專利名稱：濾色單元及采用該濾色單元的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾色單元以及采用該濾色單元的投影系統(tǒng)，更具體地，涉及一種能夠防止從白光光源發(fā)出的光分解之后，由于合成過程中的色彩混合而引起的圖像質(zhì)量下降的濾色單元，及采用該濾色單元的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影系統(tǒng)根據(jù)所使用光閥的數(shù)量分類為三片式投影系統(tǒng)(3-panelprojection system)或單片式投影系統(tǒng)。光閥以像素/像素為基礎(chǔ)控制光源(如高功率燈)發(fā)出的光的開關(guān)操作并形成圖像。單片式投影系統(tǒng)具有較三片式投影系統(tǒng)更小的光學(xué)系統(tǒng)，但提供的光效率只及三片式投影系統(tǒng)的1/3，原因是白光分解出來的紅(R)，綠(G)，藍(lán)(B)三色被依次使用。因此，試圖提高單片式投影系統(tǒng)的光效率。
通常，在單片式投影系統(tǒng)中，白光光源輻射出的光被用一濾色元件分成R，G，B三色，這三色被依次送入光閥。光閥根據(jù)所接收色彩的順序進(jìn)行適當(dāng)操作生成圖像。如上所述，單片式光學(xué)系統(tǒng)依次使用色彩，因此光效率減小到三片式光學(xué)系統(tǒng)的1/3。滾動(dòng)法被提出來用于解決這個(gè)問題。在色彩滾動(dòng)法中，白光被分成R，G，B三色，這三色被同時(shí)送到光閥的不同位置。由于直到每個(gè)像素的R，G，B三色都到達(dá)光閥后圖像才能形成，用特定方法以恒定速度移動(dòng)色帶，從而實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)。
在常規(guī)的單片式滾動(dòng)投影系統(tǒng)中，如圖1A所示，光源100發(fā)出的白光通過第一和第二透鏡陣列102和104以及偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)105，被第一到第四分色元件109，112，122和139分為R，G，B光束。具體地，例如紅光R和綠光G被第一分色元件109透射并沿第一光路L1前進(jìn)，而藍(lán)光B則被第一分色元件109反射并沿第二光路L2傳播。第一光路上的紅光R和綠光G被第二分色元件112分離。第二分色元件112沿第一光路L1透射紅光R并沿第三光路L3反射綠光G。
如上所述，光源100發(fā)出的光被分解成紅光R，綠光G和藍(lán)光B，這些光束在通過相應(yīng)的第一到第三棱鏡114，135和142時(shí)滾動(dòng)。第一到第三棱鏡114，135和142分別位于第一到第三光路L1、L2和L3上，并以一致的速度旋轉(zhuǎn)，使得R，G，B三色滾動(dòng)。在第一光路L1中設(shè)置反射鏡133。分別沿第二和第三光路L2和L3傳播的藍(lán)光B和綠光G，被第三分色元件139分別透射和反射后合成。最后，R，G，B光束被第四分色元件122合成。合成的光束被偏振光分光元件127透射，并用光閥130形成圖像。
由于第一到第三棱鏡114，135和142旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的R，G，B色帶的滾動(dòng)如圖1B所示。滾動(dòng)表示與R，G，B三色相應(yīng)的棱鏡同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，形成于光閥130表面上的色帶的運(yùn)動(dòng)。光閥130上的色帶循環(huán)一周時(shí)形成一幀。
光閥130根據(jù)每個(gè)像素的開關(guān)信號(hào)處理圖像信息并形成圖像。所形成的圖像被投影透鏡(未示出)放大并投影到屏幕上。
為生成彩色圖像，該結(jié)構(gòu)的投影系統(tǒng)必須進(jìn)行把光源100發(fā)出的光分解成多束彩色光并將分解出來的光束重新合成的操作。
在該色彩分解和色彩合成過程中，由濾色元件獲得的每種彩色光束的反射光譜隨著彩色光束入射在濾色元件上的角度的變化而朝短波區(qū)域移動(dòng)。因此會(huì)出現(xiàn)色彩混合，從而使得圖像質(zhì)量下降。
光源100發(fā)出的光被偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)105轉(zhuǎn)換成S偏振光。S偏振光由第一、第二、第三和第四分色元件109、112、122和139分解成R、G、B光束。圖2A、2B、2C示出S偏振R、G、B光束的光譜反射率根據(jù)波長的變化。圖2A示出不同角度的R光束的光譜反射率，圖2B示出不同角度的G光束的光譜反射率，圖2C示出不同角度的B光束的光譜反射率。從圖2A到2C中可以看出，隨著光束入射角的變化半功率頻率(half power frequency)向短波區(qū)域移動(dòng)。
圖2A到2C指的是這樣一種情況，即空氣中的光束不通過任何介質(zhì)入射到分色元件上。圖2D則示出了紅光通過介質(zhì)入射到濾色元件上時(shí)，不同角度的紅光光線的光譜反射率的變化。光束通過介質(zhì)入射到濾色元件上時(shí)，半功率頻率隨著入射光束入射角的變化而向短波區(qū)域移動(dòng)的程度要比光束通過空氣入射到濾色元件上時(shí)的移動(dòng)的程度要大。

