專利名稱：色彩與偏振轉(zhuǎn)換的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種產(chǎn)生用于雙面板光引擎的順序彩色圖像幀的裝置和方法，特別是涉及利用色彩與偏振開關(guān)和濾光片來產(chǎn)生這樣的圖像幀的裝置和方法。
背景技術(shù)：
利用兩個面板的光引擎系統(tǒng)一方面比利用一個面板的系統(tǒng)有幾個好處，另一方面比利用三個面板的系統(tǒng)也有幾個好處。雙面板系統(tǒng)提供比一個面板系統(tǒng)更高的亮度，而且在設(shè)計上比三面板系統(tǒng)更簡單。不過，常規(guī)的雙面板系統(tǒng)受制于開關(guān)和至少一個色輪的使用，這些開關(guān)在空間上被分開，這樣就有可能減少占空比(duty cycle)。兩種顏色之間的界面每次穿過所述光束時，這些圖像儀必須得關(guān)閉，根據(jù)使用什么種類的色輪，這種現(xiàn)象的發(fā)生一般占該時間的10-15％。此外，白平衡會要求色輪的機械平衡，而這種機械平衡會在實際操作中帶來某些難度。
由Greenberg M.所描述的方法“增強的雙面板LCoS CMC”(OCL03-29)中，試圖通過使用色輪和額外的開關(guān)來實現(xiàn)光引擎輸出的白點平衡，而并不減少占空比，所述額外的開關(guān)用作第二色輪或液晶開關(guān)。不過，在此處使用機械色輪，仍在實際操作中造成各種各樣的限制。
在本人Ockenfuss G所公開的以前的一個發(fā)明“利用一個LC偏振開關(guān)進(jìn)行投影顯示的雙面板光引擎”(OCL04-21)中，本人描述了利用一個LC偏振開關(guān)進(jìn)行投影顯示的雙面板光引擎來替代色輪。在此系統(tǒng)中，每個面板能夠通過兩種不同的顏色，如一個面板通過紅色和藍(lán)色，而另一個面板通過紅色和綠色，以滿足獲得白點平衡的需要，而并不減少占空比。后來本人又發(fā)現(xiàn)這僅是滿足這種需要的必然而非足夠的要求，而且本人的這種系統(tǒng)并不能夠提供真正的白平衡而不減少占空比。
一種雙面板投影系統(tǒng)由Robinson等人在美國專利6,650,377和Chen等人(Chen J，Robinson MG和Sharp G)在“反射LCD投影儀的雙面板結(jié)構(gòu)”(SID 01 Digest，p.1084(2001))中公開。這種系統(tǒng)利用具有可變偏振級的全透射裝置來將紅色光引導(dǎo)到一個面板，而將藍(lán)色和綠色交替到另一個面板。在這種系統(tǒng)中將彈性聚合物用作雙折射延遲板?？刹捎眠@種方法時，完全的白平衡仍然是不可能的，而占空比也減少了，因為兩個面板之中的一個是專用于紅色的通道的。而且，這種系統(tǒng)要求雙級開關(guān)，這樣就增加了復(fù)雜性，而并不一定增加功能性。
作為一種選擇，用在雙面板投影系統(tǒng)中的色彩開關(guān)由Fuenfschilling等人在美國專利6,801,272和Bachels T等人(Bachels T，Schemitt K，F(xiàn)uenfschilling J，Stadlder M，Seiberle M和Schadit M)在“用于時間順序投影的高級電子色彩開關(guān)”(SID國際研討會，San Jose，(2001))中公開。這種系統(tǒng)中的色彩開關(guān)僅在色帶之間轉(zhuǎn)換，但并不在偏振模式之間轉(zhuǎn)換。由于這種原因，就不可能在要投射到這兩個面板上的兩種光之間提供依賴于偏振的分離。
前面的描述明確地表明需要一種允許完全的白平衡而并不減少占空比且并不使用機械色輪的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種用在雙面板光引擎中的純固態(tài)的色彩和偏振轉(zhuǎn)換的裝置，這種裝置允許最佳的有效白平衡而并不減少占空比。通過商業(yè)上可獲取的濾色鏡/偏振濾光片和色彩/偏振開關(guān)的組合就能夠容易地制成所述轉(zhuǎn)換裝置，所述濾色鏡/偏振濾光片如Rolic技術(shù)有限公司所提供的濾色鏡/偏振濾光片，所述色彩/偏振開關(guān)如ColorLink有限公司提供的色彩/偏振開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置將以第一模式的第一取向偏振的入射光束轉(zhuǎn)變成以所述第一模式的第一和第二取向雙偏振的第一光輸出，所述第二取向?qū)嵸|(zhì)上與所述第一取向正交，所述入射光束限定相同偏振的第一、第二和第三色帶，所述裝置包括-延遲板堆疊式第一濾光片，所述第一濾光片用于接收所述入射光束并且將所述第二和第三色帶中每一個的所述第一取向轉(zhuǎn)變成實質(zhì)上與所述第一取向正交的第二取向；-包括液晶透射裝置的第一開關(guān)，所述液晶透射裝置包括用于色處理偏振(chromatically manipulating polarization)的多個液晶開關(guān)，且所述液晶透射裝置放置在指數(shù)匹配的第一組延遲板層與第二組延遲板層之間，放置所述第一開關(guān)以接收來自所述第一濾光片的光，且所述第一開關(guān)可在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換，所述第一狀態(tài)用于保持所有三個色帶的取向，所述第二狀態(tài)用于將所述第一色帶的所述第一取向轉(zhuǎn)變成所述第二取向，并將所述第三色帶的所述第二取向轉(zhuǎn)變成所述第一取向。
