專利名稱：投影儀、延遲片和放置延遲片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投射由空間光調(diào)制器調(diào)制的光來(lái)產(chǎn)生圖像的投影儀，一種用于投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)等的延遲片(retardation plate)，以及放置延遲片的方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)用空間光調(diào)制器調(diào)制來(lái)自光源的光、將調(diào)制后的光通過(guò)投影透鏡投射到屏幕上產(chǎn)生圖像的投影顯示裝置(投影儀)是通常已知的。例如，使用液晶顯示(LCD)板、數(shù)字微鏡裝置(digital micromirror device)(DMD)等作為空間光調(diào)制器?？臻g調(diào)制器的類型包括透射被調(diào)制入射光的透射型空間調(diào)制器和反射被調(diào)制入射光的反射型空間調(diào)制器。
使用反射型空間光調(diào)制器的投影儀利用如下一種現(xiàn)象來(lái)形成圖像，這種現(xiàn)象就是在光入射時(shí)用諸如PBS(偏振分束器)偏振選擇裝置選擇的偏振分量(透射或反射)之中，由空間光調(diào)制器改變偏振狀態(tài)的分量被偏振選擇裝置反向地選擇(反射或透射)，以便沿不同于光源的方向傳輸。
在反射型投影儀中的控制光調(diào)制的部分將在后面參照?qǐng)D17來(lái)詳細(xì)描述。在圖17中，附圖標(biāo)記100表示光軸。如附圖所示，在來(lái)自光源的入射光200中，只有S-偏振分量光200S在PBS101的偏振選擇面101A上被選擇(反射)，到達(dá)作為空間光調(diào)制器的反射型液晶顯示板102。在反射型液晶顯示板102不影響到達(dá)光的偏振狀態(tài)的狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))下，保持S-偏振的到達(dá)光在反射型液晶顯示板上被反射，返回PBS101，作為S-偏振分量光的S-偏振光201S在PBS101的偏振選擇面101A上沿與光進(jìn)入方向相反的方向被反射，返回到光源側(cè)。
另一方面，在反射型液晶顯示板102影響偏振狀態(tài)的狀態(tài)(開啟狀態(tài))下，部分或全部從反射型液晶顯示板102反射的光被轉(zhuǎn)換成P-偏振分量光201P，透過(guò)PSB101的偏振選擇面101A。透過(guò)的P-偏振分量光201P通過(guò)投影透鏡在屏幕上形成圖像(未示出)。在反射型液晶顯示板102中由偏振狀態(tài)的變化量來(lái)控制灰度級(jí)。
可選擇地，與圖17所示的狀態(tài)相反，來(lái)自光源的入射光從反射型液晶顯示板102的前面進(jìn)入，在從反射型液晶顯示板102返回的光中，通過(guò)在PBS101偏振選擇面101A上反射選擇的光束可以被引導(dǎo)至投影透鏡。
在這種反射型投影儀中，在處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，當(dāng)光束進(jìn)入反射型液晶顯示板102時(shí)，作為S-偏正分量光200S的所有的光束在反射后(當(dāng)光束發(fā)出時(shí))必須作為S-偏振分量光201S返回到光源側(cè)?？墒?，實(shí)際上，有些光束轉(zhuǎn)換成P-偏振分量光201P，透過(guò)PBS101。
下面參照?qǐng)D18和19來(lái)描述理由。圖18和19示出PBS101的偏振選擇面101A在光入射時(shí)和光出射時(shí)的光學(xué)位置關(guān)系。
各個(gè)P-偏振光和S-偏振光的電場(chǎng)方向由光束的傳輸方向和入射面(偏振選擇面101A)中法線n1的方向來(lái)確定。因此，如圖18所示，當(dāng)偏振選擇面101A在光入射前和光入射后是平行，即，進(jìn)光前后的法線方向相同，P-偏振光和S-偏振光的方向在光入射前和光出射后彼此一致。在這樣的一種理想狀態(tài)下，在入射側(cè)作為S-偏振分量在PBS101上反射的光200S在出射側(cè)變成S偏振分量光201S。
可是，在如圖17所示的實(shí)際投影儀中的光學(xué)系統(tǒng)中，在光束和PBS101之間沒有建立上述理想位置關(guān)系。在實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)中，光束在反射型液晶顯示顯示板102上反射，只要示于圖19中，示出在入射時(shí)和在出射時(shí)偏振選擇面101A的關(guān)系是相對(duì)于包括反射液晶顯示板102的一個(gè)平面的對(duì)稱(鏡向)關(guān)系。因此，入射時(shí)偏振選擇面101A的法線方向與出射時(shí)的法線方向不同，從而P-偏振光和S-偏振光的電場(chǎng)方向不同，既使處于關(guān)閉狀態(tài)，即，反射型液晶顯示板102不影響偏振狀態(tài)，入射時(shí)作為S-偏振分量反射的光200S包括出射時(shí)在偏振選擇面101A上的P-偏振分量光201P。P-偏振分量在出射時(shí)沒有被去除，并到達(dá)被認(rèn)為是暗色的圖像區(qū)，圖像質(zhì)量(主要是消光比)降低。
如上所述，存在這樣的一個(gè)問(wèn)題，即在具有光入射到的兩個(gè)或更多表面的情況下，除非這些表面彼此平行，否則普通光束包括在各個(gè)表面上的不同的偏振分量，所以被認(rèn)為要去除的分量在出射時(shí)還保留，因此，圖像質(zhì)量就會(huì)下降。
解決問(wèn)題的典型方法是在液晶顯示板102和PBS101之間放置1/4波長(zhǎng)延遲片(四分之一波片)(quarter wavw plate)，以校正偏振狀態(tài)。在這種情況下，光束來(lái)回經(jīng)過(guò)四分之一波片兩次，所以四分之一波片實(shí)際上起到二分之一波片的作用。
圖20示出在放置四分之一波片的情況下、在光入射時(shí)和光出射時(shí)各個(gè)光學(xué)裝置的光學(xué)位置關(guān)系。圖20中，在四分之一波片121的軸線設(shè)置成垂直于紙面時(shí)，光束反復(fù)經(jīng)過(guò)四分之一波片121兩次，由此，光束的電場(chǎng)方向在包括圖中光軸100的面上對(duì)稱地反轉(zhuǎn)，并垂直于紙面。結(jié)果，在入射側(cè)作為S-偏振分量在偏振選擇面101A(用實(shí)線表示)反射的光200S的電場(chǎng)方向與作為S-偏振光在虛擬偏振選擇面101B(用虛線表示)反射的光束的電場(chǎng)方向一致。該方向與在PBS101上的出射側(cè)S-偏振分量一致，所以該方向在PBS101的出射側(cè)已經(jīng)被去除干凈，因此，能防止消光比(＝入射光/出射光)的下降。例如，在日本未審專利申請(qǐng)公開No.平10-26756中提出使用四分之一波片的傳統(tǒng)技術(shù)的方案。
在使用對(duì)任何光束都產(chǎn)生1/4相位差的理想延遲片時(shí)，使用四分之一波片的校正技術(shù)有效地起作用?？墒牵瑢?shí)際上相位差的量根據(jù)入射角變化，所以，在相對(duì)于光軸具有大角度的光束被包括時(shí)，出現(xiàn)消光比下降。存在這樣一種趨勢(shì)，即入射角越大，或延遲片越厚，則消光比減小得越多。
參照?qǐng)D21A-21C和22A-22C，下面描述通常使用的延遲片。當(dāng)光入射諸如石英晶體的各向異性晶體時(shí)，折射率根據(jù)電場(chǎng)方向而不同，所以出現(xiàn)波長(zhǎng)差，因此出現(xiàn)相應(yīng)于波數(shù)差的相位差。在圖21A所示的延遲片130中，尋常光線(光束折射率為n0)速度比非常光線(光束折射率為ne)速度高，因此，當(dāng)波長(zhǎng)增加時(shí)，出現(xiàn)相位差。圖21B和21C分別表示在延遲片130中的非常光線狀態(tài)和尋常光線狀態(tài)。
延遲片在入射光的相互垂直分量之間引入相位差，并且在延遲片中，在兩個(gè)彼此相互垂直的振動(dòng)分量之間，具有較高相速的振動(dòng)分量的振動(dòng)方向稱為“快軸”，具有較低相速的振動(dòng)分量的振動(dòng)方向稱為“慢軸”。在圖21A-21C中，的尋常光線的折射率n0的方向是快軸，折射率為ne的非常光線的方向是慢軸。
