[发明专利]彩色图象投影装置的照明系统

说明书

本发明涉及一种用于彩色图象投影装置的照明系统，它依次包括用于提供辐射光束的辐射源和至少一个用于将该辐射光束分成至少两个具有不同的波长的子光束的胆甾醇镜。

本发明还涉及一种适用于在这种照明系统中的圆偏振器，用于将未偏振辐射直接转换成圆偏振子光束。

本发明进一步涉及一种包含这种照明系统和圆偏振器的彩色图象投影装置。

术语彩色图象投影装置应该被理解成具有广泛的含意，并可被用作显示视频图象、图形图象、数字信息或它们的组合的装置。

适用于在开头一段中描述的那种类型的彩色图象投影装置的照明系统，可以从M.Schadt和J.Fünfschilling在Japanese Journal of Applied Physics，vol.29，no.10，October 1990，pp.1974-1984上的“New Liquid Crystal Polarized Color Projection Principle”一文中知道。在这种已知装置中使用的照明系统的图象显示板是具有作为图象形成元件的液晶材料层的透射板。这种层以与包含在入射辐射中的图象信息相符合的方式，对该入射辐射的偏振状态进行调制。为此，由照明系统提供的光束应该根据图象显示板是否适于线性调制或圆偏振辐射，而沿着给定的方向得到线性偏振，或者具有给定的偏振转动方向。图象显示板在这里应该被理解为液晶层与偏振器或分析器的组合。

在该文章中描述的照明系统，采用了胆甾醇镜，用于将辐射源发射的“白色”未偏振辐射束分成与图象显示板的数目相符合并处于确定的偏振状态的多个“彩色”子光束。因此，这种胆甾醇镜具有双重功能，即颜色选择和偏振选择。

胆甾醇镜带有由液晶材料构成的光层，并具有间距为p的螺旋状结构。当“白色”的、未偏振辐射束入射到这种镜上时，一个具有与分子螺旋的转动方向对应的转动方向和与螺旋间距p相适合的波长的圆偏振辐射分量将得到反射，而具有相反的转动方向和/或不适配于镜的波长的分量将通过。

在这种已知的照明系统中，颜色分离和偏振是如下方式实现的。未偏振的白光入射到相对于光束成45°角的第一胆甾醇镜上。蓝色的、左旋圆偏振子光束被反射向一个平面镜。转动的方向在镜上被颠倒成右旋方向，从而使该子光束的转动方向不再适配于胆甾醇镜的螺旋，因此该子光束将沿着蓝图象显示板的方向通过。其余的辐射束将到达一个第二胆甾醇镜，后者选择出蓝色的右旋圆偏振辐射分量并将其直接沿着蓝图象显示板的方向反射。类似地，借助其他的胆甾醇镜选择绿和红子光束。

这种已知照明系统的一个缺点是左和右旋圆偏振辐射的选择性并不总是足够地大，因而将未偏振辐射转换成圆偏振辐射的效率不是最佳的。

本发明的一个目的是提供一种用于彩色图象投影装置的照明系统，它将辐射源发射的未偏振辐射转换成圆偏振辐射的效率是最佳的，另外这种转换能够以比较简单和成本低廉的方式实现。

为此，本发明的照明系统的特征在于用于将未偏振辐射直接转换成圆偏振子束的复合圆偏振器被设置在位于辐射源与胆甾醇镜之间的辐射束路径中，所述偏振器包括用于将辐射束分成两个彼此垂直和线偏振子束的偏振敏感分束器和一个偏振转换器，来自该偏振器的圆偏振子束结合成一条辐射束。

通过在彩色图象投影装置的照明系统中采用这种新颖的偏振器，其中颜色分离是借助胆甾醇镜而实现的，在不吸收辐射源发射的一部分辐射的情况下，射向胆甾醇镜的辐射已经得到了圆偏振。另外，这种转换是只借助一个单个的部件直接实现的，且将未偏振辐射转换成圆偏振辐射的转换效率不依赖于胆甾醇镜的质量。以此方式，将线偏振辐射转换成圆偏振辐射的转换效率得到了优化，从而使辐射源发射的辐射束的强度能够得到最大利用。另外，现在只要用六个胆甾醇镜就足够了，而这六个胆甾醇镜只有在所述文章中描述的六个胆甾醇镜的一半大，从而使它们的制造变得更简单且成本得到了显著降低。另外，可以省略掉平面镜。在所述文章和在本发明中，每一个颜色有两个光束部分，这些光束部分在辐射源与投影透镜系统之间穿过不同的路径长度。由于在根据本发明的设置中消除了平面镜，同一颜色的两个光束部分之间的路径长度差变小了很多，从而使LCD的照明得到了改善。

本发明的照明系统的一个实施例的特征在于偏振敏感分束器包括两个透明元件，在这两个透明元件之间有一个偏振分离层，且偏振转换器包括两个λ/4波片，这些λ/4波片每一个都被设置在偏振敏感分束器的不同出射面的一个对角位置上。

一个对角位置指的是λ/4波片的轴与偏振的线方向彼此成45°角的延伸。