專(zhuān)利名稱(chēng)：投影顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示設(shè)備，它分解接收從多個(gè)反射光閥發(fā)出的光、顏色合成分解的光，并且通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)投影復(fù)合光(或顏色合成的光)。本發(fā)明尤其涉及一種用于避免在投影光中產(chǎn)生鬼圖象的方法。
下面將參考圖14中所示的設(shè)備簡(jiǎn)圖對(duì)常規(guī)的投影顯示設(shè)備進(jìn)行描述。
從燈和凹反射鏡組成的光源101中發(fā)出的源光束包括光通量基本上平行的隨機(jī)偏振光。源光束入射到偏振轉(zhuǎn)換裝置102上，從而轉(zhuǎn)換成電矢量振蕩方向(以下稱(chēng)作偏振方向)垂直于附圖紙面的S偏振光。光束進(jìn)一步穿行并進(jìn)入正交二向色鏡103，在該正交二向色鏡中，具有反射B(即藍(lán))光特性的二向色鏡103B和具有反射R(即紅)和G(即綠)光特性的二向色鏡103RG彼此正交分布，從而形成一個(gè)X形。入射到二向色鏡103上的光被顏色分解成B光和包含R光及G光的復(fù)合光，它們朝向彼此相反的方向傳播。
顏色被由此分解的B光被偏轉(zhuǎn)鏡104反射，從而改變了其傳播方向并入射到為B光設(shè)置的偏振分束器107B上。另一方面，分開(kāi)的包含R光和G光的復(fù)合光被偏轉(zhuǎn)鏡105反射，從而改變了其傳播方向，進(jìn)入具有反射G光特性的二向色鏡106，顏色分解成被反射以便進(jìn)一步傳播的G光和被透射以便進(jìn)一步傳播的R光。由此分開(kāi)的R光和G光入射到分別為各種顏色設(shè)置的偏振分束器107R和偏振分束器107G。
因?yàn)樗腥肷涞礁鞣N顏色的偏振分束器上的各種顏色的光都是S偏振光，所以它們被基本上垂直于圖14中附圖紙面分布的偏振分束面反射，從而進(jìn)一步傳播并分別進(jìn)入為各種顏色設(shè)置的反射光閥108B、反射光閥108R和反射光閥108G。
入射到各種顏色的光閥上的各種顏色光受到顏色信號(hào)的調(diào)制并被反射成從其出射。然后，這些光再入射到各種顏色的偏振分束器上，透過(guò)偏振分束面的調(diào)制光(P偏振光)被分解接收。非調(diào)制光(為S偏振光)被偏振分束器反射并在朝向光源的方向上傳播。
在各種顏色的分解光中，B光和R光分別穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板109和110，從而被轉(zhuǎn)換成S偏振光并從不同的相對(duì)入射面進(jìn)入正交二向色棱鏡111，而該正交二向色棱鏡構(gòu)成一個(gè)顏色合成光學(xué)系統(tǒng)。分解的G光以P偏振態(tài)未變的狀態(tài)入射到二向色棱鏡上。
構(gòu)成顏色合成光學(xué)系統(tǒng)的正交二向色棱鏡111是一個(gè)復(fù)合棱鏡，具有反射R光特性的二向色膜111R和具有反射B光特性的二向色膜B彼此正交分布，形成一個(gè)X狀。入射到此棱鏡111上的B光被B光反射二向色膜111B反射，入射到棱鏡111上的R光被R光反射二向色膜111R反射，并且入射到棱鏡111上的G光被B光反射二向色膜111B和R光反射二向色膜111R透射。因此達(dá)到顏色復(fù)合或顏色合成，并且復(fù)合光從正交二向色棱鏡111出射。
在入射到正交二向色棱鏡111之前使R光和B光為S偏振光、使G光為P偏振光的原因在于通過(guò)利用二向色膜111R和111B的光學(xué)特性減少入射光光量的損耗，對(duì)復(fù)合光有利，從而增強(qiáng)了投影圖象的亮度。
從正交二向色棱鏡111發(fā)出的RGB復(fù)合光穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板112，從而把光轉(zhuǎn)變成圓偏振光。然后光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)113并投影到屏幕上(圖中未示出)。
為了避免被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡反射的光被投影成鬼圖象的目的，在正交二向色棱鏡111和投影光學(xué)系統(tǒng)113之間設(shè)置四分之一波長(zhǎng)相位板112，如日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP9-251150所述，該專(zhuān)利為本申請(qǐng)的受讓人所擁有。具體地說(shuō)，入射到投影光學(xué)系統(tǒng)113上的被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的多個(gè)透鏡元件的表面反射的一部分被投影的光返回到四分之一波長(zhǎng)相位板并從中透射。因此，返回的光中R光成分和B光成分從圓偏振光轉(zhuǎn)變成P偏振光，并且G光成分被從圓偏振光轉(zhuǎn)變成S偏振光。入射到正交二向色棱鏡111的光被該棱鏡顏色分解成各種偏振光并入射到各種顏色的偏振分束器，其中G光保持其S偏振態(tài)，而R光和B光由半波長(zhǎng)相位板110和109轉(zhuǎn)變成S偏振光。入射到各種顏色的偏振分束器上的偏振光被偏振分束面反射并沿光軸傳播。
在此參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP2000-330196，該申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種上述類(lèi)型的投影顯示設(shè)備。
但是我們發(fā)現(xiàn)，在如上所述的常規(guī)投影顯示設(shè)備中，即使在二向色棱鏡和投影光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置一個(gè)用于防止投影鬼圖象的四分之一波長(zhǎng)相位板，但仍然會(huì)產(chǎn)生鬼圖象。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于防止產(chǎn)生如上所述的鬼圖象。
根據(jù)本發(fā)明的能夠達(dá)到上述目的的投影顯示設(shè)備包括分別為第一種顏色的光和第二種顏色的光設(shè)置的反射光閥；為各種顏色光設(shè)置的偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述各反射光閥出射的各種顏色光；一個(gè)二向色棱鏡，分別從不同的面向其上入射從各種顏色光的所述偏振分束器發(fā)出的分解光，所述的二向色棱鏡有一個(gè)具有反射第一種顏色的光的特性的二向色膜，其中第一種顏色的光被所述二向色膜反射，第二種顏色的光被所述二向色膜透射，使得所述第一種顏色的光和所述第二種顏色的光被顏色復(fù)合，并且復(fù)合光從二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把所述的復(fù)合光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的復(fù)合光；一個(gè)二向色膜，設(shè)置在所述各種顏色光偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間的各種顏色光的其中至少一條光路上，反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的所述復(fù)合光中分出的第二種顏色的光分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射，并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到二向色棱鏡上，再被所述二向色棱鏡內(nèi)的二向色膜反射以沿第一顏色光的光路反方向傳播；或者反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的所述復(fù)合光中分出的第一種顏色的光分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述二向色棱鏡上，再被所述二向色棱鏡內(nèi)的二向色膜透射以沿第二顏色光的光路反方向傳播，從而將所述第二種顏色的光分量或第一種顏色的光分量偏轉(zhuǎn)出所述第一種顏色光的光路或第二種顏色光的光路。
