專利名稱：選色光調(diào)制器的制作方法
相關(guān)申請1995年5月23日提交的美國專利申請08/447,522號和1996年5月14日提交的美國專利申請08/645,580號；它們的全部內(nèi)容在此引用作為參考。
其他相關(guān)申請由發(fā)明人Gary D.Sharp與Kristina M.Johnson于1997年5月9日提交的“Color Selective Light Modulators(選色光調(diào)制器)”；由發(fā)明人Gary D.Sharp與Kristina M.Johnson于1997年5月9日提交的“Optical Retarder Stack(光學(xué)延相片堆)”；由發(fā)明人Gary D.Sharp與Kristina M.Johnson于1997年5月提交的“A PolarizationManipulating Device(一種偏振處理器件)”；以及由發(fā)明人Gary D.Sharp與Kristina M.Johnson于1997年5月9日提交的“A RetarderStack for Preconditioning light for Modulation(一種用于對光進行調(diào)制預(yù)處理的延相片堆)”；它們的全部內(nèi)容均在此引用作為參考。
本發(fā)明的背景1、本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及選色偏振調(diào)制、它在具有減色系統(tǒng)的濾色器中的應(yīng)用，以及諸如利用濾色器的攝像機和顯示器這樣的裝置。
2、有關(guān)技術(shù)的背景一般，彩色顯示利用加原色紅、綠、藍的空間或時間混合實現(xiàn)。在空間混合顯示中，每個顏色像素被分成三個亞像素，每個亞像素對應(yīng)一個原色。理想的情況是，與距眼睛的觀察距離相比，這些像素小到使顏色在空間上能融合成一個全色圖像。把每個像素分解成三個亞像素的結(jié)果是使顯示的分辨率至少要降低為1/3。在時間混合中，在三種原色之間依次地切換顏色，如果切換頻率足夠快，則眼睛將在時間上融合三個圖像，形成一個全色圖像。在這兩種情形中，濾色器典型地與一個二值顯示器或者一個能產(chǎn)生某一灰度的顯示器串接在一起，其中所產(chǎn)生的灰度與濾色器在空間上是對準的、在時間上是同步的，從而能調(diào)制每種顏色的強度。在空間混合情形中，為了顯示出白色，所有三個亞像素將同時透過一種原色；在時間混合中，三種原色是依次地透過的。不論哪一種情形，能顯示出來的最多只能是輸入光強的三分之一。
在減色顯示器中，顏色是通過把三個單色顯示器堆積在一起來產(chǎn)生的(例如見Plummer的美國專利4,416,514號和Conner等人的美國專利5,124,818號)。在各個顯示面板之間放置偏振元件，使得在理想情況下各個面板能獨立地控制一個加原色的透射率。減色顯示器的優(yōu)點是，每個像素都是一個三色像素，所以這種顯示器在原理上不會有與空間或時間混合相關(guān)連的光能量損失。然而，以往的實施通常不能完全獨立地調(diào)制每種顏色。此外，以往人們把多向色性染料偏振器用作各顯示面板之間的唯一的選色偏振元件。由于多向色性染料偏振器的不良性能，這包括不良的色對比、大的插入損耗和緩慢的過濾斜率，以往沒有能實現(xiàn)減色顯示器的優(yōu)點。
本說明書在適當?shù)牡胤綄⒁们笆龈鲄⒖假Y料，以給出關(guān)于附加的或另外的細節(jié)、特性和/或技術(shù)背景的相應(yīng)教導(dǎo)。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種選色偏振調(diào)制器和一種高亮度濾色器或顯示系統(tǒng)。顏色分離用接近無損耗的延相器薄膜完成，它能提供透光與消光之間的高色對比，同時有陡峭的過渡斜率。第一個濾色級都是一個選色光閥，它能改變一個顏色的透過率(或反射率)而不會改變補色的。一個濾色級能在透過白色(或黑色)與透過一個經(jīng)濾色的光譜之間切換?？梢源B地使用兩個或多個級，每一級獨立地控制對一個原色的透射率。在一個優(yōu)選實施例中，每一級都能對每一像素處的原色進行模擬式的強度控制，從而不再需要一個外部的劃分成像素的灰度顯示器。一個優(yōu)選實施例去除了各級之間的偏振器，從而僅用一個輸入偏振器件和一個輸出偏振器件就提供了全色顯示。選色偏振調(diào)制器例如可以是一個具有一個調(diào)制偏振態(tài)和一個各向同性偏振態(tài)的電光調(diào)制器或磁光調(diào)制器和一個含有一個或多個延相片的延相片堆。調(diào)制偏振態(tài)是這樣一種輸入偏振態(tài)，對于此種偏振透射偏振態(tài)與施加給調(diào)制器的電壓有關(guān)。各向同性偏振態(tài)是這樣一種輸入偏振態(tài)，對于此種偏振透射偏振態(tài)基本上與施加給調(diào)制器的電壓無關(guān)。延相片堆對光進行色度預(yù)處理，使其第一光譜位于調(diào)制器的調(diào)制態(tài)，而其第二光譜(互補光譜)位于各向同性態(tài)。由此，調(diào)制器將調(diào)制第一光譜的偏振態(tài)，但卻基本上不調(diào)制互補光譜的偏振態(tài)。在一個優(yōu)選實施例中，這些光譜是加原色光譜和減原色光譜。
濾色器是通過把選色偏振調(diào)制器與一個檢偏器相結(jié)合來構(gòu)成的。檢偏器可以是一個與一個中性偏振器相結(jié)合的第二延相片堆，或者可以是一個選色偏振器，例如線偏振或圓偏振濾色器，具體例子分別如多向色性染料偏振器和膽甾液晶與膽甾液晶聚合物。
對于檢偏器為第二延相片堆與中性偏振器的組合的情形，第二延相堆是第一延相片堆的反轉(zhuǎn)，即兩者含有相同的延相片系列，只是系列的次序相反。第二延相片堆的方位取向也相對于第一延相片堆的取向有所轉(zhuǎn)動。其結(jié)果是，當調(diào)制器處于一種切換狀態(tài)時，第二延相片對與第一延相片堆的方位取向正交，抵消了第一延相片堆所造成的偏振態(tài)變換，從而當輸入和輸出偏振器件的方位取向平行時，將透射白光。對于兩偏振器件的取向正交的情形，則透射率為零(透射黑光)。當調(diào)制器處于第二種切換狀態(tài)時，兩個延相片堆可以看成是一個單元，其中第二延相片堆將完成第一延相片堆所開始的變換，從而使第一和第二光譜的偏振態(tài)正交。在此狀態(tài)下該濾色器將透過一個經(jīng)濾色的光譜。
在這種雙堆濾色器中，兩偏振器和兩延相片堆可以取向得使濾色器或者是正常白的，即如同不存在調(diào)制器一樣得到白光，或者是正常濾色的。在前一情形中，調(diào)制器的作用是產(chǎn)生一個經(jīng)濾色的輸出，而在后一情形中，則利用調(diào)制器來產(chǎn)生白狀態(tài)。不論那種情形，施加在調(diào)制器上的電壓都將控制組合堆的“存在程度”，即兩個延相片堆的“協(xié)作”程度而不是“抵消”程度。如果調(diào)制器可以進行模擬式調(diào)制，則組合堆的壓控存在程序也將是模擬式的。電壓的模擬式控制將造成濾色光譜的可變透過率。
每個延相片堆都含有一個或多個延相片。為了讓兩個延相片堆在一種切換狀態(tài)下能互相抵消，則當?shù)谝谎酉嗥丫哂笑?、Γ2、…ΓN的相延量和α1、α2、…αN的方位角時，第二延相片堆應(yīng)有ΓN、…Γ2、Γ1的相延量和90°±αN、…90°±α2、90°±α1的方位角。當兩偏振器平行時，若第二延相片堆的方位角為90°+αN，則濾色器將是正常白的；而若第二延相片堆的方位角為90°-αN，則濾色器將是正常濾色的。
可以這樣設(shè)計適當?shù)碾p堆選擇延相片的數(shù)目N，在ΓN和αN范圍內(nèi)等差地給各延相片指定Γ和α值，按上述延相片方位取向規(guī)則確定第二延相片堆，計算濾色光譜的透過率，并選擇產(chǎn)生所需光譜的濾色器設(shè)計，其中所需光譜典型地是加或減原色光譜。或者也可使用某些類型的濾色器設(shè)計，結(jié)果得到白/濾色結(jié)構(gòu)。特別地，可以像采用分離元件濾色器那樣采用扇形和摺迭式索爾克(Solc)濾色器來滿足取向要求。
除了延相片堆之外，還可以在輸入與輸出偏振器之間設(shè)置另外的偏振態(tài)轉(zhuǎn)換元件，以解決例如偏振器與調(diào)制器類型之間的兼容問題。對于偏振光源，不需要輸入偏振器。在不含內(nèi)部偏振器的實施例中，各濾色器可以工作在分開的偏振態(tài)結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)含有關(guān)于輸入和輸出偏振器的偏振分束/合束器。濾色器也可采用反射工作模式設(shè)計。
利用與其他主動或被動式濾色器相結(jié)合的本發(fā)明濾色器可以做成混合濾色器。本發(fā)明的濾色器可以與諸如基于延相片的陷波濾色器或二向色性濾色器相結(jié)合，以阻斷紫外、紅外或其他光波段。本發(fā)明濾色器可以與其他主動濾色器結(jié)合使用，例如偏振干涉濾色器和切換式偏振濾色器。
本發(fā)明的光譜濾色器特別適合用作為可見光譜中的濾色器。它們也可以制作得能應(yīng)用于分光術(shù)的其他波長段、分光夜視濾波、或波分復(fù)用。本發(fā)明的濾色器可以有許多應(yīng)用，特別是彩色圖像記錄和顯示領(lǐng)域中的應(yīng)用。它們可以被排列成一個多像素陣列，可以進行空間或時間混合，還可以用光學(xué)方法尋址。
本發(fā)明的各種其他優(yōu)點、目的和特點一部分將在下面的說明中指出，一部分將會被本領(lǐng)域一般技術(shù)人員通過審閱下述的說明而明顯看到，或者通過對本發(fā)明的實踐而學(xué)到。如在所附權(quán)利要求中特別指出的，本發(fā)明的各個目的和優(yōu)點是可以實現(xiàn)和獲得的。
附圖的簡單說明本發(fā)明將參考下列各附圖來詳細說明，在各附圖中相同的代號代表相同的元件，其中

圖1示出一種利用一個與一個檢偏器相結(jié)合的選色偏振調(diào)制器的濾色器。
偏振器40可以是一個全息偏振器，它是一個能“看到”某一偏振態(tài)但不能“看到”另一偏振態(tài)的全息圖。全息偏振器對第一偏振態(tài)的光產(chǎn)生衍射，但不對另一偏振態(tài)的光產(chǎn)生衍射。偏振器40也可以是一個EM Industries Transmax(公司及商標名)偏振器。
圖2包括圖2a和2b，示出一個濾色器，其中的檢偏器是一個與一個中性偏振器相結(jié)合的延相片堆，(a)在調(diào)制器的第一切換態(tài)下它透過白光，(b)在第二切換態(tài)下它透過濾色光譜。
圖3包括圖3a和3b，示出一個濾色器，其中的檢偏器是一個有色線偏振濾色器，(a)在調(diào)制器的第一切換態(tài)下它透過白光，(b)在第二切換態(tài)下它透過黃光。
圖4包括圖4a和4b，示出一個濾色器，其中檢偏器是一個膽甾液晶器件，9a)在調(diào)制器的第一切換態(tài)下它透過白光，(b)在第二切換態(tài)下它透過黃光。
圖5是圖2濾色器的正常白實施例。
圖6是圖2濾色器的正常濾色實施例。
圖7包括圖7a至7d，示出(a)總共含有2個延相片的濾色器和(b-d)總共含有4個延相片的濾色器。
圖8示出一個G/W(綠/白)濾色器的測量透過率。
圖9示出一個W/C(白/青)濾色器的測量透過率。
圖10示出一個W/M(白/品紅)濾色器的測量透過率。
圖11示出一個W/Y(白/黃)濾色器的測量透過率。
圖12示出當方位角為0°時圖10W/M濾色器的測量透過率隨入射角的變化。
圖13示出當方位角為90°時圖10W/M濾色器的測量透過率隨入射角的變化。
圖14示出圖10W/M濾色器的測量透過率隨施加給LCD(液晶器件)的均方要電壓的變化。
圖15示出對W/C濾波器級的連續(xù)調(diào)制。
圖16示出對W/M濾波器級的連續(xù)調(diào)制。
圖17示出對W/Y濾波器級的連續(xù)調(diào)制。
圖18示出M/W濾色器級的兩個極端切換態(tài)。
圖19示出一個在各級之間帶有偏振器的多級濾色器。
圖20示出一個包含B(藍)、G(綠)和R(紅)調(diào)制級但不含內(nèi)部偏振器的濾色器。
圖21示出一種特定的三級濾色器設(shè)計。
圖22包括圖22a-22c，其中(a)是圖21濾色器的R(紅)輸出，(b)和(c)分別是圖21濾色器的G(綠)和B(藍)輸出。
圖23包括圖23a-23c，其中(a)是圖21濾色器的C(青)輸出，(b)和(c)分別是圖21濾色器的Y(黃)和M(品紅)輸出。
圖24示出圖21濾色器的白、黑、和灰度輸出。
圖25包括圖25a-25c，示出(a)一個三級濾色器的紅、綠、藍透射光譜，(b)級間含偏振器時的暗狀態(tài)，(c)無內(nèi)部偏振器時的暗狀態(tài)。
圖26是一個與偏振態(tài)無關(guān)的多級濾色器。
圖27是一個有內(nèi)含偏振器堆的濾色器。
圖28是一個采用膽甾液晶器件作為檢偏器的三級濾色器。
圖29示出一個延相片堆，其中含有分別具有第一和第二方位角及第一和第二相延量的第一和第二延相片。
圖30包括圖30a和30b，分別示出當部分偏振光輸入到相當于圖29延相片堆的堆上時的兩個一般例子。
圖31包括圖31a和31b，示出兩個帶有額外偏振器的延相片堆。
圖32包括圖32a和32b，示出用來處理部分偏振光和輸出得到的調(diào)制器輸出光的器件。
圖33a示出一種用來處理至少為部分偏振的光的器件，圖33b與圖33a相對應(yīng)，只是其中的部分偏振光是橢圓偏振的。
圖34是以往技術(shù)的減色濾色器。
圖35包括圖35a和35b，示出一個帶有扭曲向列電光調(diào)制器的濾色器。
圖36是一個利用圖35濾色器的三級濾色器。
圖37示出一個共線濾色器，其中用第一級使兩個原色時間混合，而第二級則專用于第三個原色。
圖38示出一個被動預(yù)濾波器件的例子，其中各個方框代表延相片，其方位角示于各方框的底部。
圖39示出當可見光入射到該濾色器上時的透過率。
圖40示出一個直視顯示器，其中利用了例如圖1所示的上述選色偏振調(diào)制器。
圖41示出一個頭盔顯示系統(tǒng)，其中使用了例如圖1所示的上述選色偏振調(diào)制器。
圖42示出一個雙光閥系統(tǒng)，其中使用了例如圖1所示的上述選色偏振調(diào)制器。
圖43是根據(jù)本發(fā)明的一種雙色快門顯示系統(tǒng)的原理圖。
圖44說明快門系統(tǒng)在投影儀中的使用。
優(yōu)選實施例的詳細說明圖1示出本發(fā)明的選色偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器60由調(diào)制器10與延相片堆20的組合構(gòu)成。該偏振調(diào)制器采用偏振的輸入光，在此情形中偏振態(tài)PO由偏振器40提供。該偏振調(diào)制器可以與檢偏器70相組合而形成一個濾色器。
如圖1所示，入射白光可以看成是具有光譜F的光和具有互補光譜F的光的組合。延相片堆20反光譜F的光的偏振態(tài)轉(zhuǎn)換成調(diào)制器10的調(diào)制偏振態(tài)PM，同時把光譜F的光轉(zhuǎn)換成各向同性偏振態(tài)PI。對于其中一種光譜這種轉(zhuǎn)換是一種等同轉(zhuǎn)換，即可以不改變偏振態(tài)。對于調(diào)制器10所透過的偏振態(tài)PI的光，其偏振態(tài)不隨施加的電壓而改變。偏振態(tài)PM的光的偏振態(tài)按所施加的電壓被調(diào)制成偏振態(tài)PM’。這樣，輸入光中一部分的偏振態(tài)被調(diào)制，而其余部分則不被調(diào)制。
調(diào)制器是一種能按施加的電壓來控制透過光的偏振態(tài)的器件。調(diào)制器同時具有一個調(diào)制偏振態(tài)和一個各向同性偏振態(tài)，也即存在一種其透過偏振態(tài)取決于施加給調(diào)制器的電壓的輸入光偏振態(tài)和一種其透過偏振態(tài)基本上與施加給調(diào)制器的電壓無關(guān)的輸入光偏振態(tài)。典型地，對于各向同性態(tài)偏振態(tài)是不變的，但在某些系統(tǒng)中偏振態(tài)可能會發(fā)生與電壓有關(guān)的變換，例如使線偏光旋轉(zhuǎn)90°或者使圓偏光的旋向反轉(zhuǎn)。這里偏振和偏振態(tài)兩個術(shù)語可以互換使用。
一類合適的調(diào)制器是具有固定方位角和可壓控的相延量的電光可變延相片。兩個各向同性偏振態(tài)分別是平行和垂直于光軸平面的。在此情形中它們都是延相片的本征模式或?qū)こ９獠ê彤惓９獠?。在尋常和異常偏振之間有一個受電壓控制的相移。在兩種各向同性態(tài)下這都不會影響透過光的偏振。不過當輸入光在兩個各向同性態(tài)上都有投影時透過光的偏振將被改變。優(yōu)選的調(diào)制態(tài)是沿兩個各向同性態(tài)的角平分線方向的線偏振。由于這時在兩個各向同性態(tài)上的投影有相同的振幅，對這種線偏振有最大的調(diào)制度。包括LiNbO3(鈮酸鋰)、石英和例如零扭曲向列液晶，即均勻?qū)孰娍仉p折射(ECB)液晶、均勻?qū)使饪仉p折射(OCB)液晶、混合對準向列(HAN)液晶、π盒/表面模式向到液晶等的各種液晶在內(nèi)的這組電光調(diào)制器是電光調(diào)制器的優(yōu)選實施例之一。
