CN1786754A - 色彩与偏振转换的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的装置和方法用于在帧间隔内将白色入射光转换成三种色彩光脉冲的两个相互同步的序列，所述每个光脉冲具有源自所述入射光的三个原色带中的一个，其中所述三个色带中仅有一个在所述的两个色彩序列中被分享，因此就在所述帧间隔内在所述的两个光分量中提供所述三种色带的所有的三种配对组合。所述的两个色彩光序列用于将双面板光引擎中的两个反射型液晶成像仪分别照明，以使有源白平衡达到最佳，而并不减少占空比。利用在商业上可获取的色彩/偏振滤光片和色彩/偏振开关的组合，提供一种纯固态二阶段色彩与偏振转换装置，以产生所述的两个色彩光序列。

Description

色彩与偏振转换的装置和方法

交叉引用的相关申请

[01]本发明主张于2004年12月6日提交的、发明名称为“用于双面板LCoS光引擎的两阶段(2-stage)色彩与偏振的开关”的美国临时专利申请No.60/633,468的优先权，该专利申请的内容通过参考合并到本发明中。

技术领域

[02]本发明总体上涉及一种产生用于双面板光引擎的顺序彩色图像帧的装置和方法，特别是涉及利用色彩与偏振开关和滤光片来产生这样的图像帧的装置和方法。

背景技术

[03]利用两个面板的光引擎系统一方面比利用一个面板的系统有几个好处，另一方面比利用三个面板的系统也有几个好处。双面板系统提供比一个面板系统更高的亮度，而且在设计上比三面板系统更简单。不过，常规的双面板系统受制于开关和至少一个色轮的使用，这些开关在空间上被分开，这样就有可能减少占空比(duty cycle)。两种颜色之间的界面每次穿过所述光束时，这些图像仪必须得关闭，根据使用什么种类的色轮，这种现象的发生一般占该时间的10-15％。此外，白平衡会要求色轮的机械平衡，而这种机械平衡会在实际操作中带来某些难度。

[04]由Greenberg M.所描述的方法“增强的双面板LCoS CMC”(OCL03-29)中，试图通过使用色轮和额外的开关来实现光引擎输出的白点平衡，而并不减少占空比，所述额外的开关用作第二色轮或液晶开关。不过，在此处使用机械色轮，仍在实际操作中造成各种各样的限制。

[05]在本人Ockenfuss G所公开的以前的一个发明“利用一个LC偏振开关进行投影显示的双面板光引擎”(OCL04-21)中，本人描述了利用一个LC偏振开关进行投影显示的双面板光引擎来替代色轮。在此系统中，每个面板能够通过两种不同的颜色，如一个面板通过红色和蓝色，而另一个面板通过红色和绿色，以满足获得白点平衡的需要，而并不减少占空比。后来本人又发现这仅是满足这种需要的必然而非足够的要求，而且本人的这种系统并不能够提供真正的白平衡而不减少占空比。

[06]一种双面板投影系统由Robinson等人在美国专利6,650,377和Chen等人(Chen J，Robinson MG和Sharp G)在“反射LCD投影仪的双面板结构”(SID 01 Digest，p.1084(2001))中公开。这种系统利用具有可变偏振级的全透射装置来将红色光引导到一个面板，而将蓝色和绿色交替到另一个面板。在这种系统中将弹性聚合物用作双折射延迟板。可采用这种方法时，完全的白平衡仍然是不可能的，而占空比也减少了，因为两个面板之中的一个是专用于红色的通道的。而且，这种系统要求双级开关，这样就增加了复杂性，而并不一定增加功能性。

[07]作为一种选择，用在双面板投影系统中的色彩开关由Fuenfschilling等人在美国专利6,801,272和Bachels T等人(Bachels T，Schemitt K，Fuenfschilling J，Stadlder M，Seiberle M和Schadit M)在“用于时间顺序投影的高级电子色彩开关”(SID国际研讨会，San Jose，(2001))中公开。这种系统中的色彩开关仅在色带之间转换，但并不在偏振模式之间转换。由于这种原因，就不可能在要投射到这两个面板上的两种光之间提供依赖于偏振的分离。

