專利名稱：反射元件及包括該反射元件的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影系統(tǒng)，其中，將投影儀發(fā)出的成像光投射在投影屏上從而在該投影屏上顯示圖像。更特別的是，本發(fā)明涉及一種反射元件，其充當(dāng)用于改變從投影儀發(fā)出的成像光的偏振態(tài)的偏振器，本發(fā)明還涉及包括該反射元件的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的投影系統(tǒng)通常如下將投影儀發(fā)出的成像光投射在投影屏上，觀眾觀察從投影屏反射的光所形成的圖像。
供這種常規(guī)投影系統(tǒng)中使用的反射投影屏的典型實(shí)例包括白色的紙張或織物材料，以及涂敷使白光散射的墨水的塑料膜。此外，現(xiàn)在商業(yè)上可用的用以控制成像光散射的較高質(zhì)量投影屏包括包含小珠或珠光顏料等的散射層。所有這些投影屏不具有偏振選擇性，因此，在包括這些投影屏的投影系統(tǒng)中，不需要控制成像光的偏振態(tài)。
另一方面，已知利用偏振光分離元件的偏振屏是與上述投影屏不同類型的投影屏(參見日本公開專利No.107660/1993)。這種偏振屏具有偏振選擇性，利用該偏振選擇性，該偏振屏選擇性地僅僅反射特定偏振態(tài)的光。因此，如果控制成像光的偏振態(tài)從而能夠通過光的偏振態(tài)來區(qū)別開成像光和諸如內(nèi)部照明光的外部光，那么甚至在明亮環(huán)境光的條件下也可以獲得極好的圖像質(zhì)量(特別是對(duì)比度)。
順便說一下，在將CRT(陰極射線管)或DMD(數(shù)字微反射鏡器件)的投影儀用于包括上述類型的偏振屏的投影系統(tǒng)中的情況下，由于從CRT或DMD發(fā)出的成像光是非偏振的，因此需要在投影儀的孔徑附近或該投影儀和偏振屏之間的光路上放置偏振控制元件(如用于控制成像光的偏振態(tài)的偏振器)，從而將非偏振成像光變?yōu)樘囟ㄆ駪B(tài)的偏振成像光。但是，如果這樣放置諸如偏振器的偏振控制元件，那么該偏振控制元件會(huì)吸收不需要的偏振光，并且這些不需要的偏振光不用作成像光。因此，使用偏振控制元件的不利之處在于投影儀不能顯示出其真實(shí)的性能，并且成像光的亮度減為一半。
另一方面，當(dāng)將液晶投影儀用作投影儀時(shí)，由于其在正常狀態(tài)下發(fā)出線偏振光，因此如果投影屏是反射線偏振光的這種類型，那么可以使用這種偏振屏。此外，即使當(dāng)使用反射圓偏振光等的類型的偏振屏?xí)r，如果使用四分之一波片，那么也可以在不降低成像光的亮度的情況下將所需偏振態(tài)的成像光投射在偏振屏上。
但是，當(dāng)將液晶投影儀用作投影儀時(shí)，即使不會(huì)引起成像光亮度的上述降低，也存在下面的問題。即，在大多數(shù)商業(yè)上可用的液晶投影儀中，在構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B))的各自的波長范圍中的光束(線偏振光)的偏振軸不相同(參見日本公開專利No.221449/2000)，因此，當(dāng)這些投影儀處于包括常規(guī)偏振屏的投影系統(tǒng)中時(shí)，不能使用它們，所述常規(guī)偏振屏反射在所有波長范圍中偏振軸相同的線偏振光束。在包括反射圓偏振光的偏振屏的投影系統(tǒng)中，在將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光之后使用該線偏振光。即使在這些投影系統(tǒng)中，由于線偏振光的偏振態(tài)在轉(zhuǎn)變之前不一致，因此很難使轉(zhuǎn)變之后的圓偏振光的旋光方向(右旋圓偏振光和左旋圓偏振光)一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在包括偏振屏的投影系統(tǒng)中使用的反射元件，其能夠?qū)⑼队皟x發(fā)出的成像光的偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧钠駪B(tài)而不降低該成像光的亮度，并且即使在明亮環(huán)境光的條件下也能夠使圖像對(duì)比度很高；本發(fā)明的目的也在于提供一種包括該反射元件的投影系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種作為實(shí)現(xiàn)上述目的的第一解決手段的反射元件，其包括第一反射層和第二反射層，該第一反射層僅僅選擇性地反射指定波長范圍內(nèi)的光并透射其它波長范圍內(nèi)的光，該第二反射層反射另一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該另一個(gè)波長范圍覆蓋了與該第一反射層所反射的光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍，該第一或第二反射層是在保持圓偏振光的偏振態(tài)的同時(shí)反射該圓偏振光的偏振保持反射層，而另一個(gè)反射層是在使圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的同時(shí)反射該圓偏振光的偏振反轉(zhuǎn)反射層。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，該第一和第二反射層優(yōu)選地是鏡面地反射圓偏振光的鏡面反射層。
此外，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，該第一反射層優(yōu)選地是用作偏振保持反射層的膽甾型反射層，而第二反射層優(yōu)選地是用作偏振反轉(zhuǎn)反射層的金屬或布拉格反射層。可替換的是，第一反射層可以是用作偏振反轉(zhuǎn)反射層的金屬或布拉格反射層，而第二反射層可以是用作偏振保持反射層的膽甾型反射層。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，該膽甾型反射層優(yōu)選地是由膽甾型液晶聚合物制成的層。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，優(yōu)選的是，將所述金屬反射層或者布拉格反射層形成為一個(gè)從其表面反射光的正面反射鏡。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，優(yōu)選的是，該第一反射層僅僅選擇性地反射綠色的波長范圍內(nèi)的光，而該第二反射層反射另一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該另一個(gè)波長范圍覆蓋了與該綠色的波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍?；蛘?，該第一反射層可以僅僅選擇性地反射在排除了綠色的波長范圍的波長范圍內(nèi)的光，而該第二反射層可以反射覆蓋了至少該綠色的波長范圍的波長范圍內(nèi)的光。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，優(yōu)選的是該第二反射層反射在整個(gè)可見光波長范圍內(nèi)的光。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，該第一和第二反射層可通過一個(gè)中間層而彼此疊置。在這種情況下，該中間層優(yōu)選地是使膽甾型液晶聚合物取向的取向膜(alignment film)。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第一解決手段中，優(yōu)選的是，該反射元件進(jìn)一步包括一個(gè)四分之一波長延遲層，其導(dǎo)致入射在第一反射層上的光發(fā)生等于該光波長的四分之一的相移。
