高效电磁束投影仪及其执行系统和执行方法

专利名称：高效电磁束投影仪及其执行系统和执行方法
技术领域：
本发明涉及一种产生下列光束和图象的方法及系统(i)调制的电磁能量束，(ii)调制的光或紫外光束，(iii)用于显示的可视图象，(iv)一束或多束共线的电磁能量束，(v)一束或多束共线的紫外光束，(vi)调制的可见光束，其中当投影透镜到屏幕的距离增大到大约10英尺时图象的亮度增大，(vii)用于投影视频图象的调制光束，(viii)具有两个组成部分的共线的电磁能量束，(ix)具有两个组成部分的共线光束(或紫外光束)，(x)一束或多束共线的电磁能量束，(xi)一束或多束共线的光束或紫外光束(xii)基本上校准的电磁能量束，其中电磁波场矢的选定成份具有基本上相同预定取向，并且用于上述方法和系统中的电磁能量束的横截面上具有基本上均匀的通量强度，(xiii)基本上校准的光束(或紫外光束)，其中电场矢的选定成份具有基本上相同的预定取向，并且用于上述方法和系统的光束截面具有基本上均匀的通量强度，和(xiv)显示一个二维(2D)或三维(3D)图象。本发明还涉及投影型彩色显示器和投影装置。
背景技术：
时空结构的分布(各个粒子的位置或状态的变化)产生一个势力范围。简单地说，一个粒子的作用会影响与其接近的其它粒子的作用。此势力范围称作“场”，并且此场既可以表示成电场也可以表示成磁场(之后其将影响其它的粒子)。粒子的移动方向称作传播方向。粒子的传播、势力范围以及它影响其它粒子的方式统称为电磁波，并且示于

图1。
如图1所示，电场和磁场彼此以及传播方向正交(处于直角)。这些场在具体的某一点或空间中的某一给定区域中的情形可以用数学方式表示成向量(表明感应方向以及强度，即感应幅值)。因而图1A是图1沿传播轴看去，即沿图1中X轴看去的电磁波。图1A表示的是可能存在的各种电场矢，当然圆环周围可存在所有可能的任何矢量，并且每个矢量具有不同的幅值。
可以把矢量分解成沿两个轴的组成部分。这是为了方便起见，并且是为了产生一个我们可以理解的参考框架。参考图1B，可以看出电场矢E可以分解成两个组成部分，E(y)和E(x)。用这些量去描述电场矢沿两个轴x和y的方向和大小，当然也可以选择其它的坐标或系统。除将采用X和Z轴以外，上述内容同样适用于磁场。
电场和磁场的强度及方向随时间变化的关系已由几个著名的数学家和物理学家求出，导出了一组基本方程，即麦克维尔方程。这些方程阐明场矢可以处于几种不同状态中的任何一种，即(1)场矢在一段时间上随机改变，或(2)场矢可以以环形方式改变方向，或(3)场矢可以以椭圆方式改变方向，或(4)场矢可以保持大小和方向恒定，因此场矢位于一个平面上，并且是一个二维平面。
场矢的方向以及其随时间改变的方式称作偏振状态。
电磁波可以分解成具有预定的场矢方向的分开的电磁波。然后将这种具有预定场矢取向的电磁波通向一种材料，如液晶器件，如图7中所示，该材料或器件在施加外部激励时能够改变或变换场矢的取向。这些器件就是可编程电磁波场向旋转器件(PEMFVORD)。
电磁波的特征参数是其频率或波长。电磁波谱(范围)从零一短波极限向无限长一长波极限延伸。不同波长的区域在过去的年代里已给出了名称，如宇宙射线、α射线、β射线、γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、TV和FM射频、短波、AM、海事通讯等。所有的这些速记表达都是表明电磁波的一个特定的频率范围。
波谱的不同区域与其上的电磁影响以不同的比例相互作用，其低端部分受磁场的影响更多，高端部分受电场的影响。因而如果要包含一种核反应，就须采用一个磁场，而在控制光时，则采用电场。
图2表示LCD盒的截面图示意图。LCD盒100包括一种包含在两个透明基板103、104之间的液晶材料101。间隔物105、106用于分开透明基板103、104。密封元件107、108把液晶材料密封在透明基板103、104之间。透明基板103、104上的导体涂层109、110将适宜的电信号传导给液晶材料101。
用作光学显示系统的大部分LCD盒中，液晶材料的类型是“扭曲向列相”。一般地，对于扭曲向列相LCD盒，不存在电场时，LCD盒的分子在上下透明基板103和104之间旋转90°角。当施加电场时，分子不扭转并且在施加的电场方向上呈直线排列。分子排列的改变导致液晶盒的双折射效应改变。在齐次排序中，液晶盒的双折射从大变到小，而在垂直的情况下，则情况相反。双折射的改变导致通过LCD的光在电场矢取向上发生改变。每个LCD盒100的分子旋转量将决定该象素上光束偏振方向(电场矢的取向)改变的量。然后将光束穿过该系统(检偏器)的另一部分，并通过它们电场矢的取向而将光分解成不同的光束，而具有预定电场矢成份的光一路穿行并最终射到用于显示的显示屏。
扭曲向列相LCD盒要求入射到LCD盒100的光为偏振光。用于典型投影仪的偏振光一般地从随机偏振光源发出，由塑料起偏器准直并滤光，从而提供一束线性偏振光。线性偏振光束按常规被称作S偏振光和P偏振光，P偏振光定义为在平行于入射面的方向偏振，S偏振光定义为在垂直于入射面的方向偏振。
PEMFVORD技术的发展带来LCD投影仪的发展，LCD投影仪利用一个或多个LCD改变投影光束的电场矢的取向(见图7)。每个LCD象素的双折射通过适当的装置如阴极射线管、激光器或电路装置选择性地改变。典型的液晶光阀(LCLV)投影仪包括一个灯源，用于产生一束穿过检偏器的光束。此偏振光导向LCD，根据要显示的图象改变偏振状态。从LCD射出之后，光束通过塑料检偏器，该检偏器用来阻止或吸收光的无用部分。然后通过投影透镜系统放大形成的图象，从而在显示屏上形成一个放大的象。
彩色LCLV投影仪典型地包括彩色分离装置，如棱镜、分束器或二向色镜，从而把从光源发出的准直白光分成三基色光(即红、绿、蓝光)。然后通过LCD分别调制红、绿、蓝光，并通过分开的光学装置如合成棱镜、反射镜或透镜合并这三个光束。
一般来说，LCLV投影仪中投影图象的质量和亮度是照明LCD和起偏装置的光源亮度的函数。必须用光学起偏元件把白光滤光/分离成具有单束电场矢取向的光。因而在大部分LCLV投影系统中只能部分地利用(即一个偏振方向的光)从光源发出的白光。这要求用过大尺寸的光源来来使观察屏获得所需的亮度。
通常，对于被塑料偏振器包围的扭曲向列相透射型LCD盒，只有百分之四十(40％)或更少的光源输出被利用。实际上，由于塑料偏振器所采用的结构和原理的原因，对于从其中穿过的随机偏振光，最大透射率也只有50％，尽管该器件本身对所有的波长具有100％的效率。因而不能获得全亮度投影仪。而且光源的无用偏振成份被塑料检偏器吸收并以热的形式浪费能量，此热能可传递给其它的元件(即LCD、电子器件等)，因而对系统(尤其是塑料起偏器、LCD、电子器件等)是有害的。这些热能必须由系统的组件遮挡和/或耗散，或使光源输出减少，使得被吸收的光通量降低到对包括塑料起偏器的组件产生永久损伤的阈值以下。目前，对于塑料制成的检偏器的阈值为5-10瓦/平方英寸(0.78-1.55W/cm2)，具体要根据照明光的波长。在Amano等人的美国专利US5,071,234中揭示了一种提高损伤阈值的方法，虽然该专利并没有讨论具体的损伤阈值。
现有系统都需要相对复杂的包括起偏棱镜和预起偏棱镜的系统，以确保在LCD形成一种偏振状态或单偏振状态，并用现有的彩色LCLV投影仪来提供合适分辨率及对比度的投影图象，在合适的分辨率和对比度时需要用复杂的光学元件及布局去合并分开的色带。
在Goldenberg等的美国专利US5,060,058、Sato等的美国专利US5,048,949、Aruga等的美国专利US4,995,702、Miyatake等的美国专利US4,943154、Tanaka等的美国专利US 4,936,658、Yamashita等的美国专利US4,936,656、Miyatake等的美国专利US 4,935,758、Ledebuhr的美国专利US 4,911,547、Yajima等的美国专利US 4,909,601、Aruga等的美国专利US4,904,061、McKechnie的美国专利US4,864,390、Tanaka等的美国专利US4,861,142、Kamakura的美国专利US4,850,685、Ledebuhr的美国专利US4,842,374、Ledebuhr等的美国专利US 4,836,649、Ledebuhr的美国专利US4,826,311、Ledebuhr的美国专利US4,786,146、Ogawa的美国专利US 4,772,098、Ledebuhr的美国专利US4,749,259、Hyatt的美国专利US 4,739,396、Ledebuhr的美国专利US4,690,526、Ledebuhr的美国专利US4,687,301、Koda等的美国专利US4,650,286、Phillips等的美国专利US4,647,966、Gagnon的美国专利US4,544,237、Gagnon的美国专利US4,500,172、Gagnon的美国专利US4,464,019、Gagnon的美国专利US4,464,018、Gagnon的美国专利US4,461,542、Gagnon的美国专利US 4,425,028、Hong等的美国专利US4,191,456、Jacobson等的美国专利US4,127,322、Marie的美国专利US4,588,324、Cross，Jr.的美国专利US4,943,155、Tejima等的美国专利US 4,936,657、Takafuji的美国专利US4,928,123、Morton的美国专利US4,922,336、Umeda的美国专利US4,875,064、Morishita的美国专利US4,872,750、Shimazaki的美国专利US4,824,210、Umeda等的美国专利US4,770,525、Gagnon的美国专利US4,715,684、Naemura等的美国专利US 4,699,498、Fergason的美国专利US4,693,557、Kizaki等的美国专利US4,671,634、Fergason的美国专利US 4,613,207、Buzak的美国专利US4,611,889、Carollo等的美国专利US4,295,159中揭示了现有技术中具有代表性的LCLV投影仪。
用于克服LCD显示照明系统亮度问题的现有技术照明系统并不完全成功。
在Baur等的美国专利US5,028,121中公开了一个试图利用光源的全部输出来增大LCD显示器亮度的照明系统的例子。在Baur的系统中，随机偏振光源被分解成两束分开的偏振光，其中一束偏振光通向二色分束器，该分束器把分离的彩色光束导向一组反射式LCD，而另一具有不同偏振态的光束经过一个不同的二色分束器发向一组不同的LCD。光束电场矢的每个部分被改变后，将光束经二向色镜反射到偏振分束器/合成器。把要显示的图象发送到投影透镜，同时把退回的光束发送回光源。这导致光源发热并使寿命减短。另外，被投影的每个顺序场根据返回光源的光量对每个象素具有不同水平的照明亮度。
例如，如果光源具有1000流明的平均输出，投影的顺序场具有平均亮度的30％，则有700流明的光被反射回到光源中，使得光源发射的光的有效亮度为1700流明。在下一个顺序场中，如果平均亮度水平为50％，则将要500流明的光反射回到光源，使得光源发出的光的有效亮度为1500流明。这种情况可以通过计算投影的平均亮度水平并且在投影的场改变时调制光源亮度水平而得到缓解，这样象素的照明就处于一种恒定的亮度。该系统还可通过或作为一个独立系统监视光源的光输出并改变光源的驱动电路而改进，从而保持恒定的亮度水平。这可以通过一个监视分束器输出光的光传感器来监视，或者可以直接安装在形成有源区的图象的LCD板外层。但是，上述任何电路的增加都会进一步使投影仪复杂化并使光源成为系统的一个有源部分，增大投影仪的成本和复杂性。
在Goldenberg等的美国专利US4,913,529中公开了一个试图利用光源的全部输出以增大LCD显示器亮度的照明系统的另一个例子。在Goldenberg的系统中，光源发出的光束被分成两个正交的线性偏振光束。之后光束之一通过一个装置，该装置使光束旋转以改变其偏振方向，这样就形成相同偏振态的两束光束。然后将相同偏振态的光束导向棱镜的不同面，由棱镜合并后聚焦到LCD装置上。
这个系统的一个问题是光束不是线性的。光束以不同的角度照射到偏振器，导致一个有用光区和一个无用光区。此结果导致不能使用所有获得的光。另一个难点是很难将合并光束与棱镜的使用匹配。另一个复杂性在于棱镜趋于把光束分成不同的颜色。这降低了清晰度和亮度，并限制了投影图象的分辨率。另一个复杂性在于偏振器的性能会随着光束照射角度而变化，从而在光束中出现不同的偏振态和不同的色彩层次。
其它系统，如Ledebuhr等的美国专利US4,824,214、Jacobson等的美国专利US4,127,322、Ledebuhr等的美国专利US4,836,649、Gorklewiez等的美国专利3,512,868也公开一种光学设计系统，该系统用来在LCD装置的显示系统中实现高亮度。一般来说，这些系统都较为复杂，并包含多个大、昂贵和难于调节的组件。
在Anandan等的美国专利US4,978,888和Hinotani等的美国专利US4,920,298中公开了一种在现有技术中具有代表性的平面荧光光源。
在Kudo等美国专利的US4,918,583、Sugino等的美国专利US4,787,013和Matsumoto等的US4,769,750中公开了一种在现有技术中具有代表性的光积分器。
到目前为止已提出了各种现有技术和装置，用于在观察屏如保留运动画面的偏振屏上显示3D或立体图象。这可见Jachimowicz等的美国专利US4,955,718、Drewio的美国专利US4,963,959、Ohtomo等的美国专利US4,962,422、Bess等的美国专利US4,959,641、Shioji等的美国专利US4,957,351、Park的美国专利US4,954,890、Medina的美国专利US4,945,408、Tanaka等的美国专利US4,936,658、Dahl等的美国专利US4,933,755、Morton的美国专利、US4,922,366、Noble的美国专利US4,907,860、Kalmanash的美国专利US4,877,307、Morishita的美国专利US4,872,750、Nakagawa的美国专利US4,870,486、Sutter的美国专利US4,853,764、Iwasaki的美国专利US4,851,901、Keyes等的美国专利US4,834,473、McLaurin等的美国专利US4,807,024、Davis的美国专利US4,799,763、Nakagawa的美国专利US4,772,942，Nishikawa的美国专利US4,736,246、Pund的美国专利US4,649,425、Street的美国专利US4,641,178、Nagata的美国专利US4,541,007、Lipton等的美国专利US4,523,226、Brown等的美国专利US4,376,950、Collendar的美国专利US4,323,920、Gibson的美国专利US4,295,153、Bautzc的美国专利US4,151,549、Beard等的美国专利US3,697,675。一般来说，这些技术和装置涉及偏振或彩色序列二维图象的显示，而这些图象包含三维物体的右眼和左眼透视图。这些分开的图象也可以以不同的偏振状态或颜色同时显示。适当的眼睛佩戴物，如具有不同偏振或色离涂层的眼镜允许分开的图象被一只或另一只眼睛看见。此类系统较为昂贵并且复杂，需要两个分开的投影仪并主要用于影院放映立体电影。Park的美国专利US4,954,890公开了一种采用变换偏振态技术的、具有代表性的投影仪。
另一项技术涉及一个定时序列，其中利用电子光阀在定时序列中显示对应于右眼和左眼的图象。Nakagawa等的美国专利US4,970,486和Kalmanash的US4,877,307公开了现有一种有代表性的此类立体显示系统。
虽然前面的时序光阀系统可用于电视机的显示配置，但由于投影图象颜色、分辨率或对比度方面的问题，它们没有在商业上被广泛接受。而且这种过时的系统也相对昂贵和复杂。
