CN1237365C - 带有两块液晶板的彩色切换投影装置 - Google Patents

Abstract

投影装置包括：照明系统；一个偏振光转换系统；一个彩色再循环系统；它将预定波段的光分隔成第一种颜色的光和第二种颜色的光，透射和反射第一和第二种颜色的光，转换第三种颜色的光，以得到第二个偏振光分量，并使第三种颜色的光透过；以使作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光，与作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光在不同的光学通路中前进；一个图像形成系统；一个屏幕；它接收被图像形成系统调制和投影的第一～第三种颜色的光，并显示图像；一个光学通路转换系统；和一个投影系统。

Description

带有两块液晶板的彩色 切换投影装置

相关申请的交互参考

本申请对2002年9月13日提出的韩国专利申请2002-55639号有优先权。这里全部引入该专利申请供参考。

技术领域

本发明涉及带有两块板的投影装置，更具体地说，涉及带有两块液晶板的投影装置，该装置通过使用彩色切换系统可提高光发射效率和亮度。

背景技术

带有两块液晶板的投影装置具有单板式投影装置和三块板式投影装置的优点。三板式投影装置的优点是光发射效率高，但其缺点是由于有许多光学元件使结构复杂。单板式投影装置的优点是结构简单，但其缺点是亮度低。特别是，由于三板式投影装置使绿光比蓝光和红光更多地透过，因此，为了在例如电视机一类的显示器上使用三板式投影装置，还必需另外有一个能将绿光除去40％的单独的装置。

因此，开发了带有两块液晶板的投影装置，该装置除了具有单板式和三板式装置的优点以外，还可以解决上述的问题。在美国专利公报2002/0027619A1号中公布了这种带有两块液晶板的投影装置的一个例子。这个投影装置表示在图1中。

参见图1可看出，P偏振白光210被一个消色差或中心偏振镜偏振，然后依次入射在蓝光调制器220和绿光调制器230上。蓝光和绿光调制器220与230，根据一个模拟电压分别主动地调制蓝光和绿光。每一个调制器220和230可以为一叠主动式调制器或任何其他暂时的调制器，这些调制器可根据所加的电压，使蓝光或绿光的偏振光偏离。红光被动地被第一个滤光片240改变成正交的偏振光。中性分析器245遮断没有被调制器改变的光。

从中性分析器245输出的光输出可以为红+蓝(即深红色)光，红+绿(即黄色)光，红光和白光。红光的偏振光被第二个滤光片250转动。在输出光中，与绿光或蓝光的混合光被偏振的光束分离器260分隔成具有垂直偏光分量的绿光和蓝光；并且绿光和蓝光照亮一块绿/蓝顺序板。红光被偏振光束分离器260发射出去，并照亮一块红色板280。

处在接通(ON)状态的板的象素将偏振光转动π/2，这个光通过偏振的光束分离器260，并被导向投影透镜200。为了避免被处在断开(OFF)状态的板象素反射的P偏振红光泄漏，在偏振光束分离器260和投影透镜200之间的光学通路上，还放置一个红/蓝绿色的偏光滤光片290，以将红光的偏振光转动成S偏振光。在红/蓝绿色偏光滤光片290的光学通路上还设置一个吸收漏光的清理偏振镜295，以增加在屏幕205上显示的图像的对比度。

在美国专利公报2002/0027619A1号中所公布的两块板式投影系统使用绿/蓝顺序板270，使绿色和蓝色的图像不能同时形成。因而，全部光的量减少至1/3，降低了在屏幕205上显示的图像的亮度。

发明内容

本发明提供了一种可以提高光发射效率和亮度，而不会减少由光源发出的光量的投影装置。

本发明提供一种投影装置，它包括：

发出白光的一个照明系统；

一个偏振光转换系统；它转换白光中预定的波段的光，以得到第一个偏振光分量；

一个彩色再循环系统；它将预定波段的光分隔成第一种颜色的光和第二种颜色的光，透射和反射第一和第二种颜色的光，转换第三种颜色的光，以得到第二个偏振光分量；并使第三种颜色的光透过；以使作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光与作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光在不同的光学通路中前进；

其中，彩色再循环系统包括：

彩色切换滤光片；该滤光片包括第一个元件和第二个元件，第二个元件中的第一个彩色滤光片和第二个彩色滤光片与第二个元件的第一个彩色滤光片和第二个彩色滤光片的堆叠次序相反；第一个彩色滤光片反射在光强作用状态下的第一种颜色的光，并透射在光强不作用状态下的第一种颜色的光；第二个彩色滤光片则反射在光强作用状态下的第二种颜色的光，和透射在光强不作用状态下的第二种颜色的光；第一和第二个滤光片使第三种颜色的光透过；该彩色切换滤光片将从第一个元件输出的第四种颜色的光和从第二个元件输出的第五种颜色的光引导至图像形成系统；