在根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備中，已被偏振分束器分解之后入射到二向色棱鏡上的第一種顏色的光和第二種顏色的光的電矢量振蕩方向最好彼此正交。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備中，設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜最好設(shè)置在所述偏振分束器和所述二向色膜之間的光路中。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的投影顯示設(shè)備中，設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜最好以與所述偏振分束面相對(duì)的方式設(shè)置在所述偏振分束器之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的投影顯示設(shè)備，包括分別為R(紅)光、G(綠)光和B(藍(lán))光設(shè)置的反射光閥；為各種顏色光設(shè)置的偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述各色反射光閥出射的各種顏色光；一個(gè)正交二向色棱鏡，從各種顏色光偏振分束器發(fā)出的分解光分別從不同的面入射其上，所述正交二向色棱鏡有一個(gè)具有反射R光特性的R光反射二向色膜和一個(gè)具有反射B光特性的B光反射二向色膜，兩膜彼此正交，其中R光被所述的R光反射二向色膜反射，B光被所述B光反射二向色膜反射，G光被所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜透射，使得這些顏色的光被顏色合成，并且復(fù)合光從正交二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把所述的復(fù)合光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的復(fù)合光；其中，從所述各種顏色光的偏振分束器發(fā)出并入射到所述正交二向色棱鏡上的R光和B光相對(duì)于所述正交二向色棱鏡的R光反射二向色膜和B光反射二向色膜為S偏振，從所述偏振分束器出射并入射到所述正交二向色棱鏡上的G光相對(duì)于所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜為P偏振；和所述的設(shè)備還包括一個(gè)二向色膜，設(shè)置在所述各種顏色光偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間的各種顏色光光路的至少一條中，反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的復(fù)合光中分出的R光或B光的分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射，在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述正交二向色棱鏡上，并入射到所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜上，再被所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜透射以沿G光的光路反方向傳播；或者反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的復(fù)合光中分出的G光分量，G光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述正交二向色棱鏡上，再被所述兩個(gè)二向色膜中的至少一個(gè)反射以沿所述R光或B光的光路反方向傳播，從而將所述R光分量、B光分量或G光分量偏轉(zhuǎn)出光路。
在根據(jù)本發(fā)明另一方面的投影顯示設(shè)備中，設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜最好設(shè)置在所述偏振分束器和所述正交二向色棱鏡之間的光路中。
另外，在根據(jù)本發(fā)明另一方面的投影顯示設(shè)備中，設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜最好以與所述偏振分束面相對(duì)的方式設(shè)置在所述偏振分束器之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的投影顯示設(shè)備，包括一個(gè)為R(紅)光設(shè)置的反射光閥；一個(gè)偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述R光反射光閥出射的光；一個(gè)二向色棱鏡，從所述偏振分束器發(fā)出的分解光入射其上，所述二向色棱鏡有一個(gè)具有反射R光特性的R光反射二向色膜，其中R光被所述的R光反射二向色膜反射并從二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把從所述二向色棱鏡出射的光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的光；其中從所述偏振分束器發(fā)出并入射到所述二向色棱鏡上的R光相對(duì)于所述R光反射二向色膜為S偏振；和所述的R光反射二向色膜對(duì)于P偏振光在R光和G(綠)光的邊界處有一個(gè)反射/透射邊界波長(zhǎng)，有一個(gè)與所述S偏振光的振蕩方向正交的振蕩方向。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備的簡(jiǎn)圖；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備的主要部分透視圖；圖3A和3B分別是用作本發(fā)明第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中顏色合成光學(xué)系統(tǒng)的正交二向色棱鏡內(nèi)兩個(gè)二向色膜的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖4A、4B和4C是用在本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中的二向色鏡的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖5A和5B分別是用作本發(fā)明第二實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中顏色合成系統(tǒng)的正交二向色棱鏡內(nèi)兩個(gè)二向色膜的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖6A和6B分別是用作本發(fā)明第二實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中顏色合成系統(tǒng)的正交二向色棱鏡內(nèi)兩個(gè)二向色膜的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖7是本發(fā)明第四實(shí)施例的投影顯示設(shè)備的簡(jiǎn)圖；圖8是用在本發(fā)明第四實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中的偏振分束器簡(jiǎn)圖；圖9是本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備簡(jiǎn)圖；圖10是用作本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中顏色合成系統(tǒng)的二向色棱鏡內(nèi)一個(gè)二向色膜的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖11是用作本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中顏色合成系統(tǒng)的二向色棱鏡內(nèi)另一個(gè)二向色膜的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖12是用作本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中的二向色鏡的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖13是用作本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備中的另一二向色鏡的光學(xué)特性曲線(xiàn)；圖14是常規(guī)的投影顯示設(shè)備的簡(jiǎn)圖；圖15是用于解釋常規(guī)的投影顯示設(shè)備中如何產(chǎn)生鬼光束的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式在作為相關(guān)的背景技術(shù)部分中描述了本發(fā)明人調(diào)查研究的常規(guī)投影顯示設(shè)備，并且發(fā)現(xiàn)了鬼光束的起因，下面進(jìn)行說(shuō)明。