本發(fā)明提供一種作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的的第二解決手段的投影系統(tǒng)，其包括發(fā)出成像光的投影儀、選擇性地僅反射從該投影儀發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)的光以便顯示圖像的偏振屏以及根據(jù)上述第一解決手段的反射元件(該反射元件不具有四分之一波長延遲層)，該反射元件放置在該投影儀和該偏振屏之間的光路上以反射從該投影儀發(fā)出的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上，其中該投影儀發(fā)出包含圓偏振光的成像光，其偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，該反射元件中的第一和第二反射層具有與從該投影儀發(fā)出的成像光中所包含的圓偏振光的偏振態(tài)和波長范圍相對(duì)應(yīng)的偏振特性和反射波長范圍，從而不管光的波長范圍如何，該圓偏振光的偏振態(tài)在從該第一和第二反射層反射之后都是一致的。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第二解決手段中，優(yōu)選的是，該投影儀包括一個(gè)發(fā)出包含線偏振光的成像光的投影儀主體，該線偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，該投影儀還包括一個(gè)放置在該投影儀主體和該反射元件之間的光路上的四分之一波片，用以將從該投影儀主體發(fā)出的成像光中所包含的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光。在這種情況下，該投影儀主體優(yōu)選地是液晶投影儀。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第二解決手段中，優(yōu)選的是，該反射元件被整體合并在投影儀中。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第二解決手段中，優(yōu)選的是，該投影儀系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)反射器，該反射器被放置在該反射元件和該偏振屏之間的光路上，用以反射從該反射元件反射的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上。
本發(fā)明提供一種作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的的第三解決手段的投影系統(tǒng)，其包括一個(gè)發(fā)出成像光的投影儀、選擇性地僅反射從該投影儀發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)的光以便顯示圖像的偏振屏以及根據(jù)上述第一解決手段的反射元件(該反射元件具有一個(gè)四分之一波長延遲層)，該反射元件被放置在該投影儀和該偏振屏之間的光路上以反射從該投影儀發(fā)出的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上，其中該投影儀發(fā)出包含線偏振光的成像光，其偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，該反射元件中的四分之一波長延遲層將該成像光中所包含的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，該反射元件中的第一和第二反射層具有與該反射元件所反射的成像光中所包含的圓偏振光的偏振態(tài)和波長范圍相對(duì)應(yīng)的偏振特性和反射波長范圍，從而不管光的波長范圍如何，該圓偏振光的偏振態(tài)在從該第一和第二反射層反射之后都是一致的。在這種情況下，該投影儀優(yōu)選地包括液晶投影儀。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第三解決手段中，優(yōu)選的是，該反射元件被整體合并在投影儀中。
而且，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的上述第三解決手段中，優(yōu)選的是，該投影儀系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)反射器，該反射器被放置在該反射元件和該偏振屏之間的光路上，用以反射從該反射元件反射的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上。
根據(jù)本發(fā)明，提供包括第一反射層和第二反射層的反射元件以作為用于反射從投影儀發(fā)出的成像光從而將其投射到偏振屏上的反射元件，所述第一反射層僅選擇性地反射在指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光并且透射不在該指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光，該第二反射層反射另一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該另一個(gè)波長范圍覆蓋了與該第一反射層所反射的圓偏振光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍。由此，從該第一和第二反射層反射所述指定波長范圍內(nèi)以及不同于該指定波長范圍內(nèi)的所述另一波長范圍內(nèi)的圓偏振光束。為此，可以將從投影儀發(fā)出的成像光的偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵撈衿吝x擇性地反射的光的那種偏振態(tài)，而幾乎不降低該成像光的亮度(光量)。因此，即使在明亮環(huán)境光的條件下，該偏振屏也可以比反射諸如內(nèi)部照明光效率更高地反射成像光，從而以高對(duì)比度來顯示圖像。
此外，根據(jù)本發(fā)明，所述第一或第二反射層在保持該圓偏振光的偏振態(tài)的同時(shí)反射圓偏振光，另一個(gè)反射層在使該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的同時(shí)反射圓偏振光，因此在從反射元件內(nèi)的第一和第二反射層反射之后，成像光的偏振態(tài)在所有波長范圍內(nèi)都是一致的。為此，即使當(dāng)使用商業(yè)上可用的液晶投影儀(三板型液晶投影儀，其發(fā)出具有指定偏振軸的綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束以及紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸與綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸垂直)和反射一種偏振態(tài)下的成像光而不管該光的波長范圍的常規(guī)偏振屏?xí)r，仍然可以將圖像正確地投影在屏上。


在附圖中，圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的實(shí)例的視圖，圖2是示出用在圖1中所示的投影系統(tǒng)中的反射元件的反射特性的實(shí)例的曲線圖，圖3示出用在圖1中所示的投影系統(tǒng)中的反射元件的反射特性的另一個(gè)實(shí)例的曲線圖，圖4是示出圖1中所示的投影系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例的視圖，圖5是示出圖1中所示的投影系統(tǒng)中所用的反射元件的另一個(gè)實(shí)例的橫截面圖，圖6是示出圖1中所示的投影系統(tǒng)中所用的反射元件的再一個(gè)實(shí)例的橫截面圖，圖7A和7B是說明圖6中所示的反射元件中包含的中間層的厚度與反射光所產(chǎn)生的光程差之間的關(guān)系的視圖，圖8是示出在圖1中所示的投影系統(tǒng)中使用的反射元件的又一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，圖9是示出圖1中所示的投影系統(tǒng)的一個(gè)修改的視圖，其中按照修改的方式固定該投影儀，圖10是顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的實(shí)例的視圖，圖11是顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例的視圖，圖12是顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的實(shí)例的視圖，圖13是顯示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例的視圖，圖14是示出圖12和13中所示的投影系統(tǒng)中使用的反射元件的另一個(gè)實(shí)例的橫截面圖，以及圖15A和15B是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)例的投影系統(tǒng)的各組成部分的布置的視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中將參考附圖描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)首先，參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的包括反射元件的投影系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。