在石英晶體中，要求在尋常光和非常光之間產(chǎn)生1/4波長(zhǎng)相位差的光路長(zhǎng)度(厚度)大約是15微米。實(shí)際上石英晶體就這個(gè)厚度難以形成延遲片，因?yàn)檫@個(gè)厚度太薄了，因此，如圖22A所示，通常將各自都產(chǎn)生不同相位差的第一延遲片131和第二延遲片132組合起來(lái)，因此，由延遲片131和132組合產(chǎn)生的總相位差被調(diào)整為1/4波長(zhǎng)。在這種情況下，放置延遲片131和132使得折射率為no的軸(快軸)與折射率為ne的軸(慢軸)之間的位置關(guān)系彼此不同相互成90°圖22B-22C示意性地示出振動(dòng)方向互相垂直的入射光束141和142通過(guò)延遲片131和132。光束141是振動(dòng)方向取圖22A的Y方向的分量，光束142是振動(dòng)方向取圖22A的X方向的分量。入射光束142在第一延遲片131上轉(zhuǎn)換成尋常光，使得光束142的相位超前(M+1/4)λ，此外光束142在第二延遲片132上轉(zhuǎn)換成非常光，使得光束142的相位滯后Mλ，由此光束142相對(duì)入射光束141具有1/4波長(zhǎng)的總相位差。順便說(shuō)明一下，λ表示一個(gè)波長(zhǎng)。通常，在確定各個(gè)延遲片131和132產(chǎn)生的相位差時(shí)，主要只考慮可制造性(厚度)。因此，只要延遲片總共能產(chǎn)生1/4波長(zhǎng)的相位差，延遲片的具體結(jié)構(gòu)不存在問(wèn)題。例如，在延遲片是由石英晶體制成的情況下，通常兩延遲片總厚度為600微米或超過(guò)600微米。
因此，在兩塊延遲片組合的情況下，結(jié)果，在最終入射角小(接近垂直入射)時(shí)，延遲片恰當(dāng)?shù)仄鹱饔?；然而，在相位差中相?duì)于斜向的(diagonally)入射光束的波動(dòng)增加，因此，出現(xiàn)消光比下降。在為了防止這種下降將入射角限制在小范圍內(nèi)時(shí)，出現(xiàn)的另一個(gè)問(wèn)題是可利用光的量的減少導(dǎo)致較暗的圖像區(qū)。
作為延遲片的另一種材料，有一種通過(guò)拉伸(by drawing)等方法獲得的具有光學(xué)各向異性的有機(jī)薄膜。在該有機(jī)薄膜的情況下，尋常光的折射率n0與非常光折射率ne之間的差比石英晶體的小，所以根據(jù)材料，厚度大約為60微米的有機(jī)薄膜能產(chǎn)生1/4波長(zhǎng)的相位差。在有機(jī)薄膜能具有這樣的厚度時(shí)，不需要兩層有機(jī)薄膜，并且僅用一層有機(jī)薄膜就能形成延遲片，因此可以獲得薄延遲片。消光比降低是由延遲片的厚度和尋常光折射率和非常光折射率之間的差造成，所以厚度大約為60微米的有機(jī)薄膜的性能與厚度大約為15微米的石英晶體一樣好。盡管有機(jī)薄膜已經(jīng)作為四分之一波片用于投影儀等，但是有機(jī)薄膜易受溫度升高的影響，所以出現(xiàn)長(zhǎng)期可靠性的問(wèn)題。
概括而言，當(dāng)理想的四分之一波片放置在反射型液晶顯示板102和PBS101之間時(shí)，能適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)?？墒?，在實(shí)際的四分之一波片中，斜向地通過(guò)其中的光束的相位差根據(jù)入射狀況變化，所以偏振狀態(tài)沒有得到充分地校正，由此在投影儀中出現(xiàn)下列圖像質(zhì)量問(wèn)題。
1)偏振狀態(tài)不能被校正的分量的光進(jìn)入圖像區(qū)時(shí)，被認(rèn)為是暗區(qū)的不夠暗。
2)當(dāng)為了避免上述問(wèn)題限制斜向入射光時(shí)，可利用的光量減少，因此整個(gè)圖像區(qū)變暗。
形成通常使用的有機(jī)材料薄膜，以便具有產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差所要求的最小厚度，從而盡可能地避免上述圖像質(zhì)量的降低；然而，有機(jī)材料易受溫度升高的影響，因此，出現(xiàn)長(zhǎng)期可靠性的問(wèn)題。另一方面，石英晶體是更為典型的波片材料，能抵抗溫度升高，并具有較高的長(zhǎng)期可靠性；然而，存在一個(gè)問(wèn)題，就是難以形成具有產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差所要求的最小厚度的波片。典型的石英晶體波片包括兩波片的組合，由此石英晶體波片產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，因此與有機(jī)材料薄膜相比石英晶體的有效厚度增加了，因此，石英晶體波片具有上述兩個(gè)問(wèn)題，可以斷言圖像質(zhì)量下降是顯著的。

發(fā)明內(nèi)容
由于上述原因，本發(fā)明的第一目的是提供一種能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)的投影儀。此外，本發(fā)明的第二目的是提供一種用于投影儀等并能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)的延遲片和放置延遲片的方法。
根據(jù)本發(fā)明第一方面、第二方面、第三方面和第四方面的各方面的投影儀，包括一反射型空間光調(diào)制器，通過(guò)控制偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一偏振選擇裝置，具有傾斜于空間光調(diào)制器的偏振選擇面，選擇在偏振選擇面上的入射光中的一預(yù)定偏振分量的光，使選擇的光入射到空間光調(diào)制器，并且發(fā)射不同于在由該空間光調(diào)制器在不同于入射光的入射方向的一方向上調(diào)制和反射的光中的該預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；一四分之一波片，放置在空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間；和一投影裝置，投射由空間光調(diào)制器反射并由偏振選擇裝置選擇的光，以形成圖像，其中，該四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，該第一和第二延遲片按照從較靠近偏振選擇裝置一側(cè)的順序放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差。
特別是，根據(jù)本發(fā)明第一方面的投影儀，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上垂直于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成使得基本上垂直于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生一較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的一相位差量在(0.75±0.3)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.25±0.2)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的投影儀，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，被放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上平行于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成使得基本上垂直于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生一較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的一相位差量在(0.5±0.4)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.5±0.3)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的投影儀，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较颍环胖迷谳^靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上垂直于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成基本上平行于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生一較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的一相位差量在(N±0.2)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是1至3的整數(shù)(包括1和3)。
