專利名稱：帶有兩塊液晶板的彩色切換投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有兩塊板的投影裝置，更具體地說，涉及帶有兩塊液晶板的投影裝置，該裝置通過使用彩色切換系統(tǒng)可提高光發(fā)射效率和亮度。
背景技術(shù)：
帶有兩塊液晶板的投影裝置具有單板式投影裝置和三塊板式投影裝置的優(yōu)點。三板式投影裝置的優(yōu)點是光發(fā)射效率高，但其缺點是由于有許多光學元件使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。單板式投影裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但其缺點是亮度低。特別是，由于三板式投影裝置使綠光比藍光和紅光更多地透過，因此，為了在例如電視機一類的顯示器上使用三板式投影裝置，還必需另外有一個能將綠光除去40％的單獨的裝置。
因此，開發(fā)了帶有兩塊液晶板的投影裝置，該裝置除了具有單板式和三板式裝置的優(yōu)點以外，還可以解決上述的問題。在美國專利公報2002/0027619A1號中公布了這種帶有兩塊液晶板的投影裝置的一個例子。這個投影裝置表示在圖1中。
參見圖1可看出，P偏振白光210被一個消色差或中心偏振鏡偏振，然后依次入射在藍光調(diào)制器220和綠光調(diào)制器230上。藍光和綠光調(diào)制器220與230，根據(jù)一個模擬電壓分別主動地調(diào)制藍光和綠光。每一個調(diào)制器220和230可以為一疊主動式調(diào)制器或任何其他暫時的調(diào)制器，這些調(diào)制器可根據(jù)所加的電壓，使藍光或綠光的偏振光偏離。紅光被動地被第一個濾光片240改變成正交的偏振光。中性分析器245遮斷沒有被調(diào)制器改變的光。
從中性分析器245輸出的光輸出可以為紅+藍(即深紅色)光，紅+綠(即黃色)光，紅光和白光。紅光的偏振光被第兩個濾光片250轉(zhuǎn)動。在輸出光中，與綠光或藍光的混合光被偏振的光束分離器260分隔成具有垂直偏光分量的綠光和藍光；并且綠光和藍光照亮一塊綠/藍順序板。紅光被偏振光束分離器260發(fā)射出去，并照亮一塊紅色板280。
處在接通(ON)狀態(tài)的板的象素將偏振光轉(zhuǎn)動π/2，這個光通過偏振的光束分離器260，并被導(dǎo)向投影透鏡200。為了避免被處在斷開(OFF)狀態(tài)的板象素反射的P偏振紅光泄漏，在偏振光束分離器260和投影透鏡200之間的光學通路上，還放置一個紅/藍綠色的偏光濾光片290，以將紅光的偏振光轉(zhuǎn)動成S偏振光。在紅/藍綠色偏光濾光片290的光學通路上還設(shè)置一個吸收漏光的清理偏振鏡295，以增加在屏幕205上顯示的圖像的對比度。
在美國專利公報2002/0027619A1號中所公布的兩塊板式投影系統(tǒng)使用綠/藍順序板270，使綠色和藍色的圖像不能同時形成。因而，全部光的量減少至1/3，降低了在屏幕205上顯示的圖像的亮度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可以提高光發(fā)射效率和亮度，而不會減少由光源發(fā)出的光量的投影裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供了一個投影裝置，它包括發(fā)出白光的一個照明系統(tǒng)；一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；它轉(zhuǎn)換白光中預(yù)定的波段的光，以得到第一個偏振光分量；一個彩色再循環(huán)系統(tǒng)；它將預(yù)定波段的光分隔成第一種顏色的光和第兩種顏色的光，透射和反射第一和第兩種顏色的光，轉(zhuǎn)換第三種顏色的光，以得到第兩個偏振光分量；并使第三種顏色的光透過；以使作為第一和第三種顏色的光的混合物的第四種顏色的光，與作為第兩和第三種顏色的光的混合物的第五種顏色的光，在不同的光學通路中前進；一個圖像形成系統(tǒng)；它包括可根據(jù)所加的圖像信號，分別調(diào)制第一和第兩種顏色的光的第一個反光板和第兩個反光板；還包括可根據(jù)所加的圖像信號，調(diào)制第三種顏色的光的第三個反光板；一個屏幕；它接收被圖像形成系統(tǒng)調(diào)制和投影的第一～第三種顏色的光，并顯示圖像；一個光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；它將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)射出的第四和第五種顏色的光的光學通路分離，使第四種顏色的光中的第一種顏色的光被引導(dǎo)至第一個反光板，第五種顏色的光中的第兩種顏色的光被引導(dǎo)至第兩個反光板，而第四和第五種顏色的光中的第三種顏色的光被引導(dǎo)至第三個反光板；并且將從相應(yīng)的第一～第三個反光板反射的第一～第三種顏色的光引導(dǎo)至屏幕；和一個投影系統(tǒng)；它包括一個投影透鏡，該透鏡將從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的作為第一和第三種顏色的光的混合物的第四種顏色的光；和從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的，作為第兩和第三種顏色的光的混合物的第五種顏色的光投影在屏幕上。
