專(zhuān)利名稱(chēng)：投影裝置及投影型圖象顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影裝置，具體地涉及投影型圖象顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，投影裝置已經(jīng)得到廣泛的發(fā)展，所述的投影裝置包括偏振轉(zhuǎn)換裝置；分光光學(xué)系統(tǒng)；光程反射裝置；圖象顯示單元；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。所述偏振轉(zhuǎn)換裝置提供對(duì)來(lái)自白光源的光的均勻偏振。所述白光源可以是一個(gè)短弧金屬鹵化物燈，其中金屬鹵化物被密封在一個(gè)發(fā)光管中，保持短的電極之間的距離，并且金屬的光發(fā)射性質(zhì)被用來(lái)產(chǎn)生光；一個(gè)超高壓汞燈，其可以容易地提供高的亮度；可以提供優(yōu)良顏色重現(xiàn)的氙氣燈等。分光光學(xué)系統(tǒng)將光分離成紅(R)、綠(G)及藍(lán)(B)成分。所述紅、綠和藍(lán)光每個(gè)均與光程反射裝置及圖象顯示單元相關(guān)。來(lái)自這些圖象顯示單元的光采用視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制，并且所得的光被導(dǎo)引到由組合棱鏡構(gòu)成的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)。這個(gè)顏色組合光學(xué)系統(tǒng)完成重迭，并且所得的彩色圖象被放大且通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)被投影到屏幕上。
這些設(shè)備要求對(duì)光偏振性能的精確控制。充當(dāng)偏振器和光檢測(cè)器的偏振束分束器確定偏振性能，并且因此極大地影響所投影圖象的圖象質(zhì)量。為此，近年來(lái)在改善偏振束分束器性能方面已經(jīng)做了大量的研究。
作為一個(gè)實(shí)例，一個(gè)偏振束分束器包括多層介電薄膜；以及由半透明材料構(gòu)成的部件。所述半透明部件光彈性常數(shù)的絕對(duì)值被加以選擇，以便于它不大于與投影進(jìn)入半透明部件的入射光波長(zhǎng)相關(guān)的預(yù)先設(shè)定值。同樣，與紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光束相關(guān)的偏振光分離模塊將來(lái)自白光源的光分離成其相關(guān)的顏色。通過(guò)提供在不同波長(zhǎng)處光彈性常數(shù)的最低絕對(duì)值，用于這些偏振光分離模塊的光學(xué)部件的基礎(chǔ)材料被設(shè)計(jì)成提供最佳的特性。
這些偏振束分束器被用作偏振器或光檢測(cè)器。為了提供對(duì)來(lái)自白光源光束的高效且均勻的分配，已經(jīng)對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了各種改進(jìn)。在一個(gè)實(shí)施中，電視圖象或來(lái)自計(jì)算機(jī)的圖象輸出被顯示在圖象顯示單元上，所述圖象顯示單元被布置在按照預(yù)定設(shè)定的垂直/水平長(zhǎng)寬比的矩陣上，例如一個(gè)液晶板上，用作調(diào)制上述照明光束強(qiáng)度的裝置。由圖象顯示單元所顯示的圖象被顯示在一個(gè)采用投影透鏡來(lái)放大圖象的投影型圖象投影器裝置上，或顯示在裝備有屏幕的“背”型投影圖象顯示裝置上，在所述屏幕顯示經(jīng)放大的且被投影的圖象。
4∶3的屏幕長(zhǎng)寬比(水平∶垂直)對(duì)被用來(lái)顯示計(jì)算機(jī)屏幕的圖象顯示單元是很普通的。為了顯示電視機(jī)圖象，在北美市場(chǎng)數(shù)字有線(xiàn)廣播和在日本BS數(shù)字廣播的增加已經(jīng)導(dǎo)致16∶9的屏幕長(zhǎng)寬比(水平∶垂直)比4∶3的屏幕長(zhǎng)寬比(水平∶垂直)具有增長(zhǎng)性的普及。
發(fā)明概述如上所述，半透明部件電彈性常數(shù)的絕對(duì)值被這樣加以選擇，以便于它不大于與投影進(jìn)入半透明部件的入射光波長(zhǎng)相關(guān)的預(yù)先設(shè)定值。同樣，與紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光束相關(guān)的偏振光分離模塊將來(lái)自白光源的光分離成其相關(guān)的顏色。通過(guò)提供在不同波長(zhǎng)處光彈性常數(shù)的最低絕對(duì)值，用于這些偏振光分離模塊的光學(xué)部件的基礎(chǔ)材料被設(shè)計(jì)成提供最佳的特性。然而，這些方法并不合適。由于光線(xiàn)穿過(guò)偏振束分束器偏振光中的非均勻性，所以S偏振光和P偏振光的猝滅率得以減小，導(dǎo)致屏幕上放大的投影圖象的顏色和亮度的不均勻性。
雖然已經(jīng)采用了各種方法來(lái)提供上述照明光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合系統(tǒng)的最佳特性，但是所述技術(shù)的效率實(shí)際上仍然不夠。
此外，一直沒(méi)有建立實(shí)施用于控制來(lái)自紅、綠、藍(lán)圖象顯示單元的圖象光的屏幕顯示位置的有效方法，其中上述的投影裝置被安裝在一個(gè)“背”圖象顯示裝置中，以便于放大的投影圖象由一個(gè)反射鏡被投影到放置在預(yù)先設(shè)定柜的位置處的透射屏幕上。
上述的本發(fā)明的第一目的是提供一種投影裝置，其在投影到屏幕上的放大圖象中具有最小的顏色及亮度不均勻性。第二個(gè)目的是提供一種照明光學(xué)系統(tǒng)及顏色組合光學(xué)系統(tǒng)，其可以高效地利用由光源產(chǎn)生的光束。第三個(gè)目的是當(dāng)本發(fā)明的投影裝置被安裝在背-投影圖象顯示裝置中時(shí)，其提供對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)圖象的圖象顯示單元的最佳顯示位置。
