CN1841180B - 图像生成单元 - Google Patents

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Abstract

设有一种图像生成单元(10)，其中：光谱分离功能、图像生成功能和光谱重组功能主要通过在图像生成单元(10)的光谱分离、图像生成和光谱重组部分(SSR)内设置由第一和第二偏振选择光束分光器(11、PBS1；12、PBS2)、第一至第四成像器(P1、P2、P3、P4)和一个二色分光镜(13、DBS)形成的光学结构(10’)来实现。

Description

图像生成单元
技术领域
本发明涉及图像生成单元。
更具体地说，本发明涉及四基色图像生成单元，即使用除了通常的红色、绿色和蓝色三基色以外还有第四基色(例如黄色)的图像生成单元，因此，通过利用在普通或现有技术RGB投影机中未用的光，可以获得高饱和的色彩和分图像。
背景技术
图像生成单元技术进步的一个基本方面是要达到彩色显示的高色饱和度。另一方面，是使所用的基色或光谱在光谱上尽可能地窄或者至少相对各自光谱特性足够窄。
在许多场合，成像装置使用白光，从而产生用于形成分图像的初级照射光。然而，所产生的白光的相当部分的量在光谱上位于通常使用的初级照射光分量(例如，红色、绿色和蓝色)的带宽之外。因此，已经提出使用第四基色(例如黄色)，实现利用丢弃的光。然而，实现这种四基色图像生成技术的普遍概念包括相当大量光学元件来形成独立的四基色和独立的分图像。
发明内容
本发明的一个方面是基于四基色概念实现图像生成单元，这种图像生成单元能够基于四基色可靠地产生分图像，而同时具有较少的光学元件，因此减小空间和光学体积。
按照本发明第一形态的特征的图像生成单元达到上述目的。本发明图像生成单元优选实施例在附属形态的范围内。
按照本发明的一个方面，提出了一种图像生成单元，它适合于和/或配置成用来：
在第一部分PS产生包含光谱上可分离或重叠的四个光谱范围SP1、SP2、SP3、SP4的初级照射光L1，分别对应于光谱范围SP1和SP3的光分量L1r和L1b是s偏振态，分别对应于光谱范围SP2和SP4的光分量L1g和L1y是p偏振态；
在第二部分SSR接收包含光谱上可分离或重叠的四个光谱范围SP1、SP2、SP3、SP4的初级照射光L1，分别对应于光谱范围SP1和SP3的光分量L1r和L1b是s偏振态，分别对应于光谱范围SP2和SP4的光分量L1g和L1y是p偏振态；
基于所述第一、第二、第三和第四初级照射光分量L1r、L1g、L1b、L1y产生分别为第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy，以生成并显示图像I的第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y；以及
重组所述第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y，从而生成并输出次级照射光L2，作为生成并显示所述图像I的光，
其中，光输入部分E适合于和/或配置成用来接收所述初级照射光L1，
其中，光输出部分O适合于和/或配置成用来输出所述次级照射光L2，
其中，第一偏振分光器PBS1适合于接收所述第一和第二初级光分量L1r、L1g，具有适合于向第一成像屏P1反射s偏振光并向第二成像屏P2透射p偏振光的偏振面；
其中，第二偏振分光器PBS2适合于接收所述第三和第四初级照射光分量L1b、L1y，具有适合于向第三成像屏P3反射s偏振光并向第四成像屏P4透射p偏振光的偏振面；
其中，所述第一偏振分光器PBS1适合于接收从所述第一和第二成像屏P1，P2反射的所述第一和第二次级照射光分量L2r、L2g，并具有适合于反射s偏振光并透射p偏振光的偏振面；
其中，所述第二偏振分光器PBS2适合于接收从所述第三和第四成像屏P3、P4反射的所述第三和第四次级照射光分量L2b、L2y，具有适合于反射s偏振光并透射p偏振光的偏振面；
其中，二色分光镜DBS适合于经第一表面接收第一和第二次级照射光分量L2r、L2g并经第二表面接收第三和第四次级照射光分量L2b、L2y，具有适合于透射第一和第二次级照射光分量L2r、L2g并反射第三和第四次级照射光分量L2b、L2y的二色分光面；以及
其中，所述二色分光镜DBS适合于经第三表面输出第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y，以分别生成并显示图像I的第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy。
第四偏振分光器PBS4最好在所述输入部分E适合于和/或配置成用来在所述第一偏振分光器PBS1的方向反射所述第一初级照射光分量L1r并透射所述第二初级照射光分量L1g，同时在所述第二偏振分光器PBS2方向反射所述第三初级照射光分量L1b并透射所述第四初级照射光分量L1y。
最好，所述第一部分PS适合于和/或配置成用来：
接收偏振为例如s偏振的且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4的照射光L1；
将所述第一和第三光谱范围SP1、SP3的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态并将所述第二和第四光谱范围SP2，SP4的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态；
将所述第一和第二光谱范围SP1，SP2的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量L1r、L1g；
将所述第三和第四光谱范围SP3，SP4的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量L1b，L1y，
其中，第一分色镜适合于和/或配置成将所述第一和第四光谱范围SP1，SP4的光与所述第二和第三光谱范围SP2，SP3的光分离；
其中，第二分色镜适合于和/或配置成将所述第二光谱范围SP2的光与所述第三光谱范围SP3的光分离；
其中，第三分色镜适合于和/或配置成将所述第一光谱范围SP1的光与所述第四光谱范围SP4的光分离；
其中，例如折叠式反射镜和第五分色镜等光学装置适合于和/或配置成将所述第一光谱范围SP1的光与所述第二光谱范围SP2的光组合为重合和/或平行光路，作为第一和第二初级照射光分量L1r、L1g；
其中，例如折叠式反射镜和第四分色镜等光学装置适合于和/或配置成将所述第三光谱范围SP3的光与所述第四光谱范围SP4的光组合为重合和/或平行光路，作为第三和第四初级照射光分量L1b、L1y；
其中，例如半波片HWP等延迟波片适合于和/或配置成用来将所述第一和第三初级照射光分量L1r、L1b的光的偏振态改变和/或保持为s偏振模式并将所述第二和第四初级照射光分量L1g，L1y的光的偏振态改变和/或保持为p偏振模式。
其优点是，所述第一部分PS适合于和/或配置成用来：
接收例如为s偏振光的偏振光且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4的照射光，
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围SP1、SP3的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第二和第四光谱范围SP2、SP4的光的偏振态为p偏振态，
将所述第一和第二光谱范围SP1、SP2的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量L1r、L1g，
将所述第三和第四光谱范围SP3、SP4的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量L1b、L1y，
其中，第一分色镜适合于和/或配置成：用来将所述第一和第二光谱范围SP1、SP2的光与所述第三和第四光谱范围SP3、SP4的光分离，
其中，第二分色镜适合于和/或配置成用来将所述第一光谱范围SP1的光与所述第二光谱范围SP2的光分离，
其中，第三分色镜适合于和/或配置成：用来将所述第三光谱范围SP3的光与所述第四光谱范围SP4的光分离，
其中，例如两个折叠式反射镜和第五分色镜等光学装置适合于和/或配置成：用来将所述第一光谱范围SP1的光与所述第二光谱范围SP2的光组合为重合和/或平行光路，分别作为初级照射光的第一和第二分量L1r、L1g，
其中，例如两个折叠式反射镜和第四分色镜等光学装置适合于和/或配置成：用来将所述第三光谱范围SP3的光与所述第四光谱范围SP4的光组合为重合和/或平行光路，分别作为初级照射光的第三和第四分量L1b、L1y，
其中，例如半波片HWP等延迟波片适合于和/或配置成：用来改变和/或保持所述第一和第三初级照射光分量L1r、L1b的光的偏振态为s偏振模式并改变和/或保持所述第二和第四初级照射光分量L1g、L1y的光的偏振态为p偏振模式。
作为附加或备选的方式，所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4以及相应地所述第一、第二、第三和第四初级照射光分量可以任何其他的次序使用，更具体地说，将SP1和SP3交换，相应地将L1r和L1b交换。
所述第四分色镜可换为偏振分光器。
所述第五分色镜可换为偏振分光器。
按照本发明优选实施例，所述第一部分PS适合于和/或配置成用来：
接收照射光L1，例如为s偏振光的偏振光，其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4，
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围SP1，SP3的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第二和第四光谱范围SP2、SP4的光的偏振态为p偏振态，