-放置用來接收來自所述第一開關(guān)的光的濾光裝置，所述濾光裝置用于在所述三個色帶中的每一個的所述第一和第二取向之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，同時阻擋所述第一色帶的所述第二取向，所述濾光裝置包括放置在第一和第二偏振轉(zhuǎn)換器之間的第二濾光片，其中所述第一偏振轉(zhuǎn)換器將從所述第一開關(guān)接收的光的第一偏振模式轉(zhuǎn)變成第二偏振模式，以使所述第一偏振模式的所述第一和第二取向被分別轉(zhuǎn)變成所述第二偏振模式的相互正交的第三和第四取向，其中所述第二濾光片阻擋所述第一色帶的所述第四取向，且所述第二偏振轉(zhuǎn)換器將所述第二偏振模式恢復(fù)到所述第一偏振模式，以使所述第三和第四取向被分別轉(zhuǎn)變成所述第一和第二取向。
-包括液晶轉(zhuǎn)換元件的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)放置用于接收來自所述濾光裝置的光且可在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換，所述第一狀態(tài)用于保持所有三個色帶的取向，所述第二狀態(tài)用于在所述三個色帶中的每一個的第一和第二取向之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變。
在操作中，使所述第一和第二開關(guān)中的每一個的所述第一和第二狀態(tài)同步，以使所述第一光輸出遵循預(yù)定色彩與偏振序列。
在目前的優(yōu)選實施例中，所述光學(xué)裝置還包括-放置用來接收所述第一光輸出的一對濾色片，所述的一對濾色片用于阻擋所述第三和第二色帶，因此就結(jié)合發(fā)射第二光輸出，所述第二光輸出具有·以所述第一取向偏振的所述第二色帶和以所述第二取向偏振的所述第一色帶，這時所述第一和第二開關(guān)中的每一個處于其第一狀態(tài)；·以所述第一取向帶偏振的所述第一色帶和以所述第二取向偏振的所述第三色帶，這時所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第二狀態(tài)；·以所述第一取向偏振的所述第二色帶和以所述第二取向偏振的所述第三色帶，這時所述第一開關(guān)處于其第二狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；-放置用來接收所述第一光輸出的分光裝置，所述分光裝置用于將所述第一光輸出的所述第一和第二取向分成第一和第二光學(xué)分量；和-用于白點平衡的裝置，所述白點平衡通過改變所述三種色帶中的一個相對于其它兩個色帶的量來進(jìn)行，且白點平衡并不依賴于其它兩個色帶的量之間的比率；在操作中，將所述第一和第二開關(guān)通過三種轉(zhuǎn)換組合而在預(yù)定的幀間隔內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換-所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；-所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第二狀態(tài)；-所述第一開關(guān)處于其第二狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；因此就在所述幀間隔內(nèi)提供了在所述光輸出的第一和第二取向中所述第一、第二和第三色帶的所有三種配對組合。
優(yōu)選所述入射光束是白色光，所述第一、第二和第三色帶實質(zhì)上是紅色、綠色和藍(lán)色原色帶，所述第一偏振模式與分別為p類和s類的所述第一和第二取向成線性關(guān)系，且所述第二偏振模式與分別為左旋和右旋的所述第三和第四取向成圓形關(guān)系。為了方便起見，所述第一濾光片與所述第一組延遲板層結(jié)合成單獨的延遲板堆疊，所述第一和第二偏振轉(zhuǎn)換器中的每一個都是四分波板，所述第二濾光片是膽甾型(cholesteric)濾色鏡，所述第二組延遲板層與所述第一偏振轉(zhuǎn)換器結(jié)合成單獨的延遲板堆疊，且所述一對濾色片對是二向色黃色和紅紫色的濾色片。作為選擇，所述分光裝置是線柵型偏振光束分光器和偏振光束分光立方體中的一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光引擎，所述光引擎包括-投影透鏡；-上述光學(xué)裝置；-放置用來接收所述第二光輸出的分光裝置，所述分光裝置用于將所述第一和第二取向分別分成第一和第二光分量；-第一和第二成像儀，所述第一和第二成像儀被放置以用來根據(jù)所利用的圖像信號，在所述幀間隔內(nèi)，分別接收和單獨地調(diào)制所述第一和第二光分量，從而產(chǎn)生第一和第二調(diào)制光束；