旋光器件是另一組合適的電光調(diào)制器。旋光器件是偏振旋轉(zhuǎn)器，其旋轉(zhuǎn)與入射光的偏振方位無關(guān)。這里的兩個各向同性態(tài)是左旋和右旋圓偏振。調(diào)制器實現(xiàn)對圓偏振的壓控相移，但不影響圓偏振的狀態(tài)。不過，對于線偏振態(tài)，它能分解成兩個等振幅的圓偏振，透過光將是線偏振的，但其方位將由兩個圓偏振之間的相移確定。所以旋光調(diào)制器對線偏振起著偏振旋轉(zhuǎn)器的作用，而調(diào)制偏振態(tài)則是任何的線偏振態(tài)。
有手性近晶型液晶(CSLC)延相片使偏振相對一個軸反射而不是使偏振旋轉(zhuǎn)，但它們的各向同性和調(diào)制偏振態(tài)與旋光器件相似。與零扭曲向列液晶相反，CSLC是可旋轉(zhuǎn)延相片，它具有固定的相延量和由施加電壓確定的光軸方位。對于半波長延相片，CSLC有圓偏振的各向同性態(tài)和線偏振的調(diào)制態(tài)。CSLC光軸的可壓控方位角確定了透過線偏光的方位。
還存在具有居間的調(diào)制態(tài)和各向同性態(tài)的電光調(diào)制器，例如扭曲向列液晶器件。已經(jīng)證實扭曲向列器件是一種橢圓偏振延相片，具有橢圓偏振的本征態(tài)。與線偏振延相片相似，其相移基本上取決于偏振態(tài)的一種特定的螺旋性(J.L.Pezzaniti和R.A.Chipman,“Phase-onlymodulation Of a twisted nematic ligquid-crystal TV by use Of theeigenpolarization states(利用本征偏振態(tài)的扭曲向列液晶電視的僅相位調(diào)制)”O(jiān)pt.Lett(光學(xué)快報)，18,1567-1569,1993)。
適用于電光調(diào)制器的向列液晶盒包括扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、電控雙折射、混合場效應(yīng)、π盒和表面模式，零扭曲模式和混合對準向列等液晶延相片。合適的近晶型液晶盒包括有手性近晶型、鐵電、SmC*相、表面穩(wěn)定SmC*相、體積穩(wěn)定SmC*相、二值SmC*相、模擬式SmC*相、SmA*相、電傾斜(electroclinic)、畸變螺旋鐵電、反鐵電、柔性電(flexoelectric)、和無手性鐵電等液晶延相片。如果在器件的一個基底上采用橫向電極而不是在器件的相對基底上淀積透明電極，則向列液晶可作為具有固定相延量的旋轉(zhuǎn)延相片工作，近晶型液晶可作為具有固定方位角的可變延相片工作。
電光調(diào)制器中也可以采用由主動液晶延相片與一個或多個被動延相片組合而成的復(fù)合延相片，特別有用的是如美國專利申請08/419,593號中所說明的消色差復(fù)合延相片和如美國專利申請08/549,963號中所說明的消色差偏振旋光器，這兩個申請的全部內(nèi)容均在此引用作為參考。該消色差復(fù)合延相片包括一個與一些被動延相片相連接的液晶可旋轉(zhuǎn)半波長延相片，其中被動延相片的方位角和相延量使得該復(fù)合延相器是消色差的。該消色差偏振旋光器包括一個與一個被動半波長延相片相結(jié)合的液晶可旋轉(zhuǎn)半波長延相片。
為了延相片堆與電光調(diào)制器之間的兼容性，可以在電光調(diào)制器中包含一些被動延相片。例如，如果延相片堆要產(chǎn)生兩個分開45°的線偏振光，則它們分別應(yīng)是一個具有固定方位角的可變延相片的調(diào)制偏振態(tài)和各向同性偏振態(tài)。一個其方位平行于其中一個線偏振的被動四分之一波長延相片將把這兩個線偏振轉(zhuǎn)換成一個線偏振和一個圓偏振，這后兩個偏振態(tài)是具有固定相延量的可旋轉(zhuǎn)相延片的調(diào)制和各向同性偏振態(tài)。因此，如果電光調(diào)制器在一個CSLC的兩端包含一個被動四分之一波長片，就可以用按可變延相片設(shè)計的延相片堆替代可旋轉(zhuǎn)延相片。
延相片堆20含有一個或多個被動延相片。若有N個延相片，它們的方位角從α1到αN，它們的相延量從Γ1到ΓN。延相片堆中可以采用任何種類的延相材料。用作延相片的材料最好有下述特性高光學(xué)透明度、均勻的相延量、相延范圍能滿足設(shè)計要求(這取決于感生雙折射大小的范圍和實際的厚度范圍)、好的耐環(huán)境性能、以及在許多情形中的大面積和低成本。
延相片堆例如可以用下列材料構(gòu)成成形的雙折射器件層、液晶聚合物薄膜、拉伸的聚合物延相薄片、或者晶體延相片?？梢岳枚喾N具有獨特雙折射色散特性的材料得到具有任意相延量(對應(yīng)于光程延遲量0至2000nm)的拉伸聚合物薄膜。可以以低價購得大面積的薄片，以做成大通光孔徑的濾色器。z-拉伸聚合物薄膜(NittoNRZ)的特性使得可以在大視角下有小的相延量變化。還有一些其他聚合物材料可以用來制作濾色器，其中包括(但不局限于)聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚酯薄膜、聚丙烯、聚苯乙烯、三醋酸酯(三醋酸異丁脂)和有機玻璃(PMMA)。
液晶聚合物薄膜，尤其是可紫外交聯(lián)的聚合物向列液晶線偏振延相片，特別適合用來制作延相片堆。由于該材料可以有非常高的雙折射率，所以它的一個有吸引力的特性是能夠制作出薄的高級次延相片。這使得能低成本地在單塊基底上制作出多層延相片堆。液晶聚合物特別適合于制作含有兩個或多個延相片的延相片堆。為了制作液晶聚合物層，首先在基底上淀積一個對準層，然后用偏振光進行光聚合。該偏振光的方位決定了對準層及其后淀積的液晶聚合物層的方位角。由于用于光聚合的光的偏振態(tài)是容易控制的，所以可以通過控制延相片堆中每個延相片的方位角來制作液晶聚合物延相片堆。這對于有傾斜的相對方位的情況，即非0°或90°的相對方位角情況，是特別有優(yōu)點的，因為在這種情況中延相片的對準比較困難。
像石英、云母和方解石這些普通晶體延相片材料比聚合物薄膜容易實現(xiàn)較高的分辨率，所以它們適合于要求較高分辨率的應(yīng)用。它們也適合于要求小波前失真和/或處理高功率的應(yīng)用。但它們比聚合物延相片昂貴，并且特別在要求小相延量時難以做到大面積。
利用邦加(Poincare)球分析方法，對具有各向同性0°或90°線偏振態(tài)和調(diào)制±45°線偏振態(tài)(例如零掃描向列(2TN)液晶)的調(diào)制器情況，計算了各延相片的適當方位角。如果所有延相片都有同樣的相延量，則它們的方位角應(yīng)滿足下述關(guān)系αN-αN-1-…α2-α1=π/8+πm/4(1)其中m是一個整數(shù)。例如，如果只有一個延相片，則其方位角可以是π/8、3π/8、5π/8、…(對應(yīng)于m=0、1、2、…)。若有兩個延相片，則選定了α1之后就可以確定α2。例如，若α1=π/16，則由等式(1)給出α2=3π/16+πm/4，當m=0時為3π/16。對于多于2個延相片的情況也可以類似地確定各個方位角。邦加球分析也可以用來對其他各向同性和調(diào)制偏振態(tài)情況計算延相片方位角。
偏振調(diào)制器60與檢偏器70的結(jié)合將生成一個濾色器，它能對第一光譜進行強度調(diào)制，得到圖1中由％F表示的輸出，但對光譜F有恒定的輸出。隨著檢偏器的不同，F(xiàn)輸出將固定在0至100％之間的某一值上。檢偏器可以是一個第二延相片堆與一個偏振器的組合。當檢偏器對光譜F為各向同性時可以不需要第二延相片堆。所以可以把有色線偏振或圓偏振濾色器用作檢偏器。
圖2示出一個濾色器，其中的檢偏器含有第二延相片堆。該濾色器是通過把調(diào)制器10放置在第一延相片堆20與第二延相片堆30之間構(gòu)成的。該調(diào)制器將改變第二延相片堆的表觀方位，使得在調(diào)制器的一個切換態(tài)下兩個延相片堆將協(xié)同過濾輸入光的光譜，而在另一個切換態(tài)下兩個延相片堆的作用將基本抵消，結(jié)果得到不濾色的或白的輸出光譜(圖2a)。
該濾色器還含有可以是中性偏振器的輸入偏振器40和檢偏器50。方位角是相對于輸入光的偏振方向定義的，在此情形中由偏振器40定義。如果光源發(fā)出的就是偏振光，則不再需要輸入偏振器。該濾色器可以與一個能用作檢偏器的獨立偏振器件相耦合。在本實施例中，濾色器使用了線偏器。一般來說它們可以是線、圓或橢圓偏振器。合適的偏振器有吸收、二向色性、基于染料的、非吸收型的、偏振介電膜、偏振分束器、方解石、石英、散射、棱鏡、膽甾液晶和堆式膽甾液晶等偏振器。該偏振器可以含有附加的偏振預(yù)處理元件，例如四分之一波長延相片，用來使偏振態(tài)在線偏振和圓偏振之間轉(zhuǎn)換。
所示的濾色器使用了零扭曲向列調(diào)制器，它可以在(a)半波長相延量和(b)零相延量之間切換。延相片堆由方框表示，其內(nèi)的上方標出了相延量，下方以度為單位標出了相對于輸入偏振的方位角。延相片堆在設(shè)計波長處有規(guī)定的相延量，該波長典型地位在濾色器的工作范圍內(nèi)，且可被調(diào)整得能優(yōu)化濾色片的性能。這里所給出的所有方位角都是近似的，可以改變?nèi)舾啥葋碚{(diào)整濾色器的輸出。
在圖2的濾色器中，調(diào)制器10是一個電光零扭曲向列液晶，其方位角為0°，其相延量在不施加電場(“off(斷)”)時的λ/2與施加滿電場(“on(通)”)時的理想零之間變化。對于這種調(diào)制器，各向同性態(tài)是0°或90°的線偏振，調(diào)制態(tài)是±45°的線偏振。在本實施例中調(diào)制器是一個液晶顯示器件(LCD)，其中LCD一詞用來指任何含有一個或多個像素的液晶盒的液晶器件。典型地，LCD是一個多液晶盒像素陣列，其中每個像素都可以獨立地受到控制。濾色器可以用一個多像素LCD或一個不劃分像素的電光調(diào)制器實現(xiàn)。圖2中示出的是LCD的一個像素的相延量。
在所示的實施例中，入射到偏振器20上的是白光。對于設(shè)計得工作于可見光譜外部的濾色器，“白”光是指光的所有輸入波長，例如在紅外波分復(fù)用應(yīng)用中，它將是所有紅外頻道的波長。這個白光可以看成是由第一光譜F和互補的第二光譜F組成的。
延相片堆20中的延相片所具有的相延量和方位角使得光譜F以45°的調(diào)制線偏振態(tài)輸出或透射。光譜F以0°的各向同性線偏態(tài)輸出或透射。在第一切換態(tài)(圖2a)下，調(diào)制器理想地具有λ/2的相延量，于是處于調(diào)制態(tài)的光譜偏振態(tài)將被轉(zhuǎn)換成-45°。各向同性態(tài)不被改變。在第二切換態(tài)(圖2b)下，調(diào)制器具有零相延量，于是不論是調(diào)制態(tài)還是各向同性態(tài)，從調(diào)制器輸出的光偏振都不會改變。
第二延相片堆30設(shè)置在調(diào)制器后面。當調(diào)制器處于第一切換態(tài)時，第二延相片堆將抵消第一延相片堆的變換，于是透過的F和F都是0°線偏振的。偏振器50將透過這兩個光譜，于是濾色器的輸出是白光。在第二切換態(tài)下，第二延相片堆將完成變換，使F和F的偏振正交。偏振器50將擋住光譜為F的光，同時輸出具有光譜F的濾色光。如果偏振器50的方位角為90°，則濾色器將在暗輸出與F光譜之間，也即白光與F的互補光之間，切換。由于在第二態(tài)下的輸出是經(jīng)濾色的，這時“看”不到調(diào)制器的作用，所以稱此時的濾色器是正常濾色(NF)的。一個在除去了LCD時能透過(或阻擋)全部光譜的濾色器被稱為是正常白(NW)的。一般，在命名一個原色/白或白/原色濾色器時首先列出的是正常態(tài)，但“白/原色”一詞也用來廣義地同時指兩者。
在一個優(yōu)選實施例中，濾色器是一個有色濾光器，并且光譜F和F分別對應(yīng)一個加原色(紅、綠或藍)和一個互補的減原色(青、品紅或黃)。F或F光譜都可以是加原色。因此在可見光區(qū)域，濾色器對平行輸入偏振器/檢偏器是原色/白濾色器，對正交輸入偏振器/檢偏器是原色/黑濾色器。雖然一般來說濾色器可以用作為濾色光譜不限定為原色光譜的白/濾色切換器，但這里所說明的濾色器通常是指彩色濾光。濾色器是根據(jù)它所透射的光譜而不是它所調(diào)制的光譜來命名的。因此雖然圖2的濾色器例如用電光調(diào)制器調(diào)制了F光譜，但仍稱作為一個F/W(F/白)濾色器。
聚合物是化合物或化合物的混合，這種化合物由多個通過化學(xué)反應(yīng)使兩個或多個較小的分子所結(jié)合成的較大分子所形成的結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)排列構(gòu)成。
液晶聚合物(LCP)是這樣一類聚合物，其中多個液晶單體沿著主鏈(主干)或作為側(cè)鏈單元被結(jié)合成宏分子結(jié)構(gòu)。
LCP的取向?qū)士梢杂脵C械磨擦表面和剪切方法，近來還證明也可以用光學(xué)方法。光學(xué)方法中包括，首先在聚合物對準層上施加可由線偏光聚合的(LPP)薄膜或者偶氮基染料。在前一方法中(見Schadt等人的論文，Jpn.J.Appl.phys(日本應(yīng)用物理期刊)，Vo134,pp3240-3249,1995)，在一個基底上淀積LPP材料，然后提高溫度使之固化。然后用偏振紫外光照射固化后的薄膜。然后在同一基底上用甩涂法或鍍膜法鍍上LCP，從而與LPP薄膜的取向?qū)?。然后利用非偏振紫外光照射使LCP發(fā)生交聯(lián)。在后一方法中(見Shannon等人的論文，Nature(自然雜志)，Vol 368,pp.532-533,1994)，把偶氮基分子添加到淀積在各種基底(包括玻璃，硅和其他)上的聚合物對準層(或多個層)上。在一個基底上淀積或者在兩個基底之間夾入液晶單體或聚合物。LC(液晶)分子導(dǎo)向子將沿垂直于偏振紫外光的方向取向，其中偏振紫外光是事先照射在對準層上的。其后的曝光將會使液晶重新取向，對某些應(yīng)用來說這可能是一個缺點。
圖2示出調(diào)制器的兩個極端的切換狀態(tài)。如果LCD像素的相延量不等于0或λ/2，則F光譜的光仍然是0°的偏振方位并且完全透過。然而F光譜的光將被轉(zhuǎn)換成橢圓偏振，它在0°偏振上的投影在0％(圖2)和100％(圖2a)之間。因此調(diào)制器電壓的模擬式控制將對F光譜光給出模擬式調(diào)制。
圖3示出用作檢偏器的一個選色偏振(CSP)濾色器，例如一個多向色性染料偏振器。圖中用箭頭代表光的傳播，箭頭上方標明了顏色(B藍，Y黃)，下方標明了方位角。在圖示的特定實施例中，延相片堆20預(yù)處理出0°的藍光和45°的黃光。電光調(diào)制器10是一個45°方位的ZTN，對于該調(diào)制器調(diào)制態(tài)將是0°的線偏振，各向同性態(tài)將是45°的線偏振。檢偏器80是一個選擇黃色的CSP，方位角為90°，它能透過0°的黃光和90°的所有波長光。當ZTN具有半波長相延量時(圖3a)，藍光將被旋轉(zhuǎn)到90°，于是被CSP濾色器透過。當ZTN具有零相延量時(圖3b)，藍光保持為0°，于是被該CSP擋住。對于中間值的相延量，藍光的透過率在0到100％之間變化。
圖4示出一個帶有有色圓偏振器的濾色器，這里該圓偏振器是一個膽甾液晶(CLC)或一個CLC聚合物。延相片堆透過45°的藍光和0°的黃光。電光調(diào)制器10是一個0°方位角的ZTN，其相延量可在3λ/4(圖4a)與λ/4(圖4b)之間切換。因此對于45°的藍光，其偏振態(tài)將在左旋和右旋圓偏振之間調(diào)制。對于中間相延量將產(chǎn)生中間的橢圓偏振。元件90是一個右旋的藍色CLC，它能反射右旋的藍光，透射左旋的藍光，并透射所有偏振態(tài)的其他波長光。由于該CLC是反射而不是吸收不透過的光，所以該濾光器同時以透射模式和反射模式提供可改變的藍光輸出。
本說明的其余部分主要涉及雙延相片堆濾色器，不過其中不少內(nèi)容也可推廣到任何檢偏器。為了使第二延相片堆能抵消第一延相片堆的變換，對正常白濾色器需按圖5所示把兩個堆的延相片連在一起；對正常濾色濾色器需按圖6所示把兩個堆的延相片連在一起。在這兩個圖中調(diào)制器10都處于不起作用的切換態(tài)上，所示圖中示出的是濾色器的正常透射情形。第一延相片堆含有延相片21、22和23，它們的相延量為Γ1、Γ2、……ΓN，方位角為α1、α2……αN。對于有相同相延量的情況，各方位角滿足等式(1)的關(guān)系。第二延相片堆含有延相片33a、b,32a、b，和31a、b，它們的相延量與第一延片堆的相同，但次序相反。第二堆的延相片方位角相對于第一堆的延相片方位角有所旋轉(zhuǎn)，對于NW(正常白)旋轉(zhuǎn)成90°+αN，對于NF(正常濾色)旋轉(zhuǎn)成90°-αN。在NW結(jié)構(gòu)中，第一和第二延相片堆的瓊斯(Jones)矩陣互逆。