一个遮蔽镜；它将从彩色切换滤光片射出的光，反射回彩色切换滤光片；和

第三个彩色滤光片；它放置在彩色切换滤光片和遮蔽镜之间的光学通路上，并将从彩色切换滤光片反射出来的第三种颜色的光的第一个偏振分量，转换为第二个偏振分量；

一个图像形成系统；它包括可根据所加的图像信号，分别调制第一和第二种颜色的光的第一个反光板和第二个反光板；还包括可根据所加的图像信号，调制第三种颜色的光的第三个反光板；

一个屏幕；它接收被图像形成系统调制和投影的第一～第三种颜色的光，并显示图像；其中，所述屏幕包括一个波导管组，在该波导管组中，多个对于光学轴线倾斜一个预定的角度的波导管，相对于屏幕的中心对称排列，以便折射从投影系统输出的第四和第五种颜色的光，以形成一个统一的图像；

一个光学通路转换系统；它将从彩色再循环系统射出的第四和第五种颜色的光的光学通路分离，使第四种颜色的光中的第一种颜色的光被引导至第一个反光板，第五种颜色的光中的第二种颜色的光被引导至第二个反光板，而第四和第五种颜色的光中的第三种颜色的光被引导至第三个反光板；并且将从相应的第一～第三个反光板反射的第一～第三种颜色的光引导至屏幕；和

一个投影系统；它包括一个投影透镜，该透镜将从光学通路转换系统输出的作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光；和从光学通路转换系统输出的，作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光投影在屏幕上。

根据本发明的一个方面提供了一个投影装置，它包括：发出白光的一个照明系统；一个偏振光转换系统；它转换白光中预定的波段的光，以得到第一个偏振光分量；一个彩色再循环系统；它将预定波段的光分隔成第一种颜色的光和第二种颜色的光，透射和反射第一和第二种颜色的光，转换第三种颜色的光，以得到第二个偏振光分量；并使第三种颜色的光透过；以使作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光，与作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光，在不同的光学通路中前进；一个图像形成系统；它包括可根据所加的图像信号，分别调制第一和第二种颜色的光的第一个反光板和第二个反光板；还包括可根据所加的图像信号，调制第三种颜色的光的第三个反光板；一个屏幕；它接收被图像形成系统调制和投影的第一～第三种颜色的光，并显示图像；一个光学通路转换系统；它将从彩色再循环系统射出的第四和第五种颜色的光的光学通路分离，使第四种颜色的光中的第一种颜色的光被引导至第一个反光板，第五种颜色的光中的第二种颜色的光被引导至第二个反光板，而第四和第五种颜色的光中的第三种颜色的光被引导至第三个反光板；并且将从相应的第一～第三个反光板反射的第一～第三种颜色的光引导至屏幕；和一个投影系统；它包括一个投影透镜，该透镜将从光学通路转换系统输出的作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光；和从光学通路转换系统输出的，作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光投影在屏幕上。

照明装置包括：发射白光的一个光源；和一个蝇眼透镜整合件；它将从光源发出的白光分离成子光束。

最好，为了遮断白光中的紫外光，在光源和蝇眼透镜整合件之间的光学通路上，还包括一个紫外线滤光片。

偏振光转换系统包括由多个具有与光学轴线倾斜的界面的棱镜组成的一个棱镜组，每一个界面都涂敷一层液晶薄膜，该薄膜反射白光中预定波段的光的第一个偏振分量，并使第二个偏振分量透过。

另外，偏振光转换系统包括：一个遮挡掩膜；它放置在每隔一个棱镜的入射表面上，以遮挡入射光；和一个λ/2相位板；它放置在入射表面上有遮挡掩膜的每一个棱镜的输出表面上，以便将穿过棱镜的第二个偏振分量转换成第一个偏振分量。

最好，在棱镜组中的多个棱镜的界面，对光学轴线倾向一个45°角。

该液晶薄膜为胆甾基薄膜。

预定波段的光为第一和第二种颜色的光，而液晶薄膜反射第一和第二种颜色的光的第一个偏振分量，并使其第二个偏振分量透过。

预定波段的光为第一～第三种颜色的光，而液晶薄膜反射第一～第三种颜色的光的第一个偏振分量，并使其第二个偏振分量透过。

彩色再循环系统包括：彩色切换滤光片；该滤光片包括第一个元件和第二个元件，这些元件由按相反次序堆叠的第一个彩色滤光片和第二个彩色滤光片组成；第一个彩色滤光片反射在光强作用状态下的第一种颜色的光，并透射在光强不作用状态下的第一种颜色的光；第二个彩色滤光片则反射在光强作用状态下的第二种颜色的光，和透射在光强不作用状态下的第二种颜色的光；第一和第二个滤光片使第三种颜色的光透过；该彩色切换滤光片将从第一个元件输出的第四种颜色的光和从第二个元件输出的第五种颜色的光引导至图像形成系统；一个遮蔽镜；它将从彩色切换滤光片射出的光，反射回彩色切换滤光片；和第三个彩色滤光片；它放置在彩色切换滤光片和遮蔽镜之间的光学通路上，并将从彩色切换滤光片反射出来的第三种颜色的光的第一个偏振分量，转换为第二个偏振分量。

