专利名称：投影显示系统和照明组件的制作方法
投影显示系统和照明组件本发明主要涉及投影显示系统的照明控制，更具体而言涉及通过控制光束的偏振来控制放电管的光强度的投影系统照明组件。
在许多投影显示系统中，放电管被作为优选的光源使用。在运转期间为了降低屏幕的亮度有时需要或必须控制放电管发出光的强度，或者响应于视频输出的降低而控制照明水平，以便改进在暗或黑场景中系统的视在对比率。人们已做过各种尝试企图通过使用投影仪内部的器件而引入用于放电管的光强控制。然而，这种“投影仪内部”系统还没有完善到满意地控制放电管发出的光强度的程度，尤其是作为投影显示系统优选光源的高压汞放电管。已经发现某些利用“投影仪内部”系统的努力对到达显示装置上的光分布的均匀性产生有害影响，从而限制了这种投影仪内部系统的可能的物理位置。其他“投影仪内部”系统要求马达或执行机构，这些马达或执行机构对视频信号的变化可能不能做出足够快的响应。尤其是当希望动态调光时。另外，这些系统吸收输入辐射而变热。因此，这些“投影仪内部”控制系统要求仔细的热设计并受这种热要求的限制。
本发明的目的是提供一种具有可调光照明组件的图像投影仪，在其中可响应于视频信号的变化而快速控制光强。
这个目的是通过如在权利要求1中指出的依照本发明的图像投影仪达到的。
在本发明的优选实施列中，光强是借助于一种可以与任何投影系统一起使用的电控照明组件在投影系统光学器件外部被控制的。这种系统的运转不需要马达或执行机构，因此，当需要动态调光时它能快速响应视频信号的变化。另外，本发明的照明组件不吸收输入辐射，因此，它不受热变化的影响，能实现可靠的运转，特别是在静态调光的情况下。
通过在投影系统光学器件外部放置本发明的照明组件，该照明组件就可以用来与投影系统一起控制光强并消除由于过热部件引起的任何潜在的热问题。因为本发明的照明组件的控制是全电子的，对视频信号变化的响应时间极其短，所以如果希望动态调光，则照明控制系统能够快速响应。
本发明的照明组件既无机械元件又无运动零件，而是用一个偏振束分束器把来自投影灯的光束分裂成两个偏振态，选择性地改变每个偏振光束的偏振态以在选择性改变的光束被重新组合并传递给显示投影光学器件之前抑制光束的被控制部分。对于控制动态调光这个系统尤其有效。
更有利的实施列在从属的权利要求中被指出。
本发明的这些和其它方面从下文描述的实施例看将是显然的并且将参照这些实施例而被阐释。
在附图中
图1展示一种具有照明控制组件的投影系统的示意图。
在附图中，说明了本发明的一个实施例，把来自放电管源的光束在分裂元件上分裂成“p”和“s”线偏振态，随后每个分光束通过分离的液晶(LC)旋转器执行机构。偏振态被LC器件各自独立地旋转并且分开的光束在第二偏振束分束器元件处被重新组合。LC单元对偏振的旋转程度决定着被那个元件允许传递到投影仪光学器件的光的分数。
现在参见附图，以下是对投影显示系统的优选实施例的描述，其中放电管10，优选为短弧高压汞放电管，被放置在抛物线型反射器11中以产生标称为平行的光束。如此产生的光束通过第一偏振束分束器(PBS)20，它分裂光束以使大约一半的光(p态)通过偏振束分束器20传播，而余下的(近似一半，减去少量的光损失)，正交偏振态(s态)，被反射。在下述的全部描述中，“s”和“p”都被理解为指的是在PBS元件的起偏表面上的偏振态。
直接光束(原来的p态)通过一个电控的液晶(LC)旋转器25，像从Meadowlark Optics(P.O.Box 1000，5964Iris Parkway，Frederick，Colorado 80530)可买到的那样，它响应于所施加的电压而旋转偏振平面以改变相对于PBS元件的轴的光束中s光对p光的比率。这种旋转能响应于来自调光控制电路26或来自视频电平的某种其它输入度量的所施加电压。