發(fā)明內(nèi)容
每種彩色光束的光譜帶隨著入射角的變化向短波區(qū)域移動(dòng)時(shí)，干擾光束與有用光束混合，從而使得圖像質(zhì)量下降。
本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思提供一種濾色單元以及采用該濾色單元的投影系統(tǒng)，該濾色單元能夠防止當(dāng)濾色元件分解出來的光束合成而在光閥上形成彩色圖像時(shí)，由于濾色元件之間光譜邊界中發(fā)生的色彩混合而引起的圖像質(zhì)量下降。
本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的其它方面和優(yōu)勢將在以下描述中部分地闡明，并部分地從描述中顯見，或通過對(duì)本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的實(shí)踐而認(rèn)識(shí)到。
本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的前述和/或其它方面和優(yōu)勢通過提供一個(gè)濾色單元實(shí)現(xiàn)，該濾色單元包括第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶(color band)的光束的偏振方向；濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光。彩色光束之間光譜邊界中的色彩混合得到了防止。
濾色單元可進(jìn)一步包括一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其將入射光轉(zhuǎn)換成單偏振光，以及安裝在濾色元件后的一第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換特定彩色光譜帶以外的其它彩色光譜帶中的光束的偏振方向，使得由濾色元件分解出來的彩色光束的偏振方向一致。
濾色元件可能具有對(duì)應(yīng)于不同色彩的不同偏振方向的反射波長區(qū)域。
所述濾色元件包括反射入射光的藍(lán)光并透射其余光束的第一分色元件，反射紅光并透射其余光束的第二分色元件，以及反射綠光并透射其余光束的第三分色元件。
本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的其它方面和/或優(yōu)勢還可通過提供一種投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該投影系統(tǒng)中，濾色單元根據(jù)色彩分解光源發(fā)出的光，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將入射光轉(zhuǎn)換成單偏振光，光閥利用由光源發(fā)出的光所分解成的光束形成彩色圖像。該濾色單元包括第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶中的光束的偏振方向；濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光。防止了彩色光束之間光譜邊界中的色彩混合。
為防止濾色元件所分解的每種彩色光束與干擾彩色光束混合，濾色單元利用了這樣的特性，即光的光譜分布根據(jù)通過濾色元件之后光的偏振方向和色彩而改變。
為利用這一特性，濾色單元包括一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換特定彩色光束的偏振方向，和一濾色元件，其光譜分布對(duì)應(yīng)于具有由色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換特定彩色光束的偏振方向而形成的偏振方向的光。因此，濾色單元把光分解成多束彩色光而避免在光束之間光譜邊界中的色彩混合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的投影系統(tǒng)采用上述濾色單元，因而可以簡單且容易地提高彩色圖像的質(zhì)量和純度。
盡管顯示和描述了本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的若干實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行不背離本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的變型，其范圍在所附權(quán)利要求及其同等物中限定。


通過聯(lián)系附圖對(duì)實(shí)施例的如下描述，本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其它方面和優(yōu)勢將顯見并更易于理解。