如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的投影系統(tǒng)20是正面投影系統(tǒng)，在該投影系統(tǒng)中從正面投射成像光，該投影系統(tǒng)包括發(fā)出成像光的投影儀21、僅僅選擇性地反射從投影儀21發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)的光的反射偏振屏23以及放置在投影儀21和反射偏振屏23之間的光路上的反射元件10，該反射元件10用以反射從投影儀21發(fā)出的成像光并將其投射到反射偏振屏23上。
投影儀21發(fā)出包含圓偏振光的成像光，該圓偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，投影儀21包括液晶投影儀(投影儀主體)21a和四分之一波片22，該四分之一波片放置在液晶投影儀21a和反射元件10之間的光路上。如圖1中所示，四分之一波片22所放置的位置使得只有從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光透過該四分之一波片22，從反射元件10反射的成像光不會(huì)再次透過該四分之一波片22。
液晶投影儀21a發(fā)出包含線偏振光的成像光，該線偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變。也就是說，在一般的液晶投影儀中，通過與構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B))的各自的波長范圍相對(duì)應(yīng)的液晶單元來切換開(ON)和關(guān)(OFF)，因此，紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)的各自的波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸不必相同。有鑒于此，在本實(shí)施例中，像從商業(yè)上可獲得的一般液晶投影儀(三板型液晶投影儀)發(fā)出的成像光一樣，從液晶投影儀21a發(fā)出的成像光包含綠色(G)波長范圍內(nèi)的具有指定偏振軸的線偏振光束以及紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸與綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的指定偏振軸垂直。
四分之一波片22將從液晶投影儀21a發(fā)出的成像光中包含的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光。當(dāng)偏振軸彼此成直角的兩個(gè)線偏振光束透過四分之一波片22時(shí)，其中一個(gè)線偏振光束變?yōu)橛倚龍A偏振光，另一個(gè)線偏振光束變?yōu)樽笮龍A偏振光。原理上，當(dāng)四分之一波片22的慢軸與線偏振光束的偏振軸之間的角是45°時(shí)，該線偏振光束被轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光。因此，最后從投影儀21朝向反射元件10發(fā)出的成像光包含圓偏振光，該圓偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變(例如，綠色(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光，以及紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光)。由于需要四分之一波片22的每次相移都與構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B))的各自的波長范圍內(nèi)的光束的波長相匹配，因此優(yōu)選的是，四分之一波片22包括一個(gè)寬波長范圍的四分之一波長延遲層。對(duì)于這種寬波長范圍的四分之一波長延遲層，可以使用半波長延遲層和四分之一波長延遲層的組合、具有不同折射率的材料的組合、具有適合于寬波長范圍的延遲層的特性的材料等等。該寬波長范圍的四分之一波長延遲層可以具有板、膜等形狀。具體而言，例如可以在這里照原樣使用供圓偏振器中所用的延遲層。在將寬波長范圍的四分之一波長延遲層用于四分之一波片22的情況下，由于從線偏振光轉(zhuǎn)變而成的圓偏振光的橢圓電矢量變?yōu)閹缀趵硐氲膱A形，因此可通過反射元件10來以更高的確定性控制偏振光的轉(zhuǎn)變。
接著，下面將描述反射偏振屏23。
反射偏振屏23僅僅選擇性地反射從投影儀21發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)的光?？梢杂糜诜瓷淦衿?3的有吸收偏振層、利用由諸如DBEF的多層膜組成的線偏振光分離層的偏振屏、利用由膽甾型液晶組成的圓偏振光分離層的偏振屏等等。在該實(shí)施例中，由于從反射元件10反射并投射在反射偏振屏23上的成像光包含圓偏振光，因此優(yōu)選地將利用由膽甾型液晶組成的圓偏振光分離層的偏振屏等等用作反射偏振屏23。反射偏振屏23在這里選擇性地反射構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B))的所有波長范圍內(nèi)的一種偏振態(tài)的圓偏振光(例如左旋圓偏振光)。
接著，將描述反射元件10。
反射元件10包括位于成像光入射一側(cè)且作為第一反射層的膽甾型反射層11，和位于成像光入射一側(cè)的相反側(cè)(后側(cè))且作為第二反射層的金屬反射層12。膽甾型反射層11和金屬反射層12都疊置到襯底13上。
在這兩個(gè)反射層當(dāng)中，膽甾型反射層11是由通過使膽甾型液晶聚合獲得的膽甾型液晶聚合物制成的薄層，并且被設(shè)計(jì)成選擇性地僅僅反射指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光并透射不在該指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光。特別是，例如將膽甾型反射層11設(shè)計(jì)成僅僅選擇性地反射綠色(G)波長范圍內(nèi)的光，如圖2中所示(參見附圖標(biāo)記A)。膽甾型反射層11起到反射圓偏振光同時(shí)保持該圓偏振光的偏振態(tài)的層(稱作偏振保持反射層)的作用。具體來說，例如假定圓偏振光(例如左旋圓偏振光)入射在膽甾型反射層11上，層11照原樣反射該左旋圓偏振光。由于膽甾型反射層11反射僅僅沿一個(gè)方向旋光的圓偏振光(例如左旋圓偏振光)，因此需要預(yù)先確定入射在反射元件10上的成像光中包含的圓偏振光的旋光方向，以使得將從膽甾型反射層11反射的圓偏振光的旋光方向與膽甾型反射層11的偏振特性相匹配。
金屬反射層12是從多種金屬中選擇出的一個(gè)金屬層，并被設(shè)計(jì)成反射這樣一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該波長范圍覆蓋與膽甾型反射層11所反射的光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍。特別是，例如將金屬反射層12設(shè)計(jì)成反射整個(gè)可見光波長范圍內(nèi)的光，如圖2中所示(參見附圖標(biāo)記B)。金屬反射層12起到反射圓偏振光同時(shí)使該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的層的作用(稱作偏振反轉(zhuǎn)反射層)。特別是，例如假定圓偏振光(例如右旋圓偏振光)入射在金屬反射層12上，層12反射右旋圓偏振光，同時(shí)將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮龍A偏振光。當(dāng)線偏振光入射在金屬反射層12上時(shí)，不會(huì)發(fā)生上述偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。每當(dāng)金屬表面反射圓偏振光時(shí)，就使該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)。這樣，金屬反射層12可以由任何金屬制成。但是，由于將金屬反射層12用于投影系統(tǒng)，因此其優(yōu)選地是白色的(即，幾乎不引起依賴于波長的色散的層)。具體來說，例如在這里優(yōu)選地使用如銀、鋁或鉻的金屬。