彩色再循环系统还包括一个棱镜组组件，它折射从彩色切换滤光片射出的第四和第五种颜色的光，使第四和第五种颜色的光沿着不同的光学通路向着图像形成系统前进。

最好，彩色再循环系统还包括一个无源彩色滤光片，该滤光片在其入射表面上反射第三种颜色的光的第一个偏振分量，和使第二个偏振分量透过。

第一～第三个滤光片为胆甾基滤片光。

该无源彩色滤光片为胆甾基滤光片。

最好，彩色切换滤光片对于光学轴线倾斜一个45°角。

遮蔽镜放置在彩色切换滤光片下面，并且包括与彩色切换滤光片平行的第一个镜片，和与彩色切换滤光片和第一个镜片垂直的第二个镜片。

最好，在彩色切换滤光片和第一个镜片之间的光学通路上放置着第三个彩色滤光片。

最好，该投影装置它还包括在彩色再循环系统和图像形成系统之间的光学通路上的一个中继透镜系统，该透镜系统确定第四和第五种颜色的光的形状。

最好，该投影装置它还包括在中继透镜系统和光学通路转换系统之间的光学通路上的一个λ/4相位板。

最好，该投影装置它还包括在λ/4相位板和图像形成系统之间的光学通路上的一个色彩偏振镜。

最好，该色彩偏振镜由液晶聚合物或线性的光聚合聚合物制成。

最好，第一和第二个反光板互相平行，而第三个反光板与第一和第二个反光板垂直。

最好，在第一和第二个反光板之间与在第三个反光板的中心处，形成没有象素的一个阴影区。

最好，第一～第三个反光板中的每一个反光板的入射表面上，包括一个λ/4相位板。

光学通路转移系统包括具有一个透射反射表面的一个偏振的光束分离器，该透射反射表面将从彩色再循环系统发射的第四种颜色的光中的第一种颜色的光反射至第一个反光板，将在第五种颜色的光中的第二种颜色的光反射至第二个反光板；使被相应的第一和第二个反光板调制的第一和第二种颜色的光透过，通至投影系统，将从彩色再循环系统射出的第四和第五种颜色的光中的第三种颜色的光透射至第三个反光板，并反射被第三个反光板调制的第三种颜色的光。

最好，该投影装置还包括在光学通路转换系统和投影系统之间的光学通路上的一个宽带滤光片，该滤光片将从光学通路转换系统输出的第三种颜色的光的第一个偏振分量，转换成第二个偏振分量。

最好，该投影装置还包括在宽带滤光片和投影系统之间的光学通路上的一个清理偏光镜，该偏光镜可清除寄生的偏振光。

最好，屏幕包括一个波导管组，在该波导管组中，多个对于光学轴线倾斜一个预定的角度的波导管，相对于屏幕的中心对称排列，以便折射从投影系统输出的第四和第五种颜色的光，以形成一个统一的图像。

第一种颜色的光为蓝光，而第二种颜色的光为绿光。第三种颜色的光为红光。第四种颜色的光为蓝绿色光，和第五种颜色的光为黄光。第一个偏振分量为S偏振分量，而第二个偏振分量为P偏振分量。

为了没有损失地保存光量，从而在屏幕上显示高亮度的图像，本发明包括偏振光转换系统和彩色再循环系统。

附图说明

通过参照附图对优选实施例进行的详细说明，可以更了解本发明的上述和其他特点与优点。其中：

图1为在美国专利公报2002/0027619A1号中公布的通常的两块板式投影系统的图；

图2为根据本发明的实施例的投影装置的图；

图3A为在本发明的实施例中设置的一个偏振光转换系统的图；

图3B为图3A所示的A部分的放大图；

图4为在本发明的实施例中设置的除了棱镜组组件以外的彩色再循环系统的图；

图5A为表示当光在一个方向入射至棱镜组组件上时，光的输出图形的图；

图5B为表示当光在两个方向上入射至棱镜组组件上时的光输出图形的图；

图6A为表示绿光和蓝光入射在相应的反光板上的理想的图形和照度的图；

图6B为表示绿光和蓝光入射在相应的反光板上的实际图形和照度的图；

图7为表示在本发明的实施例中，通过图像形成系统，光通路转换系统和投影系统入射在屏幕上的光的光学通路的图；

图8A为通常的屏幕的示意图；

图8B为在本发明的实施例中的改进的屏幕的图；和

图9为表示在本发明的实施例中，通过改进的反光板和引导至改进的屏幕的光的光学通路的图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明根据本发明的优选实施例的投影装置。

图2为根据本发明的实施例的投影装置。参见图2可看出，该投影装置包括一个照明系统，一个偏振光转换系统，一个彩色再循环系统，一个图像形成系统，一个光通路转换系统，一个投影系统和一个屏幕17。照明系统包括一个光源1和一个蝇眼透镜整合件3。偏振光转换系统包括一个棱镜组4，它由具有对光学轴线倾斜的界面的多个棱镜组成。彩色再循环系统包括一个无源彩色滤光片5，第三彩色滤光片6，一个遮蔽镜7，一个彩色切换滤光片8和一个棱镜组件9。图像形成系统包括第一～第三个反光板12a、12b和12c。光通路转换系统包括一个偏振的光束分离器13。投影系统包括一个投影透镜16。