首先，參見(jiàn)圖15對(duì)如何產(chǎn)生R光的鬼圖象進(jìn)行說(shuō)明。在圖15中省略了前面參考圖14描述的光源、偏振轉(zhuǎn)換裝置和部分顏色分離光學(xué)系統(tǒng)，只表示出了反射G光的二向色鏡106、各種顏色的偏振分束器107R、107G和107B，各種顏色的光閥108R、108G和108B，半波長(zhǎng)相位板109和110，顏色合成光學(xué)系統(tǒng)111、四分之一波長(zhǎng)相位板112和一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)113。包含在從R光光閥108R中出射的R光中的調(diào)制光(即，P偏振光)入射到偏振分束器107R上，被其偏振分束面透射，并從偏振分束器107R發(fā)出。然后該光束被半波長(zhǎng)相位板110轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振光并入射到正交二向色棱鏡111上。入射到正交二向色棱鏡上的S偏振光被正交二向色棱鏡中的R光反射二向色膜111R反射并從其發(fā)出，被四分之一波長(zhǎng)相位板112轉(zhuǎn)變成一束圓偏振光并入射到投影光學(xué)系統(tǒng)113上。入射到投影光學(xué)系統(tǒng)上的R光被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的表面反射的部分返回到四分之一波長(zhǎng)相位板112并被其透射，反射光由此被轉(zhuǎn)變成P偏振光。然后該光束又入射到二向色棱鏡111上。
圖3A和3B表示正交二向色棱鏡的偏振方向與反射特性的依賴(lài)關(guān)系。圖3A表示R光反射二向色膜111R的反射特性，圖3B表示B光反射二向色膜111B的反射特性。反射特性必然依據(jù)偏振方向(即，依據(jù)偏振為P偏振還是S偏振)而變化。更具體地說(shuō)，在圖3A所示的R光反射二向色膜111R的反射特性中，被R光反射二向色膜111R作為S偏振光反射的R光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λRS和被R光反射二向色膜111R作為P偏振光反射的R光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λRP彼此不同，并且S偏振光的邊界波長(zhǎng)短于P偏振光的邊界波長(zhǎng)。如前所述，曾經(jīng)被R光反射二向色膜111R作為S偏振光反射一次的R光被投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件表面按照上述傳播路徑反射和返回，并又作為P偏振光入射到正交二向色棱鏡111上。因此，這些波長(zhǎng)小于P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λRP的光分量實(shí)質(zhì)上被R光反射二向色膜111R透射。由此透過(guò)的光以不變的P偏振態(tài)進(jìn)入G光的偏振分束器107G。另外，沒(méi)有被G光光閥108G調(diào)制的光分量再作為P偏振光進(jìn)入正交二向色棱鏡111，并被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B透射以進(jìn)一步傳播，使得其被投影成鬼光束。在圖15中用虛線(xiàn)表示從光閥108發(fā)出并最終變成鬼光束的光的傳播路徑。
接下來(lái)描述由B光產(chǎn)生鬼圖象。包含在從B光光閥108B中出射的B光中的調(diào)制光(即，P偏振光)入射到偏振分束器107B上，被其偏振分束面透射，并從偏振分束器發(fā)出。然后該光束被半波長(zhǎng)相位板109轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振光并入射到正交二向色棱鏡111上。入射到正交二向色棱鏡上的S偏振光被正交二向色棱鏡中的B光反射二向色膜111B反射并從其出發(fā)，被四分之一波長(zhǎng)相位板112轉(zhuǎn)變成一束圓偏振光并入射到投影光學(xué)系統(tǒng)113上。入射到投影光學(xué)系統(tǒng)上的B光被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的表面反射的部分返回到四分之一波長(zhǎng)相位板112并被其透射，反射B光由此被轉(zhuǎn)變成P偏振光。然后該光束又入射到二向色棱鏡111上。在圖3B所示的B光反射二向色膜111B的反射特性中，被B光反射二向色膜111B作為S偏振光反射的B光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λBS和被B光反射二向色膜111B作為P偏振光反射的B光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λBP彼此不同，并且P偏振光的邊界波長(zhǎng)短于S偏振光的邊界波長(zhǎng)。
如前所述，曾經(jīng)被B光反射二向色膜111B作為S偏振光反射一次的B光被投影光學(xué)系統(tǒng)反射和返回，并又按照光束傳播路徑作為P偏振光入射到正交二向色棱鏡111上。因此，這些波長(zhǎng)大于圖3B中所示P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)λBP的光分量實(shí)質(zhì)上被B光反射二向色膜111B透射。由此透過(guò)的光以不變的P偏振態(tài)進(jìn)入G光的偏振分束器107G。另外，沒(méi)有被G光光閥108G調(diào)制的光分量再作為P偏振光進(jìn)入正交二向色棱鏡111，并被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B透射以進(jìn)一步傳播，使得其最終被投影成鬼光束。
另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)G光也可以成為鬼光束。包含在從G光光閥108G中出射的G光中的調(diào)制光(即，P偏振光)入射到偏振分束器107G上，被其偏振分束面透射，從該偏振分束器發(fā)出并入射到二向色棱鏡111上。入射到二向色棱鏡111上的P偏振光被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B透射并從二向色棱鏡111發(fā)出。然后P偏振光入射到四分之一波長(zhǎng)相位板112上，被轉(zhuǎn)變成圓偏振光并入射到投影光學(xué)系統(tǒng)113上。入射到投影光學(xué)系統(tǒng)上的G光被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的表面反射的部分返回到四分之一波長(zhǎng)相位板112并被其透射，反射光B由此被轉(zhuǎn)變成S偏振光。然后該光束又入射到二向色棱鏡111上。
在圖3A和圖3B所示的R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B的反射特性中，被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B作為P偏振光透射的G光的反射/透射邊界波長(zhǎng)和被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B作為P偏振光透射的G光的反射/透射邊界波長(zhǎng)彼此不同，并且S偏振光的透射波長(zhǎng)范圍窄于P偏振光的透射波長(zhǎng)范圍。如前所述，曾經(jīng)被R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B作為P偏振光透射一次的G光被投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡反射和返回，并又按照上述光束傳播路徑入射到正交二向色棱鏡111上，作為S偏振光進(jìn)入用于反射R光和B光的二向色膜111R和111B。因此，當(dāng)G光作為S偏振光入射到R光反射二向色膜111R和B光反射二向色膜111B上時(shí)，G光中波長(zhǎng)大于圖3A中所示R光反射二向色膜111R對(duì)S偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)成分實(shí)質(zhì)上被R光反射二向色膜111R反射。由此反射的光穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板110，從而被轉(zhuǎn)變成P偏振光并進(jìn)入R光偏振分束器107R。另外，沒(méi)有被R光光閥108R調(diào)制的光分量作為P偏振光返回并再進(jìn)入半波長(zhǎng)相位板110，從而被轉(zhuǎn)變成S偏振光并再作為S偏振光進(jìn)入正交二向色棱鏡111，被R光反射二向色膜111R反射以進(jìn)一步傳播，使得其最終投影成鬼光束。