[08]前面的描述明确地表明需要一种允许完全的白平衡而并不减少占空比且并不使用机械色轮的系统。

发明内容

[09]本发明的目的之一在于提供一种用在双面板光引擎中的纯固态的色彩和偏振转换的装置，这种装置允许最佳的有效白平衡而并不减少占空比。通过商业上可获取的滤色镜/偏振滤光片和色彩/偏振开关的组合就能够容易地制成所述转换装置，所述滤色镜/偏振滤光片如Rolic技术有限公司所提供的滤色镜/偏振滤光片，所述色彩/偏振开关如ColorLink有限公司提供的色彩/偏振开关。

[10]根据本发明的第一方面，提供一种光学装置，所述光学装置将以第一模式的第一取向偏振的入射光束转变成以所述第一模式的第一和第二取向双偏振的第一光输出，所述第二取向实质上与所述第一取向正交，所述入射光束限定相同偏振的第一、第二和第三色带，所述装置包括：

-延迟板堆叠式第一滤光片，所述第一滤光片用于接收所述入射光束并且将所述第二和第三色带中每一个的所述第一取向转变成实质上与所述第一取向正交的第二取向；

-包括液晶透射装置的第一开关，所述液晶透射装置包括用于色处理偏振(chromatically manipulating polarization)的多个液晶开关，且所述液晶透射装置放置在指数匹配的第一组延迟板层与第二组延迟板层之间，放置所述第一开关以接收来自所述第一滤光片的光，且所述第一开关可在第一状态与第二状态之间进行电子转换，所述第一状态用于保持所有三个色带的取向，所述第二状态用于将所述第一色带的所述第一取向转变成所述第二取向，并将所述第三色带的所述第二取向转变成所述第一取向。

-放置用来接收来自所述第一开关的光的滤光装置，所述滤光装置用于在所述三个色带中的每一个的所述第一和第二取向之间进行转变，同时阻挡所述第一色带的所述第二取向，所述滤光装置包括放置在第一和第二偏振转换器之间的第二滤光片，其中所述第一偏振转换器将从所述第一开关接收的光的第一偏振模式转变成第二偏振模式，以使所述第一偏振模式的所述第一和第二取向被分别转变成所述第二偏振模式的相互正交的第三和第四取向，其中所述第二滤光片阻挡所述第一色带的所述第四取向，且所述第二偏振转换器将所述第二偏振模式恢复到所述第一偏振模式，以使所述第三和第四取向被分别转变成所述第一和第二取向。

-包括液晶转换元件的第二开关，所述第二开关放置用于接收来自所述滤光装置的光且可在第一状态与第二状态之间进行电子转换，所述第一状态用于保持所有三个色带的取向，所述第二状态用于在所述三个色带中的每一个的第一和第二取向之间进行转变。

在操作中，使所述第一和第二开关中的每一个的所述第一和第二状态同步，以使所述第一光输出遵循预定色彩与偏振序列。

[11]在目前的优选实施例中，所述光学装置还包括：

-放置用来接收所述第一光输出的一对滤色片，所述的一对滤色片用于阻挡所述第三和第二色带，因此就结合发射第二光输出，所述第二光输出具有：

·以所述第一取向偏振的所述第二色带和以所述第二取向偏振的所述第一色带，这时所述第一和第二开关中的每一个处于其第一状态；

·以所述第一取向带偏振的所述第一色带和以所述第二取向偏振的所述第三色带，这时所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第二状态；