为了有效地平行校正白色，照明系统最好具有一个带有抛物线反光镜的金属卤素灯作为光源1。换句话说，在金属卤素灯中，发射源放置在抛物线反光镜范围内的焦点上，并且由发射源发出的光由抛物线反光镜的内表面反射，使光在一个方向被平行校正。

通过将蝇眼透镜整合件3放置在由光源1发出的光的前进方向上，可将单个白光分隔成多个光强均匀的子光束。在光源1和蝇眼透镜整合件3之间的光学通路上，还设有一个紫外线滤光片2，以便遮挡紫外光，以提高在屏幕上显示的图像的对比度。

图3A为偏振光转换系统的示意图，图3B为图3A所示的A部分的放大图。

参见图3A和图3B可看出，偏振光转换系统由多个具有对光线轴线倾斜(最好倾斜45°)的界面的棱镜24组成。在每一个棱镜24的表面上形成一个胆甾基液晶薄膜24b。在每隔一个棱镜24的入射表面上形成可剥去的遮挡掩膜24a，并且在每隔一个棱镜24的输出表面上，放置着λ/2相位的平板24c，使这些平板与遮挡掩膜24b相适应。

定向排列的胆甾基液晶薄膜24b只反射与胆甾基螺旋线螺距相应的单一波长的波段。通过适当地选择液晶，可以改变反射区中的波段的宽度。被反射的光被完全改变成圆形的偏振光。在圆形偏振过程中，光的回转方向取决于胆甾基螺旋线的回转方向。因此，可将胆甾基液晶薄膜24b作成，使它只允许P偏振光和S偏振光中的一种偏振光分量透过，而反射其他的偏振光分量。胆甾基液晶薄膜24b只改变一个特定的波段的偏振，而对其他波段的光的偏振没有影响。

例如，如图3B所示，当红(R)、绿(G)和蓝(B)光入射在胆甾基液晶薄膜24b上时，可以形成胆甾基螺旋线，使得只有在绿和蓝色波段中的光的S偏振分量Gs和Bs被反射，而该光的P偏振分量Gp和Bp透过；并且红光的S和P偏振分量都透过。由在每一个棱镜24的界面上形成的胆甾基液晶薄膜24b所透过的绿光和蓝光的P偏振分量Gp和Bp，被λ/2相位板24c转换为S偏振光分量。因而，偏振光转换系统输出绿光和蓝光的S偏振分量，并输出没有偏振的红光。

然而，图3B所示的胆甾基液晶薄膜24b只是一个实施例。另一种方案是，将该薄膜作成反射红光的S偏振分量，和透过红光的P偏振分量。在这种情况下，在棱镜24的输出表面上，红光的P偏振分量也可被λ/2相位板24c转换为S偏振分量。因而，偏振光转换系统输出红、绿和蓝光的S偏振分量。

理论上说，胆甾基液晶薄膜具有几乎是100％的偏振效率，并且对紫外光稳定，因此在可见光下可以达到150∶1以上的对比度。另外，胆甾基液晶薄膜在高温下稳定，价格低廉，并可用非常稳定的可在玻璃基片上形成的不吸收的聚合物薄膜制成，因此在制造方面有许多优点。

根据本发明的实施例的投影装置没有用作偏振光转换系统的单独的光学装置。通过在构成棱镜组4的多个棱镜24的每一个棱镜的界面上，简单地形成胆甾基液晶薄膜24b，并将该界面的倾斜角调整至45°，则该胆甾基液晶薄膜24b只垂直地反射入射光的一个特定的偏振分量，然后输出该分量。为了只输出一个特定的偏振分量，在棱镜组4的入射表面上形成可剥去的遮挡掩膜24a。遮挡掩膜24a交替地作在棱镜24的入射表面上。λ/2相位板24c配置在棱镜24的输出表面上，使该平板可靠地位于通过没有作出遮挡掩膜24a的棱镜24的入射表面的光的光学通路上。

从偏振光转换系统输出的光，入射在彩色再循环系统上。

图4为除了棱镜组组件9以外的彩色再循环系统的放大图。从图4可看出，在该彩色再循环系统中，彩色切换滤光片8由第一个元件28a和第二个元件28b构成。第一和第二个元件28a和28b中的每一个元件，由一叠第一个滤光片28B和第二个滤光片28G组成。这些滤光片根据所供给的光强，分别透过或反射蓝光和绿光。在第一和第二个元件28a和28b中，第一和第二个滤光片28B和28G按相反的次序堆叠。遮散镜7由与彩色切换滤光片8平行的第一个镜片27a；和与第一个镜片27a和彩色切换滤光片8垂直的第二个镜片27b构成。在彩色切换滤光片8和第一个镜片27a之间的光学通路上放置着第三个滤光片6。在图4所示的本发明的实施例中，在彩色切换滤光片8的入射表面上还设置了转换红光的偏振光的无源彩色滤光片5。因此，可将从偏振光转换系统射出的非偏振的红光，转换为特定的偏振光。然而，如果偏振光转换系统将红光的偏振光转换为S偏振光，则不需要无源彩色滤光片5。