盡管反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射不同顏色的波長范圍內(nèi)的光束，但是最重要的是，通過將最終從反射元件10反射的光束進(jìn)行合成而得到的光的依賴于波長的色散與光在入射到反射元件10之前的依賴于波長的色散幾乎相同。也就是說，當(dāng)投影儀21中的液晶投影儀21a通常是白色時(shí)，從反射元件10反射的光必須也是白色的。顏色平衡受到由反射元件10反射的各種顏色的波長范圍、各種顏色的反射率、液晶投影儀21a的波長色散等等的影響。因此，根據(jù)對(duì)這些因素的考慮可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這種平衡。典型的是，藍(lán)色(B)、綠色(G)和紅色(R)的波長范圍優(yōu)選地分別是從400到500nm、從500到570nm以及從570到800nm。此外，優(yōu)選的是，不管光的顏色如何，都以相同的反射率反射這些光。在這種情況下，根據(jù)光的入射角將膽甾型反射層11的反射波長范圍移動(dòng)到較短的波長一側(cè)(稱作“藍(lán)移”)。因此，當(dāng)按照使光斜入射到反射元件10上的方式來放置該反射元件時(shí)，需要考慮上述藍(lán)移來對(duì)膽甾型反射層11進(jìn)行設(shè)計(jì)。
另外，為了保持投射在反射偏振屏23上的成像光的清晰度，優(yōu)選地將反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12形成為鏡面地反射圓偏振光的鏡面反射層。此外，優(yōu)選的是，膽甾型反射層11和金屬反射層12被形成為具有平面的反射鏡面的平面鏡面反射層，從而使其沿同一方向反射成像光。而且，優(yōu)選的是，將金屬反射層12形成為正面反射鏡，其將光從其表面反射(表面部分的厚度是幾微米)。通過如上所述形成這兩個(gè)反射層，可以使得作為第二反射層的金屬反射層12反射的成像光的光程與作為第一反射層的膽甾型反射層11反射的成像光的光程之差最小。
在如圖1中所示的投影系統(tǒng)20中，可以自由選擇從投影儀21發(fā)出的成像光入射在反射元件10上的角，并且可以按照任何位置關(guān)系來設(shè)置投影儀21和反射元件10。具體來說，例如如果使成像光入射在反射元件10上的角很大(例如，90°)，那么可以按照如圖9中所示的方式將投影儀21(液晶投影儀21a和四分之一波片22)附著到墻壁25上，來代替將其放置在地板上或者從天花板懸吊下來。
在如圖1中所示的投影系統(tǒng)20中，優(yōu)選的是，從光源(圖中未示出)發(fā)出的用于照射反射偏振屏23的照明光主要包含不由反射偏振屏23反射的偏振光分量。但是，所述光源不限于這種類型，當(dāng)然也可以使用發(fā)出非偏振照明光的普通光源。
接著，將要描述具有上述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的投影系統(tǒng)20的操作。通過參考下面的情況進(jìn)行解釋，其中在投影系統(tǒng)20中，從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光包含具有指定偏振軸的綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束以及紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸分別垂直于綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸，并且，其中由反射偏振屏23選擇性地反射的成像光是紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光束。
在如圖1中所示的投影系統(tǒng)20中，從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光首先透過四分之一波片22，該成像光中的紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍中的對(duì)應(yīng)的線偏振光束變?yōu)閳A偏振光束。此時(shí)，四分之一波片22的慢軸與液晶投影儀21a發(fā)出的線偏振光的偏振軸形成45°角。因此，綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光變?yōu)樽笮龍A偏振光，而紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光變?yōu)橛倚龍A偏振光。
此后，透過四分之一波片22的成像光(綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光，以及紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光)進(jìn)入反射元件10，并從該元件反射。這里假定反射元件10中的膽甾型反射層11反射綠(G)波長范圍內(nèi)的光，反射元件10中的金屬反射層12反射覆蓋紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍的整個(gè)可見光范圍。
在這種情況下，入射在反射元件10上的成像光中的綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光照原樣從膽甾型反射層11反射。另一方面，紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光束透過膽甾型反射層11，而不會(huì)從該層反射；這些光束在從該層反射的同時(shí)由金屬反射層12轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮龍A偏振光。因此，在從反射元件10反射之后，紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的所有光束都是左旋圓偏振光束，這樣，圓偏振光的偏振態(tài)在所有波長范圍內(nèi)都一致。
在紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)所有波長范圍內(nèi)都一致的成像光的偏振態(tài)(左旋圓偏振光)與反射偏振屏23選擇性地反射的成像光的偏振態(tài)相同。因此，反射偏振屏23可以比諸如內(nèi)部照明光的外部光更有效率地反射該成像光，從而顯示出明亮和清晰的圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提供包括膽甾型反射層11和金屬反射層12的反射元件10作為用于反射從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光以便將其投射到反射偏振屏23上的反射元件，該膽甾型反射層11選擇性地僅僅反射指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光并透射不在該指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光，該金屬反射層12反射這樣一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該波長范圍覆蓋了與膽甾型反射層11所反射的圓偏振光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍，由此從膽甾型反射層11和金屬反射層12反射在所述指定波長范圍內(nèi)以及不同于該指定波長范圍的波長范圍內(nèi)的圓偏振光。為此，可以將從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光的偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫@樣一種偏振態(tài)，這種偏振態(tài)下的光能夠被反射偏振屏23選擇性地反射，而幾乎不會(huì)降低該成像光的亮度(光量)。因此，即使在明亮環(huán)境光的條件下，反射偏振屏23也能夠比諸如內(nèi)部照明光的外部光更有效率地反射該成像光，從而以高對(duì)比度顯示圖像。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，膽甾型反射層11反射圓偏振光，同時(shí)保持該圓偏振光的偏振態(tài)，金屬反射層12反射圓偏振光，同時(shí)將該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)，因此，該成像光的偏振態(tài)在從反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射之后在所有波長范圍內(nèi)都是一致的。為此，即使在將商業(yè)上可用的液晶投影儀(三板型液晶投影儀，其發(fā)出具有指定偏振軸的綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束以及紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸分別垂直于綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸)用作投影儀21中的液晶投影儀21a時(shí)，并且將不管光的波長范圍如何都反射一種偏振態(tài)下的成像光的常規(guī)反射偏振屏用作反射偏振屏23時(shí)，也可以將圖像正確地投射在反射偏振屏23上。