為了克服上述困難，本發(fā)明提供一種投影裝置，其包括偏振光轉(zhuǎn)換裝置，其把來(lái)自光源的光束轉(zhuǎn)換成均勻偏振波；顏色分離裝置，其基于波長(zhǎng)范圍將被轉(zhuǎn)換束分離成第一、第二和第三顏色束；第一、第二和第三光程修改裝置，其修改與所分離顏色束相關(guān)的光程；第一、第二和第三偏振光分離裝置，其接收光程已經(jīng)由光程修改裝置修改的顏色束；第一、第二及第三反射圖象顯示單元，其接收來(lái)自偏振光分離裝置的第一、第二及第三顏色束并輸出來(lái)自偏振光分離裝置的反射束；顏色組合裝置，其將來(lái)自反射圖象顯示單元且由偏振光分離裝置接收的反射束進(jìn)行組合；投影裝置，其放大且投影由顏色組合裝置所組合的彩色圖象。第一或第二或第三光程修改裝置是一個(gè)反射鏡，所述反射鏡具有傳輸具有至少560nm波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)光束的特性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，顏色組合裝置將來(lái)自反射圖象顯示單元且由偏振光分離裝置所接收的反射束進(jìn)行組合。通過(guò)接合棱鏡，便構(gòu)成了顏色組合裝置，其中所述的棱鏡上放置選擇性地傳輸或反射具有預(yù)先設(shè)定波長(zhǎng)的光的濾光器。所述棱鏡由至少兩種具有不同波長(zhǎng)的基礎(chǔ)材料所構(gòu)成，其中在所述波長(zhǎng)處光彈性常數(shù)的絕對(duì)值為最小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種防反射涂層被布置在偏振光轉(zhuǎn)換裝置和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)之間的空氣邊界表面上。所述反射保護(hù)膜被構(gòu)成為具有最小反射率Rg和Rr，Rg和Rr，滿(mǎn)足關(guān)系6＞Rr/Rg，10＞Rb/Rg，其中Rg是具有約為550nm波長(zhǎng)的光的反射率，Rr是具有約為630nm波長(zhǎng)的光的反射率，且Rb是具有約為430nm波長(zhǎng)的光的反射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明包括顏色分離裝置，其基于波長(zhǎng)范圍將來(lái)自光源的光束分離成第一、第二及第三顏色束；圖象顯示單元，其接收來(lái)自顏色分離裝置及剩余圖象單元的第一、第二和第三顏色束，可被激活的所述剩余圖象單元被布置在有效顯示區(qū)域的外部；顏色組合裝置，其將來(lái)自圖象顯示單元的顏色束進(jìn)行組合；投影裝置，其將由顏色組合裝置的彩色圖象放大并投影；屏幕，其被安裝在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的位置且在其上投影來(lái)自投影裝置的投影圖象光；以及至少兩個(gè)檢測(cè)屏幕外部光強(qiáng)度的光接收單元。來(lái)自與第一、第二及第三投影圖象光有關(guān)的光接收單元的檢測(cè)結(jié)果被用來(lái)控制圖象顯示單元的作用區(qū)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)、顏色組合光學(xué)系統(tǒng)、圖象顯示單元及投影透鏡的斷面布置圖。
圖2是顯示如圖1所示根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)、偏振光分離設(shè)備及投影透鏡的布置圖。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖4是顯示如圖1所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖6是顯示如圖3所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖8是顯示如圖5所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖10是顯示如圖7所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖12是顯示如圖9所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖14是顯示如圖11所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖16是顯示如圖3所示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色組合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖22顯示在顏色組合/分離光學(xué)系統(tǒng)中的防反射涂層的特性。
圖23顯示在顏色組合/分離光學(xué)系統(tǒng)中的防反射涂層的特性。
圖24是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖26顯示在顏色組合/分離光學(xué)系統(tǒng)中的防反射涂層的特性。
圖27顯示在顏色組合/分離光學(xué)系統(tǒng)中的防反射涂層的特性。
圖28顯示在顏色組合/分離光學(xué)系統(tǒng)中的防反射涂層的特性。
圖29顯示根據(jù)傳統(tǒng)工藝的多層反射保護(hù)膜的特性。
圖30顯示根據(jù)傳統(tǒng)工藝的多層反射保護(hù)膜的特性。
圖31是圖象顯示單元和偏振光分離設(shè)備如何被接合的顯示圖。
圖32是圖象顯示單元和偏振光分離設(shè)備如何被接合的顯示圖。
圖33是用于說(shuō)明來(lái)自投影透鏡的放大圖象在屏幕上的位置圖。
圖34是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的投影型圖象顯示裝置的前視圖。
圖35是顯示裝備有根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的背投影型圖象顯示裝置的主要單元的垂直橫斷面圖。
圖36是顯示裝備有根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的背投影型圖象顯示裝置的主要單元的垂直橫斷面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的照明系統(tǒng)、顏色組合光學(xué)系統(tǒng)、圖象顯示單元及投影透鏡的布置。在此圖中，光源燈36是一個(gè)白光源。由光源燈36所產(chǎn)生的所述白光源被聚焦(在此實(shí)施例中，光源燈的反射器為橢圓型)且被投影到束轉(zhuǎn)換透鏡35。由束轉(zhuǎn)換透鏡35所完成的色散將白光束轉(zhuǎn)換成被投影到多透鏡陣列34的粗略地平行的光線(xiàn)。所述多透鏡陣列34將白光束分裂成對(duì)應(yīng)于陣列中透鏡數(shù)量的多個(gè)束。來(lái)自多透鏡陣列34的這些分裂束穿過(guò)一個(gè)相關(guān)的多透鏡陣列33、被PBS(偏振光轉(zhuǎn)換單元)32轉(zhuǎn)換成S偏振光、被光程反射鏡31反射并且被投影到場(chǎng)透鏡30，其中焦點(diǎn)的放大及位置被這樣調(diào)整，以便于在偏振光分離設(shè)備1R、1G和1B中，圖象以粗略與圖象顯示單元2的有效屏幕面積相同的尺寸被反射放大且重疊在圖象顯示單元上。這構(gòu)成了一個(gè)“遠(yuǎn)焦的，”的照明系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，光線(xiàn)將被PBS轉(zhuǎn)換成S偏振光。