在第一个元件28a中，第二个滤光片28G放置在第一个滤光片28B上；而在第二个元件28b中，第一个滤光片28B放置在第二个滤光片28G上。当光强同时加在第一个元件28a的第一个滤光片28B和第二个元件28b的第二个滤光片28G上时，第一和第二个元件28a与28b同时接通。这时，第一个元件28a的第二个滤光片28G与第二个元件28b的第一个滤光片28B保持在断开状态。这样，第一和第二个元件28a与28b中每一个元件中的第一和第二个滤光片28B与28G交替地接通和断开。

第一～第三个滤光片28B、28G和6以及无源彩色滤光片5均为胆甾基滤光片。胆甾基滤光片的性质与在棱镜组4上形成的胆甾基液晶薄膜24b的性质相同，因此其说明从略。

再参见图4可看出，非偏振的红光Rs+Rp和绿光与蓝光的S偏振分量Gs和Bs，都入射在无源彩色滤光片5上。

入射的红光的S偏振分量Rs被无源彩色滤光片5反射，并引导至遮蔽镜7；而入射红光的P偏振分量Rp则被无源彩色滤光片5透射，并引导至彩色切换滤光片8。引导至遮蔽镜7的第一个镜片27a上的红光的S偏振分量Rs，被第三个滤光片6转换为P偏振分量，再被第一和第二个镜片27a和27b反射，然后被引导至彩色切换滤光片8。引导至遮蔽镜7的第二个镜片27b上的红光的S偏振分量Rs，依次被第二和第一个镜片27b和27a反射，再被第三个滤光片6转换为P偏振分量Rp，然后被引导至彩色切换滤光片8。

如果红光的S偏振分量Rs从偏振转换系统射出，而不是从无源彩色滤光片5射出，则第三个滤光片6放置在无源彩色滤光片5的位置，使红光的S偏振分量Rs转换为P偏振分量Rp。红光的P偏振分量Rp被彩色切换滤光片8引导向前进。

当在第一个元件28a中，第一个滤光片28B断开，而第二个滤光片28G接通时，入射在第一个元件28a上的蓝光的S偏振分量Bs透过，一直前进；同时蓝光的S偏振分量Bs被第一个元件28a的第一个滤光片28B反射，被引导至遮蔽镜7。当第一个元件28a透过蓝光(Bs)和反射绿光(Gs)时，第二个元件28b在第二个滤光片28G处在断开，和第一个滤光片28B处在接通状态下，使绿光(Gs)透过，一直向前进，并反射蓝光(Bs)，将它引导至遮蔽镜7。被第一个元件28a反射至遮蔽镜7的绿光(Gs)，和被第二个元件28b反射至遮蔽镜7的蓝光(Bs)，被遮蔽镜7反射，被引导至彩色切换滤光片8。即使绿光(Gs)和蓝光(Bs)通过第三个滤光片6，它的偏振状态不会改变。

因此，第一个元件28a输出蓝光的S偏振分量Bs和红光的P偏振分量Rp的混合物，即深红色(M)光；而第二个元件28b输出绿光的S偏振分量Gs和红光的P偏振分量Rp的混合物，即黄(Y)光。再参见图2可看出，由彩色切换滤光片8输出的深红色和黄色光(M和Y)被棱镜组组件9折射，分开成不同的光学通路。

图5A和5B为表示当光以一个方向和两个方向入射在棱镜组组件上时的光输出图形。

为了使红光能够均匀地入射在图2所示的第三个反光板12c上，必需使红光在两个方向均匀地入射在棱镜组组件9上。

参见图5A可看出，当红光以一个方向入射在棱镜组组件9上时，红光以具有空白区的剥离图形Pa输出，因此，光不能均匀地入射在第三个反光板12C上。相反，如图5B所示，当红光利用包括遮蔽镜7的彩色再循环系统，从两个方向入射在棱镜组组件9上时，红光以没有空白区的密实的图形Pp输出。

无源彩色滤光片5用于将红光分成两个垂直的偏振分量，将这些分量引导至不同的光学通路，将它们转换成特定的偏振分量，和使红光在两个方向入射在棱镜组组件9上。

为了减小光的损失，使从光源1发出的大部分光被引导至屏幕17上，根据本发明的这个实施例的投影装置使用彩色再循环系统。因此，本发明在增加显示的亮度方面是优越的。

再参见图2可看出，从彩色再循环系统输出的深红色和黄色(M和Y)光的形状由中继透镜系统10决定。在中继透镜系统10和偏振光束分离器13之间的光学通路上，还放置着被中继透镜系统10均匀化的光的λ/4相位板11a和色彩偏振镜11b。因此，该λ/4相位板11a将图偏振光转换为线性偏振光，而色彩偏振镜11b通过清除线性偏振光上的寄生偏振光，而使入射光变得清洁。色彩偏振镜11b由液晶聚合物(LCP)和线性的光聚合聚合物(LPP)构成。色彩偏振镜11b使线性的S偏振绿光和蓝光，以及P偏振红光透过；并清除入射光中的寄生偏振光。