·以所述第一取向偏振的所述第二色带和以所述第二取向偏振的所述第三色带，这时所述第一开关处于其第二状态且所述第二开关处于其第一状态；

-放置用来接收所述第一光输出的分光装置，所述分光装置用于将所述第一光输出的所述第一和第二取向分成第一和第二光学分量；和

-用于白点平衡的装置，所述白点平衡通过改变所述三种色带中的一个相对于其它两个色带的量来进行，且白点平衡并不依赖于其它两个色带的量之间的比率；

在操作中，将所述第一和第二开关通过三种转换组合而在预定的帧间隔内进行转换：

-所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第一状态；

-所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第二状态；

-所述第一开关处于其第二状态且所述第二开关处于其第一状态；

因此就在所述帧间隔内提供了在所述光输出的第一和第二取向中所述第一、第二和第三色带的所有三种配对组合。

[12]优选所述入射光束是白色光，所述第一、第二和第三色带实质上是红色、绿色和蓝色原色带，所述第一偏振模式与分别为p类和s类的所述第一和第二取向成线性关系，且所述第二偏振模式与分别为左旋和右旋的所述第三和第四取向成圆形关系。为了方便起见，所述第一滤光片与所述第一组延迟板层结合成单独的延迟板堆叠，所述第一和第二偏振转换器中的每一个都是四分波板，所述第二滤光片是胆甾型(cholesteric)滤色镜，所述第二组延迟板层与所述第一偏振转换器结合成单独的延迟板堆叠，且所述一对滤色片对是二向色黄色和红紫色的滤色片。作为选择，所述分光装置是线栅型偏振光束分光器和偏振光束分光立方体中的一种。

[13]根据本发明的另一方面，提供一种光引擎，所述光引擎包括：

-投影透镜；

-上述光学装置；

-放置用来接收所述第二光输出的分光装置，所述分光装置用于将所述第一和第二取向分别分成第一和第二光分量；

-第一和第二成像仪，所述第一和第二成像仪被放置以用来根据所利用的图像信号，在所述帧间隔内，分别接收和单独地调制所述第一和第二光分量，从而产生第一和第二调制光束；

-将所述第一和第二调制光束引导到所述投影透镜的装置；

-用于提高所述彩色图像的质量的至少一个偏振滤光片；和

-用于增加所述彩色图像的对比度的至少一个分析器，

因此就在所述帧间隔内产生对应于所述图像信号的彩色图像。

[14]根据本发明的另一个方面，提供一种在预定的帧间隔内将入射光束转变成两个顺序的彩色光分量的方法，所述的两个顺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骤：

-在所述帧间隔内处理所述入射光束，以形成所述的两个光分量，所述两个光分量作为三个色彩光脉冲的两个相互同步的序列，每个光脉冲具有源自所述入射光束的三个色带中的一个色带，其中所述三个色带中仅有一个在所述的两个色彩序列之间被分享，因此就在帧间隔内提供了在所述的两个光分量中所述三个色带的所有的三个配对组合；和

-提供白点平衡的装置，所述白点平衡通过改变所述三种色带中的一个相对于其它两个色带的量来进行，且白点平衡并不依赖于其它两个色带的量之间的比率。

[15]本发明的优点在于允许以较高的占空比进行有效的动态白平衡、具有简化的和更加紧凑的光引擎设计、要求的空间比色轮所要求的空间更小并且无需对部件进行机械上的移动。液晶色彩开关连同各种的滤光技术的使用极大地提高了设计者管理显示色彩的能力，从而使这种结构与机械色轮相比更有吸引力。

附图说明

[16]本发明的示范性实施例将在下面通过参考附图进行进一步的详细描述，图中相同的参考数字表示相同的部件，其中：

[17]图1示出了根据本发明的一个优选实施例的时间图表，在一个帧间隔内产生两个色彩序列；

[18]图2示出了根据本发明的另一个实施例的光学装置的原理框图，所述光学装置用于将p类线性偏振的入射光束转变成以p类和s类线性偏振进行双偏振的第一光输出；

[19]图3用表格示出了图2中所示出的实施例的所有四个可能的结果，这四个可能的结果对应于它们的所有可能的组合转换状态；

[20]图4以适时图进一步示出了在图2中所示出的实施例在一个帧间隔内的三个子帧间隔中的转换状态以及所述输出光的相应色彩与偏振状态；

[21]图5示出了双面板光引擎的一个示范性实施例，所述光引擎利用图2示出的光学装置实施例；和

[22]图6示出了双面板光引擎的另一个示范性实施例，所述光引擎利用图2示出的光学装置实施例。

具体实施方式

[23]此处对任何实施例的参考意味着与该实施例有关的所描述的特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书的不同位置出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指相同的实施例，也不是指相互排除其它的实施例的、单独的或选择性的实施例。

[24]本发明着力于解决现有技术中对系统的限制问题，通过提供商业上可获取的色彩-偏振开关和色彩/偏振滤光片的组合来产生纯固态柔性开关，这种柔性开关能够达到最佳的有效白平衡，而并不减少占空比。

[25]常规的双面板光引擎采用两个硅液晶(LCoS)成像仪，其中的每一个成像仪用不同色带的图像光脉冲序列照明，所述色带典型地选自三种原色带。所述的这些色带源自白色光源，如弧光灯。