将所述第一和第二光谱范围SP1、SP2的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量L1r、L1g，
将所述第三和第四光谱范围SP3，SP4的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量L1b、L1y，
其中，第一色选择延迟器CSR1适合于和/或配置成保持和/或改变所述四个光谱范围中两个光谱范围的光的偏振态为p偏振态，并保持和/或改变互补的光谱范围的光为s偏振态，
其中，第四偏振分光器适合于和/或配置成用来将s偏振光与p偏振光分离，
其中，第二色选择延迟器CSR2适合于和/或配置成用来改变和/或保持所述第一光谱范围SP1的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第二光谱范围SP2的光的偏振态为p偏振态，
其中，第三色选择延迟器CSR3适合于和/或配置用来改变和/或保持所述第三光谱范围SP3的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第四光谱范围SP4的光的偏振态为p偏振态。
作为附加或备选的方式，所述第一部分PS还可适合于和/或配置成用来：
接收照射光，例如为s偏振光的偏振光，其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4，
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围SP1，SP3的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第二和第四光谱范围SP2、SP4的光的偏振态为p偏振态，
将所述第一和第二光谱范围SP1，SP2的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量L1r、L1g，
将所述第三和第四光谱范围SP3，SP4的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量L1b、L1y，
其中，二色分光镜DBS2适合于和/或配置成用来将所述第一和第二光谱范围SP1、SP2的光与所述第三和第四光谱范围SP3、SP4的光分离，
其中，所述第二色选择延迟器CSR2适合于和/或配置成用来改变和/或保持所述第一光谱范围SP1的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第二光谱范围SP2的光的偏振态为p偏振态，
其中，所述第三色选择延迟器CSR3适合于和/或配置成用来改变和/或保持所述第三光谱范围SP3的光的偏振态为s偏振态并改变和/或保持所述第四光谱范围SP4的光的偏振态为p偏振态。
在所述第一偏振分光器PBS1和所述二色分光镜DBS之间和/或所述第二偏振分光器PBS2和所述二色分光镜DBS之间，最好可设置各自的色选择偏振器CSP1、CSP2，在每一设置中它们被适合于和/或配置成用来分别对所述次级照射光的第二和第四分量挡住p偏振光部分并透射s偏振光部分，以及分别对所述次级照射光的第一和第三分量透射p偏振光部分，这特别为了增强增强光学引擎(opticalengine)的对比度。
还有另一优点，如果在所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1和所述二色分光镜13、DBS之间和/或所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2和所述二色分光镜13，DBS之间设置各自的偏振校正单元CSP1、CSP2，则在每一设置中它们被适合于和/或配置成用来分别将入射光各自偏振态改变为s偏振态或p偏振态，尤其用来增强二色分光镜13、DBS的反射功能和/或透射功能，特别是对于所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y而言。
所述第一和/或第二色选择偏振器包含可在两个四分之一波片之间堆叠的胆甾层。
所述第一和/或第二色选择偏振器可以包含吸收型染料，该染料在所述第一和/或第三光谱范围分别透光，在所述第二和/或第四光谱范围分别用作吸收型偏振器。
所述第一和/或第二色选择偏振器可以包含色选择延迟器和吸收型宽带偏振器，前者用来将一个光谱范围的光的偏振态改变90°并保持互补光谱部分的光的偏振态不变，后者被适合于和/或配置成用来吸收处于已改变或未改变偏振态的光。
在任何组合中所述第一、第二、第三和第四光谱范围SP1、SP2、SP3和SP4可对应于红色、绿色、蓝色和黄色。
以下给出本发明的更一般的描述：
按照本发明的更一般的方面，提出一种图像生成单元，该单元适合于和/或配置成：用来接收初级照射光，并用来从所述初级照射光光谱分离第一、第二、第三和第四初级照射光分量，这些分量在光谱上被至少基本上或完全分离，相互之间且相对于整个初级照射光不重叠和/或互补。而且，本发明图像生成单元适合于和/或配置成用来基于所述第一、第二、第三和第四初级照射光分量分别为要生成和显示的图像的第一、第二、第三和第四分图像产生第一、第二、第三和第四次级照射光分量，并用来重组所述第一、第二、第三和第四分图像的所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量，从而生成并输出所述次级照射光，作为所述要生成和显示的所述图像的光。
按照本发明，在所述图像生成单元内设有光输入部分，该部分适合于和/或配置成用来接收所述初级照射光。设有光谱分离、图像生成和光谱重组部分，该部分是或者包含这样的结构，其中包括第一和第二偏振选择或偏振分光器、分别与它关联的第一、第二、第三和第四成像器以及单个或一个二色分光镜。此外，按照本发明，设有光输出部分，该部分适合于和/或配置成用来输出次级照射光，作为所述要生成和显示的所述图像的光。
按照本发明，所述光谱分离功能、所述图像生成功能和所述光谱重组功能或者它们的基本部分在整体上或主要地由光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分的或者其内含的光学结构实现，该部分由本发明图像生成单元的所述第一和第二偏振选择或偏振分光器、所述第一至第四成像器和所述单个或一个二色分光镜构成。
因此，本发明的基本方面实质上或主要地是由有限数量光学元件，即构成本发明图像生成单元的光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分的所述第一和第二偏振选择或偏振分光器、所述第一至第四成像器和所述单个二色分光镜组成的结构来实现本发明图像生成单元或者它的基本部分的主要功能，即所述光谱分离功能、所述图像生成功能和所述光谱重组功能。
按照本发明的一个优选实施例，所述第一偏振选择或偏振分光器以与它接近的功能和/或接近的空间关系确定和/或配置要生成的所述第一和第二分图像的所述第一和第二成像器，具体相对于其第二和第三面而言。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器分别指派和/或安排要生成的所述第三和第四分图像的所述第三和第四成像器具有与它接近的功能和/或接近的空间关系，尤其是相对于其第二和第三面，。
按照本发明图像生成单元的另一优选实施例，所述第一偏振选择或偏振分光器包含第一面，该面适合于和/或配置成用来接收所述初级照射光的所述第一初级照射光分量作为要生成的第一分图像的光(具体而言就是第一即s偏振态的光)，以及/或者用来接收所述初级照射光的所述第二初级照射光分量作为要生成的第二分图像的光(具体而言就是第二即p偏振态的光)。
按照本发明图像生成单元的另一优选实施例，所述第一偏振选择或偏振分光器包含第二面，该面适合于和/或配置成用来让所述初级照射光的所述接收的第一初级照射光分量作为要生成的第一分图像的光(具体而言就是所述第一即s偏振态的光)离开所述第一偏振选择或偏振分光器，以及/或者用来直接或间接地导引所述第一初级照射光分量到达所述第一成像器，以及/或者用来接收次级照射光的次级照射光的第一分量作为所述生成的第一分图像的光，具体而言就是直接或间接地从所述第一成像器来的光和/或所述第二即p偏振态的光。
按照本发明图像生成单元的另一优选实施例，所述第一偏振选择或偏振分光器包含第三面，该面适合于和/或配置成用来让所述初级照射光的所述接收的第二初级照射光分量作为要生成的所述第二分图像的光(具体地说就是所述第二即p偏振态的光)离开所述第一偏振选择或偏振分光器，以及/或者用来直接地或者间接地导引所述第二初级照射光分量到达所述第二成像器，以及/或者用来接收所述次级照射光的次级照射光的第二分量作为所述生成的第二分图像的光，具体地说，就是直接或间接地从所述第二成像器来的光和/或所述第一即s偏振态的光。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器包含第四面，该面适合于和/或配置成用来让所述次级照射光的第一分量(具体为第二即p偏振态)作为所述第一分图像的光，以及/或者让所述第二次级照射光分量(具体为第一即s偏振态)作为所述第二分图像的光离开所述第一偏振选择或偏振分光器，以及/或者，更具体地说，直接地或间接地导引所述第一次级照射光分量(具体为第二即p偏振态)作为所述第一分图像的光和/或所述第二次级照射光分量(具体为第一即s偏振态)作为所述第二分图像的光到所述二色分光镜和/或特别是通过所述二色分光镜的第一面。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器包含偏振选择或偏振面，该面适合于和/或配置成用来基本上反射所述第一即s偏振态的光和/或基本上透射所述第二即p偏振态的光。
