TW200825608A - Projection system incorporating color correcting element - Google Patents

Description

200825608 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於投影系統。本發明可特別應用於具有 一或多個焦闌間隔之投影系統。 【先前技術】 “ 投影系統利用一或多個成像設備，該等成像設備能夠形 成一投影於一螢幕上用以顯示給一檢視觀眾的影像。成像 $又備之實例包括反射或透射液晶顯示（lcd)面板。在_反 • 射LCD面板之情況下，投影系統經常使用一偏振光束分光 器（PBS)以將入射在LCD上之照明光自lCd所反射之影像 光分離’且該偏振光束分光器（PBS)載運一影像以用於投 衫在技影榮幕上。在此等糸統中，照明光在到達Lcd之前 通過PBS，且因此，入射照明光通常在到達LCD之前經偏 振。 LCD面板包括許多像素，其中每一像素可經電子控制以 调變入射在該像素上之光的偏振。一般而言，一對應於一 _ 投影影像之一暗區的LCD像素不改變入射在該像素上之光 的偏振狀態，而一對應於該投影影像之一亮區的像素確實 . 改變入射光之偏振狀態。 ^ 許多投影系統使用一單一光源及三個LCD面板（每一原 色一個面板）。在此等系統中，使用色彩分離元件以將由 光源所產生之白光分離成三原色。 【發明内容】 大體而言，本發明係關於投影系統。本發明亦係關於使 125142.doc 200825608 用色彩修正組件之投影系統。 在本發明之一實施例中，一光學系統包括第一光學元件 及第二光學元件。該第二光學元件在可見區域中係偏振不 敏感的。該第一光學元件能夠沿著一第一方向接收一第一 偏振之光且沿著該第一方向透射該第一偏振之光。該第一 光：元件亦能夠沿著該第一方向接收一正交於該第一偏振 之第二偏振之光’且沿著一不同於該第—方向之第二方向 反射該第二偏振之光。光學系統沿著該第2方向接收 該第-偏振之光時，該第—光學元件沿著該第二方向透射 該所接收之光。由該第—光學元件所透射之光具有該第一 偏振及帛&彩座標集。該第二光學元件透射由該第— 光學元件所透射之光的至少—部分。由該第二光學元件所 透射之光具有一不同於該第一色彩座標集的第二色彩座 集。 ” _在本發明之另—實施例中，—偏振光束分光器包括：一 第光干"且件，其具有一第一面；一第二光學組件，其具 有:第-面；及-偏振元件，其安置在該第—光學組件與 ::二光學組件之該等第一面之間。該偏振元件能夠透射 /偏振之光且反射H振之光’其中該第二偏振 係正父於3亥第—偏振。該偏振光束分光器進一步包括一安 置在該第一光學組件與該第二光學組件中之一者之一面上 的彩色濾光片。兮忽众、占， ^ ^ 七色濾光片在可見區域中係偏振不敏感 的，且能夠改#人h ‘ " 射在該彩色濾、光片上之光的色彩座標。 在本發明之s A ” —貝施例中，一投影系統包括：一成像 125142.doc 200825608 器，^能夠形成一影像；一投影透鏡系統，其能夠將由該 成像器所形成之影像投影於一檢視表面上；及一偏振元 件，其安置在該成像器與該投影透鏡系統之間。該偏振元 件能夠向該成像器導引-第—偏振之光，且遠離該成像器 導引一不同於該第-偏振的第二偏振之光。該投影系統進 一步包括一安置在該偏振元件與該投影透鏡系統之間的彩 色遽光片。該彩色據光片在可見區域中係偏振不敏感的， 且能夠改變入射在該彩色濾光片上之光的色彩座標。 【實施方式】 本發明大體係關於投影引擎及包含投影引擎之投影系 統。本發明可特別應用於具有一或多個焦闌間隔之投影系 統且該等投影系統包含色彩修正組件。 在本說明書中，一用於多個圖中的同一參考數字指代具 有相同或類似性質及功能性的相同或類似元件。 本t明描述一種簡化投影系統，其能夠將一影像投影於 一螢幕上，其中所投影之影像越過該螢幕具有均一色彩。 色彩均一性藉由在投影系統之一輕鬆可達的焦闌間隔中置 放衫色濾光片來達成，藉此簡化投影系統之設計及製造 成本。彩色濾光片可經進一步定位以消除、最小化或減少 雙重衫像，該等雙重影像可能歸因於光自彩色濾光片之反 射而另外出現在螢幕上。 如本文中所使用，術語”焦闌"意謂對於越過光束之不同 點而言光之角程係大體上相同的。因此，若在光束之一側 處的光束之一部分在一具有一特定角程之光錐中含有光， 125142.doc 200825608 則光束之其他部分(例如’在光束之中間或在光束之另一 側處)在大體相同之角程中含有光。因此，若在光束中心 處的光主要係沿著-軸導引且含於一特定錐角巾，而在光 束邊緣處的光亦沿著該軸而導引且具有大體相同之錐角， 則光束係焦闌的。 &圖1展示一為描述一線性偏振光之8偏振狀態及p偏振狀 態之目的之光學組態的示意性三維圖。詳言之，圖i展示 位於具有一折射率η〗之第一介質110與一具有一折射 率h之第一介質12〇之間的界面1〇5。沿方向ΐ3ΐ傳播之線 性偏振光線i30在位置14〇處入射於界面1〇5上且與法線 141八开>成入射角06，其中線141在位置14〇處係與界面1〇5 垂直。傳播方向131與法線141界定入射光線13〇之入射平 面160。如圖1中所展示，因為與光線13〇相關聯之電場η。 位於入射平面160中且因此平行於入射平面16〇，故光線 130係p偏振的。在本說明書中，p偏振狀態由小箭頭（諸如 圖1中所展示之箭頭135)象徵性地表示。 