[26]图1示出了根据本发明的一个实施例的一个时间图表，在一个帧间隔内产生两个光分量色彩序列。所述帧间隔对应于在一个图像帧内将要看到的一个完整的图像。在此实施例中，将所述帧间隔分成三个子帧间隔T₁、T₂和T₃。在每个子间隔期间，使两个色彩序列中的每一个都包含选自三个原色带中的一个，所述三个原色带源自入射光束。在此实施例中，所述入射光束是白色光，且源自所述光束的三个色带为红色、绿色和蓝色(在图1-4中分别标注为R、G和B)。如图1所示，所述第一色彩序列是绿色、红色和绿色色带的有序连续，而所述第二色彩序列是红色、蓝色和蓝色色带的有序连续。在此方式中，所述三个原色带的所有三种可能的配对组合在所述的两个序列中提供，即，每个色彩序列包含两种颜色，且一种颜色(在此情形中是红色)在这两种色彩序列之间被分享。

[27]当此实施例用在采用两个成像仪的双面板光引擎中时，每个成像仪就会分别接收两个光分量之中的一个，所述两个光分量之中的一个是由所述的两个色彩序列中的一个所按顺序套色的。这就能够通过改变所述三个色带中的一个色带相对于其它两个色带的量来进行图像帧的白点平衡，且并不依赖于其它两个色带的量之间的比率。

[28]应注意到图1中所示的色彩序列仅代表利用本发明的原则的一个可能的排列。其它供选择的排列也是可能实现的，而并不与本发明的原则相背离。供选择的排列的例子包括所述第一色彩序列是绿色、绿色和红色色带的有序连续，所述第二色彩序列是蓝色、红色和蓝色色带的有序连续，等等。而且，使另外的两种原色带(绿色和蓝色)中的任何一种作为所述分享的色带也是可能的，而不一定必须在所述的两个序列之间分享红色色带。

[29]图2示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学装置的框图，所述光学装置用于将以第一模式的第一取向偏振的入射光束1转变成以不同的取向双偏振的第一光输出。所述光学装置包括两阶段色彩与偏振开关30，其后是一对滤色片53和54。所述两阶段色彩与偏振开关30在图2中示为第一滤光片F1、第一开关S1、滤光装置20和第二开关S2的有序串列组合。图2还示出了所述入射光束1由所述第一滤光片F1从左侧接收，并在整个所述光学装置30中进行处理，以使所述的两个光分量根据所述第一和第二开关S1和S2的相关组合状态遵循某种色彩和偏振模式的两个色彩序列，如下面所述。

[30]图2中所示出的入射光束1处于第一取向的第一偏振模式，在此情形中是p类取向的线性偏振模式。限定所述红色、绿色和蓝色(分别标注为R、G和B)三种原色带的是白色光。

[31]所述第一滤光片F1是一种延迟板堆叠滤光片，该滤光片接收所述入射光束1，并将所述三种色带中的每一种的所述第一取向(p类)转变成第二取向(s类)，所述第二取向与所述第一取向正交。换言之，这种滤光片将特定色带的偏振旋转π/2，而并不影响相邻的色带，如Sharp GD和Birge JR在“用于色彩处理的延迟板堆叠技术”(SID研讨会，第30卷，p.1072(1999))中所详细描述的那样，该文件的内容通过参考合并到本发明中。在图2中所示出的示范性实施例中，所述第一滤光片F1并不影响所述红色色带，但将所述绿色和蓝色(即蓝绿色)色带的偏振旋转π/2。在此滤光片之后，所述红色色带保持其p偏振取向，而绿色和蓝色色带成为s偏振。商业上可获取的适于用作所述第一滤光片F1的一种装置是ColorLink有限公司生产的红色/蓝绿色ColorSelect滤光片产品。

