專利名稱：色彩管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種用于投影顯示的色彩管理系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于把輸入照明光分離入不同的色彩通道以方便空間信息的疊加和用于后來不同的色彩通道的重組以方便全色圖像的投影的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于投影顯示，最好能夠采用色彩管理系統(tǒng)，這種色彩管理系統(tǒng)最好能夠有助于產(chǎn)生高對比度圖像且容納較高水平的照明通量。遺憾的是，當(dāng)前現(xiàn)有的色彩管理系統(tǒng)只有通過采用高度特異型材料才能在合理的照明通量水平上獲得增強的對比度，造成了不合理的成本增加。
色彩管理系統(tǒng)首先把輸入光(例如白光)分離成覆蓋可見光譜的多個色彩通道(例如紅色、綠色和藍(lán)色)，然后使用不同的色彩通道來照明多個對應(yīng)的微顯示屏(例如LCoS微顯示屏)并重組色彩通道，以產(chǎn)生輸出光(例如白光)。在需要結(jié)合輸出光束來投影圖像的情況中，可以在重組之前由微顯示屏把空間信息疊加到每個色彩通道上。因而，可以利用輸出光束來投影全色圖像。在此所使用的術(shù)語“微顯示屏”、“面板”和“光閥”指用于接收初始光束、在光束中添加空間信息和發(fā)射包含初始光束和空間信息的經(jīng)更改的光束的機械裝置。例如日本JVC公司制造的型號DILA SX-070。
在沒有降低其保持合理數(shù)量的照明通量的能力的情況下，現(xiàn)有技術(shù)的色彩管理系統(tǒng)已被確證不能低成本地產(chǎn)生高對比度圖像。這部分是由于使用了用于色彩分離和重組的固體“立體式”偏振光束分束器。這些偏振光束分束器還被稱為MacNeille三棱鏡或立體偏振光束分束器?！傲Ⅲw式”偏振光束分束器肯定會受到通常在高通量水平時會上升的熱梯度的影響，這經(jīng)常致使出現(xiàn)應(yīng)力雙折射，應(yīng)力雙折射會導(dǎo)致光的去偏振和對比度的下降。因而，在需要高對比度圖像的情況中，必需使用昂貴的高折射率和低雙折射玻璃。雖然這種解決方案已確證能夠在低水平的通量上有效降低雙折射，但是它很昂貴且在高通量水平(例如大于大約500流明)上會使消除熱感應(yīng)雙折射的效用降低。
例如，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的色彩管理系統(tǒng)100，一般為ColorLink公司的ColorQuad TM，其中，使用四個立體偏振光束分束器和五個色彩選擇性延遲元件來提供色彩分離和重組。根據(jù)這種系統(tǒng)，輸入立體偏振光束分束器接收輸入光束120并把其分離為三種組分綠色組分121、藍(lán)色組分122和紅色組分123。紅色組分123接收來自紅色面板133的空間信息；藍(lán)色組分122接收來自藍(lán)色面板132的空間信息；以及綠色組分121接收來自綠色面板131的空間信息。最后，輸出立體偏振光束分束器把紅色組分123和藍(lán)色組分122與綠色組分121重新組合，以形成全色圖像140。應(yīng)當(dāng)注意，在高水平的光通量上，立體偏振光束分束器110被熱加載且必然會發(fā)生物理變形，這致使出現(xiàn)應(yīng)力雙折射，這會導(dǎo)致光的去偏振和對比度的下降。
在針對降低使用立體偏振光束分束器的負(fù)面作用的嘗試中，已有用平板偏振光束分束器代替色彩管理系統(tǒng)中的立體結(jié)構(gòu)的各種嘗試。但是，這些嘗試會引起與平板偏振光束分束器相關(guān)聯(lián)的其它光學(xué)像差，例如像散。
因此，能夠在高通量投影系統(tǒng)中使用且同時能夠在各種熱環(huán)境中發(fā)揮作用的擁有降低的雙折射敏感度和改善的耐久性的色彩管理系統(tǒng)將會很有優(yōu)勢。能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)而無需昂貴的高折射率和低雙折射玻璃或者對由平板結(jié)構(gòu)的偏振光束分束器所產(chǎn)生的光學(xué)像差沒有特殊敏感性的色彩管理系統(tǒng)將會更加有優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法和裝置能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的多個缺點。根據(jù)本發(fā)明的各個方面，經(jīng)改進(jìn)的方法和裝置提供用于投影顯示系統(tǒng)的色彩管理。本發(fā)明的有效色彩管理適合于在高通量投影系統(tǒng)中使用，具有改進(jìn)的對比度、雙折射敏感度和耐久性，同時大大降低了成本。此外，本發(fā)明提供了適合于在惡劣的熱環(huán)境中使用的色彩管理而無需昂貴的高折射率和低雙折射玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，色彩管理系統(tǒng)包括光分離器、補償三棱鏡組和用于形成合成光輸出的裝置。根據(jù)這個實施例，光分離器被安置來接收包含第一組分和第二組分的光輸入和被設(shè)置成用于把第一組分與第二組分分離并發(fā)射包含第一組分的第一光束和包含第二組分的第二光束。
補償三棱鏡組被安置來接收第一光束和被設(shè)置成用于透射將由第一微顯示屏接收的第一光束。在第一微顯示屏在第一光束上添加入空間信息之后，產(chǎn)生了經(jīng)更改的第一光束，補償三棱鏡組接收經(jīng)更改的第一光束并發(fā)射經(jīng)補償?shù)墓廨敵觥＿@個經(jīng)補償?shù)墓廨敵霭?jīng)更改的第一光束以及補償由光分離器和/或可能致使光學(xué)像差的任何其它光學(xué)元件所誘發(fā)的光學(xué)像差以及可以從補償中獲益的任何其它光學(xué)現(xiàn)象。最后，本發(fā)明的色彩管理系統(tǒng)包括用于從經(jīng)補償?shù)墓廨敵龊桶诙馐难a償光輸出中形成合成光輸出的裝置。
