型显像装置与第三优选实施例相比特征在于一彩色板用作成像装置330，以及在于光折射装置440的光学布置。由于其他光学元件与在第三优选实施例中所描述的具有基本相同的结构和功能，省略其的描述。

成像装置430为具有颜色过滤器的传输型显示装置，该颜色过滤器具有独立驱动的像素，该显示装置由入射光产生彩色图像并且向光折射装置440传输所产生的彩色图像。颜色过滤器通过分割一液晶显示装置的面积可以选择性地传输R、G和B颜色，由于能够用一单独的板实现彩色图像的显示装置是公知的，在此其的描述被省略。

光折射装置440具有如根据第一优选实施例的光折射装置(图2的140)相同的光学布置。根据驱动状态，图像以(B、G、R)、(G、R、B)和(R、B、G)的顺序被聚焦在屏幕的一像素区域内，如图15所示。

参照图16，根据本发明第五优选实施例的投影型显像装置包括一光源510、一偏振装置520、一传输型显示装置535、一设置在传输型显示装置535一侧的第一透镜阵列531、一光折射装置540、一投影透镜单元570，用于放大并传输被光折射装置540折射的图像，以向屏幕580传播，以及一形成屏幕至少一侧上的第二透镜阵列590。与第四优选实施例相比，根据本实施例的投影型显像装置特征在于：第一和第二透镜阵列531和590处于显示装置535一侧以及屏幕580的至少一侧，并且通过改变显示装置535的驱动方法实现三维的图像。在此，由于其他光学元件与在第四优选实施例中所述的具有基本相同的结构和功能，省略其的描述。

每个第一和第二透镜阵列531和590优选地为圆柱透镜阵列，其具有多个圆柱形透镜531a(590a)，它们布置成彼此相邻，每个具有与形成显示装置535的每个像素的宽度相应的尺寸。

在此，分别形成第一和第二透镜阵列531和590的圆柱形透镜531a和590a彼此一一对应。被第一透镜阵列531的一圆柱形透镜531a聚焦的图像被与其相对应的第二透镜阵列590的一圆柱形透镜590a聚焦。

光折射装置540顺次移动被第一透镜阵列531聚焦的图像，以便穿过第二透镜阵列590的光线的传播方向可以被顺次改变。显示装置535变化以便通过相应像素产生的图像可以与光折射装置540的折射位置相对应。于是，聚焦在屏幕580上的图像可以为不同的图像，它们被显示装置535变化地产生。从而，在由显示装置535产生的图像内，在不同角度拍摄相同物体的视频信号在观察者可察觉显示的图像为相同图像的时间范围内被提供到观察者的左和右眼上，以便可以实现三维的图像。

参照图17，根据本发明第六优选实施例的投影型显像装置包括一光源610、一偏振装置620、一反射型显示装置645、一设置在反射型显示装置645一侧上的第一透镜阵列641、一光束分离器630、一光折射装置650、一投影透镜单元670，用于放大和传输被光折射装置650折射的图像以向屏幕680传播，以及一形成在屏幕680的至少一侧上的第二透镜阵列690。与第五优选实施例相比较，根据本实施例的投影型显像装置特征在于，显示装置645为反射型的，并且用于改变光学路径的光束分离器630被设置在光源610和显示装置645之间的光学路径上。在此，由于其他光学元件具有与在第五优选实施例中所述的基本相同的结构和功能，在此省略其的描述。

当采用反射型显示装置645时，由于根据观察者的位置的不同图像可以与采用传输型显示装置535情况相同地实现，以便可以实现三维图像。

如上所述，在根据本发明的投影型显像装置中，从光源发射的光线根据每个颜色通过利用光折射装置被重新排列，以便根据改变布置的波长区域分离的颜色可以聚焦到屏幕上。从而，相对一像素的区域可以实现全彩，并且可以改善光的应用效率和析像度。

同样，被一像素产生的图像的尺寸通过利用透镜阵列而减至最小，以便相对屏幕上的一像素区域，该图像可以占据最小的空间。然后，通过利用光折射装置改变图像的位置，可以改善清晰度和析像能力。

此外，由于第一和第二透镜阵列设置在显示装置和屏幕的每侧，并且由于被显示装置产生的图像根据被光折射装置的折射来变化，根据观察者的位置可以看到不同的图像，并同时，通过差分为供观察者左眼的图像和供观察者右眼的图像来实现三维图像。