專利名稱：投影顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示系統(tǒng)，具體而言是一種彩色投影顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶投影顯示系統(tǒng)是已知的。硅上液晶(liquid crystal on silicon)(LCoS)顯示器面板被用于單獨調(diào)制白光束的三個不同譜分量(紅、綠、藍(lán))，并且這三個分量被組合以形成被投影在顯示器屏幕上的輸出束。LCoS投影顯示系統(tǒng)具有處于相對低的成本的相對高的分辨率的優(yōu)點。這樣的系統(tǒng)被提出用于在諸如大屏幕桌面計算機監(jiān)視器、高清晰度電視(HD-TV)和高分辨率正面投影儀的產(chǎn)品中使用。
各種系統(tǒng)是已知的并被提出用于在將來自光源的白光分成三個分離的分量并在經(jīng)顯示器面板的調(diào)制后復(fù)合所述束的過程中使用。一個實例使用了立方分束器和偏振光學(xué)器件以執(zhí)行分離和復(fù)合操作。這樣的系統(tǒng)例如被描述于歐洲專利申請EP-A-1081964中，偏振分束器將光分成其分離的分量并分析束的三個不同分量的所需部分。為了增強所產(chǎn)生的圖像的對比度，偏振器形式的板檢偏器被置于立方分束器之間以另外分析所述束并由此增強對比度。這些檢偏器在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生熱。因此，如果該裝置以高亮度水平被使用，則在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了諸如以下的問題檢偏器的熱降解和出現(xiàn)在分束器立方體中的熱感應(yīng)應(yīng)力雙折射。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種投影顯示系統(tǒng)，其能以高亮度水平來工作而提供輸出圖像中的提高的對比度。
依照本發(fā)明，提供了一種用于處理輻射的光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括a.輻射輸入裝置，其被安排成沿第一處理路徑引導(dǎo)第一和第二譜分量并沿第二處理路徑引導(dǎo)第三譜分量；b.第一偏振選擇性反射裝置，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第一譜分量和第二譜分量以分別將所述第一和第二分量導(dǎo)向第一和第二輻射調(diào)制裝置以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第三處理路徑引導(dǎo)第一和第二分量，當(dāng)沿所述第三處理路徑行進(jìn)時，所述第一和第二分量具有不同的偏振狀態(tài)；c.第二偏振選擇性反射裝置，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第三分量以將所述第三分量導(dǎo)向第三輻射調(diào)制裝置以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第四處理路徑引導(dǎo)第三分量；d.譜選擇性反射裝置，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時類似地處理所述第一和第二譜分量，并被安排成沿第五處理路徑引導(dǎo)所述第一和第二分量以及所述第三分量；以及e.輻射輸出裝置，其被安排成沿所述第五處理路徑來處理輻射，所述輸出裝置包括譜選擇性偏振敏感裝置，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時不同地處理所述第一和第二分量。
通過使用被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時類似地處理所述第一和第二譜分量的譜選擇性反射裝置以及被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時不同地處理所述第一和第二分量的譜選擇性偏振敏感裝置，反射元件之間的檢偏器的使用可被避免。輸出檢偏器可被置于所述設(shè)備的外部的面上，由此提高對比度，同時避免當(dāng)以高亮度水平工作時反射元件之間的設(shè)備的過度加熱。