當調(diào)制器10切換成半波長相延量時，NW結(jié)構(gòu)將給出濾色光譜，而NF結(jié)構(gòu)將給出白光譜。如果LCD是完全消色差的，則圖5的濾色器在此切換態(tài)下將給出與圖6所示相同的光譜，反之也然。NW和NF結(jié)構(gòu)的主要差別是由LCD的色度效應(yīng)造成的。在NW結(jié)構(gòu)中，白態(tài)是理想的，但LCD的色度效應(yīng)可能降低濾色態(tài)的色對比。對于NW減色的白/原色濾色器(W/C(白/青)、W/M(白/品紅)或W/Y(白/黃))，LCD只需要在調(diào)制加原色(R(紅)、G(綠)或B(藍))的帶寬范圍內(nèi)是消色差的。反之，當LCD在調(diào)制減原色帶寬范圍內(nèi)為消色差時，W/R、W/G或W/B濾色器的NW設(shè)計將給出最佳的效果。最好通過例如把LCD的設(shè)計波長設(shè)定在調(diào)制帶寬內(nèi)來優(yōu)化LCD的調(diào)制帶切換。對于正常白W/G濾色器來說這一優(yōu)化設(shè)計是最有挑戰(zhàn)性的，因為其中的調(diào)制帶是減原色品紅，它包含有紅色和藍色兩個波長段。
在NF結(jié)構(gòu)中，白態(tài)可能會帶有顏色。不過，由于不論LCD的相延量為何，總會至少有一個加原色濾長段被透過，所以可以根據(jù)能最優(yōu)地透過調(diào)制減原色波長段來選擇LCD的相延量。白態(tài)下的顏色造成的損害要比濾色態(tài)下的小，這是因為白態(tài)下造成的透過率損失對顏色質(zhì)量的影響要小于濾色態(tài)下的泄漏。所以，從色度學(xué)來說，G/W濾色器可以比W/G濾色器有更好的性能。
實用的延相片堆設(shè)計可以從濾色器設(shè)計開始，例如索爾克濾色器或分立元件濾色器的結(jié)構(gòu)恰好能自然地滿足制約條件?；蛘?，可以利用例如網(wǎng)絡(luò)合成技術(shù)設(shè)計具有有用透射光譜的濾色器(見Harris等人的論文，J.Opct.Soc.Am.54,1267,1964；Ammann等人的論文，J.Opt.Soc.Am.56,1746,1966；Ammann的論文，J.Opt.Soc.Am,56,943,1966；和于1995年5月23日提交的美國專利申請No.08/447,522，所有這些資料的全文都在此引用作為參考)，然后從中篩選出滿足設(shè)計要求的子組。第三個方法是對所有能滿足設(shè)計要求的設(shè)計進行系統(tǒng)性的評估，從中找出那些具有有用光譜分布的設(shè)計。
這第三個方法如圖7所示。所示的濾色器服從圖6的NF設(shè)計要求。LCD調(diào)制器可以在兩個相延量之間切換。這兩個量均在圖中標出，兩者之間隔一逗號。對于模擬式調(diào)制器，相延量可以在這兩個極端值之間連續(xù)調(diào)節(jié)。圖7a示出最簡單的濾色器設(shè)計，其中每個延相片堆20和30都只含一個延相片，總共有兩個延相片。圖7b-7d示出三種設(shè)計，每種設(shè)計都總共有4個延相片。對于α2=45°這一特殊情形，在正常態(tài)下它等價于一個三延相片濾色器，其中央延相片的相延量為2Γ2，方位角為45°。
在所示的各濾色器中，每個堆中的兩個延相片或者具有相同的相延量，或者相延量相差一倍，由此將提供實的脈沖響應(yīng)函數(shù)。但這并不是必需的要求，各個相延量可以是不相關(guān)的，結(jié)果給出復(fù)的脈沖響應(yīng)函數(shù)。相同的相延量可簡化制作。這些例子絕不是全部的有用設(shè)計。它們只是簡單地示出了一組能產(chǎn)生有用的加原色或減原色波長段濾色器的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖7的濾色器設(shè)計是這樣進行的，逐步提增α1的值(5°、10°、15°、20°、……)，并對每個α1值逐步提增α2值。對每種濾色器計算其透射光譜，然后確定有用的光譜。這些光譜可以用密勒(Mueller)矩陣或瓊斯矩陣計算。應(yīng)用于顯示的光譜最好具有與所需光譜相匹配的占空比和接近矩形的分布。濾色器最好具有陡峭的過渡斜率，同時有較平坦的透射波長帶和較平坦的阻擋波長帶。較平坦的波長帶可以由光譜中的一系列高對比零值或峰值的分析來達到。增加延相片的數(shù)目可以產(chǎn)生接近理想的光譜。實際上，必須用有限數(shù)目的元件來仔細地選擇可接受的過渡斜率和旁瓣振幅以及位置來達到接近飽和的優(yōu)化。
濾色器的分辨率必須足夠地低以支持整個主波長帶中的峰值透過率。從飽和的觀點來看，通帶的分辨又必須足夠地高以僅僅選擇出所希望的主波長帶。優(yōu)選的設(shè)計是能產(chǎn)生足夠低的分辨率的同時又有陡峭的過渡斜率(或者在通帶內(nèi)有多個峰值)。
表Ⅰ示出了一些有用的設(shè)計。表中列出的兩個延相片堆中的延相片都是指正常切換態(tài)下的情況，這時LCD不起作用。還列出了延相片的總數(shù)M。注意對于相同相延量的情況它們的方位角服從等式(1)的關(guān)系。可以通過細調(diào)方位角來改進由逐步提增α1和α2時所得到的設(shè)計。確定了基本設(shè)計之后可以通過選取相延量Γ來產(chǎn)生所希望的減原色或加原色調(diào)制。
扇形索爾克濾色器是一類恰能滿足圖6設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)。這一滿足是一個偶然的巧合，決不是索爾克設(shè)計故意想有這一特性的。在美國專利5,469,279號和1996年6月11日所提交的美國專利申請08661498號中，對索爾克濾色器有所說明，這里引用它們的全部內(nèi)容作為參考。扇形和折迭型索爾克濾色器需要一系列等厚的延相片，它們對于設(shè)計波長分別是全波長和半波長延相片。對于扇形索爾克濾色器，各延相片的方位角為α、3α、5α…(即αN=(2N-1)α1)。對于折迭型索爾克濾色器，各延相片的方位角是來回跳變的α、-α、α、…(即αN=(-1)N+1α1)。
表Ⅱ示出了一些根據(jù)這些要求設(shè)計的扇形索爾克濾色器。注意扇形索爾克設(shè)計恰好滿足圖6的要求。當M為奇數(shù)時，扇形索爾克設(shè)計中的中央延相片方位角為45°，在這里有α=90°-α。所以該中央延相片簡單地被分成兩半，每個延相片堆占有半個。對于在正常態(tài)下中央的兩個延相片等效于一個延相片的情況，延相片的總數(shù)被標在引號內(nèi)，如“3”或“5”。延相片的方位角是延相片總數(shù)的函數(shù)，即α=π/4M。
對于扇形索爾克濾色片情形，該濾色片自然地滿足本發(fā)明白/原色濾色器的準則。另一方面，折迭型索爾克濾色器不滿足本發(fā)明準則。其中相延量能滿足限制條件，但方位角不滿足αN=90°±αN。但如表Ⅲ所示，折迭型索爾克設(shè)計可以被修改成能滿足本發(fā)明準則的準折迭型索爾克設(shè)計。準折迭型索爾克設(shè)計這一術(shù)語用來指所有這樣的設(shè)計，其中所有的延相片都有相同的相延量，并且在每個延相片堆中它們?nèi)冀频厝∠嗤姆轿唤?，只是正負號交替改變?br> 在經(jīng)典的折迭型索爾克濾色器中與扇形濾色器一樣，有α=π/4M。例如，含有N=6個延相片的經(jīng)典折迭型索爾克濾色器要求α=8°。但準折迭型索爾克濾色器對角度α沒有限制。如表Ⅲ所示，該角度可以有明顯的變化，但仍能產(chǎn)生有用的光譜響應(yīng)。表Ⅰ-Ⅲ示出的是NF設(shè)計。對于NW設(shè)計，第二延相片堆中的每個延相片的角度都要取相反的正負號。
與索爾克濾色器一樣，分立元件濾色器也自然地滿足圖5和6的要求。美國專利5,528,393號說明了一種適用于彩色顯示器的分立元件濾色器，該專利的全部內(nèi)容在此引用作為參考。該濾色器包括第一和第二相延量相匹配的分立元件延相片和一個中央延相片，前兩者的方位相對于輸入偏振器為±45°，后者的方位為0°。平行條件下的這些分立元件構(gòu)成NF濾色器，正交條件下它們構(gòu)成NW濾色器。
為了組成本發(fā)明的白/原色濾色器，各分立元件構(gòu)成兩個延相片堆，而中央延相片則可以放置在LCD和一個分立元件延相片堆之間。在這種非對稱布局下LCD兩側(cè)的延相片都不是匹配的，但可以認為每個延相片堆都含有單個的延相片即分立元件延相片，而中央延相片則可看成是不屬于任一個延相片堆的附加元件。由于中央延相片的方位或平行于或垂直于電光調(diào)制器，所以缺乏對稱性并不妨礙得到白切換狀態(tài)。表Ⅳ示出了優(yōu)選實施例。該表中中央延相片與堆1的延相片一起列出。對于所示的相延量，該濾色器的透過率近似相當于一個兩級勞埃(Lyot)濾色器。因為在每個分立元件延相片上都加上了半個波長的相延量，這種結(jié)構(gòu)屬于復(fù)脈沖響應(yīng)濾色器。
對于上述所有的設(shè)計，一旦選擇了得到最佳光譜分布的元件方位，接著就可以選擇各元件的相延量以在每個原色處得到最佳的顏色飽和度。可以用標準的密勒矩陣技術(shù)來分析各設(shè)計參數(shù)，該技術(shù)包括對各特定延相片材料的色散匹配。評價濾色器設(shè)計的準則是從色飽和度，色調(diào)和透過率幾方面考慮的?？梢杂肅IE(國際照明委員會)色度圖來評估色飽和度和色調(diào)。由某個特定濾色器輸出所產(chǎn)生的顏色質(zhì)量可以通過計算一組重疊積分來表征，這些積分包括某一特定濾色器狀態(tài)的透過率函數(shù)、光源的功率譜和CIE顏色匹配函數(shù)。
飽和原色是通過使下述比值最大化得到的，該比值是在所希望原色波長帶內(nèi)透過的光源功率與在該原色波長帶外透過的光源功率之比。可以通過使濾色器設(shè)計匹配于光源特性來使得優(yōu)化過程十分具體。例如，像6000K黑體這樣的真正白光源對濾色器性能的要求要高于像CRT熒光粉這樣的分布式光源的要求。阻擋波長帶中的零光譜位置取決于元件的相延量。把這些零點設(shè)置在位于波長帶外面的光源功率譜極大值處在策略上是有利的。類似地，把旁瓣極大值設(shè)置在遠離波長帶外光譜極大值處也是有利的?？梢圆迦氡粍訛V色器來阻擋位在原色波長帶外面的波帶，以增加飽和度。
圖8-11示出了測得的白/原色濾色器的光譜。這些濾色器的結(jié)構(gòu)示于表Ⅴ。切換器使用了一個3TN盒，不加壓時它有半波長的相延量，其中心波長如表中所列。偏振器是只帶有硬鍍層的Nitto-DenkoEG1425型偏振器。因此透過率只受兩個表面上的菲涅耳反射損失的影響。各延相片都是NRZ延相片薄片，各個延相片的設(shè)計相延量如表中所列。對于NW設(shè)計，白態(tài)下的光能損失與以下因素有關(guān)偏振器、LCD上ITO(銦錫氧)透明電極的吸收、外表面的反射、以及LC的殘余相延量。這個相延量典型地約為20nm。用一個ANDO光譜分析儀掃描了光譜，其中用光源光譜在兩平行格蘭-湯姆遜(Glan-Thompson)偏振器的條件下進行了自動歸一化。
被動延相片和LCD延相片的設(shè)計波長也于表V給出。對于主動和被動延相片，設(shè)計波長都是指延相片給出指定相延量時所對應(yīng)的波長。對于被動延相片該波長是對應(yīng)于全波長延相片的波長。例外情形是用于W/M濾色器的被動延相片，在此情形中它們是2λ延相片。延相片堆設(shè)計波長的選取依據(jù)是使調(diào)制阻擋峰位在希望顏色波長帶的范圍內(nèi)。LCD的設(shè)計波長是在不加電壓時對應(yīng)于λ/2相延量的波長。應(yīng)該指出，為了使LCD本身的顏色有最小的影響，把設(shè)計波長選擇在調(diào)制波長帶的中央。
G/W、W/C和W/M濾色器都是準折迭型索爾克設(shè)計。G/W設(shè)計與表Ⅲ中的第三個設(shè)計相同。W/M設(shè)計與表Ⅲ中的第二個設(shè)計相同，只是因為它是正常白而不是正常濾色的，所以第二延相片堆中各延相片的方位角有相反的正負號。在W/C設(shè)計中調(diào)整了各延相片的方位，以提高過渡陡度?？梢钥闯鯳/Y設(shè)計是表Ⅰ中的第五個設(shè)計，其中相延量Γ=2λ。
請注意圖8-11的濾色光譜有極佳的通帶透過率、阻擋帶的阻擋率和陡峭的過渡邊緣。藍色區(qū)域中濾色器透過率的降低是由于使用了有藍色損耗的片型偏振器所造成的。不是由延相片或濾色器設(shè)計造成的。用改進的偏振器可以改善透過率。
本發(fā)明的一個好處是LCD不含有導(dǎo)致色偏移的機制。也就是說，過渡帶寬由延相片堆確定，而與LCD的狀態(tài)無關(guān)。所以視角的改變(或LCD顏色的改變)對濾色器透過率的影響很小。例如由延相片堆確定過渡帶中央波長等這些特性甚至對延相片堆與角度無關(guān)也會起作用。視角的只會使對阻擋顏色的光密度稍有損失，但不會移動波長帶的位置。
圖10的W/M濾色器證實了這一點。對于方位角為0°的情形，圖12示出了測得的透過率隨入射角的變化。直到入射光與法線的夾角大到-50°的范圍內(nèi)，光譜沒有很大變化。對品紅色的透過率稍有變化，但對綠光的阻擋始終是極佳的，并且波長帶的位置也沒有變化。藍/綠過渡和紅/綠過渡的半極大值位置都被延相片堆固定了。與隨入射角變化一樣，光譜也隨方位角變化。測得的最差方位角是90°，如圖13所示。對于兩個方位角的0°入射角的透過率實際上是相同的，圖12與13之間的測量差別是光源通過光纖時的與偏振態(tài)有關(guān)的耦合缺點造成的。即使在90°方位角這一最差情形中，阻擋光密度仍是極佳的，而且波長帶也沒有移動。這使得能得到有極佳寬視角的顏色切換器，從而能得到極佳的顯示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的減色顯示的一個獨特特性是能夠利用模擬或LCD來進行調(diào)制光透過率的灰度控制而不影響非調(diào)制原色的透過率。這一點在圖14中示出，該圖示出圖10W/M濾色器的實驗測量輸出。示出了在不同驅(qū)動電壓下的透射光譜。該濾色器是正常白的，因此在零相延量狀態(tài)(10V)下完全透過所有波長。隨著相延量的增大，調(diào)制原色即綠原色的透射逐漸被阻擋，直到半波長相延量狀態(tài)(OV)下的最小透過率。該濾色器顯示了對綠光的獨立調(diào)制而不影響品紅光。
圖15至17分別進一步示出了對W/C、W/M和W/Y濾色器的灰度調(diào)制，其中以完全獨立于互補的減原色的方式控制了加原色R、G、B的透過率。這些濾色器的設(shè)計在表Ⅵ的前三欄中給出。各延相片都是Nitto Denko聚碳酸脂薄膜。光學(xué)調(diào)制器是方位角為0°的零扭曲向列液晶，可以在零與半波長(π)相延量之間連續(xù)改變。向列方向的離面傾角在各光譜上標出，其中0°對應(yīng)于半波長相延量，75°對應(yīng)于近似為零的相延量。雖然90°可能得到更接近于零的相延量，但由于表面吸附效應(yīng)很難做到這樣的傾斜?？梢杂靡粋€被動延相來補償殘余相延量。
一個M/W濾色器示于圖18，并列于表Ⅵ的底欄。這是一個分立元件濾色器，并且中央延相片含在第一延相片堆內(nèi)。在該濾色器中LCD的方位角為90°面不是0°。對于其它濾色器延相片，方位角為0°和90°其濾色作用是相同的。但對分立元件結(jié)構(gòu)，雖然兩種取向都能工作，但由于其不對稱性光譜將不相同。對于該具體的濾色器，通過對兩種取向的評估且明90°取向能給出較好的輸出。該濾色器可以在圖18所示的兩個極端切換狀態(tài)之間連續(xù)地改變。由于它是NF濾色器，所以白光譜會帶有顏色。
如圖15至17所示，本發(fā)明的減色濾色器的一個獨特特性是非調(diào)制譜F是完全透過的，與F譜的壓控調(diào)制無關(guān)。其結(jié)果是，可以串連使用兩個或多個濾色級，每一級對一個加原色進行獨立的模擬式控制而不影響另兩個原色。單級濾色器有兩種輸出，即加或減原色和黑(正交偏振器)或白(平行偏振器)。兩級濾色器可以提供4種輸出，即3個原色(兩個加色一個減色或一個加色兩個減色)和黑或白。三級濾色器可以提供8種輸出，即3個加原色、3個減原色、黑和白。如果調(diào)制器是模擬式的，則這些濾色器還可另外給出各極端顏色之間的各種灰度。如美國專利申請08/758,122號(1996年11月25日提交)所說明的，在多級濾色器中可以減少彩度，該申請的全部內(nèi)容在此引用作為參考。美國專利申請08/645,580號(1996年5月14日提交)也說明了一種多級濾色器，該申請的全部內(nèi)容在此也引用作為參考。
如圖19所示，濾色器可以用每一級中的輸入和輸出偏振器來結(jié)合。這時，濾色器的輸出等于每一級輸出的乘積。第一級包括延相片堆20a和30a、LCD10a以及偏振器40a和50a?？偣灿懈骷壷g帶有偏振器的n個級，最后的第n級包括延相片堆20n和30n、LCD10n以及偏振器40n和50n。每一級的輸出偏振器用作下一級的輸入偏振器。例如，如果只有兩級，則50a和40n將是同一個偏振器。
通過正確地選擇各個濾波器級和它們的相對方位，有可能不需要級間的內(nèi)部偏振器而結(jié)合兩個或多個級，如圖20所示。由于偏振器是光能損失的主要根源，所以不帶內(nèi)部偏振器的多級濾色器可以有大為增大的通光量，對于反射式顏色切換器和顯示器來說更是如此。
圖20所示的三級濾色器含有放置在偏振器40和50之間的三個級，它們分別獨立地調(diào)制藍光、綠光和紅光。在該實施例中，第一級調(diào)制藍光，因此它或者是W/Y、或者是Y/W濾色級。這一級包括第一延相片堆20a、第二延相片堆30a和LCD10a。這些延相片堆和LCD可以是本的任一種設(shè)計。第二級包括延相片堆20b、30b和LCD10b，調(diào)制綠光，因而是W/M或M/W濾色器。第三級包括延相片堆20c、30c和LCD10c，調(diào)制紅光，因而是W/C或C/W濾色器。