另一方面，當(dāng)G光作為S偏振光進(jìn)入用于反射R光和B光的二向色膜111R和111B時(shí)，G光中波長(zhǎng)小于圖3B中B光反射二向色膜111B的S偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)的短波長(zhǎng)成分實(shí)質(zhì)上被B光反射二向色膜111B反射。由此反射的光穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板109，從而被轉(zhuǎn)變成P偏振光并進(jìn)入B光偏振分束器107B。另外，沒(méi)有被B光光閥108B調(diào)制的光分量作為P偏振光返回并再進(jìn)入半波長(zhǎng)相位板109，從而被轉(zhuǎn)變成S偏振光并作為S偏振光再進(jìn)入正交二向色棱鏡111，被B光反射二向色膜111B反射以進(jìn)一步傳播，使得其最終投影成鬼光束。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在正交二向色棱鏡和偏振分束器之間設(shè)置一個(gè)在其表面上形成有二向色膜的二向色鏡，以解決上述問(wèn)題。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備整個(gè)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。在此結(jié)構(gòu)中，彼此正交的X軸、Y軸和Z軸以圖1中所示的方式定義。注意，Z軸取在垂直于附圖紙面的方向上。
從燈和凹反射鏡組成的光源11中發(fā)出的源光束包括光通量基本上平行的隨機(jī)偏振光。源光束入射到偏振轉(zhuǎn)換裝置12上，從而轉(zhuǎn)換成電矢量振蕩方向(以下稱(chēng)作偏振方向)垂直于附圖紙面的S偏振光。光束進(jìn)一步穿行并進(jìn)入正交二向色鏡13，在該正交二向色鏡中，具有反射B(即藍(lán))光特性的二向色鏡13B和具有反射R(即紅)和G(即綠)光特性的二向色鏡13RG彼此正交分布，從而形成一個(gè)X形。入射到二向色鏡13上的光被顏色分解成B光和包含R光及G光的復(fù)合光，它們朝向彼此相反的方向傳播。
顏色被由此分解的B光被偏轉(zhuǎn)鏡14反射，從而改變了其傳播方向并入射到為B光設(shè)置的偏振分束器17B上。另一方面，分開(kāi)的包含R光和G光的復(fù)合光被偏轉(zhuǎn)鏡15反射，從而改變了其傳播方向，進(jìn)入具有反射G光特性的二向色鏡16，顏色分解成被反射以便進(jìn)一步傳播的G光和被透射以便進(jìn)一步傳播的R光。由此被顏色分開(kāi)的R光和G光入射到分別為各種顏色設(shè)置的偏振分束器17R和偏振分束器17G。偏振分束器17R和17G的偏振分束面布置成垂直于X-Y平面。入射到各種顏色光閥18R、18G和18B上的各種顏色光束被各顏色信號(hào)調(diào)制的同時(shí)被光閥18R、18G和18B反射。因而各種顏色的光作為混合光從各種顏色的光閥18R、18B和18G發(fā)出，混合光中的每一色光包括作為調(diào)制光的P偏振光和作為非調(diào)制光的S偏振光，并且入射到各色的偏振分束器17R、17G和17B上，由此使得只有被各個(gè)偏振分束面透射的調(diào)制光(即P偏振光)才被分解接收。非調(diào)制光(即S偏振光)被各個(gè)偏振分束面反射并朝向光源的方向傳播。
在各種顏色的分解光中，R光和B光分別被其上形成有二向色膜的二向色鏡21R和21B透射。每個(gè)二向色鏡21R和21B與對(duì)應(yīng)的光軸以預(yù)定的角度傾斜分布。然后，R光和B光分別穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板20和19，從而轉(zhuǎn)變成S偏振光并從彼此相對(duì)的不同入射面進(jìn)入正交二向色棱鏡22。二向色鏡21R具有圖4A所示的光學(xué)特性，其沒(méi)有任何問(wèn)題地透過(guò)R光分量。另外，二向色鏡21B具有圖4B所示的光學(xué)特性，并且其沒(méi)有任何問(wèn)題地透過(guò)B光分量。
另一方面，上述分解光中的G光被其上形成有二向色膜的二向色鏡21G透射，然后G光再以不變的P偏振態(tài)進(jìn)入正交二向色棱鏡22。二向色鏡21G以類(lèi)似于二向色鏡21B和21R的方式與光軸以預(yù)定的角度傾斜分布。二向色鏡21G具有圖4C所示的光學(xué)特性，其沒(méi)有任何問(wèn)題地透過(guò)G光分量。在圖4A～4C中，實(shí)線(xiàn)表示P偏振光的特性，虛線(xiàn)表示S偏振光的特性。
構(gòu)成顏色合成光學(xué)系統(tǒng)的正交二向色棱鏡22包括具有反射R光特性的二向色膜22R和具有反射B光特性的二向色膜22B，兩膜彼此正交分布，形成一種X形狀，并且每一個(gè)正交于X-Y平面分布，其方式類(lèi)似于常規(guī)配置中的二向色棱鏡。另外，二向色膜22R和二向色膜22B具有與現(xiàn)有技術(shù)中提及的圖3A和3B中所示正交二向色膜111R和111B相同的特性。
入射到正交二向色棱鏡22上的S偏振B光實(shí)質(zhì)上被B光反射二向色膜22B反射，入射到該棱鏡上的S偏振R光實(shí)質(zhì)上被R光反射二向色膜22R反射，入射到該棱鏡上的P偏振G光實(shí)質(zhì)上被B光反射二向色膜22B和R光反射二向色膜22R透射，使得達(dá)到B光、R光和G光的顏色復(fù)合或顏色合成，并且這些光作為復(fù)合光從正交二向色棱鏡22出射。從正交二向色棱鏡22發(fā)出的復(fù)合光穿過(guò)一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板23，該相位板以這樣的方式布置，即其光軸與S偏振R光、S偏振B光和P偏振G光每一個(gè)的振蕩方向形成45°角。因而每一種顏色的光被轉(zhuǎn)變成圓偏振光進(jìn)一步傳播，并通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)24投影到屏幕(未示出)上。
圖2是各種顏色的偏振分束器17R、17G和17B、光閥18R、18G和18B、正交二向色棱鏡22、二向色鏡21R、21G和21B以及半波長(zhǎng)相位板19和20的三維分布透視圖。
作為對(duì)鬼光束起因的研究的解釋?zhuān)肷涞酵队肮鈱W(xué)系統(tǒng)24上的一部分圓偏振復(fù)合光被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡元件的表面反射并返回以進(jìn)一步傳播。然后，返回的光穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板23，使得R光鬼分量和B光鬼分量被轉(zhuǎn)變成P偏振光，G光鬼分量被轉(zhuǎn)變成S偏振光。這些光作為復(fù)合光從上述出射面進(jìn)入正交二向色棱鏡22。
根據(jù)圖3A所示的光學(xué)特性，從反方向入射到正交二向色棱鏡22上的一部分P偏振R光分量被正交二向色棱鏡中的R光反射二向色膜22R透射。作為R光透射部分的R光鬼分量穿過(guò)(或透過(guò))兩個(gè)正交二向色膜22R和22B并進(jìn)入G光的光路。但是，它被設(shè)置在正交二向色棱鏡22和G光的偏振分束器17G之間的具有圖4C所示光學(xué)特性的二向色鏡21G反射。因?yàn)榇硕蛏R如前所述地相對(duì)于光軸以預(yù)定的角度傾斜布置，所以被二向色鏡反射的光離開(kāi)該光路。
根據(jù)圖3B所示的光學(xué)特性，從反方向入射到正交二向色棱鏡22上的一部分P偏振B光分量被正交二向色棱鏡中的B光反射二向色膜22B透射。作為B光透射部分的B光鬼分量穿過(guò)兩個(gè)正交二向色膜22R和22B(或被這兩個(gè)二向色膜透射)并進(jìn)入G光的光路。但是，它被設(shè)置在正交二向色棱鏡22和G光的偏振分束器17G之間的具有圖4C所示光學(xué)特性的二向色鏡21G反射，并且以類(lèi)似于上述R光鬼分量的方式離開(kāi)該光路。