類似地，線性偏振光線150在平面16〇中沿方向151傳 播，在位置170處入射於界面1〇5上，且與法線141B形成入 射角β。因為與光線150相關聯之電場152係垂直於入射平 面16 0，故光線15 〇係s偏振的。在本說明書中，s偏振狀態 由小圓圈（諸如圖1中所展示之圓圈155)象徵性地表示。 大體而言，在一點處入射於一表面上的光線界定一入射 平面，該平面由該光線與在入射點處對該表面之法線所界 定。對於一線性偏振入射光線而言，偏振將大體具有一垂 125142.doc • 11 - 200825608 直於入射平面之S偏振分量或狀態及一平行於入射平面之p 偏振分量或狀態。有時將S偏振稱為橫電（TE)偏振。類似 地，有時將p偏振稱為橫磁（TM)偏振。應自圖1及先前論述 瞭解到，s偏振狀態與p偏振狀態係彼此正交的。 圖1中，不同的偏振狀態按照其相對於入射平面之方位 而被描述。在某些情況下，關於座標系（諸如展示於圖i中 之xyz笛卡兒（Cartesian)座標系）來界定偏振狀態可為有利 的。在此情況下，可將具有沿x軸定向之電場的第一偏振 狀態界定為X偏振狀態。類似地，可將具有沿y軸定向之電 場的第二偏振狀態界定為7偏振狀態，該第二偏振狀態與 該第一偏振狀態正交。 關於座標系界定偏振狀態之一優點係，在一光學系統中 座標系可關於一元件（諸如一偽后哭、+ + ^ + W i

兒座標系來界定。

標系中的X偏振狀態或y偏振狀態。 然而，在某些情況下，

不平行於y軸。而是， p偏振狀態或S偏 或y偏振狀態相I 的，因為電場15 132係p偏振的， 1锡搌的，因為電場 電場132係部分\偏 既不平行於X軸亦不平行於y軸 振及部分y偏振的。 125142.doc -12- 200825608 應瞭解，在特定參考系中對偏振狀態的任何參考（諸如 關於入射平面之P偏振狀態）意欲為例示性的且不以任何方 式限制。詳言之，在一參考系中對各種偏振狀態的推論意 欲等效地應用於其他參考系。 . 圖2展示光學系統200之示意性俯視圖。光學系統200包 括第一光學元件210及第二光學元件220。第一光學元件 210透射一偏振之可見光且反射一正交偏振之可見光。詳 言之，沿X軸傳播且入射於光學元件210上之p偏振可見光 籲 線230藉由光學元件210大體上透射為沿X轴傳播的p偏振可 見光線23 1。因此，對於入射p偏振光而言，透射光方向與 入射光方向係大體相同的。 在某些應用中，透射光線231之強度與入射光線230之強 度的比係至少0.50。在某些其他應用中，該比係至少 〇·80。在某些其他應用中，該比係至少〇.9〇。 沿X軸傳播且入射於光學元件210上之s偏振可見光線240 _ 藉由光學元件210大體上反射為沿z軸傳播的s偏振可見光 線241。因此，對於入射s偏振光而言，反射光方向不同於 入射光方向。 • 在某些應用中，反射光線241之強度與入射光線24〇之強 • 度的比係至少0.50。在某些其他應用中，該比係至少 0.80。在某些其他應用中，該比係至少〇·9〇。 類似地，沿ζ軸傳播且入射於光學元件210上之s偏振可 見光線250藉由光學元件210大體上反射為沿X軸傳播的s偏 振可見光線251。 125142.doc -13 - 200825608 沿Z軸傳播且入射於光學元件210上之p偏振可見光線260 藉由光學元件210大體上透射為沿z軸傳播的p偏振可見光 線261。光線261具有第一色彩。舉例而言，光線261在CIE 色彩座標空間中具有色彩座標（Xl，yi)，其中〜係CIE色度 圖（CIE diagram)中之X色度座標且y係CIE色度圖中的y色度 座標。

光線261入射於光學元件220上且藉由該光學元件透射為 具有不同於第一色彩之第二色彩的沿z方向傳播的透射可 見光線262。舉例而言，第二色彩具有色彩座標（χ2, ^)， 其中y〗與y2相等但X2不同於Xl，〜與心相等但y2不同於h， 或Xl不同於X2且y2不同於。 大體而言，透射光線262可具有任何偏振狀態。在某些 情況下，在透射後，光學元件220即大體上維持入射光之 偏振狀態。在此等情況下，透射光線262將為大體上P偏振 的0 在例示性光學系統200令’入射光線平行於相應透射光 線且正交於相應反射光線。大體而言，—透射光線可平行 =或可不平行於相應人射光線。類似地，—反射光線可正 交於或可不正交於相應入射光線。 圖3展示光學系統3〇〇之示意性俯視圖。光學系統包 括-作為光學元件210之特定實例的偏振光束分光器 (PBS)380及一作為光學元件22〇 39〇。 沐汽例的彩色濾光片 PBS 380可為可適用於一 應用中的任何類 型之PBS。 舉 125142.doc -14- 200825608 例而言，PBS 380可為描述於（例如）美國專利第2,403,731 號；及1989年McGraw-Hill出版公司之Η· A. Macleod的 Thin Film Optical Filters 第二版；第 328 頁至第 332 頁中的 MacNeille型PBS。作為另一實例，PBS 380可為多層光學 膜（MOF)PBS，諸如描述於美國專利第5,962114號及第 6,721，096號中之_21??68。其他適當類型之？68包括描述 於（例如）Schnabel 等人之办 οπ L/g/zi by Subwavelength_Period Metal-Stripe Gratings'1，1999年 2 月，Optical Engineering 38(2)，第 220頁至第 226頁中的線 柵PBS。