光学通路转换系统的偏振光束分离器13，分别将偏振蓝光和绿光引导至第一第二个反光板12a与12b，并将P偏振红光引导至第三个反光板12c。

图像形成系统由第一～第三个反光板12a、12b和12c构成。在图2所示的实施例中，第一个反光板12a调制蓝光，第二个反光板12b调制绿光，和第三个反光板12c调制红光。第一和第二个反光板12a与12b排列在一条线上，使第一个反光板12a调制由偏振的光束分离器13的上部透射反射表面上反射的深红色光(M)中的蓝光；而第二个反光板12b调制由偏振的光束分离器13的下部透射反射表面上反射的黄光(Y)中的绿光。为了增加图像的对比度，在第一～第三个反光板12a、12b和123c与偏振的光束分离器13之间设有λ/4相位板18a和18b。

在由金属卤素灯发出的白光中，红光的量比绿光或蓝光的量小。因此，为了补偿在屏幕17上显示的红光的不足，分别调制绿光和蓝光的第一和第二个反光板12a与12b的长度作成为调制红光的第三个反光板12c长度的一半。

另外，为了避免出现入射在第一个反光板12a上的蓝光，和入射在第二个反光板12b上的绿光互相重叠的区域，和均匀地辐射分别被第一～第三个反光板12a、12b和12c反射的蓝、绿和红光；在第一和第二个反光板12a与12b之间和在第三个反光板12c的中心形成一个不反射光的阴影区。

图6A为表示分别照亮第一和第二个反光板12a和12b，不带重叠区的蓝光和绿光(B和G)的理想照明图形和照度的图。在图6A中，蓝光(B)和绿光(G)分别以均匀的照度和不重叠地照亮第一和第二个反光板12a与12b。

图6B为表示照亮相应的第一和第二个反光板12a和12b的蓝光和绿光(B和G)的实际图形的图。如图6B所示，实际上在第一和第二个反光板12a与12b之间存在着蓝光和绿光互相重叠的一个区域12ab。在区域12ab中出现可剥离的蓝绿色(C)。另外，在第一和第二个反光板12a和12b的边缘上，照度稍微降低。

为了防止出现区域12ab，如图9所示，将区域12ab作成一个阴影区12S，在该阴影构中不存在用于光学调制的象素。在第三个反光板12c上也作出同样的阴影区12S。

图7为表示通过光学通路转换系统的绿、蓝和红光的光学通路被图像形成系统调制，形成图像，然后通过光学通路转换系统和投影系统被引导至屏幕17的详图。

S偏振蓝光从偏振的光束分离器13的透射反射表面上被反射出来，被引导至第一个反光板12a，然后被第一个反光板12a调制，再被引导至偏振的光束分离器13。S偏振绿光从偏振的光束分离器13的透射反射表面上被反射出来，被引导至第二个反光板12b，再由第二个反光板12b调制，再被引导至偏振的光束分离器13。P偏振红光透过偏振的光束分离器13的透射反射表面，被引导至第三个反光板12c，然后被第三个反光板12c调制，再被引导至偏振的光束分离器13。

由第一个反光板12a反射出来的蓝光，和由第三个反光板12c的下部反射出来的红光，通过偏振的光束分离器13的透射反射表面，并形成向着投影透镜16的下部前进的深红色光(M)。从第二个反光板12b反射出来的绿光和从第三个反光板12c的上部反射出来的红光，通过偏光的光束分离器13的透射反射表面，并形成向着投影透镜16的上部前进的黄光(Y)。通过投影透镜16的黄光和深红色光(Y和M)被由多个波导管组成的屏幕17折射，以显示统一的图像。

当通过λ/4相位板18a二次时，入射在相应的第一和第二个反光板12a和12b上的蓝光和绿光的S偏振分量Bs和Gs，被转换成P偏振分量。蓝光和绿光的P偏振分量通过偏振的光束分离器13，并向着投影透镜16前进。当通过λ/4相位板18b二次时，入射在第三个反光板12c上的红光的P偏振分量Rp，被转换成S偏振分量。红光的S偏振分量通过偏振的光束分离器13，然后被一个宽带滤光片14转换为P偏振分量。因此，向着投影透镜16前进的所有红、绿和蓝光都为P偏振状态。在本发明的实施例中，通过在偏振光转换系统或彩色再循环系统中适当地使用偏振光转换的光学元件，可将所有红、绿和蓝光的偏振光转换成S偏振光。

图8A和8B分别表示通常的屏幕和在本发明的实施例中的改进的屏幕的横截面。

在根据本发明的实施例的投影装置中，第一和第二个反光板12a和12b，在偏振的光束分离器13的一侧排列在一条线上，使蓝光和绿光沿着不同的通路前进。因此，为了综合在两个图像上的信息，并在屏幕显示一个统一的图像；屏幕需要有一个新的结构，以改变使蓝光和红光混合的黄光的光学通路；和改变使绿光和红光混合的深红色光的光学通路。