因此，在圖象顯示單元上的光可以具有均勻的光通量分配。被圖2所示的分光光學(xué)系統(tǒng)分裂成紅、藍(lán)和綠束的S偏振束分別被偏振分光裝置1R、1G、1B反射。這些束被投影到圖象顯示單元2。經(jīng)柔性端子3傳送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)一個(gè)視頻信號(hào)調(diào)制強(qiáng)度，并且所得的束被轉(zhuǎn)換成P偏振光且被投影。其中，紅視頻束和藍(lán)視頻束穿過(guò)半波片4、6，以便于它們被轉(zhuǎn)換成S偏振光。然后，構(gòu)成組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10R、10B、10G、10W產(chǎn)生一個(gè)彩色圖象。如圖25所示的簡(jiǎn)單化方式，一個(gè)紅色反射濾光器被放置在由棱鏡10R和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上，并且紅色濾光器的特性引起紅圖象束被反射朝向投影透鏡20。類(lèi)似地，藍(lán)色反射濾光器被放置在由棱鏡10W和棱鏡10R之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上，并且藍(lán)色濾光器的特性引起藍(lán)圖象束被反射朝向投影透鏡20。此外，綠圖象束穿過(guò)對(duì)應(yīng)的反射表面且與兩個(gè)其它顏色相組合，導(dǎo)致一個(gè)彩色圖象。所組合的彩色圖象經(jīng)光檢測(cè)器12被送到投影透鏡20，并且被放大且投影到屏幕上。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)、顏色分離光學(xué)系統(tǒng)、偏振光分離設(shè)備及投影透鏡的布置。共享的單元被賦予相同的數(shù)字且對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。穿過(guò)場(chǎng)透鏡3的白光的偏振已經(jīng)通過(guò)偏振器11變得均勻，由此改善了對(duì)比度。這個(gè)實(shí)施例采用偏振器11，但是可以省去這個(gè)單元以降低成本。
來(lái)自偏振器11具有均勻偏振的白光被棱鏡9W、9R、9B、9G分離成紅、藍(lán)和綠束。如圖24的簡(jiǎn)單化方式所示，放置在棱鏡9W和棱鏡9B和棱鏡9R和棱鏡9G之間接觸表面所構(gòu)成的反射表面上的紅色反射濾光器提供對(duì)白光中紅色成分的選擇性反射。然后，紅光的光程垂直于圖的平面被全反射鏡7反射。類(lèi)似地，藍(lán)色成分被棱鏡9W和棱鏡9R之間的接觸表面及棱鏡9B和棱鏡9G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上的藍(lán)色反射濾光器選擇性地反射。然后這個(gè)藍(lán)色成分垂直于圖的平面被全反射鏡7反射。分離出紅色成分和藍(lán)色成分的所述光穿過(guò)上述顏色分離光學(xué)系統(tǒng)，并且綠色成分被選擇性地由分色鏡8反射，并且垂直于圖的平面被反射。
圖1所示的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)沿著垂直軸與圖2中的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)相重疊放置。為了防止光的垂直泄露，理想地是具有兩個(gè)被盒壁(case wall)(底表面)等完全分離的系統(tǒng)。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖4是圖3的側(cè)視圖，其顯示顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。與圖1和圖2中共有的那些單元被賦予相同的數(shù)字且將略去對(duì)應(yīng)的說(shuō)明。
例如，由圖4中的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)所分離的藍(lán)色束被全反射鏡7朝向偏振光分離設(shè)備1B而反射。光在1Bd和1Bc之間邊界表面處被反射且被送到圖象顯示單元2，在此它被藍(lán)視頻信號(hào)所調(diào)制并被轉(zhuǎn)換成P偏振。然后光返回到偏振光分離設(shè)備1B且穿過(guò)1Bd和1Bc之間的邊界表面，在此它穿過(guò)半波片4并被轉(zhuǎn)換成S偏振光。然后所述光被送到如圖3所示的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)，并且被放置在由棱鏡10W和棱鏡10R之間的接觸表面與棱鏡10B和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上的藍(lán)色反射濾光器所反射。所得的光被投影朝向投影透鏡20。類(lèi)似地，紅色束被全反射鏡7反射朝向偏振光分離設(shè)備1R。所述光在1Rd和1Rc之間的邊界表面上被反射并被送到圖象顯示單元2上，在此它被紅色視頻信號(hào)所調(diào)制并且被轉(zhuǎn)換成P偏振。然后所述光返回到偏振光分離設(shè)備1R并穿過(guò)1Rd和1Rc的邊界表面，在此它穿過(guò)半波片6且被轉(zhuǎn)換成S偏振光。然后這個(gè)光被送到如圖3所示的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)并且被放置在由棱鏡10W和棱鏡10B之間的接觸表面與棱鏡10R和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上的紅色反射濾光器所反射。所得的光以均勻的方式被光檢測(cè)器12偏振并且被投影向投影透鏡20。其次，綠光束通過(guò)分色鏡8穿過(guò)偏振光分離設(shè)備1G，所述設(shè)備傳輸具有至少565nm波長(zhǎng)的長(zhǎng)波光。這個(gè)光被1Gd和1Gc之間的邊界表面(在圖中未顯示出)所反射，并被投影到圖象顯示單元2，所述圖象顯示單元2利用綠視頻信號(hào)來(lái)調(diào)制光并將結(jié)果轉(zhuǎn)換成P偏振光。通過(guò)借助分色鏡8將具有中心波長(zhǎng)約為580nm黃色成分消除，色純度得到改善。為了改善綠光的色純度，兩向色鏡8的傳輸波長(zhǎng)可以被設(shè)置到560nm或更高。
