CN101203777A

CN101203777A - 投影装置的多带通过滤器

Info

Publication number: CN101203777A
Application number: CNA2006800201979A
Authority: CN
Inventors: O·朱格
Original assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2008-06-18
Also published as: US20070030563A1; WO2006131012A1; EP1889102A1; TW200710532A

Abstract

一种用于操纵光源的光谱的光学过滤器包括透明的衬底和仅在一侧被涂敷的第一层系统，该第一层系统优选为干涉层系统。衬底和第一层系统构成组合的紫外线和红外线过滤器(UVIR过滤器)，以致借助于第一层系统，不仅波长小于420nm、尤其是紫外线区域的辐射部分不能完全被透射，而且波长大于690nm、尤其是红外线区域的辐射部分也不能完全被透射。

Description

投影装置的多带通过滤器

本发明涉及一种多带通过滤器，用于彩色投影设备中以进行有效的色彩校正。

背景技术

如今在彩色投影结构中被用作白光源的气体放电灯在强度和可靠性方面到目前为止也不能被代替。但是尽管如此，这些气体放电灯还具有一系列不期望的辐射特性，对此必须采取措施。

如用于投影显示的气体放电灯除了发射可见光以外还发射高强度的紫外线(UV-)辐射和红外线(IR-)辐射。在本说明书之内，波长小于420nm可是大于300nm的这类辐射被视为UV辐射。波长大于690nm可是小于2μm的这类辐射被视为IR辐射。UV辐射和IR辐射显著损害典型的投影显示装置的光学部件。也就是在UV照射的情况下，有时会发生部件材料的分解。这主要发生在包含有机材料的部件中。IR辐射在光学部件之内引起特别高的并且因此加重负担的(belastend)温度和/或温度梯度，并且在极端情况下，IR辐射还会破坏这些光学部件。

因而，不仅紫外线过滤器而且红外线过滤器在投影显示应用中都是必需的。对于将液晶部件(LCD)用作成像元件的投影仪来说，这种过滤器特别是必需的。这种LCD对UV照射和/或高温特别敏感。

为了尽可能早地滤出辐射中的有害的UV和IR成分，紫外线过滤器和红外线过滤器在光路中通常被直接放置在光源之后。

在基于三个成像元件的结构中，白光一般被分裂成三条光路。通常，这种分裂借助两个二向色性滤色器来进行，这两个二向色性滤色器例如在光路中与光轴成45°的方向。如果第一过滤器例如为蓝光反射器，则蓝光B将以45°被反射，也就是偏转90°，而绿光G和红光R将透射穿过该过滤器。如果第二过滤器为绿光反射器，则绿光G被反射而红光R透射。因此，最初的白色光线被拆开成三条子光线(Teilstrahlen)。

但是，由于通常不是给二色性过滤器加载平行光线，而是在大多数情况下存在宽的角度分布用于进行加载，所以按照波长间隔来干净地拆开变得困难。对此的原因在于，在投影仪中借助于透镜尝试使沿着光路的损失最小化。后果是不平行的光束，即所谓的低F数(F-Zahl)的圆锥形强度分布。由于二色性过滤器的光谱特性随着入射角而变化(这特别是涉及过滤器边棱(Filterkanten)的位置)，光谱拆分受到限制，并且光线的颜色在入射圆锥之内随着入射角变化。

也就是说，蓝光线于是完全包含本来被分配给绿光线的波长部分，此外，在绿光线中不仅存在蓝色部分而且存在黄红色部分，并且红光线也包含黄色成分。不期望的部分导致，在许多情况下，投影装置的能达到的色饱和是不够的。

如果采用UHP灯，则此外在发射光谱中还存在有突出的引起干扰的强度峰值。特别是强烈的黄色峰值在图像中导致淡化的红色压印(Roteindruck)。

因而，改善色饱和是必需的。通常，为此，在单个子光线中放置滤色器、也就是所谓的补偿滤色片(Trimfilter)。这种补偿滤色片通常也是由二色性过滤器构成，但是，这些二色性过滤器垂直地或近似垂直地被引入到单个子光线R、G和B的光路中。由于这种二色性过滤器的光谱特性的角度相关性对于小的角度(近似垂直入射)不是那么突出，所以色饱和将得到显著改善。

但是缺点在于，附加的补偿滤色片形成附加费用。为了制造这种过滤器必须对其它衬底进行真空涂层。此外，还必须在壳体中采用这些过滤器，这附加地带来加固和/或组装步骤以及校准步骤。另外，虽然在基本上垂直光入射的情况下采用了补偿滤色片，但是通过照明圆锥和照明圆锥中实现的角度分布，还总是会实现比较宽的角度谱。由此还不能最佳地发出色饱和。