根本發(fā)明第四方面的投影儀，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，被放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上平行于參考方向，四分之一波片的慢軸放置成基本上平行于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生一較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的一相位差量在大于0和小于或等于0.65波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.75±0.4)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明第一方面、第二方面、第三方面和第四方面的每一個(gè)方面放置延遲片的方法，包括以下步驟在一空間光調(diào)制器和一偏振選擇裝置之間放置產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一四分之一波片，該空間光調(diào)制器通過(guò)控制偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，而該偏振選擇裝置具有相對(duì)于該空間光調(diào)制器傾斜的偏振選擇面，選擇在偏振選擇面上的入射光中一預(yù)定偏振分量的光，使所選擇的光入射該空間光調(diào)制器，并且發(fā)射不同于被該空間光調(diào)制器在不同于入射光入射的方向的一方向上調(diào)制和反射的預(yù)定偏振分量的光，其中，該四分之一波片包括各產(chǎn)生一不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，該第一和第二延遲片按照從較靠近偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，該第一和第二延遲片的一組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一相位差。
根據(jù)本發(fā)明第一方面放置延遲片的方法，假定包括偏振選擇面的法線和四分之一波片的法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，被放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的該第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上垂直于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成基本上垂直于參考方向，在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在(0.75±0.3)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.25±0.2)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明第二方面放置延遲片的方法，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，被放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上平行于參考方向，四分之一波片的慢軸放置成基本上垂直于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在(0.5±0.4)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.5±0.3)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明第三方面放置延遲片的方法，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，被放置在較靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上垂直于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成基本上平行于參考方向，有在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在(N±0.2)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是1至3的整數(shù)(包括1和3)。
根據(jù)本發(fā)明第四方面放置延遲片的方法，假定包括偏振選擇面法線和四分之一波片法線的表面與四分之一波片的片表面相交線的方向?yàn)閰⒖挤较颍环胖迷谳^靠近偏振選擇裝置的一側(cè)的第一延遲片被放置成使得其慢軸基本上平行于參考方向，四分之一波片的慢軸被放置成基本上平行于參考方向，由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在大于0和小于或等于0.65波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在(N-0.75±0.4)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
根據(jù)本發(fā)明的延遲片被放置在通過(guò)控制偏振狀態(tài)進(jìn)行入射光調(diào)制的反射型空間光調(diào)制器的入射側(cè)，并且包括每一個(gè)產(chǎn)生一不同量的相位差的一第一延遲片和一第二延遲片，該第一和第二延遲片被放置和組合，使得它們的軸基本上彼此相互垂直，從而該第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，其中由在第一和第二延遲片中間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在大于0和小于或等于3/4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在1至2/3波長(zhǎng)范圍內(nèi)(包括1和2/3波長(zhǎng))。
在投影儀中，放置延遲片的方法、根據(jù)本發(fā)明各方面的延遲片、第一和第二延遲片可以包括單片或多片。
在根據(jù)本發(fā)明第一到第四各方面的投影儀和放置延遲片的方法中，放置在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間的四分之一波片校正在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間傳遞的光束的偏振狀態(tài)。四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差的第一和第二延遲片的組合，根據(jù)位置狀態(tài)，兩延遲片產(chǎn)生的相位差設(shè)定為適當(dāng)?shù)南辔徊盍?，因此，盡管四分之一波片包括兩延遲片的組合，但是四分之一波片也能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，使性能等于或高于四分之一波片包括單片的情況的性能。
根據(jù)本發(fā)明的延遲片，例如，在延遲片用在投影儀中并被放置在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間的情況下，能容易地獲得偏振狀態(tài)校正的很大提高。


圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的投影儀結(jié)構(gòu)的示例；圖2圖示四分之一波片的結(jié)構(gòu)，同時(shí)圖示四分之一波片與PBS和空間光調(diào)制器器的光學(xué)位置關(guān)系；圖3圖示四分之一波片的第一位置狀態(tài)；圖4圖示四分之一波片的第二位置狀態(tài)；