[32]下一种装置是所述第一开关S1，该开关S1从所述第一滤光片F1接收光。所述第一开关S1是在红色、绿色和蓝色光谱带的传输之间进行转换的色彩开关，如Sharp GD、Birge JR、Chen J和Robinson MG在“用于顺序彩色投影的高通量彩色图像开关”(SID’00文摘，第31卷，p.92(2000))中所详细描述的那样，该文件的内容通过参考合并到本发明中。这种色彩开关采用双偏光镜加法模式设计，且将基于三个延迟板堆叠的级进行级联，每个延迟板堆独立地在三原色上运行。所述第一开关S1可在第一状态(关闭)和第二状态(打开)之间进行电子转换。其在所述关闭状态时是钝态的，但在打开状态将红色和蓝色色带旋转π/2，而并不影响所述绿色色带。换言之，所述第一开关S1的关闭状态保持所接收到的所有三种色带的取向，而打开状态将所述红色色带的p类取向转变成所述s类取向，并将所述蓝色色带的s类取向转变成所述p类取向，而保持所述绿色色带的s类取向。

[33]在图2所示的实施例中，所述第一开关S1由置于第一组延迟板层11和第二组延迟板层12之间的转换元件13形成。所述转换元件13是一种液晶透射装置，所述液晶透射装置包括多个用于色处理偏振的液晶开关。商业上可获取的适于用作所述第一开关S1的一种装置是ColorLink有限公司生产的红紫色ColorSwitch产品。使第一组延迟板层11和第二组延迟板层12的指数匹配会更加理想，即按照要求在所述延迟板层之间以及所述第一开关S1的开始和外部使用抗反射涂层。

[34]然后，所述滤光装置20从所述第一开关S1接收光并且在所述三个色带中的每一个的所述p类和s类取向之间进行转变，同时阻挡所述红色色带的s类取向。在此实施例中，所述滤光装置20由置于两个四分波(λ/4)板之间的第二滤光片F2形成，所述的两个四分波板专门用作第一偏振转换器21和第二偏振转换器22。所述第一偏振转换器21将所述第一(线性)偏振模式转变成第二(圆形)偏振模式，以将所述第一偏振模式的p类和s类取向分别转变成所述圆形偏振模式的相互正交的第三(左旋)和第四(右旋)取向。所述第二滤光片F2是依照色带的起始偏振状态反射该色带的胆甾型滤色镜。在此实施例中，所述红色色带在被右旋圆形偏振并以其它方式传播时就被反射，并因此而被阻挡，而所述蓝色和绿色色带就不受这种滤光片的影响。所述第二偏振转换器22然后将所述圆形偏振模式恢复到所述线性偏振模式，以将所述左旋和右旋圆形偏振分别转变成所述p类和s类线性偏振。商业上可获取的适于用作所述第二滤光片F2的装置包括Rolic科技有限公司生产的胆甾型滤色镜。为了设计的更加紧凑，所述第一滤光片F1与所述第一组延迟板层11结合形成单独的延迟板堆叠，且所述第二组延迟板层12与所述第一偏振转换器21结合形成单独的延迟板堆叠。

[35]所述第二开关S2是放置用于从所述滤光装置20接收光的液晶转换元件。该开关可在第一状态(关闭)和第二状态(打开)之间进行电子转换。在其关闭状态，所述第二开关S2传递所述光而并不对其产生影响，因此就保持所有的三种色带的取向。在其打开状态，所述滤光片起到半波(λ/2)板的作用并将所述偏振旋转π/2，因此就在所述三种色带的每一种的p类和s类取向之间转变。

[36]然后，包括第三滤光片53和第四滤光片54的一对滤色镜接收第一光输出。所述第三滤光片53是一种黄色二向色滤光片，该滤光片传递所述红色和绿色色带并将所述蓝色色带反射回去。所述第四滤光片54是一种红紫色二向色滤光片，该滤光片传递所述红色和蓝色色带并将所述绿色色带反射回去。这就有效地产生具有p偏振的第一光分量和s偏振的第二光分量的第二光输出，其中两种光输出都具有所述三种原色中的一种。最后，所述第一光输出由分光装置(在图2中未示出)所接收，以将所述第一光输出的所述第一和第二取向引导到第一和第二光分量之中，所述第一和第二光分量遵循两种不同光径。

[37]在此实施例中，所述第一光输出遵循一种色彩与偏振序列，所述色彩与偏振序列由所述第一开关S1和所述第二开关S2的组合状态所确定，这时所述第一开关S1和所述第二开关S2相互同步。