发明概要本发明的目的在于提供一种产生调制的电磁能量束的方法和系统，包括产生初始的电磁能量束，该能量束具有预定的波长范围并在初始的电磁能量束横截面上具有基本上均匀的光通量强度；把初始的电磁能量束分成两束或多束电磁能量束，每个分开的电磁能量束都有预定取向的电磁波场矢成份(或，在光束或紫外光束的情况下为电场矢)；通过使每个分开的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中相应的一个而改变每个分开的电磁能量束的大部分中选定成份的电磁波场矢的预定取向，由此当基本上分开的每个电磁能量束的大部分穿过用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的多个装置中对应的一个装置时，每个分开的电磁能量束的大部分中选定成份的电磁波场矢的预定取向响应于触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；把改变的分开的电磁能量束合并成单束共线的电磁能量束，基本上不改变每个分开的电磁能量束的大部分的电磁波场矢选定成份的改变的预定取向；和从一束共线的电磁能量束中分解出基本上具有第一预定取向的电磁波场矢成份的第一分解电磁能量束和基本上具有第二预定取向的电磁波场矢成份的第二分解电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的用于调制光束和紫外光束的方法和系统。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生电磁能量束的步骤包括产生电磁波场矢随机取向的电磁能量束(或，在光束或紫外光束的情况下为电场矢)，同时把电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束的步骤则包括把所述的能量束分成所述的分开的能量束，由此使所述每个分开的能量束都具有相同取向的电磁波场矢(或，在光束或紫外光束的情况下为电场矢)。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生电磁能量束的步骤包括产生一束具有相同取向的电磁波场矢的电磁能量束(或，在光束或紫外光束的情况下为电场矢)。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生电磁能量束的步骤包括产生一束准直的电磁能量束。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生电磁能量束的步骤包括产生一束矩形电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，包括将所述一束分开的电磁能量束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，包括调节至少一个分开的能量束的电磁能的步骤。该调节电磁能量束的步骤可以通过调节至少一个分开的光束的波长和/或强度来完成。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分出一束电磁能量束的步骤包括把电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束，每个分开的能量束具有不同的电磁能量谱。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中把初始的电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束的步骤还包括把初始的电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束的步骤，其中每个分开的电磁能量束都与其它分开的电磁能量束具有不同的预定的波长范围。
本发明的另一目的在于提供一种产生调制的电磁能量束的方法和系统，包括提供基本上准直的具有预定波长范围的电磁能量束；从基本准直的初级电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的初级第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的基本准直的第二初级电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；由基本准直的第一初级分解电磁能量束和基本上准直的第二初级分解电磁能量束形成一个基本准直的在其截面上具有基本相同电磁波场矢选定成份的预定取向以及均匀的通量强度的初始电磁能量束；把基本准直的初始电磁能量束分成两束或多束基本准直的电磁能量束，每个基本准直的分开的电磁能量束都具有电磁波场矢选定成份的预定取向；通过使每个分开的基本准直的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中对应的一个而改变大部分分开的电磁能量束中电磁波场矢选定成份的预定取向，由此当基本上准直的分开的每个电磁能量束的大部分穿过用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的一个装置时，每个分开的基本准直的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的基本准直的电磁能量束的大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的基本准直的电磁能量束合并成单束共线的基本准直的电磁能量束；和从单束共线的基本准直的电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的基本准直的第二分解电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的用于产生调制光束和紫外光束的方法和系统。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分离步骤包括把基本准直的电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束，由此使得每个分开的能量束具有与其它基本准直的分开的电磁能量束具有相同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，其中形成步骤包括形成具有矩形横截面的单束电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，还包括将一束基本准直的分解的电磁能量束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括调节至少一束准直分开的电磁能量束的电磁波谱的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中调节至少一束分开的电磁能量束的电磁波谱的步骤包括调节至少一束分开的电磁能量束的预定波长范围。该调节电磁能量束的步骤可以通过调节至少一个分开的光束的波长和/或强度来完成。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分离的步骤包括把基本准直的初始电磁能量束分成两束或多束基本准直的分开的电磁能量束，由此使得每个分开的基本准直的电磁能量束与其它基本准直的分开的电磁能量束具有不同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使基本准直的初始的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，，其中使基本准直的初始的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢预定取向的装置的步骤包括使一束基本准直的初级分解电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的液晶装置。
本发明的另一个目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使一束基本准直的分解的初级电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的和改变一束基本准直的分解的初级电磁能量束电磁波场矢选定成份预定取向的装置，由此使得其它基本准直的分解的初级电磁能量束的电磁波场矢选定成份的预定取向基本匹配。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中形成步骤还包括提供一个或多个反射装置并从一个或多个反射装置反射一束基本准直的分解的电磁能量束的步骤，其中每个反射装置具有用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供一个或多个反射装置并从一个或多个具有电介质涂覆的平面反射表面反射一束基本准直的初级分解的电磁能量束的步骤，其中每个反射装置包括一个或多个具有电介质涂层的平面反射表面，每个平面反射表面具有用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供一个或多个反射装置并从一个或多个具有薄膜电介质材料的反射镜反射一束基本准直的初级分解的电磁能量束的步骤，其中每个反射装置包括具有薄膜电介质材料的反射镜，每个反射镜具有用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的薄膜电介质材料。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中，基本准直的初级电磁能量束的步骤进一步包括在整个初级电磁能量束的截面上具有基本均匀的通量强度。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括从至少一束电磁能量束中去除至少一部分预定范围内的波长。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括把去除部分导向吸收装置。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括从基本准直的电磁能量束中去除至少一部分预定范围内的波长，并将去除部分导向吸收装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种显示图象的方法和系统，包括[a]一种显示图象的方法，包括提供一个照明子系统，该系统包括产生一束具有预定波长范围、随机变化的电场矢选定成份的取向并且在初始光束的截面上通量强度基本均匀的初级光束；[b]提供一个调制子系统，其包括[i]把初级光束分成两个或多个基色光束，每个基色光束具有与其它的基色光束相同预定取向的电场矢选定成份；[ii]提供两个或多个用于改变电场矢选定成份的预定取向的改变装置；[iii]通过使每个分开的基色光束或光束的大部分通过多个改变装置中的对应的一个而改变大部分每个分开的初级彩光束中大部分光束的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的基色光束的大部分光束通过用于改变电场矢选定成份预定取向的多个装置中对应的一个装置时，每个分开基色光束的大部分光束中选定成份的电场矢的预定取向响应于触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；[iv]在基本上不改变每个分开光束中大部分光束电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的基色光束合并成单束共线光束；[v]从一束共线光束中分解出基本具有电场矢选定成份第一预定取向的第一分解光束和基本上具有电场选定成份第二预定取向的第二分解光束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；[c]提供一个投影子系统，并至少使一束分解的光束通向该子系统；和[d][i]形成一条从照明子系统到改变装置的第一光路，其中第一光路对于所有的改变装置都相同；和[ii]形成一条从每个改变装置到投影子系统的第二光路，其中第二光路对于所有的改变装置都相同。
本发明的另一目的在于提供一种用于显示投影图像的方法和系统，该图像包括第一液晶光阀、第二液晶光阀和第三液晶光阀的液晶装置投影而成，该方法和系统，包括用于产生一束具有预定波长范围、能随机改变电场矢选定成份取向并且在初始光束的截面上基本具有均匀通量强度的初级光束装置；一种装置，其用于把初级光束分成两个或多个基色光束，其中每个基色光束的电场矢选定成份都与其它的基色光束具有相同的预定取向；一种装置，用于在光源和三个液晶光阀之间形成光路，根据基色光束的亮度强度，光路有不同的长度，其中基色光束与光源产生的各个光阀有关；一种装置，其通过使每个分开的基色光束中大部分光束穿过液晶光阀而改变每个分开的初级彩光束中大部分光束的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开基色光束中大部分光束通过对应的一个用于改变电场矢选定成份的预定取向的一个液晶光阀时，每个分开基色光束中大部分光束电场矢的选定成份预定取向响应于触发装置而改变，该触发装置以预定方式对该触发装置施用信号装置；一种装置，其在基本上不改变大部分每个分开光束中大部分光束电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的基色光束合并成单束共线光束；一种装置，其从单束共线光束中分解出基本上具有电场矢选定成份第一预定取向的第一分解光束和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的第二分解光束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；和至少使一束分解光束通向投影装置的装置。
本发明的另一目的在于提供一种投影型彩色显示器，包括用于产生一束具有预定波长范围、随机改变电场矢选定成份的取向并且在初始光束的截面上具有基本均匀的通量强度的准直初级光束的装置；一种装置，用于把准直的初级光束分成红、绿、蓝基色光束，其中每个基色光束的电场矢选定成份与其它基色光束具有相同的预定取向；一种装置，其通过使每个分开的红、绿、蓝基色光束中的大部分光束通过多个液晶光阀对应的一个而改变大部分每个分开的红、绿、蓝基色光束中大部分光束的的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的基色光束的大部分光束通过相应的一个用于改变电场矢选定成份预定取向的液晶光阀时，每个分开的红、绿、蓝基色光束大部分光束的选定成份的电场矢的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；一种装置，其在基本上不改变大部分每个分开的红、绿、蓝基色光束的电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，通过使改变的分开的基色光束穿过一个颜色合成立方体，该立方体具有把红、绿、蓝色光束合成为单共线光束的反射面，来将改变的分开的基色光束合并成单束的共线光束；一种装置，其从单束共线光束中分解出基本具有电场矢选定成份第一预定取向的第一分解光束和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的第二分解光束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；和至少使一束分解的光束通向投影装置的装置。
本发明的另一目的在于提供一种投影装置，包括用于产生一束具有预定波长范围、随机改变电场矢选定成份的取向、在初始光束的截面上具有基本均匀的通量强度并为矩形截面的初级光束的装置；一种装置，用于把准直的初级光束分成三基色光束，其中每个基色光束电场矢选定成份都与其它基色光束具有相同的预定取向；三个装置，其通过使每个分开的三基色光束中大部分光束通过相应的一个改变装置而改变每个分开的三基色光束中大部分光束的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的基色光束的大部分光束通过相应的一个用于改变电场矢选定成份预定取向装置时，每个分开的基色光束大部分光束的选定成份的电场矢的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；一种装置，其在基本上不改变每个分开的光束中大部分光束的电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，通过二色反射面把改变的分开的基色光束合并成单束的共线光束，该二色反射面以X字母的形式相交；一种装置，从一束共线光束中分解出基本上具有电场矢选定成份第一预定取向的第一分解光束和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的的第二分解光束，由此使得电场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；至少使一束从单共线光束分解的光束通向投影装置的装置；一个驱动电路，用于根据信号装置驱动三个改变装置的每一个；其中色彩分离装置装置包括以X字母形式相交的一个第一平板型二向色镜和一个第二平板型二向色镜，从交叉部分到每个改变装置的光路所具有的长度使得彩色光束向前直行穿过色彩分离装置的路径最短，第二二向色镜由两个在相交部分分开的二向色镜构成，这样两个二向色镜的二色反射面位于相互不同的表面上，这样从输出光一侧沿入射光方向观察色彩分离装置时，形成相交部分的两个二向色镜的两个边缘面至少部分重叠。
本发明的另一目的是提供一种产生一束或多束共线的电磁能量束的方法和系统，包括产生两束或多束分开的电磁能量束，每个电磁能量束都具有预定波长范围、相同的电磁场矢选定成份的取向、在电磁能量束的截面上具有基本均匀的通量强度；通过使每个分开的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中对应的一个而改变每个分开的电磁能量束的大部分的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的电磁能量束的大部分通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置时，每个分开的电磁能量束中大部分能量束的电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的电磁能量束中大部分能量束的电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的电磁能量束合并成单束的共线电磁能量束；以及从一束共线的电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解光束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解光束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同。