-將所述第一和第二調(diào)制光束引導(dǎo)到所述投影透鏡的裝置；-用于提高所述彩色圖像的質(zhì)量的至少一個偏振濾光片；和-用于增加所述彩色圖像的對比度的至少一個分析器，因此就在所述幀間隔內(nèi)產(chǎn)生對應(yīng)于所述圖像信號的彩色圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種在預(yù)定的幀間隔內(nèi)將入射光束轉(zhuǎn)變成兩個順序的彩色光分量的方法，所述的兩個順序的色彩光分量以相互正交取向偏振，所述方法包括以下步驟-在所述幀間隔內(nèi)處理所述入射光束，以形成所述的兩個光分量，所述兩個光分量作為三個色彩光脈沖的兩個相互同步的序列，每個光脈沖具有源自所述入射光束的三個色帶中的一個色帶，其中所述三個色帶中僅有一個在所述的兩個色彩序列之間被分享，因此就在幀間隔內(nèi)提供了在所述的兩個光分量中所述三個色帶的所有的三個配對組合；和-提供白點平衡的裝置，所述白點平衡通過改變所述三種色帶中的一個相對于其它兩個色帶的量來進(jìn)行，且白點平衡并不依賴于其它兩個色帶的量之間的比率。
本發(fā)明的優(yōu)點在于允許以較高的占空比進(jìn)行有效的動態(tài)白平衡、具有簡化的和更加緊湊的光引擎設(shè)計、要求的空間比色輪所要求的空間更小并且無需對部件進(jìn)行機械上的移動。液晶色彩開關(guān)連同各種的濾光技術(shù)的使用極大地提高了設(shè)計者管理顯示色彩的能力，從而使這種結(jié)構(gòu)與機械色輪相比更有吸引力。


本發(fā)明的示范性實施例將在下面通過參考附圖進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部件，其中[17]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的時間圖表，在一個幀間隔內(nèi)產(chǎn)生兩個色彩序列；[18]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的光學(xué)裝置的原理框圖，所述光學(xué)裝置用于將p類線性偏振的入射光束轉(zhuǎn)變成以p類和s類線性偏振進(jìn)行雙偏振的第一光輸出； 圖3用表格示出了圖2中所示出的實施例的所有四個可能的結(jié)果，這四個可能的結(jié)果對應(yīng)于它們的所有可能的組合轉(zhuǎn)換狀態(tài)；[20]圖4以適時圖進(jìn)一步示出了在圖2中所示出的實施例在一個幀間隔內(nèi)的三個子幀間隔中的轉(zhuǎn)換狀態(tài)以及所述輸出光的相應(yīng)色彩與偏振狀態(tài)；[21]圖5示出了雙面板光引擎的一個示范性實施例，所述光引擎利用圖2示出的光學(xué)裝置實施例；和[22]圖6示出了雙面板光引擎的另一個示范性實施例，所述光引擎利用圖2示出的光學(xué)裝置實施例。
具體實施例方式此處對任何實施例的參考意味著與該實施例有關(guān)的所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書的不同位置出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”并不一定都指相同的實施例，也不是指相互排除其它的實施例的、單獨的或選擇性的實施例。
本發(fā)明著力于解決現(xiàn)有技術(shù)中對系統(tǒng)的限制問題，通過提供商業(yè)上可獲取的色彩-偏振開關(guān)和色彩/偏振濾光片的組合來產(chǎn)生純固態(tài)柔性開關(guān)，這種柔性開關(guān)能夠達(dá)到最佳的有效白平衡，而并不減少占空比。
常規(guī)的雙面板光引擎采用兩個硅液晶(LCoS)成像儀，其中的每一個成像儀用不同色帶的圖像光脈沖序列照明，所述色帶典型地選自三種原色帶。所述的這些色帶源自白色光源，如弧光燈。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個時間圖表，在一個幀間隔內(nèi)產(chǎn)生兩個光分量色彩序列。所述幀間隔對應(yīng)于在一個圖像幀內(nèi)將要看到的一個完整的圖像。在此實施例中，將所述幀間隔分成三個子幀間隔T1、T2和T3。在每個子間隔期間，使兩個色彩序列中的每一個都包含選自三個原色帶中的一個，所述三個原色帶源自入射光束。在此實施例中，所述入射光束是白色光，且源自所述光束的三個色帶為紅色、綠色和藍(lán)色(在圖1-4中分別標(biāo)注為R、G和B)。如圖1所示，所述第一色彩序列是綠色、紅色和綠色色帶的有序連續(xù)，而所述第二色彩序列是紅色、藍(lán)色和藍(lán)色色帶的有序連續(xù)。在此方式中，所述三個原色帶的所有三種可能的配對組合在所述的兩個序列中提供，即，每個色彩序列包含兩種顏色，且一種顏色(在此情形中是紅色)在這兩種色彩序列之間被分享。