在示例性實施例中，光分離器包括慮光器，其被安置來接收廣譜光輸入和被設(shè)置成選擇性地旋轉(zhuǎn)(rotate)光的組分，以發(fā)射定向于兩個平面上的光。在這個實施例中，光分離器還包含偏振光束分束器，其被安置來接收雙定向光和把其分離成兩個光輸出。在一個實施例中，這些光輸出包括包含第一組分的第一光束和包含一個或多個其它組分的第二光束。
在另一示例性實施例中，色彩管理系統(tǒng)包括圖像吸收器(imageassimilator)，被安置來接收來自光分離器的第二光束和被設(shè)置成把其分離成均包含不同組分的兩個輸出光束。然后，圖像吸收器把每個輸出光束透射至對應(yīng)的微顯示屏和接收來自每個微顯示屏的經(jīng)更改的光束，經(jīng)更改的光束包括添加的空間信息。最后，圖像吸收器產(chǎn)生一個輸出，其包含來自微顯示屏的經(jīng)更改的輸出。
在此所使用的術(shù)語“組分”指透射光中的一部分。例如，在透射光包含可見光譜(例如藍(lán)、紅和綠)中的各個波長的光的情況中，在可見光譜中，透射光可以被分離成多個組分，每個組分對應(yīng)于一個波長范圍(即色帶)，每個波長接近一個色帶，例如藍(lán)色、紅色或綠色。作為進(jìn)一步的示例，透射光可以包含定向于一個或多個平面上的偏振光。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，圖像吸收器可以包含分色三棱鏡。另外，圖像吸收器可以包含偏振慮光器和偏振光束分束器。根據(jù)這個實施例，偏振慮光器產(chǎn)生包含具有不同定向的第二和第三組分的差分光(differentiated light)輸出。第二偏振光束分束器接收差分光輸出并把其分離成多個輸出，以透射至多個對應(yīng)的微顯示屏，其中，每個輸出均擁有不同的色彩組分。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，補償三棱鏡組可以包含一對由氣隙隔開的三棱鏡補償器，用于補償由偏振光束分束器所產(chǎn)生的一個或多個光學(xué)像差?？蛇x地，補償三棱鏡組也可以具有傾斜定向或可以結(jié)合傾斜式補償器平板。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，色彩管理系統(tǒng)也可以包括用于改善投影圖像中的對比度的慮光器(例如色彩選擇性延遲器組件)和分析器。色彩選擇性延遲器組件的功能是選擇性地旋轉(zhuǎn)合適的色帶，使得出射光被基本線性地偏振并且每個色帶的偏振軸都基本相同。慮光器和分析器可以被安置來接收來自圖像吸收器和補償三棱鏡組的光輸出?？蛇x地，根據(jù)色彩選擇性延遲器組件的特性，分析器可以從光輸出上除去預(yù)設(shè)波長或波段上的光。最后，色彩管理系統(tǒng)可以包括用于投影含有空間信息的輸出光束的投影透鏡，以投影圖像。
因此，三棱鏡補償器組的使用使得色彩管理系統(tǒng)能夠有效采用被設(shè)置成平板式而不是現(xiàn)有技術(shù)中的立體式的偏振光束分束器。此外，本發(fā)明可以同時采用偏振相關(guān)組件和分色組件，以把輸入光分離成多個色帶，由此，空間信息可以通過對應(yīng)的多個微顯示屏被添加到多個色帶上，經(jīng)更改的色帶被重組，以產(chǎn)生全色投影圖像。


結(jié)合下面的附圖，下面詳細(xì)的描述能夠使本發(fā)明的上述目標(biāo)和特性更加易于理解，附圖中相同的數(shù)字表示相同的組件。在附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的色彩管理系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的單面板色彩管理系統(tǒng)；圖3示出了根據(jù)示例性實施例的偏振光束分束器，其中，偏振光束分束器包含一對其有源表面基本互相遠(yuǎn)離相對的傾斜偏振光束分束器；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的雙面板色彩管理系統(tǒng)，其中，補償三棱鏡組傾斜且圖像吸收器是一個基本等路徑長度的三棱鏡；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的三面板色彩管理系統(tǒng)，其中，圖像吸收器是一個分色三棱鏡且輸出由輸出慮光器和分析器進(jìn)一步增強；圖6示出了結(jié)合多個場透鏡的三面板色彩管理系統(tǒng)，這些場透鏡被安置用于接收和會聚組分光束，以降低光束的直徑；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的三面板色彩管理系統(tǒng)，其中，光分離器可以是分色鏡或偏振光束分束器，并且第一光束在被偏振光束分束器反射之后由補償三棱鏡組接收，第二光束在被圖像吸收器接收之前沒有遭遇偏振光束分束器，并且圖像吸收器包含用于選擇性地旋轉(zhuǎn)組分的慮光器和偏振光束分束器；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的三面板色彩管理系統(tǒng)，其中，光分離器是分色鏡，并且延遲器平板被安置來接收和改善被藍(lán)色和紅色微顯示屏接收之前的光束；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的通過式(passthrough)三面板色彩管理系統(tǒng)，其中，光分離器包含多個分色鏡，并且，在通過兩個偏振光束分束器進(jìn)行重組之前，空間信息被紅色透射光閥、綠色透射光閥和藍(lán)色透射光閥添加入三個光束中的每一個?？梢詮母鞣N現(xiàn)有的不同尺寸和分辨率中選擇合適的透射光閥，以滿足特定應(yīng)用的需求，并且存在由索尼(Sony)和愛普生(Epson)公司制造的商業(yè)可用光閥。