被送回到偏振光分離設(shè)備1G的綠色視頻束穿過(guò)1Gd和1Gc之間的邊界表面，并且作為P偏振光被送到如圖3所示的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)，在此它穿過(guò)放置在由棱鏡10W和棱鏡10B之間及棱鏡10R和棱鏡10的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上的反射濾光器。所得的光被投影向投影透鏡20。這個(gè)顏色組合裝置提供一個(gè)彩色圖象，所述彩色圖象最終穿過(guò)光檢測(cè)器10以改善偏振，并且被放大且由投影透鏡20投影到屏幕上。
為了提供更高對(duì)比度的特性，兩個(gè)偏振光分離設(shè)備可以被放置在對(duì)應(yīng)于具有相對(duì)高可見(jiàn)度的綠色束光程上。更具體地，代替在本發(fā)明第一實(shí)施例中的分色鏡8，S偏振光被送到第一偏振光分離設(shè)備(在圖中示顯示出)。光被反射以彎轉(zhuǎn)光程，并且隨后被送到第二偏振光分離設(shè)備1G。隨后的操作與第一實(shí)施例的操作相類(lèi)似，并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。為了提供更高的對(duì)比度，除了綠光束以外，兩級(jí)偏振光分離可以針對(duì)具有其次高可見(jiàn)度的紅光束及具有最低可見(jiàn)度的藍(lán)光束執(zhí)行。
如圖3所示，圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R被直接接合。這導(dǎo)致較小的空氣邊界，減少了反射損失且提供了圖象顯示單元改善的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)直接接合作為物體平面的圖象顯示單元及由厚半透明介質(zhì)構(gòu)成的偏振光分離裝置，可以防止碎片附著到圖象顯示單元。這提供了防止在投影圖象中的圖象質(zhì)量損失這又一優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)提供Sc＜Si這一關(guān)系，可能防止具有低級(jí)平行性的光進(jìn)入顏色組合光學(xué)系統(tǒng)，其中Si是在偏振光轉(zhuǎn)換設(shè)備的的圖象顯示裝置側(cè)上的孔徑面積，Sc是在顏色組合光學(xué)系統(tǒng)側(cè)上的孔徑面積。結(jié)果是，在最終彩色圖象中顏色和照明的不均勻性得到減少。
用于圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G的具體接合方法將利用圖31和圖32加以說(shuō)明。圖31是顯示圖象顯示單元其外部形狀的外部視圖。一種熱導(dǎo)電粘合劑被用來(lái)將金屬基片2a緊固到一個(gè)包括硅芯片的外罩2b上。具有厚度約為2mm的保護(hù)玻璃被粘附到外罩2b的另一側(cè)。在第一種接合方法中，粘附到保護(hù)玻璃2d的表面。在第二種接合方法中，直接粘附到包括硅芯片的外罩上而不是利用保護(hù)玻璃2d。這免去了保護(hù)玻璃2d并且提供了降低的成本。
一種偏振束分離器被用于偏振光分離設(shè)備。這個(gè)偏振束分束器包括因?yàn)橛苫A(chǔ)材料所產(chǎn)生的光學(xué)各向異性所導(dǎo)致的雙折射，從而干擾了光的偏振。因此，偏振光分離設(shè)備降低了分離S偏振光和P偏振光的猝滅率(對(duì)比度率)，例如當(dāng)三個(gè)顏色已經(jīng)被組合后由于非均衡的亮度和非均衡的顏色，顯著降低了圖象質(zhì)量。在本發(fā)明中，通過(guò)采用將不同波長(zhǎng)光彈性常數(shù)的絕對(duì)值最小化的基礎(chǔ)材料，當(dāng)三個(gè)顏色已經(jīng)被組合后非均衡的亮度和非均衡的顏色等問(wèn)題已經(jīng)得到減少。同樣，如果降低成本需優(yōu)先考慮，則用于與藍(lán)色束相關(guān)的偏振光分離設(shè)備的基礎(chǔ)材料可以是與用在與綠色束相關(guān)的偏振光分離設(shè)備的基礎(chǔ)材料相同的材料，所述這種基礎(chǔ)材料具有相對(duì)低的可見(jiàn)度。在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有低光彈性常數(shù)的基礎(chǔ)材料的實(shí)例包括來(lái)自Schott Corp.(Schott公司)的SF1、SF2T SF47及來(lái)自O(shè)hara Corp.Ltd.(Ohara有限公司)的PBH55。試驗(yàn)實(shí)例已經(jīng)確認(rèn)了所述效果。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，光檢測(cè)器12被直接放置在投影透鏡20的前面，以提供對(duì)亮度和顏色的適當(dāng)降低。通過(guò)在顏色組合光學(xué)系統(tǒng)中構(gòu)成棱鏡可以提供改善的特性，所述顏色組合光學(xué)系統(tǒng)具有與上述偏振光分離設(shè)備同樣低雙折射的基礎(chǔ)材料。在圖3所示的光學(xué)組合棱鏡中，可以采用具有在綠波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的最低光彈性常數(shù)的基礎(chǔ)材料構(gòu)成棱鏡10G、10W，其中所述綠波長(zhǎng)范圍具有最高的可見(jiàn)度。這提供優(yōu)良的特性。同樣，通過(guò)利用在紅波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有最低光彈性常數(shù)的基礎(chǔ)材料構(gòu)成棱鏡10R，可以提供出另外的改進(jìn)。通過(guò)采用在綠波長(zhǎng)范圍和紅波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有低光彈性常數(shù)的基礎(chǔ)材料構(gòu)成棱鏡10W可以提供進(jìn)一步的改進(jìn)。
圖5顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖6是圖5的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)設(shè)備和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)位置。那些與圖3及圖4中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