本发明的另一目的是提供一种如前所述的方法和系统，用于产生一束或多束共线光束或紫外光束。
本发明的另一目的是提供一种如前所述的方法和系统，其中产生步骤包括产生每个分开的电磁能量束都具有矩形截面。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，还包括使一束分解的电磁能量束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，包括调节至少一个分开的电磁能量束的电磁波谱的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中调节至少一个分开的电磁能量束的电磁波谱的步骤包括调节至少一个分开的电磁能量束的预定波长范围。该调节电磁能量的步骤可以通过调节至少一个分开的波束的波长和/或强度来完成。
本发明的另一目的在于提供一种产生调制的电磁能量束的方法，其中当投影仪透镜到屏幕的距离增大到大约10英尺时图象的亮度增大，该方法包括产生一束在其整个截面上具有基本均匀通量强度的电磁能量束；把电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束，每个分开的电磁能量束具有预定预期取向的电磁波场矢；使每个分开的电磁能量束中的大部分能量束通过用于改变电磁波场矢的多个装置中对应的一个，由此当同样通过改变电磁波场矢的多个装置中对应的一个时，大部分电磁能量束的电磁波场矢取向被改变；在基本上不改变大部分分开的电磁能量束的电磁波场矢的改变取向的条件下把分开的电磁能量束合并成单束的共线电磁能量束；从共线光束中产生两束分离的电磁能量束，每个分离的电磁能量束都与其它电磁能量束具有不同的电磁波场矢的取向；把投影装置放置成投影装置与每一个用于改变电磁波场矢取向的装置之间的光路距离基本相等；使电磁能量束中一个分离的电磁能量束通向投影装置；把表面装置放置到投影装置大约10英尺高的位置；和使一个分离的电磁能量束从投影装置通向表面装置。
本发明的另一目的在于提供一种产生适用于视频图象投影的调制光束的方法和系统，包括产生一个初始光束；把初始光束分成两束或多束分开的彩色光束，由此使得每个分开的彩色光束与其它分开的彩色光束具有相同的单束的电场矢选定成份的预定取向，并且每个分开的彩色光束具有不同于其它分开的彩色光束的颜色；通过使每个分开的彩色光束的大部分光束通过多个改变装置中对应的一个而改变每个分开的彩色光束中大部分光束的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的电磁能量束的大部分通过多个用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的装置中对应的一个装置时，每个分开的彩色光束中大部分光束的选定成份的电场矢的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的彩色光束中大部分光束的电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的彩色光束合并成单束的共线彩色光束；和从一束共线的彩色光束中分解出基本上具有电场矢选定成份第一预定取向的第一分解彩色光束和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的第二分解彩色光束，由此使得电场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中还包括使一束分解的彩色光束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生步骤包括产生一个初始的准直光束，该光束在其截面上具有基本均匀的通量强度，并在其整个截面上具有基本相同的电场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其还包括从初始准直光束中去除至少一部分紫外光和至少一部分红外光从而产生初始的准直白光并把去除部分导向光束阻挡器的步骤，由此吸收去除的紫外光和红外光。
本发明的另一目的在于提供一种方法和系统，其中该分离的步骤还包括将至少一束分开的准直光束中的预定颜色部分去除，并将去除部分导向光束阻挡器由此吸收去除部分的调节步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中该产生步骤包括产生一个初始的准直矩形光束，该光束基本在其整个矩形截面上具有基本均匀的通量强度，并基本在其整个矩形截面上具有基本相同的电场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种产生适用于视频图象投影的调制光束的方法和系统，包括产生一个随机改变电场矢选定成份取向的第一初始光束；对第一初始光束积分以形成在其整个截面上基本具有均匀通量强度的第二初始光束；把第二初始光束准直成具有随机改变电场矢选定成份取向并且在整个第二初始光束的截面上具有基本均匀通量强度的初始准直光束，从初始的准直光束中去除至少部分的紫外光和红外光，以形成初始的准直白光并把去除的部分导向光束阻挡器，由此吸收去除部分；从初始的准直白光中分解出基本上具有电场矢选定成份第一预定取向的第一初始准直分解白光和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的第二初始准直分解白光，由此使得电场矢选定成份第一和第二预定取向彼此不同；由第一初始准直分解白光和第二初始准直分解白光形成基本准直的矩形初始单束白光，该白光在其整个截面上具有基本相同的电场矢选定成份预定取向，并且在其截面上具有基本均匀的通量强度；把初始准直的单束白光分成两束或多束分开的准直矩形光束，由此使得每个分开的准直矩形光束与其它分开的准直矩形彩色光束具有相同的单束的电场矢预定取向，并且每个分开的准直矩形彩色光束都与其它分开的准直矩形彩色光束具有不同的颜色；通过去除至少一束分开的准直矩形彩色光束的的至少预定颜色部分、并将去除部分导向光束阻挡器由此吸收去除部分来调节颜色；通过使每个分开的准直矩形彩色光束的大部分光束通过多个改变装置中与之对应的一个而改变每个分开的准直矩形彩色光束中大部分光束的电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的准直矩形电磁能量束的大部分通过多个用于改变电场矢选定成份预定取向装置中对应的一个装置时，每个分开的彩色光束大部分光束的电场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的准直矩形彩色光束中大部分光束的电场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的准直矩形彩色光束合并成单束准直矩形共线的彩色光束；从一束共线的准直矩形彩色光束中分解出基本上具有电场矢选定成份第一预定取向的第一准直矩形分解彩色光束和基本上具有电场矢选定成份第二预定取向的第二准直矩形分解彩色光束，由此使得电场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；和使第一准直矩形或第二准直矩形分解彩色光束中的一个通向投影装置。
本发明的另一目的在于提供一种产生具有两个组成部分的共线电磁能量束的方法和系统，其包括[a]提供一个基本准直的初级电磁能量束，该能量束具有预定的波长范围和随机变化的电磁波场矢选定成份的预定取向；[b]把基本准直的初级电磁能量束分解成基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的初级第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的基本准直的初级第二分解电磁能量束；[c]把每一个基本准直的初级分解的电磁能量束分离成两束或多束基本准直的分开的电磁能量束，每个基本准直的分开的电磁能量束具有预定取向的电磁波场矢的选定成份；[d]通过使每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束通过多个改变装置中与之对应的一个而改变每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束电场矢选定成份的预定取向，由此当每个基本准直的电磁能量束中大部分能量束通过多个用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的装置中相应的一个装置时，每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；[e][i]在基本上不改变每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把基本准直的改变的分开的电磁能量束合并成单束共线的基本准直的第一电磁能量束，和；[ii]在基本上不改变每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把基本准直的改变的分开的电磁能量束合并成单束共线的基本准直的第二电磁能量束；[f][i]从单束共线基本准直的第一电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的基本准直的第二分解电磁能量束，和[ii]从单束共线基本准直的第二电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的基本准直的第二电磁能量束；和[g]把一束从单束共线基本准直的第一电磁能量束中分解出的电磁能量束与另一束从单束共线基本准直的第二电磁能量束中分解出的电磁能量束合并成单束共线的基本准直的第三电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的用于产生共线束的方法和系统，其用来产生具有两个组成部分的共线光束和具有两个组成部分的紫外光束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤还包括把初级光束分解成第一和第二分解光束，其中电磁波场矢选定成份的第一预定取向与电磁波场矢选定成份的第二预定取向具有相同的取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤还包括把初级光束分解成第一和第二分解光束，其中电磁波场矢选定成份的第一预定取向与电磁波场矢选定成份的第二预定取向具有不同的取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分具有与其它合并光束的大部分具有不同的电磁波场矢选定部分的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行但不重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且部分重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行、不重合且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行、部分重合且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分具有与其它合并光束的大部分基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分具有与其它合并光束的大部分基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，此外该合并步骤还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且不重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分具有与其它合并光束的大部分基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，此外该合并步骤还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且部分重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分具有与其它合并光束的大部分基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，此外该合并步骤还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且同步。
本发明的另一目的在于提供一种方法和系统，还包括使单束共线的基本准直的第三电磁能量束通向投影装置。
本发明的另一目的在于提供一种产生调制的电磁能量束的方法和系统，包括[a]提供一个初级电磁能量束，该能量束具有预定的波长范围和随机变化的电磁波场矢选定成份的预定取向；[b]把初级电磁能量束分解成基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的初级第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的初级第二分解电磁能量束；[c]把每个初级分解的电磁能量束分离成两束或多束分开的电磁能量束，每个分开的电磁能量束都具有电磁波场矢选定成份的预定取向；[d]通过使每个分开的电磁能量束中大部分能量束通过多个改变装置中与之对应的一个而改变每个分开的电磁能量束中大部分能量束电场矢选定成份的预定取向，由此当每个电磁能量束通过多个用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的装置中对应的一个装置时，每个分开的电磁能量束中大部分能量束的电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；[e][i]在基本上不改变每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把初级第一分解的电磁能量束的改变的分开的电磁能量束与其它至少一个改变的电磁能量束合并成单束共线的第一电磁能量束，和[ii]在基本上不改变每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把初级第一分解的电磁能量束的改变的分开的电磁能量束与其它至少一个改变的电磁能量束合并成单束共线的第二电磁能量束；和[f][i]从单束共线的第一电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解的电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解的电磁能量束，和[ii]从单束共线的第二电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，用于产生调制的光束和紫外光束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供步骤包括提供一个基本准直的初级电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供步骤包括提供一个具有矩形截面的初级电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供步骤包括提供一束初级初始的电磁能量束，该能量束在其截面上基本具有相同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤还包括把初级光束分解成初级第一和第二分解光束，其中每个分解的电磁能量束与其它分解的电磁能量束在每个分解的电磁能量束截面上都具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤还包括把初级光束分解成初级第一和第二分解光束，其中电磁波场矢选定成份的第一预定取向与电磁波场矢选定成份的第二预定取向具有不同的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使至少使从第一或第二单一共线电磁能量束中分解出的一个能量束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括从第一单一共线电磁能量束中分解出的第一或第二分解的电磁能量束中至少有一个通向投影装置、并且从第二单共线电磁能量束中分解出的第一或第二分解的电磁能量束中至少也有一个通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括调节至少一个分开的电磁能量束的电磁波谱的步骤。该调节电磁能的步骤可以通过调节至少一个分开的能量束的波长和/或强度来实现。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分离步骤包括把每个初级分解的能量束分成两束或多束能量束，其中每个分开的电磁能量束与其它电磁能量束具有不同的预定波长范围。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括调节至少一束分开的能量束大小的步骤，该能量束从把每个初级分解的电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束的步骤中获得。