具體實施例方式
在本文件中，可以根據(jù)各種功能組件和/或各種處理步驟對本發(fā)明進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解，這種功能組件可以由用于執(zhí)行指定功能的若干軟件、硬件、電氣、光學(xué)或結(jié)構(gòu)組件來實現(xiàn)。例如，本發(fā)明可以采用各種光學(xué)和/或數(shù)字電氣組件，它們的值可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成用于各種特定目的。此外，本發(fā)明可以實踐于任何光學(xué)應(yīng)用中。但是，為了示出簡單，在此將結(jié)合投影顯示屏對本發(fā)明的示例性實施例進(jìn)行描述。進(jìn)而，應(yīng)當(dāng)注意，在各種組件可以適當(dāng)?shù)伛詈匣蜻B接至示例性光學(xué)系統(tǒng)中的其它組件的情況中，這些連接或耦合能夠由組件之間的直接連接來實現(xiàn)，或者由通過位于它們之間的其它組件和器件的連接來實現(xiàn)。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的色彩管理系統(tǒng)存在光強有限、高成本、低圖像對比度、過度的雙折射敏感度和缺乏耐久性的缺點?，F(xiàn)有技術(shù)中對于克服這些缺點的嘗試導(dǎo)致了必須使用昂貴的高折射率和低雙折射玻璃。但是，盡管使用了這些昂貴的材料，熱感應(yīng)雙折射仍致使在光強水平高于大約500流明時存在問題。
根據(jù)本發(fā)明的各個方面，提供了經(jīng)改進(jìn)的色彩管理系統(tǒng)，其提供了適合于在惡劣的熱環(huán)境中使用的色彩管理而無需昂貴的高折射率和低雙折射玻璃。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，輸入照明光被分離成多個不同的色帶，然后，在由對應(yīng)的多個微顯示屏所進(jìn)行的空間信息的疊加和由補償三棱鏡組所提供的光學(xué)像差的補償之后，進(jìn)行重組，從而產(chǎn)生了全色圖像。因而，本發(fā)明的有效色彩管理適合于在高流明投影系統(tǒng)中使用，具有降低的成本、改進(jìn)的對比度、降低的雙折射敏感度和改進(jìn)的耐久性。此外，本發(fā)明提供了適合于在惡劣的熱環(huán)境中使用的色彩管理而無需昂貴的高折射率和低雙折射玻璃。
在一個實施例中，參考圖2，示例性色彩管理系統(tǒng)200包括光分離器220、補償三棱鏡組240和用于形成合成光輸出290的裝置270。根據(jù)示例性實施例，光分離器220被安置來接收包含第一組分和第二組分的光輸入210。光分離器220被設(shè)置成用于把所述第一組分與所述第二組分分離并發(fā)射包含所述第一組分的第一光束221和包含所述第二組分的第二光束222。應(yīng)當(dāng)注意，光分離器220可以包含偏振光束分束器，其被設(shè)置成用于把定向于第一平面上的光與定向于第二平面上的光分離并發(fā)射包含定向于第一平面上的光的第一光束和包含定向于第二平面上的光的第二光束。
根據(jù)示例性實施例，補償三棱鏡組240被安置來接收第一光束221，以及補償三棱鏡組240被設(shè)置成用于透射將由第一微顯示屏231接收的第一光束221。此外，補償三棱鏡組240被設(shè)置成用于接收來自第一微顯示屏231的經(jīng)更改的第一光束并發(fā)射經(jīng)補償?shù)墓廨敵?82。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，經(jīng)補償?shù)墓廨敵?82包含經(jīng)更改的第一光束以及補償由光分離器220引起的光學(xué)像差。
根據(jù)示例性實施例，補償三棱鏡組240包含一對三棱鏡補償器。應(yīng)當(dāng)注意，這些三棱鏡補償器可以被安排成由氣隙隔開。氣隙的大小根據(jù)光分離器的厚度和定向而定，通常在一到四毫米之間，且在示例性實施例中為大致2.5毫米。進(jìn)而，氣隙可以被設(shè)置成用于補償一個或多個光學(xué)像差。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，如圖4所示，補償三棱鏡組240可以具有傾斜定向。例如，補償三棱鏡組可以定向在-30度和+30度之間的角度上。在示例性實施例中，補償三棱鏡組可以定向在大約15度的角度上。進(jìn)而，補償三棱鏡組240可以包含具有傾斜定向的傾斜式補償器平板469。例如，傾斜式補償器平板可以定向在-30度和+30度之間的角度上。在示例性實施例中，傾斜式補償器平板可以定向在大約15度的角度上。最后，補償三棱鏡組可以被設(shè)置為具有基本等于偏振光束分束器的長度的等效光學(xué)路徑長度。
在示例性實施例中，本發(fā)明也可以包括用于從經(jīng)補償?shù)墓廨敵?82和包含第二光束222的補償光輸出222中形成合成光輸出的裝置270。在示例性實施例中，用于形成合成光輸出290的裝置270包含偏振光束分束器270，它可以是與光分離器220相同的組件且具有相同的功能。
在此所使用的術(shù)語“慮光器”指起到區(qū)分作用(即，根據(jù)諸如波長、定向、偏振或爆閃(flash)或場頻率的光的物理特性來阻擋或允許通過或改變光通量的偏振屬性)的光學(xué)慮光器，并且可以通過使用本技術(shù)領(lǐng)域所常見的任何技術(shù)來構(gòu)造，這些技術(shù)例如有把諸如感光光學(xué)延遲膜的光學(xué)有源材料埋置到不同的透光襯底中或其上面，或者把多個超薄線放置成互相平行并留出薄隙縫，其中光可以通過這些隙縫以產(chǎn)生偏振光。用于根據(jù)光的物理特性來區(qū)分光的慮光器的示例包括由加利福尼亞州圣塔-羅薩(California，Santa Rosa)的OCLI和列支敦士登(Liechtenstein)的Unaxis制造的分色平板、由科羅拉多州玻爾得(Boulder，Colorado)的ColorLink制造的ColorSelect慮光器以及由猶他州奧勒姆(Orem，Utah)的Moxtek制造的Proflux偏振器和偏振光束分束器。