當(dāng)此實施例用在采用兩個成像儀的雙面板光引擎中時，每個成像儀就會分別接收兩個光分量之中的一個，所述兩個光分量之中的一個是由所述的兩個色彩序列中的一個所按順序套色的。這就能夠通過改變所述三個色帶中的一個色帶相對于其它兩個色帶的量來進(jìn)行圖像幀的白點平衡，且并不依賴于其它兩個色帶的量之間的比率。
應(yīng)注意到圖1中所示的色彩序列僅代表利用本發(fā)明的原則的一個可能的排列。其它供選擇的排列也是可能實現(xiàn)的，而并不與本發(fā)明的原則相背離。供選擇的排列的例子包括所述第一色彩序列是綠色、綠色和紅色色帶的有序連續(xù)，所述第二色彩序列是藍(lán)色、紅色和藍(lán)色色帶的有序連續(xù)，等等。而且，使另外的兩種原色帶(綠色和藍(lán)色)中的任何一種作為所述分享的色帶也是可能的，而不一定必須在所述的兩個序列之間分享紅色色帶。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的光學(xué)裝置的框圖，所述光學(xué)裝置用于將以第一模式的第一取向偏振的入射光束1轉(zhuǎn)變成以不同的取向雙偏振的第一光輸出。所述光學(xué)裝置包括兩階段色彩與偏振開關(guān)30，其后是一對濾色片53和54。所述兩階段色彩與偏振開關(guān)30在圖2中示為第一濾光片F(xiàn)1、第一開關(guān)S1、濾光裝置20和第二開關(guān)S2的有序串列組合。圖2還示出了所述入射光束1由所述第一濾光片F(xiàn)1從左側(cè)接收，并在整個所述光學(xué)裝置30中進(jìn)行處理，以使所述的兩個光分量根據(jù)所述第一和第二開關(guān)S1和S2的相關(guān)組合狀態(tài)遵循某種色彩和偏振模式的兩個色彩序列，如下面所述。
圖2中所示出的入射光束1處于第一取向的第一偏振模式，在此情形中是p類取向的線性偏振模式。限定所述紅色、綠色和藍(lán)色(分別標(biāo)注為R、G和B)三種原色帶的是白色光。
所述第一濾光片F(xiàn)1是一種延遲板堆疊濾光片，該濾光片接收所述入射光束1，并將所述三種色帶中的每一種的所述第一取向(p類)轉(zhuǎn)變成第二取向(s類)，所述第二取向與所述第一取向正交。換言之，這種濾光片將特定色帶的偏振旋轉(zhuǎn)π/2，而并不影響相鄰的色帶，如Sharp GD和Birge JR在“用于色彩處理的延遲板堆疊技術(shù)”(SID研討會，第30卷，p.1072(1999))中所詳細(xì)描述的那樣，該文件的內(nèi)容通過參考合并到本發(fā)明中。在圖2中所示出的示范性實施例中，所述第一濾光片F(xiàn)1并不影響所述紅色色帶，但將所述綠色和藍(lán)色(即藍(lán)綠色)色帶的偏振旋轉(zhuǎn)π/2。在此濾光片之后，所述紅色色帶保持其p偏振取向，而綠色和藍(lán)色色帶成為s偏振。商業(yè)上可獲取的適于用作所述第一濾光片F(xiàn)1的一種裝置是ColorLink有限公司生產(chǎn)的紅色/藍(lán)綠色ColorSelect濾光片產(chǎn)品。
下一種裝置是所述第一開關(guān)S1，該開關(guān)S1從所述第一濾光片F(xiàn)1接收光。所述第一開關(guān)S1是在紅色、綠色和藍(lán)色光譜帶的傳輸之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的色彩開關(guān)，如Sharp GD、Birge JR、Chen J和Robinson MG在“用于順序彩色投影的高通量彩色圖像開關(guān)”(SID’00文摘，第31卷，p.92(2000))中所詳細(xì)描述的那樣，該文件的內(nèi)容通過參考合并到本發(fā)明中。這種色彩開關(guān)采用雙偏光鏡加法模式設(shè)計，且將基于三個延遲板堆疊的級進(jìn)行級聯(lián)，每個延遲板堆獨立地在三原色上運行。所述第一開關(guān)S1可在第一狀態(tài)(關(guān)閉)和第二狀態(tài)(打開)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換。其在所述關(guān)閉狀態(tài)時是鈍態(tài)的，但在打開狀態(tài)將紅色和藍(lán)色色帶旋轉(zhuǎn)π/2，而并不影響所述綠色色帶。換言之，所述第一開關(guān)S1的關(guān)閉狀態(tài)保持所接收到的所有三種色帶的取向，而打開狀態(tài)將所述紅色色帶的p類取向轉(zhuǎn)變成所述s類取向，并將所述藍(lán)色色帶的s類取向轉(zhuǎn)變成所述p類取向，而保持所述綠色色帶的s類取向。