本发明的另一目的在于提供一种方法和系统，用于产生具有两个组成部分的共线电磁能量束，包括[a]提供一个初级电磁能量束，该能量束具有预定的波长范围和随机变化的电磁波场矢选定成份的取向，在初始电磁能量束的截面上具有基本均匀的通量强度；[b]把初级电磁能量束分解成基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的初级第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的初级第二分解电磁能量束；[c]通过使每个分解的初级电磁能量束的大部分通过多个改变装置中与之对应的一个而改变每个分解的电磁能量束中大部分能量束电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分解的初级电磁能量束的大部分通过多个用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的装置中与之对应的一个装置时，每个分解的初级电磁能量束中的大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；[d][i]从第一改变的初级第一分解电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解电磁能量束，和[ii]从第二改变的初级第一分解电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解电磁能量束；和[e]从改变的初级第一分解电磁能量束中分解出的电磁能量束与从改变的初级第二分解电磁能量束中分解出的电磁能量束合并成单束共线的第一电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述方法和系统，产生具有两个组成部分的共线光束和具有两个组成部分的紫外光束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤包括把初级光束分解成第一和第二分解光束，其中电磁波场矢选定成份的第一预定取向与电磁波场矢选定成份的第二预定取向具有相同的取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤包括把初级光束分解成第一和第二分解光束，其中电磁波场矢选定成份的第一预定取向与电磁波场矢选定成份的第二预定取向具有不同的取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分具有不同的电磁波场矢选定部分的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行但不重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且部分重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行、不重合且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括所述分解光束的合并，其中每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行、部分重合且同步。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤还包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，并且该合并步骤还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且不重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，并且还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且部分重合。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中合并步骤包括所述分解光束的合并，其中一个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，并且该合并步骤还包括每个合并光束的大部分与其它合并光束的大部分平行且同步。
本发明的另一目的在于提供一种方法和系统，还包括使单束共线的第一电磁能量束通向投影装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种方法和系统，用于产生一束或多束共线的电磁能量束，包括[a]提供四束或多个分开的电磁能量束，每个分开的电磁能量束具有相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，预定的波长范围和在每个电磁能量束的截面上具有基本均匀的通量强度；[b]通过使每个分开的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中的一个而改变每个分开的电磁能量束的大部分能量束电场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的电磁能量束的大部分通过多个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置中对应的一个装置时，每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；[c][i]在基本上不改变每个合并的分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把至少一个改变的分开的电磁能量束与至少另一改变的分开的电磁能量束合并成单束共线的第一电磁能量束；和[ii]在基本上不改变每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把至少一个改变的分开的电磁能量束与另一改变的分开的电磁能量束合并成单束共线的第二电磁能量束；[d][i]从单束共线的第一电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二电磁能量束，和[ii]从单束共线的第二电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二电磁能量束；和[e]把一束从单束共线的第一电磁能量束中分解出的电磁能量束与另一束从单束共线的第二电磁能量束中分解出的电磁能量束合并成单束共线的第三电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，用于产生一束或多束共线光束和紫外光束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生步骤包括产生的每个分开的电磁能量束还具有矩形截面。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使单一共线的第三电磁能量束通向投影装置。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括调节至少一个分开的电磁能量束的步骤。调节电磁能量束的步骤可以通过调节至少一个分开的光束的波长和/或强度来完成。
本发明的另一目的在于提供一种产生调制电磁能量束的方法和系统，包括产生一个初始电磁能量束，该能量束具有预定的波长范围并在电磁能量束的截面上具有基本均匀的通量强度；把初始电磁能量束分成两束或多束分开的电磁能量束，每个分开的电磁能量束具有电磁波场矢选定成份的预定取向；通过使每个分开的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中对应的一个而改变分开电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向，由此当每个分开的电磁能量束的大部分穿过用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的多个装置中对应的一个装置时，每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的改变的预定取向的条件下，把改变的分开的电磁能量束合并成单一共线的电磁能量束中；从一束共线的电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二分解电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；通过使大部分分解的电磁能量束通过一个改变装置而改变大部分分解的电磁能量束的电磁波场矢选定成份的预定取向，由此当大部分分解的电磁能量束穿过用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的一个装置时，分开的每个电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的产生调制光束的方法。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中产生具有基本相同的电磁波场矢选定成份的预定取向，并且在其截面上具有基本均匀通量强度的基本准直的电磁能量束的装置包括提供基本上准直的具有预定波长范围的电磁能量束；从基本准直的电磁能量束中分解出基本上具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的基本准直的第一分解电磁能量束和基本上具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的的基本准直的第二初级电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；由基本准直的第一分解电磁能量束和基本准直的第二分解电磁能量束形成一个基本准直的单束电磁能量束，该能量束的截面上具有基本上相同的电磁波场矢选定成份预定取向以及均匀的通量强度。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的用于产生基本准直的光束和紫外光束的方法和系统。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，其中形成步骤包括形成具有矩形横截面的单束电磁能量束。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和装置，还包括在分解和形成步骤之间，由基本准直的第一和第二分解电磁能量束产生具有相同电磁波场矢选定成份预定取向的基本准直的第一和第二分解的电磁能量束的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中分解步骤包括从基本准直的电磁能量束中分解出的基本准直的第一分解电磁能量束和第二分解电磁能量束进一步在其截面上具有基本均匀的通量强度，步骤[c]还包括形成的单束电磁能量束进一步在其截面上与每个分解的电磁能量束一样具有均匀的通量强度的基本准直。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括在分解步骤和形成步骤之间，由基本准直的第一和第二分解电磁能量束产生具有基本相同的电磁波场矢选定成份预定取向的第一和第二分解电磁能量束，由此使得基本准直的第一和第二分解的电磁能量光束平行但不共线。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使一束基本准直的分解的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中使一束基本准直的分解的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置的步骤包括使一束基本准直的分解的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的液晶装置。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括使一束基本准直的分解的电磁能量束通过一个用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的装置，该装置还用来改变一束基本准直的分解的电磁能量束其电磁波场矢选定成份的预定取向，由此使得其它基本准直的其它分解的电磁能量束的电磁波场矢选定成份的预定取向基本匹配。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中形成步骤还包括从一个或多个反射装置反射一束基本准直的分解的电磁能量束的步骤，每个反射装置都具有用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中从一个或多个反射装置反射一束基本准直的分解的电磁能量束的步骤包括从一个或多个具有双电介质涂层的平反射面反射一束基本准直的分解的电磁能量束，其中每个反射装置具有用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施，每个具有电介质涂层的平反射面具有一种用于改变电磁波场矢选定成份的预定取向的设施。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中从一个或多个反射装置反射一束基本准直的分解的电磁能量束的步骤包括从一个或多个具有电介质薄膜的反射镜反射一束基本准直的分解的电磁能量束，其中每个反射装置具有用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施，每个具有电介质薄膜的反射镜具有一种用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的设施。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，其中提供步骤包括提供的一束基本准直的电磁能量束还具有随机变化的电磁波场矢选定成份的预定取向。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括至少从一束电磁能量束中去除至少预定部分的预定波长范围的能量束的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的方法和系统，还包括把去除部分导向吸收装置。
本发明的另一目的在于提供一种产生调制电磁能量束的方法和系统，包括提供初始的准直电磁能量束，该能量束具有随机改变的电磁波场矢选定成份的预定取向并在整个能量束横截面上具有基本上均匀的光通量强度；从初始的准直能量束中分解出一束具有电磁波场矢选定成份第一预定取向的初始的第一准直的分解电磁能量束和一束具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的初始的第二准直的分解电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；由初始准直的第一分解电磁能量束和初始准直的第二分解电磁能量束形成基本准直的矩形初始单一的电磁能量束，该能量束电磁能量束基本整个整个截面上基本具有相同的电磁波场矢选定成份的预定取向和基本均匀的通量强度；把准直的矩形单束初始电磁能量束分成两束或多束电磁能量束，由此使得每个分开的准直矩形电磁能量束都有与其它分开的准直矩形电磁能量束具有相同的一个电磁波场矢选定成份的预定取向，并且每个每个分开的准直矩形电磁能量束都有与其它分开的准直矩形电磁能量束具有不同的电磁能量；通过去除至少一部分分开的准直矩形电磁能量束并把去除的部分导向能量束阻挡器，由此除去去除部分而调节电磁能；通过使每个分开的电磁能量束的大部分通过多个改变装置中对应的一个而改变分开的准直矩形电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向，由此当每一个基本准直的分开的电磁能量束的大部分穿过用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的多个装置中对应的一个装置时，每个分开的电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；在基本上不改变每个分开的准直矩形电磁能量束中大部分能量束电磁波场矢选定成份预定取向的条件下，把改变的分开的准直矩形电磁能量束合并成单束准直的矩形电磁能量束；从单束准直的矩形共线电磁能量束中分解出具有第一预定取向的电磁波场矢选定成份的第一准直的矩形分解电磁能量束和具有第电磁波场矢选定成份二预定取向的第二准直的矩形分解电磁能量束，由此使得电磁波场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；和使第一准直矩形电磁能量束或第二准直矩形电磁能量束通过投影装置。
本发明的另一目的在于提供一种如前所述的用于调制光束的方法和系统。
本发明的一个示例包括；一个用于产生准直的非偏振光束的光源；一个用于把非偏振源光束分成正交的线性P偏振光和S偏振光的偏振分束器；一个用于把S偏振光转回到第二偏振光的半波延迟器；和一个把P偏振光束合并成一个单偏振矩形光束的反射镜配置。