與第一實(shí)施例的主要不同在于偏振光分離設(shè)備1B、1R到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10B、10R的粘附，其中間插入了半波片4、6。然而，與綠光束相關(guān)的偏振光分離設(shè)備1G被直接粘附到顏色組合棱鏡10G上。通過(guò)在圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R之間放置四分之一波片70并且將偏振光軸與最佳點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，則可以提供良好的特性。其它操作與圖3和圖4所示實(shí)施例的那些操作相類(lèi)似，并且其中的說(shuō)明將被略去。
圖7是顯示本發(fā)明第三實(shí)施例中的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖8是圖7的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。那些與圖3及圖4中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
與第一實(shí)施例的主要不同在于偏振光分離設(shè)備1B、1R到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10B、10R的粘附，其中間插入了半波片。然而，與綠光束相關(guān)的偏振光分離設(shè)備1G被直接粘附到顏色組合棱鏡10G上。在圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R之間放置四分之一波片70。在粘附前將偏振光軸與最佳點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。同樣也將可能把光檢測(cè)器12粘附到顏色組合棱鏡10W上。結(jié)果是，可以減小不必要的空氣邊界表面，由此減小了圖象質(zhì)量降低因數(shù)。其它操作與圖3和圖4所示實(shí)施例的那些操作相類(lèi)似，并且其中的說(shuō)明將被略去。
圖9是顯示本發(fā)明第四實(shí)施例中的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖10是圖9的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。那些與圖3及圖4中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
在圖10中，由顏色分離光學(xué)系統(tǒng)所分離的藍(lán)色束被全反射鏡7所反射，并且穿過(guò)將被轉(zhuǎn)換成P偏振光的半波片4。然后這一光進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1B并穿過(guò)1Bd和1Bc之間的邊界表面。然后這一光進(jìn)入圖象顯示單元2，在此它由藍(lán)視頻信號(hào)所調(diào)制并被轉(zhuǎn)換成S偏振光。然后所述藍(lán)視頻束再次進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1B且被1Bd和1Bc之間的邊界表面所反射。隨后所述束被一個(gè)藍(lán)色反射濾光器所反射，所述濾光器被放置在由棱鏡10W和棱鏡10R之間的接觸表面及棱鏡10B和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上。然后所述光被投影到投影透鏡20上。類(lèi)似地，紅色束被全反射鏡7所反射并且穿過(guò)將被轉(zhuǎn)換成P偏振光的半波片6。然后這一光進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1B并穿過(guò)1Rd和1Rc之間的邊界表面。然后這一光進(jìn)入圖象顯示單元2，在此它由紅視頻信號(hào)所調(diào)制并被轉(zhuǎn)換成S偏振光。然后所述藍(lán)[？紅？]視頻束再次進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1R且被1Rd和1Rc之間的邊界表面所反射。隨后所述束被一個(gè)紅色反射濾光器所反射，所述濾光器被放置在由棱鏡10W和棱鏡10B之間的接觸表面及棱鏡10R和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上。然后所述光被投影到投影透鏡20上。接下來(lái)，綠色束將穿過(guò)半波片(在圖中未顯示出)，所述半波片經(jīng)由傳輸具有至少為565nm長(zhǎng)波光的兩向色鏡7完成P偏振的轉(zhuǎn)換。這一光進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1G并穿過(guò)1Gd和1Gc之間的邊界表面(在圖中未顯示出)，并且進(jìn)入圖象顯示單元2。所述光由綠視頻信號(hào)所調(diào)制并被轉(zhuǎn)換成S偏振。然后所述束再次進(jìn)入偏振光分離設(shè)備1G且被1Gd和1Gc之間的邊界表面所反射。該束然后作為S-偏振進(jìn)入如圖9所示的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)。隨后所述束穿過(guò)一個(gè)反射濾光器，所述濾光器被放置在由棱鏡10W、棱鏡10B、棱鏡10R和棱鏡10G之間的接觸表面所構(gòu)成的反射表面上，并且被投影到投影透鏡20上。上述的顏色組合裝置提供一個(gè)彩色圖象并且允許所述的三個(gè)顏色顯示單元2被放置在同一平面上。當(dāng)用風(fēng)扇等提供冷卻時(shí)，這簡(jiǎn)化了空氣流的設(shè)計(jì)。
同樣，如圖10所示，圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G和1R被直接接合。這導(dǎo)致較小的空氣邊界表面，從而降低了反射損失并且為圖象顯示單元提供改善的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)直接接合充當(dāng)物體平面的圖象顯示單元及由厚半透明介質(zhì)所構(gòu)成的偏振光分離設(shè)備，可以防止將碎片粘附到所述圖象顯示單元上。這提供了防止所投影圖象的圖象質(zhì)量損失的又一優(yōu)點(diǎn)。
圖11是顯示本發(fā)明第五實(shí)施例中的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖12是圖11的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。那些與圖3及圖4中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