圖5圖示四分之一波片的第三位置狀態(tài)；圖6圖示四分之一波片的第四位置狀態(tài)；圖7圖示在四分之一波片的性能模擬中使用的光學(xué)系統(tǒng)模型；圖8是在四分之一波片由石英晶體制成、處于第一位置狀態(tài)的情況下模擬結(jié)果的曲線圖；圖9是在四分之一波片由有機(jī)薄膜制成、處于第一位置狀態(tài)的情況下模擬結(jié)果的曲線圖；圖10是在四分之一波片由有機(jī)薄膜制成、處于第一位置狀態(tài)并且光束波長(zhǎng)比設(shè)計(jì)波長(zhǎng)長(zhǎng)的情況下模擬結(jié)果的曲線圖；圖11A-11E圖示處于第一位置狀態(tài)第一延遲片和第二延遲片的優(yōu)選組合；圖12是處于第一位置狀態(tài)模擬結(jié)果的曲線圖，其中，水平軸代表由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量；圖13是處于第二位置狀態(tài)模擬結(jié)果的曲線圖，其中，水平軸代表由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量；圖14是處于第三位置狀態(tài)模擬結(jié)果的曲線圖，其中，水平軸代表由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量；圖15是處于第四位置狀態(tài)模擬結(jié)果的曲線圖，其中，水平軸代表由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量；圖16是表示各個(gè)位置狀態(tài)和處于各個(gè)位置狀態(tài)優(yōu)選的相位差量的表格；圖17圖示在反射型投影儀中部分控制光調(diào)制結(jié)構(gòu)示意圖；圖18圖示在光入射時(shí)和光出射時(shí)偏振選擇面的理想位置關(guān)系；圖19圖示在光入射時(shí)和光出射時(shí)偏振選擇面的實(shí)際位置關(guān)系；圖20圖示在使用四分之一波片的情況下偏振選擇面的位置關(guān)系；圖21A-21C圖示典型延遲片的結(jié)構(gòu)；和圖22A-22C圖示包括兩片的延遲片。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的投影儀結(jié)構(gòu)示例。該投影儀是所謂的三片式(three-panel)反射型投影儀，其通過(guò)使用三個(gè)分別用于紅、綠和藍(lán)的反射型空間光調(diào)制器21R、21G和21B來(lái)顯示彩色圖像。
投影儀包括沿光軸10方向的一光源11、一積分器12和一分光鏡13。光源11發(fā)射包括顯示彩色圖像所需的紅光(R)、藍(lán)光(B)和綠光(G)的白光，例如光源11包括鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙燈等。積分器12包括PS轉(zhuǎn)換器等，設(shè)置積分器12是為了均勻化和有效地使用光源11的光。分光鏡13具有將光分離成藍(lán)光B和其它顏色的綠光G和紅光R的功能。投影儀還包括前置-PBS(偏振分束器)(pre-polarizing beamsplitter)14、會(huì)聚透鏡16和在被分色鏡(dichroic mirror)13分離的紅光R和綠光G的光路上的分色鏡18，光按這個(gè)順序傳遞。投影儀還包括前置-PBS15和在分色鏡13分離的藍(lán)光B的光路上的會(huì)聚透鏡17，光按這個(gè)順序傳遞。前置-PBS14和前置-PBS 15各具有選擇性地反射入射光中預(yù)定偏振分量的功能。分光鏡18具有將通過(guò)前置-PBS14和會(huì)聚透鏡16進(jìn)入的其他顏色的光分離成紅光R和綠光G的功能。
在投影儀中，從光入射側(cè)按順序分別設(shè)置紅光R、綠光G和藍(lán)光B的光路，會(huì)聚透鏡19R、19B和19C，PBSs20R、20G和20B，四分之一波片22R、22G和22B，空間光調(diào)制器21R、21G和21B。PBSs20R、20G和20B對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中“偏振選擇裝置”的具體示例。
空間光調(diào)制器21R、21G和21B各包括反射型液晶顯示板等。通過(guò)各個(gè)PBS20R、20G和20B的偏振選擇面選擇的預(yù)定偏振分量(例如，S-偏振分量)的各顏色光入射到各個(gè)空間光調(diào)制器21R、21G和21B。各個(gè)空間光調(diào)制器21R、21G和21B通過(guò)控制光的偏振狀態(tài)調(diào)制入射光，朝PBSs20R、20G和20B反射調(diào)制光。
各個(gè)PBSs20R、20G和20B具有分別傾斜于空間光調(diào)制器21R、21G和21B的偏振選擇面，各個(gè)PBSs20R、20G和20B具有這樣的功能通過(guò)偏振選擇面選擇(反射)入射光中的預(yù)定偏振分量(S-偏振分量)光，使選擇的光入射到空間光調(diào)制器21R、21G和21B，并且選擇(透射)不同于在被空間光調(diào)制器21R、21G和21B調(diào)制和反射的光中的上述預(yù)定偏振分量(S-偏振分量)的光，以發(fā)射選擇的光。圖1的示例示出這樣的光學(xué)位置由PBSs20R、20G和20B反射的S-偏振分量光變成入射到空間光調(diào)制器21R、21G和21上的入射光，從空間光調(diào)制器21R、21G和21B返回的光中的P-偏振分量光透過(guò)PBSs20R、20G和20B，作為出射光。可是，另一方面可以使用這樣的光學(xué)位置P-偏振入射光從空間光調(diào)制器21R、21G和21B的前面入射，而在返回光中通過(guò)由空間光調(diào)制器21R、21G和21B反射所選擇的S-偏振分量光變成用于圖像顯示的光。
四分之一波片22R、22G和22B分別校正PBSs20R、20G和20B和空間光調(diào)制器21R、21G和21B之間的偏振狀態(tài)，在互相垂直的偏振分量之間產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差。四分之一波片22R、22G和22B是實(shí)施例中最具特征結(jié)構(gòu)的部分，后面將詳細(xì)描述。
投影儀還包括橫向分色棱鏡(cross dichroic prism)24、投影透鏡25和屏幕26。橫向分色棱鏡24具有混合由PBSs20R、20G和20B選擇的預(yù)定偏振分量的彩色光，以發(fā)射被混合的光的功能。橫向分色棱鏡24具有三個(gè)入射面和一個(gè)出射面。隔離墊23R、23G和23B分別設(shè)置在橫向分色棱鏡24的光入射面和PBSs20R、20G和20B光出射面之間，以防光學(xué)裝置等的溫度變化引起的應(yīng)力應(yīng)變(stress strain)。
投影透鏡25設(shè)置在橫向分色棱鏡24的出射面上。投影透鏡25具有將從橫向分色棱鏡24出射的混合光投向屏幕26的功能。投影透鏡25對(duì)應(yīng)于發(fā)明中“投影裝置”的具體示例。
圖2示出四分之一波片22R(22G和22B)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)圖示四分之一波片與PBSs20R(20G和20B)和空間濾波器21R(21G和21B)的光學(xué)位置關(guān)系。用于各種顏色光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是相同的，所以，描述這些結(jié)構(gòu)在各種顏色之間不加區(qū)別，除非有特殊要求。
四分之一波片22包括產(chǎn)生不同相位差量的第一延遲片41和第二延遲片42。第一延遲片41和第二延遲片42按照從較靠近PBS20一側(cè)的順序設(shè)置和組合，使得其慢軸d1和d2彼此基本上垂直，因此，第一延遲片41和第二延遲片42的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差。第一延遲片41和第二延遲片42由諸如石英晶體的具有光學(xué)各向異性的晶體或通過(guò)拉伸成型具有光學(xué)各向異性的有機(jī)薄膜等制成。第一延遲片41和第二延遲片42可以包括單片或多片。
因此，在四分之一波片22包括兩延遲片41和42的組合，并放置在PBS20和空間光調(diào)制器21之間時(shí)，可使用下面描述的四種方式(位置狀態(tài))。
這里，如圖2所示，包括在PRS20上偏振選擇面31的法線n1和四分之一波片22法線的表面50與四分之一波片22的片表面限定的交線方向作為參考方向51。通常參考方向51與關(guān)于平行于光軸10的光束的P-偏振方向一致。
在以這種方式限定參考方向51時(shí)，要考慮到第一延遲片41和第二延遲片42組合的慢軸方向基本上平行于參考方向51和基本上垂直于參考方向51的兩種情況。此外，要考慮到放置在較靠近PBS20的一側(cè)的第一延遲片41的慢軸基本上平行于參考方向51和基本上垂直于參考方向51的兩種情況。它們能分開選擇，所以，第一延遲片41和第二延遲片42總共有四種組合。
不考慮第一延遲片41和第二延遲片42是由諸如石英晶體的單軸晶體還是由有機(jī)薄膜制成，這些組合是相同的，所以，在晶體和有機(jī)薄膜之間無(wú)需加以區(qū)別。圖2示出四分之一波片22的慢軸和第一延遲片41的慢軸d1基本上垂直于參考方向51的情況，這里假定第一延遲片41和第二延遲片42是由相同的材料制成。
圖3-6示出第一延遲片41和第二延遲片42的四種組合。首先，圖3示出四分之一波片22的慢軸基本上垂直于參考方向51，第一延遲片41的慢軸d1基本上垂直于參考方向51。下文中，圖3示出的第一位置狀態(tài)稱為“狀態(tài)Ss”。意味著假定參考方向51對(duì)應(yīng)于P-偏振方向，垂直于參考方向51的方向?qū)?yīng)于S-偏振方向，關(guān)于符號(hào)P和S，前面的字母(Ss中的S)表示慢軸的方向，后面的字母(Ss中的s)表示第一延遲片41慢軸d1的方向。在下列其他組合中符號(hào)表示法相同。