照明裝置包括發(fā)射白光的一個光源；和一個蠅眼透鏡整合件；它將從光源發(fā)出的白光分離成子光束。
最好，為了遮斷白光中的紫外光，在光源和蠅眼透鏡整合件之間的光學通路上，還包括一個紫外線濾光片。
偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括由多個具有與光學軸線傾斜的界面的棱鏡組成的一個棱鏡組，每一個界面都涂敷一層液晶薄膜，該薄膜反射白光中預(yù)定波段的光的第一個偏振分量，并使第兩個偏振分量透過。
另外，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個遮擋掩膜；它放置在另外每一個棱鏡的入射表面上，以遮擋入射光；和一個λ/2相平板；它放置在入射表面上有遮擋掩膜的每一個棱鏡的輸出表面上，以便將穿過棱鏡的第兩個偏振分量轉(zhuǎn)換成第一個偏振分量。
最好，在棱鏡組中的多個棱鏡的界面，對光學軸線傾向一個45°角。
該液晶薄膜為膽甾基薄膜。
預(yù)定波段的光為第一和第兩種顏色的光，而液晶薄膜反射第一和第兩種顏色的光的第一個偏振分量，并使其第兩個偏振分量透過。
預(yù)定波段的光為第一～第三種顏色的光，而液晶薄膜反射第一～第三種顏色的光的第一個偏振分量，并使其第兩個偏振分量透過。
彩色再循環(huán)系統(tǒng)包括彩色切換濾光片；該濾光片包括第一個元件和第兩個元件，這些元件由按相反次序堆疊的第一個彩色濾光片和第兩個彩色濾光片組成；第一個彩色濾光片反射在光強作用狀態(tài)下的第一種顏色的光，并透射在光強不作用狀態(tài)下的第一種顏色的光；第兩個彩色濾光片則反射在光強作用狀態(tài)下的第兩種顏色的光，和透射在光強不作用狀態(tài)下的第兩種顏色的光；第一和第兩個濾光片使第三種顏色的光透過；該彩色切換濾光片將從第一個元件輸出的第四種顏色的光和從第兩個元件輸出的第五種顏色的光引導(dǎo)至圖像形成系統(tǒng)；一個遮蔽鏡；它將從彩色切換濾光片射出的光，反射回彩色切換濾光片；和第三個彩色濾光片；它放置在彩色切換濾光片和遮蔽鏡之間的光學通路上，并將從彩色切換濾光片反射出來的第三種顏色的光的第一個偏振分量，轉(zhuǎn)換為第兩個偏振分量。
彩色再循環(huán)系統(tǒng)還包括一個棱鏡組組件，它折射從彩色切換濾光片射出的第四和第五種顏色的光，使第四和第五種顏色的光沿著不同的光學通路向著圖像形成系統(tǒng)前進。
最好，彩色再循環(huán)系統(tǒng)還包括一個無源彩色濾光片，該濾光片在其入射表面上反射第三種顏色的光的第一個偏振分量，和使第兩個偏振分量透過。
第一～第三個濾光片為膽甾基濾片光。
該無源彩色濾光片為膽甾基濾光片。
最好，彩色切換濾光片對于光學軸線傾斜一個45°角。
遮蔽鏡放置在彩色切換濾光片下面，并且包括與彩色切換濾光片平行的第一個鏡片，和與彩色切換濾光片和第一個鏡片垂直的第兩個鏡片。
最好，在彩色切換濾光片和第一個鏡片之間的光學通路上放置著第三個彩色濾光片。
最好，該投影裝置它還包括在彩色再循環(huán)系統(tǒng)和圖像形成系統(tǒng)之間的光學通路上的一個中繼透鏡系統(tǒng)，該透鏡系統(tǒng)確定第四和第五種顏色的光的形狀。
最好，該投影裝置它還包括在中繼透鏡系統(tǒng)和光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之間的光學通路上的一個λ/4相平板。
最好，該投影裝置它還包括在λ/4相平板和圖像形成系統(tǒng)之間的光學通路上的一個色彩偏振鏡。
最好，該色彩偏振鏡由液晶聚合物或線性的光聚合聚合物制成。
最好，第一和第兩個反光板互相平行，而第三個反光板與第一和第兩個反光板垂直。
最好，在第一和第兩個反光板之間與在第三個反光板的中心處，形成沒有象素的一個陰影區(qū)。
最好，第一～第三個反光板中的每一個反光板的入射表面上，包括一個λ/4相平板。
光學通路轉(zhuǎn)移系統(tǒng)包括具有一個透射/反射表面的一個偏振的光束分離器，該透射/反射表面將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)發(fā)射的第四種顏色的光中的第一種顏色的光反射至第一個反光板，將在第五種顏色的光中的第兩種顏色的光反射至第兩個反光板；使被相應(yīng)的第一和第兩個反光板調(diào)制的第一和第兩種顏色的光透過，通至投影系統(tǒng)，將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)射出的第四和第五種顏色的光中的第三種顏色的光透射至第三個反光板，并反射被第三個反光板調(diào)制的第三種顏色的光。
最好，該投影裝置還包括在光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和投影系統(tǒng)之間的光學通路上的一個寬帶濾光片，該濾光片將從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的第三種顏色的光的第一個偏振分量，轉(zhuǎn)換成第兩個偏振分量。
最好，該投影裝置還包括在寬帶濾光片和投影系統(tǒng)之間的光學通路上的一個清理偏光鏡，該偏光鏡可清除寄生的偏振光。
最好，屏幕包括一個波導(dǎo)管組，在該波導(dǎo)管組中，多個對于光學軸線傾斜一個預(yù)定的角度的波導(dǎo)管，相對于屏幕的中心對稱排列，以便折射從投影系統(tǒng)輸出的第四和第五種顏色的光，以形成一個統(tǒng)一的圖像。
第一種顏色的光為藍光，而第兩種顏色的光為綠光。第三種顏色的光為紅光。第四種顏色的光為藍綠色光，和第五種顏色的光為黃光。第一個偏振分量為S偏振分量，而第兩個偏振分量為P偏振分量。