與第四實(shí)施例的主要不同在于偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10B、10R、10G的粘附。圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R也被粘附。其它操作與圖9和圖10所示實(shí)施例的那些操作相類(lèi)似，并且其中的說(shuō)明將被略去。
圖13是顯示本發(fā)明第六實(shí)施例中的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖14是圖13的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。那些與圖9及圖10中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
與第四實(shí)施例的主要不同在于偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10R、10B、10G的粘附，其中間插入了半波片。圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R之間放置四分之一波片70，使偏振光軸與最佳點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。同樣半波片4、6(用于綠色束的半波片在圖中未顯示出)被粘附到偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G。
圖15是顯示本發(fā)明第七實(shí)施例中的投影透鏡和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖16是圖15的側(cè)視圖，其顯示出顏色分離光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)位置。那些與圖9及圖10中所示實(shí)施例中相同的單元被賦予相同的數(shù)字并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
與第四實(shí)施例的主要不同在于偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10R、10B、10G的粘附。圖象顯示單元2和偏振光分離設(shè)備1B、1G、1R之間放置四分之一波片70，使偏振光軸與最佳點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。然后這三個(gè)單元被粘附。結(jié)果是，具有較小的不必要空氣邊界表面，由此減小了圖象質(zhì)量降低因數(shù)。
同樣半波片4、6(用于綠色束的半波片在圖中未顯示出)被粘附到偏振光分離設(shè)備1B、1R、1G。其它操作與圖9及圖10中所示第四實(shí)施例中的操作相類(lèi)似，并且其對(duì)應(yīng)的說(shuō)明將被略去。
圖17、圖18、圖19、圖20和圖21顯示根據(jù)本發(fā)明的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例。操作的詳細(xì)說(shuō)明已經(jīng)在上述內(nèi)容中加以介紹，因此在此將省略。
圖17、圖18和圖19在存在或不存在偏振器11及是否偏振器被粘附到顏色分離棱鏡11上有所差異。在圖19所示的實(shí)施例中，與圖18所示實(shí)施例相比兩個(gè)空氣邊界表面的減小提供了改善的光學(xué)特性。圖20和圖21顯示顏色分離光學(xué)系統(tǒng)的其它實(shí)施例，其中通過(guò)采用交叉二向色反射鏡9取代顏色分離棱鏡9W、9R；9G、9B可以降低成本。
圖22和圖23顯示通過(guò)采用多層金屬膜而獲得的標(biāo)準(zhǔn)反射濾光器的特性。圖22顯示當(dāng)藍(lán)光被傳輸并且綠和紅光被反射時(shí)濾光器的特性。圖23顯示當(dāng)紅光被傳輸且藍(lán)和綠光被反射時(shí)濾光器的特性。所述圖舉例說(shuō)明甚至當(dāng)采用相同的多層金屬膜時(shí)所述特性如何根據(jù)偏振類(lèi)型可以顯著變化。因此，如果具有不均勻偏振軸的光束穿過(guò)顏色分離/組合光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，在所放大的圖象中將出現(xiàn)顏色和亮度的不均勻。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，用于分離白光的顏色分離光學(xué)系統(tǒng)接收S偏振光。圖26顯示放置在顏色分離光學(xué)系統(tǒng)棱鏡表面上反射膜的特性。利用這些特性，在紅波長(zhǎng)范圍(600nm及更高)的反射特性顯示突然的增加，其提供了良好的響應(yīng)。在藍(lán)波長(zhǎng)范圍(490nm及更低)的反射特性也顯示突然的增加，但是在紅波長(zhǎng)區(qū)域的傳輸中紋波成分的產(chǎn)生導(dǎo)致在反射膜中需要更多數(shù)量的膜層。
本發(fā)明的圖象顯示單元利用視頻信號(hào)調(diào)制光，并且將所接收束的偏振旋轉(zhuǎn)180度(從S偏振光到P偏振光)。如果顏色組合光學(xué)系統(tǒng)直接將綠波長(zhǎng)范圍(在約510nm和575nm之間)的光轉(zhuǎn)換成P偏振光，則可以利用少數(shù)量的膜層提供如圖27所示的反應(yīng)特性。紅色和藍(lán)色束在進(jìn)入光學(xué)組合系統(tǒng)之前，穿過(guò)將被轉(zhuǎn)換成S偏振光的半波片。這導(dǎo)致如圖28所示的良好特性。
傳統(tǒng)上，放置在組合棱鏡10W上的反射保護(hù)膜、光檢測(cè)器12和投影透鏡20被這樣設(shè)計(jì)，以便于在寬范圍內(nèi)反射率得以降低。結(jié)果是，與紅波長(zhǎng)范圍(600nm及更高)和藍(lán)波長(zhǎng)范圍(490nm和更低)相比較，最可見(jiàn)范圍的綠波長(zhǎng)范圍(約從510nm和575nm)具有較高的反射率。相反，如圖30所示，在本發(fā)明中的反射膜被這樣設(shè)計(jì)，以便于最可見(jiàn)的綠波長(zhǎng)范圍(約從510nm和575nm)的反射率最低，且紅波長(zhǎng)范圍(600nm及更高)的反射率保持低值。這提供了改善的特性。例如，將可視性加以考慮，通過(guò)將630nm光的反射率Rr保持在550nm光的反射率的6倍，且430nm光的反射率保持在550nm光的反射率的10倍，總反射率可以被降低。
圖34顯示在裝備有根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的背投影圖象顯示裝置中主單元的前視圖。所述圖顯示出投影裝置45、柜46、屏幕框架47及屏幕的有效顯示范圍48。