圖1A示出常規(guī)的投影系統(tǒng)；圖1B示出R，G，B色帶以解釋投影系統(tǒng)的色彩滾動(dòng)操作；圖2A是示出具有不同入射角的S偏振紅光的光譜反射率與空氣中的入射光波長的關(guān)系曲線圖；圖2B是示出具有不同入射角的S偏振綠光的光譜反射率與空氣中的入射光波長的關(guān)系曲線圖；圖2C是示出具有不同入射角的S偏振藍(lán)光的光譜反射率與空氣中的入射光波長的關(guān)系曲線圖；圖2D是示出具有不同入射角的S偏振紅光的光譜反射率與介質(zhì)中的入射光波長的關(guān)系曲線圖；圖3是根據(jù)本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示范實(shí)施例的濾色單元的示意圖；圖4示出光被圖3中的濾色單元轉(zhuǎn)換的過程；圖5A示出通過圖3的濾色單元中所包括的第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光束的光譜分布；圖5B示出圖3的濾色單元中所包括的分色元件的光譜分布；圖6示出由圖3的濾色單元中所包括的第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件透射的光束的光譜分布；圖7是根據(jù)本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示范實(shí)施例，采用濾色單元的投影系統(tǒng)的示意圖；
圖8A是用于圖7的投影系統(tǒng)中的滾動(dòng)單元的正視圖；圖8B是根據(jù)圖7的示范實(shí)施例的另一滾動(dòng)單元的透視圖；以及圖9A到9C示出圖7的投影系統(tǒng)中利用色彩滾動(dòng)形成彩色圖像的原理。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將詳細(xì)參照本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，附圖中描繪了其實(shí)例，其中相似的參考標(biāo)號(hào)始終指代相似的元件。為解釋本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思下面將參照附圖描述實(shí)施例。
參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的濾色單元包括第一和第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17和25以及濾色元件20。第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17根據(jù)彩色光譜帶改變光源10發(fā)出的光的偏振方向。第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件25將濾色元件20產(chǎn)生的彩色光束轉(zhuǎn)換成各自具有單偏振(singlepolarization)的彩色光束。
光源10發(fā)出白光，由發(fā)光的燈11和反射鏡13組成，反射鏡13反射燈11發(fā)出的光并引導(dǎo)反射光的光路。反射鏡13可以是橢圓鏡，它的第一焦點(diǎn)是燈11的位置而第二焦點(diǎn)是光聚焦的點(diǎn)?？蛇x的，反射鏡13可以是拋物面鏡，用燈11作為焦點(diǎn)并準(zhǔn)直從燈11發(fā)出的光束。圖3中示出的反射鏡13是橢圓鏡。
濾色單元進(jìn)一步包括一個(gè)偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14，將光源10發(fā)出的非偏振白光轉(zhuǎn)換成單偏振光。
第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17可以選擇性地轉(zhuǎn)換預(yù)定波長范圍內(nèi)的光的偏振方向。
通過包括互相平行并與入射光軸傾斜設(shè)置的至少兩個(gè)分色元件，濾色元件20將光源10發(fā)出的光分解成至少兩束彩色光。可選的，所述至少兩個(gè)分色元件可以互相成一角度并與入射光軸傾斜設(shè)置?？蛇x的，濾色元件20可以如現(xiàn)有技術(shù)那樣包括至少兩個(gè)位于不同光路內(nèi)的分色元件。
優(yōu)選的，濾色元件20具有與不同色彩的不同偏振方向相應(yīng)的反射波長區(qū)域。
如圖3所示，濾色元件20包括互相平行設(shè)置的第一、第二、第三分色元件20a，20b，20c。第一分色元件20a反射入射光的第一彩色光束，同時(shí)透射其余光束。第二分色元件20b反射第二彩色光束，同時(shí)透射其余光束。第三分色元件20c反射第三彩色光束，同時(shí)透射其余光束。
將偏振方向被第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17轉(zhuǎn)換的光束反射的分色元件可位于光路上第一、第二、第三分色元件20a，20b，20c隊(duì)列的尾端。
例如，如果第三彩色光束的偏振方向被第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17轉(zhuǎn)換，反射第三彩色光束的第三分色元件20c可位于該隊(duì)列的尾部。
第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件25被用于一致化通過濾色元件20的光束的偏振方向。