圖21示出一個具體的三級濾色器。這些濾色器級與圖9至11所示的相同，只是不用內(nèi)部偏振器而串接在一起。輸出色示于表Ⅶ。零表示每一級的未加壓(調(diào)制)LCD狀態(tài)，1表示加壓(各向同性)狀態(tài)。當全部三級都處于調(diào)制態(tài)時，第一級將阻擋藍光、第二級將阻擋綠光、第三級將阻擋紅光，結(jié)果在采用平行輸入、輸出偏振器的情況下得到暗(黑)輸出。當把第三級LCD切換成各向同性態(tài)時，它將不再阻擋紅光，于是濾色器輸出為紅光。若所有三個LCD都切換成各向同性態(tài)，則輸出的將是白光。
這個白(光)輸出的亮度可以是空間混合濾色器或顯示器或者時間混合濾色器或顯示器的三倍，在空間混合中紅、綠、藍亞像素結(jié)合起來產(chǎn)生白色，在時間混合中像素在紅、綠、藍三色之間切換從而產(chǎn)生白色。在本發(fā)明的濾色中，可以在整個空間和時間上透過全部的白光光譜。
一般而言，若用正交偏振器布置替代平行布置，則將得到互補光譜。例如，平行偏振器布置下的C/W濾色器可以替代正交布置下的R/B(紅/黑)濾色器。對于不帶內(nèi)部偏振器的三級串接情況，即使用正交偏振布置也能得到白狀態(tài)。由于沒有任何顏色被內(nèi)部偏振器阻擋，所以在正交布置下可得到全部的互補光譜。表Ⅶ中含有正交布置下的輸出。狀態(tài)(000)給出白色而不再是黑色，(001)給出青色而不再是紅色，如此等等。
正交偏振器布置的濾色器的一個優(yōu)點是改善了黑狀態(tài)的光學(xué)密度。黑狀態(tài)是全部三個LCD都處于它們的加壓(即各向同性)切換態(tài)時的輸出，因此彩度最小。通常寧可用白狀態(tài)下通光量的一些損失來換取暗狀態(tài)下的阻擋增大。
對于正交偏振器布置下的圖21濾色器，圖22示出了一些額外的原色輸出，圖23示出了一些減原色輸出。這一個濾色器就提供了所有6個原色的極佳的光譜，同時還可得到對每個原色的模擬式控制。此外，如圖24所示，還可以提供白、黑和灰度輸出。其中還示出了對應(yīng)于相延量從λ/2直到略大于零的0°至75°的傾斜角。注意得到了極佳的黑狀態(tài)。為了得到圖24所示的在整個可見光譜區(qū)的灰度調(diào)制，所有三個LCD的傾斜角是同時改變的。
通過除去內(nèi)部偏振器讓各個延相片堆協(xié)同起來阻擋各原色之間的波長帶，可以改進平行偏振器布置下的黑狀態(tài)?；蛘呖梢栽谡黄衿鞑贾孟碌玫捷^小波動的白狀態(tài)。為了看到這一點，考慮一個由C/W、M/W和Y/M切換器堆所組成的減色顯示器或有色快門。可以注意地讓黃色級與品紅色級的過渡帶以及品紅色級與青色級的過渡帶在它們的半極大透過率點上相交。各個加原色光譜示于圖25a。
先考慮在各個切換器之間有平行中性偏振器的情況，如圖19所示。由于各個級被中性偏振器隔離開來，所以暗狀態(tài)是各個級所產(chǎn)生的C、M和Y光譜的乘積。由于各光譜在半極大值處相交，所以過渡帶中央處的漏光透過率為25％，如圖25b所示。這代表著暗狀態(tài)下光密度的明顯不足，其程度與光源光譜特性有關(guān)。這也代表著紅輸出時的藍/綠旁瓣和藍輸出時的黃旁瓣。
有一些方法可以減小這種原色之間的漏光大小。例如，可以通過把各顏色偏振器的光譜分離得更遠一些來減小重疊區(qū)。例如為了保證綠光能被黃色級完全通過，藍光能被品紅色級完全通過，減小重疊區(qū)常常意味著必須增大過渡斜率。這又代表著需要額外的延相片和隨之而來的額外成本?；蛘?，原則上可以用被動式帶阻濾色器來除去有原色間波長的光。但這也代表著需要額外的濾色以及相關(guān)連的插入損耗和成本。一個更好的解決方法是簡單地使用不發(fā)射原色間波長的光源，但這常常是不可行的。
另一種解決問題的方法是除去各級間的偏振器，如圖20所示。這樣做的一個附帶收獲是除去了與兩個中性偏振關(guān)的光能損失。困難在于要確定一個方案使得各個堆能協(xié)同工作來改善對原色間波長的阻擋，而不是使問題更加嚴重。解決辦法可以通過考慮黃/品紅級之間或品紅/青級之間的半極大相交波長點處的光偏振態(tài)來說明。在相交波長處，兩相鄰堆中的光通常都處于兩個正交線偏振態(tài)之間的中間偏振態(tài)上。這意味著這種偏振態(tài)具有任意的橢圓度，便橢圓偏振的方位角為±45°。假定兩個堆是兼容的和恰當取向的，則它們的偏振態(tài)變換作用可以是累加的，從而使半極大值相交點的波長正交地偏振。例如，如果兩個堆對半極大值相交點波長起著圓偏振器的作用，則可得到它們的聯(lián)合相延量為半個波長。這將在過渡帶中產(chǎn)生所希望的零值。圖25c表明這樣得到的結(jié)果使光學(xué)密度比使用額外偏振器的圖25b輸出的大。任何這種濾色器都可以與一個快門串接在一起以提供良好的暗狀態(tài)。
如前所述，在不含內(nèi)部偏振器的多級濾色器中可以得到完全互補的光譜，從而能夠采用正交偏振器布置。這一特性還使得可實現(xiàn)偏振分離濾色，如圖26所示。在偏振分離濾色中，輸入和輸出偏振器被偏振分束器和合束器取代。入射到偏振分束器41上的光是非偏振白光。一個線偏振成分被透過，另一個正交的線偏振成分被反射，向上射向棱鏡42。兩個正交的偏振成分獨立地通過濾色器結(jié)構(gòu)，最后被出射棱鏡52和偏振合束器51重新組合。對于兩個光路上的光，一個方向上出射的是調(diào)制光譜，對應(yīng)于平行的入射和出射偏振器，另一個方向上出射的則是互補的正交偏振器光譜F。在這個對偏振態(tài)不敏感的濾色器中，所有入射的非偏振光都得到了濾色，而不會因入射偏振器的吸收而損失一半入射光能量。這種帶有偏振分束器的濾色器特別適用于小孔徑應(yīng)用情況。使用能給出偏振態(tài)分離的偏振薄膜可以做到大孔徑。
已經(jīng)用幾個相串接的濾色器說明了多級濾色器。此外，可以如圖27所示，把幾個延相片堆設(shè)置在一個級內(nèi)來實現(xiàn)兩個獨立光譜之間的調(diào)制。這是通過使一個堆按NW取向使另一個堆按NF取向?qū)崿F(xiàn)。延相片堆20a和30a與LCD10相結(jié)合形成一個調(diào)制光譜F1的NW濾色器，由此當LCD加電壓(非各向同性)時透過白色，而當LCD不加壓時透過F1。延相片堆20b和30b與LCD10相結(jié)合形成一個調(diào)制光譜F2的NF濾色器，于是當LCD加壓時透過F2。當不加壓時透過白光。因此當LCD加電壓時這些內(nèi)含延相片堆將透過F2，當不加電壓時將透過F1。這種結(jié)構(gòu)可以與也可以不與內(nèi)插偏振器相結(jié)合，或者與任何其他的被動或主動濾色器相結(jié)合。
只要簡單地在任何透射模式的結(jié)構(gòu)后面加一個反射鏡就可實現(xiàn)反射模式的切換?；蛘咭部梢詫ｉT為反射模式工作設(shè)計各種結(jié)構(gòu)。除了前面對白/原色切換器所說明的設(shè)計規(guī)則之外，對于反射模式濾色器還有額外的對稱性要求?？紤]這樣一個設(shè)計，其中LCD前方有一個延相片堆，后方有一個反射鏡。將這個結(jié)構(gòu)展開將得到兩個延相片堆，并且這兩個堆實際上有相同的方位取向。一種涉及到中性偏振光學(xué)系統(tǒng)的方法可以用來生成實際上具有不同方位取向的第二延相片堆。例如，可以在反射鏡上放置一個消色差四分之一波片使得光在第二次通過延相片堆時好似有不同的方位取向。不過，由于光在第二次通過LCD時也好似有不同的方位取向，所以這將改變LCD的作用。還有，附加的半波長相延量將使光譜反轉(zhuǎn)，使減原色切換變成了加原色切換，或者相反。
如果LCD放在消色差四分之一波片的后面，便可以達到使LCD的作用加倍這一希望條件。但是，由于四分之一波片將轉(zhuǎn)變?nèi)肷涞絃CD上的光的偏振態(tài)，所以組合的延相片堆不能給調(diào)制器提供各向同性/調(diào)制態(tài)。為了解決這一問題，或者可以用一個更為兼容的不同的調(diào)制器，或者可以采用不同的延相片堆設(shè)計。關(guān)于前一方法可以用一個旋光元件，例如反射鏡上的一個CSLC四分之一波長延相片。這樣，如美國專利5,381,253號所述，整個調(diào)制器將具有四分之一波長/半波長可調(diào)延相片的結(jié)構(gòu)，該專利的全部內(nèi)容在此引用作為參考。如果調(diào)制器必須仍然是零扭曲向列液晶，則為了在與消色差四分之一波片結(jié)合時向調(diào)制器提供合適的各向同性/調(diào)制態(tài)，就必須改變延相片堆的設(shè)計。
對于檢偏器是一個CLC的情形，可以設(shè)計透射模式的和反射模式的多級濾色器，如圖28所示。第一級調(diào)制藍光，包括延相片堆20a、電光調(diào)制器10a和藍CLC90a。第二調(diào)制綠光，包括延相片堆20b、電光調(diào)制器10b和綠CLC90b。第三級調(diào)制紅光，包括電光調(diào)制器10c和紅CLC90c。由于紅CLC對藍光和綠光是各向同性的，所以通過把電光調(diào)制器10c取向得讓紅光處于調(diào)制態(tài)，最后一級就不再需要延相片堆。在第一級中，隨著可變相延量Γv的不同，藍光中的某一百分比％B被透過，而其余部分被反射。反射光由器下方的箭頭標明。由于只有藍CLC能有選擇地反射藍光，也即綠、紅CLC對藍光是各向同性的，所以藍光的偏振態(tài)與其后的各級無關(guān)。類似地，第二和第三級部分地反射和透過綠光和紅光。
本發(fā)明的濾色器可以與任何其他的主動或被動濾色器相結(jié)合使用。也可以用主動和被動濾色器組成混合濾色器。例如，濾色器可以采用有色偏振器來替代中性濾色器，例如采用染料型的有色偏振器或偏振延相片堆(PRS)有色偏振器。在此情形中，“白”狀態(tài)只含有那些能被有色偏振器透過的波長。白/原色濾色器也可以與偏振干涉濾色器相結(jié)合。
本發(fā)明的濾色器可以用光學(xué)方法尋址。例如，光學(xué)尋址系統(tǒng)可以包含一個諸如PN二極管或光電晶體管這樣的能探測光信號并能根據(jù)光信號控制濾色器輸出的光探測器。光學(xué)尋址濾色器的應(yīng)用有眼睛保護、焊接防護和數(shù)據(jù)二維和三維顯示的有色快門玻璃等。
濾色器可以按單像素使用或按多像素陣列使用。單像素應(yīng)用包括逐場有色快門、分光測量、色度測量、照明(家庭、房屋、午臺)分光術(shù)和光纖光通信等。多像素應(yīng)用包括信息顯示、成像、印刷、分解存儲和通信等。在多像素陣列中，每個像素都可以用獨立的施加電壓實現(xiàn)獨立的控制。每個像素都能同時提供所有三個加原色或減原色的模擬式強度控制，從而能提供包括黑、白在內(nèi)的全部顏色光譜。
為了與已有器件兼容，各像素可以含有各個顏色的亞像素，例如W/R、W/G和W/B亞像素。各亞像素可以布局成例如條狀的或方形的圖案，例如貝葉爾(Bayer)拼圖或其他有色濾色器陣列圖案(CFA)。本發(fā)明的每個由幾個亞像素構(gòu)成的像素相對于以往空間混合濾色器的優(yōu)點是，每個亞像素都能透過全部的白譜而不是只透過其三分之一，因此使白亮度增大為三倍。
顯示器應(yīng)用包括前向和后向投影顯示器、虛擬顯示器和直視顯示器。顯示器可以用于許多應(yīng)用，例如包括汽車、卡車和飛機等交通工具的前視顯示器、室內(nèi)投影儀、桌面計算機、家庭影院、午臺照明、掌上游戲機、大型游戲機(三維和二維)、膝上顯示器、手持尋呼機、個人顯示助手、全球定位顯示器、示波器和分光儀等儀器、網(wǎng)上瀏覽器、通信器、頭盔顯示器與虛擬現(xiàn)實目視顯示器、增強現(xiàn)實顯示器、便攜佩戴型計算機、仿真器、camcorder和顯示玻璃、護目鏡或護目快門。
對于顯示器應(yīng)用，多像素濾色器可以與例如下述各種發(fā)光式顯示器結(jié)合使用陰極射線管(CRT)、電致發(fā)光(EL)顯示器、主動陣列電致發(fā)光(AMEL)顯示器、場效應(yīng)發(fā)光顯示器(FED)和等離子體顯示器。多像素濾色器也可以與調(diào)制器顯示器結(jié)合使用，其中包括例如TFT-LCD(薄膜晶體管一液晶器件)和多硅LCD等透射型顯示器，例如硅基底液晶(LCOS)器件、數(shù)字反射鏡(DMD)和衍射光柵器件等的反射型顯示器，以及例如STN器件等被動陣列顯示器。
電子成像應(yīng)用包括逐頁輸入和文件掃描儀、互連網(wǎng)攝影機和文件掃描儀、影樓攝影數(shù)字相機、顯微鏡、多光譜成像、光學(xué)身份證等文件照相機、業(yè)余電子攝影、以及其他應(yīng)用，例如熒光分光儀、色度計和醫(yī)學(xué)成像，例如內(nèi)窺鏡和其他醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備。
為了組成成像裝置，本發(fā)明的濾色器可以用電荷耦合器件、電荷積分器件或互補型金屬氧化物半導(dǎo)體單像素或多像素成像器與靜態(tài)或視頻攝像機結(jié)合起來。
圖29示出一個延相片堆290，它含有方位角分別為第一方位角α1和第二方位角α2、相延量分別為第一相延量Γ1和第二相延量Γ2的第一延相片291和第二延相片292。圖29示出的是部分偏振光294入射到堆290上的情況。該部分偏振光294可以有電磁輻射的任意頻譜，并可以是具有任意橢圓度、方位角和旋向的部分橢圓偏振光。部分偏振光由偏振成分和非偏振成分組成。非偏振成分被無改變地透過。在圖中指明了對光的偏振成分起作用的元件的作用。偏振成分可以有任意的偏振態(tài)，包括任意方位角的橢圓度和旋向。例如請參見“Optical waves in Layered Media(分層媒質(zhì)中的光波)”一書(Johnwiley sons,New York,1988年版)的第一章，該章在此引用作為參考。部分偏振光的意思是指不是完全非偏振的光。
延相片堆290根據(jù)第一和第二方位角α1和α2以及第一和第二相延量Γ1和Γ2的值以已知的方式來變換部分偏振光294。第一和第二方位角α1和α2是相對于部分偏振光294的偏振態(tài)來度量的。如果部分偏振光294是橢圓偏振的，則α1和α2可以由輸入或輸出偏振橢圓的軸來確定。
堆290把部分偏振光294變換成經(jīng)偏振變換的次級偏振變換光296。具體地說，部分偏振光294由第一延相片291接收并被變換成初級變換光(未示出)。然后從第一延相片291輸出的初級變換光被輸入給第二延相片292。次級偏振變換光296含有第一部分297和第二部分298。第一部分297具有第一偏振態(tài)PM1，第二部分298具有第二偏振態(tài)PM2。同時，第一部分297具有第一光譜F’，第一部分298具有第二光譜F’。
延相片堆290是一個光預(yù)處理器件，用來對光進行預(yù)處理以作為某種類型的光調(diào)制器件(未示出)的輸入。在特殊情況下，第一光譜F’與第二光譜F’可以是互補的，它們合起來構(gòu)成了部分偏振光294的光譜，從而它們相應(yīng)地對應(yīng)于圖1的光譜F和互補光譜F。第一光譜F’具有第一偏振態(tài)PM1，它比具有第二偏振態(tài)PM2的第二光譜F’受到更多的調(diào)制。一旦給定了部分偏振光294和得知了調(diào)制器(未示出)的特性，就可以根據(jù)前面的討論確定出第一方位一角α1、第一相延量Γ1和第二方位角α2、第二相延量Γ2。如前所述，還可以給堆290加上另外的延相片以獲得某些指定的性能。
在一個特殊情形中，第一輸出光297的偏振態(tài)PM1受到調(diào)制器的影響或調(diào)制，然而如參考圖1等所說明的那樣，第二輸出光298的偏振態(tài)PM2不受調(diào)制器調(diào)制。在下面的全部討論中，對兩個偏振態(tài)使用“正交”一詞不一定是指兩個互相垂直的線偏振，而是一般地指任何具有下述性質(zhì)的兩個包括橢圓偏振在內(nèi)的偏振態(tài)。如果一個第一偏振器具有對應(yīng)于第一偏振態(tài)的第一本片態(tài)，一個第二偏振器具有對應(yīng)于第二偏振態(tài)的第二本征態(tài)，并且如果非偏振光被輸入到第一偏振器和第二偏振器上則將沒有光能從第二偏振器輸出。也就是說，在廣義意義上第一和第二偏振器是“正交”的。因此，在線偏振光的特殊情形下，當兩個偏振方向互相垂直時第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)將是正交的。在圓偏振光的特殊情況下，當?shù)谝黄駪B(tài)的旋向與第二偏振態(tài)的旋向相反時，也即當?shù)谝黄駪B(tài)順時針旋轉(zhuǎn)第二偏振態(tài)逆時針旋轉(zhuǎn)或者相反時，第一偏振態(tài)與第二偏振態(tài)將是正交的。最后，對于橢圓偏振情況(圓偏振是其中的一個特殊情形)，第一偏振態(tài)的長短軸將分別垂直于第二偏振態(tài)的長短軸。
回到圖29，第一偏振態(tài)PM1與第二偏振態(tài)PM2不可能相同，并且可以是也可以不是正交的。部分偏振光294可以是也可以不是可見光。如前所述，延相片堆290，具體地說第一延相片291和第二延相片292，可以是聚合物延相片、液晶聚合物延相片、成形的雙折射材料、聚合物雙折射延相片、液晶聚合物延相片、雙折射晶體、和液晶等等。延相片堆290可以包括討論圖1的延相片堆20時所提到的所有可能的材料和延相片，實際上也確實是包括了這些材料和延相片。因此，第一方位角α1與第二方位角α2是不相等的，但根據(jù)部分偏振光294的偏振態(tài)和所希望的第一輸出光297的偏振態(tài)PM1及第二輸出光298的偏振態(tài)PM2，第一相延量Γ1和第二相延量Γ2可能相等也可能不相等。