作為又一實例，PBS 380可基於描述（例如）於美國 專利第5,506,704號中之膽固醇偏振器（cholesteric polarizer)。在某些情況下，PBS 380可為具有偏振之固定 材料軸的笛卡兒PBS。在此等情況下，入射光301之偏振狀 態可關於PBS 380之材料軸而非傳統p軸及s軸來界定。 在圖3中所展示之例示性光學系統中，PB S 3 8 0包括兩個 直角稜鏡320及330，及一安置於該兩個稜鏡之斜邊面321 與331之間的反射偏振器310。大體而言，稜鏡320及330無 需為相同大小、相同形狀或由相同材料製成。此外，除了 圖3中所展示之直角稜鏡’每一稜鏡可具有一形狀。可替 代稜鏡320及330使用的稜鏡或光學體類型之實例包括用於 RochonPBS、WollastonPBS、Glan，TaylorPBS、Glan_ Thompson PBS、Glan-Foucault prism 或 Nicol PBS 中的稜 鏡。大體而言，稜鏡320及330可為在一應用中可能需要的 任何光學體，且其與反射偏振器3 10組合能夠將一非偏振 125142.doc -15- 200825608 入射光（諸如入射光301)有效地劃分成兩個正交偏振光束， 诸如s偏振光束302及p偏振光束3 03。 在某些情況下，可能不需要稜鏡32〇及33〇中之至少一 者，且因此可自光學系統300消除。舉例而言，在線柵pBS 之情況下，稜鏡320及330可自光學系統3〇〇消除。在此情 況下，線栅偏振器可形成在一光透射基板（諸如一玻璃或 聚合基板）上或由一光透射基板支撐。 反射偏振器310能夠反射一偏振狀態之光且透射一正交 偏振狀態之光。在圖3中所展示之例示性光學系統中，反 射偏振器310能夠大體上反射s偏振光且大體上透射p偏振 光。等效地，對於光線301而言，反射偏振器31〇能夠大體 上反射y偏振光且大體上透射z偏振光。此外，反射偏振器 310經如此定位且稜鏡320及330之面經如此排列以便使PBS 380能夠將一入射非偏振光劃分成相對於彼此成9〇。傳播的 兩個正交偏振光束。 在圖3中所展示之例示性光學系統中，稜鏡320之邊322 及323分別平行於yz平面及xy平面。類似地，稜鏡33〇之邊 332及333分別平行於yz平面及xy平面。此外，斜邊面321 及33 1彼此平行且與z軸成45。角。在此情況下，當入射非 偏振光束301沿X軸入射於pbs 380上時，該入射光束之s偏 振分量經反射為沿z方向傳播的光束3〇2且該入射光束之p 偏振分量經透射為沿x方向傳播的光束3〇3。 彩色濾光片390能夠在可見區域中大體上透射第一範圍 之波長，且藉由（例如）吸收或反射具有在第二範圍中之波 125142.doc -16- 200825608 長的光而在可見區域中大體上阻擋或拒絕第二範圍之波 長。第一範圍及第二範圍可（例如）分別包括^至、及^至 Xh之範圍。 彩色濾光片390可為一長波通（LWP)邊緣濾光片，如示意 性地展示於圖4A之曲線圖400中且可購自（例如）〇erUk〇n Balzers公司（Balzers，列支敦斯登）。曲線圖4〇〇中之水平 軸為波長且垂直軸為透射率。波長範圍至表示可見範 圍’其中、表示可見光譜之藍色端且λι>表示可見光譜的紅 色端。曲線圖400中之曲線41〇表示彩色濾光片39〇之作為 波長之函數的透射率。彩色濾光片390在可見區域中對於 大於λ〗之波長具有非常高的平均透射率Tmax，且在可見區 域中對於小於λ2之波長具有非常低的平均透射率Tmin。波 長入！及λ:可各以不同方式來界定。舉例而言，可將λι界定 為彩色濾、光片390之透射率比Tmax小1〇%或5%之波長。類 似地，可將λ:界定為彩色濾光片390之透射率比Tmin大1〇〇/。 或5%之波長。 曲線410展示一在波長Μ與^之間彩色濾光片39〇之透射 率的過渡範圍，在該過渡範圍内透射率以一約等於Δτ/Δλ 之比增加’其中AT=Tmax_Tmin且Δλ=λκλ2。過渡範圍具有 一通常界定為透射率係Tmax/2之波長的中心波長λ()。 在某些應用中，Tmax係至少50%。在某些其他應用中， TmaX係至少70%。在某些其他應用中，Tmax係至少80%。在 又某些其他應用中，Tmax係至少90%。在某些應用中， 係至多20%。在某些其他應用中，丁 _係至多1〇0/。。在又某 125142.doc -17- 200825608 些其他應用中，Tmin係至多5〇/〇。 在某些應用中，過渡範圍Δλ係至多1〇〇奈米。在某些其 他應用中，過渡範圍Δλ係至多50奈米。在某些其他^用 中，過渡範圍Δλ係至多1〇奈米。 在圖4Α中展示之例示性曲線圖41〇中，範圍^至心可對 應於波長間隔’且波長範圍、至、可對應於波長間隔 λα-λ2 ° 形色濾光片390可為一示意性地展示於圖化之曲線圖 中的短波通（swp)邊緣濾光片。曲線圖42〇中之曲線43〇表 示彩色濾光片390之作為波長之函數的透射率。彩色濾光 片390在可見區域中對於小於心之波長具有一高的平均透 射率Tmax ’且在可見區域中對於大於λι之波長具有一低的 平均透射率Tmin。在圖4Β中所展示之例示性曲線圖42〇 中’範圍人111至λη可對應於波長間隔，且波長範圍“至 可對應於波長間隔。 作為另一實例，彩色濾光片390可為一帶通濾光片，該 帶通濾光片在可見區域中對於一波長帶内的波長具有高的 光學透射率且在可見區域中對於帶外的波長具有低的光學 透射率。一帶通彩色濾光片390之一例示性透射率示意性 地展示於圖4C之曲線圖440中。曲線圖440中之曲線450表 示彩色濾光片390之作為波長之函數的透射率。彩色濾光 片390在\max處具有最大光學透射率Tmax，其中χ^χ有時被 稱為彩色濾光片的中心波長。帶通"P"經界定為介於、與、 之間的而透射區域，其中λ。及通常被界定為透射率為 125142.doc -18 * 200825608