更优选这样的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器包含偏振选择或偏振面，该面适合于和/或配置配置成用来基本上反射从所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第一面来的所述第一初级照射光分量至所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第二面，作为所述要生成的第一分图像的光，和/或基本上透射从所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第一面来的所述第二初级照射光分量至所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第三面，作为所述要生成的第二分图像的光，和/或基本上透射从所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第二面来的所述第一次级照射光分量至所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第四面，作为所述生成的第一分图像的光(具体而言就是所述第二即p偏振态的光)，和/或基本上反射从所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第三面来的所述第二次级照射光分量至所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第四面，作为所述被形成的第二分图像的光(具体而言就是所述第一即s偏振态的光)。
如果所述第一成像器设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第二面，特别是与所述第二面平行，则更为有利。
所述第二成像器可设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第三面，特别是与所述第三面平行。
所述单个或一个二色分光镜可以设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第四面，特别是所述二色分光镜第一面与所述第四面平行。
对于所述第一偏振选择或偏振分光器及其第一至第四面和其界面的描述也可适用于所述第二偏振选择或偏振分光器。
因此，按照本发明图像生成单元的另一优选实施例，所述第二偏振选择或偏振分光器包含第一面，该面适合于和/或配置成用来接收所述初级照射光的所述第三初级照射光分量作为要生成的第三分图像的光(具体而言就是第一即s偏振态的光)，以及/或者接收所述初级照射光的所述第四初级照射光分量作为要生成的第四分图像的光(具体而言即使第二即p偏振态)。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器包含第二面，该面适合于和/或配置成用来让所述初级照射光的所述被接收的第三初级照射光分量作为要生成的第三分图像的光(具体而言就是所述第一即s偏振态的光)离开所述第二偏振选择或偏振分光器，，和/或更具体地说，直接地或者间接地导引所述第三初级照射光分量到达所述第三成像器，以及/或者接收所述次级照射光的所述第三次级照射光分量作为所述生成的第三分图像的光，具体说就是直接或间接来自所述第三成像器的光，和/或更具体地说，就是所述第二即p偏振态的光。
按照本发明图像生成单元另一可选择或附加的优选实施例，所述第二偏振选择或偏振分光器包含第三面，该面适合于和/或配置成用来让所述初级照射光的所述被接收的第四初级照射光分量作为要生成的所述第四分图像的光离开所述第二偏振选择或偏振分光器，具体地说以所述第二即p偏振态离开，以及/或者更具体地说，直接或间接地导引所述第四初级照射光分量到达所述第四成像器，以及/或者接收所述次级照射光的第四次级照射光分量作为所述生成的第四分图像的光，具体地说，直接或间接从所述第四成像器接收，和/或具体地说以所述第一即s偏振态接收。
作为另一附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器包含第四面，该面适合于和/或配置成用来让所述第三次级照射光分量作为所述第三分图像的光(具体而言就是第二即p偏振态的光)，以及/或者让所述第四次级照射光分量作为所述第四分图像的光(具体地而言就是第一即s偏振态的光)离开所述第二偏振选择或偏振分光器，以及/或者具体地说，直接地或间接地导引所述第三次级照射光分量作为所述第三分图像的光(具体而言就是第二即p偏振态)和/或所述第四次级照射光分量作为所述第四分图像的光(具体而言就是第一即s偏振态的光)进入所述二色分光镜，和/或具体地说，通过所述二色分光镜的第二面。
如果所述第二偏振选择或偏振分光器包含偏振选择或偏振面，适合于和/或配置偏振选择或偏振面，从而基本上反射所述第一即s偏振态的光和基本上透射所述第二即p偏振态的光，则更为有利。
按照本发明图像生成单元另一优选实施例，所述第二偏振选择或偏振分光器具有偏振选择或偏振面，该面适合于和/或配置成用来基本上反射从所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第一面来的所述第三初级照射光分量至所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第二面，作为所述要生成的第三分图像的光。作为附加或备选的方式，所述界面适合于和/或配置成用来基本上透射从所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第一面来的所述第四初级照射光分量至所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第三面，作为所述要生成的第四分图像的光，以及/或者基本上透射从所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第二面来的所述第三次级照射光分量至所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第四面，作为所述被形成的第三分图像的光(具体而言就是所述第二即p偏振态)，和/或基本上反射从所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第三面来的所述第四次级照射光分量至所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第四面，作为所述生成的第四分图像的光(具体而言就是所述第一即s偏振态的光)。
按照本发明图像生成单元的另一优选实施例，所述第三成像器设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第二面，特别是与所述第二面平行。
作为另一附加或备选的方式，所述第四成像器设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第三面，特别是与所述第三面平行。
如果所述二色分光镜设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器的所述第四面，特别是所述二色分光镜第二面与所述第四面平行，则更为有利。
所述二色分光镜最好包含第一面，该面适合于和/或配置成用来接收所述次级照射光的所述第一次级照射光分量作为所述生成的第一分图像的光和/或接收所述次级照射光的所述第二次级照射光分量作为所述生成的第二分图像的光。
作为另一附加或备选的方式，所述二色分光镜包含第二面，该面适合于和/或配置成用来接收所述第三次级照射光分量作为所述生成的第三分图像的光和/或接收所述第四次级照射光分量作为所述生成的第四分图像的光。
另一优点在于，所述二色分光镜包含第三面，该面适合于和/或配置成用来让所述次级照射光的第一、第二、第三和第四照射光分量分别作为所述生成的第一、第二、第三和第四分图像的光离开所述二色分光镜，具体地说，直接或间接地导引所述次级照射光的所述被接收的第一、第二、第三和第四次级照射光分量分别作为所述生成的第一、第二、第三和第四分图像的光进入所提供的投影光学系统。
另一优点在于，所述二色分光镜包含光谱选择或光谱分离界面，该界面适合于和/或配置成用来基本上透射从所述二色分光镜的所述第一面来的在第一光谱范围内的光到所述二色分光镜的所述第三面，和/或用所述二色分光镜的所述第三面基本上反射从所述二色分光镜的所述第二面来的在第二光谱范围内的光。
另一优点在于，本发明的另一优选实施例的所述二色分光镜包含光谱选择或者光谱分离界面，该界面适合于和/或配置成用来基本上将所述次级照射光的所述被接收的第一和第二次级照射光分量分别作为所述生成的第一和第二分图像的光从所述二色分光镜的所述第一面透射到所述二色分光镜的所述第三面，以及/或者基本上将所述次级照射光的所述被接收的第三和第四次级照射光分量分别作为所述生成的第三和第四分图像的光从所述二色分光镜的所述第二面反射到所述二色分光镜的所述第三面。
另一优点在于，在所述第一偏振选择或偏振分光器和所述二色分光镜之间和/或在所述第二偏振选择或偏振分光器和所述二色分光镜之间设置各自的偏振校正单元，该单元适配成用来将光的各偏振态改变为s偏振态或改变为p偏振态，具体地说，用来增强二色分光镜对所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量的反射功能和/或透射功能。
本发明的这些和更多的形态将参照以下的讨论另作说明。
本发明具体涉及四基色图像生成单元。
为了达到全色显示中的高饱和色彩，各基色的带宽必须足够地窄。使用白光源的成像装置(例如投影机)弃用了红色、绿色和蓝色三基色带宽之外的许多光。
本发明特别描述在投影单元中如何使用第四基色(黄色)的方案、从而既能增强色饱和度又能有效使用白光源的途径。
现有的投影机将红色、绿色和蓝色三基色图像叠加形成彩色图像。为了达到高饱和度的色彩，每种基色的带宽必须足够地小。因而，当使用白光源时，在红色、绿色和蓝色三基色带宽之外的许多光被弃用。更具体地说，当使用UHP(超高压)类型放电灯时，大量的黄色光被弃用。