圖30a和30b分別示出兩個部分偏振光294和294’入射到對應(yīng)于圖29的延相片堆290的堆300和300’上的一般例子。這里，次級偏振變換光296包含偏振態(tài)為PM1的第一光譜F’和偏振態(tài)為PM2的第二光譜F’，其中PM1和PM2都是線偏振，但不一定互相垂直。次級偏振變換光296’包含偏振態(tài)為PM1的第一光譜F”和偏振態(tài)為PM2的第二光譜F”，其中第一偏振PM1與第二偏振PM2不一定是正交的。
圖31a和31b示出分別加有偏振器311和311’的兩個延相片堆300和300’。圖31a對應(yīng)的情況是其中的次級變換輸出光296包含一個第一部分297和一個第二部分298，它們分別是具有第一偏振態(tài)PM1和第二偏振態(tài)PM2的線偏振光。圖31b對應(yīng)的情況是其中的次級變換輸出光296’包含一個第一部分297和一個第二部分298，它們分別是具有第一偏振態(tài)PM1和第二偏振態(tài)PM2的橢圓偏振光。在這兩個情況中，非偏振光312被偏振器311和311’至少部分地偏振化了，從而產(chǎn)生了對應(yīng)于圖30a和30b的部分偏振光294和294’。偏振器311和311’也可以與圖1的偏振器40相同，偏振器311和311’可以是二向色性或染料基偏振器之類的吸收型偏振器，也可以是膽甾液晶、膽甾聚合物液晶、延相片型偏振器或分束器這樣的非吸收型偏振器。偏振器311和311’也可以是例如這樣一些非吸收型偏振器偏振電介質(zhì)薄膜，其中包括用于偏振分束器的薄膜、方解石、石英、散射偏振器、棱鏡偏振器、帶有四分之一波片的堆狀膽甾液晶，或者其他的膽甾型偏振器。
圖32a和32b分別示出器件321和321’，它們分別用來處理部分偏振光294和294’，輸出調(diào)制器所得到的輸出光325和325’。參見圖32a，處理器件321包括延相片322和調(diào)制器320。延相片322與上述的延相片291類似，具有相對于部分偏振光294的方位角α1和相延量Γ1。部分偏振光294通過延相片322后被變換成變換光296，后者包含一個具有第一偏振態(tài)PM1和第一光譜F’的第一部分297和一個具有第二偏振態(tài)PM2和第二光譜F’的第二部分298。然后變換光296輸入到調(diào)制器320上，后者以不同的方式調(diào)制第一部分297和第二部分298。在一個特殊情形中，可以把第二偏振態(tài)PM2選作為對應(yīng)于這樣一個偏振態(tài)，使得調(diào)制器320不論在是否施加驅(qū)動電壓時，都將對第二部分298表現(xiàn)為各向同性。這時，不論調(diào)制器320處于何種狀態(tài)(即不論是否對調(diào)制器320施加了驅(qū)動電壓)，當變換光296通過了調(diào)制器320后第二偏振態(tài)PM2將保持不變或不受影響。這里，如果第二部分298處于這樣一種各向同性態(tài)，則第一部分297必然不會處于這樣的各向同性態(tài)(例如它必然要被施加的驅(qū)動電壓調(diào)制)。
在另一個實施例中，具有第一偏振態(tài)PM1的第一部分297應(yīng)該被調(diào)制器320以不同于具有偏振態(tài)PM2的第二部分298的方式調(diào)制。從圖中可以看出，具有偏振態(tài)PM1的第一部分297被調(diào)制器320接收并被調(diào)制，產(chǎn)生具有一個第三光譜F3和第三偏振態(tài)P3的調(diào)制器輸出光325。具有第二偏振態(tài)PM2和第二光譜F’的第二部分298也被調(diào)制器320接收，輸出具有一個第四光譜F4和第四偏振態(tài)P4的調(diào)制器輸出光325的第二部分324。一般地說，第一部分297受調(diào)制器320的影響方式不會對所有的電壓都與第二部分298受調(diào)制器320的影響方式相同(可能在某些電壓下兩者受影響的方式相同)。
圖32b與圖32a相當，只是輸入到調(diào)制器320上的不是線偏振光而是橢圓偏振光。具體地說，變換光296’包含一個具有第一偏振態(tài)PM1’和第一光譜F”的第一部分297’和一個具有第二偏振態(tài)PM2’的第二光譜F”的第二部分298’。變換光296’的第一部分297’被調(diào)制器320接收并被變換成具有第三偏振態(tài)P3’和第三光譜F3’的調(diào)制器輸出光325’的第三部分323’。變換光296’的第二部分298’被調(diào)制器320變換成具有第四偏振態(tài)P4’和第四光譜F4’的調(diào)制器輸出光325’的第二部分324’。在一個特殊情形中，偏振態(tài)PM2’處于調(diào)制器320的各向同性態(tài)，使變換光296’的第二部分光298’不受調(diào)制器320的影響或調(diào)制。在此情形中變換光296’的第一部分297’不論施加給調(diào)制器320的電壓如何都要被調(diào)制器320調(diào)制。
調(diào)制器320可以是電光調(diào)制器、磁光調(diào)制器或任何能調(diào)制光的其他光學(xué)單元。因此調(diào)制器320可以是液晶調(diào)制器，例如向列液晶器件、表面模式器件、扭曲向列器件、超扭曲向列器件、電控雙折射器件、光控雙折射器件、混合場效應(yīng)器件和混合取向向列器件。或者，調(diào)制器320可以是π盒、零扭曲模式盒、和主容型染料液晶器件。調(diào)制器320也可以是近晶型液晶、有手征近晶型材料器件，還可以是FmC*、表面穩(wěn)定型FLC、體積穩(wěn)定型FLC、FmA*電致傾斜型、畸變螺旋型鐵電、反鐵電、形變電型、和無手征鐵電液晶器件。延相片322可以用前面討論過的延相片堆中的延相片的任何制作材料制作。
圖33a示出一個用來處理至少為部分偏振的光294的器件330。具體地說，圖32a和32的器件330包含延相片322和調(diào)制器320，器件330還包含一個延相片331，其中延相片322在調(diào)制器320的一側(cè)，延相片331在調(diào)制器320的另一側(cè)，參見圖33a，部分偏振光294通過延相片322和調(diào)制器320后變?yōu)橹虚g光326，該中間光含有第一部分323和第二部分324。中間光326的第一部分323具有第三光譜F3和第三偏振態(tài)P3，第二部分324具有第四光譜F4和第四偏振態(tài)P4，這與圖32a的情況相同。中間光326的第一部分323通過第二延相片331后被轉(zhuǎn)換成輸出光335的第一部分333。該第一部分333具有第五光譜F5和第五偏振態(tài)P5。中間光326的第二部分324也通過第二延相片331，被轉(zhuǎn)換成輸出光335的第二部分334，具有第六光譜F6和第六偏振態(tài)P6。第一延相片322具有第一方位角α1的第一相延量Γ1，第二延相片331具有第二方位角α2和第二相延量Γ2，其中第一和第二方位角是相對于部分偏振光294的偏振方向度量的。和前面一樣，調(diào)制器320調(diào)制第一部分297的方式應(yīng)該不同于調(diào)制第二部分298的方式。
在一個特定實施例中第一方位角α1和第一相延量Γ1的選擇可以是使變換光296的第一部分297受到調(diào)制器320的調(diào)制，而變換光296的第二部分298卻不受調(diào)制器320調(diào)制，也即調(diào)制器320對于第二部分298是各向同性的。在此情況下，中間光326的第二部分324將不被調(diào)制器320改變或調(diào)制或影響。因此F’將近似與F4相同，PM2將近似與P4相同。
在另一個特定實施例中，第二方位角α2和第二相延量Γ2的選擇可以是使第五偏振態(tài)P5垂直于第六偏振態(tài)P6，第五光譜F5與第六光譜F6互補。在此情況下，可以用一個檢偏器有效地過濾出輸出光335的第一部分333或第二部分334，分別得到第五光譜F5或第六光譜F6。
在另一個實施例中，第一方位角α1和第一相延量Γ1的選擇可以是使調(diào)制器320至少有一個狀態(tài)能讓第一部分297受到調(diào)制而第二部分290不受到調(diào)制。
在另一個實施例中，第一方位角α1可以等于α，而第二方位角α2等于90°±α。
在又一個實施例中，對于所有的驅(qū)動電壓，由第二部分298的第二光譜F’的透射所形成的第二部分324的第四光譜F4基本上與第二光譜F’相同，且第四偏振態(tài)P4基本上與第二偏振態(tài)PM2相同；而變換光296的第一部分297卻隨著調(diào)制器320的驅(qū)動電壓連續(xù)地改變，從而產(chǎn)生連續(xù)變化的中間光326的第一部分323。其中的一個特殊情況是，第二方位角α2和第二相延量Γ2可以是選擇得使輸出光335的第一部分333在調(diào)制器320的驅(qū)動電壓連續(xù)改變時將連續(xù)地在0與第五光譜F5和第五偏振態(tài)P5之間變化。
圖33b與圖33a相當，只是其中的部份偏振光294’是橢圓偏振的。
在一個優(yōu)選實施例中，調(diào)制器320可以在一個第一切換態(tài)和一個第二切換態(tài)之間切換，其中第一切換態(tài)對應(yīng)于調(diào)制偏振態(tài)而第二切換態(tài)對應(yīng)于各向同性偏振態(tài)。在此情形中延相片322的第一方位角α1和相延量Γ1被選擇得使變換光296第一部分297的第一光譜F具有對應(yīng)于調(diào)制器320的偏振調(diào)制態(tài)的第一偏振態(tài)PM1。還有，第一方位角α1和第一相延量Γ1被選擇得使第二光譜F’等于第一光譜F的互補光譜F，并且第二偏振態(tài)PM2對應(yīng)于調(diào)制器320的各向同性偏振態(tài)。此外，第二方位角α2和第二相延量Γ2的選擇使得，當調(diào)制器320處于第一切換態(tài)時第五光譜F5近似等于第一光譜F，第六光譜F6近似等于互補光譜F，并且第五偏振態(tài)P5與第六偏振態(tài)P6正交。也就是說，輸出光335的第一部分333的偏振態(tài)與第二部分334的偏振態(tài)正交。
當角度在0°與90°之間時，該濾色器將提供每一個顏色強度的模擬式控制。第一級TG=Sin2θ1調(diào)制綠光。由于青色和黃色LCPF都能透過所有偏振態(tài)的綠光，所以后面兩級不會影響綠光的透過率。第二級按TR=Sin2θ2調(diào)制紅光，并且第三級不會影響紅光。問題出在對于藍光的調(diào)制上。只有第三級的偏振器7才改變藍光的偏振態(tài)，而LCD4和LCD6都會影響到藍光的方位取向。因此TB=Sin2(θ2+θ3)，可見藍光不是獨立于TR調(diào)制的。
該問題可以用本發(fā)明的選色性偏振調(diào)制器來解決。圖35示出了當電光調(diào)制器的調(diào)制態(tài)和各向同性態(tài)分別為線偏振和圓偏振情形下的偏振調(diào)制器，它包含延相片堆20和調(diào)制器10。扭曲向列液晶盒屬于這類調(diào)制器。延相片堆20把青光變換成圓偏振光(本例中是右旋的)，而保持紅光為線偏振光。當TN10處于0態(tài)(圖35a)時，紅光被旋轉(zhuǎn)成90°，而圓偏振的青光仍然是圓偏振光。當TN10處于“1”態(tài)(圖35b)時，紅光仍在0°上，青光也仍是圓偏振光。電光調(diào)制器10可以以模擬方式使紅光在0°與90°之間轉(zhuǎn)動，但青光則永遠保持為圓偏振的。可以用一個由第二延相片堆30與青色LCPF80所組成的檢偏器分析出偏振的調(diào)制光。該延相片堆把圓偏振光變換回到線偏振光，但不改變線偏振光的線偏振性。有色偏振器80在所有切換狀態(tài)下都透過青光，但透過的紅光強度是可變的。
圖35偏振調(diào)制器的一個關(guān)鍵特性是，它能有選擇性地調(diào)制紅光，但與Plummer器件的第二級(元件3、4、5)不同，它不調(diào)制藍光。其優(yōu)點如圖36所示。第一級利用品紅色LCPF80a、LCD10a的中性偏振器40來調(diào)制綠光。第二級的元件20、10b和30調(diào)制紅光的偏振態(tài)但不調(diào)制藍光的偏振態(tài)。由于除了第一級再也沒有任何元件會影響綠光的偏振態(tài)，所以不論綠光處于電光調(diào)制器10b的調(diào)制態(tài)、各向同性態(tài)還是同時含有兩種態(tài)的成分都沒有關(guān)系。未受第二級影響的藍光被LCD10c和黃色LCPF80c的組合進行強度調(diào)制。在這個三級濾色器中，每個原色都可被獨立地進行強度調(diào)制。
偏振器堆20使光譜F圓偏振化，使光譜F線偏振化。最簡單的堆是單個方位角為45°的四分之一波片，設(shè)計波長在光譜F內(nèi)的某處?？梢杂眠@樣的堆來實現(xiàn)較好的偏振態(tài)控制，這個堆能對整個光譜F提供四分之一波長的相延量但對光譜F提供全波長或半波長的相延量。這樣的堆可以稱作窄帶消色差復(fù)合四分之一波長延相片。關(guān)于復(fù)合消色差延相片在美國專利申請08/491,593號中有所說明，該申請的全部內(nèi)容在此引用作為參考。消色差延相片堆的一個實例是含有三個等相延量的延相片，方位角分別是π/12、5π/12和π/12。可以通過改變這些角度和選擇三個延相片的相延量來修改四分之一波長延相光譜區(qū)的波長、帶寬和過渡邊緣。方位角為14°、85°和14°的延相片堆是一個適當?shù)亩训睦印?br> 圖36的濾色器僅僅是在偏振調(diào)制器中使用了一個TN的濾色器的一個實施例。它僅在一個級中使用了延相片堆。還可以設(shè)計出其他的濾色器。例如，中性偏振器可以放置在選色偏振調(diào)制器的后面而不是前面。雖然用第一級來調(diào)制綠光可以降低對延相片堆過渡邊緣陡度的要求，但仍可以有不同的濾色次序。帶有選色偏振調(diào)制器的那一級可以與本技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)有的其他有色快相結(jié)合，不一定限于利用LCPS的快門。
本發(fā)明的濾色器可以與任何其他主動或被動式的濾色器結(jié)合使用。也可以用主動或被動濾色器組成混合濾色器。例如，濾色器可以不采用中性偏振器而采用有色偏振器，例如染料型有色偏振器或偏振延相片堆(PRS)有色偏振器。這時“白”狀態(tài)只含有被有色偏振器透過的波長成分。白/原色濾色器也可以與偏振干涉濾色器相結(jié)合。
圖37示出本發(fā)明的另一個共線濾色器，它用第一級對兩個原色進行時間混合，而第二級則專門針對第三個原色設(shè)計。這是一個處于對全部三個原色進行時間混合的濾色器與本發(fā)明的對每個原色用一個級的減色濾色器之間的混合濾色器。有色快門100在透過兩個減原色之間交替改變，本例中這兩個減原色是青色和品紅色。這兩個減原色所共有的加原色，即藍色，由第二級調(diào)制，而另兩個加原色，即紅色和綠色，則由第一級交替地調(diào)制。該有色快門可以是任何能在透過兩個減原色之間切換的快門。它可以含有一個液晶盒。即使LCD10a和10b被劃分成多個像素，該有色快門也不是一定要劃分像素。
為了讓藍光能無變化地通過第一級，延相片堆20把藍光轉(zhuǎn)換成圓偏振光，但讓紅光和綠光(合起來是黃光)保持為線偏振光。電光調(diào)制器10a使紅光和綠光旋轉(zhuǎn)θ1角，但不改變藍光；第二延相片堆30把藍光恢復(fù)成0°取向的線偏振光。第二級調(diào)制器10b使藍光旋轉(zhuǎn)θ2角，LCPF80根據(jù)θ2的大小透過一部分的藍光。調(diào)制器16b也會使紅光和綠光旋轉(zhuǎn)，但由于LCPF80能透過處于任何偏振態(tài)的紅光和綠光，所以不會影響它們的輸出大小。
與對所有三個原色進行時間混合的濾色器相比，圖37的兩級濾色器的一個優(yōu)點是，可以降低為防止出現(xiàn)觀察缺陷所需的工作速度。由于有一個原色在所有時間內(nèi)都是被顯示著的，所以減少了閃爍。如果每一幀中所顯示的原色是綠色，則將增大亮度。如果該原色是紅色，則可改善色平衡。如果第一級不采用使用有色快門100的時間混合，則可以采用分像素有色被動濾色器與分像素LCD10a的組合實現(xiàn)第一級的空間混合。共同的特點是，第二級是專為某一個原色設(shè)計的，并且由于使用了延相片堆20該原色不會被第一級調(diào)制。最后一級可以用任何不調(diào)制紅光和綠光的裝置來調(diào)制藍光，例如藍色膽甾液晶。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例示于圖40，其中一個直視式顯示器302’和一個鍵盤304’構(gòu)成一個筆記本電腦或手持式個人數(shù)字助手300’。顯示器302’利用圖1的選色偏振調(diào)制器組成。該個人電腦或手持式顯示裝置300’是由電池供電的，可以包含一個調(diào)制解調(diào)器306’以支持互連網(wǎng)或環(huán)球網(wǎng)訪問，還可以包含軟盤驅(qū)動器或CDROM(只讀光盤)驅(qū)動器、數(shù)字相機或掃描儀308’，或者可以連接到它們上面。
