CN101349818A - 色彩管理系统 - Google Patents

Abstract

一种色彩管理系统，其包括一个合光棱镜，一个设置于合光棱镜出射方向的特定波长偏振转换元件，一个设置于特定波长偏振转换元件出射光方向的检偏器。所述合光棱镜用于将入射至该合光棱镜的入射光组合起来，形成投影光束。所述特定波长偏振转换元件用于转换一特定波长的光的偏振状态。所述检偏器用于使特定偏振方向的光通过。上述色彩管理系统利用在合光棱镜出射面设置有特定波长偏振转换元件与检偏器，对出射光的偏振方向进行了有针对性的处理，并在检偏器的作用下，分离并排除了由使光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯以及由所述红光、绿光以及蓝光光路的光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，从而提升了所投影图像的对比度。

Description

色彩管理系统

技术领域

本发明关于一种色彩管理系统，尤其是关于一种用于投影仪的色彩管理系统。

背景技术

液晶投影仪作为个人计算机及电视机之类能够放大视频等的影像并在屏幕上放映的装置正得到广泛地应用。而且，以往，使用了透射型空间光调制器的投影仪为主流，但近年来以小型化及高精细化为目的，正在开发使用了反射型空间光调制器的反射型液晶投影仪。

如图1所示，为一种现有反射型投影仪的光学系统示意图。该反射型投影仪的光机包括光源系统10、图像形成系统20和放大投影系统30。

所述光源系统10包括白色光源11、紫外(UV)/红外(IR)滤色镜12以及聚光透镜13。来自白色光源11的白色光L通过紫外(UV)/红外(IR)滤色镜12滤除紫外线和红外线，进而用聚光透镜13聚光，最后使之传送到图像形成系统20。所述白色光源11通常使用金属卤化物灯或高压汞灯等的高亮度灯。

所述图像形成系统20包括第一、第二分色镜21、22、全反射镜23、偏振光束分离器(Polarization Beam Splitter，PBS)24R、24G、24B、空间光调制器26R、26G、26B、半波片25，以及色合成棱镜28。该第一分光镜21仅透过红色光R和绿色光G，而会反射蓝色光B，因此该第一分光镜21将来自偏振光束分离器14的出射光分成了两种光，第一种混合有红色光R和绿色光G的光透过第一分光镜21传送到第二分色镜22，而蓝色光B却被第一分光镜21反射到全反射镜23上，并由该全反射镜23传送到偏振光束分离器24B。所述第二分光镜22仅透过红色光R，而反射绿色光G。因此通过第一分色镜21到达第二分光镜22的红色光R和绿色光G，绿色光G被第二分色镜22反射，并被传送到偏振光束分离器24G。而透过第二分色镜22的红色光R被传送到偏振光束分离器24R上。到达偏振光束分离器24R、24B、24G的光，反射到各自相对的空间光调制器26R、26G、26B，经该空间光调制器26R、26G、26B处理形成各色的图像，并由该空间光调制器26R、26G、26B反射，再次通过偏振光束分离器24R、24B、24G，以及绿光G经过半波片25的处理，传送到色合成棱镜28，并在此处进行色合成，再传送到放大投影系统30中。

所述放大投影系统30包括投影透镜31及放大镜32，在此处将出射光所形成的图像放大，并将放大的图像投影到屏幕(图未示)上。

上述投影系统的光机设计，当光从合光棱镜中射出后，在出射光中含有杂乱光，该杂乱光的存在，部分原因是所有的实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯，如色合成棱镜在接收高水平的光通量时，其一般变成热负荷并且发生物理扭曲而引起应力双折射，这种应力双折射会导致光的去偏振和对比度的降低，还有一个原因是所述红光、绿光以及蓝光分别在各自的空间光调制器上接收空间信息外，还会接收到由所述红光、绿光以及蓝光光路的其它，如偏振光束分离器等光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，而这些杂乱光没有在被投射到显示器之前有效地将其杂讯分离并排除，这些图像杂讯及杂乱空间信息会降低投影到屏幕的出射光的对比度。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够提高对比度的色彩管理系统。

一种色彩管理系统，其包括一个合光棱镜，一个设置于合光棱镜出射方向的特定波长偏振转换元件，一个设置于特定波长偏振转换元件出射光方向的检偏器。所述合光棱镜用于将入射至该合光棱镜的入射光组合起来，形成投影光束。所述特定波长偏振转换元件用于转换一特定波长的光的偏振状态。所述检偏器用于使特定偏振方向的光通过。

上述色彩管理系统利用在合光棱镜出射面设置有特定波长偏振转换元件与检偏器，对出射光的偏振方向进行了有针对性的处理，并在检偏器的作用下，允许特定偏振方向的光通过而分离并排除了由实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯以及由所述红光、绿光以及蓝光光路的光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，从而提升了所投影的出射光的对比度。