如圖7所示，光分離器可以是分色鏡或者偏振光束分束器。此外，如圖7所示，第一光束在被偏振光束分束器反射后由補償三棱鏡組接收，其中，第二光束在被圖像吸收器接收之前沒有遭遇偏振光束分束器，并且圖像吸收器包含用于選擇性地旋轉(zhuǎn)組分的慮光器以及偏振光束分束器。另外，如圖9所示，光分離器可以包含多個分色鏡。
如圖6所示，慮光器215被設(shè)置成用于接收線性偏振光輸入210和選擇性地旋轉(zhuǎn)光輸入210的偏振組分，以產(chǎn)生包含定向于第一平面上的偏振光和定向于第二平面上的偏振光的光輸入217。根據(jù)這個實施例，定向于第一平面上的偏振光包含第一色彩組分，例如綠色光；定向于第二平面上的偏振光包含第二色彩組分和第三色彩組分，例如紅色和藍(lán)色光。
偏振光束分束器220被安置來接收來自第一慮光器215的第一偏振光輸出217。應(yīng)當(dāng)注意，偏振光束分束器220是用于把初始光束分離成兩個出射線性偏振光束的器件。這樣，偏振光束分束器220可以包含帶有涂層的分色鏡，用于把光分離成不同色彩的組分。例如，典型的涂層可以是薄膜介電涂層。另外，偏振光束分束器220可以是帶有涂層的介電光束分束器，用于根據(jù)色彩或偏振把光分離成不同的組分。
如圖3所示，偏振光束分束器220可以包含其有源表面基本互相遠(yuǎn)離相對的兩個或多個偏振光束分束器321和322，以進(jìn)一步改善對比度和使諸如由不平衡熱加載而引起的應(yīng)力雙折射達(dá)到最小?？蛇x地，多個偏振光束分束器321和322可以相對于彼此進(jìn)行傾斜，以補償相關(guān)光束之間的任何偏移，例如是可能由每個偏振光束分束器的有限和/或不同厚度所引起的偏移。應(yīng)當(dāng)注意，這些相對于彼此傾斜的多個偏振光束分束器對于需要分離和重組光且相應(yīng)需要校正初始或發(fā)射光中的像差的各種應(yīng)用很有用處。在示例性實施例中，偏振光束分束器可以包含其兩側(cè)上都擁有有源偏振光束分束器表面的單個元件。這種偏振光束分束器的示例是其兩個表面上都擁有Proflux TM偏振光束分束器表面的透光襯底。
根據(jù)本發(fā)明，偏振光束分束器220被設(shè)置成用于把定向于第一平面上的偏振光與定向于第二平面上的偏振光分離。在示例性實施例中，偏振光束分束器220可以被設(shè)置為以第一方向發(fā)射定向于第一平面上的偏振光和以第二方向發(fā)射定向于第二平面上的偏振光，其中，第二方向與第一方向基本垂直。在另一示例性實施例中，偏振光束分束器220可以被設(shè)置成透射定向于第二平面上的偏振光和反射定向于第一平面上的偏振光。
另外，如圖7所示，偏振光束分束器220可以被設(shè)置成反射定向于第二平面上的偏振光和透射定向于第一平面上的偏振光。根據(jù)這個實施例，可以采用多個折疊鏡(fold mirror)，以導(dǎo)引色彩管理系統(tǒng)的組件之間的各個光束。在此所使用的折疊鏡指能夠反射光的任何反射表面。例如，折疊鏡可以是由列支敦士登(Liechtenstein)的Unaxis公司所生產(chǎn)的鍍鋁鏡或高級銀鏡。如圖3所示，偏振光束分束器320可以包含一對其有源表面331和332基本互相遠(yuǎn)離相對的偏振光束分束器321和322，或者其兩側(cè)上都擁有有源表面的單個偏振光束分束器元件。
參考圖6，圖像吸收器550可以被安置來接收來自偏振光束分束器220且定向于第二平面上的偏振光。圖像吸收器550可以被設(shè)置成用于把第二組分與第三組分分離，并透射將由第二微顯示屏532接收的第二組分和將由第三微顯示屏533接收的第三組分。此外，圖像吸收器550可以進(jìn)一步被設(shè)置成用于接收來自第二微顯示屏532的經(jīng)更改的第二組分和來自第三微顯示屏533的經(jīng)更改的第三組分。最后，圖像吸收器550可以被設(shè)置成發(fā)射將由偏振光束分束器270接收的所吸收的光輸出，所吸收的光輸出包含經(jīng)更改的第二組分和經(jīng)更改的第三組分。在示例性實施例中，可以確定與玻璃或圖像吸收器550的其它光學(xué)材料相關(guān)聯(lián)的等效光學(xué)路徑長度，因此可以把補償特性結(jié)合到諸如補償三棱鏡組240的合適的系統(tǒng)組件中。
在示例性實施例中，如圖5和6所示，圖像吸收器550包含分色三棱鏡。在替換實施例中，如圖4所示，圖像吸收器450可以是基本等路徑長度的三棱鏡。在另一示例性實施例中，圖像吸收器550可以包含用于產(chǎn)生包含第二組分和第三組分的差分光輸出的偏振慮光器，其中，第二組分的方向被旋轉(zhuǎn)至與第三組分的方向垂直。根據(jù)這個替換實施例，圖像吸收器550還包含第二偏振光束分束器，其被安置用于接收來自偏振慮光器的差分光輸出。在透射將由第二微顯示屏接收的第二組分之前和在透射將由第三微顯示屏接收的第三組分之前，這個第二偏振光束分束器被設(shè)置成用于把第二組分與第三組分分離。
補償三棱鏡組240被安置來接收來自偏振光束分束器220且定向于第一平面上的光。補償三棱鏡組240可以包含一對三棱鏡補償器，且被設(shè)置成透射將由第一微顯示屏接收的第一組分和用于接收來自第一微顯示屏的經(jīng)更改的第一組分。此外，補償三棱鏡組240被設(shè)置成發(fā)射光輸出，其包含將由偏振光束分束器220接收且定向于第一平面上的經(jīng)更改的第一組分。根據(jù)示例性實施例，補償三棱鏡組240被設(shè)置成具有基本等于圖像吸收器550的長度的等效光學(xué)路徑長度。在示例性實施例中，補償三棱鏡組240的三棱鏡補償器被安排成由氣隙隔開，用于補償由偏振光束分束器220所產(chǎn)生的一個或多個光學(xué)像差。