在SID 2003会议上发表的参考文献(10)[S.Roth等的“宽色域，高亮度的多基色单屏投影显示”，SID 2003文摘，笫118-121页](Thepublication(1)from the SID 2003 conference-S.Roth et al.，“WideGamut，High Brightness Multiple Primaries Single Panel ProjectionDisplays”，SID 2003 Digest，pp.118-121)提出在投影机中增加使用一种或者二种基色，从而既能增强色饱和度又能达到高亮度。
现有的投影机将红色、绿色和蓝色三基色图像叠加形成彩色图像。为了达到高饱和度的色彩，每种基色的带宽必须足够地小。因而，当使用白光源时，在红色、绿色和蓝色三基色带宽之外的许多光被弃用。更具体地说，当使用UHP(超高压)类型放电灯时，大量的黄色光被弃用。
现有的投影机将红色、绿色和蓝色(RGB)三基色图像叠加形成彩色图像。
图1A表示典型RGB投影机中红色、绿色和蓝色光路的波长光谱。将这光谱与UHP(超高压)灯的光谱相比较。调节每一基色光谱的带宽达到红色、绿色和蓝色的良好色饱和度。在图2中画出色域。从图1A可以看到在约580nm附近的黄色波长带的整个波峰几乎切去，从而达到所要求的色饱和度。由于黄色光这种损失，所剩下的灯光谱太偏蓝。为了调节这种偏蓝的白色至恰当的色点(例如，10000K的色温)，绿色和蓝色光强度必须各减少25％。灯的以光度为权重的光谱中总共只有59％可以被利用。其余的被丢弃了。甚至，当调节白色点到6500K色温(标准白)时，灯的以光度为权重的光谱中只有51％可以被利用。
为了克服这种不足之处，可以利用所丢弃的黄色光来照射第四像屏(image panel)。本发明描述如何将白光分为红色、绿色、蓝色和黄色四基色，如何用一种基色光投射各像屏以及如何将四个像屏发出的光重组为全色图像。
图1B表示红色、绿色、蓝色和黄色(RGBY)光路的波长光谱，将此光谱与UHP(超高压)灯的光谱相比较。图2中给出了色域，可以看到该色域比RGB投影机的色域更宽阔，绿基色和红基色更饱和。虽然这些基色具有更好的色饱和度，但是发光效率更好。当调节白色点到10000K色温时，以光度为权重的光谱中有76％可以被利用。甚至，当调节白色点到6500K色温(标准白)时，高达81％可以被利用：
A.图3A表示本发明的基本结构。它由两个偏振分光器PBS1和PBS2，一个二色分光镜DBS和四个显示屏P1、P2、P3和P4构成。两个PBS透射p偏振光，反射s偏振光。DBS反射白光的一光谱部分并透射互补的光谱部分。显示屏反射光，并且在像素切换到ON状态时将光的偏振态从s改变为p(或者从p改变为s)，在像素切换到OFF状态时保持反射光的偏振态不变。两个显示屏贴在PBS的两个相邻的表面上。每个PBS的另一表面是光从投射部分进入的输入面。每个PBS的余下的一个表面是光离开和进入DBS的输出面。DBS反射来自PBS2的光并透射来自PBS1的光。光经过DBS重组，进入投影透镜，投影透镜将分图像投影在屏上叠加。入射白光的光谱被分光为四个完全或部分分开的光谱部分SP1、SP2、SP3和SP4。每两个光谱部分进入PBS，例如，SP1和SP2进入PBS1，SP3和SP4进入PBS2，如图3A所示。每个PBS的两个光谱部分具有互补的偏振态，例如，SP1是s态，则SP2是p态；SP3是s态，则SP4是p态。p偏振的光谱部分SP2和SP4由各自的PBS透射，分别投射在对应的像屏P2和P4上。p偏振态的光谱部分SP2和SP4由各自的PBS透射，分别投射在对应的成像屏P2和P4上。s偏振态的光谱部分SP1和SP3被各自的PBS反射，分别投射在对应的像屏P1和P3上。在被像屏反射后，当图像的像素切换到ON状态时，反射光的偏振态被改变(图3B)，而当图像像素切换到OFF状态时，反射光的偏振态保持不变(图3C)。
B.在OFF状态，被像屏P2和P4反射的光仍然为p偏振态。在理想情况下p偏振态的光应该完全地被PBS透射。但是由于PBS的缘故，p偏振态的光的相当部分量(典型为10％)被PBS反射，结果投影在屏幕上，这样提高了黑电平，降低对比度(图4)。作为一种解决方案，可以使用感色“清除”偏振器CSP1和CSP2，它们分别挡住在光谱部分SP2和SP4的光谱范围的光。为了让在ON状态的光通过，CPS1必须同时透射在SP1光谱部分的p偏振光和在SP2光谱部分的s偏振光。同样CPS2必须同时透射在SP3光谱部分的p偏振光和在SP4光谱部分的s偏振光。可以使用不同类型的光谱灵敏“清除”偏振器：
1.胆甾偏振器，它分别将SP2和SP4光谱部分的p偏振光反射。
2.染色型偏振器，它分别将SP2和SP4光谱部分的p偏振光吸收。
3.光谱灵敏半波片与传统的吸收型宽带偏振器的组合，在这情况光谱灵敏半波片仅仅将光谱部分SP2和SP4的偏振光改为s偏振态(或者将光谱部分SP1和SP3的偏振光改为p偏振态)。此后吸收型宽带偏振器吸收所有s偏振光(或者p偏振光)。
C.偏振分光器PBS可以或者是在棱镜之间具有介质偏振光束分光涂膜的玻璃立方体类型，或者是在平面衬底上具有栅网分光器的平板类型。
D.二色分光镜DBS可以或者是在棱镜之间具有介质双色光束分光涂膜的玻璃立方体类型，或者是在平面衬底上具有介质双色分光涂膜的平板类型。
E.二色分光镜DBS的透射系数/反射系数一般取决于偏振态。半波片(宽带型以及色选择型)可以放置在PBS和DBS之间，从而使不同光谱部分的偏振态适合DBS的偏振特性。
F.在PBS1和PBS2之间放置第三个PBS(玻璃立方体型或栅网型)。入射光如图5所示。这个增加的PBS确保了入射光更好的偏振角，从而具有更好的系统对比度。
G.图6表示如何将白光分离为具有合适偏振态的四个光谱部分SP1、SP2、SP3和SP4。它可与图3A的实施例和图5的实施例一起使用。半波片(HWP)将光谱部分SP2和SP4的偏振态分别改变为p偏振态。图6中未示出导引光束可能需要的透镜。
H.图7表示如何将白光分离为具有合适偏振态的四个光谱部分SP1、SP2、SP3和SP4的一个非常紧凑的方案。它需要色选择延迟器CSR，从而将不同光谱部分设定为适合的偏振态。色选择延迟器(CSR)仅仅将一部分光谱部分的偏振态改变，而让互补的光谱部分的偏振态不变，例如，SP1和SP2被CSR1从s偏振态改变为p偏振态，而SP3和SP4仍保持为s偏振态。
I.图8表示如何将白光分离为具有合适偏振态的四个光谱部分SP1、SP2、SP3和SP4的另一个方案。在PBS1和PBS2之间放置第二个二色分光镜DBS2(玻璃立方体型或栅网型)。DBS2反射光谱部分SP3和SP4，透射光谱部分SP1和SP2。需要色选择延迟器CSR1和CSR2分别将光谱部分SP2和SP4的偏振态改变为p偏振态(或者将SP3和SP4的偏振态改变为s偏振态)。
本发明的这些和更多的形态将在以下参照附图的详细说明中进一步阐明。
附图说明
图1A是现有技术的RGB投影机所产生的光的光谱特性图。
图1B是本发明的RGBY投影机所产生的光的光谱特性图。
图2是描述图1A和1B所示的光谱的色域图。
图3A-C是说明本发明的图像生成单元实施例的基本结构的示意截面图。
图4是本发明图像生成单元的另一实施例的示意截面图。
图5-8是本发明图像生成单元的其它实施例的示意截面图。
具体实施方式
在下述说明中和在附图中具有类似或等同功能的类似或等同结构或要素标以相同的附图标记。凡遇这种情况不再重复详细说明。
图1A是现有技术的RGB投影机使用UHP灯作为初级光源所产生的光按波长分布尤其对红色、绿色和蓝色不同光谱成份的光强(任意单位)图。从图1A可以看到在现有技术的RGB投影机中黄色光范围即570nm-590nm范围的光基本上没有被利用而被丢弃。
与此形成对比，图1B是本发明图像生成单元的RGBY投影机的光谱特性图。这里增加和使用在上述波长范围的黄色光，从而生成第四分图像。因此，按照本发明，在现有技术的投影机中被丢弃而未被利用的黄色光范围在本发明中得到利用，因而增强了总的光量和色彩饱和度。
图2表示图1A和1B所示的色彩饱和度的色域。
图3A、3B和3C这组系列附图通过示意截面侧视图表示本发明图像生成单元10的第一实施例。图3A、3B和3C分别针对第一至第四成像器或像屏P1-P4的不同状态。
图3A至3C所示的实施例的构成部件将结合图3A作详细说明。相应的说明可以推广至图3B和3C所示的实施例以及图4-8所示的实施例。
如图3A所示的本发明图像生成单元10的实施例的主要部分是：光输入部分E、光输出部分O和位于两者之间的具有光学结构10’的光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分SSR，该光学结构10`由分别为11、PBS1和12、PBS2的第一和第二偏振选择或偏振分光器、单个的二色分光镜13、DBS和分别为P1、P2、P3和P4的第一、第二、第三和第四成像器或成像屏构成。按照本发明，这个具有上述光学结构10`的光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分SSR可实现本发明图像生成单元10的基本功能，即光谱分离功能、图像生成功能和光谱重组功能。
第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1包含分别标为11-1、11-2、11-3和11-4的第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，以及偏振选择或偏振面11c。这些表面是平面的。第一至第四表面11-1、…，11-4在截面图中为正方形。因此，在图3A-3C中所示的实施例中，所述第一偏振选择或偏振分光器11，PBS1构成立方体或正方体。对第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2同样如此，第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2也包含分别标为12-1、12-2、12-3和12-4的第一表面、第二表面、第三表面和第四表面以及偏振选择或偏振面12c。