根據(jù)圖3A所示的光學(xué)特性，從反方向入射到正交二向色棱鏡22上的一部分S偏振G光分量被正交二向色棱鏡中的R光反射二向色膜22R反射。作為G光反射部分的G光鬼分量是S偏振光，進(jìn)入R光的光路并穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板20，從而被轉(zhuǎn)變成P偏振光。此光被具有圖4A所示光學(xué)特性的二向色鏡21R反射，其中該二向色鏡21R設(shè)置在半波長(zhǎng)相位板20和R光偏振分束器17R之間，并以類(lèi)似于二向色鏡21G的方式相對(duì)于光軸以預(yù)定的角度傾斜布置，使得光離開(kāi)光路。
根據(jù)圖3B所示的光學(xué)特性，從反方向入射到正交二向色棱鏡22上的另一部分S偏振G光分量被正交二向色棱鏡中的B光反射二向色膜22B反射。作為G光另一反射部分的G光鬼分量是S偏振光，進(jìn)入B光的光路并穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板19，從而被轉(zhuǎn)變成P偏振光。此光被具有圖4B所示光學(xué)特性的二向色鏡21B反射，其中該二向色鏡21B設(shè)置在半波長(zhǎng)相位板19和B光偏振分束器17B之間，并以類(lèi)似于二向色鏡21R和21G的方式相對(duì)于光軸以預(yù)定的角度傾斜布置，使得光離開(kāi)光路。
如上所述，本實(shí)施例中，在被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡元件的表面反射并沿光路反方向返回的光中，由于正交二向色棱鏡22的兩個(gè)二向色膜22R和22B的光學(xué)特性與偏振的依賴(lài)關(guān)系，被正交二向色棱鏡22的兩個(gè)二向色膜22R和22B透射的R光分量和B光分量以及被上述兩個(gè)二向色鏡中任何一個(gè)反射的G光分量都將實(shí)際上被二向色鏡21R、21B和21G偏離光路，其中這些光分量可以被各種顏色光的光閥反射并再進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)變成鬼光束。因此，這些光分量實(shí)際上不再進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)，并且也不變成鬼光束。
另外，如結(jié)合常規(guī)配置所述，在被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡元件的表面反射并沿光路反方向返回的光中，被正交二向色棱鏡22的兩個(gè)二向色膜22R和22B透射的G光分量和被兩個(gè)二向色膜中任何一個(gè)反射的B光分量和R光分量將偏離光路。因此在此實(shí)施例中，被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡元件的表面反射并沿光路反方向返回的光基本上都將偏離光路并且不產(chǎn)生鬼光束。
本發(fā)明的第二實(shí)施例具有與圖1所示第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備相同的結(jié)構(gòu)，除了根據(jù)第二實(shí)施例的設(shè)備沒(méi)有圖1所示的二向色鏡21B和21R，只有二向色鏡21G。
在本實(shí)施例中，正交二向色棱鏡22中的二向色膜22R和二向色膜22B的光學(xué)特性與第一實(shí)施例中相應(yīng)二向色膜的光學(xué)特性不同。第二實(shí)施例中的二向色膜的光學(xué)特性示于圖5A和5B。圖5A表示二向色膜22R的光學(xué)特性，圖5B表示二向色膜22B的光學(xué)特性。二向色膜22R對(duì)波長(zhǎng)λRS的S偏振光有一個(gè)反射/透射邊界，如圖5A所示，并且因此實(shí)質(zhì)上反射S偏振R光。但是，至于P偏振光，二向色膜22R對(duì)波長(zhǎng)λRP的P偏振光有一個(gè)反射/透射邊界，如圖5A所示，并且因此透射P偏振R光的短波部分。二向色膜22R實(shí)質(zhì)上透射B光和G光，無(wú)論B光和G光是S偏振光還是P偏振光都是如此。二向色膜22B對(duì)波長(zhǎng)λRS的S偏振光有一個(gè)反射/透射邊界，如圖5B所示，并且因此實(shí)質(zhì)上反射S偏振R光。但是，至于P偏振光，二向色膜22B對(duì)波長(zhǎng)λBP的P偏振光有一個(gè)反射/透射邊界，如圖5B所示，并且因此透射P偏振B光的長(zhǎng)波部分。二向色膜22B實(shí)質(zhì)上透射R光和G光，無(wú)論R光和G光是S偏振光還是P偏振光都是如此。
在將具有上述特性的二向色膜22R和二向色膜22B用在顏色合成光學(xué)系統(tǒng)的情況下，在作為已被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件反射并穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板23的光的上述復(fù)合光(包括P偏振的R和B光以及S偏振的G光)的可能是鬼光束的起因的分量中，G光基本上被兩個(gè)二向色膜透射并再入射到偏振分束器17G上，使得G光被反射出光路。因?yàn)楦鶕?jù)圖5A和5B所示的光學(xué)特性，基本上所有的G光分量都被正交二向色棱鏡的二向色膜透射，所以沒(méi)有被正交二向色棱鏡22的兩個(gè)二向色膜22R和22B中任何一個(gè)反射、入射到B光或R光的光路上、被B光或R光的光閥18B和18R反射并投影的鬼光束分量。
另一方面，根據(jù)圖5A和5B所示P偏振光的光學(xué)特性，R光分量和B光分量分別被二向色鏡22R和22B部分地透射并進(jìn)入G光光路。根據(jù)圖4C所示的光學(xué)特性，此光入射到二向色鏡21G并基本上并該鏡反射，從而離開(kāi)光路。R光和B光被二向色膜22R或22B反射的其它部分分別進(jìn)入并穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板20或19，從而被轉(zhuǎn)變成S偏振光。然后，這些光進(jìn)行偏振分束器17R和17B，并且被各個(gè)偏振分束器的偏振分束面反射，從而離開(kāi)光路。
如上所述，在本實(shí)施例中，被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡元件的表面反射并沿光路反方向返回的光基本上都離開(kāi)光路，并且沒(méi)有鬼光束產(chǎn)生。
本發(fā)明的第三實(shí)施例具有與圖1所示第一實(shí)施例的投影顯示設(shè)備相同的結(jié)構(gòu)，除了根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)備沒(méi)有圖1所示的二向色鏡21G，只有二向色鏡21B和21R。
在本實(shí)施例中，正交二向色棱鏡22中的二向色膜22R和22B具有圖6A和6B所示的光學(xué)特性。圖6A表示二向色膜22R的光學(xué)特性，圖6B表示二向色膜22B的光學(xué)特性。從圖6A可見(jiàn)，二向色膜22R基本上反射R光，無(wú)論是S偏振光還是P偏振光。二向色膜22R基本上透射B光，無(wú)論是S偏振光還是P偏振光。至于G光，二向色膜22R基本上透射P偏振的G光，因?yàn)閷?duì)P偏振光的反射/透射邊界在波長(zhǎng)λRP處，如圖6A所示，但反射S偏振的G光的長(zhǎng)波部分，因?yàn)閷?duì)S偏振光的反射/透射邊界在波長(zhǎng)λRS處，如圖6A所示。從圖6B顯見(jiàn)，二向色膜22B基本上反射B光，無(wú)論該光是S偏振光還是P偏振光。二向色膜22B基本上透射R光，無(wú)論該光是S偏振光還是P偏振光。至于G光，二向色膜22B基本上透射P偏振的G光，因?yàn)閷?duì)于P偏振光的反射/透射邊界位于波長(zhǎng)λBP處，如圖6B所示，但反射S偏振的G光的短波部分，因?yàn)閷?duì)S偏振光的反射/透射邊界在波長(zhǎng)λBS處，如圖6B所示。