发明内容

因此本发明的任务在于，至少部分地克服所述的现有技术问题。尤其是应通过本发明实现良好的色饱和，而不必在子光路中布置诸如补偿滤色片的附加部件，。

本发明的解决方案

按照本发明，此问题通过以下方式来解决，即基本上直接在灯之后借助改进的UVIR过滤器来操纵光谱。

通常，紫外线过滤器和红外线过滤器在两个衬底上被实现，或者在透明衬底的相对的两侧上被实现。

本发明的第一实施形式是已经将紫外线过滤器和红外线过滤器集成到层系统中，该层系统只在该衬底的一侧上被实现。在与该侧相对的一侧上于是能例如设置简单的增透膜。

在本发明的另一实施形式中，在否则只阻挡紫外线辐射并且也阻挡红外线辐射的地方，现在也至少部分地阻挡蓝光与绿光之间的过渡区域以及绿光与红光之间的过渡区域，并因此已经在形成辐射不久后实现颜色平衡。这可以借助于紫外线红外线过滤器之前或之后的附加过滤器来实现。但是特别有利并且因此也具有创造性的是，将这种补偿滤色片直接集成到UVIR过滤器的层系统中。以这种方式可以省去一个或多个其它衬底，这些衬底否则对于补偿滤色片会是必需的。

附图说明

图1是按照本发明的投影装置。

图2是按照本发明的多带通过滤器的光谱特性。

现在借助实例并且根据附图对本发明进行详细的说明。

图1示意性示出按照本发明的可能的结构1。在此，光源3发出灯特有的无偏振白光W。在该例中，反射器5为抛物面反射器，以致基本上平行的照明光线离开灯。通常，如果被布置在下游的偏振转换元件7(PCA)有效地起作用，则采用这种平行照明光线。按照本发明，在PCA与反射器之间布置光谱多带通过滤器9，该光谱多带通过滤器9的光谱特性在图2中示意性利用实线示出。在此，多带通过滤器不仅有效地阻挡紫外线区域(420nm以下)和红外线区域(690nm之上)，而且还既在从蓝光波长区域过渡到绿光波长区域(490nm-510nm)时又在从绿光波长区域过渡到红光波长区域(570nm-590nm)时显著减弱和限定地禁止透射。图2中的虚线示出UHP灯的灯光谱。清楚的是，例如灯光谱在580nm处存在的强度峰值能通过过滤器而显著被减弱，这是完全值得期望的。由于被抛物面反射器所反射的光束具有比较好地被实现的平行性，所以基本上给多带通过滤器9加载垂直入射的光。由此，多带通过滤器9的光谱特性不会由于不同的入射角而失真。这种富有创造性的装置因此实现了很高的颜色饱和度。

因此，修改过的白光透射穿过多带通过滤器，该白光至少隐约包含三个分开的波长区域RGB，并且该白光很大程度不再包含UV和IR成分。该光在附图中用RGB光来表征。

在多带通过滤器9的下游跟随PCA 7，并且必要时进一步跟随第一透镜系统11。在该例中，在下游继续跟随第一二向色镜13，该第一二向色镜13反射蓝光B并透射红光R和绿光G。在下游跟随红色和绿色子光线地布置有第二二向色镜15。该第二二向色镜15反射绿光G，而该第二二向色镜15基本上透射红光R。由此，最初的无偏振白光线被划分为三种颜色的和基本上被偏振的子光线。

被反射的蓝光B通过平面转向镜17在针对蓝光所设置的透射式液晶部件tLCD蓝光19的方向上被反射。在那里，该蓝光B的偏振局部分辨地(aufgeloest)被调制。通常按照现有技术，在tLCD之前连接补偿滤色片。可是，由于按照本发明的多带通过滤器9，这不是必要的。被连接在tLCD之后的偏振过滤器将局部分辨的偏振调制转换为局部分辨的强度调制。

绿光G相应地落到tLCD绿光21上并在那被偏振调制。该偏振调制借助(在示意图中未示出的)偏振过滤器被转换成强度调制。

所透射的红光R通过平面转向镜23、23′在针对红光所设置的透射式液晶部件tLCD红光25的方向上被反射。在那，该红光的偏振在局部分辨地被调制。连接在后面的偏振过滤器将局部分辨的偏振调制转换为局部分辨的强度调制。

在该例中，在下游，在空间上进行强度调制的子光线借助于颜色立方体27被聚集在一起。

跟随颜色立方体的是投影透镜系统29，该投影透镜系统29包括至少一个透镜，并且在投影面上对通过tLCD的空间调制而预定的图象进行成像。

按照现有技术会设置被直接连接在tLCD之前的补偿滤色片。可是，在本发明中所设置的、直接在照明源之后的按照本发明的多带通过滤器使得补偿滤色片在很大程度上是多余的。基本上能省去补偿滤色片。