所提供的第一和第二成像器P1和P2为所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1而设，更具体地说，它们分别配置成平行地贴近所述第二和所述第三表面11-2和11-3。所述第一和第二成像器P1和P2适合于和/或配置成用来分别形成所述第一和所述第二分图像Ir和Ig。例如所述第一和第二成像器可以是反射式LCD显示器。
所述第三和第四成像器P3和P4配置成用来分别形成所述第三和第四分图像Ib和Iy。这些成像器P3和P4也可以是反射式LCD显示器。它们为所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2而设，具体地说，它们分别平行地贴近所述第二和所述第三表面12-2和12-3。
第一、第二、第三和第四成像器P1、P2、P3和P4可分别对应于红色、绿色、蓝色和黄色的颜色或光谱范围。
第一偏振选择或偏振分光器11的第一表面11-1用作输入面，分别接收初级照射光第一和第二分量L1r、L1g(具体而言分别为第一即s偏振态和第二即p偏振态)。偏振选择或偏振面11c将第一初级照射光分量L1r从所述第一表面11-1反射到所述第二表面11-2，如图3A所示，所述第一初级照射光分量L1r离开第一偏振选择或偏振分光器11以照射第一成像器P1。如图3B所示，在on状态，所述第一成像器P1以所述第二即p偏振态生成作为所述第一分图像Ir的光的第一次级照射光分量L2r。所述第一次级照射光分量L2r经过所述第二表面11-2重新进入第一偏振选择或偏振分光器11，偏振选择或偏振面11c在二色分光镜13，DBS的第一表面13-1的方向将所述第一次级照射光分量L2r透射到所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第三表面11-3。
类似地，第二初级照射光分量L1g由所述偏振选择或偏振面11c透射，从所述第一偏振选择或偏振分光器11的所述第一表面11-1透射到所述第三表面11-3，经过其第三表面11-3离开所述第一偏振选择或偏振分光器，以照射所述第二成像器P2。
如图3B所示，所述第二成像器P2在on状态生成作为所述第二生成的分图像Ig的光的第二次级照射光分量L2g，该分量经过其第三表面11-3进入所述第一偏振选择或偏振分光器。偏振选择或偏振面11c将所述第二次级照射光分量L2g从所述第一偏振选择或偏振分光器11的第三表面11-3反射到所述第四表面11-4，以经过其第一表面13-1离开所述第四表面11-4进入邻近设置的二色分光镜13、DBS。
对于初级照射光第三和第四分量L1b和L1y分别有类似的操作和动作。
图3C示出图3的实施例中第一至第四成像器P1、P2、P3和P4分别处于off状态时情况，此时初级照射光第一、第二、第三和第四分量L1r、L1g、L1b和L1y没有变化地(即未改变入射光的偏振态)被反射。因而，没有任何光进入二色分光镜13，DBS。
二色分光镜13，DBS适合于和/或配置成用来将生成的第一至第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的次级照射光分量L2r、L2g、L2b和L2y重新组合从而产生作为要显示的图像I(所述第一至第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的叠加)的光的次级照射光L2。
因此，所述二色分光镜13，DBS包含分别为13-1、13-2、13-3和13-4的第一表面、第二表面、第三表面和第四表面以及光谱选择和光谱分光界面13c，该界面一方面相对于所述第一和第二次级照射光分量L2r、L2g的光谱范围，另一方面相对于所述第三和第四次级照射光分量L2b、L2y的光谱范围SP3、SP4选择。
所述二色分光镜13、DBS经过其第一表面13-1接收所述第一和第二分图像Ir、Ig的光，即所述第一和第二次级照射光分量L2r、L2g，然后该第一和第二分量L2r、L2g透过光谱选择和光谱分光界面13c到达所述二色分光镜13、DBS的第三表面13-3，从而经过所述第三表面13-3离开所述二色分光镜13、DBS。
所述形成的第三和第四分图像Ib、Iy的光，即所述第三和第四次级照射光分量L2b、L2y经过第二表面13-2进入所述二色分光镜13、DBS，然后被反射至所述第三表面13-3，以离开所述二色分光镜13、DBS。
所述第一至第四分图像Ir、Ig、Ib和Iy的光被所配置的投影光学系统接收，以显示由所述分图像Ir、Ig、Ib和Iy叠加而成的图像I。
图4所示的实施例类似于图3A-3C所示的实施例。然而，在所述第一偏振选择或偏振分光器11和所述二色分光镜13之间和在所述第二偏振选择或偏振分光器12和所述二色分光镜13之间各设有用作偏振校正单元的感色偏振器CSP1和CSP2，以清除第二和第四光谱分量SP2和SP4，即来自所含的p偏振光的所述第二和第四次级照射光分量L2g和L2y，如图4所示。
图5至8表示对入射的白光进行预先分光和光谱分离的各种不同的可能性。
以下，对本发明的这些更进一步的且更一般的形态进行描述。
按照本发明的更一般的形态，提出一种图像生成单元。该单元适合于和/或配置成用来：
接收初级照射光L1，
从所述初级照射光L1光谱分离出第一、第二、第三和第四初级照射光分量L1r、L1g、L1b、L1y，所述这些分量至少光谱上基本分离，相互之间且相对于所述初级照射光L1不重叠和/或互补；
基于所述初级照射光第一、第二、第三和第四分量L1r、L1g、L1b、L1y产生要生成和显示的图像I的第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y，以及
重组所述第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y，以生成和输出次级照射光L2作为所述要生成和显示的图像I的光，
设有光输入部分E，该部分适合于和/或配置成用来接收所述初级照射光L1，
设有光谱分离、图像生成和光谱重组部分SSR，该部分就是或包含由第一和第二偏振选择或偏振分光器11、PBS1；12、PBS2，与此关联的第一、第二、第三和第四成像器P1、P2、P3、P4和一个单个二色分光镜13、DBS组成的光学结构10`，
设有光输出部分O，该部分适合于和/或配置成用来输出所述次级照射光L2，以及
所述光谱分离功能、所述图像生成功能和所述光谱重组功能或者其基本部分，整体上或主要地由所述光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分SSR的或其内含的光学结构10`实现，所述SSR由所述第一和第二偏振选择或偏振分光器11、PBS1；12、PBS2，所述第一、第二、第三和第四成像器P1、P2、P3、P4和所述光谱分离、图像生成和光谱重合或重组部分SSR的所述一个二色分光镜13、DBS构成。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1以接近的功能和/或空间关系确定和/或配置要生成的所述第一和第二分图像Ir、Ig的所述第一和所述第二成像器P1、P2，这具体相对其第二和第三面11-2、11-3而言进行配置。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2以与它接近的功能和/或空间关系确定和/或配置要生成的所述第三和第四分图像Ib、Iy的所述第三和第四成像器P3、P4，这具体相对于其第二和第三面12-2、12-3而言。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1包含第一面11-1，该面适合于和/或配置成用来：
接收所述初级照射光L1的所述第一初级照射光分量L1r，作为要生成的第一分图像Ir的光，具体地说就是第一即s偏振态，以及/或者
接收所述初级照射光L1的所述第二初级照射光分量L1g，作为要生成的第二分图像Ig的光，具体而言就是第二即p偏振态。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11，PBS1包含第二面，该面适合于和/或配置成用来：
让所述初级照射光L1的所述接收的第一初级照射光分量L1r作为要生成的第一分图像Ir的光具体而言以所述第一即s偏振态离开所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1，以及/或者更具体地说，直接或者间接地导引所述第一初级照射光分量L1r到达所述第一成像器P1；以及/或者
接收次级照射光L2的第一次级照射光分量L2r作为所述生成的第一分图像Ir的光，更具体地说，直接或间接地从所述第一成像器P1和/或具体而言以所述第二即p偏振态接收。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11，PBS1包含第三面11-3，适合于和/或配置成用来：
让所述初级照射光L1的所述接收的所述第二初级照射光分量L1g作为要生成的所述第二分图像Ig的光离开所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1，具体而言就是以所述第二即p偏振态和/或具体地说，直接或者间接地导引所述第二初级照射光分量L1g到达所述第二成像器P2，以及/或者
接收所述次级照射光L2的第二次级照射光分量L2g作为所述生成的第二分图像Ig的光，更具体地说，直接或间接地从所述第二成像器P2和/或具体而言以所述第一即s偏振态。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1包含第四面11-4，该面适合于和/或配置成用来：