在將具有上述特性的二向色膜22R和二向色膜22B用在顏色合成光學(xué)系統(tǒng)的情況下，在作為已被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件反射的可能是鬼光束的起因的光(P偏振的R和B光以及S偏振的G光)中，R光和B光基本上被兩個(gè)二向色膜22R和22B中任意一個(gè)透射，并分別被半波長(zhǎng)相位板20和19轉(zhuǎn)變成S偏振光。然后R光和B光再入射到具有圖4A和4B所示光學(xué)特性的二向色鏡21R和21B上，它們基本上全被這些二向色鏡透射并分別入射到偏振分束器17R和17B上。這些光被各個(gè)偏振分束面反射，從而離開(kāi)光路，如同對(duì)常規(guī)配置所述。因此，它們不會(huì)變成鬼光束。另外，根據(jù)圖6A和6B所示的光學(xué)特性，基本上上述R和B光分量全部被二向色膜22R和22B反射，因此沒(méi)有鬼光束分量被二向色棱鏡的二向色膜22R和22B透射并進(jìn)入G光的光路，被G光光閥18G反射并最終被投影。另一方面，至于從投影光學(xué)系統(tǒng)反射的光中的G光，分別根據(jù)圖6A和6B所示的光學(xué)特性，G光的長(zhǎng)波部分被二向色膜22R反射，G光的短波部分被二向色膜22B反射。因而根據(jù)圖3A和3B所示的光學(xué)特性，反射的G光分別進(jìn)入R光的光路和B光的光路，到達(dá)二向色鏡21R和21B，從而基本上被二向色鏡反射，使得這些G光分量離開(kāi)光路。如同對(duì)常規(guī)配置所述，G光中被二向色膜22R和22B透射的部分入射到偏振分束器17G并被其偏振分束面反射，從而離開(kāi)光路。
如上所述，被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的表面反射并沿光路反方向返回的光離開(kāi)光路，并且沒(méi)有鬼光束產(chǎn)生。
在此實(shí)施例中，使用了具有圖6A和6B所示光學(xué)特性的二向色鏡22R和22B，并且也分別在R光光路和B光光路中設(shè)置二向色鏡21R和21B，以防已被投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的表面反射的G光經(jīng)R光光路和B光光路變成鬼光束分量。但是，因?yàn)槿搜蹖?duì)彩色光的敏感性對(duì)于紅光最高，對(duì)于綠光和藍(lán)光較低，只防止從投影光學(xué)系統(tǒng)反射的紅光衍生出的鬼光束的簡(jiǎn)單配置就可以實(shí)現(xiàn)顯著的鬼光束防止效果。因此，可以采用具有圖6A和6B所示光學(xué)特性的二向色膜22R和22B的結(jié)構(gòu)或采用具有圖6A所示光學(xué)特性的二向色膜的結(jié)構(gòu)，無(wú)需設(shè)置二向色鏡21R和21B。在此情況下，可以簡(jiǎn)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴恍枰谡欢蛏忡R和偏振分束器之間設(shè)置二向色鏡。
從第一、第二和第三實(shí)施例的描述中顯見(jiàn)，是否提供一個(gè)在各種顏色光的偏振分束器17R、17G或17B之間的光路中以特定的角度關(guān)于光軸傾斜設(shè)置的二向色鏡應(yīng)該由各種顏色光的光路、根據(jù)用于執(zhí)行顏色合成的正交二向色棱鏡22的二向色膜22R和22B的光學(xué)特性獨(dú)立地決定，二向色鏡的配置不限于第一至第三實(shí)施例的情形。另外，雖然在上述實(shí)施例中二向色鏡21R、21G和21B以可能成為鬼光束起因的光離開(kāi)“-Z(負(fù)Z)”方向的方式布置， 但很明顯，不限于這一方向，二向色鏡也可以以其它的方式布置，只要光離開(kāi)光路即可。
下面參考圖7和圖8對(duì)本發(fā)明投影顯示設(shè)備的第四實(shí)施例進(jìn)行描述。在此實(shí)施例中，由二向色膜428R、428G和428B實(shí)現(xiàn)與第一至第三實(shí)施例中的二向色鏡21R、21G和21B相同的功能，它們的布置方式為與偏振分束器的偏振分束面相對(duì)。
在圖7中，投影顯示設(shè)備中與圖1所示相同的構(gòu)件采用相同的標(biāo)號(hào)表示，并且省去對(duì)它們功能的贅述。
圖8是本實(shí)施例中使用的偏振分束器427R、427G和427B的結(jié)構(gòu)。用在本實(shí)施例中的每個(gè)偏振分束器427R、427G和427B具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，在三角形棱鏡427G-A、427R-A或427B-A的底面上形成一個(gè)偏振分束膜，在三角形棱鏡427G-B、427R-B或427B-B的底面上形成一個(gè)二向色膜428G、428R或428B，并且兩種膜用一個(gè)粘結(jié)層膠合。如圖8所示，在構(gòu)成偏振分束器的棱鏡427G-A、427R-A和427B-A側(cè)面上設(shè)置各種顏色光閥18G、18R和18B。從各種顏色光閥18G、18R和18B發(fā)出的光首先入射到偏振分束器的偏振分束膜上，使得各種顏色光被分解。透射的分解光然后被二向色膜428G、428R和428B透射并輸送到正交二向色棱鏡22以進(jìn)行顏色合成。因此，被投影光學(xué)系統(tǒng)24反射并進(jìn)入偏振分束器427G、427R和427B的潛在鬼光束分量入射到二向色膜428G、428R和428B上。
下面結(jié)合二向色棱鏡22的二向色膜22R和22B分別具有圖3A和3B所示光學(xué)特性的情形進(jìn)行說(shuō)明，如同對(duì)第一實(shí)施例的描述。偏振分束器427R、427G和427B中的二向色膜428R、428G和428B具有基本上與圖4A、4B和4C相同的光學(xué)特性。但是一般地形成在一個(gè)反射鏡上的二向色膜與形成在棱鏡中的二向色膜有不同的光學(xué)特性，并且形成在棱鏡中的二向色膜中的對(duì)于P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)和對(duì)于S偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)之差大于形成在反射鏡上的二向色膜中的上述差值。因此，設(shè)置在偏振分束器427R中的二向色膜428R的光學(xué)特性中，雖然對(duì)于P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與G光和R光的邊界重合，二向色鏡21R用于R光的情形相同，但二向色膜428R的S偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與二向色鏡21R相比，在長(zhǎng)波方向平移。另外，在設(shè)置于偏振分束器427B的二向色膜428B的光學(xué)特性中，雖然P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與B光和G光的邊界重合，但二向色膜428B的S偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與二向色鏡21B相比，在短波方向平移。類(lèi)似地，在設(shè)置于偏振分束器427G的二向色膜428G的光學(xué)特性中，雖然P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與B光和G光的邊界重合較短，并且對(duì)P偏振光的反射/透射邊界波長(zhǎng)與G光和R光的重合較長(zhǎng)，但與二向色鏡21G相比，二向色膜428G的S偏振光的較長(zhǎng)反射/透射邊界波長(zhǎng)在長(zhǎng)波方向平移，S偏振光的較短反射/透射邊界波長(zhǎng)在短波方向平移。但是，這些差異并不重要，因?yàn)榭梢哉{(diào)節(jié)反射/透射邊界，從而使各種顏色光的邊界重合，正如上所述。
在被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡表面反射、從而在反方向傳播、并在穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板23之后入射到正交二向色棱鏡22的光中，根據(jù)圖3A和3B所示二向色膜22R和22B的P偏振光的光學(xué)特性，一部分P偏振的R和B光被二向色膜22R和22B透射以進(jìn)入G光光路。然后，該光入射到偏振分束器427G的二向色膜428G上，但根據(jù)圖5C所示的該光的光學(xué)特性，該光束基本上被二向色膜428G反射并離開(kāi)光路。
另一方面，根據(jù)圖3A和3B所示的二向色膜的S偏振光的光學(xué)特性，部分S偏振的G光被正交二向色棱鏡22的二向色膜22R和22B反射，進(jìn)入R光的光路和B光的光路。然后，這些光入射到偏振分束器427R和427B的二向色膜428R和428B上，但根據(jù)圖5A和5B所示的該光的光學(xué)特性，該光束基本上被二向色膜428R和428B反射并離開(kāi)光路。
另外，象常規(guī)配置中一樣，在被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)24的透鏡表面反射、從而在反方向傳播、并在穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板23之后入射到正交二向色棱鏡22的光中，沿對(duì)應(yīng)顏色的光路反方向傳播的該色光分量也離開(kāi)該光路。因此，被投影光學(xué)系統(tǒng)24反射的光不會(huì)導(dǎo)致鬼光束。