Tmax/2的波長◊有時將波長、及、稱為截止波長。 在圖4C中所展示之例示性曲線圖44〇中，範圍、至、可 對應於波長間隔Ud，且波長範圍、至、可對應於波長間 λα_λ〇及 0 在某些應用中，帶通彩色濾光片39〇可為窄帶通彩色濾 光片，意謂帶通Ρ係相對小的，諸如約50奈米。在某些其 他應用中，帶通彩色濾光片390可為寬帶通彩色濾光片， 意謂帶通ρ係相對大的，諸如200奈米。 衫色濾光片390可為光反射彩色濾光片或光吸收彩色濾 光片或兩者之組合。此等濾光片可購自（例如）加州，聖荷 西之Hoya公司。在某些應用中，彩色濾光片39〇係一光吸 收彩色濾光片，意謂該濾光片藉由主要吸收光來在可見區 域中阻擋或拒絕在一波長處的光。一吸收彩色濾光片可藉 由（例如）將一或多個有機染料或顏料分散於一主體材料中 來製造，如論述（例如）於美國專利第6,426,590號中。 在某些應用中，彩色濾光片390係一光反射彩色濾光 片’思谓該濾、光片藉由主要反射光而在可見區域中阻播或 拒絕在一波長處的光。一光反射彩色濾光片39〇可（例如）為 一多層介電干擾彩色濾光片如四分之一波堆疊、膽固醇液 晶層、全息彩色濾光片，或（例如）描述於Weber等人之 Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors*1 (2000年 3 月，Science 287(5462)，第 2451 頁至第 2456 頁）中 的由雙折射聚合物所建構的布勒格（Bragg)反射器。 在反射彩色濾光片之情況下，彩色濾光片之透射率曲線 125142.doc -19- 200825608 通常隨著自法線至光人射之表面所量測的人射角之增加而 移位至較短波長。另一方面，光吸收彩色濾光片通常對於 入射角敏感。 彩色濾光片390可能對入射光之偏振狀態敏感或可能不 對入射光之偏振狀態敏感。在某些情況下，彩色濾光片 390係偏振不敏感的，意謂該彩色濾光片之透射率性質（諸 如咼及低的透射率範圍）對於至少正入射之入射光的偏振 狀態大體上為不敏感的。在此等情況下，彩色濾光片之透 射率性質對於具有偏振之一個狀態的入射光線與具有偏振 之一正交狀態的入射光線係大體上相同的。舉例而言，彩 色濾光片之透射率性質對於同一波長處之s偏振入射光或p 偏振入射光係大體上相同的。 在某些情況下’彩色濾光片390可為偏振敏感的。在此 等情況下，彩色濾光片之透射率性質對於同一波長處之s 偏振入射光或p偏振入射光可為不同的。舉例而言，彩色 濾光片390可能能夠對於一入射p偏振光而言在可見區域中 大體上透射一範圍之波長’且對於一入射s偏振光而言在 可見區域中大體上阻擋或拒絕同一範圍之波長。 在圖3之例示性光學系統中，彩色濾光片390及PBS 380 被間隔開。大體而言’在該兩者之間可能存在或可能不存 在一間隙。在某些應用中，彩色濾光片390可安置在一邊 (諸如PBS之邊323)上。舉例而言，彩色濾光片39〇可為一 藉由（例如）使用一基於真空之塗佈製程（諸如一濺鍍製程） 來直接形成於邊323上的四分之一波堆疊彩色減光片。作 125142.doc •20· 200825608 為另一實例，濾光片390可為一藉由以含有用於提供光學 吸收之有機染料或顏料的主體材料塗佈邊而直接形成於邊 323上的光吸收彩色濾光片。作為又一實例，彩色濾光片 390可藉由使用（例如）一光學黏著劑來層合至邊。 在某些應用中，彩色濾光片39〇可安置於斜邊面321與斜 邊面331之間。在此等情況下，彩色濾光片390可對於一入 射P偏振光而言在可見區域中大體上透射一第一範圍之波 長，且對於一入射P偏振光而言在可見區域中大體上阻播 弟一範圍之波長。 在某些情況下，安置於斜邊面321與斜邊面331之間的偏 振敏感彩色濾光片39〇對於p偏振光及s偏振光而言可具有 不同波長帶邊緣位移。在此等情況下，彩色濾光片39〇可 經選擇，使得該彩色濾光片對於p入射光具有所要的透射 及帶邊緣性質。 光學糸統3 00可包括其他光學元件。舉例而言，一或多 個光學元件（諸如光學元件395及399)可安置於彩色濾、光片 390之任一邊上，其中光學元件399面向彩色濾光片3 之 第一主表面391且光學元件395面向彩色濾光片390之第二 主表面392。光學元件395及399可（例如）為延遲器膜。 圖5示意性地說明一例示性多面板投影系統5〇〇。投影系 統500係具有成像器535B、535(}及535以之三面板投影系 統，其中三個成像器經設計以在不同色帶中操作，諸如三 原色藍、綠及紅。 投影系統500可經視為具有三個通道，每一通道包括一 125142.doc -21 - 200825608 不同成像器且在一不同色帶中操作。舉例而言，第一通道 具有成像器535R、PBS 530R、延遲器541及543，及彩色 慮光片542。弟一通道包括成像器535G、PBS 53 0G、延遲 器551及553，及彩色濾光片552。