還可以為許多種應(yīng)用，包括圖41所示的頭盔顯示系統(tǒng)400’，制作對角線尺寸在0.5英寸至1.5英寸之間的圖1結(jié)構(gòu)的小型系統(tǒng)。系統(tǒng)400’帶有一個框架或束帶412’，以把系統(tǒng)固緊在用戶頭部并使顯示器402’、404’分別對準于用戶的右眼和左眼420’、422’。兩個顯示器402’404’分別利用透鏡系統(tǒng)408’、406’把彩色圖像導(dǎo)入到用戶眼中。一個安裝在框架或束帶412’上的外殼410’容納了各個光學(xué)元件，并且也可以容納電子顯示驅(qū)動器和聲響部件。兩個顯示器402’、404’各自都帶有一個薄型背部光源作為光源，例如熒光型的、電致發(fā)光型的或其他發(fā)光型的薄型光源。
圖42示出另一個優(yōu)選實施例，其中選色偏振調(diào)制器被用于背視投射型計算機監(jiān)視器和電視機。反射鏡502’、504’用來把由系統(tǒng)500’產(chǎn)生的圖像導(dǎo)向一個背視屏幕506’。
見圖43，這里本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是一個含有第一和第二液晶顯示器22’、28’的投影系統(tǒng)10’，這兩個顯示器分別對準于第一和/或第二有色快門或開關(guān)20’、26’。
系統(tǒng)10’含有一個光源12’和一個把光導(dǎo)向二向色性反射鏡16’的反光鏡14’，反射鏡16’把光分成兩路，分別沿光路42’和44’傳播。被導(dǎo)向光路42’的光首先被反射鏡18’反射，射向一個第一有色快門20’，然后通過液晶顯示器22’進入合束棱鏡30’。光源可以是金屬鹵素?zé)?、鹵鎢燈、或氙弧光燈。
被導(dǎo)向光路44’的光被反射鏡24’反射，在通過一個第二有色快門26’和一個第二液晶顯示器28’后，進入合束棱鏡30’。合束棱鏡30’可以含有兩個在界面36’處相接觸的元件32’、34’，該界面把兩個像結(jié)合成一個像，再通過投影透鏡38’投射到觀察面40’上。有色快門20’、26’分別用來有選擇地控制射到液晶顯示器22’、28’上的光的所選波長的透過率。有色快門20’、22’用近晶型和/或有手征近晶型液晶材料組成，對此在Johnson等人的美國專利5,132,826號、5,231,521號和5,243,455號中有較詳細的說明，這些專利的全部內(nèi)容在此引用作為參考，這兩個快門也可以是π-盒、均勻向列液晶盒或能作為偏振切換器的其他向列結(jié)構(gòu)的液晶盒。快門20’和26’可以結(jié)合使用以依次地透過三個原色，即紅、綠和藍色，使得由顯示器22’、28’所產(chǎn)生的兩個像在被合束棱鏡30’結(jié)合后能給出全色圖像。
在一個優(yōu)選實施例中，只需要使用一個在兩個原色之間交替切換的快門。在該實施例中，一個顯示器接收快門在某一給定時刻給出的兩個透射原色中的一個原色，而另一個顯示器則只控制一個原色的透過率。在該實施例的一個示例中除去了快門26’，并且二向色性反射鏡16’把藍光導(dǎo)向光路44’并通過顯示器28’，而紅光和綠光則被導(dǎo)向光路42’，傳向單個快門20’，后者在兩個狀態(tài)之間切換以依次地把紅光和綠光透射到顯示器22’上。顯示器22’的工作速度高于顯示器28’的，以對每一個藍色幀產(chǎn)生紅色和綠色兩個幀。
圖1所示的系統(tǒng)可以安裝在一個盒殼內(nèi)，以用于投影儀。圖44示出提供用于投影儀102’的顏色快門系統(tǒng)的盒殼108’放置在何處。投影儀中的光源104’使發(fā)出的光沿著軸線110’傳播并通過通常承放單色或彩色透明片的面板106’，得到單色或經(jīng)濾色的顯示盒殼108’代之以提供一個高分辨率的彩色圖像，該圖像通過投影儀的透鏡系統(tǒng)112’和114’被投射出去。
盒殼108’可承放一個例如圖1中說明的光調(diào)制系統(tǒng)，并內(nèi)含控制光調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制控制電路。盒殼108’有一個沿著其周邊的支承元件，用以承放光調(diào)制單元，使它能調(diào)制從投影儀發(fā)光表面發(fā)出的光。盒殼108’改善了貯藏性、便攜性和功能性，同時在用來阻擋從投影儀發(fā)光表面射出的多余的光時仍具有足夠的大小。
前述的各個實施例僅僅是示例性的，不應(yīng)該理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的教導(dǎo)可以被容易地應(yīng)用到其他類型的設(shè)備中。本發(fā)明說明的目的只是為了說明，它不應(yīng)限制權(quán)利要求的范疇。對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們來說許多變動、修改或改變是明顯的。
表Ⅰ、濾色器設(shè)計
表Ⅱ、扇形索爾克設(shè)計
權(quán)利要求
1.一種來處理至少為部分偏振的光的器件，它包括一個具有第一方位角和第一相延量的第一延相片，用來接收上述至少為部分偏振的光作為輸入光，并把上述輸入光變換成變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光并輸出中間光；以及一個具有第二方位角和第二相延量的第二延相片，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一狀態(tài)能使上述部分偏振光不受到調(diào)制以及至少有一個狀態(tài)能使上述至少為部分偏振的光的一部分受到調(diào)制而其余部分不受調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述至少為部分偏振的光是具有一個偏振方向的至少為部分線偏振的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中上述第一方位角近似等于相對于上述偏振方向的角度α，上述第二方位角近似等于相對于上述偏振方向的角度90°±α。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述至少為部分偏振的光是至少為部分圓偏振的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使上述部分偏振光不受調(diào)制以及至少有一個狀態(tài)能使上述至少為部分偏振的光的一部分受到調(diào)制而其余部分不受調(diào)制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中上述調(diào)制器包括一個電光調(diào)制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一種液晶。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一種向列液晶。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括下述材料之一扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、電控雙折射(ECB)和混合場效應(yīng)(HFE)材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一個表面模式器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括下列器件之一π盒、零扭曲模式器件、混合模式效應(yīng)器件和聚合物分散(dispered)液晶器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一種近晶型液晶。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一種近晶型液晶。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括一種有手征近晶型材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括SmC*。
17.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括表面穩(wěn)定型FLC和體積穩(wěn)定型FLC中的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中上述電光調(diào)制器包括SmA*-電致傾斜、畸變螺旋鐵電、反鐵電、柔性電和無手性鐵電液晶。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述調(diào)制器包括一個磁光調(diào)制器。
20.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中上述調(diào)制器包括一個磁光調(diào)制器。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述調(diào)制器包括一個反射型調(diào)制器。
22.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中上述調(diào)制器包括一個反射型調(diào)制器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述調(diào)制器包括一個透射型調(diào)制器。
24.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中上述調(diào)制器包括一個透射型調(diào)制器。
25.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中上述調(diào)制器包括一個相位掩模型調(diào)制器。
26.一種用來接收具有一個偏振方向的至少為部分偏振的光的器件，它包括一個具有相對于偏振方向的第一方位角和第一相延量的延相片，用來接收上述至少為部分偏振的光作為輸入光，并把上述輸入光變換成變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光并輸出中間光；以及一個具有相對于偏振方向的第二方位角和第二相延量的延相片，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器、和上述第二延相片的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使上述部分偏振光不受調(diào)制，以及至少有一個狀態(tài)能使上述部分偏振光的一部分受到調(diào)制而其余部分不受調(diào)制。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述第一方位角近似等于相對于上述偏振方向的角α，并且上述第二方位角近似等于相對于上述偏振方向的角90°±α。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述調(diào)制器包括一電光調(diào)制器。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述調(diào)制器包括一個磁光調(diào)制器。
31.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述調(diào)制器包括一個透射型調(diào)制器。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的器件，其中上述調(diào)制器包括一種液晶。
33.一種用來接收至少為部分偏振的光的器件，它包括一個第一延相片，用來接收上述至少為部分偏振的光并把上述輸入光變換成變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光和輸出中間光；以及一個第二延相片，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使一個第一光譜和一個第二光譜都不受調(diào)制，以及至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和第二光譜中的一個光譜受到調(diào)制但另一光譜不受調(diào)制。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的器件，其中上述第二光譜是上述第一光譜的互補光譜。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的器件，其中上述第一延相片和上述第二延相片是不同的。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的器件，其中上述第一方位角方向近似垂直于上述第二方位角方向。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的器件，其中上述第一方位角相對于一個給定方向的角度為α，上述第二方位角相對于該給定方向的角度等于或近似等于90°±α。
38.一種用來處理至少為部分偏振的光的特性的器件，它包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的偏振方向的第一方位角的第一延相片，用來接收這個光并輸出改變光；一個調(diào)制器，用來接收改變光并輸出中間光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的上述偏振方向的第二方位角的第二延相片，用來接收中間光和輸出輸出光，其中上述第一和第二方位角不同，并且上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片的設(shè)計使得當上述調(diào)制器處于一個狀態(tài)時上述改變光不受上述調(diào)制器的調(diào)制，但當上述調(diào)制器處于另一狀態(tài)時上述改變光的一部分受到上述調(diào)制器的調(diào)制。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的器件，其中上述調(diào)制器包括一個電光器件。
40.一種器件，它包括一個第一延相片，用來接收輸入光并把上述輸入光變換成變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光和輸出中間光，以及一個第二延相片，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個非調(diào)制態(tài)能使上述變換光與上述中間光接近相同，以及至少有一個調(diào)制態(tài)能使上述變換光的一部分受到調(diào)制而上述變換光的其余部分不受調(diào)制。
41.一種用來處理光的偏振分布的偏振處理器，它包括一個具有第一相延量和第一方位角的第一延相片，用來接收光和輸出改變光；一個偏振調(diào)制器，用來接收改變光并輸出中間光；以及一個具有第二相延量和第二方位角的第二延相片，用來接收中間光、處理改變光的偏振分布和輸出具有改變偏振分布的改變輸出光，使得上述改變輸出光的一部分能用一個檢偏器有選擇地濾色。
42.一種器件，它包括一個第一延相片，用來接收輸入光并把上述輸入光變換成含有第一光譜和第二光譜的變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光并輸出中間光；以及一個第二延相片堆，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片、上述調(diào)制器和上述第二延相片堆的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和上述第二光譜都不受調(diào)制，以及至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和上述第二光譜中的一個光譜受到調(diào)制而另一個光譜受到不同的調(diào)制。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的器件，其中上述第二延相片堆包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第一方位角的第一延相片，用來接收上述中間光和輸出初級變換光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第二方位角的第二延相片，用來接收上述初級變換光和輸出上述輸出光，上述第一方位角與上述第二方位角不同。
44.一種器件，它包括一個第一延相片堆，用來接收輸入光并把上述輸入光變換成含有第一光譜和第二光譜的變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光并輸出中間光；以及一個第二延相片堆，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片堆、上述調(diào)制器和上述第二延相片堆的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和上述第二光譜都不受調(diào)制，以及至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和第二光譜中的一個光譜受到調(diào)制而另一個光譜受到不同的調(diào)制。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的器件，其中上述第一延相片堆包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第一方位角的第一延相片，用來接收上述部分偏振光和輸出初級變換光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第二方位角的第二延相片，用來接收上述初級變換光和輸出上述變換光，其中上述第一方位角與上述第二方位角不同。