在第二或第三實(shí)施例的情況下，如果由類(lèi)似于第四實(shí)施例中使用的偏振分束器取代二向色鏡的功能，且不改變兩個(gè)正交二向色膜的光學(xué)特性以及各個(gè)實(shí)施例中各色二向色鏡的存在/不存在，也可以取得相同的有益效果。如上所述，在本實(shí)施例中，如果在偏振分束器427G、427R和427B內(nèi)適當(dāng)?shù)夭贾枚蛏?28G、428R和428B，則被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件反射、從而在反方向傳播的光離開(kāi)光路。因此光束不會(huì)被投影成鬼光束。
圖9是本發(fā)明第五實(shí)施例的投影顯示設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。結(jié)合此結(jié)構(gòu)，以圖9中所示的方式定義彼此正交的X軸、Y軸和Z軸。從光源31發(fā)出的基本上為平行光通量的源光束被一個(gè)偏振轉(zhuǎn)變裝置32轉(zhuǎn)變成P偏振光，該P(yáng)偏振光具有平行于X軸的振蕩方向。該P(yáng)偏振源光束被二向色鏡33顏色分解成受該二向色鏡反射的G光和受該二向色鏡透射的R和B的復(fù)合光。由此分開(kāi)的G光穿過(guò)半波長(zhǎng)相位板34，從而被轉(zhuǎn)變成振蕩方向平行于垂直紙面的Z軸的S偏振光并進(jìn)入偏振分束器36G。該G光被偏振分束器的偏振分束面反射并再入射到反射光閥37G上，在該光閥中G光被顏色信號(hào)調(diào)制并反射。然后，從光閥37中發(fā)出的G光被偏振分束器36G分解。在此實(shí)施例中，G光光閥37G的調(diào)制光是P偏振光。
上述R光和B光的混合或復(fù)合光穿過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)元件35，只將R光的振蕩方向改變成Z軸方向，將R光轉(zhuǎn)變成S偏振光。R光由此被轉(zhuǎn)變成S偏振光，而B(niǎo)光保持其偏振態(tài)。然后，其混合光入射到偏振分束器36RB上，顏色分解成受偏振分束面反射的R光和B光。
已被如上所述地顏色分解的R光和B光進(jìn)入為各種顏色光設(shè)置的反射光閥37R和37B。入射到對(duì)應(yīng)顏色的光閥37R或37B上的每色光被顏色信號(hào)調(diào)制并被光閥反射。在此實(shí)施例中，R光光閥37R的調(diào)制光和G光光閥37G的調(diào)制光為P偏振光，光閥37R和37G每個(gè)發(fā)出一束包含P偏振的調(diào)制光和S偏振的非調(diào)制光的混合光。另一方面，B光光閥37B發(fā)出包含S偏振的調(diào)制光和P偏振的非調(diào)制光的混合光。從B光光閥37B發(fā)出的調(diào)制光和從R光光閥37R發(fā)出的調(diào)制光從不同的面入射到偏振分束器36RB上，并且B光被該偏振分束面反射，而R光被該偏振分束面透射，使得兩束光被分解。
另一方面，G光的分解光入射到二向色棱鏡39上進(jìn)行顏色合成。分解的R和B光入射到其表面上形成有二向色膜的一個(gè)二向色鏡38上，并且被具有圖12所示光學(xué)特性的二向色鏡38透射，從而進(jìn)一步傳播并入射到二向色棱鏡39上。后面描述二向色鏡38的特性。二向色鏡38相對(duì)于光軸以預(yù)定的角度傾斜設(shè)置。
用于執(zhí)行顏色合成的二向色棱鏡39在其內(nèi)部有一個(gè)二向色膜39D。二向色膜39D的光學(xué)特性如圖10所示。
入射到二向色棱鏡39上的P偏振G光根據(jù)其如圖10所示的光學(xué)特性被二向色膜39D透射。P偏振的R光和S偏振的B光基本上被二向色膜39D反射，使得這些光與上述的G光顏色合成，從而從二向色棱鏡39出射。
從二向色棱鏡39發(fā)出的R、G和B的復(fù)合光穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板40，從而被轉(zhuǎn)變成圓偏振光。此光進(jìn)一步傳播并進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)41，被投影到屏幕(未示出)上。在已被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)41的透鏡元件表面反射、從而在反方向傳播的光分量中，R光和G光分別被四分之一波長(zhǎng)相位板40轉(zhuǎn)變成S偏振光，B光被四分之一波長(zhǎng)相位板40轉(zhuǎn)變成P偏振光以便進(jìn)一步傳播，使得這些光又從反方向進(jìn)入二向色棱鏡39。在已經(jīng)進(jìn)入二向色棱鏡39以進(jìn)行顏色合成的光中，S偏振的G光入射到二向色膜39D，其較短波長(zhǎng)部分和較長(zhǎng)波長(zhǎng)部分根據(jù)圖10所示的偏振分束面對(duì)S偏振光的光學(xué)特性被二向色膜39D反射。反射的部分或S偏振的G光分量入射到二向色鏡38，并根據(jù)其S偏振光的光學(xué)特性被二向色鏡38反射，從而離開(kāi)光路。
如果不設(shè)置二向色鏡38，則被二向色膜39D反射的G光分量將入射到偏振分束器36RB上，被偏振分束面反射，入射到B光光閥37B上，被光閥37B反射，使得G光的非調(diào)制光分量將經(jīng)偏振分束器36RB和二向色棱鏡39返回到投影光學(xué)系統(tǒng)41，并且將投影G鬼光束。
雖然前面已結(jié)合具有圖10所示光學(xué)特性的二向色棱鏡39進(jìn)行了描述，但也可以有一種具有圖11所示光學(xué)特性的二向色棱鏡。當(dāng)使用具有圖11所示光學(xué)特性的二向色棱鏡39時(shí)，在被投影光學(xué)系統(tǒng)反射并在反方向返回進(jìn)入二向色棱鏡39的包括S偏振的R和G光以及P偏振的B光的光束中，G光的較長(zhǎng)波長(zhǎng)部分將被二向色膜39D反射，B光的較長(zhǎng)波長(zhǎng)部分將被二向色膜39D透射。G光的反射部分將被二向色鏡38反射并離開(kāi)光路，但B光的透射部分將在穿過(guò)偏振分束器36G之后被光閥37G反射并返回到投影光學(xué)系統(tǒng)以變成鬼光束。為了把可能成為鬼光束的上述光束擺脫到光路之外，在偏振分束器36G和二向色棱鏡39之間的光路上關(guān)于光軸傾斜設(shè)置一個(gè)具有圖13所示光學(xué)特性的二向色鏡，使得上述入射到反射鏡上的B光將被反射離開(kāi)光路?；蛘?，代替設(shè)置這樣一個(gè)反射鏡，在偏振分束器36內(nèi)可以形成一個(gè)具有與圖11所示相同光學(xué)特性的二向色膜，形成方式為與偏振分束面相對(duì)，如圖8所示，從而將B光擺脫光路。
如上所述本發(fā)明涉及一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其中包含在從多個(gè)反射光閥發(fā)射的各種顏色光中的調(diào)制光被為各種顏色光設(shè)置的偏振分束器分解接收，并被具有一個(gè)二向色膜的顏色合成光學(xué)系統(tǒng)合成，合成光被投影光學(xué)系統(tǒng)投影，設(shè)備中還有一個(gè)設(shè)置在顏色合成光學(xué)系統(tǒng)與投影光學(xué)系統(tǒng)之間的光路上的四分之一波長(zhǎng)相位板。在此設(shè)備中，被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件反射并再入射到顏色合成光學(xué)系統(tǒng)以沿光路反方向傳播的光被包含在顏色合成光學(xué)系統(tǒng)中的二向色膜顏色分解成各種顏色分量，這些分量與光由于二向色膜的光學(xué)特性依賴(lài)于偏振方向的差異所致的在正常方向中傳播的情形不同。因此，分解的光沿其它的不同于各個(gè)對(duì)應(yīng)色光的色光光路上傳播，并且這些光被其它色光的光閥透射并經(jīng)顏色合成光學(xué)系統(tǒng)再入射到投影光學(xué)系統(tǒng)上，使得該光束被投影成鬼光束。在本發(fā)明中，在顏色合成光學(xué)系統(tǒng)和各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面之間的光路上設(shè)置具有預(yù)定光學(xué)特性并關(guān)于光軸傾斜分布的二向色鏡，使得上述可能是潛在鬼光束的光分量被反射離開(kāi)光路。因此，可以避免鬼光束的產(chǎn)生，并且可以投影高圖象對(duì)比度的圖象。