類似地，第三通道包括 成像器53 5B、PBS 53 0B，及延遲器561。 在某些應用中，第一通道為紅色通道，第二通道為綠色 通道，且第二通道為藍色通道。大體而言，不同通道可與 不同色彩相關聯。 投影系統500進一步包括一能夠發射含有三個不同色帶 中之光的光之光源501。詳言之，光源5〇1可發射含有在光 譜之藍色區域、綠色區域及紅色區域中之光的光。光源 501可（例如）包括弧燈（諸如汞弧燈）、白熾燈、螢光燈、發 光二極體（LED)、或能夠發射不同色帶中之光的任何其他 光源。 光源501可為一單一光源。在某些應用中，光源％〗可包 括多個光源，其中（例如）不同光源可發射不同色光。 投影系統500進一步包括UV阻擋器502及505、透鏡 503光均化器504、預偏振器506及聚光透鏡5〇7。UV阻 擋器502及505主要經設計以拒絕可由光源5〇1所發射的任 何uv輻射。uv阻擋器5〇2及5〇3可藉由吸收、反射、或兩 者之組合來拒絕UV輻射。 透鏡530收集光5〇8且將其導向光均化器5〇4之進入面 504A在某些情況下，透鏡5〇3可由一置放於光源π!後面 的反射器（未展示於圖5中）（諸# 一曲線反射器）來替代或補 125142.doc -22- 200825608 充’以用於向進入面504A導引光508。均化器5〇4主要經設 计以使藉由透鏡503收集及透射的光均化，藉此均化意謂 離開均化器的光比進入均化器的光具有更均一之空間強度 :布。已知光均化器之實例可在美國專利第5,625,738號及 第6,332,688號；及美國專利申請公開案第 號、第2002/0114573號及第2002/0118946號中找到。 預偏振器506主要經設計以使入射於該預偏振器上之光 扁振舉例而S，預偏振器506拒絕p偏振光且透射3偏振 光。被拒絕之p偏振光可藉由一或多個偏振再㈣元件⑽ 5中未明確展示）來再循環。預偏振器鳩可藉由吸收、反 射或兩者之組合來拒偏振光。預偏振器5〇6可為·一反 射偏振器’諸如-線柵偏振器，諸如描述於美國專利第 M88,84G號中之彼等偏振器；或―多層反射偏振器，諸如 描述於（例如）美國專利第5,612,82〇號中之聚合多層反射偏 振膜。預偏振H 5G6可為-光吸收偏振器，諸如—個二向 。色吸收器。預偏振器5G6可為—線狀偏振器或—圓形偏振 益’堵如結合(例如)一延遲器(諸如一四分之一波延遲器） 描述於美國專利第5,506,7〇4號中的膽固醇偏振器。" 聚光透鏡507將由預偏振器篇預偏振之光集中成 507A且將其導向色彩分離器51〇及514。色彩分離器別及 514經設計以將光肅分離成各含有不同色彩之光的第一 光束、第二光束及第三光束573β、57沁及魏。光束 573B、573GA 573R在色彩上可（例如）分料藍色、綠色及 紅色。舉例而言’色彩分離器51〇將入射白光5〇7A分離成 125142.doc -23· 200825608 紅色光束573R及青色光束573C，其中青色光束573C含有 綠光及藍光。類似地，色彩分離器514將青色光束573C分 離成藍色光束573B及綠色光束573G。 大體而言’色彩分離器5 10及5 14係各包括一能夠在可見 區域中在一特殊區域中反射光且在可見區域中在別處透射 光之多層干擾膜的二向色鏡面。一多層干擾膜之透射率性 質及反射率性質大體隨著入射角而改變，此可產生（例如） 沿不同方向傳播之光線具有不同色彩座標之所透射光束。 舉例而言，色彩分離器510可與X軸成45。角且可經設計以 在45。入射角處接收光。在此情況下，光束507a之光線571 與色彩分離器成角〇6严45°，產生在可見光譜之紅色區域中 具有所要之色彩座標集的透射光線5 71A。然而，光束 507A之光線570與色衫分離器5 10成一小於％的角α2，從而 產生相對於光線571Α紅移位的透射光線570Α。類似地， 光束507A之光線572與色彩分離器510成一大於％的角％， 從而產生相對於光線571Α藍移位的透射光線572α。因 此，透射光束573R中的不同光線具有可導致越過一透射影 像之色彩非均一性的不同紅色色彩座標。色彩非均一性在 色彩分離器5 10及光束507Α定位於投影系統5〇〇之非焦闌間 隔中的情況下可為尤其顯著的。 類似地，在所反射之青色光束573C中的不同光線具有不 同青色色彩座標，因為光束5 73C中的不同光線具有不同綠 色含量。 投影系統500進一步包括一用於向色彩分離器514彎曲及 125142.doc -24- 200825608 導引光束573C的鏡面512，及一用於將一由成像器形成之 影像投影至一投影螢幕599上的投影透鏡591。 投影系統500進一步包括透鏡51丨及513。透鏡511產生一 透射焦闌光束574R及一介於透鏡511與投影透鏡591之間的 焦闌間隔’其中該焦闌間隔係沿透鏡5丨丨與透鏡591之間的 光學元件串（optical train)。類似地，透鏡513產生焦闌光 束5 73B及573G，及一介於透鏡513與投影透鏡599之間的 焦闌間隔。 色彩分離器514經定位於投影系統5〇〇之一焦闌間隔中。 因此，色彩分離器514在將光束573C分離成光束573B及 573G時不引入任何額外的色彩非均一性。在光束573b、 573G及573R分別係藍色、綠色及紅色的例示性情況下， 紅色光束573R中之某些不同光線具有不同的紅色色彩座 標’綠色光束573G中的某些不同光線具有不同的綠色色彩 座標，但藍色光束573B中的光線具有大體上相同的藍色色 彩座標。 