從參照附圖僅為了舉例而給出的對本發(fā)明優(yōu)選實施例的以下描述來看，本發(fā)明的進(jìn)一步的特點和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中圖1是依照本發(fā)明的實施例的液晶投影顯示設(shè)備的橫截面圖；并且圖2是依照本發(fā)明的另一個實施例的液晶投影顯示設(shè)備的橫截面圖。
具體實施例方式
圖1示出依照本發(fā)明的實施例的液晶投影顯示設(shè)備。依照本發(fā)明該實施例的彩色視頻顯示系統(tǒng)包括顯示設(shè)備以及未示出的輻射源，其發(fā)射輸入束(I)形式的基本上白的光，和未示出的另外的光學(xué)部件，其典型地包括用于投影輸出束(O)的放大輸出透鏡，和用于顯示視頻圖像的投影儀屏幕。彩色調(diào)制設(shè)備包括用于單獨調(diào)制典型為紅、綠和藍(lán)分量的輻射束的不同譜分量的元件，每個所述譜分量都覆蓋了可見光譜中基本上排它的波長范圍。
分色鏡2形式的譜選擇性反射元件被安排成與輸入束I成45°。所述鏡用作分束器，其將輸入束分裂成沿兩個正交處理路徑A和B而行進(jìn)的不同分量。輻射束的第一和第二分量沿第一處理路徑A行進(jìn)到立方偏振束分束器4中，從而使兩個分量被分離并且在單獨的調(diào)制之后隨后被組合。在單獨的調(diào)制之后，兩個分量沿第三處理路徑C而被投影向立方分色束器(cubic dichroic beam splitter)8，兩個分量通過它而透射。
輻射束的第三分量沿第二處理路徑B行進(jìn)到立方偏振束分束器6中，從而使第三分量被投影以便于調(diào)制。第三分量然后沿第四處理路徑D而被投影到分色束器8中，在這里第三分量被反射經(jīng)過90°并由此與第一和第二分量組合，并沿第五處理路徑E而被投影向設(shè)備的輸出路徑。
在第一處理路徑A中，兩個束分量在進(jìn)入立方分束器4之前經(jīng)歷光學(xué)處理。除了經(jīng)譜過濾的輸入束的單個線性偏振分量以外，偏振器10截掉(cut out)所有偏振分量。輸入束I本身優(yōu)選地基本上被偏振，而偏振器10被安排成使其偏振軸平行于輸入束的偏振軸。
譜選擇性延遲板(retardation plate)12被用于選擇性地旋轉(zhuǎn)在第一處理路徑A上行進(jìn)的兩個分量之一的偏振狀態(tài)。延遲板12亦可以是可從Colorado的Boulder的公司ColorLink Inc獲得的類型。
作為對束分量之一的選擇性延遲的結(jié)果，分量之一被偏振分束器反射，而另一個在偏振狀態(tài)的差的基礎(chǔ)上被透射。
第一譜分量沿第一分離處理路徑F行進(jìn)向用圖像信號的適當(dāng)部分來調(diào)制束分量的元件。第一分量是使用帶通濾波器14、四分之一波片16形式的傾斜角補償器和液晶硅(LCoS)光調(diào)制面板18來處理的，所述面板依照圖像信號的所施加的第一顏色分量選擇性地調(diào)制在反射時第一分量的不同部分的偏振狀態(tài)。在LCoS面板18的表面上分布的分量束的所選、所需部分具有在反射時旋轉(zhuǎn)經(jīng)過90°的其偏振狀態(tài)，而剩余部分在反射時保持不受影響。所需部分通過偏振分束器C而透射，而不想要的部分被向著輸入光源而反射回來。這樣，偏振分束器4用作第一級檢偏器，用于在通過LCoS面板18的調(diào)制之后的第一分量束。由于偏振分束器4緊鄰LCoS面板18及其關(guān)聯(lián)的層狀部件14、16而被放置，相對高的對比度在第一分析階段內(nèi)被獲得。
通過偏振分束器4而透射的第二輻射分量沿第二分離處理路徑G行進(jìn)以被單獨調(diào)制。四分之一波片形式的傾斜角補償器20在束到達(dá)第二LCoS面板22之前處理該束，在所述面板處，所述束依照第二顏色分量圖像信號以偏振被調(diào)制。在從LCoS面板22反射時，在LCoS面板22處被旋轉(zhuǎn)經(jīng)過90°的束的所需部分被偏振分束器反射以沿第三處理路徑C而接合第一束分量的所需部分。偏振分束器4再次用作用于第二束分量的第一級檢偏器。然而，由于偏振分束器4通過反射來檢偏第二分量，對第二分量的檢偏比對第一分量的檢偏效率低，所述第一分量是通過偏振分束器4在透射中檢偏的。