現(xiàn)在將詳細(xì)描述濾色單元的操作。參照?qǐng)D4，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14將光源10發(fā)出的非偏振光轉(zhuǎn)換成，例如，S偏振光。例如，非偏振光包括P偏振和S偏振的紅光Rp和Rs，P偏振和S偏振的綠光Gp和Gs，以及P偏振和S偏振的藍(lán)光Bp和Bs。
偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14將非偏振光轉(zhuǎn)換成單偏振光，例如，S偏振光Rs，Gs和Bs。第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17將S偏振綠光Gs轉(zhuǎn)換成P偏振綠光Gp，保持S偏振紅光和藍(lán)光Rs和Bs。因此，S偏振紅光Rs，S偏振藍(lán)光Bs，以及P偏振綠光Gp入射到濾色元件20上。通過第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17的光束的光譜分布如圖5A所示。
第一分色元件20a被設(shè)計(jì)為反射入射光的藍(lán)光，同時(shí)透射其余光束。第二分色元件20b被設(shè)計(jì)為反射紅光，同時(shí)透射其余光束。第三分色元件20c被設(shè)計(jì)為反射綠光，同時(shí)透射其余光束。于是濾色元件20將白光分解成紅光、綠光和藍(lán)光。
圖5B示出第一、第二和第三分色元件20a，20b和20c的光譜分布。該光譜分布具有與圖5A中示出的第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17產(chǎn)生的不同波長范圍內(nèi)的光束的偏振相應(yīng)的光譜反射率。該光譜分布設(shè)計(jì)為，與第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17相比，藍(lán)光和紅光的光譜反射率分別向長波和短波區(qū)域移動(dòng)。
當(dāng)S偏振藍(lán)光Bs被第一分色元件20a反射，藍(lán)光Bs的光譜反射率隨著藍(lán)光束Bs入射角的增加而向短波區(qū)域移動(dòng)。因此，綠光或紅光Gp或Bs不會(huì)與藍(lán)光混合。即使當(dāng)藍(lán)光Bs的光譜反射率隨著藍(lán)光Bs入射角的減小而向長波區(qū)域移動(dòng)，綠光Gp也不會(huì)與藍(lán)光混合，因?yàn)榫G光Gp只有P偏振，所以不會(huì)被第一分色元件20a反射。
當(dāng)S偏振紅光Rs被第二分色元件20b反射，紅光Rs的光譜反射率隨著紅光Rs入射角的增加而向短波區(qū)域移動(dòng)。然而，即使當(dāng)反射紅光的第二分色元件20b光譜反射率向短波區(qū)域移動(dòng)時(shí)，綠光Gp也不會(huì)與紅光Rs混合，因?yàn)橥ㄟ^第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17的綠光Gp只有P偏振，所以不會(huì)被第二分色元件20b反射。當(dāng)然，第二分色元件20b的光譜反射率隨著紅光Rs入射角的減小而向長波區(qū)域移動(dòng)時(shí)，綠光Gp也不會(huì)與紅光Rs混合。
當(dāng)P偏振綠光被第三分色元件20c反射，綠光Gp的光譜反射率隨著綠光束Gp入射角的增加而向短波區(qū)域移動(dòng)。然而藍(lán)光Bs不會(huì)與綠光Gp混合，因?yàn)橥ㄟ^第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17的藍(lán)光Bs只有S偏振。即使綠光Gp的光譜反射率隨著綠光Gp入射角的減小而向長波區(qū)域移動(dòng)，紅光Rs也不會(huì)和綠光Gp混合，因?yàn)橥ㄟ^第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17的紅光Rs也只有S偏振。
在根據(jù)本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例的濾色單元中，通過分色元件的光的光譜分布根據(jù)光的偏振方向和色彩而變化的特性被用于防止濾色元件分解出來的彩色光束與干擾光束混合。
如圖6所示，第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件25將S偏振藍(lán)光和紅光Bs和Rs轉(zhuǎn)換成P偏振藍(lán)光和紅光，于是產(chǎn)生P偏振紅、綠、藍(lán)光束Rp，Gp和Bp。
如上所述，濾色單元將光源發(fā)出的光分解成多束彩色光，并防止光譜色彩邊界中的色彩混合。
參照?qǐng)D7，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的投影系統(tǒng)包括光源10，濾色單元，滾動(dòng)單元30和光閥40。濾色單元將光源10發(fā)出的光分解成彩色光束。滾動(dòng)單元30滾動(dòng)彩色光束。光閥40根據(jù)圖像信號(hào)操作通過濾色單元和滾動(dòng)單元30的彩色光束并形成圖像。
上述濾色單元與圖3中的濾色單元相同。投影系統(tǒng)可應(yīng)用于任何通過調(diào)節(jié)圖3中濾色單元產(chǎn)生的光束的偏振而形成彩色圖像的彩色成像系統(tǒng)。