偏振光束分光器53(^、5300及53011類似於？$8 380。舉 例而言，偏振光束分光器53OB、530G及530R各大體上透 射P偏振光且大體上反射s偏振光。 在紅色通道中且對於一導通狀態像素而言，s偏振紅色 光束574R在由PBS 530R反射之後入射在成像器535R上。 該成像器將入射光調變及反射為p偏振紅色光束575R。 PBS 530R將p偏振光束575R透射為p偏振光束576R。延遲 器541及543改變光束576R之偏振，從而產生一進入組合器 125142.doc -25- 200825608 592的s偏振光束579R。在某些情況下，兩個延遲器54 j及 543中之每一者在光譜之紅色區域中係一四分之一波延遲 器。 彩色濾光片542類似於圖2中之第二光學元件220及圖3中 之彩色濾光片390。彩色濾光片542經定位在投影系統5〇〇 之一焦闌間隔中’且消除或減少存在於紅色光束576R中不 同紅色光線之間的色彩非均一性。在某些情況下，藉由彩 色濾光片542所透射的光束578R具有一不同於入射光束 577R之一相應色彩座標集的色彩座標集。 在圖5中所展示之例示性投影系統中，彩色濾光片542安 置於兩個延遲器541與543之間，其中每一延遲器可為一四 分之一波延遲器。大體而言，在組合效應係將光束57611之 偏振狀態自p改變為s的半波延遲之情況下，可使用任何數 目之延遲器。舉例而言，在某些應用中，一單一半波延遲 器可替代延遲器541及534來使用。在兩個四分之一波延遲 器之間置放彩色濾光片542之一優點係，諸如在彩色濾光 片542為一反射彩色濾光片之情況下，可由彩色濾光片542 反射之任何光通過四分之一波延遲器541，從而產生一遠 離成像器535R沿正z方向由PBS 530R反射的s偏振光。 在某些情況下，PBS 530R係一笛卡兒PBS。在PBS 530R 對於不交軸光線具有高消光之情況下，投影系統500可在 低f/#處起作用。隨著投影系統500中之f/#被減小，光線 570在經由色彩分離器510之透射後變得更加紅移位，因為 角a〗變得更小，且光線572在經由色彩分離器510之透射後 125142.doc -26- 200825608 變得更加藍移位，因為角OC3變得更大。在此等情況下，使 用彩色濾、光片542係尤其有利的，因為在不存在彩色滤光 片542時之色彩非均一性可為大的且不可接受的。 在綠色通道中且對於一導通狀態像素而言，8偏振綠色 光束573G在由PBS 530G反射之後入射於成像器535(}上。 成像器將入射光調變及反射為P偏振綠色光束574G。PBS 530G將p偏振光束574G透射為P偏振光束575G。延遲器551 及553組合以維持光束575G之偏振，從而產生一進入組合 淼592之p偏振光束578G。在某些情況下，延遲器551在光 譜之綠色區域中為一四分之一波延遲器，且延遲器在 光譜之綠色區域中為一四分之三波延遲器。 彩色濾光片552類似於圖2中之第二光學元件220及圖3中 之彩色濾光片390。彩色濾光片552經定位在投影系統5〇〇 之一焦闌間隔中，且消除或減少存在於綠色光束575G中不 同綠色光線之間的色彩非均一性。在某些情況下，藉由彩 色濾光片552所透射的光束577G具有一不同於入射光束 576G之一相應色彩座標集的色彩座標集。 在圖5中所展示之例示性投影系統中，彩色濾光片552安 置於兩個延遲器551與553之間，其中延遲器551可為一四 分之一波延遲器，且延遲器553可為一四分之三波延遲 器。大體而言，在組合效應係一將光束575G之偏振狀態保 持為P之全波延遲的情況下，可使用任何數目之延遲器。 在一四分之一波延遲器與一四分之三波延遲器之間置放彩 色濾光片542之一優點係，可由彩色濾光片552反射之任何 125142.doc -27- 200825608 光通過四分之一波延遲器551，從而產生一遠離成像器 535G在正X-方向中藉由PBS 53〇G反射的s偏振光。在某些 情況下，對於光578G而言可能需要為3偏振的。在此等情 況下’延遲器553可（例如）為一四分之一波延遲器。 • 在藍色通道中且對於一導通狀態像素而言，s偏振藍色 . 光束573B在由PBS 530B反射之後入射於成像器535B上。 成像器將入射光調變及反射為p偏振藍色光束574B。pBS 530B將p偏振光束574B透射為p偏振光束575B _延遲器56ι ⑩ 改變光束575B之偏振，從而產生一進入組合器592之s偏振 光束578B。在某些應用中，延遲器561係一半波延遲器。 大體而言，一在投影系統50〇中的四分之一波延遲器可 具有在應用中可為需要的相對於y軸之任何方位。在某 些情況下，一在投影系統5〇〇中之四分之一波延遲器（諸如 四分之一波延遲器541及543)可在相對於y軸之45。處定位。 本發明之一優點係，彩色濾光片542及552各經置放在一 φ 相應PBS與投影透鏡591之間的焦闌間隔中。在某些情況 下，彩色濾光片542及552各垂直於光軸565。此置放提供 光學組件的較緊密排列，而不具有或具有很少的歸因於不 • 當反射的重像。 ， 在某些情況下，投影系統500可在f/#等於或小於f/4.〇處 起作用。在某些其他情況下，投影系統5〇〇可在f/#等於或 小於f/3.0處起作用。在某些其他情況下，投影系統5〇〇可 在f/#等於或小於f/2.5處起作用。 大體而言，色彩組合器592經設計以在投影系統中組合 125142.doc -28- 200825608 由成像器所反射之影像光束，且將組合光遞送至投影透鏡 5仙用於投影在投影螢幕599上。在圖5中所展示的例示 性投影系統中’組合H 592經設計❹合三種不同色彩， 該三種不同色彩中之兩者為s偏振的且該三種不同色彩中 之第三者為P偏振的。詳言之，組合器592組合_振紅色 影像光束579R、s偏振藍色影像光束578β，及?偏振綠色影 像光束578G’且自紅色通道㈣重疊光束58qr，自藍色