[38]所述第一和第二光分量然后作为光引擎的一部分用在本发明的不同实施例中，以将两个反射成像仪照明，所述的两个反射成像仪根据所应用的图像信号在所述帧间隔内分别调制所述第一和第二光分量，以各自产生两个调制光束，所述两个调制光束在被引导到投影透镜中时会在所述帧间隔中产生对应于所述图像信号的彩色图像。这样的光引擎的示范性实施例在图5和图6中示出，如下面所述。

[39]在图2中示出的这种光引擎的可供选择的实施例包括附加的几个滤光片，以使所述光引擎的性能达到最佳。例如，增加至少一种偏振滤光片以在不同的阶段清理所述偏振效果，从而提高所述彩色图像的质量。另一个例子是增加至少一个分析器来提高所述彩色图像的对比度。改变不同滤光片的性能同样也是可能的，以使所述光引擎的性能达到最佳。例如，可通过相应地选择所述第一滤光片(蓝绿色延迟板滤光片)的带边缘和所述第四滤光片(二向色红紫色滤光片)的红色边缘来在光引擎中设计一个位于橙色的凹口。

[40]图3用表格示出了对应于所述第一开关S1和所述第二开关S2的所有可能的组合状态的在图2中所示出的实施例的所有四种可能的结果。图3中的第三栏示出了从所述第二开关S2发射出的所述第一输出光的所有四种可能的颜色和偏振状态，而第四栏则示出了所述黄色二向色滤光片53之后的所述p偏振第一光分量单独的颜色，且第五栏示出了所述红紫色二向色滤光片54之后的所述s偏振第二光分量单独的颜色。

[41]在图3中所示出的所述第一和第二光分量各自的颜色可归纳如下：

1)在第一和第二开关都关闭时，绿色和红色；

2)在第一开关关闭、第二开关打开时，红色和蓝色；

3)在第一开关打开、第二开关关闭时，绿色和蓝色；

4)在第一和第二开关都打开时，没有光。

[42]为了产生在图1中所示出的两种色彩序列，所述第一和第二开关S1和S2需要在所述帧间隔内同步进行转换，所述转换通过以下转换组合进行：

a)第一和第二开关都关闭；

b)第一开关关闭、第二开关打开；

c)第一开关打开、第二开关关闭；

[43]因为双面板光引擎的两个成像仪不会产生光，所以所述第一和第二开关都打开的最后一种状态在一般情况下并不需要。不过，也有某些特殊情况，如需要暗的图像来在所述光引擎中增加暗的状态和动态范围(对比率)。在此情况下，这种转换级用在本发明的一个可供选择的实施例中。

[44]上述过程在图4中用适时图进一步示出，该图示出了在一个帧间隔的三个子帧间隔的每一个中，所述第一和第二开关的转换状态的各自的时间序列、所述第一光输出的色彩和偏振状态，以及将所述的两个成像仪分别照明的两种色彩序列。所得到的所述第一和第二成像仪的色彩序列显然与在图1中所示出的色彩序列相同，并且满足对最大占空比下真正的白点平衡要求。

[45]下面是对在图5和图6中所示出的双面板光引擎的两个示范性实施例的描述，所述双面板光引擎利用在图2中所示出的光学装置的实施例。图5中的光引擎实施例将线栅型偏振光束分光器55用作在前面所提及的分光装置，而图6中的实施例则使用了偏振光束分光立方体56。

[46]在图5的实施例中，光引擎60包括将白色光射入聚光透镜62的弧光灯61，所述聚光透镜62反过来则将所述白色光传输到偏振转变光管63上，以向图2所示的光学装置的两阶段色彩与偏振开关30发射p类取向的线性偏振白色入射光。所述两阶段开关30接收所述线性偏振的p类白色光，并且根据上面所描述的本发明的原则产生以p类和s类取向线性双偏振的第一光输出。第一线线栅型偏振光束分光器55然后接收这种光，并将其分成向所述黄色二向色滤光片53传输的p偏振第一光分量和反射到红紫色二向色滤光片54上的s偏振第二光分量，两种滤光片均为图2所示的光学装置的一部分。

[47]然后，所述p偏振第一光分量在其蓝色色带被阻挡之后，穿过所述黄色滤光片53射到中继镜67上，接着穿过第二线栅型偏振光束分光器65到达第一LCoS反射成像仪51上。所述p偏振光然后由所述第一成像仪51调制并作为s偏振光向所述光束分光器65反射，以向偏振分光立方体64反射，在所述偏振光束分光立方体64，所述s偏振光又被反射到投影透镜69上。