盡管在上述第一實(shí)施例中將金屬反射層12用作后側(cè)的第二反射層，但是也可以使用任何其它層，只要其是上述偏振反轉(zhuǎn)型的層，并且能夠反射這樣一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該波長范圍覆蓋了與作為第一反射層的膽甾型反射層11所反射的光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍。特別是，可以使用由多層電介質(zhì)膜制成的布拉格反射層，其能夠通過例如用不同折射率的薄膜疊置而獲得。在這里可以使用任何布拉格反射層，比如商業(yè)上可用的干涉濾光片、帶通濾光片或分色鏡，只要其基于布拉格反射原理。在這種情況下，盡管可以將布拉格反射層設(shè)計(jì)成反射整個(gè)可見光范圍內(nèi)的光，如圖2中所示(參見附圖標(biāo)記B)，但是如果將膽甾型反射層11設(shè)計(jì)成僅僅選擇性地反射綠(G)波長范圍內(nèi)的光(參見附圖標(biāo)記A)，那么也可以將該布拉格反射層設(shè)計(jì)成僅僅選擇性地反射不同于綠(G)波長范圍的波長范圍內(nèi)的光(紅(R)和藍(lán)(B)的波長范圍內(nèi)的光)，如圖3中所示。
此外，盡管參考膽甾型反射層11僅僅選擇性地反射綠(G)波長范圍內(nèi)的光的這種情況描述了第一實(shí)施例，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用于膽甾型反射層11選擇性地反射在不同于綠(G)波長范圍的波長范圍內(nèi)的光(例如，紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的光)的情況。
而且，在上述第一實(shí)施例中，從反射元件10反射的成像光直接被投射到反射偏振屏23上。但是，如圖4中所示，可以在反射元件10和反射偏振屏23之間的光路上放置一個(gè)用于反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的成像光束的反射器24，從而反射從反射元件10反射的成像光，并將其投射到反射偏振屏23上。在這種情況下，必須使從反射器24反射并投射到反射偏振屏23上的成像光的偏振態(tài)與反射偏振屏23選擇性地反射的成像光的偏振態(tài)相同。為此，當(dāng)把在反射從反射元件10所反射的圓偏振光的同時(shí)使該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的金屬或布拉格反射層用作反射器24時(shí)，必須將選擇性地反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光的這種類型的屏用作反射偏振屏23。另一方面，當(dāng)把在反射從反射元件10反射的圓偏振光的同時(shí)保持該圓偏振光的偏振態(tài)的膽甾型反射層用作反射器24時(shí)，可以使用像上述反射偏振屏23一樣選擇性地反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光的這種類型的屏。在具有如圖1中所示的構(gòu)造的投影系統(tǒng)20中，由于成像光僅僅從反射元件10反射一次，因此該成像光沿著與投影儀21發(fā)出該成像光的方向相反的方向行進(jìn)。因此，按照不同于常規(guī)正面投影系統(tǒng)的位置關(guān)系來設(shè)置投影儀21和反射偏振屏23。另一方面，在具有如圖4中所示的構(gòu)造的投影系統(tǒng)20中，由于兩次反射成像光(即從反射元件10反射和從反射器24反射)，因此按照與常規(guī)正面投影系統(tǒng)相同的位置關(guān)系來設(shè)置投影儀21和反射偏振屏23。
而且，盡管在上述第一實(shí)施例中將膽甾型反射層11和金屬反射層12疊置到襯底13上，但是如圖5中所示，反射元件10也可以只由膽甾型反射層11和金屬反射層12組成，而沒有襯底13。
而且，盡管在上述第一實(shí)施例中膽甾型反射層11和金屬反射層12彼此直接疊置，但是如圖6中所示，可以通過如基底材料或壓敏膠粘劑層的中間層14來疊置這兩層。
這里優(yōu)選的是，膽甾型反射層11和金屬反射層12被定位成基本上彼此接近。這是因?yàn)槿绻麑⑾鄬?duì)較厚的中間層放置在這兩層(膽甾型反射層11和金屬反射層12)之間，那么存在這樣一種可能性，即在從膽甾型反射層11反射的光的光程和從金屬反射層12反射的光的光程之間產(chǎn)生很大的光程差，如圖7B中所示，從而導(dǎo)致這樣一種現(xiàn)象，即投射到反射偏振屏23上的三原色的圖像不完全疊加。因此，優(yōu)選地將一個(gè)最外表面是反射面的正面反射鏡用作反射元件10中的金屬反射層12，并且優(yōu)選的是將膽甾型反射層11直接疊置到該反射表面上。優(yōu)選地進(jìn)行真空淀積、直接涂覆、不使用壓敏膠粘劑層的轉(zhuǎn)印涂覆等工藝來將膽甾型反射層11直接疊置到金屬反射層12上。
另一方面，當(dāng)將被放置在膽甾型反射層11和金屬反射層12之間的中間層14非常薄時(shí)，其幾乎不影響光程差，如圖7A中所示。因此，可以放置所需的中間層14，只要其厚度是100微米或更小，優(yōu)選地50微米或更小，更優(yōu)選地5微米或更小。特別是，例如可以使用具有增強(qiáng)膠粘性質(zhì)的功能的層、能夠提供在施加材料時(shí)所需的可濕性的層或者用作保護(hù)層的層來作為中間層14。在通過將膽甾型液晶直接施加到金屬反射層12上而形成膽甾型反射層11的情況下，優(yōu)選地利用使膽甾型液晶聚合物取向的取向膜作為中間層14?？梢詫⑼ǔＳ迷谝壕э@示器中的任一種常規(guī)取向膜(比如經(jīng)歷摩擦處理的聚酰亞胺或PVA(聚乙烯醇)膜)或者經(jīng)歷光學(xué)取向處理的光學(xué)取向膜用作該取向膜。
而且，盡管在上述第一實(shí)施例中與投影儀21分開地提供反射元件10，但是反射元件10也可以整體合并在投影儀21中。
而且，盡管在上述第一實(shí)施例中膽甾型反射層11由一個(gè)反射所需波長范圍內(nèi)的光的膽甾層組成，但是，該層也可以由例如反射不同波長范圍內(nèi)的光的許多膽甾型液晶層(第一膽甾層11a和第二膽甾層11b)組成，如圖8所示。
(第二實(shí)施例)在下文中將參考圖10和11描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。本發(fā)明的第二實(shí)施例基本上與圖1至9中所示的第一實(shí)施例相同，除了在第二實(shí)施例中的反射元件在疊置方面與第一實(shí)施例有所不同之外。在圖1至9和圖10-11中，相同的附圖標(biāo)記表示相同部件，對(duì)第二實(shí)施例的下列描述不再重復(fù)已經(jīng)詳細(xì)描述過的這些部件。
在圖1至9所示的第一實(shí)施例的投影系統(tǒng)20的反射元件10中，提供用作偏振保持反射層的膽甾型反射層11作為入射側(cè)的第一反射層，并提供用作偏振反轉(zhuǎn)反射層的金屬反射層12作為背面一側(cè)的第二反射層。但是，對(duì)于反射元件10的要求僅僅是第一或第二反射層中之一是偏振保持反射層，而另一個(gè)反射層是偏振反轉(zhuǎn)反射層。因此，反射元件10可以由作為入射側(cè)的第一反射層而提供的偏振反轉(zhuǎn)反射層和作為背面一側(cè)的第二反射層而提供的偏振保持反射層組成。
特別是，例如可以提供布拉格反射層12′(即偏振反轉(zhuǎn)反射層)作為入射側(cè)的第一反射層，并提供膽甾型反射層11(即偏振保持反射層)作為背面一側(cè)的第二反射層，該布拉格反射層12′僅僅選擇性地反射指定波長范圍內(nèi)(例如紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的光)并透射其它波長范圍內(nèi)的光，該膽甾型反射層11反射與布拉格反射層12′所反射的光的指定波長范圍不同的波長范圍內(nèi)的光(例如綠(G)波長范圍內(nèi)的光)。