附图说明

图1是现有一种反射型投影仪的光学系统示意图；

图2是本发明所提供的色彩管理系统示意图。

具体实施方式

为了对本发明作更进一步的说明，举一较佳实施例并配合附图详细描述如下。

请参阅图2，为本发明实施例所提供的色彩管理系统示意图。该色彩管理系统用于三片反射式投影仪，其包括沿光路方向依次设置的一光源31、一积分器32、一个偏振光转换器33、第一、第二分光镜34a、34b，三个金属栅格型偏振片(Wire Grid Polarizer，简称WGP偏振片)35R、35G、35B，三个分别与三个WGP偏振片相对应设置的空间光调制器36R、36G、36B，一个设置于三个WGP偏振片出射光方向上的合光棱镜37，一个设置于第一分光镜34a与空间光调制器36B之间的全反射镜38，一个设置于合光棱镜37的出射光方向上的特定波长偏振转换元件39和一个检偏器40，一个设置于合光棱镜37的相对于检偏器40另一侧的偏振转换元件41，以及一个投影透镜42。

当然可以理解的是，本发明的色彩管理系统还可以用于两片反射式投影仪或者透射式投影仪，只要其具有合光棱镜、偏振分束器等光学元件，上述的三片反射式投影仪仅为举例以说明该色彩管理系统之原理。

需要进一步说明的是，上述各种光学元件都是沿光的传播路径设置的，在这里没有一一说明其所处的物理位置。

所述光源31发射包括显示彩色图像所需的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的白光。该光源31可以为卤素灯、金属卤化物灯或氙灯等。在本实施例中，该光源31为卤素灯。

所述积分器32用来均匀化和有效地使用光源31发出的光。

所述偏振光转换器33用于将入射白光转换成同一偏振状态的光。在本实施例中，该偏振光转换器33将入射白光转换成P偏振光，并将该P偏振白光作为出射光输出。

所述第一分光镜34a具有将光分离成蓝光B和其它混合颜色的红光R和绿光G的功能。所述第二分光镜33b具有将红光R和绿光G分离的功能。

所述WGP偏振片35R、35G、35B的工作原理可以定性地用金属线条中的自由电子运动来解释。如果入射光的偏振方向与金属线条平行，金属线条中的自由电子受到外电场的作用沿金属线条定向运动。由于金属线条与入射光的波长相比很长，相当于入射光作用到金属薄膜表面，也就是说金属线条方向上的偏振光将被反射。相反，当入射光的偏振方向与金属线条垂直，而金属线条的宽度小于波长，受激电子的运动严重受限，无法与入射光波发生有效作用，从而不产生第二性的反射波和折射波，也就是说这一方向上的偏振光被透射。

所述空间光调制器36R、36G、36B可以为硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)显示面板，其工艺结构结合了液晶技术与半导体集成电路技术。LCoS面板利用半导体制程制作驱动面板，然后在电晶体上采用研磨技术磨平，并镀上铝或银等当作反射镜，形成CMOS基板，再将CMOS基板与含有透明电极的玻璃基板贴全后灌入液晶并封装测试，形成LCoS面板。LCoS面板通过控制光的偏振状态来调制入射光并给入射光加入空间信息，形成包括该入射光和该空间信息的经过修正的出射光。

所述合光棱镜37具有混合预定偏振分量的彩色光，以发射被混合的彩色光的功能。该合光棱镜37具有三个入射面和一个出射面。该合光棱镜37是一种具有两个相互垂直的平面的光学元件。第一平面371是一个二向色滤光片，该二向色滤光片被配置成用来透射具有第一波长的光，而反射具有第二波长的光，在本实施例中，透射绿光G，反射蓝光B。同理，与所述第一平面371垂直的第二平面372也具有一个二向色滤光片，其透射绿光G，反射红光R。当然，可以理解的是，该合光棱镜37也具有同一般偏振分束器对偏振方向不同的光进行分离的功能。

所述全反射镜38用于全发射来自入射方向的光，并将入射光反射出去。

所述特定波长偏振转换元件39是由多层延迟薄膜组成的叠片，其可无损耗地将一个频带内，即特定波长的偏振光转换为与其正交的偏振光，该特定波长偏振转换元件39可以将一定波段的任意颜色的入射光如红光R、绿光G以及蓝光B的偏振方向转换为与其正交的偏振出射光。在本实施例中，该特定波长偏振转换元件39用来将入射的绿光G的偏振方向转换为与其正交的偏振光出射绿光G。

所述检偏器40可以为一偏光片(Polarizer)，其可以让一定偏振方向的光通过，而吸收其它偏振方向的光。

所述偏振转换元件(Retaeder)41可以通过拉伸等方法获得的具有光学各向异性的有机薄膜。其分为二分之一波片与四分之一波片。当光束通过二分之一波片时，只通过一次即可该光束的振动方向旋转90度，而对于四分之一波片，要反复经过四分之一波片两次才可以将该光束的振动方向旋转90度。在本实施例中，所使用的偏振转换元件41为二分之一波片，且其是将两个四分之一波片叠加而成。

