專利名稱：一種調(diào)節(jié)光源顏色的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)光源顏色的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用于劇場或電影院的聚光燈。本發(fā)明還涉及采用這種系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)。
在陰極射線管監(jiān)視器中，這可以通過調(diào)整紅、綠、藍視頻放大器的相對增益來實現(xiàn)，使得當所有三個視頻信號(紅、綠和藍)相等時，可以顯示所要求的目標白色。改變白點涉及到改變紅、綠、藍放大器的相對增益。
這種系統(tǒng)當用在液晶顯示器上時會有一些缺點。如果增益調(diào)整是在模擬域中進行的，那么由于液晶顯示器的非線性特性，它不但影響到白點，而且也會影響所有其它的顏色。于是這就需要對每一目標白點的灰度校正曲線進行修正。如果增益調(diào)整是在數(shù)字域中進行的，那么就要求忽略和不使用某些動態(tài)范圍。由于8比特對于任何重要的彩色作品來說只是勉強夠的比特，所以忽略部分動態(tài)范圍會導(dǎo)致嚴重的色彩失真。即使基本分辨率為10或12比特，也會由于將視頻信號插入較小的動態(tài)范圍而產(chǎn)生色彩失真。
本發(fā)明的目的是要提供一種調(diào)節(jié)光源顏色的系統(tǒng)，其帶有可獨立于光源其它裝置進行控制的光學(xué)裝置。
這一目的是通過根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)光源顏色的系統(tǒng)來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)包括以下部件a)第一偏振器，用來使所述光源偏振化；b)固定延遲器，其光軸與所述偏振光成第一角度；c)電子可變延遲器，其光軸與所述偏振光成第二角度；和d)第二偏振器，用來使所述合成光線偏振化。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種顯示系統(tǒng)，其中顯示圖像的顏色可以在顯示系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的同時用光學(xué)方法進行調(diào)整，而無須在模擬域或數(shù)字域中改變輸入視頻信號。這一目的的實現(xiàn)是通過一種顯示系統(tǒng)，其包括光源和根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)光源顏色的系統(tǒng)。
所述系統(tǒng)最好基本上由部件a)至d)構(gòu)成。且這些部件最好是以a)到d)的順序布置的?；蛘?，這些部件也可以按照a)、c)、b)、d)的順序布置。所述偏振光最好是部分偏振的。用來使光源偏振化的第一偏振器可以包括一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。所述固定延遲器最好是四分之一波長延遲器。所述可變延遲器可以在700-1100納米的范圍內(nèi)變化。所述光源最好用來照亮帶有一個或多個空間光調(diào)制器的顯示器。所述空間光調(diào)制器最好是液晶器件。
本發(fā)明包括用于色差校正的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一種型號使用由積分器/偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)組合體和電控雙折射(ECB)元件以及一個或多個固定補償器膜產(chǎn)生的部分偏振光。通過調(diào)整電控雙折射元件上的電壓，可以調(diào)整到達液晶顯示屏的紅、綠、藍光的相對量，從而調(diào)整投影儀的色溫。由于所有調(diào)整都是用電子方法而不是用機械方法進行的，所以該系統(tǒng)十分簡單及可靠。
色差校正法要求對顯示系統(tǒng)的一個白點進行基本比色法校正。接著可以在足夠大的范圍用這種方法調(diào)整白點顏色以校正其它白點。該系統(tǒng)已經(jīng)用美國專利申請No.09/127,003中的彩色鏡鼓投影儀作了光學(xué)測試，但是也適用于任何液晶顯示器系統(tǒng)，不管是投影式的還是直視式的。
歐洲專利EP 909 974中介紹了將一個或兩個延遲器用于反射式液晶顯示元件，使系統(tǒng)消色差和提高對比度。延遲器和液晶顯示元件布置在偏振敏感光束分離器(“PBS”)和反射鏡之間。該項發(fā)明中的系統(tǒng)將延遲器放置在照明路徑中，因此不會影響對比度。該系統(tǒng)并不是用來使色效應(yīng)減到最小。而是用來精確地增加色效應(yīng)量，使得可以對目標白色進行色差校正。
美國專利US5,875,008中介紹了使用三套補償器，每個液晶顯示器配備一套以調(diào)整各液晶顯示元件的色點、效率和對比度。雖然一個作用是用來改變白點，但這并不是目的；而且其方法與本發(fā)明的方法不同。此外，補償器不在照明路徑中。
歐洲專利EP 390,511中介紹使用了三組補償器，每組有一二個補償器，每個液晶顯示器一套以調(diào)整各液晶顯示器的色點、效率和對比度。雖然一個作用是用來改變白點，但這并不是目的，而且其方法與本發(fā)明的方法不同。此外，補償器不在照明路徑中。