在投影裝置45中的圖象顯示單元包括一個(gè)剩余圖象單元區(qū)域，該區(qū)域可以在有效顯示范圍外被驅(qū)動(dòng)。投影透鏡將圖象放大并將包括剩余圖象單元區(qū)域的圖象投影直至外部的屏幕區(qū)域41以達(dá)到尺寸大于透射屏幕的外部尺寸。光接收單元49a、49b、49c、49d、49e、49f被放置到透射屏幕附著位置，以把光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光接收單元49b、49e檢測(cè)出水平顯示定位，并且光接收單元49b、49f檢測(cè)垂直顯示定位。利用來(lái)自四個(gè)光接收單元的輸出信號(hào)變化，可以計(jì)算出框架的旋轉(zhuǎn)。利用光接收單元49a、49c，也可以通過(guò)簡(jiǎn)單地檢測(cè)框架位置檢測(cè)出框架的斜移。
將更詳細(xì)地說(shuō)明位置檢測(cè)方法。一個(gè)或更多的圖象單元被順序地顯示在與紅、綠和藍(lán)光束相關(guān)的圖象顯示單元的預(yù)先設(shè)定位置上。響應(yīng)于顯示圖象單元，基于來(lái)自光接收單元的輸出信號(hào)變化，與顏色束相關(guān)的圖象顯示單元的整個(gè)框架最佳顯示位置被確定，并且每個(gè)圖象顯示單元的活化區(qū)域受到控制。因移動(dòng)框架顯示位置而導(dǎo)致的光柵偏移和顏色偏移將被最小化。借助于這個(gè)布置，不需要調(diào)節(jié)光學(xué)單元的定位便可以提供對(duì)顏色和光柵偏移的校正。這允許電子地執(zhí)行高精確度校正。當(dāng)顯示裝置被發(fā)貨時(shí)，對(duì)上述圖象顯示單元有效范圍的調(diào)節(jié)總體上被執(zhí)行，但是對(duì)于觀眾而言可能購(gòu)買(mǎi)后執(zhí)行這些操作。為了提供這一能力，放置一個(gè)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)(在圖中未顯示出)，并且利用開(kāi)關(guān)啟動(dòng)所述調(diào)節(jié)操作。此外，也可能在預(yù)先設(shè)定的使用時(shí)間(觀看時(shí)間)間隔或每次當(dāng)電源被打開(kāi)時(shí)，完成這些調(diào)節(jié)。
圖35和圖36是顯示裝備有根據(jù)本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的背投影型圖象顯示裝置的主要單元的垂直橫斷面圖。在圖35中，從投影裝置50獲得的圖象被放大且經(jīng)由反射鏡52被投影透鏡20投影到屏幕55上。投影透鏡20的光軸被粗略地與屏幕55外徑的中心對(duì)準(zhǔn)，并且在框架邊緣因菲涅耳透鏡導(dǎo)致的反射損失對(duì)于四個(gè)角落是均勻的。如果投影裝置的顏色組合光學(xué)系統(tǒng)將被具有不同有效屏幕尺寸的圖象顯示單元所共享，則與具有不同有效屏幕尺寸的圖象顯示單元44相關(guān)的放大投影圖象41的框架中心與屏幕的外部尺寸中心對(duì)準(zhǔn)。具有較小有效框架尺寸(由圖中的對(duì)角線(xiàn)陰影部分表示)的圖象顯示單元43遠(yuǎn)離投影透鏡42的光軸被離心對(duì)準(zhǔn)。所得的放大投影圖象40具有偏移投影透鏡光軸中心的中心位置。結(jié)果是，設(shè)置可以被布置成具有更小的深度。在圖中，顯示出一個(gè)投影裝置56和一個(gè)投影透鏡20.與圖35中單元相同的單元被賦予相同的數(shù)字。在框架邊緣處的菲涅耳透鏡反射損失將在屏幕的較上端與較低端之間變化，但是如果投影透鏡的環(huán)境光率不高于15％，則針對(duì)約為1∶3的偏心率將不出現(xiàn)實(shí)際的問(wèn)題。
本發(fā)明的上述第一優(yōu)點(diǎn)是提供一種投影裝置的能力，這種投影裝置在投影到屏幕上的放大圖象上具有最小的顏色和亮度非均勻性。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供可能有效使用由光源產(chǎn)生光束的照明光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的能力。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)本發(fā)明的投影裝置被安裝在背投影圖象顯示裝置中時(shí)，提供對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)圖象的圖象顯示單元的最佳顯示位置。
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，其包括偏振轉(zhuǎn)換器，其把來(lái)自光源的光束轉(zhuǎn)換成均勻偏振波；顏色分離器，其基于波長(zhǎng)范圍將所述被轉(zhuǎn)換束分離成第一、第二和第三顏色束；第一、第二和第三光程修改器，其分別修改與所分離顏色束相關(guān)的光程；第一、第二和第三偏振光分離器，其分別接收由所述光程修改器修改的第一、第二和第三顏色束；第一、第二及第三反射圖象顯示單元，其接收來(lái)自所述偏振光分離器的第一、第二及第三顏色束并分別把反射束輸出到所述的偏振光分離器；顏色組合器，其將經(jīng)由所述偏振光分離器來(lái)自所述反射圖象顯示單元的反射束進(jìn)行組合；投影裝置，其放大且投影由顏色組合器所組合的彩色圖象。其中，所述第一或所述第二或所述第三光程修改器是一個(gè)反射鏡，所述反射鏡具有傳輸具有大于560nm波長(zhǎng)的特性。
2.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，由所述束分離器分離的所述顏色束為紅、綠及藍(lán)色束；以及用于綠色的所述光程修改器具有傳遞波長(zhǎng)大于560nm的光束的特性。
3.如權(quán)利要求1所述的投影裝置其中Sc和Si滿(mǎn)足關(guān)系Sc＜Si，其中Si是所述偏振轉(zhuǎn)換器的所述反射圖象顯示單元側(cè)的孔徑面積，Sc是所述顏色組合器側(cè)的孔徑面積。
4.如權(quán)利要求1所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述反射圖象顯示單元被接合。
5.如權(quán)利要求1所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述顏色組合器被接合。
6.如權(quán)利要求1所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器由偏振束分束器和偏振片構(gòu)成。