帶通濾波器14被用于在光譜上提純束的第一分量并被提供在第一分離處理路徑F中，而沒有這樣的帶通濾波器被提供以處理第二分量，這是因為被用于與譜選擇性延遲板12組合而提供譜分離的偏振分束器4的偏振選擇性作用在透射中比在反射中有效。
由于第二偏振分束器6緊鄰第三LCoS面板28及其關(guān)聯(lián)的層狀元件26而被放置，第二偏振分束器執(zhí)行對反射束的第一級檢偏，以由此提供沿第四處理路徑D而被引導(dǎo)的束中的相對高的對比度。
偏振器24被提供在第二處理路徑B中以在進(jìn)入第二偏振分束器6之前偏振第三輻射分量。輸入束I的偏振狀態(tài)再次優(yōu)選地被與偏振器24的偏振軸平行地線性偏振。第二分量在偏振分束器6中被反射90°以沿第三分離處理路徑H而被引導(dǎo)以被調(diào)制。
四分之一波延遲器26形式的傾斜角補償器在到達(dá)第三LCoS面板28之前處理第三分量，在該面板處通過選擇性地將束的所需部分的偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過90°來調(diào)制第三分量。在反射時，第三分量的所需部分通過偏振分束器6而透射并從分色分束器8的反射界面被反射。這樣，第一、第二和第三分量束的所需部分被組合并沿第五處理路徑E而被引導(dǎo)。此時，第一和第二分量被正交地偏振，而第一和第三分量顯示出平行的偏振狀態(tài)。然而，在該級處，第一、第二和第三束分量的不想要的部分仍然存在，這是由于兩個分束器4、6的每個的不完美的檢偏性能而造成的。具體而言，當(dāng)反射第二分量束的所需分量時分束器4的分析性能比在分別透射第一束分量和第二束分量的過程中兩個檢偏器4、6的性能更不完美。
進(jìn)一步的分析級借助于三個分離的后檢偏器30、32和34而提供于所述設(shè)備的輸出部分處。每個檢偏器都處于譜選擇性偏振器板的形式。第一檢偏器30在對應(yīng)于第二譜分量的波長范圍的譜部分中是選擇性有效的，第二檢偏器32在對應(yīng)于第一分量的波長范圍的譜范圍中是有效的，而第三檢偏器34在對應(yīng)于第三分量的波長范圍的譜范圍中是有效的。注意，檢偏器30、32和34可以以任何順序被安排。
由于當(dāng)沿第五處理路徑E輸出時第一和第二分量的所需部分被正交地偏振，第一輸出檢偏器30和第二輸出檢偏器32具有正交安排的偏振軸，因此第一輸出檢偏器30具有與第二分量的所需部分平行的偏振軸，并且第二輸出檢偏器32具有與第一分量的所需部分的偏振狀態(tài)平行的偏振軸。此外，第三輸出檢偏器34具有與第三分量的所需部分的偏振狀態(tài)平行而安排并且亦與第二輸出檢偏器32的偏振軸平行的偏振軸。
因此，輸出束O處的從所述設(shè)備出現(xiàn)的輻射已經(jīng)歷了由三個單獨的譜選擇性檢偏器30、32和34提供的第二級分析。
注意在輸出束O中，束的不同分量的偏振狀態(tài)不同。在一個實施例中，例如投影透鏡的投影設(shè)備的輸出部分中的另外的元件包括一個或多個附加的偏振元件，其在整個光譜上類似地起作用。在該實施例中，通過在經(jīng)過三個檢偏器30、32和34之后添加進(jìn)一步的譜選擇性延遲板以選擇性地將第二光束分量旋轉(zhuǎn)經(jīng)過90°，在到達(dá)這種附加偏振元件之前，所有三個分量的偏振方向被使得平行。
圖2說明了本發(fā)明的進(jìn)一步的實施例。在該實施例中，除了輸出檢偏器30、32和34以外，圖1中所示的元件的類似安排亦被使用。類似的參考數(shù)字在圖2中被用于公用的元件，并且為了簡潔起見，其描述將不被重復(fù)。代替三個輸出檢偏器30、32和34，處理的進(jìn)一步的偏振敏感級由兩個處理元件36和38來提供。譜選擇性延遲板36選擇性地旋轉(zhuǎn)第二分量的偏振狀態(tài)，從而使第二分量的所需部分具有與第一和第三分量的所需部分的偏振狀態(tài)平行的偏振狀態(tài)。隨后，在由第一、第二和第三分量覆蓋的整個譜范圍上起作用的檢偏器板38被提供以一起檢偏第一、第二和第三分量，從而提供第二檢偏級，由此提高輸出束O中的對比度。該實施例的優(yōu)點是輸出束具有相同偏振狀態(tài)的所有三個分量，因此如果另外的偏振分量被用在設(shè)備的剩余部分中，則之后所有三個分量可被類似地處理。