為了沒有損失地保存光量，從而在屏幕上顯示高亮度的圖像，本發(fā)明包括偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和彩色再循環(huán)系統(tǒng)。
通過參照附圖對優(yōu)選實施例進行的詳細說明，可以更了解本發(fā)明的上述和其他特點與優(yōu)點。其中圖1為在美國專利公報2002/0027619A1號中公布的通常的兩塊板式投影系統(tǒng)的圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影裝置的圖；圖3A為在本發(fā)明的實施例中設(shè)置的一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的圖；圖3B為圖3A所示的A部分的放大圖；圖4為在本發(fā)明的實施例中設(shè)置的除了棱鏡組組件以外的彩色再循環(huán)系統(tǒng)的圖；圖5A為表示當光在一個方向入射至棱鏡組組件上時，光的輸出圖形的圖；圖5B為表示當光在兩個方向上入射至棱鏡組組件上時的光輸出圖形的圖；圖6A為表示綠光和藍光入射在相應(yīng)的反光板上的理想的圖形和照度的圖；圖6B為表示綠光和藍光入射在相應(yīng)的反光板上的實際圖形和照度的圖；圖7為表示在本發(fā)明的實施例中，通過圖像形成系統(tǒng)，光通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和投影系統(tǒng)入射在屏幕上的光的光學通路的圖；圖8A為通常的屏幕的示意圖；圖8B為在本發(fā)明的實施例中的改進的屏幕的圖；和圖9為表示在本發(fā)明的實施例中，通過改進的反光板和引導(dǎo)至改進的屏幕的光的光學通路的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來詳細說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的投影裝置。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影裝置。參見圖2可看出，該投影裝置包括一個照明系統(tǒng)，一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，一個彩色再循環(huán)系統(tǒng)，一個圖像形成系統(tǒng)，一個光通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，一個投影系統(tǒng)和一個屏幕17。照明系統(tǒng)包括一個光源1和一個蠅眼透鏡整合件3。偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個棱鏡組4，它由具有對光學軸線傾斜的界面的多個棱鏡組成。彩色再循環(huán)系統(tǒng)包括一個無源彩色濾光片5，第三彩色濾光片6，一個遮蔽鏡7，一個彩色切換濾光片8和一個棱鏡組件9。圖像形成系統(tǒng)包括第一～第三個反光板12a、12b和12c。光通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個偏振的光束分離器13。投影系統(tǒng)包括一個投影透鏡16。
為了有效地平行校正白色，照明系統(tǒng)最好具有一個帶有拋物線反光鏡的金屬鹵素燈作為光源1。換句話說，在金屬鹵素燈中，發(fā)射源放置在拋物線反光鏡范圍內(nèi)的焦點上，并且由發(fā)射源發(fā)出的光由拋物線反光鏡的內(nèi)表面反射，使光在一個方向被平行校正。
通過將蠅眼透鏡整合件3放置在由光源1發(fā)出的光的前進方向上，可將單個白光分隔成多個光強均勻的子光束。在光源1和蠅眼透鏡整合件3之間的光學通路上，還設(shè)有一個紫外線濾光片2，以便遮擋紫外光，以提高在屏幕上顯示的圖像的對比度。
圖3A為偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖，圖3B為圖3A所示的A部分的放大圖。
參見圖3A和圖3B可看出，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由多個具有對光線軸線傾斜(最好傾斜45°)的界面的棱鏡24組成。在每一個棱鏡24的表面上形成一個膽甾基液晶薄膜24b。在另外每一個棱鏡24的入射表面上形成可剝?nèi)サ恼趽跹谀?4a，并且在另外每一個棱鏡24的輸出表面上，放置著λ/2相位的平板24c，使這些平板與遮擋掩膜24b相適應(yīng)。
定向排列的膽甾基液晶薄膜24b只反射與膽甾基螺旋線螺距相應(yīng)的單一波長的波段。通過適當?shù)剡x擇液晶，可以改變反射區(qū)中的波段的寬度。被反射的光被完全改變成圓形的偏振光。在圓形偏振過程中，光的回轉(zhuǎn)方向取決于膽甾基螺旋線的回轉(zhuǎn)方向。因此，可將膽甾基液晶薄膜24b作成，使它只允許P偏振光和S偏振光中的一種偏振光分量透過，而反射其他的偏振光分量。膽甾基液晶薄膜24b只改變一個特定的波段的偏振，而對其他波段的光的偏振沒有影響。
例如，如圖3B所示，當紅(R)、綠(G)和藍(B)光入射在膽甾基液晶薄膜24b上時，可以形成膽甾基螺旋線，使得只有在綠和藍色波段中的光的S偏振分量Gs和Bs被反射，而該光的P偏振分量Gp和Bp透過；并且紅光的S和P偏振分量都透過。由在每一個棱鏡24的界面上形成的膽甾基液晶薄膜24b所透過的綠光和藍光的P偏振分量Gp和Bp，被λ/2相平板24c轉(zhuǎn)換為S偏振光分量。因而，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出綠光和藍光的S偏振分量，并輸出沒有偏振的紅光。