所述投影透镜42用于将出射光对应于的图像放大，并将放大的图像投影到屏幕(图未示)上。

下面对图2中光束所行进之光路以及所列之光学元件对该光束所起的作用进行说明。

当从光源31发出之白光，穿过积分器32后，经偏振转换器33转换成P偏振光后输出，经第一分光镜34a分光后的蓝光B被该第一分光镜34a反射，而绿光G与红光R通过该第一分光镜34a，当然，可以理解的是，经对分光镜34a的设计，可以使红光R和绿光G和蓝光B中任一种分量的光反射，而使其它两种分量的光通过。经反射的蓝光B在全反射镜38的作用下，穿过WGP偏振片35B，并到达空间光调制器36B，该空间光调制器36B通过控制光的偏振状态以调制该蓝光B，即将该蓝光调制为S偏振光，并加以图像信号。最后将调制后的S偏振状态的蓝光B反射到WGP偏振片35B，该WGP偏振片35B反射该S偏振状态的蓝光B，从而使得该蓝光B进入合光棱镜37。该S偏振状态的蓝光B经合光棱镜37反射进入投影透镜42。

通过第二分光镜34a的绿光G与红光R经第二分光镜34b分光，绿光G被第二分光镜34b反射，而红光R通过该第二分光镜34b。

被第二分光镜34b反射的绿光G穿过WGP偏振片35G，并到达空间光调制器36G，该空间光调制器36G通过控制光的偏振状态以调制该绿光G，即将该绿光G调制为S偏振光，并加以图像信号，最后将调制后的S偏振状态的绿光G反射到WGP偏振片35G，该WGP偏振片35G反射该S偏振状态的绿光G，到达偏振转换元件41，该偏振转换元件41将该S偏振光转换为P偏振光后，进入合光棱镜37。该P偏振状态的绿光G可直接穿过合光棱镜37而到达投影透镜42。

通过第二分光镜34b的红光R穿过WGP偏振片35R，并到达空间光调制器36R，同蓝光B一样，该空间光调制器35R将该红光P调制为S偏振光，经合光棱镜37反射后进入投影透镜42。

从合光棱镜37出射面射出的红光R、绿光G、蓝光B的偏振状态分别为S偏振、P偏振、S偏振。该从合光棱镜37射出的红光R、绿光G、蓝光B经过特定波长偏振转换元件39，将P偏振的绿光G的转换为S偏振的绿光G，从而使得通过检偏器40时，所有S偏振的红光R、绿光G、蓝光B都可以通过该检偏器40。

同时，当红光R、绿光G、蓝光B通过检偏器40时，接收空间光调制器36R、36G、36B以及合光棱镜37的出射光，并将该出射光进一步修正以产生定向于一个单独平面的偏振光(即线性的偏振光)，并将所产生的图像杂讯光全部吸收，以达到排除的目的。

从检偏器40出射的光到达投影透镜42，经该投影透镜放大并投影到屏幕(图未示)上。

上述色彩管理系统利用在合光棱镜出射面设置有特定波长偏振转换元件与检偏器，对出射光的偏振方向进行了有针对性的处理，并在检偏器的作用下，允许特定偏振方向的光通过而分离并排除了由实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯以及由所述红光、绿光以及蓝光光路中的光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，从而提升了所投影的出射光的对比度。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种色彩管理系统，其特征在于：该色彩管理系统包括一个合光棱镜，一个设置于合光棱镜出射方向的特定波长偏振转换元件，一个设置于特定波长偏振转换元件出射光方向的检偏器，所述合光棱镜用于将入射至该合光棱镜的入射光组合起来，形成投影光束，所述特定波长偏振转换元件用于转换一特定波长的光的偏振状态，所述检偏器用于使特定偏振方向的光通过。

2.如权利要求1所述的色彩管理系统，其特征在于：所述色彩管理系统还包括一投影透镜，该投影透镜设置于检偏器的出射光方向上，用于对该检偏器的出射光所形成的图像放大。

3.如权利要求1所述的色彩管理系统，其特征在于：所述色彩管理系统还包括一个光进入合光棱镜之前的偏振转换元件。

4.如权利要求3所述的色彩管理系统，其特征在于：该偏振转换元件为一个二分之一波片。

5.如权利要求4所述的色彩管理系统，其特征在于：所述二分之一波片由两个四分之一波片叠加而成。

6.如权利要求1所述的色彩管理系统，其特征在于：所述检偏器为一个偏光片。

7.如权利要求1所述的色彩管理系统，其特征在于：所述色彩管理系统还包括三个用于接收入射光的金属栅格型偏振片。

8.如权利要求7所述的色彩管理系统，其特征在于：所述色彩管理系统还包括三个分别用于接收来自相应一个金属栅格型偏振片的出射光的空间光调制器。

9.如权利要求8所述的色彩管理系统，其特征在于：所述空间光调制器为硅基液晶面板。

10.如权利要求8所述的色彩管理系统，其特征在于：所述空间光调制器被配置用来修正其入射光，并在所述入射光上叠加图像信号，以形成包括该入射光和该图像信号的经过修正的出射光。

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