日本特許公報07-294,869中介紹了一種調(diào)整至少兩個液晶顯示元件的偏振器以調(diào)整該元件效率的系統(tǒng)。于是可以調(diào)整色彩平衡和白點。該項發(fā)明中的系統(tǒng)調(diào)整延遲器而不是偏振器，且全部三原色使用一個共用的延遲器。調(diào)整偏振器需要用機械系統(tǒng)。而調(diào)整延遲器可以用電子方法進行。
申請PHN 17544 EP-P中介紹了一種利用設(shè)置了光源和電-光調(diào)制器的系統(tǒng)將至少一部分圖像調(diào)整為所要求白色的方法，其中來自光源的光線通過電-光調(diào)制器調(diào)制成圖像，該系統(tǒng)包括所述電-光調(diào)制器和協(xié)同工作的光線調(diào)節(jié)裝置，驅(qū)動電光調(diào)制器使至少一部分成為所要求的最大值，該部分被成像在圖像部分上，然后利用所述光線調(diào)節(jié)裝置將圖像中所述部分的顏色調(diào)整到所要求的白色。
一種儀器包括用于各相應(yīng)的液晶顯示板的合作光線調(diào)節(jié)裝置。因此，雙液晶顯示板投影儀中包括兩個光線調(diào)節(jié)板，而三液晶顯示板投影儀中包括三個光線調(diào)節(jié)板。另外還介紹了一個使用許多光線調(diào)節(jié)裝置的實施例，但是光線調(diào)節(jié)裝置的數(shù)目仍對應(yīng)于電-光調(diào)制器的數(shù)目。
在附圖中

圖1是帶有可變延遲器的本發(fā)明色差校正系統(tǒng)的簡化總圖；圖2是用來產(chǎn)生圖3和4中測量數(shù)據(jù)的色差校正系統(tǒng)的示意圖；圖3是在偏振敏感光束分離器和偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之間的四分之一波長和可變延遲器的透光度曲線圖。
圖4是帶有四分之一波長和可變延遲器的彩色鏡鼓投影儀中調(diào)整色域的曲線圖。
如圖2所示，白點色差調(diào)節(jié)中要用到一個電控雙折射元件(或其它電子可變延遲器)和一個固定延遲器?；诳蓮腗eadow Lark公司得到的可變延遲器的實際尺寸，不可能將本系統(tǒng)放置在整個鏡鼓投影儀中。鏡鼓投影儀的部件安裝在一光學(xué)軌道上以進行測試，如圖2所示。
在本系統(tǒng)的說明中，所有圍繞光軸的方位角當從燈10看時如果是順時針方向就是正的。從燈10發(fā)出的光線被反射器11向右反射，光線通過第一積分器板12，接著通過第二積分器板13。從偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14單元中輸出的光線被部分水平偏振化。
四分之一波長片15的快軸設(shè)置為-10度。用于本試驗中的可變延遲器16的延遲性在不施加電壓時為1100納米，而當施加電壓時延遲性減小。在該裝置中方波發(fā)生器17的輸出信號被輸入到可變延遲器16，其結(jié)果在圖3和4中給出，可變延遲器16的軸線設(shè)置為+45度。在可變延遲器16上驅(qū)動電壓不同的情況下，延遲值(即除了四分之一波長以外)、延遲器15角度和可變延遲器16角度的其它組合給出類似的結(jié)果。對于這些結(jié)果，方波發(fā)生器17輸出有效電壓在3.2伏至4.3伏范圍內(nèi)的360赫茲的方波。使用360赫茲是由于可變延遲器驅(qū)動系統(tǒng)的限制。更為常用地，可以使用更高的頻率如1千赫茲。無須將可變延遲器的頻率限制為視頻場頻的倍數(shù)。
光線在通過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14之后，大約有70％被水平偏振化。這相當于對于e-場的方位角為90度，且光線在偏振敏感光束分離器(PBS)18處被p-偏振化。余下的30％光線被垂直偏振化(在偏振敏感光束分離器(PBS)18處被0度或s-偏振化)。在不使用本發(fā)明的正常工作中，該s-偏振光在偏振敏感光束分離器(PBS)處反射而不被系統(tǒng)感覺到。來自偏振敏感光束分離器18的光線進入一個3英寸的積分球19中，用光纖探頭20對3英寸積分球19上的光線取樣并用分光計21測量其波長和顏色。光線的強度用光度探測器23和光度計22來測量。
圖3示出了作為電壓和波長函數(shù)的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)/四分之一波長延遲器/可變延遲器/偏振敏感光束分離器系統(tǒng)的透光度。該測量數(shù)據(jù)被標準化為100％水平，等于偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)/偏振敏感光束分離器系統(tǒng)在路徑中沒有固定或可變延遲器時傳輸?shù)墓饩€。對四分之一波長片和可變延遲器中非偏振光的透光度，該數(shù)據(jù)作了校正。本試驗裝置中的透光度為82.2％(在超高功率燈下測量光度)。通過適當?shù)墓怦詈虾头婪瓷渫繉?，可使生產(chǎn)系統(tǒng)中的透光度＞98％。注意到最高透光度實際上＞100％(106.9％)。不知道這個值是測量中人為造成的還是真實的。由于存在著通常不考慮的s-偏振光，透光度＞100％在物理上是不大可能的，盡管透光度＞100％也不是完全不可能。