然而，圖3B所示的膽甾基液晶薄膜24b只是一個實施例。另一種方案是，將該薄膜作成反射紅光的S偏振分量，和透過紅光的P偏振分量。在這種情況下，在棱鏡24的輸出表面上，紅光的P偏振分量也可被λ/2相平板24c轉(zhuǎn)換為S偏振分量。因而，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出紅、綠和藍光的S偏振分量。
理論上說，膽甾基液晶薄膜具有幾乎是100％的偏振效率，并且對紫外光穩(wěn)定，因此在可見光下可以達到150∶1以上的對比度。另外，膽甾基液晶薄膜在高溫下穩(wěn)定，價格低廉，并可用非常穩(wěn)定的可在玻璃基片上形成的不吸收的聚合物薄膜制成，因此在制造方面有許多優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影裝置沒有用作偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的單獨的光學裝置。通過在構(gòu)成棱鏡組4的多個棱鏡24的每一個棱鏡的界面上，簡單地形成膽甾基液晶薄膜24b，并將該界面的傾斜角調(diào)整至45°，則該膽甾基液晶薄膜24b只垂直地反射入射光的一個特定的偏振分量，然后輸出該分量。為了只輸出一個特定的偏振分量，在棱鏡組4的入射表面上形成可剝?nèi)サ恼趽跹谀?4a。遮擋掩膜24a交替地作在棱鏡24的入射表面上。λ/2相平板24c配置在棱鏡24的輸出表面上，使該平板可靠地位于通過沒有作出遮擋掩膜24a的棱鏡24的入射表面的光的光學通路上。
從偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的光，入射在彩色再循環(huán)系統(tǒng)上。
圖4為除了棱鏡組組件9以外的彩色再循環(huán)系統(tǒng)的放大圖。從圖4可看出，在該彩色再循環(huán)系統(tǒng)中，彩色切換濾光片8由第一個元件28a和第兩個元件28b構(gòu)成。第一和第兩個元件28a和28b中的每一個元件，由一疊第一個濾光片28B和第兩個濾光片28G組成。這些濾光片根據(jù)所供給的光強，分別透過或反射藍光和綠光。在第一和第兩個元件28a和28b中，第一和第兩個濾光片28B和28G按相反的次序堆疊。遮散鏡7由與彩色切換濾光片8平行的第一個鏡片27a；和與第一個鏡片27a和彩色切換濾光片8垂直的第兩個鏡片27b構(gòu)成。在彩色切換濾光片8和第一個鏡片27a之間的光學通路上放置著第三個濾光片6。在圖4所示的本發(fā)明的實施例中，在彩色切換濾光片8的入射表面上還設(shè)置了轉(zhuǎn)換紅光的偏振光的無源彩色濾光片5。因此，可將從偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)射出的非偏振的紅光，轉(zhuǎn)換為特定的偏振光。然而，如果偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將紅光的偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振光，則不需要無源彩色濾光片5。
在第一個元件28a中，第兩個濾光片28G放置在第一個濾光片28B上；而在第兩個元件28b中，第一個濾光片28B放置在第兩個濾光片28G上。當光強同時加在第一個元件28a的第一個濾光片28B和第兩個元件28b的第兩個濾光片28G上時，第一和第兩個元件28a與28b同時接通。這時，第一個元件28a的第兩個濾光片28G與第兩個元件28b的第一個濾光片28B保持在斷開狀態(tài)。這樣，第一和第兩個元件28a與28b中每一個元件中的第一和第兩個濾光片28B與28G交替地接通和斷開。
第一～第三個濾光片28B、28G和6以及無源彩色濾光片5均為膽甾基濾光片。膽甾基濾光片的性質(zhì)與在棱鏡組4上形成的膽甾基液晶薄膜24b的性質(zhì)相同，因此其說明從略。
再參見圖4可看出，非偏振的紅光Rs+Rp和綠光與藍光的S偏振分量Gs和Bs，都入射在無源彩色濾光片5上。
入射的紅光的S偏振分量Rs被無源彩色濾光片5反射，并引導(dǎo)至遮蔽鏡7；而入射紅光的P偏振分量Rp則被無源彩色濾光片5透射，并引導(dǎo)至彩色切換濾光片8。引導(dǎo)至遮蔽鏡7的第一個鏡片27a上的紅光的S偏振分量Rs，被第三個濾光片6轉(zhuǎn)換為P偏振分量，再被第一和第兩個鏡片27a和27b反射，然后被引導(dǎo)至彩色切換濾光片8。引導(dǎo)至遮蔽鏡7的第兩個鏡片27b上的紅光的S偏振分量Rs，依次被第兩和第一個鏡片27b和27a反射，再被第三個濾光片6轉(zhuǎn)換為P偏振分量Rp，然后被引導(dǎo)至彩色切換濾光片8。
如果紅光的S偏振分量Rs從偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)射出，而不是從無源彩色濾光片5射出，則第三個濾光片6放置在無源彩色濾光片5的位置，使紅光的S偏振分量Rs轉(zhuǎn)換為P偏振分量Rp。紅光的P偏振分量Rp被彩色切換濾光片8引導(dǎo)向前進。