在另一示例性實施例中，如圖2所示，補償三棱鏡組240可以具有傾斜方向，使得其面向偏振光束分束器220的表面相對于一個平面傾斜，其中，該平面與從補償三棱鏡組240到偏振光束分束器220的最直接路徑垂直。在另一示例性實施例中，如圖4所示，補償三棱鏡組240還可以包含具有傾斜定向的傾斜式補償器平板，使得其面向偏振光束分束器220的表面相對于一個平面傾斜，其中，該平面與從傾斜式補償器平板到偏振光束分束器220的最直接路徑垂直。
在示例性實施例中，如圖5所示，輸出可以進(jìn)一步由輸出慮光器或分析器增強，輸出慮光器或分析器被安置來接收來自圖像吸收器550和補償三棱鏡組240的經(jīng)更改的光輸出以及進(jìn)一步更改這個光，以產(chǎn)生定向于單個平面上的偏振光，即基本線性的偏振光，這可以通過一個或多個旋轉(zhuǎn)光束中的偏振軸來實現(xiàn)。根據(jù)這個示例性實施例，色彩管理系統(tǒng)200可以包含被安置用于接收從第二慮光器發(fā)射出的光的分析器，以產(chǎn)生其對比度相對于從第二慮光器發(fā)射出的光得到改善的銳化合成光輸出。在另一示例性實施例中，分析器可以被設(shè)置成用于根據(jù)慮光器的特性(即色彩選擇性延遲組件)來從光束中除去預(yù)設(shè)波長的光。最后，應(yīng)當(dāng)注意，從色彩管理系統(tǒng)200發(fā)射出的光束可以通過用于投影圖像的投影透鏡來放大。
如圖6所示，色彩管理系統(tǒng)可以通過結(jié)合多個場透鏡來改善其處理提高的光通量要求的能力且保持或降低物理尺寸，其中，場透鏡被安置用于接收和會聚組分光束，以降低這些光束的直徑。進(jìn)而，如圖8所示，該系統(tǒng)可以包含一個或多個延遲器平板，用于接收和改善被藍(lán)色和/或紅色微顯示屏接收之前的光束。
在示例性實施例中，如圖6所示，色彩管理系統(tǒng)200可以包含一個或多個場透鏡610，在光束被微顯示屏接收之前和/或在被微顯示屏透射之后，每個場透鏡610被安置來接收和會聚線性偏振光束。根據(jù)這個實施例，光束可以被會聚成更加緊湊的輸出光束，使得可以有效使用較小的投影透鏡且保持相等或甚至提高的光通量。
根據(jù)這個實施例，慮光器215接收基本線性的偏振光輸入210并且選擇性地旋轉(zhuǎn)偏振光輸入的組分，以發(fā)射定向于兩個平面217上的光。偏振光束分束器220接收雙定向光217和把其分離成兩個基本線性的偏振光輸出，一個包含單組分而另一個包含兩個組分。圖像吸收器550接收來自偏振光束分束器220且包含兩個組分的輸出光，并且進(jìn)一步把光分離成兩個光輸出，每個均包含兩個組分中的一個。然后，圖像吸收器550把每個光輸出透射至對應(yīng)的微顯示屏532和533并接收來自每個微顯示屏的經(jīng)更改的輸出。最后，圖像吸收器550產(chǎn)生一個輸出，其包含來自微顯示屏的經(jīng)更改的輸出。補償三棱鏡組240接收來自偏振光束分束器220的單色光輸出并把光透射至另一對應(yīng)的微顯示屏231。然后，補償三棱鏡組240接收和透射來自微顯示屏231的經(jīng)更改的光輸出259，以和來自圖像吸收器550的光輸出組合。
應(yīng)當(dāng)注意，通過適當(dāng)?shù)赜醚a償三棱鏡組替換圖像吸收器550的方式，本發(fā)明的色彩管理系統(tǒng)200適合在如圖2所示的單面板系統(tǒng)中、在如圖4所示的雙面板系統(tǒng)中或者在如圖5至9所示的三面板系統(tǒng)中使用。進(jìn)而，如圖9所示，本發(fā)明的系統(tǒng)可以實現(xiàn)為通過式(passthrough)系統(tǒng)900，其中，在通過兩個偏振光束分束器920和970進(jìn)行重組之前，可以由綠色透射光閥931、藍(lán)色透射光閥932和紅色透射光閥933把空間信息添加到三個光束901、902和903中的每一個上。根據(jù)這個實施例，示例性色彩管理系統(tǒng)包括含有第一分色鏡921和第二分色鏡922的光分離器220，其中，所述第一分色鏡921被安置來接收所述光輸入和被設(shè)置被用于把所述第一組分與所述第二組分分離和發(fā)射包含所述第一組分的第一光束903和包含所述第二組分的第二光束989，其中，所述第二分色鏡922被安置來接收所述第二光束989和被設(shè)置成用于把所述第二組分與所述第三組分分離和發(fā)射包含所述第二組分的經(jīng)處理的第二光束902和包含所述第三組分的第三光束901，其中，所述第一光束903將由用于產(chǎn)生第一偏振光束的第一偏振器913接收，所述經(jīng)處理的第二光束902將由用于產(chǎn)生第二偏振光束的第二偏振器912接收，以及所述第三光束901將由用于產(chǎn)生第三偏振光束的第三偏振器911接收，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含紅色光閥933，其被安置來接收所述第一偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述圖像吸收器920接收的偏振紅色光束，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含藍(lán)色光閥932，其被安置來接收所述第二偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述圖像吸收器920接收的偏振藍(lán)色光束，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含綠色光閥931，其被安置來接收所述第三偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述補償三棱鏡組940接收的偏振綠色光束。最后，所述補償三棱鏡組940發(fā)射的經(jīng)補償?shù)妮敵鰧⒈还馐质?70與由偏振光束分束器920所產(chǎn)生的吸收的輸出進(jìn)行重組，其中由偏振光束分束器920所產(chǎn)生的吸收的輸出包含偏振藍(lán)色光束和偏振紅色光束。在示例性實施例中，在與光束分束器970的輸出組合以及被透射至投影透鏡以輸出投影圖像之前，來自光束分束器920且包含偏振藍(lán)色光束和偏振紅色光束的輸出經(jīng)過色彩選擇慮光器和清除(cleanup)偏振器。