现在被LC旋转器20旋转的原来的p态光然后被第一转向镜28反射到第二PBS30，它把本地s光部分正交地反射到投影仪的光学器件40，而本地p光部分则透射到束流收集器(beam dump)并耗散在该系统中。对于没有LC旋转器20进行的旋转，在第二PBS30处将没有本地s光部分，并且来自原来的p态部分的全部光都将被抛弃掉。如果这个偏振态被LC旋转器20旋转了90度那么入射到PBS30上的所有光都是s态光，然后将被反射到投影仪的光学器件40(减去在实际的PBS元件中所固有的少量光学损失)。
被第一PBS20正交反射的s态光被第二个转向镜38反射通过类似的第二电控液晶(LC)旋转器35，它响应于所施加的电压而旋转偏振平面，响应于来自调光控制26的所施加电压或者是作为视频信号的某些方面的度量的某种其它输入把偏振平面转过一个希望的量。现在在PBS30的起偏表面是s偏振态的光的部分被正交地反射到束流收集器，而在PBS30的起偏表面的p偏振态的部分被透射到投影仪的光学器件40。
以图1所阐明的方式安排系统部件，每个光路因在转向镜28和38上的反射经历相同的损失。在最大的亮度情况下每个LC旋转器25，35必须把偏振态旋转90度，这是因为另一个PBS被最好地设计成反射本地s分量而透射本地p分量。当前述电压被施加到LC旋转器25，35时实现了调光，所述施加对于静态调光或总电平控制的情况是人工进行的，或者响应于分别通过与它们相联系的控制电路26和36施加给每个旋转器的视频信号电平的变化而动态地进行。另外，LC旋转器25，35的特性在每条光路中可能是不同的。这种特性上的不同可能是所希望的，因为偏振旋转的程度是与波长有关的。例如，优选的是，针对比最适宜的绿光稍短的波长而最优化LC旋转器之一，同时针对稍长的波长而最优化另一个LC旋转器。
当这个系统被用于调光控制时对PBS元件的要求并不苛刻，因为高对比率(s对p的抑制)是不重要的。因此，可以认为例如百分之20到百分之50的调制深度是合适的。因此，在薄玻璃板上的适当的PBS涂层或结构被认为是可接受的，而棱镜对于许多应用来说并不认为是必要的。
照明控制系统也可以被构建为整体的胶合棱镜。用被夹在分开和重新组合PBS组件20，30之间的液晶旋转器25，35。照明控制系统还可以被构建为填充液体的槽，从而通过改进PBS涂层的性能来增加总调光比率。用这种方式可以减少由于吸收而导致的到投影光学器件的红外透射，当采用甚高功率的源时这是一个要重点考虑的问题。
本发明的其它方面和特征可以从附图、公开内容和所附的权利要求的研究来获得。
权利要求
1.一种用于控制加到投影系统的光的强度的照明控制组件，包括第一偏振束分束器(25)，可被放置在标称为平行的光束的光路中；上述第一偏振束分束器从中在p态光路中透射第一p态光，并从中在s态光路中反射第二s态光；第一液晶偏振旋转器(25)，其被放置在上述p态光路中；上述第一液晶偏振旋转器工作上响应于被耦合进的控制信号而控制在此通过的p态光的量；第二液晶偏振旋转器(35)，其被放置在上述s态光路中；上述第二液晶偏振旋转器工作上响应于被耦合进的控制信号而控制在此通过的s态光的量；控制信号源(26，36)，其被耦合到上述第一和第二液晶偏振旋转器，从而响应于通过其所接收的控制信号而旋转其偏振态；并且第二偏振束分束器(30)，其被放置在上述p态光路和上述s态光路中，以便于在组合的受控光路中通过其中而透射s态光和从其反射p态光以到达投影系统(40)。
2.权利要求1的照明控制组件，其中，上述控制信号源(26，36)响应于视频信号的变化而提供控制信号。
3.权利要求1的照明控制组件，其中，上述控制信号源(26，36)响应于来自调光控制电路的电压的变化而提供控制信号。
4.权利要求1的照明控制组件，其中，上述控制信号源包括，第一控制信号源(26)，其被耦合到上述第一液晶偏振旋转器(25)，和第二控制信号源(36)，其被耦合到上述第二液晶偏振旋转器(35)。