當在第一個元件28a中，第一個濾光片28B斷開，而第兩個濾光片28G接通時，入射在第一個元件28a上的藍光的S偏振分量Bs透過，一直前進；同時藍光的S偏振分量Bs被第一個元件28a的第一個濾光片28B反射，被引導(dǎo)至遮蔽鏡7。當?shù)谝粋€元件28a透過藍光(Bs)和反射綠光(Gs)時，第兩個元件28b在第兩個濾光片28G處在斷開，和第一個濾光片28B處在接通狀態(tài)下，使綠光(Gs)透過，一直向前進，并反射藍光(Bs)，將它引導(dǎo)至遮蔽鏡7。被第一個元件28a反射至遮蔽鏡7的綠光(Gs)，和被第兩個元件28b反射至遮蔽鏡7的藍光(Bs)，被遮蔽鏡7反射，被引導(dǎo)至彩色切換濾光片8。即使綠光(Gs)和藍光(Bs)通過第三個濾光片6，它的偏振狀態(tài)不會改變。
因此，第一個元件28a輸出藍光的S偏振分量Bs和紅光的P偏振分量Rp的混合物，即深紅色(M)光；而第兩個元件28b輸出綠光的S偏振分量Gs和紅光的P偏振分量Rp的混合物，即黃(Y)光。再參見圖2可看出，由彩色切換濾光片8輸出的深紅色和黃色光(M和Y)被棱鏡組組件9折射，分開成不同的光學通路。
圖5A和5B為表示當光以一個方向和兩個方向入射在棱鏡組組件上時的光輸出圖形。
為了使紅光能夠均勻地入射在圖2所示的第三個反光板12c上，必需使紅光在兩個方向均勻地入射在棱鏡組組件9上。
參見圖5A可看出，當紅光以一個方向入射在棱鏡組組件9上時，紅光以具有空白區(qū)的剝離圖形Pa輸出，因此，光不能均勻地入射在第三個反光板12C上。相反，如圖5 B所示，當紅光利用包括遮蔽鏡7的彩色再循環(huán)系統(tǒng)，從兩個方向入射在棱鏡組組件9上時，紅光以沒有空白區(qū)的密實的圖形Pp輸出。
無源彩色濾光片5用于將紅光分成兩個垂直的偏振分量，將這些分量引導(dǎo)至不同的光學通路，將它們轉(zhuǎn)換成特定的偏振分量，和使紅光在兩個方向入射在棱鏡組組件9上。
為了減小光的損失，使從光源1發(fā)出的大部分光被引導(dǎo)至屏幕17上，根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的投影裝置使用彩色再循環(huán)系統(tǒng)。因此，本發(fā)明在增加顯示的亮度方面是優(yōu)越的。
再參見圖2可看出，從彩色再循環(huán)系統(tǒng)輸出的深紅色和黃色(M和Y)光的形狀由中繼透鏡系統(tǒng)10決定。在中繼透鏡系統(tǒng)10和偏振光束分離器13之間的光學通路上，還放置著被中繼透鏡系統(tǒng)10均勻化的光的λ/4相平板11a和色彩偏振鏡11b。因此，該λ/4相平板11a將圖偏振光轉(zhuǎn)換為線性偏振光，而色彩偏振鏡11b通過清除線性偏振光上的寄生偏振光，而使入射光變得清潔。色彩偏振鏡11b由液晶聚合物(LCP)和線性的光聚合聚合物(LPP)構(gòu)成。色彩偏振鏡11b使線性的S偏振綠光和藍光，以及P偏振紅光透過；并清除入射光中的寄生偏振光。
光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的偏振光束分離器13，分別將偏振藍光和綠光引導(dǎo)至第一第兩個反光板12a與12b，并將P偏振紅光引導(dǎo)至第三個反光板12c。
圖像形成系統(tǒng)由第一～第三個反光板12a、12b和12c構(gòu)成。在圖2所示的實施例中，第一個反光板12a調(diào)制藍光，第兩個反光板12b調(diào)制綠光，和第三個反光板12c調(diào)制紅光。第一和第兩個反光板12a與12b排列在一條線上，使第一個反光板12a調(diào)制由偏振的光束分離器13的上部透射/反射表面上反射的深紅色光(M)中的藍光；而第兩個反光板12b調(diào)制由偏振的光束分離器13的下部透射/反射表面上反射的黃光(Y)中的綠光。為了增加圖像的對比度，在第一～第三個反光板12a、12b和123c與偏振的光束分離器13之間設(shè)有λ/4相平板18a和18b。
在由金屬鹵素燈發(fā)出的白光中，紅光的量比綠光或藍光的量小。因此，為了補償在屏幕17上顯示的紅光的不足，分別調(diào)制綠光和藍光的第一和第兩個反光板12a與12b的長度作成為調(diào)制紅光的第三個反光板12c長度的一半。
另外，為了避免出現(xiàn)入射在第一個反光板12a上的藍光，和入射在第兩個反光板12b上的綠光互相重疊的區(qū)域，和均勻地輻射分別被第一～第三個反光板12a、12b和12c反射的藍、綠和紅光；在第一和第兩個反光板12a與12b之間和在第三個反光板12c的中心形成一個不反射光的陰影區(qū)。
圖6A為表示分別照亮第一和第兩個反光板12a和12b，不帶重疊區(qū)的藍光和綠光(B和G)的理想照明圖形和照度的圖。在圖6A中，藍光(B)和綠光(G)分別以均勻的照度和不重疊地照亮第一和第兩個反光板12a與12b。
圖6B為表示照亮相應(yīng)的第一和第兩個反光板12a和12b的藍光和綠光(B和G)的實際圖形的圖。如圖6B所示，實際上在第一和第兩個反光板12a與12b之間存在著藍光和綠光互相重疊的一個區(qū)域12ab。在區(qū)域12ab中出現(xiàn)可剝離的藍綠色(C)。另外，在第一和第兩個反光板12a和12b的邊緣上，照度稍微降低。
為了防止出現(xiàn)區(qū)域12ab，如圖9所示，將區(qū)域12ab作成一個陰影區(qū)12S，在該陰影構(gòu)中不存在用于光學調(diào)制的象素。在第三個反光板12c上也作出同樣的陰影區(qū)12S。
圖7為表示通過光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的綠、藍和紅光的光學通路被圖像形成系統(tǒng)調(diào)制，形成圖像，然后通過光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和投影系統(tǒng)被引導(dǎo)至屏幕17的詳圖。