因此，本發(fā)明同時采用了偏振相關(guān)組件和分色組件，以把輸入光分離成多個色帶，由此空間信息可以通過對應(yīng)的多個微顯示屏添加到多個色帶上，經(jīng)更改的色帶被重組，以產(chǎn)生全色投影圖像。
上面已參考各個示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對示例性實施例作出改變和修改。例如，通過提供其它光學(xué)結(jié)構(gòu)或布置方式，可以以其它方式來實現(xiàn)各個組件。這些替換可以根據(jù)特定應(yīng)用或與系統(tǒng)的操作相關(guān)的諸多因素來適當(dāng)?shù)剡x擇。此外，這些和其它改變或修改應(yīng)當(dāng)被包含在如所附權(quán)利要求書中所表達(dá)的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種色彩管理系統(tǒng)，包括光分離器，其被安置來接收包含第一組分和第二組分的光輸入，其中所述光分離器被設(shè)置成用于把所述第一組分與所述第二組分分離并發(fā)射包含所述第一組分的第一光束和包含所述第二組分的第二光束；以及補償三棱鏡組，其被安置來接收所述第一光束；其中所述補償三棱鏡組被設(shè)置成用于透射將由第一微顯示屏接收的所述第一光束，接收來自所述第一微顯示屏的經(jīng)更改的第一光束并發(fā)射經(jīng)補償?shù)墓廨敵?；其中所述?jīng)補償?shù)墓廨敵霭鼋?jīng)更改的第一光束并補償由所述光分離器所引起的光學(xué)像差。
2.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述光輸入包含定向于第一平面上的偏振光與定向于第二平面上的偏振光，并且其中所述光分離器包含偏振光束分束器，其被設(shè)置成用于把定向于所述第一平面上的所述光與定向于所述第二平面上的所述光分離并發(fā)射包含定向于所述第一平面上的所述光的第一光束和包含定向于所述第二平面上的所述光的第二光束。
3.如權(quán)利要求2所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含用于從所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵龊桶龅诙馐难a償光輸出中形成合成光輸出的偏振光束分束器。
4.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述補償三棱鏡組包含一對三棱鏡補償器。
5.如權(quán)利要求4所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述三棱鏡補償器被安排成由氣隙隔開，并且其中所述氣隙被設(shè)置成用于補償一個或多個光學(xué)像差。
6.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述補償三棱鏡組具有傾斜定向。
7.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述補償三棱鏡組還包含具有傾斜定向的傾斜式補償器平板。
8.如權(quán)利要求2所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述補償三棱鏡組被設(shè)置為具有基本等于所述偏振光束分束器的等效光學(xué)路徑長度的補償器等效光學(xué)路徑長度。
9.如權(quán)利要求2所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述偏振光束分束器包含一對其有源表面基本互相遠(yuǎn)離相對的偏振光束分束器。
10.如權(quán)利要求9所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述這對偏振光束分束器相對于彼此傾斜。
11.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含用于接收所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵龊屯队八鼋?jīng)補償?shù)墓廨敵龅耐队巴哥R，以顯示圖像。
12.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含圖像吸收器，其被安置來接收所述第二光束；其中所述圖像吸收器被設(shè)置成用于透射將由一個或多個微顯示屏接收的所述第二光束，接收來自所述一個或多個微顯示屏的一個或多個經(jīng)更改的第二光束，以及發(fā)射包含所述經(jīng)更改的第二光束的所吸收的光輸出；其中所述吸收的光輸出形成所述補償光輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述圖像吸收器是基本等路徑長度的三棱鏡。
14.如權(quán)利要求13所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述補償三棱鏡組被設(shè)置為具有基本等于所述圖像吸收器和所述偏振光束分束器的組合的等效光學(xué)路徑長度的補償器等效光學(xué)路徑長度。