通道輸出重#光束5_，及自綠色通道輸出重疊光束 580G 〇 在某些應用中，色彩組合器592可經設計以組合三種不 同色彩，所有該三種不同色彩為8偏振的或所有該三種不 同色彩為p偏振的。 在圖5中所展示之例示性投影系統中，色彩組合器π:係 一 X立方體色彩組合器，但可使用其他類型之組合器。投 衫透鏡591可包括用於將組合影像光束投影至螢幕599上的 一或多個透鏡元件。 大體而σ 技衫糸統500可具有少於三個或多於三個之 成像器。舉例而言，投影系統5〇〇可具有更詳細地描述於 (例如）吳國專利申請案序號1〇/439,449及1〇/914,596中之一 或兩個成像設備（具有各別pBS)。 上文引用之所有專利、專利申請案及其他公開案如同整 體再現般以引用的方式併入此文獻中。雖然在上文詳細地 描述了本發明之特殊實例以有助於解釋本發明之各種態 樣’但應瞭解，本發明並非使本發明限於實例之細節。而 125142.doc -29- 200825608 明 是’本發明涵蓋屬於由隨附申請專利範圍所界定的本發 之精神及範疇的所有修改、實施例及替代。 又 【圖式簡單說明】 圖1為一用於描述不同偏振狀態之光學組態的三維圖； 圖2為一光學系統之示意性俯視圖； 圖3為另一光學系統之示意性俯視圖； 圖4A為針對一長波通彩色濾光片而言作為波長之一函數 之光學透射率的示意性曲線圖；

圖4B為針對一短波通彩色濾光片而言作為波長之一函數 之光學透射率的示意性曲線圖； 圖4C為針對一帶通彩色濾光片而言作為波長之一函數之 光學透射率的示意性曲線圖；及 圖5為一投影系統之示意圖。 【主要元件符號說明】 105 界面 110 120 130 131 132 第一介質 第二介質 線性偏振光線/入射光線 傳播方向 電場 135 箭頭 140 位置 141 線/法線 141A 法線 125142.doc -30 - 200825608 141B 法線 150 線性偏振光線 151 方向 152 電場 155 圓圈 160 入射平面 170 位置 200 光學系統 210 第一光學元件 220 第二光學元件 230 P偏振可見光線/入射光線 231 P偏振可見光線/透射光線 240 S偏振可見光線/入射光線 241 S偏振可見光線/反射光線 250 S偏振可見光線 251 S偏振可見光線 260 P偏振可見光線 261 P偏振可見光線 262 透射可見光線 300 光學系統 301 入射光/入射非偏振光束 302 s偏振光束 303 P偏振光束 310 反射偏振器 .31 - 125142.doc 200825608 320 直角稜鏡 321 斜邊面 322 邊 323 邊 330 直角稜鏡 331 斜邊面 332 邊 333 邊 380 偏振光束分光器（PBS) 390 彩色濾光片 391 第一主表面 392 第二主表面 395 光學元件 399 光學元件 400 曲線圖 410 曲線 420 曲線圖 430 曲線 440 曲線圖 450 曲線 500 多面板投影系統 501 光源 502 UV阻擋器 503 透鏡 125142.doc -32- 200825608

5 04 光均化器 504A 進入面 505 UV阻擋器 506 預偏振器 507 聚光透鏡 507A 光束 508 光 510 色彩分離器 511 透鏡 512 鏡面 513 透鏡 514 色彩分離器 5 3 OB 偏振光束分光器 530G 偏振光束分光器 530R 偏振光束分光器 535B 成像器 535G 成像器 535R 成像器 541 延遲器 542 彩色濾光片 543 延遲器 551 延遲器 552 彩色濾、光片 553 延遲器 125142.doc -33- 200825608

561 延遲器 565 光轴 570 光線 570A 光線 571 光線 571A 光線 572 光線 572A 光線 573B 第一光束/藍色光束 573C 青色光束 573G 第二光束/綠色光束 573R 第三光束/紅色光束 574B P偏振藍色光束 574G P偏振綠色光束 574R S偏振紅色光束/透射焦闌光束 575B P偏振光束 575G P偏振光束 575R P偏振光束 576G 入射光束 576R p偏振光束 577G 光束 577R 入射光束 578B S偏振光束/s偏振藍色影像光束 578G P偏振光束/p偏振綠色影像光束 125142.doc -34- 200825608 578R 光束 579R S偏振光束/ S偏振紅色影像光束 5 8 OB 重疊光束 580G 重疊光束 . 580R 重疊光束 591 投影透鏡 5 92 色彩組合器 599 投影螢幕/投影透鏡 • P 帶通 Δλ 過渡範圍 α 入射角 OCi 角 α2 角 α3 角 β 入射角 λ〇 波長 波長 λb 波長 ， λ〇 波長 ， λςΐ 波長 ^max 波長 λ1 波長 入2 波長 125142.doc -35-