在此点上，利用一个第一二向色镜把光束分成红色成份和蓝绿色成份，该二向色镜选择成其上反射波长大于600nm的红色光波。然后利用一个反射波长处于500nm～600nm的绿色光波的第二二向色镜把蓝绿色成份分成蓝色光束和绿色光束。作为一种选择，还可将红色光束和蓝色光束滤掉，以便在视觉效果上提供最佳的色彩平衡，然后将红、蓝光中滤出的排除部分吸收。这里，分开的红、绿和蓝光穿过液晶显示器并根据输入信号改变它们的电场矢量。利用一个透过波长小于595nm并反射红光的二向色镜把分开的红绿光束合并成一个红绿光束。然后利用另一个透过波长大于515nm并反射蓝光的二向色镜把此红绿光与分开的蓝光合并，形成一个共线光束。然后将此共线光束通过检偏器，检偏器根据其电场矢量分离光束。其中一束分离的光束可以通向吸收光束块。选取的分离的调制偏振光束透向投影透镜，投影透镜把该光束投射到观察屏上。本发明的系统和方法可以在屏幕上投影出高亮度、高分辨率和高对比度的大小图象。
还应理解，虽然对于红、绿和蓝光给出了具体的波长值，但这仅出于举例的目的，可以根据适宜的光源类型而改变或调整这些数值。具体的波长范围的改变或调整要根据最终所需的色彩平衡。
在本发明公开的一种系统中，光源发出的准直光经过偏振分束器。偏振分束器把随机偏振光分成线性的P偏振光和S偏振光，并以直角把正交偏振光束偏转向另一偏转光束。P偏振光穿过偏转分束器并由第一反射镜反射90度角后进入投影仪光路。S偏振光以90度角从偏转分束器射到P偏振光并通过半波延迟器。半波延迟器把S偏振光改变成P偏振光。然后第二反射镜把此P偏振光90度反射到第三和第四反射镜。第三和第四反射镜分开反射的P偏振光，并再90度反射来自第二反射镜的P偏振光，然后使其入射到LCD上。第四反射镜相对于另一反射镜沿光路设置，使得分开的P偏振光合并成矩形光束，其对应于LCD的矩形光孔。
本发明的系统实际上允许光源发出的所有光都入射到LCD。而且在LCD处的光束所具有的形状对应于大部分LCD的一般为矩形的外围结构。矩形光束的优点是使所利用的光照射到LCD的有用部分，从而不会使LCD周围的其它元件过热，从而避免反射和/或加热的问题。
另外，本发明另一个实施例中的系统将准直的源光束导入起偏器，并把源光束分成右侧光和左侧光，每侧光都具有相同的偏转方向。然后把右侧光和左侧光滤成分开的初级彩色光(红、绿和蓝)。每个分开的初级彩色光都具有光束相应部分的象素，该光束对应于左右侧输入图象由各LCD改变其电场矢量。然后把左右侧初级彩色光束的各自图象合并成单个的左侧和右侧图象。然后根据电场矢量通过检偏器把左右侧图象合并、分解成不同的偏振光束，并再把所述一束偏振光投影到显示屏上。
在另一个实施例中，可通过如前所述的方法和系统获得高分辨率的图象。左侧光束在显示屏上沿水平方向或垂直方向偏离右侧光束(反之依然)一个较小的量(即一个象素)。在此模式中，液晶LCD的驱动电路必须分开一个输入图象并使其它的每个象素发送到右侧或左侧。
为了投影一个三维图象，把对应于观察者左右眼(即不同的空间视角)的分开的输入图象输入到分开的左右侧LCD。观察者可以选择在眼睛上带一幅眼镜，使得右眼上的眼镜用于观看沿第一方向偏振的图象，左眼上的眼镜观看在不同方向偏振的图象。如果提供给驱动电路、用于左/右侧的信号对应于左右眼的不同空间角度模式提供不同信号，观察者将看到三维图象。这些分开的左右侧图象也可以不用眼镜而通过一个所获得三维效果的时序，来实现三维效果。
作为一个例子，系统构造为观看者的眼镜包含一个用于观察不同正交的或不同圆偏振图象的镜片。左眼透镜构造成用于观看P偏振光，而右眼透镜构造成用于观看S偏振光。或者，作为一个例子，左眼透镜构造成用于观看右圆偏振光，而右眼透镜构造成用于观看左圆偏振光。
作为另一个例子，本系统采用偏振屏幕而不用眼镜，。此屏幕由一种透明材料制成，该材料具有两个或多个不同的偏振涂膜或层。每个涂膜或层反射某一特定取向的电场矢量并透过其它所有取向的电场矢量。每个连续的层或涂膜彼此不同。这使得图象的特定部分以一定深度或实际上3D的形式看到。这些类型的层或涂膜可以从OCLI获得。关于一般地讨论，见James D.Rancourt，在1987 McGraw-Hill Optical andElectro-optical Engineering Seris，上的“Optical Thin Films User’sHandbook”。
在本发明的另一实施例中，可以提供3D高分辨率、3D黑白或彩色高分辨率投影仪。
附图简述图1是具有传播方向、电场和磁场的电磁波的示意图；图1A是沿传播轴向下看去的电磁波示意图，其示意性地表示了电场矢不同取向的各个方向；图1B是电场矢沿x轴和y轴分解的示意图；图2是现有LCD盒的截面图；图2A是一种LCD组件的示意图，其表示用在本发明中的象素；图3是在本发明实施例的LCLV投影仪中用于照亮LCD显示器或LCD的系统示意图3A是类似于图3所示的、但根据本发明用于显示器或投影仪的优选实施例的、LCD显示器或LCLV投影仪的照明系统简图；图3B是类似于图3和3A所示的、但根据本发明用于显示器或投影仪的另一实施例的、LCD显示器或LCLV投影仪的照明系统简图；图4是从光源发出的准直光束的简图，其中光源叠加在本发明系统所使用的反射镜上；图4A是用于分析LCD光孔和光束几何尺寸的简解图；图5是表示根据本发明形成的叠加到LCD显示器上的单极化光束形状的简图；图6是几层被非极化波源和分解的偏振光束照明的薄膜涂层的示意图；图7是偏振光束入射到LCD盒以及电场矢最终延迟(变化、变更或扭曲)的示意图；图8是根据本发明优选实施例构成的彩色LCLV投影仪简图；图8A是以图解的形式表示图8的功能性步骤，该步骤是包含在产生彩色LCLV投影仪中使用的电磁能调制束的方法中；图8B是本发明利用光源到LCD的非等光路以及一个二色合束器的、用于LCLV投影仪的系统优选实施例的简图；图8C是本发明利用光源到LCD的非等光路以及从LCD到投影透镜的等光路的、用于LCLV投影仪的系统优选实施例的简图；图8D是本发明利用光源到LCD的非等光路以及一个二色分束器和合束器的、用于LCLV投影仪的系统优选实施例的简图；图8E是本发明用于LCLV投影仪的系统优先实施例的简图，其中本发明利用二色合束器和分开的光源，分开的光源例如是二极管激光器、LED、荧光平板或氖平板的矩形线性阵列；图8F是本发明用于LCLV投影仪的系统优选实施例的简图，其中本发明利用用于光束合并的分开的二向色镜装置和分开的光源，分开的光源例如是二极管激光器、LED、荧光平板或氖平板的矩形线性阵列；图8G是本发明用于LCLV投影仪的系统优选实施例的简图，其中本发明利用了用于光束合并的分开的二向色镜装置和分开的光源，分开的光源例如是氩离子激光器或高强度白光；图9是普通光源光谱特性的曲线图；图9A是普通光源的性能数据表；图10是人眼对可见光的光适应曲线；图10A是CIE颜色曲线；图10B与图10A相同，但不同区域显示的是不同颜色；图11是用在本发明实施例中的立方起偏元件的波长响应曲线；图12是本发明实施例中用于分离光源光束红外成份的反射镜(33)的透射和反射特性曲线；图13是本发明实施例中用于分离光源光束紫外成份的反射镜(35)的透射和反射特性曲线；图14是本发明实施例中用于分离并进一步滤除光源光束中红光成份的反射镜(80&82)的透射和反射特性曲线；图15是本发明实施例中用于合并改变的蓝色光束和改变的红色光束的反射镜(90)的透射和反射特性曲线；图16是本发明实施例中用于合并改变的蓝色光束和改变的红色光束的反射镜(92)的透射和反射特性的分析曲线；图17是本发明实施例中的用于进一步滤除蓝色光束的反射镜(86 & 88)的透射和反射特性的分析曲线；图18是本发明实施例中的用于进一步滤除蓝色光束的反射镜(84)的透射和反射特性的分析曲线；图19是根据本发明实施例构成的彩色LCLV投影仪的流程简图；图20是根据本发明优选实施例构成的3D彩色LCLV投影仪的简图；图20A是根据利用附加的四分之一波长延迟器的另一优选实施例构成的3D彩色LCLV投影仪的简图；图20B是根据本发明另一实施例构成的与圆偏振观察透镜一起使用的3D彩色LCLV投影仪的简图20C是根据本发明的适用于3D、高亮度或高分辨率的双光束LCLV投影仪的系统优选实施例简图，其中本发明利用二色合束器和分开的光源，如激光二极管或LED的矩形线性阵列；图20D是根据本发明的适用于3D、高亮度或高分辨率的双光束LCLV投影仪的另一实施例简图，其中本发明利用合束器和诸如激光二极管或LED的矩形线性阵列的分开的光源，还利用LCD器件作为输出光束的可变延迟器；图21是与本发明的3D投影仪实施例一起使用的双相机投影仪法的简图；图22是根据本发明构成的高分辨率或三维黑白液晶LCLV投影仪的优选实施例；图22A是根据本发明采用方波延迟器构成的高分辨率或三维LCLV投影仪的另一优选实施例的示意图；图23是利用一个器件作为3D显示屏或3D观赏立方体的系统优选实施例的简图；图24是通过平板设施产生荧光的系统的优选实施例简图；图24A是图24中器件的透视图；图25是用于产生图8E、8F、20C、20D中激光二极管线性矩阵的系统优选实施例的简图；图26是用在本发明中的反射镜的特性表；图27是用于产生准直光束的系统一种已知的光学积分器的优选实施例的简图；图27A是用于产生准直光束的光学积分器的单光管的优选实施例，并表示出光线从中穿过的光路；图27B是形状为矩形的光学积分器中光管的蝇眼配置优选实施例的简图，其中光管做成正方形；图27C是形状为圆形的光学积分器中光管的蝇眼配置优选实施例的简图，其中光管做成圆形；图28是产生准直光束的系统的优选实施例的示意图，其中该系统包括一个光源，一个第一和第二反射装置，一个光积分器装置和一个准直装置。
附图的详细描述出于简单的目的，在各个图中对相同的部件用相同的标号。
光路和矩形光束参见图3，从光源32发出的准直光束50被转变成一个单偏振光30，该偏振光具有的截面结构或形状(参见图5)与LCD显示器34的截面结构或形状匹配。作为一个例子，LCD 34显示器是一个具有矩形外围结构的光孔的LCD。
本发明的这方面在一条对齐的光路上包括一个偏振分束器36，一个半波延迟器38，和一个第一反射镜40、第二反射镜42、第三反射镜44和第四反射镜46的配置，该配置把从偏振分束器36射出的各个光束合并成一个其截面结构或形状与LCD显示器34的截面形状匹配的的合并的单束偏振光30。可以把合适的彩色滤光片48放置在LCD显示器34和合并光束之间。
现在来描述形成准直光束50的方式。光源32和反射光学器件或装置41产生一个之后被准直光学装置如透镜43或如图27所示光积分器装置63准直的非偏振光束50。
光或光学积分器装置由多个如图27A所示的光管制成，每个光管与一个或多个其它的光管相邻并接触。每个光管都由一个第一透镜表面45、主体75和第二透镜表面71组成。光源3 1向主体75的表面发射射束73，主体75在所需的预定形状处着陆。第一透镜表面45的作用在于把光束73弯向相互之间更加准直的方向。主体75把光束载带到第二透镜表面71，其与第一透镜表面45和第二透镜表面71具有相同的折射率。这样减少了光束73必须穿过的界面数。继续向前，光束73入射到在预定形状处着陆的第二透镜表面71，并且再弯向更为正交的方向；因而，射出表面71的光束基本上是准直的。透镜表面45和71可以有也可以没有相同的形状或形式，这依赖于几个因素，这些因素包括但不限于光源的大小，光源的形状，光源的类型，光源到第一透镜表面45的距离，主体75的长度和大小，积分器第二透镜表面71到靶的距离以及商业上已知的其它因素。
再参见图3，作为选择，光源32及其反射光学器件或装置41形成非偏振的准直光束50。非偏振的准直光束50通过偏振分束器36分成分开的正交偏振光束-P偏振光束52和S偏振光束54。P偏振光束穿过偏振分束器36并指向第一反射镜40，再经90°角反射成反射光束53并反射到LCD显示器34上。S偏振光束54被偏振分束器36偏转90°角并穿过半波延迟器38。半波延迟器38改变S偏振光束54的电场矢取向以形成第二P偏振光束56。此第二P偏振光束56被第二反射镜42反射90°角。第三反射镜44和第四反射镜46用于拦截反射的第二P偏振光束56，并把光束分成两束与反射束53相同方向发射的分开的反射束58和60。然后，三束分开的反射束53、58和60合并成具有单束取向的电场矢(P偏振)的单束光并且经合适的彩色滤光片48导向LCD显示器34。
参见图4，每个反射镜如第一反射镜40可以由一种优选的几何形状构成，如一般矩形或正方形(即正方形是矩形的一个分支)的外围形状，它拦截一般为圆形或准直的光束(即52)，这样从反射镜反射的光束也是正方形或矩阵结构。此种布局配置将产生几何形状类似于所用反射镜形状和大小的反射光束，因为反射镜的几何形状将被反射光束复制。如图5所示，这样的配置允许从第一反射镜40反射的正方形光束53、从第四反射镜46反射的矩形光束60以及从第三反射镜44反射的矩形光束58对齐，从而在一般具有矩形外形的LCD显示器34处产生一个单光束。单光束30的矩形外形与LCD显示器34的矩形外形并尤其是LCD显示器34的光孔匹配。
参照图3和图4，本发明的方法和系统可以总结如下利用光源32产生非偏振的准直光束50；利用偏振分束器36把非偏振光束50分成分开的正交偏振光束(即第一P偏振光52和S偏振光54)；把第一正交光束52导向第一反射镜40上以产生第一反射光束53；把第二正交光束54(S偏振光束54)导向并穿过半波延迟器38，从而把第二正交光束54(S偏振光束54)的偏振方向转变成与第一正交光束52(第二P偏振光束)具有相同偏振方向的第二反射光束56；把第二正交光束56(第二P偏振光束)导向第二反射镜42并经90°的反射；把第二反射光束56导向第三和第四反射镜44、46，这些反射镜把第二反射光束56反射第二个90°，并把第二反射光束56分成第三反射光束58和第四反射束60；合并分开的反射束，即将第一反射光束(P偏振)53、第三反射光束(P偏振)58和第四反射光束(P偏振)60合并成一个单偏振的单束光束30，并且其具有与LCD显示器34的矩形外形匹配的矩形外形。
反射镜40、42、44、46或其它的反射装置在位置上，与正交光束52、56的路径相交，在LCD显示器34产生由分开的反射光束53、58、60合并而成的单光束。图3表示的仅是这样一种配置反射镜40、42、44、46具有平面表面。在图3所述的实施例中，第三反射镜44和第四反射镜46位于第一反射镜40的两侧。反射镜40、44和46与正交光束52、56的路径交叉也可有其它可能排列。如第三反射镜44和第四反射镜46排列在第一反射镜40的一侧。但是在LCD显示器34处，最终所得单光束在功能上是一样的。反射镜40、44、46的布局也可以是不同于图3、和3B所示的其它布局。反射镜在图3A&3B中的布局不相同。此外反射镜40、44、46的形状和布局可以做成在LCD显示器34处产生正方形的光束。
考虑到光源的形状因子，如图4A所示，及下文所述，光束30允许基本上光源32产生的光束被用于照明LCD显示器34。利用光束30，可以很容易地调节最少数量的元件(即偏振分束器36、半波延迟器38、反射镜40、42、44、46)以在LCD显示器34处获得最终单光束，该光束具有所需的形状和单偏振方向(即单一的电场矢取向)。所示实施例中最终光束的偏振方向为P偏振方向。或者，光束30也可配置成在LCD显示器34处产生一个S偏振光束，或者其它选定的偏振方向。
另外，可以旋转半波延迟器38以调谐从半波延迟器38出射的所得光束56，使之与射出偏振分束器36的第一P偏振光束52的偏振方向精确匹配。另外，还可以很容易地调节或重排反射镜(40，42，44，46)从而在LCD显示器34处获得需外形的最终光束。
在图3A中，光束的半波延迟以半波延迟器38以外的装置实现。这可通过从第二反射镜42反射光束54(S偏振)、形成四分之一波延迟来完成。然后每个光束从对应的反射镜44、46反射并再被延迟四分之一波长。这导致S偏振光束54被半波延迟，变成P偏振光束58、60。图3A所示的系统比图3更为优选，因为它需要更少的元件。这种反射镜可以从Galifornia，Santa Rosa，的OCLI公司获取，这些部件的编号为777-QWM001～777-QWM002。
图3A所示的反射镜42、44、46可以通过薄膜涂层技术由形成其上的涂层构成。每个反射镜42、44、46除了可以作为一个宽带反射器之外还可以用作一个四分之一波延迟器。
薄膜涂层也可以称作电介质膜，即该材料原子中的电子是如此紧密地结合在原子核的周围，甚至在施加高电场下也可以忽略电流。各个膜的厚度或层在很宽的范围内变化，但是当膜的厚度在波长量级时被称作薄膜。这些薄膜有许多层，其中一个在另一个的顶部，这就被称作多层薄膜，如图6所示。每一层根据各自设计的结构反射适当波长或适当取向的电场矢。这些层典型地通过真空淀积沉着在接收衬底的顶面上。这包括蒸发材料并使蒸汽原子以预定的方式和速率撞击到衬底上。典型的材料包括MgF2、SiO2、AL2O3、C(金刚石)、ZnS、TiO2、CdS、CdTe、GaAs、Ge、Si、Ag、Au、PbS以及许多其它的材料。
因为使用电解质材料，所以每一层的折射率与相邻的层彼此不同，尽管在某些情况下它们也可能相同。
光从每个层以及界面反射并透射(见图6)。这些从每个界面处透射并反射的光波场彼此相互作用。薄膜的材料不同以及薄膜的光学厚度不同，获得的结果也不同。以这种方式制成的器件可在衬底上具有一到几百层的膜。例如通过适当的设计，一个涂层可以改变入射的线性偏振光的相位。在效果上此涂层的作用相当于四分之一波片。关于这个主题已发表了几片论文，具体是“Phase Retardance ofperiodicMultilayer Mirrors，”，Appl.Opt.，21(4)733(1982)，Joseph H.Apf el，“Graphical Method to Design to Design internal Reflection PhaseShift”，Appl.Opt.，19(16)2688，(1980)，William H.Southwell.