S偏振藍光從偏振的光束分離器13的透射/反射表面上被反射出來，被引導(dǎo)至第一個反光板12a，然后被第一個反光板12a調(diào)制，再被引導(dǎo)至偏振的光束分離器13。S偏振綠光從偏振的光束分離器13的透射/反射表面上被反射出來，被引導(dǎo)至第兩個反光板12b，再由第兩個反光板12b調(diào)制，再被引導(dǎo)至偏振的光束分離器13。P偏振紅光透過偏振的光束分離器13的透射/反射表面，被引導(dǎo)至第三個反光板12c，然后被第三個反光板12c調(diào)制，再被引導(dǎo)至偏振的光束分離器13。
由第一個反光板12a反射出來的藍光，和由第三個反光板12c的下部反射出來的紅光，通過偏振的光束分離器13的透射/反射表面，并形成向著投影透鏡16的下部前進的深紅色光(M)。從第兩個反光板12b反射出來的綠光和從第三個反光板12c的上部反射出來的紅光，通過偏光的光束分離器13的透射/反射表面，并形成向著投影透鏡16的上部前進的黃光(Y)。通過投影透鏡16的黃光和深紅色光(Y和M)被由多個波導(dǎo)管組成的屏幕17折射，以顯示統(tǒng)一的圖像。
當通過λ/4相平板18a二次時，入射在相應(yīng)的第一和第兩個反光板12a和12b上的藍光和綠光的S偏振分量Bs和Gs，被轉(zhuǎn)換成P偏振分量。藍光和綠光的P偏振分量通過偏振的光束分離器13，并向著投影透鏡16前進。當通過λ/4相平板18b二次時，入射在第三個反光板12c上的紅光的P偏振分量Rp，被轉(zhuǎn)換成S偏振分量。紅光的S偏振分量通過偏振的光束分離器13，然后被一個寬帶濾光片14轉(zhuǎn)換為P偏振分量。因此，向著投影透鏡16前進的所有紅、綠和藍光都為P偏振狀態(tài)。在本發(fā)明的實施例中，通過在偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或彩色再循環(huán)系統(tǒng)中適當?shù)厥褂闷窆廪D(zhuǎn)換的光學元件，可將所有紅、綠和藍光的偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。
圖8A和8B分別表示通常的屏幕和在本發(fā)明的實施例中的改進的屏幕的橫截面。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影裝置中，第一和第兩個反光板12a和12b，在偏振的光束分離器13的一側(cè)排列在一條線上，使藍光和綠光沿著不同的通路前進。因此，為了綜合在兩個圖像上的信息，并在屏幕顯示一個統(tǒng)一的圖像；屏幕需要有一個新的結(jié)構(gòu)，以改變使藍光和紅光混合的黃光的光學通路；和改變使綠光和紅光混合的深紅色光的光學通路。
由于圖8A所示的通常的屏幕不能將具有不同的光學通路的黃光和深紅色光綜合起來，因此，制造具有圖8B所示結(jié)構(gòu)的屏幕17，將黃光和深紅色光綜合成一個統(tǒng)一的圖像。特別是，當反光板具有一個陰影區(qū)時，屏幕17在清除黃光和深紅色光不能前進的區(qū)域方面是有效的。
圖9為表示紅、綠和藍光的光學通路的圖，這些光在根據(jù)本發(fā)明的實施例的投影裝置中，在被第一～第三個反光板12a、12b和12c調(diào)制后，通過投影透鏡16并被引導(dǎo)至改進的屏幕17上。
在第一和第兩個反光板12a與12b之間和第三個反光板12c的中心，形成沒有象素的陰影區(qū)12S。這樣，通過偏振的光束分離器13入射的紅光(R)在兩個分開的區(qū)域中被調(diào)制。另外，綠光和藍光(G和B)在彼此隔開一個陰影區(qū)12S的寬度的距離的兩個區(qū)域內(nèi)被調(diào)制。偏振的光束分離器13使被第一～第三個反光板12a～12c反射的藍、綠和紅光透過，并向著投影透鏡16前進。通過投影透鏡16的深紅色光(M)(即藍光和紅光的混合物)，與通過投影透鏡16的黃光(Y)(即綠光和紅光的混合物)光學上由改進的屏幕17導(dǎo)向，從而形成一個統(tǒng)一的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的投影裝置包括一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和一個彩色再循環(huán)系統(tǒng)，因此可以在屏幕上顯示圖像而不會喪失由光源發(fā)出的白光。因而，本發(fā)明可以顯示高亮度的圖像。另外，通過使用改進的反光板和屏幕，清除了不同彩色重疊的重疊區(qū)域，因此可以得到清晰和鮮明的圖像。
雖然已參照優(yōu)選實施例說明了本發(fā)明，但這些優(yōu)選實施例只是為了說明用的，不是限制。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在不偏離本發(fā)明的精神的條件下，可以使用各種偏振光轉(zhuǎn)換元件。