現(xiàn)在，在下面將要描述具有上述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的投影系統(tǒng)20的操作。通過參考下面的情況進(jìn)行解釋，其中在投影系統(tǒng)20中，從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光包含各自具有指定偏振軸的紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束以及綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述綠色(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸垂直于紅色(R)和藍(lán)色(B)波長范圍內(nèi)的光束的各自的偏振軸，并且其中由反射偏振屏23選擇性地反射的成像光是紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光束。
在如圖10中所示的投影系統(tǒng)20中，從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光首先透過四分之一波片22，從而成像光中的紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的對(duì)應(yīng)的線偏振光束變?yōu)閳A偏振光束。此時(shí)，四分之一波片22的慢軸與液晶投影儀21a發(fā)出的線偏振光的偏振軸形成45°角。因此，紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束變?yōu)橛倚龍A偏振光束，綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束變?yōu)樽笮龍A偏振光束。
此后，透過四分之一波片22的成像光(紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光，以及綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光)進(jìn)入反射元件10，并從該元件反射。這里假定反射元件10中的布拉格反射層12′反射紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的光束，而反射元件10中的膽甾型反射層11反射綠(G)波長范圍的內(nèi)的光。
在這種情況下，入射在反射元件10上的成像光中的紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光束由布拉格反射層12′變?yōu)樽笮龍A偏振光束，同時(shí)從該層反射。另一方面，綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光透過布拉格反射層12′但不從該層反射，然后照原樣從膽甾型反射層11反射。因此，在從反射元件10反射之后，紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的所有光束都是左旋圓偏振光，這樣，圓偏振光的偏振態(tài)在所有波長范圍內(nèi)都一致。
在所有紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)都已變得一致的成像光的偏振態(tài)(左旋圓偏振光)與反射偏振屏23選擇性地反射的成像光的偏振態(tài)相同。因此，反射偏振屏23可以比諸如內(nèi)部照明光的外部光更有效率地反射該成像光，從而顯示明亮和清晰的圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供包括布拉格反射層12′和膽甾型反射層11的反射元件10作為用于反射從投影儀21中的液晶投影儀21a發(fā)出的成像光以便將其投射到反射偏振屏23上的反射元件，該布拉格反射層12′僅僅選擇性地反射指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光并透射不在該指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光，該膽甾型反射層11反射這樣一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該波長范圍覆蓋了與布拉格反射層12′所反射的圓偏振光束的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍，由此從布拉格反射層12′和膽甾型反射層11反射在所述指定波長范圍內(nèi)以及不同于該指定波長范圍的波長范圍內(nèi)的圓偏振光。因此，即使在明亮環(huán)境光的條件下，也能夠以高對(duì)比度顯示圖像，如上述第一實(shí)施例中一樣。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，布拉格反射層12′反射圓偏振光，同時(shí)將該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)，膽甾型反射層11反射圓偏振光，同時(shí)保持該圓偏振光的偏振態(tài)，因此，該成像光的偏振態(tài)在從反射元件10中的布拉格反射層12′和膽甾型反射層11反射之后在所有波長范圍內(nèi)都是一致的。因此，如本發(fā)明的上述第一實(shí)施例一樣，可以正確地投射圖像。
盡管在上述第二實(shí)施例中將反射元件10反射的成像光直接投射到反射偏振屏23上，但是如圖11中所示，可以如上述第一實(shí)施例一樣在反射元件10和反射偏振屏23之間的光路中放置反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的成像光束的反射器24，由此反射從反射元件10反射的成像光從而將其投射到反射偏振屏23上。
(第三實(shí)施例)在下文將參考圖12和13描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。本發(fā)明的第三實(shí)施例基本上與圖1至9中所示的第一實(shí)施例相同，除了在第三實(shí)施例中的反射元件在疊置方面與第一實(shí)施例有所不同之外，即第三實(shí)施例中的投影儀不包含四分之一波片，并且該第三實(shí)施例中的反射偏振屏是反射線偏振光的類型。在圖1至9和圖12-13中，相同的附圖標(biāo)記表示相同部件，對(duì)第三實(shí)施例的下面描述不再重復(fù)已經(jīng)詳細(xì)描述過的這些部件。
如圖12中所示，在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的投影系統(tǒng)20中，投影儀21僅僅由液晶投影儀21a組成，而不具有如圖1中所示的四分之一波片。反射元件10除了包括疊置到襯底13上的膽甾型反射層11和金屬反射層12之外，還包括四分之一波長延遲層15，其導(dǎo)致入射在位于入射側(cè)的膽甾層11上的光發(fā)生相移，該相移等于光的四分之一波長。反射偏振屏23是選擇性地反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的類型。
反射元件10中所包含的四分之一波長延遲層15具有與圖1中所示的四分之一波片22相同的功能，其將從液晶投影儀21a(投影儀21)發(fā)出的成像光中包含的線偏振光變?yōu)閳A偏振光。與四分之一波片22一樣，需要四分之一波長延遲層15的每次相移都與構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B))的各自波長范圍內(nèi)的光束的波長相匹配，因此優(yōu)選的是將四分之一波長延遲層15形成為寬波長范圍的四分之一波長延遲層?？梢詫氩ㄩL延遲層和四分之一波長延遲層的組合、具有不同折射率的材料的組合、具有適合于寬波長范圍的延遲層的特性的材料等等用作寬波長范圍的四分之一波長延遲層。該寬波長范圍的四分之一波長延遲層可以具有板、膜等形式。特別是，例如可以在這里照原樣使用供圓偏振器中所用的延遲層。在將寬波長范圍的四分之一波長延遲層用作四分之一波長延遲層15的情況下，從線偏振光轉(zhuǎn)變而來的圓偏振光的橢圓電矢量變?yōu)閹缀趵硐氲膱A形，因此可通過反射元件10以更高的確定性控制偏振光的轉(zhuǎn)變。
接著，下面將要描述具有上述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的投影系統(tǒng)20的操作?，F(xiàn)在通過參考下面的情況進(jìn)行解釋，其中在投影系統(tǒng)20中，從液晶投影儀21a(投影儀21)發(fā)出的成像光包含具有指定偏振軸的綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束以及紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束，所述紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸分別垂直于綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束的偏振軸，并且其中反射偏振屏23選擇性地反射的成像光是紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光束。