在另一种设计中，涂层反射入射的偏振光波并因而增强P偏振的反射。此设计可反射全部光谱并且作用相当于一个宽带反射镜。
产生单光束30的系统的元件可以由商业上能够得到的部件制成。光源32可以是任何合适的灯泡，如短弧光灯，石英卤灯，汞/氙蒸汽长弧灯等。一般地，这种灯可有效地产生高强度点光源。这种灯可以具有各种大小以及不同光谱质量的。许多制造商可以制造高亮度光源(亮度大于15,000流明)，这些厂商包括Optical Radiation CorporationAzusa，California，但不局限于此。也可以如图9A所示地使用能产生所需波长和不同输出亮度(光谱或光谱分布)的其它光源。大部分光源包含不同比例的可见、红外和紫外光谱。也可以用激光作光源。
偏振分束器36可以是任何一种已知的器件。例如可以由沉积在适当基底(如玻璃)上的电解质薄膜叠层组成。这些叠层可以通过高低折射率薄膜交替地制成，每个薄膜具有四分之一波长的光学厚度，可见光的波长中心设计约为550nm。在膜与膜之间的界面处，光以布儒斯特角入射，其透射P偏振光和反射S偏振光。层数取决于最终所需的输出量，其可以根据所需的成本/性能之间的损益而定身制作。可以做成玻璃立方体的形状，涂层沉积在对角线上，或者也可以在一块玻璃上沉积多层，并且作为选择可以将另一片玻璃胶合到前部，形成一个夹层，在两块玻璃之间沉积多层涂层。此目的在于保护叠层免于磨擦或与空气接触。单块玻璃或两块玻璃的布局会形成一个制作成本及重量都低于立方偏振器的偏振分束器。
光最好以45°角照射到层的表面，与射束的法向有较小的偏移，因而将能很好地控制层与光束之间的入射角。在MacNeille的美国专利US2,403,731或Flood的美国专利US2,449,287中描述了这种偏振分束器。可用于此处的一种商业上的偏振分束器可以从California的Santa Rosa，Perkin Elmer Corporation，Electro-Optical DivisionNormalk，Connecticut或OCLI Corporation，获得。对于偏振分束器的波长响应曲线如图10所示。
层叠在偏振器或偏振分束器对角线上的这些薄膜涂层可以是能够处理高能束如激光束的涂层。它们能够处理每平方厘米很高瓦数的入射能量。
选择的反射镜40(OCLI Corporation，Santa Rosa，California，partno.777BBM001)必须是一个在所需的特定波长处对P偏振光的有效反射器。根据系统的结构，反射镜42、44、46既可以选择四分之一波长延迟器，也可以选择宽带反射镜。如果用四分之一波长反射镜，它们的部件号是777QWM001和777-QWM002。如果用宽带反射镜，它们的部件号是777-BBM002和777-BBM003。这些型号的反射镜可以从Santa Rosa，OCLI Corporation，California获得。例如，该反射镜可以由涂敷在一个基底上的薄膜形成。薄膜由一种可见光的宽带涂层形成。因为金属的反射性质，已知金属膜反射镜反射P偏振光比S偏振光更为有效。因为这种已知的效率因素，本发明将S偏振波转换成P偏振波。
此处能够接受的薄膜反射镜可以从Santa Rosa，OCLI Corporation，California获得。薄膜涂层已知为激光涂层，并且其能够处理高能光束(W/cm2)。
半波延迟器38(如图3所示)可以是已知的延迟器一类的光学元件，用于改变入射光波的偏振方向。通过延迟器，出射的光比入射光的电场矢方向延迟预定量的相位值。光一从延迟器出来，其相对相位就不同于初始值，这样偏振状态(电场矢的取向)也就不同。通常把产生90°相对相位差的延迟片称为半波延迟器。
半波延迟器可以由双轴晶体材料如云母制作，也可以用拉伸对齐的长链有机分子的塑料材料片、薄膜电解质(如由OCLICorporation，Santa Rosa，California制造)、多个LCD、涂敷有薄膜电解质的反射镜、LCD和涂敷有薄膜电解质的反射镜的结合以及石英晶体等制造。最好把用在本发明实施例中的半波延迟器38调节(即通过晶体的旋转)成射出延迟器38(见图3)的P偏振光束56的偏振状态与射出偏振器立方体36的P偏振光束52的P偏振状态精确地匹配。也可以采用除半波延迟器以外的其它装置来改变或转换光束的偏振方向。
通过非限定性的实例，根据本发明构成的系统及其方法具备下列结果及优于现有照明系统的优点产生矩形奇异性偏振光束，这将有效地充满LCD显示器的孔径；所得光束在LCD显示上的散度小于其它合成方法，即比Goldenberg的美国专利US4,913,529中的组合方法小。
光投影仪现在参见图8，图中表示根据本发明实施例构成的一种投影仪。为了方便起见，图中只标出表示光路位置的方向而并非照搬实际的布置。连结不同光路的示意性组件也可采用其它布局。
光源32(即短弧光氙灯、石英卤灯、汞蒸汽/长弧光氙灯等)发射被准直到波束源50上的光，该光束向左侧传播，其包含可见、红外和紫外光的波谱。(大部分光源包含以上所有波长的光；但是其中的比例有所不同。见图9&9A所示的不同类型的光源)。根据应用的要求，灯源可以是任何适于产生准直光束的装置。光源的特点可以修改成适于特定的应用。
人眼可以看见的可见光处于400～700nm的波长范围(这是众所周知的，并可以从参考书或大学教材中查得，也可见图10的光适应响应曲线)。200nm～400nm的非可见波段称作紫外区，700nm～1500nm的非可见波段称作红外区。红外波段(大于700nm)和紫外波段(小于400nm)所提供的辐射光能量的瓦数对系统的光学元件是有害的，但对普通的人眼没有危害(见图10的光学响应曲线)。因为这个原因，从光源32发出的准直光束50向左导向反射镜33，该反射镜是一种二向色/薄膜电介质反射镜。二向色/薄膜电介质反射镜能够起滤波器的作用。一般地，这些类型的反射镜构造成透射(即通过)所有波长长于(或短于)参考波长的光并反射非透射的光。反射镜33的反射和透射特性示于图12。
照射到前表面涂层的波长小于700nm的光被向下反射90°到反射镜35(见图8)。源光束50(波长大于700nm)的红外部分141透过反射镜33并照射到图中161表示的光束阻挡吸收器。光束阻挡吸收器161可以由一块黑色铝材(最好带有翅片以便于辐射热量)构成，该铝材吸收源光束50的红外波长并再以热量的形式发出吸收的能量，这些吸收的能量可以载离系统并且不要将其引到有生命的成份中。或者，也可以在黑色铝块的地方采用其它合适的设施来吸收红外波长。另外，可以采用除二向色/薄膜电介质反射镜33以外其它合适的分离或滤除源光束50红外成份的设施。
产生新源光束55的源光束50的其余波长被反射镜33向下反射90°并照射到反射镜35的前表面。当利用反射镜33时，反射镜35形成一个滤波器，使得产生新源光束57的源光束55的可见部分(430-700nm的波长，见图13A)透射到反射镜35光路的一个偏振器立方体36。源光束55的紫外部分37(波长小于439nm)向左反射90°到光束阻挡吸收器161。(反射镜33和35的特性曲线示于图12和13)。或者，在二向色/薄膜反射镜35和光束阻挡吸收器161的位置处也可以设置用于分离并吸收源光束紫外成份的其它设施。
接着，源光束57导向用于把源光束57起偏成两个正交偏振光束的设施36。在本发明图8所示的实施例中，偏振器立方体36用于把源光束57分成P偏振光52和S偏振光54。显然，当偏振器立方体是所提到的偏振片或是一块其上沉积有薄膜偏振涂层的玻璃、或是一块薄膜偏振层夹在玻璃之间的夹层玻璃时，这些偏振器立方体也可以用于构成本系统。
本发明实施例中示出的一种合适的偏振器立方体36，在现有技术中是一种已知的双折射偏振器。特别是用于本申请中的偏振器称作MacNeille偏振器，其在2,403,731和2,449,287号专利中有所描述，以上已做了一般性地讨论。
如果按薄膜MacNeille偏振器构造，偏振器36由于薄膜涂层会对光谱的紫外和红外部分非常敏感；因而在光束进入到偏振器立方体36之前，通过反射镜33滤除的波长是有益的。这是因为紫外光导致内涂层的衰减，红外光导致偏振器36中形成过热。偏振器涂层开始吸收425nm以下的能量，将有损于涂层的效率。(见图11，合适的偏振器立方体36的波长响应图)。偏振器36把源光束57起偏成两个正交的偏振光束52和54，二者具有相等的截面积但不同的偏振方向。P偏振光52直线传播照射到反射镜40，在那儿被向左偏转90°。源光束立方体36的另一个偏振成份、源光束的S偏振部分、即光束54从偏振器立方体36的偏振涂层的斜切面向左偏转45°。此S偏振光54通过半波偏振延迟器38、或通过从涂层反射镜42、44和46反射被转换或改变成P偏振光的偏振方向。
前面已经对半波延迟器38的要求以及从反射镜42、44、46的反射和规范要求进行了一般性地讨论。
半波延迟器38因而产生一个第二P偏振光束56。第二P偏振光束56照射到反射镜42并向下偏振90°，在那儿被反射镜44和46向左反射。反射镜40、42、44和46是前表面宽波段反射镜，将保持光束的P偏振方向。此外这些反射镜40、42、44和46的反射表面一般是矩形形状，使得从其反射的光束一般也是矩形。这使得最终形成的单偏振光束一般也具有矩形的外形结构，以便与LCD的光孔匹配。这样最终的单偏振光束30为其原始尺寸的两倍，并具有与LCD相同的矩形面积，其将继续入射并处于一种偏振状态，即P偏振。
或者，在偏振器立方体36的位置可以使用任何其它合适的设施以产生正交偏振光束(52，54)。另外，还可以设置除半波延迟器38以外的设施转变(或改变)光束之一54的偏振方向，如从涂敷反射镜42、44、46的反射。而且也可以使用除反射镜40、42、44和46以外的其它设施合并偏振光束52和56。最后可以把反射镜40、42、44和46放置成其它的布局以产生最终的单偏振光束30，光束30的形状与LCD的矩形外形或LCD光孔匹配。
此时，矩形偏振光束30入射到反射镜80的涂层表面(其相当于滤光装置的作用)，在那儿被分成两束光132、134；光束132以90°角向上偏转(如图8所示)，并且光束134继续向左经反射镜80。向上传播的偏转光束132是一种包含600～700nm(可见光谱的红色部分)波长的光束，或者是一种包含光谱的预定部分的光束，并处于P偏转状态。此时，光束132照射到用作第二滤光装置的反射镜82上。图14表示反射镜80和82的反射特性。很明显，这些反射镜选择成反射可见光谱的红色部分，并且允许小于600nm的波长或光谱的其它预定部分通过。反射镜82还滤除偏转光束132，从而使得其与所需的CIE响应匹配获得良好的色彩平衡(见图10A & 10B)。作为一个例子，反射镜82的反射镜曲线(图14)可以向右平移，从而可通过615nm以下的波长或是光谱的其它预定部分，并使偏转光束呈现对人眼较深的红色。任何“无用”波长将穿过反射镜82并照射到红色光束阻挡部分136，而有用波长以90°的角向左偏转，在那儿通过第一LCD，该LCD称作红色LCD 138。光束阻挡部分136可以按照与前述的光束阻挡吸收器161相同的方式制作。
红色LCD 138(以及绿色LCD 140和蓝色LCD 142)为一种可改变其双折射、由此改变通过其的光电场矢取向的类型，其以棋盘布局形成，带有各个象素100(见图2A)。红色LCD138通过电子线路驱动，其中每个单元根据所需显示的图象旋转电场的矢量而改变各自的亮部(通过“扭曲”或旋转偏转状态而改变，见图2A，或通过施加电压改变)。投影图象的分辨率将依赖于LCD中的单元数。320水平象素×240垂直象素的显示将产生76,800象素的显示。典型的电视机为115,000象素。因而，已通过红色LCD 138的红色偏转光束132此时是一束改变的红色光束144，其包括一种用于显示器各个象素的组合偏振态，通过驱动电子线路可使每个象素具有预定取向的电场矢。正如此后更全面的解释一样，各个象素偏振状态的旋转量将最终决定该象素有多少光通过所有路程并最终照射到用于显示的显示屏。在这一点上，更改的红色光束144照射到反射镜92上并以90°角向上偏振。反射镜92的目的在于合并改变的红色光束144和改变的绿色光束152(如图8所示)。反射镜92因而用作合并装置。反射镜92的响应曲线示于图16。最好反射镜92不改变改变的红色光束144或照射到其上的任何光束(即改变的绿色光束152)的偏振状态。
然后，偏振(从反射镜92)的改变的红色光束144继续穿过反射镜90，反射镜90能通过大于515nm的任何波长(见图17)，或能够通过光谱的其它预定部分。反射镜90的目的是将改变的红色光束144和改变的绿色光束152与改变的蓝色光束160合并。因此反射镜90也用作一种合并装置。反射镜90最好不改变任何照射到其上的光束的偏振状态(电场矢的取向)。改变的红色光束144通过反射镜90之后继续入射到被称作偏振检偏器146的最后偏振器上。偏振检偏器146也可以是按照MacNeille偏振器构成的偏振器立方体，或者如上所述是在一块玻璃上或夹在两片玻璃之间构成的偏振器立方体。每个象素光束的P取向的电场矢将穿过偏振检偏器146进入到投影透镜148，并根据投影透镜148的放大率作为光束178的一部分投向显示屏(见图8)。改变的红色光束144中不是P矢量成份的矢量成份将被偏振检偏器146向左偏振并被光束阻挡器150接收。图1B是表示一个具体的矢量成份如何被分成两个成份的图解示意图，其中每个成份具有不同的电场矢。光束阻挡器150可以按照前述光束阻挡吸收器161相同的方式制成。这样，观察面的红光强度直接与改变的红色光束的电场矢的旋转量成正比。