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示設(shè)備，包括分別為第一種顏色的光和第二種顏色的光設(shè)置的反射光閥；為各種顏色光設(shè)置的偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述各反射光閥出射的各種顏色光；一個(gè)二向色棱鏡，分別從不同的面向其上入射從各種顏色光的所述偏振分束器發(fā)出的分解光，所述的二向色棱鏡有一個(gè)具有反射第一種顏色的光的特性的二向色膜，其中第一種顏色的光被所述二向色膜反射，第二種顏色的光被所述二向色膜透射，使得所述第一種顏色的光和所述第二種顏色的光被顏色復(fù)合，并且復(fù)合光從二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把所述的復(fù)合光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的復(fù)合光；一個(gè)二向色膜，設(shè)置在所述各種顏色光偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間的各種顏色光的其中至少一條光路上，反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的所述復(fù)合光中分出的第二種顏色的光分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射，并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到二向色棱鏡上，再被所述二向色棱鏡內(nèi)的二向色膜反射以沿第一顏色光的光路反方向傳播；或者反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的所述復(fù)合光中分出的第一種顏色的光分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述二向色棱鏡上，再被所述二向色棱鏡內(nèi)的二向色膜透射以沿第二顏色光的光路反方向傳播，從而將所述第二種顏色的光分量或第一種顏色的光分量偏轉(zhuǎn)出所述第一種顏色光的光路或第二種顏色光的光路。
2.如權(quán)利要求1所述的投影顯示設(shè)備，其中已被偏振分束器分解之后入射到二向色棱鏡上的第一種顏色的光和第二種顏色的光的電矢量振蕩方向彼此正交。
3.如權(quán)利要求1所述的投影顯示設(shè)備，其中設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜設(shè)置在所述偏振分束器和所述二向色膜之間的光路中。
4.如權(quán)利要求1所述的投影顯示設(shè)備，其中設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜以與所述偏振分束面相對(duì)的方式設(shè)置在所述偏振分束器之內(nèi)。
5.一種投影顯示設(shè)備，包括分別為R(紅)光、G(綠)光和B(藍(lán))光設(shè)置的反射光閥；為各種顏色光設(shè)置的偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述各色反射光閥出射的各種顏色光；一個(gè)正交二向色棱鏡，從各種顏色光偏振分束器發(fā)出的分解光分別從不同的面入射其上，所述正交二向色棱鏡有一個(gè)具有反射R光特性的R光反射二向色膜和一個(gè)具有反射B光特性的B光反射二向色膜，兩膜彼此正交，其中R光被所述的R光反射二向色膜反射，B光被所述B光反射二向色膜反射，G光被所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜透射，使得這些顏色的光被顏色合成，并且復(fù)合光從正交二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把所述的復(fù)合光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的復(fù)合光；其中，從所述各種顏色光的偏振分束器發(fā)出并入射到所述正交二向色棱鏡上的R光和B光相對(duì)于所述正交二向色棱鏡的R光反射二向色膜和B光反射二向色膜為S偏振，從所述偏振分束器出射并入射到所述正交二向色棱鏡上的G光相對(duì)于所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜為P偏振；和所述的設(shè)備還包括一個(gè)二向色膜，設(shè)置在所述各種顏色光偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間的各種顏色光光路的至少一條中，反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的復(fù)合光中分出的R光或B光的分量，該光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射，在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述正交二向色棱鏡上，并入射到所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜上，再被所述R光反射二向色膜和所述B光反射二向色膜透射以沿G光的光路反方向傳播；或者反射一個(gè)從入射到所述投影光學(xué)系統(tǒng)上的復(fù)合光中分出的G光分量，G光分量被構(gòu)成所述投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射并在穿過(guò)所述四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到所述正交二向色棱鏡上，再被所述兩個(gè)二向色膜中的至少一個(gè)反射以沿所述R光或B光的光路反方向傳播，從而將所述R光分量、B光分量或G光分量偏轉(zhuǎn)出光路。
6.如權(quán)利要求5所述的投影顯示設(shè)備，其中設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜設(shè)置在所述偏振分束器和所述正交二向色棱鏡之間的光路中。
7.如權(quán)利要求5所述的投影顯示設(shè)備，其中設(shè)置在所述各種顏色光的偏振分束器的偏振分束面與所述正交二向色棱鏡之間各種顏色光光路中至少一條光路上的二向色膜以與所述偏振分束面相對(duì)的方式設(shè)置在所述偏振分束器之內(nèi)。
8.一種投影顯示設(shè)備，包括一個(gè)為R(紅)光設(shè)置的反射光閥；一個(gè)偏振分束器，分解接收已被調(diào)制的并從所述R光反射光閥出射的光；一個(gè)二向色棱鏡，從所述偏振分束器發(fā)出的分解光入射其上，所述二向色棱鏡有一個(gè)具有反射R光特性的R光反射二向色膜，其中R光被所述的R光反射二向色膜反射并從二向色棱鏡出射；一個(gè)四分之一波長(zhǎng)相位板，把從所述二向色棱鏡出射的光轉(zhuǎn)變成圓偏振光；一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，投影所述的已被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的光；其中從所述偏振分束器發(fā)出并入射到所述二向色棱鏡上的R光相對(duì)于所述R光反射二向色膜為S偏振；和所述的R光反射二向色膜對(duì)于P偏振光在R光和G(綠)光的邊界處有一個(gè)反射/透射邊界波長(zhǎng)，有一個(gè)與所述S偏振光的振蕩方向正交的振蕩方向。
全文摘要
在一種分解接收從多個(gè)反射光閥發(fā)射的光束的投影顯示設(shè)備中，顏色合成分解的光束并投影顏色合成的光，在偏振分束器和二向色棱鏡之間的各種顏色光的至少一條光路上設(shè)置一個(gè)二向色膜。該二向色膜反射一個(gè)從入射到投影光學(xué)系統(tǒng)上的復(fù)合光中分出的彩色光分量，該分量的光被構(gòu)成投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡元件的一個(gè)表面反射，在穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)相位板之后入射到二向色棱鏡上，并被二向色棱鏡內(nèi)的二向色膜反射或透射，從而在該色光的光路上反方向傳播，由此將該色光分量偏轉(zhuǎn)出光路。
文檔編號(hào)G03B21/14GK1485648SQ03152389
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者關(guān)根淳, 服部徹夫, 夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社尼康