圖4示出四分之一波片22的慢軸基本上垂直于參考方向51、第一延遲片41的慢軸d1基本上平行于參考方向51的情況。下文中，第二位置狀態(tài)稱為“狀態(tài)Sp”。
圖5示出四分之一波片22的慢軸基本上平行于參考方向51、第一延遲片的慢軸d1基本上垂直于參考方向51的情況。下文中，第三位置狀態(tài)稱為“狀態(tài)Ps”。
圖6示出四分之一波片22的慢軸基本上平行于參考方向51、第一延遲片的慢軸d1基本上平行于參考方向51的情況。下文中，第四位置狀態(tài)稱為“狀態(tài)Pp”。
在設(shè)計(jì)四分之一波片22時(shí)，必須設(shè)定延遲片41和42的每一個(gè)產(chǎn)生的相位差量。通常，只要它們總共產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，各個(gè)延遲片41和42產(chǎn)生的相位差量不是問(wèn)題?？墒?，實(shí)際上如后面所描述，發(fā)現(xiàn)由延遲片41和42產(chǎn)生的相位差的不同造成投影儀的消光比不同。此外，還發(fā)現(xiàn)獲得良好消光比的條件根據(jù)圖3-6的位置狀態(tài)來(lái)變化。在圖3-6的各個(gè)位置狀態(tài)的實(shí)施例中，由延遲片41和42產(chǎn)生的相位差設(shè)定為適當(dāng)值，以便能使適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，提高投影圖像質(zhì)量。延遲片41和42應(yīng)產(chǎn)生的具體相位差將在后面描述。
接下來(lái)，下面將描述具有這種結(jié)構(gòu)的投影儀的動(dòng)作。
在投影儀中，從光源11發(fā)射的白光通過(guò)積分器12進(jìn)入分色鏡13。分色鏡13將入射白光分離成藍(lán)光B和其他顏色的紅光R和綠光G。藍(lán)光B通過(guò)前置-PBS15、會(huì)聚透鏡17和會(huì)聚透鏡19B進(jìn)入PBS20B。其它顏色的紅光R和綠光G通過(guò)前置-PBS14和會(huì)聚透鏡16進(jìn)入分光鏡18，通過(guò)分色鏡18分離成紅光R和綠光G。紅光R和綠光G分別通過(guò)會(huì)聚透鏡19R和19G進(jìn)入PBSs20R和PBSs 20G。
進(jìn)入PBSs20R、PBSs 20G和PBSs 20B的光中只有S-偏振分量光被偏振選擇面選擇(反射)，S-偏振分量光分別通過(guò)四分之一波片22R、22G和22B到達(dá)空間光調(diào)制器21R、21G和21B。在空間光調(diào)制器21R、21G和21B不影響偏振狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))的情況下，保留S-偏振的到達(dá)光分別被空間光調(diào)制器21R、21G和21B反射，通過(guò)四分之一波片22R、22G和22B返回到PBSs20R、20G和20B，作為S-偏振分量光的光沿與光入射方向相反的方向被偏振選擇面反射，返回到光源側(cè)。
另一方面，在空間光調(diào)制器21R、21G和21B影響偏振狀態(tài)(開啟狀態(tài))的情況下，分別從空間光調(diào)制器21R、21G和21B反射的部分或所有反射光轉(zhuǎn)換成P-偏振分量光，分別通過(guò)四分之一波片22R、22G和22B返回到PBSs20R、20G和20B，然后，P-偏振分量光透過(guò)偏振選擇面。
在后面將描述的實(shí)施例中，分別適當(dāng)?shù)卦O(shè)定四分之一波片22R、22G和22B的結(jié)構(gòu)和光學(xué)位置狀態(tài)來(lái)校正空間光調(diào)制器21R、21G和21B和PBSs20R、PBSs 20G和PBSs 20B之間的偏振狀態(tài)，所以，與傳統(tǒng)的投影儀相比，能防止消光比的下降和提高圖像質(zhì)量。
已經(jīng)透過(guò)PBSs 20R、PBSs 20G和PBSs 20B的各種顏色的P-偏振分量光在橫向分色棱鏡24中混合，以朝投影透鏡25出射。投影透鏡25朝屏幕26投射混合的光。因此，在屏幕26上形成圖像。根據(jù)在空間光調(diào)制器21R、21G和21B中的偏振狀態(tài)的變化量控制灰度級(jí)。
接下來(lái)，下面將描述四分之一波片22(22R、22G和22B)的各個(gè)延遲片41和42應(yīng)產(chǎn)生的相位差量。
圖8示出在下列計(jì)算模式、在空間光調(diào)制器21處于關(guān)閉狀態(tài)的條件下的模擬結(jié)果。在模擬狀態(tài)，圖7所示光學(xué)系統(tǒng)包括透射S-偏振分量0％和透射P-偏振分量100％的理想PBS作為PBS20，全反射鏡作為空間光調(diào)制器21和石英晶體延遲片作為四分之一波片用于計(jì)算模式。假定入射光是非偏振光，入射光的波長(zhǎng)等于四分之一波片22的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。而且，假定四分之一波片22是在圖3所示的第一位置狀態(tài)Ss。
在圖8的曲線圖中，水平軸表示第一延遲片41和第二延遲片42處于組合狀態(tài)形成四分之一波片的狀態(tài)下的總厚度，垂直軸表示對(duì)比度[消光比(＝入射光/出射光)]。在圖8中，相對(duì)于光軸入射角為4°、6°、8°和10°光束的消光比在曲線圖中繪出。各曲線左端對(duì)應(yīng)于四分之一波片包括單片的情況。在這種情況下四分之一波片的厚度大約是15微米。
從圖8的曲線圖中可以看出，在具有不同入射角的每一光束中，有一個(gè)普遍的趨勢(shì)就是波片的厚度增加越多，消光比下降越多；可是，也存在周期性的結(jié)構(gòu)，所以，一峰值在消光比中周期性地被顯示。結(jié)果，存在一個(gè)厚度，根據(jù)這個(gè)厚度能夠獲得比包括單片(參考曲線圖的左端)的四分之一波片22具有更好消光比。第一高峰顯示在產(chǎn)生一個(gè)波長(zhǎng)相位差延遲片和產(chǎn)生3/4波長(zhǎng)相位差延遲片的組合厚度處，下一個(gè)高峰顯示在產(chǎn)生2個(gè)波長(zhǎng)相位差延遲片和產(chǎn)生7/4波長(zhǎng)相位差延遲片的組合厚度處。換句話說(shuō)，在較靠近PBS的一側(cè)的第一延遲片41是1波片、而較靠近空間光調(diào)制器21的一側(cè)的第二延遲片是3/4波片的情況下，顯示最高峰值，下一個(gè)最高峰值在第一延遲片41是2波片、而第二延遲片是7/4波片的情況下顯示。
四分之一波片22可以獲得等于或高于在以下情況下的性能，該情況是四分之一波片22包括所述的單片，直到在光束相對(duì)于光軸的入射角為4°的情況下，產(chǎn)生5波長(zhǎng)相位差的一延遲片和產(chǎn)生19/4(＝5-1/4)波長(zhǎng)相位差的一延遲片的一組合的厚度，并且直到在光束的入射角為8°的情況下，產(chǎn)生2波長(zhǎng)相位差的一延遲片和產(chǎn)生7/4(＝2-1/4)波長(zhǎng)相位差的一延遲片的一組合的厚度。在四分之一波片22為單片的情況下的性能相同，不管單片是由石英晶體還是由有機(jī)薄膜制成，所以，只要延遲片組合就有這樣的峰值，就能形成包括石英晶體延遲片組合的四分之一波片，其性能等于或高于目前使用的有機(jī)薄膜制成的延遲片。
圖9的曲線圖中示出使用有機(jī)薄膜做為四分之一波片22的模擬結(jié)果。計(jì)算條件與圖8中使用石英晶體延遲片作為模式的情況相同。圖9是光束波長(zhǎng)與四分之一波片22設(shè)計(jì)波長(zhǎng)相同情況下的曲線圖，圖10示出光束波長(zhǎng)為24nm、比設(shè)計(jì)波長(zhǎng)長(zhǎng)的情況下的模擬結(jié)果。
從圖9中可以看出，在有機(jī)薄膜的情況下，在有些相位差組合中能提高性能。而且，從圖10中可以看出，圖中示出即使在由于波長(zhǎng)不同于設(shè)計(jì)波長(zhǎng)造成平均值下降的情況下，性能最佳的厚度不改變。后一種情況實(shí)際上是重要的事實(shí)，因?yàn)閳D中示出即使相位差的優(yōu)選組合是由設(shè)計(jì)波長(zhǎng)確定，四分之一波片具有提高波長(zhǎng)不同于設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的光束性能的作用。