三個立方分束器4、6、8優(yōu)選地以玻璃立方部件的形式而實施。圖1和2中所說明的每個剩余部件都是層狀部件。在圖中所示的安排中，所有部件都使用黏合劑結(jié)合在一起。具體而言，三個立方分束器4、6和8都被結(jié)合在一起以形成單一的塊，并且每個LCoS面板及其關(guān)聯(lián)的層狀元件在立方分束器的適當(dāng)面上被結(jié)合于適當(dāng)位置中。沒有氣隙也沒有任何附加的層狀膜或其它元件被置于三個立方分束器4、6和8之間。分束器的單一塊提供了將用于安裝LCoS面板的剛性和穩(wěn)定的主體，由此提供了由面板提供的成像的提高的收斂性。通過避免在立方分束器之間放置檢偏器，而相反將檢偏器置于分束器裝置的外面上，所述設(shè)備可以以高亮度水平來操作而無需降級檢偏器，這是因為檢偏器可被容易地空氣冷卻。此外，熱感應(yīng)應(yīng)力雙折射被減小。
在每個所述的實施例中，第二級檢偏由包括偏振敏感元件的多個層狀元件來提供。在一個實施例中，偏振敏感元件是譜選擇性延遲板。在這一方面，術(shù)語“偏振敏感的”旨在包括當(dāng)被安排在所提供的設(shè)備中時具有對束的偏振狀態(tài)的所需作用的任何類型的元件，所述作用包括基于偏振的過濾和偏振旋轉(zhuǎn)兩者。
在此術(shù)語“立方分束器”并不旨在局限于具有等長度邊的立方體；如果需要，所述邊可具有不等的長度，特別是當(dāng)LCoS面板本身為矩形時。
以上實施例應(yīng)被理解為本發(fā)明的說明性實例。可預(yù)期本發(fā)明的另外實施例。應(yīng)理解結(jié)合一個實施例所描述的任何特點亦可被用在其它實施例中。此外，亦可在被限定于所附權(quán)利要求中的本發(fā)明的范圍內(nèi)采用以上被描述的等效內(nèi)容和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于處理輻射的光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括a.輻射輸入裝置，其被安排成沿第一處理路徑(A)引導(dǎo)第一和第二譜分量并沿第二處理路徑(B)引導(dǎo)第三譜分量；b.第一偏振選擇性反射裝置(4)，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第一譜分量和第二譜分量以分別將所述第一和第二分量導(dǎo)向第一和第二輻射調(diào)制裝置(18、22)以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第三處理路徑(C)引導(dǎo)第一和第二分量，當(dāng)沿所述第三處理路徑而行進(jìn)時，所述第一和第二分量具有不同的偏振狀態(tài)；c.第二偏振選擇性反射裝置(6)，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第三分量以將所述第三分量導(dǎo)向第三輻射調(diào)制裝置(28)以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第四處理路徑(D)引導(dǎo)第三分量；d.譜選擇性反射裝置(8)，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時類似地處理所述第一和第二譜分量，并被安排成沿第五處理路徑(E)引導(dǎo)所述第一和第二分量以及所述第三分量；以及e.輻射輸出裝置(30、32、34；36、38)，其被安排成沿所述第五處理路徑來處理輻射，所述輸出裝置包括譜選擇性偏振敏感裝置(30；36)，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時不同地處理所述第一和第二分量。
2.權(quán)利要求1的光學(xué)設(shè)備，其中所述偏振敏感裝置包括第一譜選擇性檢偏器(30)，其具有被安排得與第二分量的偏振狀態(tài)平行的偏振軸。
3.權(quán)利要求2的光學(xué)設(shè)備，其中所述偏振敏感裝置包括第二譜選擇性檢偏器(32)，其具有被安排得與第一分量的偏振狀態(tài)平行并與第一檢偏器的所述偏振軸垂直的偏振軸。
4.權(quán)利要求3的光學(xué)設(shè)備，其中所述偏振敏感裝置包括第三譜選擇性檢偏器(34)，其具有被安排得與第三分量的偏振狀態(tài)平行并與第一檢偏器的所述偏振軸垂直的偏振軸。
5.權(quán)利要求1的光學(xué)設(shè)備，其中所述偏振敏感裝置包括譜選擇性偏振旋轉(zhuǎn)元件(36)。