由于图8A所示的通常的屏幕不能将具有不同的光学通路的黄光和深红色光综合起来，因此，制造具有图8B所示结构的屏幕17，将黄光和深红色光综合成一个统一的图像。特别是，当反光板具有一个阴影区时，屏幕17在清除黄光和深红色光不能前进的区域方面是有效的。

图9为表示红、绿和蓝光的光学通路的图，这些光在根据本发明的实施例的投影装置中，在被第一～第三个反光板12a、12b和12c调制后，通过投影透镜16并被引导至改进的屏幕17上。

在第一和第二个反光板12a与12b之间和第三个反光板12c的中心，形成没有象素的阴影区12S。这样，通过偏振的光束分离器13入射的红光(R)在两个分开的区域中被调制。另外，绿光和蓝光(G和B)在彼此隔开一个阴影区12S的宽度的距离的两个区域内被调制。偏振的光束分离器13使被第一～第三个反光板12a～12c反射的蓝、绿和红光透过，并向着投影透镜16前进。通过投影透镜16的深红色光(M)(即蓝光和红光的混合物)，与通过投影透镜16的黄光(Y)(即绿光和红光的混合物)光学上由改进的屏幕17导向，从而形成一个统一的图像。

根据本发明的投影装置包括一个偏振光转换系统和一个彩色再循环系统，因此可以在屏幕上显示图像而不会丧失由光源发出的白光。因而，本发明可以显示高亮度的图像。另外，通过使用改进的反光板和屏幕，清除了不同彩色重叠的重叠区域，因此可以得到清晰和鲜明的图像。

虽然已参照优选实施例说明了本发明，但这些优选实施例只是为了说明用的，不是限制。例如，本领域技术人员知道，在不偏离本发明的精神的条件下，可以使用各种偏振光转换元件。因此，本发明的范围不是由本发明的详细说明确定的，而是由所附的权利要求书确定。

Claims (30)

1.一种投影装置，它包括：

发出白光的一个照明系统；

一个偏振光转换系统；它转换白光中预定的波段的光，以得到第一个偏振光分量；

一个彩色再循环系统；它将预定波段的光分隔成第一种颜色的光和第二种颜色的光，透射和反射第一和第二种颜色的光，转换第三种颜色的光，以得到第二个偏振光分量；并使第三种颜色的光透过；以使作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光与作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光在不同的光学通路中前进；

其中，彩色再循环系统包括：

彩色切换滤光片；该滤光片包括第一个元件和第二个元件，第二个元件中的第一个彩色滤光片和第二个彩色滤光片与第二个元件的第一个彩色滤光片和第二个彩色滤光片的堆叠次序相反；第一个彩色滤光片反射在光强作用状态下的第一种颜色的光，并透射在光强不作用状态下的第一种颜色的光；第二个彩色滤光片则反射在光强作用状态下的第二种颜色的光，和透射在光强不作用状态下的第二种颜色的光；第一和第二个滤光片使第三种颜色的光透过；该彩色切换滤光片将从第一个元件输出的第四种颜色的光和从第二个元件输出的第五种颜色的光引导至图像形成系统；

一个遮蔽镜；它将从彩色切换滤光片射出的光，反射回彩色切换滤光片；和

第三个彩色滤光片；它放置在彩色切换滤光片和遮蔽镜之间的光学通路上，并将从彩色切换滤光片反射出来的第三种颜色的光的第一个偏振分量，转换为第二个偏振分量；

一个图像形成系统；它包括可根据所加的图像信号，分别调制第一和第二种颜色的光的第一个反光板和第二个反光板；还包括可根据所加的图像信号，调制第三种颜色的光的第三个反光板；

一个屏幕；它接收被图像形成系统调制和投影的第一～第三种颜色的光，并显示图像；其中，所述屏幕包括一个波导管组，在该波导管组中，多个对于光学轴线倾斜一个预定的角度的波导管，相对于屏幕的中心对称排列，以便折射从投影系统输出的第四和第五种颜色的光，以形成一个统一的图像；

一个光学通路转换系统；它将从彩色再循环系统射出的第四和第五种颜色的光的光学通路分离，使第四种颜色的光中的第一种颜色的光被引导至第一个反光板，第五种颜色的光中的第二种颜色的光被引导至第二个反光板，而第四和第五种颜色的光中的第三种颜色的光被引导至第三个反光板；并且将从相应的第一～第三个反光板反射的第一～第三种颜色的光引导至屏幕；和

一个投影系统；它包括一个投影透镜，该透镜将从光学通路转换系统输出的作为第一和第三种颜色的光的混合物的第四种颜色的光；和从光学通路转换系统输出的，作为第二和第三种颜色的光的混合物的第五种颜色的光投影在屏幕上。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，照明装置包括：