15.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第一組分包含紅色。
16.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第二組分包含藍(lán)色和綠色。
17.如權(quán)利要求12所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第二光束包含第三組分；其中所述圖像吸收器被設(shè)置成用于把所述第二組分與所述第三組分分離，發(fā)射包含所述第二組分的第二光束和發(fā)射包含所述第三組分的第三光束；其中所述第二光束將由第二微顯示屏接收且所述第三光束將由第三微顯示屏接收；其中所述圖像吸收器進(jìn)一步被設(shè)置成用于接收來自所述第二微顯示屏的經(jīng)更改的第二光束和接收來自所述第三微顯示屏的經(jīng)更改的第三光束；并且其中所述吸收的光輸出包含所述經(jīng)更改的第二光束和所述經(jīng)更改的第三光束。
18.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述圖像吸收器包含分色三棱鏡。
19.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含被安置來接收所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵龅妮敵鰬]光器，其中所述輸出慮光器被設(shè)置成用于產(chǎn)生包含定向于單平面上的光的經(jīng)慮光且經(jīng)補償?shù)墓廨敵觥?br> 20.如權(quán)利要求19所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述輸出慮光器被設(shè)置成用于旋轉(zhuǎn)所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵觥?br> 21.如權(quán)利要求19所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述輸出慮光器被設(shè)置成用于旋轉(zhuǎn)所述互補光輸出。
22.如權(quán)利要求19所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含被安置來接收所述經(jīng)慮光且經(jīng)補償?shù)墓廨敵龅姆治銎鳎渲兴龇治銎鞅辉O(shè)置成用于產(chǎn)生其對比度相對于所述經(jīng)慮光且經(jīng)補償?shù)墓廨敵龅玫礁纳频慕?jīng)銳化且經(jīng)補償?shù)墓廨敵觥?br> 23.如權(quán)利要求22所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述分析器被設(shè)置成用于從所述經(jīng)慮光且經(jīng)補償?shù)墓廨敵鲋谐ヮA(yù)設(shè)波長的光。
24.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含被安置來接收所述互補光輸出的分析器，其中所述分析器被設(shè)置成用于致使所述互補光輸出具有增強的對比度。
25.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第一組分包含綠色。
26.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第二組分包含藍(lán)色。
27.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述第三組分包含紅色。
28.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述光分離器包含輸入光慮光器，其被設(shè)置成用于接收光輸入和選擇性地旋轉(zhuǎn)所述光輸入的組分，以產(chǎn)生包含定向于第一平面上的光和定向于第二平面上的光的偏振光輸入，所述光分離器還包含偏振光束分束器，其被設(shè)置成用于把定向于所述第一平面上的所述光與定向于所述第二平面上的所述光分離并發(fā)射包含定向于所述第一平面上的所述光的第一光束和包含定向于所述第二平面上的所述光的第二光束。
29.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述光分離器包含分色鏡，其被設(shè)置成用于把所述第一組分與所述第二組分分離。
30.如權(quán)利要求1所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含一個或多個場透鏡，其被安置來接收被所述第一微顯示屏接收之前的所述第一光束，其中所述一個或多個場透鏡被設(shè)置成用于降低所述第一光束的剖面直徑。
31.如權(quán)利要求12所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含一個或多個場透鏡，其被安置來接收被所述一個或多個微顯示屏接收之前的所述第二光束，其中所述一個或多個場透鏡被設(shè)置成用于降低所述第二光束的剖面直徑。
32.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含一個或多個場透鏡，其被安置來接收被所述第三微顯示屏接收之前的所述第三光束，其中所述一個或多個場透鏡被設(shè)置成用于降低所述第三光束的剖面直徑。
33.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述圖像吸收器還包含吸收器輸入慮光器，其被設(shè)置成用于接收所述第二光束和選擇性地旋轉(zhuǎn)所述第二光束的組分，以產(chǎn)生包含定向于第一平面上的光和定向于第二平面上的光的偏振光束，其中所述圖像吸收器還包含偏振光束分束器，其被設(shè)置成用于通過把定向于所述第一平面上的所述光與定向于所述第二平面上的所述光分離來把所述第二組分與所述第三組分分離。