特別地，圖7中的投影系統(tǒng)利用色彩滾動(dòng)形成彩色圖像。在圖7的投影系統(tǒng)中，濾色單元將光源10發(fā)出的非偏振白光分解成多束彩色光。
濾色單元包括第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17，轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶光束的偏振方向，以及濾色元件20，將通過第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17的光分解成多束彩色光。
例如，濾色元件20可由多個(gè)分色元件構(gòu)成，每個(gè)分色元件反射入射光的一個(gè)特定色彩的光束并透射其余彩色光。圖7中，濾色元件20包括第一、第二、第三分色元件20a，20b和20c。
在光源10和濾色元件20之間的光路上安裝準(zhǔn)直入射光的準(zhǔn)直透鏡54。P表示光源10和焦點(diǎn)(f)之間的距離，焦點(diǎn)為光源10發(fā)出的光聚焦之處。優(yōu)選，但不是必須，在距離焦點(diǎn)(f)為P/5處安裝準(zhǔn)直透鏡54。這樣安裝投影系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)更緊湊。
在光源10和準(zhǔn)直透鏡54之間安裝具有狹縫的空間濾光元件5?？臻g濾光元件5控制光學(xué)系統(tǒng)的集光率，并且優(yōu)選的但不是必須的，安裝在反射鏡13的焦點(diǎn)(f)上。
準(zhǔn)直透鏡54產(chǎn)生的平行光被偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14轉(zhuǎn)換成單偏振光，該單偏振光入射在第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17上。例如，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14將光源10發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成S偏振光，第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17將特定波長的S偏振光，例如S偏振綠光，轉(zhuǎn)換成P偏振綠光，并保持S偏振紅光和藍(lán)光。
P偏振綠光和S偏振紅光和藍(lán)光入射到滾動(dòng)單元30上。
參照?qǐng)D8A，滾動(dòng)單元30是可旋轉(zhuǎn)的，并優(yōu)選包括至少一個(gè)透鏡元30a，其設(shè)置使得透鏡元的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成光線所通過的透鏡元區(qū)域的直線運(yùn)動(dòng)。例如，透鏡元30a螺旋形地設(shè)置于滾動(dòng)單元30上。每個(gè)透鏡元30a將入射光分解成多個(gè)光束。透鏡元30a可以是柱面的。
如圖8A所示，通過將滾動(dòng)單元30的旋轉(zhuǎn)(在J方向)轉(zhuǎn)換成光線所通過的透鏡元陣列區(qū)的直線運(yùn)動(dòng)(在Q方向)而實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)。圖8A的滾動(dòng)單元30是一個(gè)單螺旋透鏡盤。
如圖8B所示，滾動(dòng)單元30可由彼此之間有一預(yù)定距離的第一和第二螺旋透鏡盤26和27，以及插入在第一和第二螺旋透鏡盤26和27之間的玻璃棒或?qū)Ч獍?8構(gòu)成。該玻璃棒或?qū)Ч獍?8控制通過第一螺旋透鏡盤26的光的發(fā)散角。
光閥40根據(jù)圖像信號(hào)操作由滾動(dòng)單元30滾動(dòng)的光并形成彩色圖像。投影透鏡單元45放大光閥40產(chǎn)生的彩色圖像并將放大的圖像投影到屏幕48上。
入射到滾動(dòng)單元30上的光束中所包括的光線根據(jù)光線入射其上的每個(gè)柱面透鏡元30a的不同的位置而以不同角度會(huì)聚。光線被第一、第二或第三分色元件20a、20b或20c反射，使得根據(jù)色彩分解光束。圖7的投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)位于滾動(dòng)單元30和濾色元件20之間的棱鏡56，使得入射光在光路中無變化地傳送到濾色元件20。
第一柱面鏡18設(shè)置于滾動(dòng)單元30之前，并且第二柱面鏡19、第一和第二蠅眼透鏡陣列34和35以及中繼透鏡38依次設(shè)置在濾色元件20和光閥40之間的光路上。第一和第二蠅眼透鏡陣列34和35分別由二維排列的透鏡元34a和34b形成。
第一柱面鏡18減小入射到滾動(dòng)單元30上的光的寬度，從而減少光的損耗。第二柱面鏡19將被第一柱面鏡18變窄的光束加寬到為具有原有的寬度的光束。第二柱面鏡19可選地位于第一和第二蠅眼透鏡陣列34和35之間。
在中繼透鏡38和光閥40之間安裝偏振分光元件39，其根據(jù)入射光束的偏振而反射或透射入射光束。圖7的光閥40是反射式液晶顯示元件。然而光閥40也可以是透射式液晶顯示元件。
