專利名稱：一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明新型涉及用于彩色投影顯示設(shè)備，更具體地指一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
業(yè)內(nèi)人士都知道，在三片式單鏡頭彩色投影顯示設(shè)備中，往往用偏振光將紅、綠、藍(lán)三原色對微顯示板進(jìn)行照明，再經(jīng)合像系統(tǒng)進(jìn)行合成，把這三種不同顏色的圖像合在一起，通過同一個投影鏡頭放大后投影在同一個屏上，便完成了彩色圖像的投影顯示。以典型的三片式透射液晶光學(xué)引擎的光路形式來說明其原理。
典型光路如圖1所示，1為光源，2為起偏單元，3為分色單元，4、5、6分別為紅、綠、藍(lán)三塊微顯示板，7為合像單元，8為投影物鏡，9為投影屏。白色的自然光從光源1發(fā)出，經(jīng)起偏單元2后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元3分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板4、5、6上，通過合像單元7合像后射出，此時紅、藍(lán)色光為豎直振動方向，綠光為水平振動方向，經(jīng)投影物鏡8再成像在投影屏9上。
無論是前投影還是背投影的光學(xué)引擎，盡管投到漫射性很好的投影屏上其像面色彩是均勻的，但當(dāng)投影到具有反射或透射各向異性特性的屏幕上時，往往還會導(dǎo)致色彩的不均勻。因此許多傳統(tǒng)的光學(xué)引擎投射在投影屏上時就會出現(xiàn)整個畫面上下發(fā)紫，左右發(fā)綠的現(xiàn)象，影響到觀看者的觀看效果。之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于投影屏的水平和豎直方向的偏振光產(chǎn)生了不同的透射效果，尤其對入射角度較大的視場，邊緣情況色度均勻性更差。
如圖2、圖3所示，上述現(xiàn)象無論是采用透射液晶(LCD)還是反射液晶(LCOS)制做的三片式的光學(xué)引擎都有類似的問題。我們拿這兩種光學(xué)引擎的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們合像后出射的光線情況是相似的，都產(chǎn)生了紅、綠、藍(lán)三色光出射時分別為水平或豎直方向的線偏振光(一般情況綠色光水平向振動，紅、藍(lán)色光豎直向振動)，當(dāng)光線再投射到水平和豎直方向?qū)夥瓷浠蛭崭飨虍愋缘耐队捌辽蠒r，就會使原先色度均勻的像場，在部分區(qū)域產(chǎn)生色度偏轉(zhuǎn)。在圖2、圖3中，虛框10中包含了光源、起偏、分色、微顯示板、合像諸單元，并稱之為光學(xué)引擎后系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)的光學(xué)引擎存在的上述在投射在投影屏上的像有色彩不均勻的缺點(diǎn)，提供一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下兩種技術(shù)方案方案一、一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源、起偏單元、分色單元、三塊微顯示板、合像單元、投影物鏡、投影屏，光線從光源發(fā)出，經(jīng)起偏單元后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板上，通過合像單元合像后射出，經(jīng)投影物鏡再成像在投影屏上，該光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的二分之一波片，二分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。
方案二、一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源、起偏單元、分色單元、三塊微顯示板、合像單元、投影物鏡、投影屏，光線從光源發(fā)出，經(jīng)起偏單元后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板上，通過合像單元合像后射出，經(jīng)投影物鏡再成像在投影屏上，該光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的四分之一波片，四分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。
在本發(fā)明采用了上述兩種技術(shù)方案中，光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的二分之一波片/四分之一波片，二分之一波片/四分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。二分之一波片/四分之一波片對從合像單元出來的紅、綠、藍(lán)三色光分別進(jìn)行調(diào)制，可將水平或垂直的線偏振光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；而放入四分之一波片，則使線偏振光變成圓或橢圓偏振光，以改變線偏振光的方向特性，達(dá)到調(diào)整水平和垂直偏振分量的目的，從而有效地改善了投影到投影屏上的圖像的色度均勻性。


圖1為傳統(tǒng)的光學(xué)引擎光路原理示意圖。
圖2為傳統(tǒng)的透射液晶(LCD)光學(xué)引擎的典型光路原理示意圖。
圖3為傳統(tǒng)的反射液晶(LCOS)光學(xué)引擎的典型光路原理示意圖。
圖4為本發(fā)明的光學(xué)引擎簡化后的光路原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的光學(xué)引擎為透射液晶光學(xué)引擎光路原理示意圖。
圖6為在本發(fā)明的光學(xué)引擎中，加入二分之一波片后光振動方向調(diào)整原理圖。
圖7為在本發(fā)明的光學(xué)引擎中，加入四分之一波片后光振動方向調(diào)整原理圖。
具體實(shí)施例方式
請先參閱圖5所示，本發(fā)明的光學(xué)引擎與傳統(tǒng)的光學(xué)引擎，它包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源1、起偏單元2、分色單元3、三塊微顯示板4、5、6、合像單元7、投影物鏡8、投影屏9，光線從光源1發(fā)出，經(jīng)起偏單元2后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元3分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板4、5、6上，通過合像單元7合像后射出，經(jīng)投影物鏡8再成像在投影屏9上。
本發(fā)明與傳統(tǒng)光學(xué)引擎所不同的是，該光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的二分之一波片21，二分之一波片21位于合像單元7與投影屏9之間的光路中。
具體來說，
所述的二分之一波片21位于合像單元7與投影物鏡8之間的光路中。
當(dāng)然，所述的二分之一波片21位于投影物鏡8與投影屏9之間的光路中。