注意到在每一電壓值時，都有一個波長使透光度峰值達到最大的可能值。這對于色差校正系統(tǒng)是一個非常好的特征，因為它意味著光線沒有無謂地廢棄掉。隨著電壓變化，最大透光度從低壓時的紅色區(qū)，經(jīng)過中壓時的綠色區(qū)變化到高壓時的藍色區(qū)。
當這些透光度與鏡鼓投影儀的光譜透過率卷積時，產(chǎn)生顏色范圍。該顏色范圍在圖3中示出。該曲線圖是假設(shè)在白色調(diào)整之前將基本白色校正到比6550°K稍綠的顏色而作出的。由于只有一個自由度，所以只可以沿單線調(diào)整顏色。該線大致上對應(yīng)于黑體線。因為所有目標白點都在黑體線上或是靠近黑體線，所以這并不是一個大問題。
雖然圖4中的調(diào)整色域線不與黑體線完全符合，但它足夠靠近黑體線并與之足夠平行，所以能夠產(chǎn)生所要求的白色范圍。
上述固定/可變延遲器系統(tǒng)需要有用于校正操作的部分偏振光。如果使用全偏振光，色差調(diào)整色域線的斜率與黑體曲線的斜率相比會太陡。在帶有偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的系統(tǒng)中，這不成問題，因為在所有現(xiàn)存的系統(tǒng)中偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后面的光線都被部分偏振。在光線完全偏振的系統(tǒng)中，必須設(shè)計出在延遲器和偏振光之間具有不同延遲值和/或角度的固定/可變延遲器系統(tǒng)以產(chǎn)生所要求的校正類型。
在光線不偏振的系統(tǒng)(即不帶偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的系統(tǒng))中，必須將光線部分偏振使固定/可變延遲器色差校正系統(tǒng)可以正確地工作。為了實現(xiàn)這一點，可以在色差校正系統(tǒng)之前的照明路徑中使用一個或多個布魯斯特板。這些布魯斯特板比如可以插在液晶顯示器投影系統(tǒng)的兩個積分器板之間以防止光程延長。
如果需要的話，通過調(diào)整固定延遲器的延遲性和角度以及可變延遲器的角度，可以改變圖4所示調(diào)整色域的斜率使其更加平行于黑體曲線。這應(yīng)該在設(shè)計階段進行，而用戶是不可以調(diào)整的。用戶只能通過調(diào)節(jié)延遲器兩端的電壓來調(diào)整可變延遲器的延遲性。
上述說明書和附圖介紹及示出了調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)尤其是液晶顯示器系統(tǒng)中目標白色的系統(tǒng)和方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)前面所說的全部目的和優(yōu)點。不過，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在研究本說明書中的優(yōu)選實施例之后，可以容易地想出本發(fā)明的許多變化、修改、變型和其它應(yīng)用。所有這些不脫離本發(fā)明精神和范圍的變化、修改、變型和其它應(yīng)用被認為包含在只由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用來調(diào)節(jié)光源(30)顏色的系統(tǒng)，包括以下部件a)第一偏振器(32)，用來使所述光源(30)偏振化；b)固定延遲器(33)，其光軸與所述偏振光成第一角度；c)電子可變延遲器(34)，其光軸與所述偏振光成第二角度；和d)第二偏振器(36)，用來使所述合成光線偏振化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振光是部分偏振的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用來使所述光源(30)偏振化的所述第一偏振器(32)包括偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固定延遲器(33)是四分之一波長延遲器(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可變延遲器(34)可以在700-1100納米的范圍內(nèi)變化。
6.一種顯示系統(tǒng)，包括光源和權(quán)利要求1所述的用來調(diào)節(jié)所述光源顏色的系統(tǒng)。
全文摘要
一種用來調(diào)節(jié)光源(30)顏色的系統(tǒng)，包括第一偏振器(32)，用來使光源(30)偏振化；固定延遲器(33)，其光軸與偏振光成第一角度；電子可變延遲器(34)，其光軸與偏振光成第二角度；和第二偏振器(36)，用來使合成光線偏振化。該光源(30)可以用于需要可調(diào)顏色光線的地方如劇場聚光燈或液晶投影系統(tǒng)(37)。
文檔編號G02F1/1335GK1460386SQ02800879
公開日2003年12月3日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者M·S·布倫內(nèi)肖爾茨 申請人:皇家菲利浦電子有限公司