在具有上述結(jié)構(gòu)的圖7的投影系統(tǒng)的操作中，首先，光源10發(fā)出的白光通過空間濾光元件5和準(zhǔn)直透鏡54入射到偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)14上并轉(zhuǎn)換成單偏振光。接著，只有某一特定色彩的光束的偏振方向被第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件17改變，所得到的光入射到滾動(dòng)單元30上。在入射到滾動(dòng)單元30上之前，所得到的光的寬度被第一柱面鏡18減小。
入射到滾動(dòng)單元30上的光被每個(gè)透鏡元30a分解成多束光束，這些光束入射到濾色元件20上。這些光束被第一、第二、第三分色元件20a、20b和20c分解成多束彩色光束，例如第一、第二、第三彩色光束。第一、第二、第三彩色光束不會(huì)在彩色光束的邊界發(fā)生色彩混合。
彩色光束的偏振方向被第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件25一致化。被第一柱面鏡18減小寬度的光通過被第二柱面鏡19準(zhǔn)直恢復(fù)為原有寬度。因此，當(dāng)原有寬度的光落在光閥40上時(shí)，光的寬度與光閥40的寬度匹配。
接下來，第二柱面鏡19透射的第一、第二、第三彩色光束聚焦在第一蠅眼透鏡陣列34上，使得在每個(gè)透鏡元34a上形成彩色陣列。在通過第二蠅眼透鏡陣列35和中繼透鏡38后，第一、第二和第三彩色光束入射在光閥40相應(yīng)的色彩區(qū)域。這樣，形成第一、第二和第三色帶。
第一、第二和第三色帶隨滾動(dòng)單元30的旋轉(zhuǎn)而周期性滾動(dòng)，從而形成彩色圖像。第一、第二和第三色帶是R，G，B光束。
參照?qǐng)D9A到9C，隨著滾動(dòng)單元30，R，G，B條以首先是R，G，B的順序，然后是G，B，R的順序，最后是B，R，G的順序滾動(dòng)。這一滾動(dòng)周期性重復(fù)。在圖9A到9C中，滾動(dòng)單元30是單螺旋透鏡盤。為便于解釋，在滾動(dòng)單元30和光閥38之間只示出第一和第二蠅眼透鏡陣列34和35以及中繼透鏡38。
如圖9A所示，R，G，B光束通過滾動(dòng)單元30、第一和第二蠅眼透鏡陣列34和35以及中繼透鏡38，在光閥40上以預(yù)定順序例如R，G，B的順序形成色帶。接著，滾動(dòng)單元30旋轉(zhuǎn)，滾動(dòng)單元30的透鏡表面逐漸向上移動(dòng)，同時(shí)彩色光束L從滾動(dòng)單元30通過。因此，通過滾動(dòng)單元30的彩色光束的焦點(diǎn)隨著滾動(dòng)單元30的移動(dòng)而改變，形成G，B，R順序的色帶，如圖9B所示。然后，滾動(dòng)單元30旋轉(zhuǎn)，入射彩色光束滾動(dòng)，形成B，R，G順序的色帶，如圖9C所示。這樣的滾動(dòng)周期性地重復(fù)。
參照?qǐng)D8A，當(dāng)滾動(dòng)單元在箭頭J所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，入射光L在箭頭Q所示方向直線運(yùn)動(dòng)。換句話說，入射光L以接近或遠(yuǎn)離滾動(dòng)單元30的旋轉(zhuǎn)軸的方向直線運(yùn)動(dòng)。在圖8A中，當(dāng)滾動(dòng)單元在箭頭J所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，入射光L以接近和遠(yuǎn)離滾動(dòng)單元30的旋轉(zhuǎn)軸的方向直線運(yùn)動(dòng)。
在圖7的投影系統(tǒng)中，防止了濾色單元分解的彩色光束在彩色光束的光譜邊界中混合，因此形成于光閥40上的色帶之間的邊緣是清晰的。這樣，提高了色彩純度和圖像的質(zhì)量。
盡管在此作為例子描述了使用色彩滾動(dòng)形成彩色圖像的投影系統(tǒng)，本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思不限于此。本申請(qǐng)的大體發(fā)明構(gòu)思的上述特征適用于使用色彩分解和偏振調(diào)節(jié)而形成彩色圖像的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種濾色單元，包括一第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶中的光束的偏振方向；以及一濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過所述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光，從而防止光束之間光譜邊界中色彩混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾色單元，其中，進(jìn)一步包括一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其將入射光轉(zhuǎn)換成單偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾色單元，其中，進(jìn)一步包括相對(duì)于彩色光束方向在所述濾色元件之后安裝的一第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