在圖2所示的實施例中，所述第一開關(guān)S1由置于第一組延遲板層11和第二組延遲板層12之間的轉(zhuǎn)換元件13形成。所述轉(zhuǎn)換元件13是一種液晶透射裝置，所述液晶透射裝置包括多個用于色處理偏振的液晶開關(guān)。商業(yè)上可獲取的適于用作所述第一開關(guān)S1的一種裝置是ColorLink有限公司生產(chǎn)的紅紫色ColorSwitch產(chǎn)品。使第一組延遲板層11和第二組延遲板層12的指數(shù)匹配會更加理想，即按照要求在所述延遲板層之間以及所述第一開關(guān)S1的開始和外部使用抗反射涂層。
然后，所述濾光裝置20從所述第一開關(guān)S1接收光并且在所述三個色帶中的每一個的所述p類和s類取向之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，同時阻擋所述紅色色帶的s類取向。在此實施例中，所述濾光裝置20由置于兩個四分波(λ/4)板之間的第二濾光片F(xiàn)2形成，所述的兩個四分波板專門用作第一偏振轉(zhuǎn)換器21和第二偏振轉(zhuǎn)換器22。所述第一偏振轉(zhuǎn)換器21將所述第一(線性)偏振模式轉(zhuǎn)變成第二(圓形)偏振模式，以將所述第一偏振模式的p類和s類取向分別轉(zhuǎn)變成所述圓形偏振模式的相互正交的第三(左旋)和第四(右旋)取向。所述第二濾光片F(xiàn)2是依照色帶的起始偏振狀態(tài)反射該色帶的膽甾型濾色鏡。在此實施例中，所述紅色色帶在被右旋圓形偏振并以其它方式傳播時就被反射，并因此而被阻擋，而所述藍(lán)色和綠色色帶就不受這種濾光片的影響。所述第二偏振轉(zhuǎn)換器22然后將所述圓形偏振模式恢復(fù)到所述線性偏振模式，以將所述左旋和右旋圓形偏振分別轉(zhuǎn)變成所述p類和s類線性偏振。商業(yè)上可獲取的適于用作所述第二濾光片F(xiàn)2的裝置包括Rolic科技有限公司生產(chǎn)的膽甾型濾色鏡。為了設(shè)計的更加緊湊，所述第一濾光片F(xiàn)1與所述第一組延遲板層11結(jié)合形成單獨的延遲板堆疊，且所述第二組延遲板層12與所述第一偏振轉(zhuǎn)換器21結(jié)合形成單獨的延遲板堆疊。
所述第二開關(guān)S2是放置用于從所述濾光裝置20接收光的液晶轉(zhuǎn)換元件。該開關(guān)可在第一狀態(tài)(關(guān)閉)和第二狀態(tài)(打開)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換。在其關(guān)閉狀態(tài)，所述第二開關(guān)S2傳遞所述光而并不對其產(chǎn)生影響，因此就保持所有的三種色帶的取向。在其打開狀態(tài)，所述濾光片起到半波(λ/2)板的作用并將所述偏振旋轉(zhuǎn)π/2，因此就在所述三種色帶的每一種的p類和s類取向之間轉(zhuǎn)變。
然后，包括第三濾光片53和第四濾光片54的一對濾色鏡接收第一光輸出。所述第三濾光片53是一種黃色二向色濾光片，該濾光片傳遞所述紅色和綠色色帶并將所述藍(lán)色色帶反射回去。所述第四濾光片54是一種紅紫色二向色濾光片，該濾光片傳遞所述紅色和藍(lán)色色帶并將所述綠色色帶反射回去。這就有效地產(chǎn)生具有p偏振的第一光分量和s偏振的第二光分量的第二光輸出，其中兩種光輸出都具有所述三種原色中的一種。最后，所述第一光輸出由分光裝置(在圖2中未示出)所接收，以將所述第一光輸出的所述第一和第二取向引導(dǎo)到第一和第二光分量之中，所述第一和第二光分量遵循兩種不同光徑。
在此實施例中，所述第一光輸出遵循一種色彩與偏振序列，所述色彩與偏振序列由所述第一開關(guān)S1和所述第二開關(guān)S2的組合狀態(tài)所確定，這時所述第一開關(guān)S1和所述第二開關(guān)S2相互同步。
所述第一和第二光分量然后作為光引擎的一部分用在本發(fā)明的不同實施例中，以將兩個反射成像儀照明，所述的兩個反射成像儀根據(jù)所應(yīng)用的圖像信號在所述幀間隔內(nèi)分別調(diào)制所述第一和第二光分量，以各自產(chǎn)生兩個調(diào)制光束，所述兩個調(diào)制光束在被引導(dǎo)到投影透鏡中時會在所述幀間隔中產(chǎn)生對應(yīng)于所述圖像信號的彩色圖像。這樣的光引擎的示范性實施例在圖5和圖6中示出，如下面所述。
在圖2中示出的這種光引擎的可供選擇的實施例包括附加的幾個濾光片，以使所述光引擎的性能達(dá)到最佳。例如，增加至少一種偏振濾光片以在不同的階段清理所述偏振效果，從而提高所述彩色圖像的質(zhì)量。另一個例子是增加至少一個分析器來提高所述彩色圖像的對比度。改變不同濾光片的性能同樣也是可能的，以使所述光引擎的性能達(dá)到最佳。例如，可通過相應(yīng)地選擇所述第一濾光片(藍(lán)綠色延遲板濾光片)的帶邊緣和所述第四濾光片(二向色紅紫色濾光片)的紅色邊緣來在光引擎中設(shè)計一個位于橙色的凹口。