但是，为了进一步的精平衡，无论如何设置附加的补偿滤色片，而这不会与本发明的思想背道而驰。

如能从图2中觉察到的那样，按照本发明的实施形式的层系统与衬底结合构成多带通过滤器，该多带通过滤器不仅是UVIR过滤器，而且在490nm到510nm的、蓝光与绿光之间的过渡区域中以及在570-590nm的、绿光与红光之间的过渡区域中至少部分地阻挡透射。

在此，415nm到435nm之间的透射差优选地为至少90％，和/或675nm到700nm之间的透射差为至少90％。

优选地，在蓝光与绿光之间的过渡区域以及在绿光与红光之间的过渡区域中，透射最小少于10％。

优选地，被用于构造UVIR过滤器的层系统包含干涉层系统。在此，通过改变层系统的各层的折射率，光在层系统之内发生干涉效应，并因此发生与波长相关的反射和/或透射。干涉层系统可以通过交替层系统来构造，该交替层系统由高折射率材料和低折射率材料制成。在波长为550nm时具有大于1.70的折射率的材料适用作高折射率材料。对此的实例是TiO₂和Ta₂O₅。在波长为550nm时具有小于1.55的折射率的材料适用作低折射率材料。对此的实例是SiO₂和MgF₂。而在波长为550nm时具有大于或等于1.55且小于或等于1.70的折射率的那些材料适用作具有中等折射率的材料。对此的实例是Al₂O₃。适用于本发明的光学干涉层系统可以包含仅由这三组中的一组制成的、仅由这三组中的两组制成的或者由所有这三组制成的材料或其混合物。但是，光学干涉层系统优选地由来自高折射率材料和低折射率材料组中的材料的交替层系统构造。

参考符合列表

1 投影仪

3 光源

5 反射器

7 偏振转换元件

9 多带通过滤器

11 透镜系统

13 第一二向色镜

15 第二二向色镜

17 平面转向镜

19 tLCD蓝光

21 tLCD绿光

23 平面转向镜

25 tLCD红光

27 颜色立方体

W 灯特有的白光

B 蓝光，通常在空气中波长为420nm到490nm

G 绿光，通常在空气中波长为510nm到570nm

R 红光，通常在空气中波长为590nm到690nm

RGB 修改过的具有红光分量、蓝光分量和绿光分量的光

Claims

1.一种光学过滤器，用于操纵光源的光谱，其中，该光学过滤器包括透明的衬底和仅在一侧被涂敷的第一层系统，该第一层系统优选为干涉层系统，其特征在于，衬底和第一层系统构成组合的紫外线和红外线过滤器(UVIR过滤器)，以致借助于第一层系统，不仅波长小于420nm、尤其是紫外线区域的辐射部分不能完全被透射，而且波长大于690nm、尤其是红外线区域的辐射部分也不能完全被透射。

2.如权利要求1所述的UVIR过滤器，其特征在于，在不承载第一层系统的一侧上增透膜。

3.如权利要求1至2所述的UVIR过滤器，其特征在于，第一层系统与衬底结合也在490至510nm的蓝光与绿光之间的过渡区域中以及在570至590nm的绿光和红光之间的过渡区域中至少部分地阻挡透射。

4.如权利要求3所述的UVIR过滤器，其特征在于，415nm到435nm之间的透射差为至少90％。

5.如权利要求3和/或4所述的UVIR过滤器，其特征在于，675nm到700nm之间的透射差为至少90％。

6.如权利要求3至5所述的UVIR过滤器，其特征在于，在蓝光和绿光之间的过渡区域以及绿光和红光之间的过渡区域中，透射最小小于10％。

7.一种投影装置，其包含至少一个用于发射出光线的光源(3)、用于对准光线的装置(5)、用于将光线分为三条基本上包含蓝色、绿色和红色子光谱的子光线(R，B，G)的二向色镜(13，15)、用于调制子光线(R，B，G)的透射式LCD元件(19，21，25)、用于聚集子光线的装置(27)以及用于将所聚集的、经过调制的子光线在投影面上进行成像的投影透镜系统(29)，其特征在于，该投影装置此外还包含按照权利要求1到6所述的UVIR过滤器。

8.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，在光源(3)与投影透镜系统(29)之间的光路中不采用用于校正光谱的其它过滤器。

9.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，在光源(3)与投影透镜系统(29)之间的光路中最多采用一个用于校正光谱的其它过滤器。