Claims (1)

1. 200825608 十、申請專利範圍·· 一光學元件之光學 為偏振不敏感的， 系統，該 該第一光 1· 一種包含第一光學元件及第 第二光學元件在可見區域中 學元件能夠： 一第—偏振之光且沿著該第一方 沿著一第一方 向透射該第一偏振之光；及 沿著該第一方向接收一正交於$ 々丄 # 又於该弟一偏振之第二偏振 之光，且沿者一不同於該第一方 π之第一方向反射該第 ^一偏振之光’ 使得當該光學系統沿著該第二方向接收該第一偏振之 光時，該第-光學元件沿著該第二方向透射該所接收之 光，由該第一光學元件所透射之該光具有該第一偏振及 一第一色彩座標集，且該第二光學元件透射由該第一光 學凡件所透射之該光的至少一部分，由該第二光學元件 所透射之該光具有一不同於該第一色彩座標集之第二色 彩座標集。 2·如請求項1之光學系統，其中該第一光學元件係一多層 光學臈。 3·如請求項1之光學系統，其中該第一光學元件係一線 撕0 4·如請求項1之光學系統，其中該可見範圍係自約420奈米 至約680奈米。 5·如請求項1之光學系統，其中該第一方向大體垂直於該 弟一方向。 125142.doc 200825608 6·如請求項1之光學系統，其中該第二光學元件係一邊緣 彩色濾光片，該邊緣定位於該可見區域中。 7·如請求項i之光學系統，其中該第二光學元件定位於該 光學系統之一焦闌間隔中。 8·如請求項1之光學系統，其中在該光學系統中之至少一 主光線係垂直入射於該第二光學元件上。 9·如請求項丨之光學系統，其中該第二色彩座標集相對於 該第一色彩座標集紅移位。 10.如請求項丨之光學系統，其進一步包含鄰近於該第二光 學元件安置之至少一延遲器。 11，如請求項丨之光學系統，其進一步包含兩個延遲器，該 第二光學元件經安置於該兩個延遲器之間。 12·如請求項11之光學系統，其中該兩個延遲器中之至少一 者在該可見區域中係一四分之一波延遲器。 13·如請求項11之光學系統，其中該兩個延遲器中之至少一 者在光譜之一原色區域中係一四分之一波延遲器。 如明求項11之光料統，其中該兩個延遲器在該可見區 域中均係四分之一波延遲器。 請h 14之光學“，其巾該兩個輯器在該光譜之 I色區域中均係四分之一波延遲器。 ^項14之光學系統，其中該兩個延遲器在該光譜之 紅色區域中均係四分之一波延遲器。 如:求項11之光學系、統，其中—延遲器在該可見區域中 係-四分之-波延遲器，且另一延遲器在該可見區域中 125142.doc 200825608 係一四分之三波延遲器。 月求項11之光學系統，其中一延遲器在該光譜之該紅 色區域中係一四分之一波延遲器，且另一延遲器在該光 Μ之4紅色區域中係一四分之三波延遲器。 19. 一種投影系統，其包含如請求項i之光學系統。 2〇·如請求項19之投影系統，其中該光學系統係在該投影系 統之一焦闌間隔中。 21· —種偏振光束分光器，其包含： 一第一光學組件，其具有一第一面； 一第二光學組件，其具有一第一面； 一偏振元件，其安置在該第一光學組件與該第二光學 組件之该等第一面之間，該偏振元件能夠透射一第一偏 振之光且反射一第二偏振之光，該第二偏振正交於該第 一偏振；及 一彩色濾光片，其安置在該第一光學組件與該第二光 學組件中之一者的一面上，該彩色濾光片在可見區域中 為偏振不敏感的且能夠改變入射在該彩色濾光片上之光 的一色彩座標。 22·如請求項21之偏振光束分光器，其中該第一光學組件與 該第二光學組件中之至少一者係一稜鏡。 23 ·如請求項21之偏振光束分光器，其中該偏振元件係一多 層光學膜。 24·如請求項21之偏振光束分光器，其中該偏振元件係一線 柵0 125142.doc 200825608 25· 2請求項21之偏振光束分光器，其中該偏振元件係與該 第一光學組件與該第二光學組件兩者之第一面接觸。 26.如研求項21之偏振光束分光器，其中該彩色濾光片係一 邊緣彩色濾光片。 27·如明求項2 1之偏振光束分光器，其中該彩色濾光片經安 置於該第一光學組件與該第二光學組件之該等第一面之 間。 28. 如請求項21之偏振光束分光器，其甲在上面安置有該彩 色濾光片之該面與該第一光學組件與該第二光學組件之 該等第一面不同。 29. 如請求項21之偏振光束分光器，其進一步包含安置在該 第光學組件與該第二光學組件中之一者之一面上的至 少一延遲器。 3 0· —種投影系統，其包含如請求項21之偏振光束分光器。 31.如請求項30之投影系統，其中該偏振光束分光器係在該 才又衫糸統之一焦闌間隔中。 32· —種投影系統，其包含： 一成像器，其能夠形成一影像； 一投影透鏡系統，其能夠將由該成像器所形成之該影 像投影於一檢視表面上； 一偏振元件，其安置於該成像器與該投影透鏡系統之 間，該偏振元件能夠向該成像器導引一第一偏振之光， 且遠離該成像器導引一不同於該第一偏振之第二偏振之 光；及 125142.doc 200825608 彩色慮光片’其女置在该偏振元件與該投影透鏡系 統之間，該彩色濾光片在可見區域中為偏振不敏感的且 能夠改變入射在該彩色濾光片上之光的一色彩座標。 33·如凊求項32之投影系統，其中該彩色濾光片能夠在一第 一波長範圍中大體上反射光，且在一不同於該第一波長 範圍之第二波長範圍中大體上透射光。 月求項3 2之技影糸統，其中該彩色濾光片係在該投影 系統之—焦闌間隔中。

   125142.doc