因此，本發(fā)明的范圍不是由本發(fā)明的詳細說明確定的，而是由所附的權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，它包括發(fā)出白光的一個照明系統(tǒng)；一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；它轉(zhuǎn)換白光中預(yù)定的波段的光，以得到第一個偏振光分量；一個彩色再循環(huán)系統(tǒng)；它將預(yù)定波段的光分隔成第一種顏色的光和第兩種顏色的光，透射和反射第一和第兩種顏色的光，轉(zhuǎn)換第三種顏色的光，以得到第兩個偏振光分量；并使第三種顏色的光透過；以使作為第一和第三種顏色的光的混合物的第四種顏色的光與作為第兩和第三種顏色的光的混合物的第五種顏色的光在不同的光學通路中前進；一個圖像形成系統(tǒng)；它包括可根據(jù)所加的圖像信號，分別調(diào)制第一和第兩種顏色的光的第一個反光板和第兩個反光板；還包括可根據(jù)所加的圖像信號，調(diào)制第三種顏色的光的第三個反光板；一個屏幕；它接收被圖像形成系統(tǒng)調(diào)制和投影的第一～第三種顏色的光，并顯示圖像；一個光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；它將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)射出的第四和第五種顏色的光的光學通路分離，使第四種顏色的光中的第一種顏色的光被引導(dǎo)至第一個反光板，第五種顏色的光中的第兩種顏色的光被引導(dǎo)至第兩個反光板，而第四和第五種顏色的光中的第三種顏色的光被引導(dǎo)至第三個反光板；并且將從相應(yīng)的第一～第三個反光板反射的第一～第三種顏色的光引導(dǎo)至屏幕；和一個投影系統(tǒng)；它包括一個投影透鏡，該透鏡將從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的作為第一和第三種顏色的光的混合物的第四種顏色的光；和從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的，作為第兩和第三種顏色的光的混合物的第五種顏色的光投影在屏幕上。
2.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，照明裝置包括發(fā)射白光的一個光源；和一個蠅眼透鏡整合件；它將從光源發(fā)出的白光分離成子光束。
3.如權(quán)利要求2所述的投影裝置，其特征為，為了遮斷白光中的紫外光，在光源和蠅眼透鏡整合件之間的光學通路上，還包括一個紫外線濾光片。
4.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括由多個具有與光學軸線傾斜的界面的棱鏡組成的一個棱鏡組，每一個界面都涂敷一層液晶薄膜，該薄膜反射白光中預(yù)定波段的光的第一個偏振分量，并使第兩個偏振分量透過。
5.如權(quán)利要求4所述的投影裝置，其特征為，偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個遮擋掩膜；它放置在另外每一個棱鏡的入射表面上，以遮擋入射光；和一個λ/2相平板；它放置在入射表面上有遮擋掩膜的每一個棱鏡的輸出表面上，以便將穿過棱鏡的第兩個偏振分量轉(zhuǎn)換成第一個偏振分量。
6.如權(quán)利要求4所述的投影裝置，其特征為，在棱鏡組中的多個棱鏡的界面，對光學軸線傾向一個45°角。
7.如權(quán)利要求4所述的投影裝置，其特征為，液晶薄膜為膽甾基薄膜。
8.如權(quán)利要求4所述的投影裝置，其特征為，預(yù)定波段的光為第一和第兩種顏色的光，而液晶薄膜反射第一和第兩種顏色的光的第一個偏振分量，并使其第兩個偏振分量透過。
9.如權(quán)利要求4所述的投影裝置，其特征為，預(yù)定波段的光為第一～第三種顏色的光，而液晶薄膜反射第一～第三種顏色的光的第一個偏振分量，并使其第兩個偏振分量透過。
10.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，彩色再循環(huán)系統(tǒng)包括彩色切換濾光片；該濾光片包括第一個元件和第兩個元件，這些元件由按相反次序堆疊的第一個彩色濾光片和第兩個彩色濾光片組成；第一個彩色濾光片反射在光強作用狀態(tài)下的第一種顏色的光，并透射在光強不作用狀態(tài)下的第一種顏色的光；第兩個彩色濾光片則反射在光強作用狀態(tài)下的第兩種顏色的光，和透射在光強不作用狀態(tài)下的第兩種顏色的光；第一和第兩個濾光片使第三種顏色的光透過；該彩色切換濾光片將從第一個元件輸出的第四種顏色的光和從第兩個元件輸出的第五種顏色的光引導(dǎo)至圖像形成系統(tǒng)；一個遮蔽鏡；它將從彩色切換濾光片射出的光，反射回彩色切換濾光片；和第三個彩色濾光片；它放置在彩色切換濾光片和遮蔽鏡之間的光學通路上，并將從彩色切換濾光片反射出來的第三種顏色的光的第一個偏振分量，轉(zhuǎn)換為第兩個偏振分量。
11.如權(quán)利要求10所述的投影裝置，其特征為，彩色再循環(huán)系統(tǒng)還包括一個棱鏡組組件，它折射從彩色切換濾光片射出的第四和第五種顏色的光，使第四和第五種顏色的光沿著不同的光學通路向著圖像形成系統(tǒng)前進。
12.如權(quán)利要求10所述的投影裝置，其特征為，彩色再循環(huán)系統(tǒng)還包括一個無源彩色濾光片，該濾光片在其入射表面上反射第三種顏色的光的第一個偏振分量，和使第兩個偏振分量透過。
13.如權(quán)利要求10所述的投影裝置，其特征為，第一～第三個濾光片為膽甾基濾片光。
14.如權(quán)利要求12所述的投影裝置，其特征為，該無源彩色濾光片為膽甾基濾光片。
15.如權(quán)利要求10所述的投影裝置，其特征為，彩色切換濾光片對于光學軸線傾斜一個45°角。