7.一種投影裝置，其包括偏振轉(zhuǎn)換器，其把來(lái)自光源的光束轉(zhuǎn)換成均勻偏振波；顏色分離器，其基于波長(zhǎng)范圍將所述被轉(zhuǎn)換束分離成第一、第二和第三顏色束；第一、第二和第三光程修改器，其分別修改與所分離顏色束相關(guān)的光程；第一、第二和第三偏振光分離器，其分別接收由所述光程修改器修改的第一、第二和第三顏色束；第一、第二及第三反射圖象顯示單元，其接收來(lái)自所述偏振光分離器的第一、第二及第三顏色束并分別把反射束輸出到所述的偏振光分離器；顏色組合器，其將經(jīng)由所述偏振光分離器來(lái)自所述反射圖象顯示單元的反射束進(jìn)行組合；所述顏色組合裝置通過(guò)接合棱鏡所構(gòu)成，在其上放置有選擇性地透過(guò)或反射具有預(yù)先設(shè)定波長(zhǎng)的光的濾光器。投影透鏡，其放大且投影由顏色組合器所組合的彩色圖象。其中，所述顏色組合器由棱鏡構(gòu)成，所述棱鏡由至少兩種具有不同波長(zhǎng)的基礎(chǔ)材料所構(gòu)成，其中在所述波長(zhǎng)處光彈性常數(shù)的絕對(duì)值為最小。
8.如權(quán)利要求7所述的投影裝置其中，由所述顏色分離器所分離的顏色束為紅、綠和藍(lán)束；以及至少所述顏色組合器中的所述棱鏡之一具有這樣的一個(gè)波長(zhǎng)，在此波長(zhǎng)下在綠波長(zhǎng)范圍內(nèi)光彈性常數(shù)的所述絕對(duì)值為最小。
9.如權(quán)利要求7所述的投影裝置其中Sc和Si滿(mǎn)足關(guān)系Sc＜Si，其中Si是所述偏振轉(zhuǎn)換器的所述反射圖象顯示單元側(cè)的孔徑面積，Sc是所述顏色組合器側(cè)的孔徑面積。
10.如權(quán)利要求7所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述反射圖象顯示單元被接合。
11.如權(quán)利要求7所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述顏色組合器被接合。
12.如權(quán)利要求7所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器由偏振束分束器和偏振片構(gòu)成。
13.一種投影裝置，其包括偏振轉(zhuǎn)換器，其把來(lái)自光源的光束轉(zhuǎn)換成均勻偏振波；顏色分離器，其基于波長(zhǎng)范圍將所述被轉(zhuǎn)換束分離成第一、第二和第三顏色束；第一、第二和第三光程修改器，其分別修改與所分離顏色束相關(guān)的光程；第一、第二和第三偏振光分離器，其分別接收由所述光程修改器修改的第一、第二和第三顏色束；第一、第二及第三反射圖象顯示單元，其接收來(lái)自所述偏振光分離器的第一、第二及第三顏色束并分別把反射束輸出到所述的偏振光分離器；顏色組合器，其將經(jīng)由所述偏振光分離器來(lái)自所述反射圖象顯示單元的反射束進(jìn)行組合；投影透鏡，其放大且投影由顏色組合器所組合的彩色圖象。其中，一種防反射涂層被布置在所述偏振光轉(zhuǎn)換裝置和所述顏色組合光學(xué)系統(tǒng)之間的空氣邊界表面上。所述反射保護(hù)膜被構(gòu)成為具有最小反射率Rg和Rr，Rg和Rr滿(mǎn)足關(guān)系6＞Rr/Rg，10＞Rb/Rg，其中Rg是具有約為550nm波長(zhǎng)的光的反射率，Rr是具有約為630nm波長(zhǎng)的光的反射率，且Rb是具有約為430nm波長(zhǎng)的光的反射率。
14.如權(quán)利要求13所述的投影裝置其中，Sc和Si滿(mǎn)足關(guān)系Sc＜Si，其中Si是所述偏振轉(zhuǎn)換器的所述反射圖象顯示單元側(cè)的孔徑面積，Sc是所述顏色組合器側(cè)的孔徑面積。
15.如權(quán)利要求13所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述反射圖象顯示單元被接合。
16.如權(quán)利要求13所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器和所述顏色組合器被接合。
17.如權(quán)利要求13所述的投影裝置其中，所述偏振光分離器由偏振束分束器和偏振片構(gòu)成。
18.一種投影型圖象顯示裝置，其包括顏色分離器，其基于波長(zhǎng)范圍將來(lái)自光源的光束分離成第一、第二和第三顏色束；圖象顯示單元，其接收來(lái)自所述顏色分離裝置及剩余圖象區(qū)域的第一、第二和第三顏色束，可被激勵(lì)的所述剩余圖象區(qū)域被布置在有效顯示區(qū)域的外部；顏色組合裝置，其將來(lái)自圖象顯示單元的顏色束進(jìn)行組合；投影透鏡，其將由顏色組合裝置組合的彩色圖象放大并投影；屏幕，其被安裝在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的位置且在其上投影來(lái)自投影裝置的投影圖象光；以及至少兩個(gè)檢測(cè)所述屏幕外部光強(qiáng)度的光接收單元。其中來(lái)自與所述第一、所述第二及所述第三投影圖象光有關(guān)的光接收單元的檢測(cè)結(jié)果被用來(lái)控制圖象顯示單元的作用區(qū)。
19.一種投影型圖象顯示裝置，其包括偏振轉(zhuǎn)換器，其把來(lái)自光源的光束轉(zhuǎn)換成均勻偏振波；顏色分離器，其基于波長(zhǎng)范圍將所述被轉(zhuǎn)換束分離成第一、第二和第三顏色束；第一、第二和第三光程修改器，其分別修改與所分離顏色束相關(guān)的光程；第一、第二和第三偏振光分離器，其分別接收由所述光程修改器修改的第一、第二和第三顏色束；第一、第二及第三反射圖象顯示單元，其接收來(lái)自所述偏振光分離器的第一、第二及第三顏色束并分別把反射束輸出到所述的偏振光分離器；顏色組合器，其將經(jīng)由所述偏振光分離器來(lái)自所述反射圖象顯示單元的反射束進(jìn)行組合；投影透鏡，其放大且投影由顏色組合器所組合的彩色圖象。其中，所述顏色組合器由棱鏡構(gòu)成，所述棱鏡由至少兩種具有不同波長(zhǎng)的基礎(chǔ)材料所構(gòu)成，在所述波長(zhǎng)處光彈性常數(shù)的絕對(duì)值為最小。
20.如權(quán)利要求19所述的投影裝置其中，由所述顏色分離器所分離的顏色束為紅、綠和藍(lán)束；以及至少所述顏色組合器中的所述棱鏡之一具有這樣的一個(gè)波長(zhǎng)，在此波長(zhǎng)下在綠波長(zhǎng)范圍內(nèi)光彈性常數(shù)的所述絕對(duì)值為最小。
全文摘要
在采用三個(gè)圖象顯示單元的投影裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)和顏色組合光學(xué)系統(tǒng)中，本發(fā)明的目的是減少亮度變化、減少顏色變化、提供高對(duì)比度、降低成本并且減少顯示在屏幕上的放大圖象的收斂失效。
文檔編號(hào)G03B33/12GK1439908SQ0214034
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者平田浩二, 谷津雅彥, 山崎太志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所