在如圖12中所示的投影系統(tǒng)20中，從液晶投影儀21a(投影儀21)發(fā)出的成像光首先透過反射元件10中的四分之一波長延遲層15，由此將該成像光中的紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍中的對(duì)應(yīng)的線偏振光束變?yōu)閳A偏振光束。此時(shí)，反射元件10中的四分之一波長延遲層15的慢軸與液晶投影儀21a(投影儀21)發(fā)出的線偏振光的偏振軸形成45°角。因此，綠(G)波長范圍內(nèi)的線偏振光束變?yōu)樽笮龍A偏振光束，而紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的線偏振光變?yōu)橛倚龍A偏振光。
此后，透過反射元件10中的四分之一波長延遲層15的成像光(綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光，以及紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光)進(jìn)入反射元件10中的膽甾型反射層11，并從該層11和位于膽甾型反射層11后面的金屬反射層12反射。這里假定反射元件10中的膽甾型反射層11反射綠(G)波長范圍內(nèi)的光，而反射元件10中的金屬反射層12反射紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的光束。
在這種情況下，入射在反射元件10中的膽甾型反射層11上的成像光中的綠(G)波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光照原樣從膽甾型反射層11反射。另一方面，紅(R)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的右旋圓偏振光透過膽甾型反射層11，而不會(huì)從該層反射；這些光束在從金屬反射層12反射時(shí)由該層變?yōu)樽笮龍A偏振光束。因此，在從反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射之后，紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的所有光束都是左旋圓偏振光，這樣，可以使圓偏振光的偏振態(tài)在從反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射之后在所有波長范圍內(nèi)都一致。
從反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射的圓偏振光在朝反射偏振屏23行進(jìn)時(shí)按照上述方式再次透過反射元件10中的四分之一波長延遲層15，并變?yōu)榫€偏振光。但是，由于該圓偏振光透過四分之一波長延遲層15之前其偏振態(tài)是相同的，因此透過四分之一波長延遲層15的線偏振光的偏振態(tài)(偏振軸)也是相同的。
在紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)所有波長范圍內(nèi)都一致的成像光的偏振態(tài)(線偏振光)與反射偏振屏23選擇性地反射的成像光的偏振態(tài)(線偏振光)相同。因此，如果使得反射偏振屏23的光軸與投射在反射偏振屏23上的線偏振光的偏振軸相同，那么反射偏振屏23可以比諸如內(nèi)部照明光的外部光更有效率地反射該成像光，從而顯示明亮和清晰的圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，提供除了包括膽甾型反射層11和金屬反射層12之外還包括四分之一波長延遲層15的反射元件10作為用于反射從液晶投影儀21a(投影儀21)發(fā)出的成像光以便將其投射到反射偏振屏23上的反射元件，由此從膽甾型反射層11和金屬反射層12反射在所述指定波長范圍內(nèi)以及不同于該指定波長范圍的波長范圍內(nèi)的圓偏振光，并且該四分之一波長延遲層15將該成像光的偏振態(tài)從線偏振光變?yōu)閳A偏振光并且反之亦然。因此，盡管投影儀21不具有四分之一波片，但是在明亮環(huán)境光的條件下仍然能夠以高對(duì)比度顯示圖像，如上述第一實(shí)施例中所述的那樣。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，膽甾型反射層11反射圓偏振光，同時(shí)保持該圓偏振光的偏振態(tài)，金屬反射層12反射圓偏振光，同時(shí)將該圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)，因此，該成像光的偏振態(tài)在從反射元件10中的膽甾型反射層11和金屬反射層12反射之后在所有波長范圍內(nèi)都是一致的。因此，如上述第一實(shí)施例那樣，可以正確地投射圖像。
盡管在上述第三實(shí)施例中將從反射元件10反射的成像光直接投射到反射偏振屏23上，但是，也可以在反射元件10和反射偏振屏23之間的光路上放置一個(gè)反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)波長范圍內(nèi)的成像光束的反射器24，從而反射從反射元件10反射的成像光束以便將其投射到反射偏振屏23上。
此外，盡管在上述第三實(shí)施例中四分之一波長延遲層15與反射元件10中的膽甾型反射層11分開放置，但是也可以將其靠近反射元件10中的膽甾型反射層11疊置，如圖14所示。
實(shí)例下面給出本發(fā)明的上述第一實(shí)施例的特定實(shí)例。
(實(shí)例)將用于僅僅選擇性地反射綠色波長范圍內(nèi)的光的膽甾型反射膜(膽甾型反射層)熱轉(zhuǎn)印到一個(gè)表面涂鋁的反射鏡(金屬反射層)上以進(jìn)行疊置，由此獲得一個(gè)反射元件。該表面涂鋁的反射鏡和膽甾型反射膜被形成為能夠鏡面地反射光的鏡面反射層。
這里所用的膽甾型反射膜是在PET襯底(由日本Toray Industries有限公司生產(chǎn)的定向PET膜“T60”)上形成的厚度為2.5微米的膽甾型反射膜。使用膽甾型液晶聚合物來形成該膽甾型反射膜。該膽甾型反射膜具有520至560nm的反射波長范圍，并且具有90％的反射率。
將在PET襯底上這樣形成的膽甾型反射膜疊置到表面涂鋁的反射鏡上，該膽甾型反射膜與表面涂鋁的反射鏡的反射表面緊密接觸；在150℃下向該疊置結(jié)構(gòu)施加壓力；然后剝?nèi)ピ揚(yáng)ET襯底，由此將該膽甾型反射膜轉(zhuǎn)印到表面涂鋁的反射鏡上。
此后，如圖15A中所示，將按照上述方式生產(chǎn)的由表面涂鋁的反射鏡和膽甾型反射膜組成的反射元件與液晶投影儀(由日本SeikoEpson公司制造的ELP-52)、寬波長范圍四分之一波長延遲膜(由日本JSR公司制造)以及反射偏振屏相組合，從而組裝該實(shí)例中的投影系統(tǒng)。將利用膽甾型液晶的圓偏振光分離層用于反射偏振屏。更具體來說，將能夠選擇性地反射構(gòu)成成像光的三原色(紅(R)波長范圍570-800nm，綠(G)波長范圍500-570nm，藍(lán)(B)波長范圍400至500nm)的所有波長范圍內(nèi)的左旋圓偏振光束的白色屏用作反射偏振屏。將普通的熒光燈用作照明光源。
所述寬波長范圍四分之一波長延遲膜以及由表面涂鋁的反射鏡和膽甾型反射膜組成的反射元件如圖15B中所示那樣設(shè)置，該寬波長范圍四分之一波長延遲膜在幾乎與從液晶投影儀發(fā)出成像光的方向相垂直的方向上固定，該膽甾型反射膜面向該寬波長范圍四分之一波長延遲膜。此外，該反射元件相對(duì)于該寬波長范圍四分之一波長延遲膜傾斜15°角，并且該反射元件和寬波長范圍四分之一波長延遲膜彼此分開100mm設(shè)置。該反射元件和寬波長范圍四分之一波長延遲膜的尺寸(圓形部分的直徑)分別是100mm和50mm。
(比較實(shí)例)將不具有反射元件的偏振投影系統(tǒng)作為比較實(shí)例中的投影系統(tǒng)，其中，將液晶投影儀發(fā)出的成像光通過寬波長范圍四分之一波長延遲膜直接投射到反射偏振屏上。
(評(píng)估結(jié)果)在按照上述方式組裝的實(shí)例的投影系統(tǒng)中，將液晶投影儀發(fā)出的成像光通過所述反射元件投射在反射偏振屏上。已經(jīng)確認(rèn)，投射到其上的成像光的亮度大約是在不具有反射元件的比較實(shí)例的投影系統(tǒng)中投射到反射偏振屏上的成像光亮度的1.7倍。還已經(jīng)確認(rèn)，在熒光燈照明的明亮房間中，在所述實(shí)例的投影系統(tǒng)中獲得的圖像對(duì)比度是比較實(shí)例的投影系統(tǒng)中獲得的圖像對(duì)比度的1.6倍，因此在所述實(shí)例的投影系統(tǒng)中，在投影屏上觀察到明亮和清晰的圖像。