所述投影物鏡8可為單一鏡片，也可為一由數(shù)片單一鏡片構(gòu)成的鏡片組，當(dāng)為鏡片組時，所述的二分之一波片21位于鏡片組之間的光路中。
本發(fā)明的光學(xué)引擎也可以包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的四分之一波片41，四分之一波片41位于合像單元7與投影屏9之間的光路中。
所述的四分之一波片41位于合像單元7與投影物鏡8之間的光路中。
當(dāng)然，所述的四分之一波片41位于投影物鏡8與投影屏9之間的光路中同樣，所述投影物鏡8可以為單一鏡片，也可為一鏡片組，當(dāng)為鏡片組時，所述的四分之一波片41位于鏡片組之間的光路中。
圖5示意的是投影物鏡8為由二塊鏡片構(gòu)成的鏡片組。
為了能更簡化說明問題，請?jiān)賲㈤唸D4所示，我們把該圖中，除去投影物鏡8的部分，光學(xué)引擎即從光源起到合像單元7部分，稱之為光學(xué)引擎后系統(tǒng)10。同樣，在圖5中，10也表示光學(xué)引擎后系統(tǒng)。
因此，二分之一波片21或四分之一波片41則置于光學(xué)引擎后系統(tǒng)10后、投影屏9之前，當(dāng)加入二分之一波片21時，二分之一波片21對紅、綠、藍(lán)三色光分別進(jìn)行調(diào)制，改變它們的水平和豎直分量，從而有效地改善了投影圖像的色度均勻性。另外，二分之一波片21還可以放在兩個虛線位置處，即在圖4所示，在合像單元7與投影物鏡8之間或在投影物鏡8內(nèi)或在投影物鏡8與投影屏9之間)，對水平或豎直的線偏振光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變線偏振光的方向，達(dá)到調(diào)整水平和豎直偏振分量的目的，從而改善色度均勻性。
其原理請結(jié)合圖6說明如下由于紅、綠、藍(lán)三色光合像后均為線偏振光，一般情況綠光為水平偏振光，紅、藍(lán)光豎直偏振光。盡管通常的光學(xué)引擎的色度均勻性很好，但投在投影屏9上時，由于其各向異性的特性，就會出現(xiàn)色度的不均勻，對于背投屏這種情況尤其明顯，產(chǎn)生上下發(fā)紫、左右發(fā)綠的雙曲線的色帶。在加入了二分之一波片41后，調(diào)整a、β角，使水平和豎直的線偏振光旋轉(zhuǎn)了適當(dāng)?shù)慕嵌?，常用?5度方向，這樣一來其在水平和豎直方向的分量就一樣(或可根據(jù)需要調(diào)整)，各向異性對它們就不起作用了，
請?jiān)俳Y(jié)合圖7所示，當(dāng)將光學(xué)引擎中的二分之一波片換成四分之一波片時，通過調(diào)整a、β角，可使原先紅、綠、藍(lán)三色的線偏振光變成左旋、右旋的圓或橢圓偏振光，這樣來調(diào)整它們的水平和豎直偏振分量，從而達(dá)到了調(diào)整色度均勻性的目的。
圖6、圖7中，點(diǎn)劃線表示快光軸，虛線箭頭表示入射光，實(shí)線箭頭表示出射光。
權(quán)利要求
1.一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源、起偏單元、分色單元、三塊微顯示板、合像單元、投影物鏡、投影屏，光線從光源發(fā)出，經(jīng)起偏單元后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板上，通過合像單元合像后射出，經(jīng)投影物鏡再成像在投影屏上，其特征在于該光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的二分之一波片，二分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。
2.如權(quán)利要求1所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述的二分之一波片位于合像單元與投影物鏡之間的光路中。
3.如權(quán)利要求1所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述投影物鏡可為一鏡片組，所述的二分之一波片位于鏡片組之間的光路中。
4.如權(quán)利要求1所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述的二分之一波片位于投影物鏡與投影屏之間的光路中。
5.一種可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，該光學(xué)引擎包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源、起偏單元、分色單元、三塊微顯示板、合像單元、投影物鏡、投影屏，光線從光源發(fā)出，經(jīng)起偏單元后變成豎直方向的偏振光，并經(jīng)分色單元分成紅、綠、藍(lán)三色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別各自照射在相應(yīng)的微顯示板上，通過合像單元合像后射出，經(jīng)投影物鏡再成像在投影屏上，其特征在于該光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的四分之一波片，四分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。
6.如權(quán)利要求5所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述的四分之一波片位于合像單元與投影物鏡之間的光路中。
7.如權(quán)利要求5所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述投影物鏡可為一鏡片組，所述的四分之一波片位于鏡片組之間的光路中。
8.如權(quán)利要求5所述的可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，其特征在于所述的四分之一波片位于投影物鏡與投影屏之間的光路中。
全文摘要
本發(fā)明公開了可改善色度均勻性的三片式投影光學(xué)引擎，包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的光源、起偏單元、分色單元、三塊微顯示板、合像單元、投影物鏡、投影屏，光學(xué)引擎還包括能對經(jīng)合像單元之后的紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行振動方向調(diào)制的二分之一波片/四分之一波片，二分之一波片/四分之一波片位于合像單元與投影屏之間的光路中。二分之一波片/四分之一波片對從合像單元出來的紅、綠、藍(lán)三色光分別進(jìn)行調(diào)制，可將水平或垂直的線偏振光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；而放入四分之一波片，則使線偏振光變成圓或橢圓偏振光，以改變線偏振光的方向特性，達(dá)到調(diào)整水平和垂直偏振分量的目的，從而有效地改善了投影到投影屏上的圖像的色度均勻性。
文檔編號G03B21/14GK1570711SQ0314163
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者劉效東, 徐毅剛, 史良, 謝向東 申請人:無錫湖光星源光電技術(shù)有限責(zé)任公司