在圖8-10的曲線圖中，水平軸表示四分之一波片22的實(shí)際厚度；可是，為了消除由材料不同造成的外觀不同，圖12示出一曲線，該曲線示出產(chǎn)生某一相位差作為參考的所需要的厚度。曲線圖中，水平軸表示由構(gòu)成四分之一波片的兩延遲片41和42中間的較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量(產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量)。曲線圖是處在狀態(tài)Ss情況下的模擬結(jié)果，所以，水平軸表示由處在較靠近空間光調(diào)制器21的一側(cè)的第二延遲片42產(chǎn)生的相位差。四分之一波片22具有1/4波長(zhǎng)的相位差，所以在確定由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差時(shí)，就唯一地確定由較厚延遲片產(chǎn)生的相位差(產(chǎn)生較大絕對(duì)值的相位差量)。
圖11A-11E示出基于上述結(jié)果的第一延遲片41和第二延遲片42優(yōu)選組合。產(chǎn)生相位差為1個(gè)波長(zhǎng)的延遲片縮寫為1-波片。其他的薄膜用相同的方法縮寫。實(shí)際上，延遲片41和42的組合不需要象圖11A-11E示出的組合那樣精確的相同，即使由延遲片41和42產(chǎn)生的相位差與圖11A-11E的各種組合產(chǎn)生的相位差稍有不同，組合仍然具有足夠的性能。從如12的曲線圖中可以看出，第一峰值表示當(dāng)由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差為3/4(＝0.75)波長(zhǎng)時(shí)，峰值高于其他峰值，所以可以允許大約±0.3波長(zhǎng)的相位差的余量。此外，在由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差為7/4波長(zhǎng)、11/4波長(zhǎng)、15/4波長(zhǎng)和19/4波長(zhǎng)的情況下，可以允許大約±0.2波長(zhǎng)的相位差的余量。概括而言，在由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差在(0.75±0.3)波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，或者在(N-0.25±0.2)波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，假定N是2至5的整數(shù)(包括2和5)，能夠獲得等于或高于在四分之一波片包括單片的的情況下的性能(在由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差為0的情況下，在圖12中示出)。
上面描述了四分之一波片22的位置條件處于第一位置狀態(tài)Ss(參考圖3)的情況。其次，圖13-15示出其他三種位置狀態(tài)下的模擬結(jié)果。在圖13-15中，與圖12中的曲線情況一樣，水平軸表示相位差量，不考慮延遲片是由諸如石英晶體的晶體材料制成還是由有機(jī)薄膜制成。
圖13示出處在第二位置狀態(tài)Sp的情況下的計(jì)算結(jié)果(參考圖4)。在這種情況下，水平軸表示由處在較靠近PBS20的一側(cè)的第一延遲片41產(chǎn)生的相位差量。在Sp狀態(tài)，第一波峰顯示在產(chǎn)生1/2波長(zhǎng)相位差的較薄延遲片和產(chǎn)生3/4波長(zhǎng)相位差的較厚延遲片組合的時(shí)候?？梢垣@得等于或高于在四分之一波片22包括單片的情況下的性能，直到第5峰值為止。
圖14示出處在第三位置狀態(tài)Ps的情況下的計(jì)算結(jié)果(參考圖5)。在這種情況下，水平軸表示由處在較靠近PBS20的一側(cè)的第一延遲片41產(chǎn)生的相位差。在Ps狀態(tài)，第一波峰顯示在產(chǎn)生1波長(zhǎng)相位差的較薄延遲片和產(chǎn)生5/4波長(zhǎng)相位差的較厚延遲片組合的時(shí)候。可以獲得等于或高于在四分之一波片22包括單片的情況下的性能，直到第3峰值為止。
圖15示出處在第三位置狀態(tài)Pp的情況下的計(jì)算結(jié)果(參考圖6)。在這種情況下，水平軸表示由處在較靠近空間光調(diào)制器21的一側(cè)的第二延遲片42產(chǎn)生的相位差量。在Pp狀態(tài)，第一波峰顯示在產(chǎn)生1/4波長(zhǎng)相位差的較薄延遲片和產(chǎn)生1/2波長(zhǎng)相位差的較厚延遲片組合的時(shí)候。可以獲得等于或高于在四分之一波片22包括單片的情況下的性能，直到第5峰值為止。尤其在第一波峰能獲得極其高的性能。
在根據(jù)在圖12-15中所獲得的結(jié)果全面考慮每個(gè)狀態(tài)時(shí)，在除了狀態(tài)Ps的所有狀態(tài)下，與四分之一波片22包括單片的情況(由較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量為0)相比，在兩延遲片41和42組合情況下的第一峰足夠高，所以，能增加在實(shí)際形成延遲片41和42時(shí)的容差。第二和后面的峰都低于第一峰，因此容差減??；然而，通常直到第5峰，才能獲得比在四分之一波片包括單片情況下好的結(jié)果，所以，可以預(yù)料效果愈加改善。
圖16示出每個(gè)位置狀態(tài)特征和每個(gè)位置狀態(tài)中相位差的優(yōu)選量。相位差數(shù)量表示由產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差數(shù)量的延遲片產(chǎn)生的數(shù)量；然而，總相位差是1/4波長(zhǎng)，所以，由產(chǎn)生較大絕對(duì)值的延遲片產(chǎn)生的相位差被唯一確定。
如圖16所示，在Ss狀態(tài)下，由第二延遲片42產(chǎn)生的相位差數(shù)量?jī)?yōu)選在(0.75±0.3)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，或者在(N-0.25±0.2)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，假定N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
在Sp的狀態(tài)下，由第一延遲片41產(chǎn)生的相位差量?jī)?yōu)選在(0.5±0.4)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，或者在(N-0.5±0.3)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，假定N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
在Ps的狀態(tài)下，由第一延遲片41產(chǎn)生的相位差量?jī)?yōu)選在(N±0.2)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，假定N1至3的整數(shù)(包括1和3)。
在Pp的狀態(tài)下，由第二延遲片42產(chǎn)生的相位差量?jī)?yōu)選在大于0和小于或等于0.65波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，或者在(N-0.75±0.4)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，假定N是2至5的整數(shù)(包括2和5)。
結(jié)果，可以說(shuō)在各種位置狀態(tài)中的Pp狀態(tài)是最佳的；然而，如果全面考慮四種狀態(tài)，當(dāng)較薄延遲片產(chǎn)生的相位差量在大于0和小于或等于3/4波長(zhǎng)范圍內(nèi)和在1到3/2波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)選擇一些位置狀態(tài)能夠獲得高于在Pp狀態(tài)包括單片的四分之一波片22情況下的性能。換句話說(shuō)，在圖13和15中所示的A、B和C相位差范圍內(nèi)可以獲得特別高的性能。因此，當(dāng)全面考慮這些情況時(shí)，優(yōu)選范圍是大于0和小于或等于3/4波長(zhǎng)(范圍A和B)，和從1到3/2波長(zhǎng)(范圍C)。在沒有放置限制的情況下，在這些范圍內(nèi)的四分之一波片具有最佳性能。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，放置在PBS20和空間光調(diào)制器21之間校正偏振狀態(tài)的四分之一波片包括兩延遲片41和42，延遲片41和42被組合，以便可以根據(jù)位置狀態(tài)設(shè)定合適的相位差，所以，盡管四分之一波片22包括兩延遲片41和42，偏振狀態(tài)能適當(dāng)?shù)匦Ｕ叫阅艿扔诨蚋哂诎▎纹乃姆种徊ㄆ阅?