发射白光的一个光源；和

一个蝇眼透镜整合件；它将从光源发出的白光分离成子光束。

3.如权利要求2所述的投影装置，其特征为，为了遮断白光中的紫外光，在光源和蝇眼透镜整合件之间的光学通路上，还包括一个紫外线滤光片。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，偏振光转换系统包括由多个具有与光学轴线倾斜的界面的棱镜组成的一个棱镜组，每一个界面都涂敷一层液晶薄膜，该薄膜反射白光中预定波段的光的第一个偏振分量，并使第二个偏振分量透过。

5.如权利要求4所述的投影装置，其特征为，偏振光转换系统包括：

一个遮挡掩膜；它放置在每隔一个棱镜的入射表面上，以遮挡入射光；和

一个λ/2相位板；它放置在入射表面上有遮挡掩膜的每一个棱镜的输出表面上，以便将穿过棱镜的第二个偏振分量转换成第一个偏振分量。

6.如权利要求4所述的投影装置，其特征为，在棱镜组中的多个棱镜的界面，对光学轴线倾斜一个45°角。

7.如权利要求4所述的投影装置，其特征为，液晶薄膜为胆甾基薄膜。

8.如权利要求4所述的投影装置，其特征为，预定波段的光为第一和第二种颜色的光，而液晶薄膜反射第一和第二种颜色的光的第一个偏振分量，并使其第二个偏振分量透过。

9.如权利要求4所述的投影装置，其特征为，预定波段的光为第一～第三种颜色的光，而液晶薄膜反射第一～第三种颜色的光的第一个偏振分量，并使其第二个偏振分量透过。

10.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，彩色再循环系统还包括一个棱镜组组件，它折射从彩色切换滤光片射出的第四和第五种颜色的光，使第四和第五种颜色的光沿着不同的光学通路向着图像形成系统前进。

11.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，彩色再循环系统还包括一个无源彩色滤光片，该滤光片在其入射表面上反射第三种颜色的光的第一个偏振分量，和使第二个偏振分量透过。

12.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，第一～第三个滤光片为胆甾基滤片光。

13.如权利要求11所述的投影装置，其特征为，该无源彩色滤光片为胆甾基滤光片。

14.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，彩色切换滤光片对于光学轴线倾斜一个45°角。

15.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，遮蔽镜放置在彩色切换滤光片下面，并且包括与彩色切换滤光片平行的第一个镜片，和与彩色切换滤光片和第一个镜片垂直的第二个镜片。

16.如权利要求15所述的投影装置，其特征为，在彩色切换滤光片和第一个镜片之间的光学通路上放置着第三个彩色滤光片。

17.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，它还包括在彩色再循环系统和图像形成系统之间的光学通路上的一个中继透镜系统，该透镜系统确定第四和第五种颜色的光的形状。

18.如权利要求17所述的投影装置，其特征为，它还包括在中继透镜系统和光学通路转换系统之间的光学通路上的一个λ/4相位板。

19.如权利要求18所述的投影装置，其特征为，它还包括在λ/4相位板和图像形成系统之间的光学通路上的一个色彩偏振镜。

20.如权利要求19所述的投影装置，其特征为，该色彩偏振镜由液晶聚合物或线性的光聚合聚合物制成。

21.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，第一和第二个反光板互相平行，而第三个反光板与第一和第二个反光板垂直。

22.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，在第一和第二个反光板之间与在第三个反光板的中心处，形成没有象素的一个阴影区。

23.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，第一～第三个反光板中的每一个反光板的入射表面上，包括一个λ/4相位板。

24.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，光学通路转移系统包括具有一个透射反射表面的一个偏振的光束分离器，该透射反射表面将从彩色再循环系统发射的第四种颜色的光中的第一种颜色的光反射至第一个反光板，将在第五种颜色的光中的第二种颜色的光反射至第二个反光板；使被相应的第一和第二个反光板调制的第一和第二种颜色的光透过，通至投影系统，将从彩色再循环系统射出的第四和第五种颜色的光中的第三种颜色的光透射至第三个反光板，并反射被第三个反光板调制的第三种颜色的光。

25.如权利要求1所述的投影装置，其特征为，它还包括在光学通路转换系统和投影系统之间的光学通路上的一个宽带滤光片，该滤光片将从光学通路转换系统输出的第三种颜色的光的第一个偏振分量，转换成第二个偏振分量。

26.如权利要求25所述的投影装置，其特征为，它还包括在宽带滤光片和投影系统之间的光学通路上的一个清理偏光镜，该偏光镜可清除寄生的偏振光。

27.如权利要求1、4、8和24中任何一条所述的投影装置，其特征为，第一种颜色的光为蓝光，而第二种颜色的光为绿光。

28.如权利要求1、8、11、24和25中任何一条所述的投影装置，其特征为，第三种颜色的光为红光。

29.如权利要求1和24中任何一条所述的投影装置，其特征为，第四种颜色的光为蓝绿色光，和第五种颜色的光为黄光。

30.如权利要求1、4、8、11和25中任何一条所述的投影装置，其特征为，第一个偏振分量为S偏振分量，而第二个偏振分量为P偏振分量。

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