46.一種器件，它包括一個第一延相片堆，用來接收輸入光并把上述輸入光變換成含有第一光譜和第二光譜的變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光并輸出中間光；以及一個第二延相片堆，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片堆、上述調(diào)制器和上述第二延相片堆的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和第二光譜都不受調(diào)制，以及至少有一個狀態(tài)能使上述第一光譜和上述第二光譜中的一個光譜受到調(diào)制而另一個光譜受到不同的調(diào)制。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的器件，其中上述第一延相片堆包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第一方位角的第一延相片，用來接收上述部分偏振光和輸出初級變換光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第二方位角的第二延相片，用來接收上述初級變換光和輸出上述變換光，上述第一和第二方位角不同。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的器件，其中上述第二延相片堆包括一個具有第三相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第三方位角的第三延相片，用來接收上述中間光和輸出初級變換光，以及一個具有第四相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第四方位角的第四延相片，用來接收上述初級變換光和輸出上述輸出光，上述第三與第四方位角不同。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的器件，其中上述第一和第二延相片堆的布局使得第一光譜和第二光譜是偏振的。
50.根據(jù)權(quán)利要求46的器件，其中上述第一光譜和上述第二光譜互補。
51.根據(jù)權(quán)利要求50器件，其中上述第一光譜具有第一偏振態(tài)，上述第二光譜具有第二偏振態(tài)，并且上述第一延相片堆和上述第二延相片堆的設(shè)計使得上述第一光譜的偏振態(tài)與上述第二光譜的偏振態(tài)不同。
52.一種器件，它包括一個第一延相片堆，用來接收輸入光并把上述輸入光變換成含有第一光譜和第二光譜的變換光；一個調(diào)制器，用來接收上述變換光和輸出中間光；以及一個第二延相片堆，用來接收上述中間光并把上述中間光變換成輸出光，其中上述第一延相片堆、上述調(diào)制器和上述第二延相片堆的設(shè)計使得上述調(diào)制器至少具有一個能使上述變換光與上述中間光基本相同的非調(diào)制態(tài)，以及至少具有一個能使上述變換光的一部分的特性受到調(diào)制的調(diào)制態(tài)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，上述第一延相片堆、上述調(diào)制器和上述第二延相片堆可以被設(shè)計得能使上述變換光的上述一部分的偏振態(tài)受到調(diào)制。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中上述特性是光的偏振分布。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中上述特性是光的相位分布。
56.一種用來改變光的偏振分布的偏振處理器，它包括分別具有第一多個方位-αN和第一多個相延量ΓN的第一多個延相片，用來處理光的偏振分布以產(chǎn)生偏振處理光；一個偏振調(diào)制器件，用來接收偏振處理光和輸出中間光；以及分別具有第二多個方位角αN’和第二多個相延量ΓN’的第二多個延相片，用來接收和處理中間光的偏振分布和輸出具有為顏色選取而改變的偏振分布的改變輸出光。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的偏振處理器，它還包括一個檢偏器，用來接收上述具有為顏色選取而改變的偏振分布的光。
58.根據(jù)權(quán)利要求56的偏振處理器，其中αN’=90°±αN。
59.一種用于至少為部分偏振的光的光譜濾色器，它包括一個或多個串接的白/濾色級，每一個級包括一個調(diào)制器，它可在第一和第二切換態(tài)之間切換，并具有一個調(diào)制偏振態(tài)和一個各向同性偏振態(tài)；一個第一延相片堆，它位于上述調(diào)制器的一側(cè)，包括一個或多個延相片，其中上述各延相片的數(shù)目N和上述各延相片的相延量和方位角使得在上述調(diào)制偏振態(tài)下第一光譜透過，在上述各向同性偏振態(tài)下互補的第二光譜透過；以及一個第二延相片堆，它位于上述調(diào)制器的另一側(cè)，包括N個延相片，其中上述各延相片的相延量和方位角使得在上述第一切換態(tài)下上述第一和第二光譜以正交的偏振態(tài)透過。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述第二延相片堆中的上述各延相片的相延量和方位角使得在上述第二切換態(tài)下上述第一和第二光譜以相同的偏振態(tài)透過。
61.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，它還包括一個與上述各級相串接的檢偏器。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的濾色器，它還包括一個與上述各級相串接的輸入偏振器。
63.根據(jù)權(quán)利要求61的濾色器，其中該檢偏器的方位角為0°。
64.根據(jù)權(quán)利要求61的濾色器，其中該檢偏器的方位角為90°。
65.根據(jù)權(quán)利要求61的濾色器，其中上述檢偏器是一個線偏振器。
66.根據(jù)權(quán)利要求64的濾色器，其中上述編振器是從下列這組偏振器中選出的吸收、二向色性、染料型的、非吸收的和偏振電介質(zhì)膜的偏振器，偏振分束器，以及方解石、石英、散射式、棱鏡式偏振器。
67.根據(jù)權(quán)利要求63的濾色器，其中上述線偏振器包括一個與四分之一波長延相片相結(jié)合的圓偏振器。
68.根據(jù)權(quán)利要求61的濾色器，其中檢偏器是一個圓偏振器。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的濾色器，其中上述圓偏振器是一個膽甾LC(液晶)偏振器。
70.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述調(diào)制器是一個電光調(diào)制器，并包括一個具有固定方位角和可在第一和第二相延量之間切換的相延量的延相片。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的濾色器，其中上述方位角為0°并且上述第一和第二相延量分別是零相延量和半波長相延量。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的濾色器，其中上述相延量可在上述第一和第二相延量之間連續(xù)改變。
73.根據(jù)權(quán)利要求70的濾色器，其中上述延相片包括向列液晶延相片。
74.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述電光調(diào)制器包括一個從下列這組延相片中選出的一個延相片扭曲向列、超扭曲向列、電控雙折射、混合場效應(yīng)、表面模式、π盒、零扭曲模式、混合模式和聚合物分散液晶延相片。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的濾色器，其中上述延相片是一個有手征近晶型A*向列液晶延相片。
76.根據(jù)權(quán)利要求74的濾色器，其中上述延相片是一個畸變螺旋鐵電液晶延相片。
77.根據(jù)權(quán)利要求74的濾色器，其中上述延相片是模擬或SmC*液晶延相片。
78.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述電光調(diào)制器包括一個具有固定相延量和可在第一和第二方位角之間切換的方位角的延相片。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的濾色器，其中上述固定相延量是半波長相延量。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的濾色器，上述第一方位角為0°，上述第二方位角為45°。
81.根據(jù)權(quán)利要求78的濾色器，其中上述方位角可以在上述第一和第二值之間連續(xù)改變。
82.根據(jù)權(quán)利要求78的濾色器，其中上述延相片是近晶型液晶延相片。
83.根據(jù)權(quán)利要求78的濾色器，其中上述電光調(diào)制器還包括位于上述延相片兩側(cè)的第一和第二四分之一波長延相片。
84.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述電光調(diào)制器包括一個從下列這組延相片中選出的延相片有手征近晶型、鐵電、SmC*、表面穩(wěn)定SmC*、體積穩(wěn)定SmC*，雙值SmC*、模擬式SmC*、SmA*、畸變螺旋鐵電、反鐵電、柔性鐵電和無手征鐵電液晶延相片。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的濾色器，其中上述延相片是有手征近晶型A*延相片。
86.根據(jù)權(quán)利要求84的濾色器，其中上述延相片是畸變螺旋鐵電延相片。
87.根據(jù)權(quán)利要求84的濾色器，其中上述延相片是模擬式SmC*延相片。
88.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述調(diào)制器包括一個復(fù)合延相片。
89.根據(jù)權(quán)利要求88的濾色器，其中上述復(fù)合延相片是一個消色差復(fù)合延相片。
90.根據(jù)權(quán)利要求88的濾色器，其中上述復(fù)合延相片包括一個液晶延相片和一個被動延相片。
91.根據(jù)權(quán)利要求90的濾色器，其中上述調(diào)制器包括一個磁光調(diào)制器。
92.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述電光調(diào)制器的設(shè)計波長位于上述第一光譜內(nèi)。
93.根據(jù)權(quán)利要求92的濾色器，其中各加原色的中心波長為λ=450nm、λ=550nm和λ=590nm。
94.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述第二延相片堆中的上述各延相片的相延量和方位角使得上述濾色器是正常白的。
95.根據(jù)權(quán)利要求94的濾色器，其中上述第一延相片堆中的上述各延相片具有相延量Γ1、Γ2、…ΓN和方位角α1、α2、…αN，并且上述第一延相片堆中的上述各延相片具有相延量ΓN、…Γ2、Γ1和方位角90°+αN、…90°+α2、90°+α1。
96.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述第二延相片堆中的上述各延相片的相延量和方位角使得上述濾色器是正常濾色的。
97.根據(jù)權(quán)利要求96的濾色器，其中上述第一延相片堆中的上述各延相片具有相延量Γ1、Γ2、…ΓN和方位角α1、α2、…αN，且上述第二延相片堆中的上述各延相片具有相延量ΓN、…Γ2、Γ1和方位角90°-αN、…90°-α2、90°-α1。
98.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述第一光譜是一個加原色光譜，上述第二光譜是一個減原色光譜。
99.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述第一光譜是一個減原色光譜，上述第二光譜是一個加原色光譜。
100.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述濾色器含有第一級和第二級。
101.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，其中上述濾色器含有第一級、第二級、和第三級。
102.根據(jù)權(quán)利要求101的濾色器，其中上述第一級的第一和第二光譜、上述第二級的第一和第二光譜、以及上述第三級的第一和第二光譜使得濾色器輸出可以在第一原色光譜、第二原色光譜和第三原色光譜之間切換。
103.根據(jù)權(quán)利要求102的濾色器，其中上述第一、第二和第三原色光譜都是加原色光譜。
104.根據(jù)權(quán)利要求102的濾色器，其中上述濾色器輸出還可以切換成白的。
105.根據(jù)權(quán)利要求101的濾色器，它還包括一個輸入偏振器和一個檢偏器，但在上述各級之間沒有內(nèi)部偏振器。
106.根據(jù)權(quán)利要求101的濾色器，它還包括一個輸入偏振器、一個檢偏器、一個位于上述第一和第二級之間的第一內(nèi)部偏振器、以及一個位于上述第二和第三級之間的第二內(nèi)部偏振器。
107.一種多像素濾色器，它包括多個權(quán)利要求59的濾色器。
108.一種攝像機，它包括權(quán)利要求107的多像素濾色器，還包括一個接收器。
109.根據(jù)權(quán)利要求108的攝像機，其中上述攝像機是一個靜態(tài)攝像機。
110.根據(jù)權(quán)利要求108的攝像機，其中上述攝像機是一個視頻攝像機。
111.一種顯示器，它包括一個權(quán)利要求107的多像素濾色器，還包括光源。
112.根據(jù)權(quán)利要求111的顯示器，其中上述顯示器是一個攝影顯示器。
113.根據(jù)權(quán)利要求111的顯示器，其中上述顯示器是一個直視顯示器。
114.根據(jù)權(quán)利要求59的濾色器，它適用于光學(xué)尋址信號，還含有一個與上述濾色器相耦合的光探測器。
115.一種獲得可在白光與濾色光之間切換的光的方法，它包括以下步驟提供一個權(quán)利要求1的濾色器；以及在上述第一和第二切換態(tài)之間切換上述電光調(diào)制器。
116.根據(jù)權(quán)利要求115的方法，其中上述切換為模擬式切換。
117.一種提供紅、綠、藍濾色的方法，它包括以下步驟提供權(quán)利要求43的濾色器，以及在上述第一和第二切換態(tài)之間切換上述第一、第二、第三級的電光調(diào)制器。
118.一種用于偏振光的光譜濾色器，它包括一個或多個相互串接的白/濾色級，每一級都包括一個偏振調(diào)制器；一個放置在上述調(diào)制器的第一側(cè)的第一延相片堆，它包括N個延相片，其中N為1或較大，上述各延相片具有相延量Γ1、Γ2、…ΓN和方位角α1、α2、…αN；以及一個放置在上述電光調(diào)制器的另一側(cè)的第二延相片堆，它包括N個延相片，上述各延相片具有相延量ΓN、…Γ2、Γ1和方位角90°±αN、…、90°±α2、90°±α1。
119.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中N≥1。
120.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中N=2和Γ1=Γ2。
121.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中N=2和Γ1=2Γ2。
122.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中N=2和Γ2=2Γ1。
123.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述各延相片的相延量和方位角服從扇形索爾克(Solc)設(shè)計。
124.根據(jù)權(quán)利要求123的濾色器，其中αN=(2N-1)α1。
125.根據(jù)權(quán)利要求124的濾色器，其中N=1和α1≈22°。
126.根據(jù)權(quán)利要求124的濾色器，其中N=2、Γ1=Γ2和α1≈11°。
127.根據(jù)權(quán)利要求123的濾色器，其中N=2、Γ1=2Γ2和α1≈15°。