，該第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換在特定彩色光譜帶以外的彩色光譜帶中的光束的偏振方向，以使一致化所述濾色元件分解出的彩色光束的偏振方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾色單元，其中，所述濾色元件具有對(duì)應(yīng)于不同色彩的不同偏振方向的反射波長區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾色單元，其中，所述濾色元件包括多個(gè)分色元件，所述分色元件將入射光分解成多束彩色光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾色單元，其中，所述濾色元件包括反射入射光的藍(lán)光并透射其余光束的一第一分色元件，反射紅光并透射其余光束的一第二分色元件，以及反射綠光并透射其余光束的一第三分色元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾色單元，其中，所述綠光的偏振方向不同于所述藍(lán)光和紅光的偏振方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾色單元，其中，所述第三分色元件設(shè)置于入射光傳播光路上所述第一、第二和第三分色元件的排列的尾端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾色單元，其中，所述濾色元件包括多個(gè)分色元件；以及一分色元件，其反射由于第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的偏振轉(zhuǎn)換而具有與其它彩色光束的偏振方向不同的偏振方向的彩色光束，并設(shè)置于入射光的傳播光路上多個(gè)分色元件排列的尾端。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾色單元，其中，所述偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)沿光束光路位于第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件之前。
11.一種投影系統(tǒng)，其中，一濾色單元根據(jù)色彩分解光源發(fā)出的光，一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將光轉(zhuǎn)換成單偏振光，一光閥用光源發(fā)出的光所分解出來的光束形成彩色圖像，所述濾色單元包括一第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶中的光束的偏振方向；以及一濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過所述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光，從而防止光束之間光譜邊界中的色彩混合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色單元進(jìn)一步包括一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其將入射光轉(zhuǎn)換為單偏振光。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色單元進(jìn)一步包括在所述濾色元件之后安裝的第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，該第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換在特定彩色光譜帶以外的彩色光譜帶中的光束的偏振方向，使得所述濾色元件分解出來的彩色光束的偏振方向一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件具有對(duì)應(yīng)于不同色彩的不同偏振方向的反射波長區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件包括多個(gè)分色元件，所述分色元件將入射光分解成多束彩色光束。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件包括反射入射光的藍(lán)光并透射其余光束的第一分色元件，反射紅光并透射其余光束的第二分色元件，以及反射綠光并透射其余光束的第三分色元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的投影系統(tǒng)，其中，所述綠光的偏振方向不同于所述藍(lán)光和紅光的偏振方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影系統(tǒng)，其中所述濾色元件包括多個(gè)分色元件；并且反射由所述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的偏振轉(zhuǎn)換而具有與其它彩色光束的偏振方向不同的偏振方向的彩色光束的一分色元件，設(shè)置于入射光傳播光路上所述分色元件排列的尾端。