再来看单偏振态的矩形光束30，该光束入射到反射镜80的涂层，在那儿被分成两束132、134。红色光束132被向上偏转，其它的光束、蓝色绿色光束134通过反射镜80继续向左传播。穿过反射镜80并向左传播的蓝绿光束134是一束包含415nm～600nm波长(可见光谱的蓝绿光部分)的或光谱其它预定部分以及处于P偏转态的光束。反射镜80的响应曲线示于图14。接下来，蓝绿光束134照射到反射镜84的表面涂层，并且光束的绿色部分154(500-600nm，或光谱的其它预定部分)向上偏转90°到绿色LCD140，同时，光束的蓝色部分156(425-500nm，或光谱的其它预定部分)继续穿过反射镜84并向左通向反射镜86。反射镜84用作一个绿色装置，它的响应曲线示于图18。
绿色光束154穿过绿色LCD。每个LCD单元根据所需显示的图象，通过旋转电场矢的取向而改变绿色光束的各个部分。因而，通过绿色LCD 140的更改的绿色光束152是一束更改的、包括显示器各个象素偏转方向组合的绿色光束152，每个象素通过驱动电子线路而具有电场矢的预定取向。各个象素的偏转状态的旋转量将最终决定该象素有多少光通过偏转检偏器146的全程并最终照射到用于显示的显示屏(图8中未示出)。在这一点上，改变的绿色光束152照射到反射镜92。如前所述，反射镜92的目的是合并改变的绿色光束152和改变的红色光束144(见图17)。改变的绿色光束152通过反射镜92并向上传播。反射镜92不改变改变的绿色光束152或其它照射到其上的任何光束(改变的红色光束144)的偏转状态。
然后，改变的绿色光束152继续通过反射镜90，这是因为反射镜90能通过任何波长大于501nm的光(见图17)或者光谱的其它预定部分。如前所述，反射镜90的目的是将改变的蓝色光束160(见图16关于反射镜的响应曲线)以及已经合并的改变的光束144和152进行合并。最好反射镜90不改变任何入射其上或从其穿过的光束的偏转状态。
穿过反射镜90之后，改变的绿色光束152继续穿过偏振检偏器146。改变的绿色光束152对每个象素的任何P偏振部分的光将穿过检偏器146进入到投影透镜148，并根据投影透镜的放大率成为投向显示屏(未示出)的光束178的一部分。改变的绿色光束152中非P偏振成份(S成份)的矢量成份将被检偏器146向左偏转并被光束阻挡器150吸收。这样观察面处绿色光的强度直接与绿色光束电场矢的旋转量成正比。
再来看照射到反射镜84的涂层表面并被分成两束光154、156的蓝绿光束，绿色光束154向上偏转90°，蓝色光束156继续穿过反射镜84向左。穿过反射镜84向左的蓝色光束156是一束包含415nm～500nm波长(可见光谱的蓝色部分)或光谱的其它预定部分的光束，其为P偏振态。蓝色光束156继续向左传播并照射到反射镜86的表面涂层(反射镜86可以是一个正面宽带反射镜；但蓝色光必须保持P偏振态)，并且蓝色光束(415-500nm，或者光谱的其它预定部分)被向上偏转90°指向反射镜88。反射镜84的波长响应曲线示于图15。
此时，从反射镜86反射的光束156入射到反射镜88上以进一步滤光。进一步地滤光可以通过反射镜88对蓝色光束156进行，使得其与良好色彩平衡所需的CIE响应(见图10A，10B)相匹配。例如，反射镜88可以构造成一种曲线如图18所示的反射镜，曲线向左平移，这样可透射495nm以上的波长或光谱的其它预定部分，并使光束对人眼显现更深的蓝色。任何“无用”波长将穿过反射镜88并入射到蓝色光束阻挡物158，同时有用光束向右90°偏转，在那儿穿过蓝色LCD142。蓝色光束阻挡物158可以按照与前述的光束阻挡吸收器161相同的方式构建。如前所述，反射镜88不改变蓝色光束156的偏振状态，这一点是很重要的。蓝色光束156的蓝色部分穿过蓝色LCD 142。每个单元通过根据希望显示的图象旋转电场矢来改变各个光部分。因而，已经通过蓝色LCD 142的改变的蓝色光束160此时是一束改变的蓝色光束，其包括显示器各个象素偏振方向的组合，每个象素通过驱动电子线路而具有预定的电场矢取向。各个象素的偏振状态的旋转量最终决定有多少光能通过并全程最终照射到用于显示的屏幕(图8中未示出)上。在此点上，改变的蓝色光束160照射到反射镜90并向上反射90°，从而与改变的红色光束144和改变的绿色光束152合并。反射镜90允许任何小于500nm的波长或光谱的其它预定部分被反射。反射镜90不改变改变的蓝色光束160或任何照射到其上的其它光束的偏振状态，这一点很重要。此时改变的蓝色光束160继续入射到检偏器146。每个象素光束中为P偏振成份的矢量成份将穿过检偏器146进入到投影透镜148，并根据投影透镜的放大率朝着屏幕投射成光束178的一部分。改变的蓝色光束160中非P矢量成份的矢量成份(S矢量成份)将被检偏器146向左偏转并被光束阻挡物150吸收。光束阻挡物150可以按照前述光束阻挡吸收器161的方式制造。因而蓝色光束在观察面的强度直接与蓝色电场矢的旋转量成正比。
在此点上，显示的所有颜色(红、绿和蓝)穿过了系统和投影透镜148投影到显示屏(图8中未示出)上。它们在各自顶部合并，产生一个具有校正的色彩平衡的象素化图象。
投影透镜148既可以是一个单透镜也可以是一个在显示屏上产生良好聚焦图象的透镜组。在该系统中有一个后焦点，其距离等于从透镜的后面到LCD 138、140、142中每一个的距离。所有这三个LCD都做成距离相等。
因而，要聚焦并对齐本系统，必须首先投射一种颜色而没有其它的颜色。投射完成并聚焦图象后再沿着第一种颜色投射第二种颜色，空间移动第二彩色LCD以在第一彩色象素的顶部产生一个明晰的图象或象素。然后将第二种颜色的整个图象与第一种颜色的整个图象对齐，从而在大小、聚焦和准直上完好匹配。
接下来再截止或阻挡第二种颜色并再沿着第一种颜色投射第三种颜色，空间移动第三彩色LCD以在第一彩色象素的顶部产生一个明晰的图象或象素。再将第三种颜色的整个图象与第一种颜色的图象对齐，从而在大小、聚焦和准直上完好匹配。
然后开启所有的颜色，将图象投射成光束178，并在此时做最后的调节。
可以判断性地实施对可用于反射镜82和88的波长进行选择，使得可以不用重新设计整个光学系统的条件下，通过调节不同灯的色彩平衡来实现最后输出的彩色平衡(见图10A和10B)。
当投影图象时，当投影透镜到显示屏的距离增大到大约10英尺(约305cm)的距离时，图象的亮度出入意料地增大。在大约10英尺(约305cm)的范围内，图象在放大时也同时变亮，不象以前那样变暗。发现此现象时注意到，投影透镜148和每个LCD 138、140和142之间的光路长度大约为13.5英寸(约34cm)。图8中所示的部件如图8所示布置成平面，并由大约24×36英寸(大约61cm×92cm)的矩形包围。
虽然此现象没有完全弄清楚，但相信这种特有的效果是由光的偏振性质和投影光波的破坏性干涉产生的。我们认为，当图象较小时，在很小的区域中干涉出很多的波节点，因而减少了到达平面的光。当图象被放大时波节点进一步隔开并且出现的干涉较少。在某种尺寸时不发生干涉，这样当距离增大时图象的亮度(以流明/平方米或流明/平方英尺为单位)随着更多的放大而减小。
我们认为此时，在此投影仪而非以前的投影仪中发生此种现象的原因是投影光束178的单偏振态。本投影仪采用相同偏振器来使整个光路具有相同的偏振态，而以前的投影仪对每个LCD使用不同的偏振器，从而使电场矢的排列出现不同。
实例根据本发明构建的系统的效率与利用吸收型偏振器对LCD显示器照明的现有系统的效率对比分析如下参见图8。
实例1现有的吸收型偏振器(柯达或夏普投影仪)光源发射的光通量＝L光环的面积＝Aiir＝πr2LCD的光孔面积-ALCD＝长度×宽度＝6d×8d＝0.48d2＝0.48(2r)2＝0.48(4r2)＝1.92r2(对于一个3∶4∶5的LCD)。
由于LCD光孔而入射到LCD上的光的百分比＝ALCD/Acir＝1.92r2/πr2＝61.1％吸收偏振器通过的光的百分比＝总光量％-吸收量％＝100％-70％＝30％照射到LCD上的光量＝灯的光输出量*由于LCD光孔而入射到LCD上的光的百分比*偏振器通过的光的百分比＝L*0.611*0.30对于发射1000流明和用于1英寸长对角线的LCD的灯，经LCD入射的光＝1000*0.611*0.30＝183流明。
当然，这些分析并不解决系统的其它低效问题，如第二塑料起偏器的效率，灯光的会集效率，或系统中LCD的透射效率。
实例2本发明的系统(图8)光源发射的光通量＝L光环的面积＝Acir＝πr2LCD的光孔面积ALCD＝长度×宽度＝6d×8d＝0.48d2＝0.48(2r)2＝0.48(4r2)＝1.92r2(对于一个3∶4∶5的LCD)由于LCD光孔而入射到LCD上的光的百分比＝ALCD/Acir＝1.92r2/πr2＝61.1％通向LCD的光的百分比＝入射到LCD上的光的百分比/入射到LCD光孔上的光百分比＝ALCD/Acir＝1.92r2/πr2＝61.1％ 起偏器的效率＝(0.611*0.97)*100＝59％因此，对于发射光通量1000流明的灯和一英寸长对角线的LCD，入射到LCD的光通量为1000*0.59或590流明。
这对于现有的系统给提高大于3.2倍。
参见图8A，用相同的部件对图8进行功能性的描述，但为了简单起见省去部件的标号。根据功能将这些部件划分成组，但也可根据需要在组中替换、去除或加入其它的部件。图8A所示为实现本发明的方法所涉及的步骤。
在图8和8A中，光源32、反射器41、准直透镜43、反射镜33、反射镜35和光束阻挡器161一起工作，详情如以上参考图8所述，产生用于投影仪的光束57。
如以上参考图8所述，当光束57经过起偏装置36时即可完成对光束57的初始的分解，并且光束57被初始分成两束正交的偏振光束52、54。初始的分解还包括通过使光束经过半波延迟器而使光束延迟，产生一束偏振状态与光束52相同的光束56。
当两光束分别从形成装置40、42、44和46反射时就形成了光束30，成为如图5所示的单光束30，详情参见上面的图3、3A和3B所述。形成装置40、44、46也可采用除图3和3B以外的其它布局也是可以的。而且形成装置40、44、46的形状和布局可以做成能产生一个矩形或正方形光束，或是任何其它所需的几何形状。
如关于图8所述，光束的分离通过使该光束经过分离装置80、84、86而实现。形成的偏振光束30遇到分离装置80后，在此被分成两束光132、134。偏转的光束132向上穿行。而光束134则照射到分离装置84，并在那儿被分成两束光154、156。偏转的光束154向上穿行。而光束156则照射到分离装置86，这里偏转的光束154向上穿行。
通过使光束穿过LCD 138、140、142或其它合适的改变装置而实现分离光束的改变，如关于图8所述。每个光束都穿过其各自的LCD。每个液晶盒根据要显示的图象通过旋转电场矢量的取向而改变光束的各个部分。这样，已通过LCD的、改变的光束是一束包括显示器各个象素偏振组合的、改变的光束，每个象素通过驱动电路而具有预定取向的电场矢。各个象素偏振状态的旋转量将最终决定该象素有多少光穿过起偏装置146中的整个路径并最终到达用于显示的屏幕(图8A中未示出)。
光束132、156的调节通过使光束穿过调节装置或反射镜82、88和光束阻挡器136、158而完成。任何“无用”波长将穿过反射镜或调节装置82、88并入射到光束阻挡器136、158，而有用波长则以90度偏向各个LCD。光束阻挡器136、158可以按照前述光束阻挡吸收器161的方式制造，如以上关于图8的描述。
光束144、152和160的合并通过使光束经过合并装置或反射镜90、92而完成。如果需要，这些合并装置也可通过其波束透过/反射特性用于调节。改变的光束134穿过合并装置或反射镜92，同时改变的光束144从合并装置92偏振，合并装置92用于把两束光144、152合并成单束光。最好合并装置92不改变任何入射到其上或从其穿过的光束的偏振状态。此合并光束穿过反射装置90。最好合并装置90不改变任何入射到其上或从其穿过的光束的偏振状态。合并装置或反射镜90把合并的改变的光束144、152与改变的光束160合并成单束合并的改变的光束，如以上关于图8的描述。
在光束被合并成单束光之后，将其导向分解装置，在那儿经过偏振分束器146分解成两束光，所需的分开的光束通向投影装置148，如参考图8的详细描述。
投影装置148既可以是一个单透镜，也可以是一个透镜组，只要在屏幕上产生一个良好的聚焦图象即可。它有一个后焦点，其焦距与从透镜后部到系统中改变装置138、140、142中的一个装置的距离相等。此距离对于所有的三个改变装置均相同。
虽然以上参考优选实施例进行了详细的描述和具体的展示，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明实质和范围的前提下可以做各种形式及细节上的改变。