16.如權(quán)利要求10所述的投影裝置，其特征為，遮蔽鏡放置在彩色切換濾光片下面，并且包括與彩色切換濾光片平行的第一個鏡片，和與彩色切換濾光片和第一個鏡片垂直的第兩個鏡片。
17.如權(quán)利要求16所述的投影裝置，其特征為，在彩色切換濾光片和第一個鏡片之間的光學通路上放置著第三個彩色濾光片。
18.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，它還包括在彩色再循環(huán)系統(tǒng)和圖像形成系統(tǒng)之間的光學通路上的一個中繼透鏡系統(tǒng)，該透鏡系統(tǒng)確定第四和第五種顏色的光的形狀。
19.如權(quán)利要求18所述的投影裝置，其特征為，它還包括在中繼透鏡系統(tǒng)和光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之間的光學通路上的一個λ/4相平板。
20.如權(quán)利要求19所述的投影裝置，其特征為，它還包括在λ/4相平板和圖像形成系統(tǒng)之間的光學通路上的一個色彩偏振鏡。
21.如權(quán)利要求20所述的投影裝置，其特征為，該色彩偏振鏡由液晶聚合物或線性的光聚合聚合物制成。
22.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，第一和第兩個反光板互相平行，而第三個反光板與第一和第兩個反光板垂直。
23.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，在第一和第兩個反光板之間與在第三個反光板的中心處，形成沒有象素的一個陰影區(qū)。
24.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，第一～第三個反光板中的每一個反光板的入射表面上，包括一個λ/4相平板。
25.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，光學通路轉(zhuǎn)移系統(tǒng)包括具有一個透射/反射表面的一個偏振的光束分離器，該透射/反射表面將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)發(fā)射的第四種顏色的光中的第一種顏色的光反射至第一個反光板，將在第五種顏色的光中的第兩種顏色的光反射至第兩個反光板；使被相應(yīng)的第一和第兩個反光板調(diào)制的第一和第兩種顏色的光透過，通至投影系統(tǒng)，將從彩色再循環(huán)系統(tǒng)射出的第四和第五種顏色的光中的第三種顏色的光透射至第三個反光板，并反射被第三個反光板調(diào)制的第三種顏色的光。
26.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其特征為，它還包括在光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和投影系統(tǒng)之間的光學通路上的一個寬帶濾光片，該濾光片將從光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的第三種顏色的光的第一個偏振分量，轉(zhuǎn)換成第兩個偏振分量。
27.如權(quán)利要求26所述的投影裝置，其特征為，它還包括在寬帶濾光片和投影系統(tǒng)之間的光學通路上的一個清理偏光鏡，該偏光鏡可清除寄生的偏振光。
28.如權(quán)利要求1～23中任何一條所述的投影裝置，其特征為，屏幕包括一個波導(dǎo)管組，在該波導(dǎo)管組中，多個對于光學軸線傾斜一個預(yù)定的角度的波導(dǎo)管，相對于屏幕的中心對稱排列，以便折射從投影系統(tǒng)輸出的第四和第五種顏色的光，以形成一個統(tǒng)一的圖像。
29.如權(quán)利要求1、4、8、10和25中任何一條所述的投影裝置，其特征為，第一種顏色的光為藍光，而第兩種顏色的光為綠光。
30.如權(quán)利要求1、8、10、12、25和26中任何一條所述的投影裝置，其特征為，第三種顏色的光為紅光。
31.如權(quán)利要求1、10和25中任何一條所述的投影裝置，其特征為，第四種顏色的光為藍綠色光，和第五種顏色的光為黃光。
32.如權(quán)利要求1、4、8、10、12和26中任何一條所述的投影裝置，其特征為，第一個偏振分量為S偏振分量，而第兩個偏振分量為P偏振分量。
全文摘要
投影裝置包括照明系統(tǒng)；一個偏振光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；一個彩色再循環(huán)系統(tǒng)；它將預(yù)定波段的光分隔成第一種顏色的光和第兩種顏色的光，透射和反射第一和第兩種顏色的光，轉(zhuǎn)換第三種顏色的光，以得到第兩個偏振光分量，并使第三種顏色的光透過；以使作為第一和第三種顏色的光的混合物的第四種顏色的光，與作為第兩和第三種顏色的光的混合物的第五種顏色的光在不同的光學通路中前進；一個圖像形成系統(tǒng)；一個屏幕；它接收被圖像形成系統(tǒng)調(diào)制和投影的第一～第三種顏色的光，并顯示圖像；一個光學通路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；和一個投影系統(tǒng)。
文檔編號G03B21/00GK1482490SQ0313117
公開日2004年3月17日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者基里爾·索科洛夫, 基里爾 索科洛夫 申請人:三星電子株式會社