，從而，能提高投影儀的圖像質(zhì)量。在這種情況下，不用改變傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)就能明顯地提高對(duì)比度。在光具有入射角的情況下性能改進(jìn)的效果顯著。因此，例如進(jìn)入空間光調(diào)制器21的照明通量角度變寬時(shí)，盡管要求各個(gè)光學(xué)裝置形狀變化，即使用傳統(tǒng)光源作為光源11和傳統(tǒng)空間光調(diào)制其作為空間光調(diào)制器21，也能提高亮度。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，并可以作出各種改進(jìn)。例如在上述的實(shí)施例中，作為投影儀結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，描述了對(duì)應(yīng)三原色使用三個(gè)空間光調(diào)制器21R、21G和21B的情況；然而，可以使用在其中僅用一個(gè)空間光調(diào)制器來(lái)分時(shí)控制三原色的顯示的結(jié)構(gòu)。此外，在上述實(shí)施例中，四分之一波片22用在投影儀中的情況作為示例；然而，上述由延遲片41和42產(chǎn)生的最佳相位差技術(shù)能夠應(yīng)用于用四分之一波片校正偏振狀態(tài)的其他任何裝置。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的投影儀中，放置在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間的四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差的第一和第二延遲片的組合，兩延遲片產(chǎn)生的相位差根據(jù)位置狀態(tài)被設(shè)定為適合的相位差量，所以，盡管四分之一波片包括兩延遲片的組合，四分之一波片也能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，而且性能等于或高于包括單片的四分之一波片的情況，所以，能提高圖像質(zhì)量。
而且，根據(jù)本發(fā)明放置延遲片的方法，放置在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間的四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的第一和第二延遲片的組合，兩延遲片產(chǎn)生的相位差設(shè)定為適于位置狀態(tài)的相位差量，所以，盡管四分之一波片包括兩延遲片的組合，四分之一波片能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，而且性能等于或高于四分之一波片包括單片的情況，所以，能改善圖像質(zhì)量。
此外，在放置根據(jù)本發(fā)明的延遲片的方法中，被放置在反射型空間光調(diào)制器和偏振選擇裝置之間的四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的第一和第二延遲片的組合，并且由這兩個(gè)延遲片產(chǎn)生的相位差根據(jù)位置狀態(tài)被設(shè)定為適合的相位差量，所以盡管四分之一波片包括兩延遲片的組合，在四分之一波片22用在投影儀等中的情況下，四分之一波片也能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，而且性能等于或高于四分之一波片包括單片的情況，從而，圖像可以得到改善。
而且，根據(jù)本發(fā)明的延遲片包括各產(chǎn)生不同相位差量的第一和第二延遲片，并且第一和第二延遲片被組合，使得延遲片的慢軸基本上互相垂直，從而延遲片的組合總共產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差量，并且由第一和第二延遲片中產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的延遲片產(chǎn)生的相位差量在大于0和小于或等于3/4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在1到3/2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所以，盡管延遲片包括兩延遲片的組合，在延遲片用于投影儀等情況下，延遲片能適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，同時(shí)性能等于或高于包括單片的延遲片的情況。
權(quán)利要求
1.一種投影儀，包括一反射型空間光調(diào)制器，通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一偏振選擇裝置，具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的偏振選擇面，在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；一四分之一波片，被放置在所述空間光調(diào)制器和所述偏振選擇裝置之間；和一投影裝置，投射由所述空間光調(diào)制器反射并由所述偏振選擇裝置選擇的光，以形成一圖像，其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上垂直于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上垂直于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在0.75±0.3波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.25±0.2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)，包括2和5。
2.一種投影儀，包括一反射型空間光調(diào)制器，通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一偏振選擇裝置，具有傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面，在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；一四分之一波片，被放置在所述空間光調(diào)制器和所述偏振選擇裝置之間；和一投影裝置，投射由所述空間光調(diào)制器反射并由所述偏振選擇裝置選擇的光，以形成一圖像，其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较颍龅谝谎舆t片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上平行于所述參考方向，所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上垂直于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的相位差量在0.5±0.4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.5±0.3波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)，包括2和5。
3.一種投影儀，包括一反射型空間光調(diào)制器，通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一偏振選擇裝置，具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面，在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；一四分之一波片，被放置在所述空間光調(diào)制器和所述偏振選擇裝置之間；和一投影裝置，投射由所述空間光調(diào)制器反射并由所述偏振選擇裝置選擇的光，以形成一圖像，其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上垂直于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上平行于參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在N±0.2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是1至3的整數(shù)，包括1和3。