34.如權(quán)利要求12所述的色彩管理系統(tǒng)，還包含延遲器平板，其被安置來接收來自所述圖像吸收器的所述第二光束并發(fā)射將由所述一個或多個微顯示屏接收的增強的第二光束。
35.如權(quán)利要求17所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述光分離器包含第一分色鏡和第二分色鏡，其中所述第一分色鏡被安置來接收所述光輸入和被設(shè)置被用于把所述第一組分與所述第二組分分離并發(fā)射包含所述第一組分的第一光束和包含所述第二組分的第二光束，其中所述第二分色鏡被安置來接收所述第二光束和被設(shè)置成用于把所述第二組分與所述第三組分分離并發(fā)射包含所述第二組分的經(jīng)處理的第二光束和包含所述第三組分的第三光束，其中所述第一光束將由用于產(chǎn)生第一偏振光束的第一偏振器接收，所述經(jīng)處理的第二光束將由用于產(chǎn)生第二偏振光束的第二偏振器接收，以及所述第三光束將由用于產(chǎn)生第三偏振光束的第三偏振器接收，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含紅色光閥，其被安置來接收所述第一偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述圖像吸收器接收的偏振紅色光束，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含藍(lán)色光閥，其被安置來接收所述第二偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述圖像吸收器接收的偏振藍(lán)色光束，所述色彩管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含綠色光閥，其被安置來接收所述第三偏振光束和被設(shè)置成用于發(fā)射將由所述補償三棱鏡組接收的偏振綠色光束。
36.如權(quán)利要求12所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述圖像吸收器包含偏振慮光器，其被設(shè)置成用于產(chǎn)生包含所述第二組分和所述第三組分的差分光輸出，其中，所述第二組分的方向被旋轉(zhuǎn)至與所述第三組分的方向垂直；其中所述圖像吸收器還包含埋置式偏振光束分束器，其被安置來接收來自所述偏振慮光器的所述差分光輸出；其中所述埋置式偏振光束分束器被設(shè)置成用于把所述第二組分與所述第三組分分離，發(fā)射包含所述第二組分的所述第二光束以及發(fā)射包含所述第三組分的所述不同的第三光束。
37.如權(quán)利要求2所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述分離偏振光束分束器被設(shè)置為以第一方向發(fā)射所述第一光束和以第二方向發(fā)射所述第二光束，所述第二方向與所述第一方向基本垂直。
38.如權(quán)利要求2所述的色彩管理系統(tǒng)，其中所述分離偏振光束分束器被設(shè)置成透射所述第二光束和反射所述第一光束。
39.一種用于提供用于投影系統(tǒng)的色彩管理的方法，該方法包含以下步驟接收包含第一組分和第二組分的光輸入，把所述第一組分與所述第二組分分離，并發(fā)射包含所述第一組分的第一光束和包含所述第二組分的第二光束；接收所述第一光束，透射將由第一微顯示屏接收的所述第一光束，接收來自所述第一微顯示屏的經(jīng)更改的第一光束，并發(fā)射經(jīng)補償?shù)墓廨敵?，其中所述?jīng)補償?shù)墓廨敵霭鼋?jīng)更改的第一光束以及并具有補償三棱鏡組的等效光學(xué)路徑長度的補償特性；接收所述第二光束，透射將由一個或多個微顯示屏接收的所述第二光束，接收來自所述一個或多個微顯示屏的一個或多個經(jīng)更改的第二光束，以及發(fā)射所吸收的光輸出，其中所述吸收的光輸出包含所述一個或多個經(jīng)更改的第二光束并具有圖像吸收器的等效光學(xué)路徑長度的吸收器特性；以及接收所述吸收的光輸出和所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵鲆约鞍l(fā)射包含所述吸收的光輸出和所述經(jīng)補償?shù)墓廨敵龅暮铣晒廨敵?；其中所述補償特性被設(shè)置為補償所述吸收器特性。
40.一種用于分離兩種光組分且校正所述光組分中的像差的光分離器，其包含相對于彼此傾斜且?guī)в卸ㄏ驗榛ハ噙h(yuǎn)離相對的有源表面的多個偏振光束分束器。
全文摘要
一種用于投影顯示的色彩管理系統(tǒng)包括例如，分離偏振光束分束器、補償三棱鏡組、圖像吸收器和組合偏振光束分束器。根據(jù)示例性實施例，分離偏振光束分束器接收雙定向的光輸入并把其分離成兩個輸出光束，一個光束包含第一組分而另一光束包含第二組分。圖像吸收器接收來自分離偏振光束分束器的輸出光束，透射光輸出至一個或多個對應(yīng)的微顯示屏，接收來自微顯示屏的一個或多個經(jīng)更改的輸出，以及發(fā)射包含這些經(jīng)更改的輸出的輸出至合成偏振光束分束器。補償三棱鏡組接收來自分離偏振光束分束器的另一輸出光束，把其透射至另一對應(yīng)的微顯示屏，接收來自微顯示屏的經(jīng)更改的光輸出，并把其透射至組合偏振光束分束器，以和來自圖像吸收器的光輸出組合。補償三棱鏡組可以被設(shè)置成補償由光分離器所誘發(fā)的光學(xué)像差。
文檔編號G03B21/00GK1547858SQ02815495
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者邁克爾·紐厄爾, 克拉克·彭蒂克, 彭蒂克, 邁克爾 紐厄爾 申請人:先進(jìn)數(shù)字光學(xué)公司