让所述第一次级照射光分量L2r作为所述第一分图像Ir的光，具体而言以所述第二即p偏振态；以及/或者让所述第二次级照射光分量L2g作为所述第二分图像Ig的光，具体而言以第一即s偏振态离开所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1，以及/或者
更具体地说，直接或间接地具体而言以第二即p偏振态导引所述第一次级照射光分量L2r作为所述第一分图像Lr的光；和/或所述第二次级照射光分量L2g具体而言以第一即s偏振态作为所述第二分图像Lg的光进入所述二色分光镜13、DBS，和/或更具体地说通过其第一面13-1。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1包含偏振选择或偏振面11c，该面适合于和/或配置成用来：
基本上反射所述第一即s偏振态的光，以及
基本上透射所述第二即p偏振态的光。
作为附加或备选的方式，所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1包含偏振选择或偏振面11c，该面适合于和/或配置成用来：
基本上反射从所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第一面11-1来的所述第一初级照射光分量L1r至所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第二面11-2，作为所述要生成的第一分图像Ir的光，以及/或者
基本上透射从所述第一偏振选择或偏振分光器11，PBS1的所述第一面11-1来的所述第二初级照射光分量L1g至所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第三面11-3，作为所述要生成的第二分图像Ig的光，以及/或者
基本上透射从所述第一偏振选择或偏振分光器11，PBS1的所述第二面11-2来的所述第一次级照射光分量L2r至所述第一偏振选择或偏振分光器的所述第四面11-4，作为所述生成的第一分图像的光Ir，具体而言就是所述第二即p偏振态，以及/或者
基本上反射从所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第三面11-3来的所述第二次级照射光分量L2g至所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第四面11-4，作为所述生成的第二分图像Ig的光，具体而言就是所述第一即s偏振态。
作为附加或备选的方式，所述第一成像器P1设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第二面11-2，具体地说，就是与所述第二面11-2平行，和/或
所述第二成像器P2设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第三面11-3，具体地说，就是与所述第三面11-3平行，以及/或者
所述二色分光镜13、DBS设置得贴近所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1的所述第四面11-4，具体地说，就是其第一面13-1与所述笫四面11-4平行。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2包含第一面12-1，该面适合于和/或配置成用来：
接收所述初级照射光L1的所述第三初级照射光分量L1b作为要生成的第三分图像Ib的光，具体而言就是第一即s偏振态，以及/或者
接收所述初级照射光L1的所述第四初级照射光分量L1y作为要生成的第四分图像Iy的光，具体而言就是第二即p偏振态。
作为附加和备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2包含第二面12-2，该面适合于和/或配置成用来：
让所述初级照射光L1的所述接收的第三初级照射光分量L1b作为要生成的第三分图像Ib的光(具体而言以所述第一即s偏振态)离开所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2，和/或具体地说，直接或者间接地导引所述第三初级照射光分量L1b到达所述第三成像器P3，以及/或者
接收所述次级照射光L2的所述第三次级照射光分量L2b(具体而言以所述第二即p偏振态)作为所述生成的第三分图像Ib的光，更具体地说，直接或间接地从所述第三成像器P3和/或接收。
作为附加和备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2包含第三面12-3，该面适合于和/或配置成用来：
让所述初级照射光L1的所述接收的第四初级照射光分量L1y作为要生成的所述第四分图像Iy的光(具体而言以所述第二即p偏振态)离开所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2，和/或更具体地说，直接或者间接地导引所述第四初级照射光分量L1y到达所述第四成像器P4，以及/或者
接收所述次级照射光L2的第四次级照射光分量L2y作为所述生成的第四分图像Iy的光，更具体地说，直接或间接地从所述第四成像器p4和/或具体而言以所述第一即s偏振态进行。
作为附加和备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2包含第四面12-4，该面适合于和/或配置成用来：
让所述第三次级照射光分量L2b作为所述生成的第三分图像Ib的光(具体而言以第二即p偏振态)，和/或让所述第四次级照射光分量L2y作为所述第四分图像Iy的光(具体而言以第一即s偏振态)离开所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2，以及/或者
更具体地说，直接或间接地导引所述第三次级照射光分量L2b(具体而言以第二即p偏振态进行)作为所述第三分图像Ib的光，和/或所述第四次级照射光分量L2y(具体而言以第一即s偏振态进行)作为所述第四分图像Iy的光进入所述二色分光镜13、DBS，和/或更具体地说通过所述二色分光镜13、DBS的第二面13-2。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2包含偏振选择或偏振面12c，该面适合于和/或配置成用来：
基本上反射所述第一即s偏振态的光，以及
基本上透射所述第二即p偏振态的光。
作为附加或备选的方式，所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2包含偏振选择或偏振面12c，该面适合于和/或配置成用来：
将从所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第一面12-1来的所述第三初级照射光分量L1b基本上反射至所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第二面12-2，作为所述要生成的第三分图像Ib的光，以及/或者
将从所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2的所述第一面12-1来的所述第四初级照射光分量L1y基本上透射至所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2的所述第三面12-3，作为所述要生成的第四分图像Iy的光，以及/或者
将从所述第二偏振选择或偏振分光器12，PBS2的所述第二面12-2来的所述第三次级照射光分量L2b基本上透射至所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第四面12-4，作为所述生成的第三分图像Ib的光(具体而言以所述第二即p偏振态进行)，以及/或者
将从所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第三面12-3来的所述第四次级照射光分量L2y基本上反射至所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第四面12-4，作为所述生成的第四分图像Iy的光(具体而言以所述第一即s偏振态进行)。
作为附加或备选的方式，所述第三成像器P3设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第二面12-2，具体地说，与该面12-2平行，以及/或者
所述第四成像器P4设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第三面12-3，具体地说，与该面12-3平行，以及/或者
所述二色分光镜13、DBS设置得贴近所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2的所述第四面12-4，具体地说，其第二面13-2与该面12-4平行。
作为附加或备选的方式，所述二色分光镜13、DBS包含第一面13-1，该面适合于和/或配置成用来接收所述第一次级照射光分量L2r作为要生成的第一分图像Ir的光，和/或接收所述第二次级照射光分量L2g作为所述生成的第二分图像Ig的光。
作为附加或备选的方式，所述二色分光镜13、DBS包含第二面13-2，该面适合于和/或配置成用来接收所述第三次级照射光分量L2b作为所述生成的第三分图像Ib的光，和/或接收所述第四次级照射光分量L2y作为所述生成的第四分图像Iy的光。
作为附加或备选的方式，所述二色分光镜13、DBS包含第三面13-3，该面适合于和/或配置成用来让所述次级照射光L2的所述接收的第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y分别作为所述生成的第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的光离开所述二色分光镜13、DBS，具体地说，直接或者间接地导引所述次级照射光L2的所述被接收的第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y分别作为所述生成的第一、第二、第三和第四分图像Ir、Ig、Ib、Iy的光进入所设有的投影光学系统PO。