128.根據(jù)權(quán)利要求123的濾色器，其中N=3、Γ1=Γ2-Γ3和α1≈7°。
129.根據(jù)權(quán)利要求123的濾色器，其中N=3,Γ1=Γ2-2Γ3和α1≈9°。
130.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述各延相片的相延量和方位角服從準折迭式索爾克設(shè)計。
131.根據(jù)權(quán)利要求130的濾色器，其中αN=(-1)N+1α1。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的濾色器，其中N=2,Γ1=Γ2和α1≈11°。
133.根據(jù)權(quán)利要求131的濾色器，其中N=3、Γ1=Γ2-Γ3和α1≈8°。
134.根據(jù)權(quán)利要求131的濾色器，其中N=3,Γ1=Γ2-Γ3和α1≈15°。
135.根據(jù)權(quán)利要求131的濾色器，其中N=3,Γ1=Γ2-Γ3和α1≈22°。
136.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述各延相片的相延量和方位角服從分立元件設(shè)計。
137.根據(jù)權(quán)利要求136的濾色器，其中N=1和α1≈45°。
138.根據(jù)權(quán)利要求137的濾色器，它還包括一個中央延相片，后者位于上述第一延相片堆與上述調(diào)制器之間，方位角αc=0°、相延量為Γc，其中Γ1=Γ2+π/2。
139.根據(jù)權(quán)利要求136的濾色器，其中N=2、α1≈45°、α2≈0°和Γ1=2Γ2+π/2。
140.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述第二延相片堆中的上述各延相片具有方位角90°+αN、…、90°+α2、90°+α1。
141.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述第二延相片堆中的上述各延相片具有方位角90°-αN、…、90°-α2、90°-α1。
142.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，它還包括一個與上述各級相串接的檢偏器。
143.根據(jù)權(quán)利要求142的濾色器，它還包括一個與上述各級相串接的輸入偏振器。
144.根據(jù)權(quán)利要求143的濾色器，其中上述檢偏器的方位角為0°。
145.根據(jù)權(quán)利要求142的濾色器，其中上述檢偏器是一個中性線偏振器。
146.根據(jù)權(quán)利要求145的濾色器，其中上述偏振器是一個包括與四分之一波長延相片相結(jié)合的圓偏振器在內(nèi)的線偏振器。
147.根據(jù)權(quán)利要求145的濾色器，其中上述線偏振器是一個EMIndustries,Inc.Transmax偏振器。
148.根據(jù)權(quán)利要求143的濾色器，其中上述檢偏器是一個圓偏振器。
149.根據(jù)權(quán)利要求148的濾色器，其中上述圓偏振器是一個膽甾圓偏振器。
150.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述偏振調(diào)制器包括一個含有固定方位角和可在第一和第二相延量之間切換的相延量的電光延相片。
151.根據(jù)權(quán)利要求150的濾色器，其中上述方位角為0°、上述第一相延量為零相延量、以及上述第二相延量為半波長相延量。
152.根據(jù)權(quán)利要求150的濾色器，其中上述相延量可在上述第一和第二相延量之間連續(xù)地改變。
153.根據(jù)權(quán)利要求150的濾色器，其中上述延相片包括向列液晶延相片。
154.根據(jù)權(quán)利要求153的濾色器，其中上述延相片包括TN或STNGW表面模式IT一盒ECB和HFE中的一個。
155.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述調(diào)制器包括一個具有固定相延量和可在第一和第二方位角之間切換的方位角的LC延相片。
156.根據(jù)權(quán)利要求155的濾色器，其中上述固定相延量為半波長相延量。
157.根據(jù)權(quán)利要求155的濾色器，其中上述方位角可在上述第一和第二方位角之間連續(xù)改變。
158.根據(jù)權(quán)利要求155的濾色器，其中上述延相片是一個近晶型液晶延相片。
159.根據(jù)權(quán)利要求158的濾色器，其中上述延相片包括有手性近晶型、SMA*、DHF、SMC*和反鐵電液晶延相片中的一個。
160.根據(jù)權(quán)利要求156的濾色器，其中上述電光調(diào)制器還包括位于上述延相片兩側(cè)的第一和第二四分之一波長延相片。
161.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述電光調(diào)制器包括一個復(fù)合延相片。
162.根據(jù)權(quán)利要求161的濾色器，其中上述復(fù)合延相片包括一個液晶延相片和一個被動延相片。
163.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中N,Γ1、Γ2、…ΓN和α1、α2、…αN使得第一光譜以第一偏振態(tài)透過，互補的第二光譜以正交的偏振態(tài)透過。
164.根據(jù)權(quán)利要求163的濾色器，其中上述電光調(diào)制器的設(shè)計波長位于上述第一光譜的范圍內(nèi)。
165.根據(jù)權(quán)利要求163的濾色器，其中上述第一光譜是一個加原色光譜，上述第二光譜是一個減原色光譜。
166.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述濾色器含有兩個級。
167.根據(jù)權(quán)利要求118的濾色器，其中上述濾色器包括至少三個級。
168.根據(jù)權(quán)利要求167的濾色器，其中每一級的N,Γ1、Γ2、…ΓN和α1、α2、…αN使得濾色器輸出可在第一原色光譜、第二原色光譜和第三原色光譜之間切換。
169.根據(jù)權(quán)利要求168的濾色器，其中上述第一、第二和第三原色光譜都是加原色光譜。
170.根據(jù)權(quán)利要求169的濾色器，其中上述濾色器輸出還可被切換成白色。
171.一種液晶聚合物延相片堆，它包括一個基底；一個設(shè)置在上述基底上的第一液晶聚合物延相片，其方位角為α1；以及一個設(shè)在上述第一延相片上的第二液晶聚合物延相片，其方位角為α2，其中α2與α1不相等。
172.根據(jù)權(quán)利要求171的延相片堆，它還包括一個設(shè)置在上述第二延相片上的第三液晶聚合物延相片，其方位角為α3。
173.根據(jù)權(quán)利要求172的延相片堆，其中α3與α2不相等。
174.一種光譜濾色器，它包括一個權(quán)利要求171的第一延相片堆、一個權(quán)利要求171的第二延相片堆和一個設(shè)置在它們之間的液晶延相片。
175.根據(jù)權(quán)利要求174的光譜濾色器，其中上述第一延相片堆包括N個延相片，其中N等于2或更大，上述各延相片具有相延量Γ1、Γ2、…ΓN和方位角α1、α2、…αN，并且其中上述第二延相片堆包括N個延相片，上述各延相片具有相延量ΓN、Γ2、Γ1、和方位角90°±αN、…、90°±α2、90°±α1。
176.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述調(diào)制器包括一個偏振調(diào)制器。
177.根據(jù)權(quán)利要求176的器件，其中上述偏振調(diào)制器可在第一和第二切換態(tài)之間切換，并具有一個調(diào)制偏振態(tài)和一個各向同性偏振態(tài)。
178.根據(jù)權(quán)利要求177的器件，其中上述第二方位角和上述第二相延量使得當上述偏振調(diào)制器處于上述第二切換態(tài)時上述輸出光處于相同的偏振態(tài)。
179.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中上述第一延相片堆包括第一多個延相片，并且上述第二延相片堆包括第二多個延相片。
180.根據(jù)權(quán)利要求179的器件，其中上述第一和第二延相片堆的相延量和方位角服從扇形索爾克設(shè)計。
181.根據(jù)權(quán)利要求179的器件，其中上述第一和第二多個延相片的相延量和方位角服從準折迭式索爾克設(shè)計。
182.根據(jù)權(quán)利要求179的器件，其中上述第一和第二多個延相片的相延量和方位角服從分立元件設(shè)計。
183.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中上述調(diào)制器包括一個具有固定方位角和可在第一和第二相延量之間切換的相延量的電光延相片。
184.根據(jù)權(quán)利要求183的器件，其中上述方位角可在上述第一和第二方位角之間連續(xù)改變。
185.一種用于變換至少為部分偏振的光的延相片堆，它包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第一方位角的第一延相片，用來接收上述部分偏振光并輸出初級變換光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第二方位角的第二延相片，用來接收上述初級變換光并輸出次級偏振變換光，上述第一和第二方位角不同。
186.根據(jù)權(quán)利要求185的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包含第一光譜和第二光譜，并且上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述次級偏振變換光的第一和第二光譜的偏振態(tài)不相等。
187.根據(jù)權(quán)利要求186的延相片堆，其中上述第一和第二光譜互補。
188.根據(jù)權(quán)利要求185的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包含第一和第二光譜，并且上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述次級偏振變換光的第一和第二光譜的偏振態(tài)互相正交。
189.根據(jù)權(quán)利要求185的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包括可見光。
190.根據(jù)權(quán)利要求189的延相片堆，其中上述可見光是部分線偏振的。
191.根據(jù)權(quán)利要求185的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包括不可見光。
192.根據(jù)權(quán)利要求191的延相片堆，其中上述不可見光是部分線偏振的。
193.根據(jù)權(quán)利要求186的延相片堆，其中部分偏振光是部分線偏振的，并且上述次級偏振變換光的第一光譜和第二光譜的偏振方向互相垂直。
194.根據(jù)權(quán)利要求186的延相片堆，其中部分偏振光是部分線偏振的，并且上述次級偏振變換光的第一光譜和第二光譜的偏振方向不互相垂直。
195.一種用于為輸入給一個調(diào)制器而預(yù)處理至少為部分偏振的光的延相片堆，它包括一個具有第一相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第一方位角的第一延相片，用來接收上述部分偏振光并輸出初級變換光；以及一個具有第二相延量和相對于上述至少為部分偏振的光的第二方位角的第二延相片，用來接收上述初級變換光并輸出包含第一部分光和第二部分光的輸出光，其中上述第一和第二方位角以及第一和第二相延量的選擇使得上述第一部分輸出光比上述第二部分輸出光更多地受到調(diào)制器的調(diào)制。
196.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述第一部分輸出光具有第一偏振態(tài)，上述第二部分輸出光具有第二偏振態(tài)，并且上述第一和第二偏振態(tài)不相等。
197.根據(jù)權(quán)利要求196的延相片堆，其中上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述第一部分輸出光具有第一偏振態(tài)，上述第二部分輸出光具有第二偏振態(tài)，并且第一和第二偏振態(tài)不正交。
198.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述第一部分輸出光具有第一偏振態(tài)，上述第二部分輸出光具有第二偏振態(tài)，并且第一和第二偏振態(tài)是正交的。
199.根據(jù)權(quán)利要求197的延相片堆，其中上述第一和第二延相片的設(shè)計使得上述第一部分輸出光具有第一偏振態(tài)，上述第二部分輸出光具有第二偏振態(tài)，并且第一和第二偏振態(tài)可被一個檢偏器分離。
200.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包括可見光。
201.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中上述至少為部分偏振的光包括不可見光。
202.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中部分偏振光是部分線偏振的，并且第一部分輸出光和第二部分輸出光的偏振方向不互相垂直。
203.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中部分偏振光是部分橢圓偏振的，并且第一部分輸出光和第二部分輸出光的偏振態(tài)不相等。
204.根據(jù)權(quán)利要求195的延相片堆，其中上述第一和第二延相片中至少有一個包括雙折射材料。
205.一種用于處理至少為部分偏振的光的器件，它包括一個具有一個相延量和一個相對于上述至少為部分偏振的光的方位角的延相片，用來接收上述至少為部分偏振的光并輸出含有第一部分和第二部分的變換光；以及一個調(diào)制器，用來接收上述變換光，其中上述第一延相片和調(diào)制器的設(shè)計使得上述調(diào)制器對上述第一部分和第二部分的偏振態(tài)有不同的影響，并輸出得到的調(diào)制器輸出光。
206.根據(jù)權(quán)利要求205的器件，其中上述調(diào)制器對上述第一部分的調(diào)制多于對第二部分的調(diào)制。
207.根據(jù)權(quán)利要求205的器件，其中上述調(diào)制器調(diào)制上述第一部分但不調(diào)制上述第二部分。
208.根據(jù)權(quán)利要求205的器件，其中上述調(diào)制器至少有一個第一態(tài)，并且當上述調(diào)制器處于至少一種狀態(tài)時它對上述第一部分比對上述第二部分呈現(xiàn)更多的各向同性。
209.根據(jù)權(quán)利要求205的器件，其中上述調(diào)制器和延相片的設(shè)計以及上述延相片的上述方位角和相延量的選擇能使上述變換光包含分別與上述第一部分和第二部分相聯(lián)系的第一光譜和第二光譜。
210.根據(jù)權(quán)利要求205的器件，其中上述調(diào)制器和上述延相片的設(shè)計以及上述延相片的上述方位角和相延量的選擇能使上述第一部分具有第一偏振態(tài)和上述第二部分具有第二偏振態(tài)，并且上述第一和第二偏振態(tài)互不相同。
211.根據(jù)權(quán)利要求210的器件，其中上述第一和第二偏振態(tài)都是線偏振態(tài)。
212.根據(jù)權(quán)利要求210的器件，其中上述第一和第二偏振態(tài)都是橢圓偏振態(tài)。
213.根據(jù)權(quán)利要求210的器件，其中上述第一和第二偏振態(tài)都是圓偏振態(tài)。
214.根據(jù)權(quán)利要求211的器件，其中上述第一和第二偏振態(tài)不相同或正交。
全文摘要
一種由一個位于兩個延相片堆之間的電光調(diào)制器所構(gòu)成的高亮度減色濾色器。第二處相片堆是第一延相片堆是第一延相片堆的反轉(zhuǎn),且其方位取向相對于第一延相片堆有所轉(zhuǎn)動。調(diào)制器改變第二延相片堆的表觀方位角,使得在調(diào)制器的第一切換態(tài)下兩個延相片堆將協(xié)同對輸入光的光譜進行濾波,而在第二切換態(tài)下它們的作用將抵消,讓白光通過?？梢源拥厥褂脙蓚€或多個級,每一個級都對一個原色進行獨立的模擬式控制。
文檔編號H04N9/31GK1225220SQ97196309
公開日1999年8月4日 申請日期1997年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月14日
發(fā)明者克里斯蒂娜·M·約翰遜, 加里·D·夏普 申請人:彩色聯(lián)結(jié)公司