[48]同时，所述s偏振第二光分量在其绿色色带被阻挡之后，穿过所述红紫色滤光片54射到另一个中继镜68上，然后由第三线栅型偏振光束分光器66向第二LCoS反射成像仪52反射。所述s偏振光然后由所述第二成像仪52调制并作为p偏振光被反射，穿过所述第三光束分光器66，然后再穿过所述偏振光束分光立方体64而到达所述投影透镜69上。

[49]在对应于一个图像帧的每个帧间隔中，所述第一和第二成像仪51和52根据所应用的图像信号分别地对所述第一和第二光分量进行调制，以产生第一和第二调制光束，然后所述调制光束被引导到所述投影透镜69上，以在所述帧间隔内产生对应于所述图像信号的彩色图像。

[50]在图6的实施例中，光引擎70包括将白色光射入聚光透镜72的弧光灯71，所述聚光透镜72反过来则将所述白色光传输到偏振转变光管73上，以向图2所示的光学装置的两阶段色彩与偏振开关30发射p类取向的线性偏振白色入射光。所述两阶段开关30接收所述线性偏振的p类白色光，并且根据上面所描述的本发明的原则产生以p类和s类取向线性双偏振的第一光输出。然后，偏振光束分光立方体56接收这种光，并将其分成向所述黄色二向色滤光片53传输的p偏振第一光分量和反射到红紫色二向色滤光片54上的s偏振第二光分量，两种滤光片均为图2所示的光学装置的一部分。

[51]所述p偏振第一光分量在其蓝色色带被阻挡之后，穿过所述黄色滤光片53射在四分波板(λ/4)77上，所述四分波板77之后是第一LCoS反射成像仪75。所述p偏振光然后由所述第一成像仪75调制并作为s偏振光向所述分光立方体56反射，以反射到投影透镜79。

[52]同时，所述s偏振第二光分量在其绿色色带被阻挡之后，然后穿过所述红紫色滤光片54射在四分波板(λ/4)78上，所述四分波板78之后是第二LCoS反射成像仪76。所述s偏振光然后由所述第二成像仪76调制并作为p偏振光穿过所述分光立方体56而反射到所述投影透镜79上。

[53]在对应于一个图像帧的每个帧间隔中，所述第一和第二成像仪75和76根据所应用的图像信号分别地对所述第一和第二光分量进行调制，以产生第一和第二已调光束，然后所述已调光束被引导到所述投影透镜79上，以在所述帧间隔中产生对应于所述图像信号的彩色图像。

[54]出于实践上的考虑，直接将所述光学装置30放置在所述偏振分光立方体56一个侧面上并对着所述两阶段开关30通常是理想的，而且将所述黄色和红紫色滤光片53和54分别放置在另外的两侧并对着所述第一和第二成像仪75和76，如图6所示。

[55]上述的实施例的目的在于提供本发明的例子。本领域中熟练的技术人员可对具体的实施例进行许多变化、修改和改变，而并不背离本发明的精神和范围，而本发明的精神和范围则由下面的权利要求书做出限定。

Claims (14)

1.一种光学装置，所述光学装置将以第一模式的第一取向偏振的入射光束转变成以所述第一模式的第一和第二取向双偏振的第一光输出，所述第二取向实质上与所述第一取向正交，所述入射光束限定相同偏振的第一、第二和第三色带，所述装置包括：

第一滤光片，所述第一滤光片用于接收所述入射光束并且将所述第二和第三色带中每一个的所述第一取向转变成所述第二取向；

放置用来接收来自所述第一滤光片的光的第一开关，所述第一开关可在第一状态与第二状态之间进行电子转换，所述第一状态用于保持所有三个色带的取向，所述第二状态用于将所述第一色带的所述第一取向转变成所述第二取向，并将所述第三色带的所述第二取向转变成所述第一取向；

放置用来接收来自所述第一开关的光的滤光装置，所述滤光装置用于阻挡所述第一色带的所述第二取向，并用于在所述第一和第二取向之间转变所述三种色带中的每一种；

放置用于接收来自所述滤光装置的光的第二开关，所述第二开关可在第一状态与第二状态之间进行电子转换，所述第一状态用于保持所有三种色带的取向，所述第二状态用于在所述第一和第二取向之间转变三个色带中的每一个；