作为附加或备选的方式，所述二色分光镜13、DBS包含光谱选择或光谱分离界面13c，该面适合于和/或配置成用来：
将从所述二色分光镜13、DBS的所述第一面13-1来的在第一光谱范围SP1、SP2的或其内的光基本上透射到所述二色分光镜13、DBS的所述第三面13-3，以及/或者
将从所述二色分光镜13、DBS的所述第二面13-2来的在第二光谱范围SP3、SP4的或其内的光基本上反射到所述二色分光镜13、DBS的所述第三面13-3。
作为附加或备选的方式，所述二色分光镜13、DBS包含光谱选择或光谱分离界面13c，该面适合于和/或配置成用来：
将所述次级照射光L2的所述被接收的第一和第二次级照射光分量L2r、L2g分别作为所述生成的第一和第二分图像Ir、Ig的光从所述二色分光镜13、DBS的所述第一面13-1基本上透射到所述二色分光镜13、DBS的所述第三面13-3，以及/或者
将所述次级照射光L2的所述被接收的第三和第四次级照射光分量L2b、L2y分别作为所述生成的第三和第四分图像Ib、Iy的光从所述二色分光镜13、DBS的所述第二面13-2基本上反射到所述二色分光镜13、DBS的所述第三面13-3。
作为附加或备选的方式，在所述第一偏振选择或偏振分光器11、PBS1和所述二色分光镜13、DBS之间和/或在所述第二偏振选择或偏振分光器12、PBS2和所述二色分光镜13、DBS之间分别设置偏振校正单元CSP1、CSP2，该单元在各设置中适合于和/或配置成用来将光的各偏振态改变为s偏振态或者为p偏振态，具体地说，用来增强二色分光镜13、DBS对所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量L2r、L2g、L2b、L2y的反射功能和/或透射功能。
                   参考文献
(1)S.Roth等的“宽色域，高光度的多基色单屏投影显示”，SID2003文摘，笫118-121页(S.Roth et al.，“Wide Gamut，High BrightnessMultiple Primaries Single Panel Proj ection Displays”，pages 118-121)
                   附图标记
10     本发明的图像生成单元
10’   光学结构
11     第一偏振选择或偏振分光器，第一PBS立方体
11-1   第一面
11-2   第二面
11-3   第三面
11-4   第四面
11c    偏振选择或偏振面
12     第二偏振选择或偏振分光器，第二PBS立方体
12-1   第一面
12-2   第二面
12-3   第三面
12-4   第四面
12c    偏振选择或偏振面
13     二色分光镜，双色光束分光立方体
13-1   第一面
13-2   第二面
13-3   第三面
13-4   第四面
13c    光谱分离和光谱选择界面
DBS    二色分光镜，双色光束分光立方体
E      光输入部分
I      要生成和要被显示的图像
Ir     第一分图像，红色分图像
Ig     第二分图像，绿色分图像
Ib     第三分图像，蓝色分图像
Iy     第四分图像，黄色分图像
L1     初级照射光
L1r    第一初级照射光分量，红色分量
L1g    第二初级照射光分量，绿色分量
L1b    第三初级照射光分量，蓝色分量
L1y    第四初级照射光分量，黄色分量
L2     次级照射光
L2r    第一次级照射光分量，红色分量
L2g    第二次级照射光分量，绿色分量
L2b    第三次级照射光分量，蓝色分量
L2y    第四次级照射光分量，黄色分量
O      光输出部分
PBS1   第一偏振选择或偏振分光器，第一光束分光立方体
PBS2   第二偏振选择或偏振分光器，第二光束分光立方体
P1     第一成像器
P2     第二成像器
P3     第三成像器
P4     第四成像器
SP1    第一光谱范围
SP2    第二光谱范围
SP3    第三光谱范围
SP4    第四光谱范围
SSR    光谱分离、图像生成和光谱重组部分。

Claims (16)

1.一种图像生成单元，包括：
包括第一部分(PS)的光输入部分(E)，所述第一部分用于生成包含光谱上可分离或重叠的第一光谱范围(SP1)、第二光谱范围(SP2)、第三光谱范围(SP3)以及第四光谱范围(SP4)的初级照射光(L1)，它具有分别对应于第一光谱范围(SP1)和第三光谱范围(SP3)的s偏振态的第一光分量(L1r)和第三光分量(L1b)和分别对应于第二光谱范围(SP2)和第四光谱范围(SP4)的p偏振态的第二光分量(L1g)和第四光分量(L1y)；
第二部分(SSR)，包括：
第一偏振分光器(PBS1)，
第二偏振分光器(PBS2)，
第一二色分光镜(DBS)，以及
第一、第二、第三和第四成像装置(P1，P2，P3，P4)；以及
光输出部分(O)，用于输出次级照射光(L2)，
其中，第一偏振分光器(PBS1)接收所述第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)，并具有向第一成像装置(P1)反射s偏振光并向第二成像装置(P2)透射p偏振光的偏振面；
其中，第二偏振分光器(PBS2)接收所述第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)，并具有向第三成像装置(P3)反射s偏振光并向第四成像装置(P4)透射p偏振光的偏振面；
其中，所述第一偏振分光器(PBS1)还接收从所述第一和第二成像装置(P1，P2)反射的所述第一和第二次级照射光分量(L2r、L2g)，并具有反射s偏振光且透射p偏振光的偏振面；
其中，所述第二偏振分光器(PBS2)还接收从所述第三和第四成像装置(P3，P4)反射的所述第三和第四次级照射光分量(L2b、L2y)，并具有反射s偏振光并透射p偏振光的偏振面；
其中，第一二色分光镜(DBS)经第一表面接收第一和第二次级照射光分量(L2r、L2g)并经第二表面接收第三和第四次级照射光分量(L2b、L2y)，并具有透射第一和第二次级照射光分量(L2r、L2g)且反射第三和第四次级照射光分量(L2b、L2y)的二色分光面；以及
其中，所述第一二色分光镜(DBS)还经第三表面输出第一、第二、第三和第四次级照射光分量(L2r、L2g、L2b、L2y)，以分别生成并显示图像(I)的第一、第二、第三和第四分图像(Ir、Ig、Ib、Iy)，
从而图像生成单元设置成：
基于所述第一、第二、第三和第四初级照射光分量(L1r、L1g、L1b、L1y)分别形成要生成并显示的图像(I)的第一、第二、第三和第四分图像(Ir、Ig、Ib、Iy)的第一、第二、第三和第四次级照射光分量(L2r、L2g、L2b、L2y)；以及
重组所述第一、第二、第三和第四分图像(Ir、Ig、Ib、Iy)的所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量(L2r、L2g、L2b、L2y)，以生成并输出次级照射光(L2)，作为所述要生成并显示的图像(I)的光。
2.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：
第四偏振分光器(PBS4)被设置在所述第一部分(PS)中，以便在所述第一偏振分光器(PBS1)方向反射所述第一初级照射光分量(L1r)并透射所述第二初级照射光分量(L1g)，并且在所述第二偏振分光器(PBS2)方向反射所述第三初级照射光分量(L1b)并透射所述第四初级照射光分量(L1y)。
3.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中所述第一部分(PS)设置成用来：
接收s偏振的且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)的初级照射光(L1)；
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围(SP1、SP3)的光的偏振态为s偏振态且改变和/或保持所述第二和第四光谱范围(SP2、SP4)的光的偏振态为p偏振态；
将所述第一和第二光谱范围(SP1、SP2)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
将所述第三和第四光谱范围(SP3、SP4)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
所述第一部分(PS)包括第一、第二、第三、第四、第五分色镜，第一、第二折叠式反射镜和半波片(HWP)；
其中，第一分色镜设置成用来将所述第一和第四光谱范围(SP1、SP4)的光与所述第二和第三光谱范围(SP2、SP3)的光分离；
其中，第二分色镜设置成用来将所述第二光谱范围(SP2)的光与所述第三光谱范围(SP3)的光分离；
其中，第三分色镜设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光与所述第四光谱范围(SP4)的光分离；
其中，第一折叠式反射镜和第五分色镜设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光与所述第二光谱范围(SP2)的光组合为重合和/或平行光路，分别作为第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