5.权利要求1的照明控制组件，其中，上述第一液晶偏振态旋转器(25)和上述第二液晶偏振旋转器(35)被相互独立地调谐到不同的波长。
6.权利要求1的照明控制组件，其中，上述第一或第二偏振束分束器(20，30)至少之一被形成为玻璃板上的偏振光束分裂涂层。
7.权利要求1的照明控制组件，其中，上述第一和第二液晶旋转器(25，35)被夹在上述第一和第二偏振束分束器(20，30)之间作为整体的胶合棱镜。
8.权利要求1的照明控制组件，进一步包含一个填充液体的槽，上述照明控制组件被淹没在其中。
9.权利要求1的照明控制组件，其中，上述第一偏振束分束器(20)在与上述p态光路正交的s态光路里反射上述s态光，上述第二偏振束分束器(30)在与上述p态光路正交的光路里反射上述p态光，并且上述第二偏振束分束器(30)在与上述的通过其中而透射的s态光线平行的光路中反射上述p态光。
10.一种控制投影系统照明的方法，包括步骤把标称为平行的光束导向第一偏振束分束器(20)；在p态光的光路中穿过上述偏振束分束器(20)而透射第一p态光束；在s态光的光路中从上述第一偏振束分束器(20)反射第二s态光束；将穿过上述第一偏振束分束器(20)而透射的上述p态光传递通过第一液晶旋转器(25)，其工作上响应于耦合到上述第一液晶旋转器(25)的控制信号(26)去控制由此通过的p态光的量；将从上述第一偏振束分束器(20)反射的上述s态光传递通过第二液晶旋转器(35)，其工作上响应于耦合到上述第二液晶旋转器的控制信号(36)去控制由此通过的s态光的量；响应于视频信号的变化而产生控制信号(26，36)到上述第一和第二液晶偏振旋转器(25，35)去确定由此通过的p态和s态光的各自的量；并且将上述被控制的p态和s态光传递到第二偏振束分束器(30)以便在组合光受控光路(40)中重新组合上述被控制的p态和s态光。
11.权利要求10的控制投影系统照明的方法，其中产生控制信号(26，36)到上述第一和第二液晶偏振旋转器(25，35)的步骤包括把来自调光控制电路的第一电压信号(26)耦合到上述第一液晶偏振旋转器(25)并且把来自调光控制电路的第二电压信号(36)耦合到上述第二液晶偏振旋转器(35)。
12.权利要求10的控制投影系统照明的方法，进一步包括为不同的波长而相互独立地优化上述第一液晶偏振旋转器(25)和上述第二液晶偏振旋转器(35)。
13.一种被提供有照明控制组件的投影系统，该照明控制组件包括第一偏振束分束器(20)，被放置在标称为平行的光束的光路中；上述第一偏振束分束器从中在p态光路中透射第一p态光，并从中在s态光路中反射第二s态光；第一液晶偏振旋转器(25)，其被放置在上述p态光路中；上述第一液晶偏振旋转器工作上响应于被耦合进的控制信号而控制在此通过的p态光的量；第二液晶偏振旋转器(35)，其被放置在上述s态光路中；上述第二液晶偏振旋转器工作上响应于被耦合进的控制信号而控制在此通过的s态光的量；控制信号源(26，36)，其被耦合到上述第一和第二液晶偏振旋转器，从而响应于通过其所接收的控制信号而旋转其偏振态；并且第二偏振束分束器(30)，其被放置在上述p态光路和上述s态光路中，以便于在组合的受控光路中通过其中而透射s态光和从其反射p态光以到达投影系统(40)。
全文摘要
外部电控照明组件利用偏振束分束器(20，30)把投影灯(10)发出的光束分成两种偏振态，选择性地改变每束偏振光的偏振态以抑制光的被控制部分(25，35)，其中选择性改变的光束被重新组合并传递至投影系统的光学器件(40)。
文档编号G03B21/14GK1541477SQ02815897
公开日2004年10月27日 申请日期2002年8月14日 优先权日2001年8月15日
发明者R·H·凯恩, S·J·凯恩, R H 凯恩, 凯恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司