4.一種投影儀，包括一反射型空間光調(diào)制器，通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一偏振選擇裝置，具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面，在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；一四分之一波片，被放置在所述空間光調(diào)制器和所述偏振選擇裝置之間；和一投影裝置，投射由所述空間光調(diào)制器反射并由所述偏振選擇裝置選擇的光，以形成一圖像，其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上平行于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上平行于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在大于0和小于或等于0.65波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.75±0.4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)，包括2和5。
5.一種放置一延遲片的方法，包括以下步驟在一空間光調(diào)制器和一偏振選擇裝置之間放置產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一四分之一波片，所述空間光調(diào)制器通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，和具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面的所述偏振選擇裝置在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上垂直于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上垂直于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在0.75±0.3波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.25±0.2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)，包括2和5。
6.一種放置一延遲片的方法，包括以下步驟在一空間光調(diào)制器和一偏振選擇裝置之間放置產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一四分之一波片，所述空間光調(diào)制器通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，和具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面的所述偏振選擇裝置在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上平行于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上垂直于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在0.5±0.4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.5±0.3波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)包括2和5。
7.一種放置一延遲片的方法，包括以下步驟在一空間光調(diào)制器和一偏振選擇裝置之間放置產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一四分之一波片，所述空間光調(diào)制器通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，和具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面的所述偏振選擇裝置在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上垂直于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上平行于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在N±0.2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是1至3的整數(shù)，包括1和3。
8.一種放置一延遲片的方法，包括以下步驟在一空間光調(diào)制器和一偏振選擇裝置之間放置產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一四分之一波片，所述空間光調(diào)制器通過(guò)控制一偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，和具有一傾斜于所述空間光調(diào)制器的一偏振選擇面的所述偏振選擇裝置在所述偏振選擇面上選擇入射光中一預(yù)定偏振分量的光，以使所述被選擇的光入射到所述空間光調(diào)制器中，并發(fā)射不同于在不同于所述入射光的入射方向的一方向上被所述空間光調(diào)制器調(diào)制和反射的光中所述預(yù)定偏振分量的一偏振分量的光；其中，所述四分之一波片包括各產(chǎn)生不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片按照從較靠近所述偏振選擇裝置一側(cè)的順序被放置和組合，使得它們的慢軸互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的相位差，和假定包括所述偏振選擇面的一法線和所述四分之一波片的一法線的一表面與所述四分之一波片的一片表面的相交線的方向?yàn)閰⒖挤较?，所述第一延遲片被放置在較靠近所述偏振選擇裝置的一側(cè)，使得其所述慢軸基本上平行于所述參考方向，并且所述四分之一波片的一慢軸被放置成基本上平行于所述參考方向，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在大于0和小于或等于0.65波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在N-0.75±0.4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這里N是2至5的整數(shù)，包括2和5。
9.一種延遲片，被放置在通過(guò)控制一偏振狀態(tài)調(diào)制入射光的一反射型空間光調(diào)制器的一入射側(cè)，并包括各產(chǎn)生一不同相位差量的一第一延遲片和一第二延遲片，所述第一和第二延遲片被放置和組合，使得它們的慢軸基本上互相垂直，因此，所述第一和第二延遲片的一組合產(chǎn)生大約1/4波長(zhǎng)的一相位差，其中，由在所述第一和第二延遲片之間產(chǎn)生一較小絕對(duì)值的相位差量的一延遲片產(chǎn)生的一相位差量在大于0和小于或等于3/4波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或在1至3/2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，包括1和3/2。
全文摘要
一種能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)和提高圖形質(zhì)量的投影儀、一種用于投影儀等并能適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)的延遲片和一種放置延遲片的方法。四分之一波片(22)被放置在反射型空間光調(diào)制器(21)和PBS(20)之間。四分之一波片(22)包括各產(chǎn)生不同相位差的第一延遲片(41)和第二延遲片(42)。根據(jù)位置狀態(tài)，由兩延遲片(41)、(42)產(chǎn)生的相位差被設(shè)定為適當(dāng)量的相位差，因此，盡管四分之一波片(22)包括兩延遲片的組合，四分之一波片(22)能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ駹顟B(tài)，同時(shí)，性能等于或高于四分之一波片包括單片的情況下的性能。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1685274SQ20038010002
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月7日
發(fā)明者巖井順一, 山本英樹 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社