6.權(quán)利要求5的光學(xué)設(shè)備，其中所述偏振敏感裝置包括檢偏器(38)，其被安排成當(dāng)處于類似的偏振狀態(tài)時類似地處理所述第一、第二和第三分量。
7.以上權(quán)利要求的任何一個的光學(xué)設(shè)備，其中所述輸入裝置包括選擇性反射裝置(2)，其被安排成通過其選擇性反射而沿第一處理路徑引導(dǎo)第一和第二譜分量并沿第二處理路徑而引導(dǎo)第三譜分量。
8.以上權(quán)利要求的任何一個的光學(xué)設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括譜選擇性偏振旋轉(zhuǎn)裝置(12)，用于相對于第一和第二分量的一個而旋轉(zhuǎn)所述第一和第二分量的另一個，其被安排成當(dāng)處于所述第一處理路徑時向所述第一和第二分量提供正交的偏振狀態(tài)。
9.以上權(quán)利要求的任何一個的光學(xué)設(shè)備，其中所述第一和/或所述第二偏振選擇性反射裝置(4、6)包括立方偏振分束器。
10.以上權(quán)利要求的任何一個的光學(xué)設(shè)備，其中所述譜選擇性反射裝置(8)包括立方分色分束器。
11.權(quán)利要求9和10的光學(xué)設(shè)備，其中所述立方分束器被結(jié)合在一起以形成單一部件。
12.權(quán)利要求9和10或權(quán)利要求11的光學(xué)設(shè)備，其中所述立方分束器被如此安排無需任何檢偏器元件被安排于所述立方分束器之間。
13.一種用于處理輻射的光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括a.輻射輸入設(shè)備，其被安排成沿第一處理路徑引導(dǎo)第一和第二譜分量并沿第二處理路徑引導(dǎo)第三譜分量；b.第一偏振選擇性反射元件，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第一譜分量和第二譜分量以分別將所述第一和第二分量導(dǎo)向第一和第二輻射調(diào)制設(shè)備以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第三處理路徑引導(dǎo)第一和第二分量，當(dāng)沿所述第三處理路徑而行進(jìn)時，所述第一和第二分量具有不同的偏振狀態(tài)；c.第二偏振選擇性反射元件，其被安排成根據(jù)其偏振狀態(tài)而選擇性地反射第三分量以將所述第三分量導(dǎo)向第三輻射調(diào)制設(shè)備以便于其中的調(diào)制，并在調(diào)制后沿第四處理路徑引導(dǎo)第三分量；d.譜選擇性反射元件，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時類似地處理所述第一和第二譜分量，并被安排成沿第五處理路徑引導(dǎo)所述第一和第二分量以及所述第三分量；以及e.輻射輸出設(shè)備，其被安排成沿所述第五處理路徑來處理輻射，所述輸出設(shè)備包括譜選擇性偏振活性元件，其被安排成當(dāng)處于不同偏振狀態(tài)時不同地處理所述第一和第二分量。
全文摘要
一種液晶顯示系統(tǒng)，包括a.分色鏡(2)，其被安排成沿第一處理路徑(A)引導(dǎo)第一和第二譜分量并沿第二處理路徑(B)引導(dǎo)第三譜分量；b.第一立方偏振分束器(4)，其被安排成根分別將第一和第二分量導(dǎo)向第一和第二液晶硅(LCoS)面板(18、22)，并在調(diào)制后沿第三處理路徑(C)引導(dǎo)第一和第二分量；c.第二立方偏振分束器(6)，其被安排成將第三分量導(dǎo)向第三LCoS面板(28)，并在調(diào)制后沿第四處理路徑(D)引導(dǎo)第三分量；d.立方分色分束器(8)，其被安排成沿第五處理路徑(E)引導(dǎo)所述第一和第二分量以及所述第三分量；以及e.三個后檢偏器(30、32、34)，其被安排在分色分束器的外部輸出面上。
文檔編號G03B21/00GK1864412SQ02825271
公開日2006年11月15日 申請日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者A·J·S·M·德瓦安, S·C·麥克萊恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司