19.一種投影系統(tǒng)，包括一光源，其具有反射鏡并發(fā)光；一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其將來自發(fā)出的光的入射光分解成單偏振光；一濾色單元，包括一第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光中特定彩色光譜帶中的光束的偏振方向，以及一濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過所述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光，從而防止彩色光束之間光譜邊界中的色彩混合；以及一光閥，利用所述濾色元件分解出來的光束形成彩色圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中，進(jìn)一步包括位于所述光源和所述濾色元件之間光路上的準(zhǔn)直透鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的投影系統(tǒng)，其中，所述準(zhǔn)直透鏡位于與所發(fā)出的光聚焦的焦點(diǎn)相距P/5的位置，其中，P表示所述光源與光源所發(fā)出的光被反射鏡聚焦的焦點(diǎn)之間的距離。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的投影系統(tǒng)，其中，進(jìn)一步包括一具有狹縫的空間濾光元件，其位于所述光源與所述準(zhǔn)直透鏡之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的投影系統(tǒng)，其中，所述空間濾光元件位于所發(fā)出的光的焦點(diǎn)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色單元進(jìn)一步包括在濾色元件之后安裝的第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，所述第二色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換在特定彩色光譜帶以外的彩色光譜帶中的光束的偏振方向，使得所述濾色元件分解出來的彩色光束的偏振方向一致。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件具有與不同色彩的不同偏振方向?qū)?yīng)的反射波長區(qū)域。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件包括多個(gè)分色元件，所述分色元件將入射光分解成多個(gè)彩色光束。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的投影系統(tǒng)，其中，所述濾色元件包括反射入射光的藍(lán)光并透射其余光束的第一分色元件，反射紅光并透射其余光束的第二分色元件，以及反射綠光并透射其余光束的第三分色元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的投影系統(tǒng)，其中，所述綠光的偏振方向不同于所述藍(lán)光和紅光的偏振方向。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中所述濾色元件包括多個(gè)分色元件；以及反射由于所述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的偏振轉(zhuǎn)換而具有與其它彩色光束的偏振方向不同的偏振方向的彩色光束的一分色元件，位于在入射光傳播光路上所述分色元件的排列的尾端。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的投影系統(tǒng)，其中，進(jìn)一步包括位于所述濾色元件之前的一滾動(dòng)單元，其滾動(dòng)彩色光束。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的投影系統(tǒng)，其中，所述滾動(dòng)單元由互相之間以一預(yù)定距離設(shè)置的第一和第二螺旋盤，以及插在所述第一和第二螺旋盤之間的玻璃棒或?qū)Ч獍鍢?gòu)成。
全文摘要
一種濾色單元及采用該濾色單元的投影系統(tǒng)。該濾色單元包括一第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件，其轉(zhuǎn)換入射光的特定彩色光譜帶中的光束的偏振方向；和一濾色元件，其根據(jù)色彩分解通過上述第一色彩選擇偏振轉(zhuǎn)換元件的光，從而防止光束之間光譜邊界中的色彩混合。由于防止了由光源發(fā)出的光所分解出來的光束合成時(shí)的色彩混合，提高圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1735833SQ200480001948
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者金成河, 金東河, 河昊振 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社