圖3用表格示出了對應(yīng)于所述第一開關(guān)S1和所述第二開關(guān)S2的所有可能的組合狀態(tài)的在圖2中所示出的實施例的所有四種可能的結(jié)果。圖3中的第三欄示出了從所述第二開關(guān)S2發(fā)射出的所述第一輸出光的所有四種可能的顏色和偏振狀態(tài)，而第四欄則示出了所述黃色二向色濾光片53之后的所述p偏振第一光分量單獨的顏色，且第五欄示出了所述紅紫色二向色濾光片54之后的所述s偏振第二光分量單獨的顏色。
在圖3中所示出的所述第一和第二光分量各自的顏色可歸納如下1)在第一和第二開關(guān)都關(guān)閉時，綠色和紅色；2)在第一開關(guān)關(guān)閉、第二開關(guān)打開時，紅色和藍(lán)色；3)在第一開關(guān)打開、第二開關(guān)關(guān)閉時，綠色和藍(lán)色；4)在第一和第二開關(guān)都打開時，沒有光。
為了產(chǎn)生在圖1中所示出的兩種色彩序列，所述第一和第二開關(guān)S1和S2需要在所述幀間隔內(nèi)同步進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換通過以下轉(zhuǎn)換組合進(jìn)行a)第一和第二開關(guān)都關(guān)閉；b)第一開關(guān)關(guān)閉、第二開關(guān)打開；c)第一開關(guān)打開、第二開關(guān)關(guān)閉；[43]因為雙面板光引擎的兩個成像儀不會產(chǎn)生光，所以所述第一和第二開關(guān)都打開的最后一種狀態(tài)在一般情況下并不需要。不過，也有某些特殊情況，如需要暗的圖像來在所述光引擎中增加暗的狀態(tài)和動態(tài)范圍(對比率)。在此情況下，這種轉(zhuǎn)換級用在本發(fā)明的一個可供選擇的實施例中。
上述過程在圖4中用適時圖進(jìn)一步示出，該圖示出了在一個幀間隔的三個子幀間隔的每一個中，所述第一和第二開關(guān)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)的各自的時間序列、所述第一光輸出的色彩和偏振狀態(tài)，以及將所述的兩個成像儀分別照明的兩種色彩序列。所得到的所述第一和第二成像儀的色彩序列顯然與在圖1中所示出的色彩序列相同，并且滿足對最大占空比下真正的白點平衡要求。
下面是對在圖5和圖6中所示出的雙面板光引擎的兩個示范性實施例的描述，所述雙面板光引擎利用在圖2中所示出的光學(xué)裝置的實施例。圖5中的光引擎實施例將線柵型偏振光束分光器55用作在前面所提及的分光裝置，而圖6中的實施例則使用了偏振光束分光立方體56。
在圖5的實施例中，光引擎60包括將白色光射入聚光透鏡62的弧光燈61，所述聚光透鏡62反過來則將所述白色光傳輸?shù)狡褶D(zhuǎn)變光管63上，以向圖2所示的光學(xué)裝置的兩階段色彩與偏振開關(guān)30發(fā)射p類取向的線性偏振白色入射光。所述兩階段開關(guān)30接收所述線性偏振的p類白色光，并且根據(jù)上面所描述的本發(fā)明的原則產(chǎn)生以p類和s類取向線性雙偏振的第一光輸出。第一線線柵型偏振光束分光器55然后接收這種光，并將其分成向所述黃色二向色濾光片53傳輸?shù)膒偏振第一光分量和反射到紅紫色二向色濾光片54上的s偏振第二光分量，兩種濾光片均為圖2所示的光學(xué)裝置的一部分。
然后，所述p偏振第一光分量在其藍(lán)色色帶被阻擋之后，穿過所述黃色濾光片53射到中繼鏡67上，接著穿過第二線柵型偏振光束分光器65到達(dá)第一LCoS反射成像儀51上。所述p偏振光然后由所述第一成像儀51調(diào)制并作為s偏振光向所述光束分光器65反射，以向偏振分光立方體64反射，在所述偏振光束分光立方體64，所述s偏振光又被反射到投影透鏡69上。
同時，所述s偏振第二光分量在其綠色色帶被阻擋之后，穿過所述紅紫色濾光片54射到另一個中繼鏡68上，然后由第三線柵型偏振光束分光器66向第二LCoS反射成像儀52反射。所述s偏振光然后由所述第二成像儀52調(diào)制并作為p偏振光被反射，穿過所述第三光束分光器66，然后再穿過所述偏振光束分光立方體64而到達(dá)所述投影透鏡69上。
在對應(yīng)于一個圖像幀的每個幀間隔中，所述第一和第二成像儀51和52根據(jù)所應(yīng)用的圖像信號分別地對所述第一和第二光分量進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生第一和第二調(diào)制光束，然后所述調(diào)制光束被引導(dǎo)到所述投影透鏡69上，以在所述幀間隔內(nèi)產(chǎn)生對應(yīng)于所述圖像信號的彩色圖像。
在圖6的實施例中，光引擎70包括將白色光射入聚光透鏡72的弧光燈71，所述聚光透鏡72反過來則將所述白色光傳輸?shù)狡褶D(zhuǎn)變光管73上，以向圖2所示的光學(xué)裝置的兩階段色彩與偏振開關(guān)30發(fā)射p類取向的線性偏振白色入射光。所述兩階段開關(guān)30接收所述線性偏振的p類白色光，并且根據(jù)上面所描述的本發(fā)明的原則產(chǎn)生以p類和s類取向線性雙偏振的第一光輸出。然后，偏振光束分光立方體56接收這種光，并將其分成向所述黃色二向色濾光片53傳輸?shù)膒偏振第一光分量和反射到紅紫色二向色濾光片54上的s偏振第二光分量，兩種濾光片均為圖2所示的光學(xué)裝置的一部分。