在操作中，将所述第一和第二开关中的每一个的所述第一和第二状态同步，以使所述第一光输出遵循预定的色彩与偏振序列。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一滤光片是一种延迟板堆叠滤光片。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述第一开关包括液晶透射装置，所述液晶透射装置包括多个液晶开关，所述液晶透射装置被置于第一组延迟板层和第二组延迟板层之间。

4.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述第一滤光片与所述第一组延迟板层结合成单独的延迟板堆叠。

5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述滤光装置包括置于第一和第二偏振转换器之间的第二滤光片，其中：

所述第一偏振转换器将从所述第一开关接收的光的第一偏振模式转变成第二偏振模式，以使所述第一偏振模式的所述第一和第二取向被分别转变成所述第二偏振模式的相互正交的第三和第四取向；

所述第二滤光片阻挡第一色带的第四取向；和

所述第二偏振转换器将所述第二偏振模式恢复到所述第一偏振模式，以使所述第三和第四取向被分别转变成所述第一和第二取向。

6.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，所述第二滤光片是一种胆甾型滤色镜。

7.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于，所述第一开关包括置于第一组延迟板层和第二组延迟板层之间的开关元件，其中所述第二组延迟板层与所述第一偏振转换器结合成单独的延迟板堆叠。

8.如权利要求1到7中的任何一项所述的光学装置，还包括用于白点平衡的装置，所述白点平衡通过改变所述三种色带中的一个相对于其它两个色带的量来进行，且白点平衡并不依赖于其它两个色带的量之间的比率。

9.如权利要求1到7中的任何一项所述的光学装置，还包括：

放置用来接收所述第一光输出的一对滤色片，所述一对滤色片用于阻挡所述第三和第二色带，从而结合发射第二光输出，所述第二光输出具有：

·以所述第一取向偏振的所述第二色带和以所述第二取向偏振的所述第一色带，这时所述第一和第二开关中的每一个处于其第一状态；

·以所述第一取向带偏振的所述第一色带和以所述第二取向偏振的所述第三色带，这时所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第二状态；

·以所述第一取向偏振的所述第二色带和以所述第二取向偏振的所述第三色带，这时所述第一开关处于其第二状态且所述第二开关处于其第一状态；

10.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述的一对滤色片是二向色滤光片。

11.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于，在操作中，将所述第一和第二开关通过以下三种转换组合在预定的帧间隔内进行转换：

所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第一状态；

所述第一开关处于其第一状态且所述第二开关处于其第二状态；

所述第一开关处于其第二状态且所述第二开关处于其第一状态；

因此就在所述帧间隔内提供了在所述光输出的所述第一和第二取向中所述第一、第二和第三色带的所有三种配对组合。

12.一种光引擎，所述光引擎包括：

投影透镜；

如权利要求11所述的光学装置；

放置用来接收所述第二光输出的分光装置，所述分光装置用于将所述第一和第二取向分别分成第一和第二光分量；

第一和第二成像仪，所述第一和第二成像仪被放置以用来根据所利用的图像信号，在所述帧间隔内，分别接收和单独地调制所述第一和第二光分量，从而产生第一和第二调制光束；

将所述第一和第二调制光束引导到所述投影透镜的装置

因此就在所述帧间隔内产生对应于所述图像信号的彩色图像。

13.一种在预定的帧间隔内将入射光束转变成两个顺序色彩光分量的方法，所述方法包括以下步骤：在所述帧间隔内处理所述入射光束，以形成所述的两个光分量，所述两个光分量作为三个色彩光脉冲的两个相互同步的序列，每个光脉冲具有源自所述入射光束的三个色带中的一个色带，其中所述三个色带中仅有一个在所述的两个色彩序列之间被分享，因此就在帧间隔内提供了在所述的两个光分量中所述三个色带的所有的三个配对组合。

14.利用两个成像仪产生色彩图像的方法，所述方法包括以下步骤：

用以权利要求13的方法所获得的两个光分量分别将所述的两个成像仪照明，其中可对所述的两个成像仪进行操作，以根据应用的图像信号对所述的两个光分量分别进行调制以在所述帧间隔内产生两个调制光束；和

将所述两个调制光束引导到投影透镜中。

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