其中，第二折叠式反射镜和第四分色镜设置成用来将所述第三光谱范围(SP3)的光与所述第四光谱范围(SP4)的光组合为重合和/或平行光路，分别作为第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
其中，半波片(HWP)设置成用来改变和/或保持所述第一和第三初级照射光分量(L1r、L1b)的光的偏振态为s偏振模式且改变和/或保持所述第二和第四初级照射光分量(L1g、L1y)的光的偏振态为p偏振模式。
4.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：所述第一部分(PS)设置成用来：
接收s偏振的且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)的初级照射光(L1)；
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围(SP1，SP3)的光的偏振态为s偏振态且改变和/或保持所述第二和第四光谱范围(SP2、SP4)的光的偏振态为p偏振态；
将所述第一和第二光谱范围(SP1、SP2)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
将所述第三和第四光谱范围(SP3，SP4)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
所述第一部分(PS)包括第一、第二、第三、第四、第五分色镜，第一、第二对折叠式反射镜和半波片(HWP)；
其中，第一分色镜设置成用来将所述第一和第二光谱范围(SP1，SP2)的光与所述第三和第四光谱范围(SP3，SP4)的光分离；
其中，第二分色镜设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光与所述第二光谱范围(SP2)的光分离；
其中，第三分色镜设置成用来将所述第三光谱范围(SP3)的光与所述第四光谱范围(SP4)的光分离；
其中，第一对折叠式反射镜和一个第五分色镜设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光与所述第二光谱范围(SP2)的光组合为重合和/或平行光路，分别作为第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
其中，第二对折叠式反射镜和一个第四分色镜设置成用来将所述第三光谱范围(SP3)的光与所述第四光谱范围(SP4)的光组合为重合和/或平行光路，分别作为第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
其中，半波片(HWP)设置成用来改变和/或保持所述第一和第三初级照射光分量(L1r、L1b)的光的偏振态为s偏振模式且改变和/或保持所述第二和第四初级照射光分量(L1g，L1y)的光的偏振态为p偏振模式。
5.按照权利要求3所述的图像生成单元，其中：所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)和相应地所述第一、第二、第三和第四初级照射光分量以任何其他的次序被使用，以将第一光谱范围(SP1)和第三光谱范围(SP3)交换并相应地将第一初级照射光分量(L1r)和第三初级照射光分量(L1b)交换。
6.按照权利要求3所述的图像生成单元，其中：所述第四分色镜由偏振分光器替代。
7.按照权利要求3所述的图像生成单元，其中：所述第五分色镜由偏振分光器替代。
8.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：所述第一部分(PS)设置成用来：
接收s偏振的且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)的初级照射光(L1)；
改变和/或保持所述第一和第三光谱范围(SP1、SP3)的光的偏振态为s偏振态且改变和/或保持所述第二和第四光谱范围(SP2、SP4)的光的偏振态为p偏振态；
将所述第一和第二光谱范围(SP1、SP2)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
将所述第三和第四光谱范围(SP3、SP4)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
所述第一部分(PS)包括第一色选择延迟器(CSR1)、第二色选择延迟器(CSR2)、第三色选择延迟器(CSR3)和第四偏振分光器(PBS4)；
其中，第一色选择延迟器(CSR1)设置成用来将所述四个光谱范围中两个光谱范围的光的偏振态保持和/或改变为p偏振态，并将互补的光谱范围的光的偏振态保持和/或改变为s偏振态；
其中，第四偏振分光器(PBS4)设置成用来将s偏振光与p偏振光分离；
其中，第二色选择延迟器(CSR2)设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态，并将所述第二光谱范围(SP2)的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态；
其中，第三色选择延迟器(CSR3)设置成用来将所述第三光谱范围(SP3)的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态，并将所述第四光谱范围(SP4)的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态。
9.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中所述第一部分(PS)设置成用来：
接收s偏振的且其光谱范围覆盖所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)的照射光；
将所述第一和第三光谱范围(SP1、SP3)的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态并将所述第二和第四光谱范围(SP2、SP4)的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态；
将所述第一和第二光谱范围(SP1、SP2)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第一和第二初级照射光分量(L1r、L1g)；
将所述第三和第四光谱范围(SP3、SP4)的光组合为重合和/或平行光路，以作为所述第三和第四初级照射光分量(L1b、L1y)；
所述第一部分(PS)包括第二色选择延迟器(CSR2)、第三色选择延迟器(CSR3)和第二二色分光镜(DBS2)；
其中，第二二色分光镜(DBS2)设置用来将所述第一和第二光谱范围(SP1，SP2)的光与所述第三和第四光谱范围(SP3，SP4)的光分离；
其中，所述第二色选择延迟器(CSR2)设置成用来将所述第一光谱范围(SP1)的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态，并将所述第二光谱范围(SP2)的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态；
其中，所述第三色选择延迟器(CSR3)设置成用来将所述第三光谱范围(SP3)的光的偏振态改变和/或保持为s偏振态，并将所述第四光谱范围(SP4)的光的偏振态改变和/或保持为p偏振态。
10.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：
在所述第一偏振分光器(PBS1)和所述二色分光镜(DBS)之间和/或在所述第二偏振分光器(PBS2)和所述二色分光镜(DBS)之间设置各自的色选择偏振器(CSP1、CSP2)，它们在各情形中设置成用来将所述第二和第四次级照射光分量分别阻挡其p偏振部分并透射其s偏振部分，以及将所述第一和第三次级照射光分量分别透射其p偏振部分，用来增强光学引擎的对比度。
11.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：
在所述第一偏振分光器(PBS1)和所述二色分光镜(DBS)之间和/或在所述第二偏振分光器(PBS2)和所述二色分光镜(DBS)之间设置各自的偏振校正单元(CSP1、CSP2)，它们在各情形中设置成用来分别将入射光的偏振态改变为s偏振态或p偏振态，用来对于所述第一、第二、第三和第四次级照射光分量(L2r、L2g、L2b、L2y)增强二色分光镜(DBS)的反射功能和/或透射功能。
12.按照权利要求11所述的图像生成单元，其中：所述第一和/或第二色选择偏振器包含在两个四分之一波片之间堆叠的胆甾层。
13.按照权利要求11所述的图像生成单元，其中：所述第一和/或第二色选择偏振器包含吸收型染料，该染料在所述第一和/或第三光谱范围分别是透光的，在所述第二和/或第四光谱范围分别用作吸收型偏振器。
14.按照权利要求11所述的图像生成单元，其中：
所述第一和/或第二色选择偏振器包含色选择延迟器和吸收型宽带偏振器，前者用来将一个光谱范围的光的偏振态改变90°而保持互补光谱部分的光的偏振态不变，后者设置成用来吸收已改变偏振态或者未改变偏振态的光。
15.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：
所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)以任何组合方式与红色、绿色、蓝色和黄色对应。
16.按照权利要求1所述的图像生成单元，其中：
所述第一、第二、第三和第四光谱范围(SP1、SP2、SP3和SP4)以任何组合方式与红色、绿色、蓝色和青色对应。
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