所述p偏振第一光分量在其藍(lán)色色帶被阻擋之后，穿過所述黃色濾光片53射在四分波板(λ/4)77上，所述四分波板77之后是第一LCoS反射成像儀75。所述p偏振光然后由所述第一成像儀75調(diào)制并作為s偏振光向所述分光立方體56反射，以反射到投影透鏡79。
同時，所述s偏振第二光分量在其綠色色帶被阻擋之后，然后穿過所述紅紫色濾光片54射在四分波板(λ/4)78上，所述四分波板78之后是第二LCoS反射成像儀76。所述s偏振光然后由所述第二成像儀76調(diào)制并作為p偏振光穿過所述分光立方體56而反射到所述投影透鏡79上。
在對應(yīng)于一個圖像幀的每個幀間隔中，所述第一和第二成像儀75和76根據(jù)所應(yīng)用的圖像信號分別地對所述第一和第二光分量進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生第一和第二已調(diào)光束，然后所述已調(diào)光束被引導(dǎo)到所述投影透鏡79上，以在所述幀間隔中產(chǎn)生對應(yīng)于所述圖像信號的彩色圖像。
出于實踐上的考慮，直接將所述光學(xué)裝置30放置在所述偏振分光立方體56一個側(cè)面上并對著所述兩階段開關(guān)30通常是理想的，而且將所述黃色和紅紫色濾光片53和54分別放置在另外的兩側(cè)并對著所述第一和第二成像儀75和76，如圖6所示。
上述的實施例的目的在于提供本發(fā)明的例子。本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員可對具體的實施例進(jìn)行許多變化、修改和改變，而并不背離本發(fā)明的精神和范圍，而本發(fā)明的精神和范圍則由下面的權(quán)利要求書做出限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置將以第一模式的第一取向偏振的入射光束轉(zhuǎn)變成以所述第一模式的第一和第二取向雙偏振的第一光輸出，所述第二取向?qū)嵸|(zhì)上與所述第一取向正交，所述入射光束限定相同偏振的第一、第二和第三色帶，所述裝置包括第一濾光片，所述第一濾光片用于接收所述入射光束并且將所述第二和第三色帶中每一個的所述第一取向轉(zhuǎn)變成所述第二取向；放置用來接收來自所述第一濾光片的光的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)可在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換，所述第一狀態(tài)用于保持所有三個色帶的取向，所述第二狀態(tài)用于將所述第一色帶的所述第一取向轉(zhuǎn)變成所述第二取向，并將所述第三色帶的所述第二取向轉(zhuǎn)變成所述第一取向；放置用來接收來自所述第一開關(guān)的光的濾光裝置，所述濾光裝置用于阻擋所述第一色帶的所述第二取向，并用于在所述第一和第二取向之間轉(zhuǎn)變所述三種色帶中的每一種；放置用于接收來自所述濾光裝置的光的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)可在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換，所述第一狀態(tài)用于保持所有三種色帶的取向，所述第二狀態(tài)用于在所述第一和第二取向之間轉(zhuǎn)變?nèi)齻€色帶中的每一個；在操作中，將所述第一和第二開關(guān)中的每一個的所述第一和第二狀態(tài)同步，以使所述第一光輸出遵循預(yù)定的色彩與偏振序列。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一濾光片是一種延遲板堆疊濾光片。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)包括液晶透射裝置，所述液晶透射裝置包括多個液晶開關(guān)，所述液晶透射裝置被置于第一組延遲板層和第二組延遲板層之間。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一濾光片與所述第一組延遲板層結(jié)合成單獨的延遲板堆疊。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述濾光裝置包括置于第一和第二偏振轉(zhuǎn)換器之間的第二濾光片，其中所述第一偏振轉(zhuǎn)換器將從所述第一開關(guān)接收的光的第一偏振模式轉(zhuǎn)變成第二偏振模式，以使所述第一偏振模式的所述第一和第二取向被分別轉(zhuǎn)變成所述第二偏振模式的相互正交的第三和第四取向；所述第二濾光片阻擋第一色帶的第四取向；和所述第二偏振轉(zhuǎn)換器將所述第二偏振模式恢復(fù)到所述第一偏振模式，以使所述第三和第四取向被分別轉(zhuǎn)變成所述第一和第二取向。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第二濾光片是一種膽甾型濾色鏡。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)包括置于第一組延遲板層和第二組延遲板層之間的開關(guān)元件，其中所述第二組延遲板層與所述第一偏振轉(zhuǎn)換器結(jié)合成單獨的延遲板堆疊。