權(quán)利要求
1.一種反射元件，包括第一反射層，該第一反射層僅僅選擇性地反射指定波長范圍內(nèi)的光并透射其它波長范圍內(nèi)的光；以及第二反射層，該第二反射層反射另一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該另一個(gè)波長范圍覆蓋了與該第一反射層所反射的光的指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍，其中該第一反射層或者第二反射層是在保持圓偏振光的偏振態(tài)的同時(shí)反射該圓偏振光的偏振保持反射層，而另一個(gè)反射層是在使圓偏振光的偏振態(tài)反轉(zhuǎn)的同時(shí)反射該圓偏振光的偏振反轉(zhuǎn)反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一和第二反射層是鏡面地反射圓偏振光的鏡面反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一反射層是用作偏振保持反射層的膽甾型反射層，而所述第二反射層是用作偏振反轉(zhuǎn)反射層的金屬反射層或布拉格反射層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一反射層是用作偏振反轉(zhuǎn)反射層的布拉格反射層，而所述第二反射層是用作偏振保持反射層的膽甾型反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的反射元件，其中所述膽甾型反射層是由膽甾型液晶聚合物制成的層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的反射元件，其中將所述金屬反射層或布拉格反射層形成為正面反射鏡，該正面反射鏡從其表面反射光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一反射層僅僅選擇性地反射綠色波長范圍內(nèi)的光，而所述第二反射層反射另一個(gè)波長范圍內(nèi)的光，該另一個(gè)波長范圍覆蓋了與綠色波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一反射層僅僅選擇性地反射除綠色波長范圍之外的波長范圍內(nèi)的光，而所述第二反射層反射覆蓋了至少綠色波長范圍的一個(gè)波長范圍內(nèi)的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第二反射層反射在整個(gè)可見光波長范圍內(nèi)的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述第一和第二反射層通過一個(gè)中間層而彼此疊置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其中所述中間層是用于使膽甾型液晶聚合物取向的取向膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，進(jìn)一步包括一個(gè)四分之一波長延遲層，其導(dǎo)致入射在所述第一反射層上的光發(fā)生等于該光波長的四分之一的相移。
13.一種投影系統(tǒng)，包括一個(gè)投影儀，其發(fā)出成像光；一個(gè)偏振屏，其僅僅選擇性地反射從該投影儀發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)下的光以便顯示圖像；以及根據(jù)權(quán)利要求1的反射元件，其被放置在該投影儀和該偏振屏之間的光路上，以便反射從該投影儀發(fā)出的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上，其中該投影儀發(fā)出包含圓偏振光的成像光，所述圓偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，并且該反射元件中的第一和第二反射層具有與從該投影儀發(fā)出的成像光中所包含的圓偏振光的偏振態(tài)和波長范圍相對(duì)應(yīng)的偏振特性和反射波長范圍，從而不管光的波長范圍如何，所述圓偏振光的偏振態(tài)在從該第一和第二反射層反射之后都是一致的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的投影系統(tǒng)，其中所述投影儀包括一個(gè)發(fā)出包含線偏振光的成像光的投影儀主體，所述線偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，該投影儀還包括一個(gè)被放置在該投影儀主體和所述反射元件之間的光路上的四分之一波片，用以將該投影儀主體發(fā)出的成像光中所包含的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的投影系統(tǒng)，其中所述投影儀主體是液晶投影儀。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的投影系統(tǒng)，其中所述反射元件被整體合并在所述投影儀中。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的投影系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)反射器，該反射器被放置在所述反射元件和偏振屏之間的光路上，用以反射從該反射元件反射的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上。
18.一種投影系統(tǒng)，包括一個(gè)投影儀，其發(fā)出成像光；一個(gè)偏振屏，其僅僅選擇性地反射從該投影儀發(fā)出的成像光中的特定偏振態(tài)下的光以便顯示圖像；以及根據(jù)權(quán)利要求12的反射元件，該反射元件被放置在該投影儀和該偏振屏之間的光路上，用以反射從該投影儀發(fā)出的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上，其中該投影儀發(fā)出包含線偏振光的成像光，所述線偏振光的偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變，該反射元件中的四分之一波長延遲層將該成像光中所包含的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，并且該反射元件中的第一和第二反射層具有與該反射元件反射的成像光中所包含的圓偏振光的偏振態(tài)和波長范圍相對(duì)應(yīng)的偏振特性和反射波長范圍，從而不管光的波長范圍如何，所述圓偏振光的偏振態(tài)在從該第一和第二反射層反射之后都是一致的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的投影系統(tǒng)，其中所述投影儀包括液晶投影儀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的投影系統(tǒng)，其中所述反射元件被整體合并在所述投影儀中。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的投影系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)反射器，該反射器被放置在所述反射元件和偏振屏之間的光路上，用以反射從該反射元件反射的成像光并將該成像光投射到該偏振屏上。
全文摘要
本發(fā)明的反射元件能夠?qū)⒊上窆獾钠駪B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗杵駪B(tài)而不降低該成像光的亮度。所述投影系統(tǒng)包括反射偏振屏和反射元件，該反射偏振屏僅僅選擇性地反射成像光中的特定偏振態(tài)下的光，該反射元件處于投影儀和反射偏振屏之間的光路上。投影儀發(fā)出包含圓偏振光的成像光，其偏振態(tài)根據(jù)光的波長范圍而改變。該反射元件中的膽甾型反射層用于僅僅選擇性地反射指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光并且同時(shí)保持其偏振態(tài)，以及透射不在該指定波長范圍內(nèi)的圓偏振光。所述金屬反射層所反射的波長范圍覆蓋與上述指定波長范圍不同的至少一個(gè)波長范圍，該金屬反射層反射該圓偏振光并且同時(shí)反轉(zhuǎn)其偏振態(tài)。
文檔編號(hào)G03B21/00GK1873497SQ20061000920
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者梅谷雅規(guī) 申請(qǐng)人:大日本印刷株式會(huì)社