8.如權(quán)利要求1到7中的任何一項所述的光學(xué)裝置，還包括用于白點平衡的裝置，所述白點平衡通過改變所述三種色帶中的一個相對于其它兩個色帶的量來進(jìn)行，且白點平衡并不依賴于其它兩個色帶的量之間的比率。
9.如權(quán)利要求1到7中的任何一項所述的光學(xué)裝置，還包括放置用來接收所述第一光輸出的一對濾色片，所述一對濾色片用于阻擋所述第三和第二色帶，從而結(jié)合發(fā)射第二光輸出，所述第二光輸出具有·以所述第一取向偏振的所述第二色帶和以所述第二取向偏振的所述第一色帶，這時所述第一和第二開關(guān)中的每一個處于其第一狀態(tài)；·以所述第一取向帶偏振的所述第一色帶和以所述第二取向偏振的所述第三色帶，這時所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第二狀態(tài)；·以所述第一取向偏振的所述第二色帶和以所述第二取向偏振的所述第三色帶，這時所述第一開關(guān)處于其第二狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述的一對濾色片是二向色濾光片。
11.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其特征在于，在操作中，將所述第一和第二開關(guān)通過以下三種轉(zhuǎn)換組合在預(yù)定的幀間隔內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；所述第一開關(guān)處于其第一狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第二狀態(tài)；所述第一開關(guān)處于其第二狀態(tài)且所述第二開關(guān)處于其第一狀態(tài)；因此就在所述幀間隔內(nèi)提供了在所述光輸出的所述第一和第二取向中所述第一、第二和第三色帶的所有三種配對組合。
12.一種光引擎，所述光引擎包括投影透鏡；如權(quán)利要求11所述的光學(xué)裝置；放置用來接收所述第二光輸出的分光裝置，所述分光裝置用于將所述第一和第二取向分別分成第一和第二光分量；第一和第二成像儀，所述第一和第二成像儀被放置以用來根據(jù)所利用的圖像信號，在所述幀間隔內(nèi)，分別接收和單獨地調(diào)制所述第一和第二光分量，從而產(chǎn)生第一和第二調(diào)制光束；將所述第一和第二調(diào)制光束引導(dǎo)到所述投影透鏡的裝置因此就在所述幀間隔內(nèi)產(chǎn)生對應(yīng)于所述圖像信號的彩色圖像。
13.一種在預(yù)定的幀間隔內(nèi)將入射光束轉(zhuǎn)變成兩個順序色彩光分量的方法，所述方法包括以下步驟在所述幀間隔內(nèi)處理所述入射光束，以形成所述的兩個光分量，所述兩個光分量作為三個色彩光脈沖的兩個相互同步的序列，每個光脈沖具有源自所述入射光束的三個色帶中的一個色帶，其中所述三個色帶中僅有一個在所述的兩個色彩序列之間被分享，因此就在幀間隔內(nèi)提供了在所述的兩個光分量中所述三個色帶的所有的三個配對組合。
14.利用兩個成像儀產(chǎn)生色彩圖像的方法，所述方法包括以下步驟用以權(quán)利要求13的方法所獲得的兩個光分量分別將所述的兩個成像儀照明，其中可對所述的兩個成像儀進(jìn)行操作，以根據(jù)應(yīng)用的圖像信號對所述的兩個光分量分別進(jìn)行調(diào)制以在所述幀間隔內(nèi)產(chǎn)生兩個調(diào)制光束；和將所述兩個調(diào)制光束引導(dǎo)到投影透鏡中。
全文摘要
本發(fā)明涉及的裝置和方法用于在幀間隔內(nèi)將白色入射光轉(zhuǎn)換成三種色彩光脈沖的兩個相互同步的序列，所述每個光脈沖具有源自所述入射光的三個原色帶中的一個，其中所述三個色帶中僅有一個在所述的兩個色彩序列中被分享，因此就在所述幀間隔內(nèi)在所述的兩個光分量中提供所述三種色帶的所有的三種配對組合。所述的兩個色彩光序列用于將雙面板光引擎中的兩個反射型液晶成像儀分別照明，以使有源白平衡達(dá)到最佳，而并不減少占空比。利用在商業(yè)上可獲取的色彩/偏振濾光片和色彩/偏振開關(guān)的組合，提供一種純固態(tài)二階段色彩與偏振轉(zhuǎn)換裝置，以產(chǎn)生所述的兩個色彩光序列。
文檔編號H04N9/31GK1786754SQ200510127788
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者喬治·J.·歐肯法斯 申請人:Jds尤尼弗思公司