参见图8B，它是如图8所示的另一彩色LCLV投影仪的另一实施例。图8B是属于Seiko Epson Corp、发明人为Yajim等人的美国专利US4,909,601的一种改进，其使用一种全新的单偏振光方法和系统。图8B中的另一实施例使用本发明不同的光路布置。如结合图8所述，形成一束用于光学系统中的偏振白光30。这里，白光照射到反射镜80上并被分成两束，一束红光132和一束蓝绿光134。光束132前行，入射到反射镜82并向左偏转(如图8B所述)穿过LCD138。此时，电场矢量的取向响应于形成光束144的控制信号输入装置(见图19)而旋转。然后光束144从二色合束器93特别是二色表面94偏转，并向上反射(如图8B所示)经过检偏器146。这里，红色光束1 44按照P和S矢量成份分离，P矢量通过检偏器146，S矢量成份向左偏转照射到光束阻挡器150。再看光束134，蓝绿光134照射到二向色镜84并被分成绿色光154和蓝色光156。绿色光154向上偏转(如图8B所示)穿过绿色LCD 140，这里，其响应于信号输入装置(见图14)而改变电场矢量的取向。改变的绿色光152进入二色合束器93并穿过表面94和96。该光束继续穿入检偏器146。P矢量成份穿入到投影透镜148，S矢量成份向左转向并照射到光束阻挡器150。再来看蓝色光束156，该光束从反射镜86向上偏转(如图8B所示)，这里，其照射到二向色镜88并向右偏转通入LCD 142。这里，其响应于控制信号输入装置(见图19)而改变电场矢量的取向并形成蓝色光束160。然后蓝色光束160进入二色合束器93并通过表面96向上偏转(如图8B所示)进入检偏器146。这里蓝色光束160按照P和S矢量成份分离，光束160的P矢量成份穿过检偏器146到达投影透镜148，光束160的S矢量成份向左偏转(如图8B所示)照射到光束阻挡器150。
再来看图8C，图中示出了图8所示彩色LCLV投影仪的另一实施例。图SC是属于North American Philips Corp.的发明人为McKechnie等人的美国专利US4,864,390的一种改进，使用一种新的新颖的单偏振光方法和系统。图8C所示的另一实施例除了从各LCD到光源的光程精确地相同并且从各LCD到合束器和输出透镜的的光程相同之外，与图8的功能相同。此系统的操作和功能与图8所示的系统相同。还应理解，图8C可以具有复制的LCD光路布置并用作第二调制子系统，以产生输入到偏转合束器146的光束，形成一个与图20、20A、20B所公开的3D投影仪相同的3D投影仪。
现参见图8D，该图示出了图8所示彩色LCLV投影仪的另一实施例。图8D是对属于Seiko Epson Corp的发明人为Kamakura等人的美国专利US4,850,685和属于Matsushita Electric Industrial Co.的发明人为Kiyatake等人的美国专利US4,943，154的一种改进，其使用一种新的单偏振光方法和系统。图8D中的另一实施例与图8的操作和功能精确地一致，除了用被合并的分束器和合束器93代替分开的二色分束器和合束器80、82和84之外。根据这里公开的实施例，将会理解可以复制分束和合束系统以产生另一光束，其入射到检偏器146中，产生一个功能操作与图20～20B所示的系统相同的3D投影仪。
参见图8D，可进一步知道，白色源光束30照射到第一二色彩色分束器93并被分解成红色光束132、绿色光束154和蓝色光束156。绿色光束154通向绿色LCD 140，并响应于控制装置的输入而改变其各个部分电场矢量的取向，形成改变的绿色光束152。然后此改变的绿色光束152电场矢量取向不变地通过合束器93，并按照P成份和S成份在检偏器146处被分开，P矢量成份穿过投影透镜148，S成份向上反射到光束阻挡器150，并在那儿被吸收。再来看红色光束132，该光束从反射镜83向左偏转(如图8D所示)到反射镜82，并从反射镜82向下偏转(如图8D所示)到LCD 138。穿过LCD 138之后，光束132各个部分的电场矢量取向改变并形成改变的红色光束144。改变的红色光束144向左(如图8D所示)从表面94偏转到检偏器146。这里改变的红色光束按照P和S成份分离，P成份通到投影透镜148，S成份向上偏转到光束阻挡器150。再来看从表面82偏转的光束132，这里还可以进行滤光，使所需的波长通向左侧(如图8D所示)从而被光束阻挡器136吸收。再来看从第一二色分束器93出来的蓝色光束156，该光束从表面96向下偏转并从表面86偏向左侧(如图8D所示)。然后蓝色光束156从反射镜88向上偏转经过蓝色LCD142。然后LCD142响应于控制信号输入装置(见图19)通过改变电场矢量的取向而改变蓝色光束142的各个部分，并形成改变的蓝色光束160。然后，蓝色光束160从表面96向左反射并通过检偏器146。这里，蓝色光束160被分成P和S成份，P成份通向透镜148，S成份向上偏转(如图8D所示)，并由光束阻挡器150吸收。
再返回到蓝色光束156，当该光束照射到反射镜88时，可以对通向左侧(如图8D所示)从而被光束阻挡器158吸收的蓝色光束156的无用波长进行滤光，而所需的波长则向上偏转。
彩色LCLV投影仪的另一实施例示于图8E～8G。图8E中的另一实施例利用独立光源170、172和174形成一束用于通过LCD138、140和142改变电场矢量取向的光束。图8E和8F中的这些光源170、172和174可以有不同的形式和功能。这些光源包括一个以矩形形状形成的二极管线性阵列矩阵、固体激光器平面矩阵、LED发光二极管等，而在图8G中，光源170a，172a和174a可以是单束输出的激光束，输出光被转变成一个被LCD 138、140和142所用的矩形。光源分别形成光束194、196和198。在图8E中，每个光束都具有经LCD 138、140和142改变的各个部分，该LCD 138、140和142用于改变各个部分的电场矢量取向，改变的光束144、152和160在二色合束器装置93中被合并，形成具有多个部分的单束共线光束。然后此共线光束通向检偏器146，在那儿把各个部分分成P和S成份，S成份被向左偏转到光束阻挡器150，P成份通向投影透镜148，在那儿显示到屏幕(图8E中未示出)上。
彩色LCLV投影仪的另一实施例示于图8F。这里，二色合束器93已用两个单独的二向色镜90、92代替，其用于把三束单独的光束合并成单共线光束。
在图8G所示的另一实施例中，光源170a、172a、174a是单束输出激光，如气体激光器中的输出激光。该输出被转变成矩形输出。图8G其余部分的功能和操作与图8E精确地一致。
这里举例而非限定性地说明，根据本发明构成的系统和方法具备下列结果以及优于现有的用于LCLV投影仪的照明系统的优点。
产生的矩形单束偏振光将有效地充满LCD显示器的孔径，因而使LCD投影仪的光输出最大化。
在LCD显示器的所得光束的发散性比用其它合并法、如US4,913,529中公开的方法的发散性小。
本发明的系统能够使投影仪利用更亮的光源进行投影，因而能使观看投影的人看到较高环境光水平的投影源。
利用本发明的系统，投影将更亮更轻。
利用本发明的系统，由于光源效率更高，投影仪耗能较少。
利用本发明的系统，投影到大屏幕电视上的影像更易于观看。
用于制造高分辨率或3D彩色投影图象的方法参见图19，图中示出了用于产生高分辨率或3D彩色投影图象的方法流程图。用于本发明的方法和系统可以概括如下产生一个准直的白光光源；从源光束中分离并吸收红外和紫外光成份；将源光束起偏并分离成两束正交的偏振光束；改变两正交偏振光束之一的偏振方向以产生两束电场矢量的取向相同的偏振光束，并将每个单独的偏振光束分别导向投影仪的左侧或右侧；把偏振的左侧光束和偏振的右侧光束分成偏振的初级彩色光束(红、绿、蓝)；进一步对偏振的初级彩色光束滤光，从而提供色彩平衡；利用单独的LCD改变初级偏振彩色光束的电场矢量取向，其中每个LCD响应于单独的信号输入装置；(为了3D收视，用于左侧的信号输入装置对应于左眼图象，用于右侧的信号输入装置对应于右眼图象；在两种情况下(3D或高分辨率)，单独的右侧和左侧输入装置由适当的电子线路控制装置66控制。应该理解，控制电路66可以把HDTV的视频信号分成左眼和右眼视频信号。其结果是能够利用广播标准将3D用于HDTV.)；合并改变的初级偏振彩色光束；把改变的左右侧初级彩色光束合并成单束的改变光束；按照改变的光束的P和S矢量成份分解合并的光束；把单束的改变光束投影到观察屏上；(对于3D收视，观众可以配戴特定的眼镜，该眼镜上的镜片用于观看不同偏振方向的左眼或右眼图象)。
现参见图20，图中示出了根据本发明实施例构造的投影仪结构。为了方便起见，图20用表示光路的位置方向标注，实际的布置并非和这一样。只要所有的成份在适当的光路中彼此对齐，也可以采用图20以外的其它布局。
参见前面的部分，产生一束源光束57入射到偏振器立方体36。偏振器立方体36把源光束57分离并起偏成两个正交偏振光束52和54，两正交偏振光束52和54具有相同的面积和不同的偏振状态。P偏振光束52L经偏振器立方体36直线传播入射到投影仪的左侧。源光束57的其它偏振成份，源光束57的S偏振部分以及光束54穿过半波延迟器38，在那儿被转换或改变成P偏振光束52R。然后光束52R通到投影仪的右侧。这样，投影仪的左侧和右侧利用相同偏振状态的光束52L和52R工作。或者，构成的投影仪也可利用不同偏振方向的光束工作，即S偏振光。
半波延迟器38可以是已知延迟器一类的光学元件，用于改变入射波的偏振方向。利用一个延迟器可使P偏振光的一个分量在相位上落后于另一个分量预定的量。光从延迟器38出射，两个成份的相对相位不同于其初始的状态因而偏振状态也不同。已知的半波延迟器是一种产生90度相对相位差的延迟片。或者，反射镜可以用于产生适当延迟的光束。
以上对半波延迟器38的要求和规格做了一般性地讨论。另外，也可采用其它任何合适的、用于分解源光束57并用于产生正交偏振光束(52，54)的装置来代替偏振器立方体36。
下面将对图20中由虚线围起来的投影仪的左右侧进行描述。投影仪的左右侧包括分布在相同光路上的相同元件。但是部件有一个附加的L或R标志以便于彼此区分。简单地说，左右侧包括用于把白色偏振光束(52R或52L)分成单独的初级彩色光束红、绿、蓝的装置(反射镜80和84)；LCD138、140、142形式的装置，其响应于不同电子线路控制装置66控制的不同信号输入装置来改变不同初级偏振彩色光束各个部分的电场矢量取向(图19)；和用于合并改变的不同初级偏振彩色光束的装置(反射镜92，90)。
分别由左右侧投影仪形成的两个单独的光束62L和62R通过一个偏振检偏器146(合并和分离装置)合并及分离，并被投影仪透镜148投影成收视屏幕(图20中未示出)上的一光束178。
适当的电子线路控制装置66(图19)可用于控制并协调输入到单独的左侧和右侧的LCD(130，140，142)的信号。为了3D收视，电子线路控制装置可以构造成给左侧提供一个与左眼图象相对应的视觉图象，为右侧提供一个对应于右眼图象的视觉图象。另外，左眼图象和右眼图象可以彼此叠加或按时间顺序地叠加。例如，如图20所示，右侧可以通过机械或电子装置(未示出)上下移动。为了获得高精度的投影图象，控制装置66可以构造成给左侧提供一个视觉图象，其偏离(即垂直或水平偏离一个象素)于提供给右侧的视觉图象。
为了方便起见，投影仪左侧和右侧的同一组件由相同的标号表示。左侧偏振光束52L进入左侧投影仪，右侧偏振光束52R进入投影仪右侧。左侧的操作如以上对彩色投影仪部分的描述及图20中所示。右侧的操作与各个光束不同位置取向的区别相同。
此处，由左侧形成的光束62L透射到检偏器146的底部(只是位置方向)并且按照电场矢量的P和S分量分离。由右侧投影仪形成的光束62R通到检偏器146的右侧(只是位置方向)并按照电场矢量的P和S分量分离。显示的彩色光束(红、绿和蓝)通过系统和投影透镜148，投射到屏幕上；它们彼此合并或叠加，从而产生具有彩色平衡校正的象素化图象。投影仪的右侧起相同组件的作用方式完全一致。但是在进入检偏器146之前，右侧光束62R的偏振状态必须通过半波延迟器39改变，这样右侧光束62R偏转90度角与左侧光束62L合并。
以上对投影透镜148有关内容及其靠近屏幕的结构进行了讨论。
图21所示为根据本发明构成的投影仪的3D应用。如图21所示，景物70用一个左侧相机72和一个右侧相机74拍照。左侧相机72给投影仪81的左侧提供一个输入信号76，而右侧相机74则给投影仪81的右侧提供一个输入信号78。电子线路控制装置66(图19)可以按照前述的描述操作，把这些分开的信号从左侧输入76和右侧输入78输入到投影仪81中。左侧图象可以在第一方向上偏振，右侧图象在不同的方向上偏振。通过使用观看视镜220，投影到观察面或屏幕87上的图象对观察者显示为3D。或者，将控制装置66构成为以时间顺序显示左侧和右侧图象。无论是否使用视镜220，这都将产生3D效果。
图20A中所示的另一实施例与图20中的优选实施例相比，除四分之一波延迟器188位于投影透镜148和检偏器146之间以外其它都相同。图20A所示投影仪的另一实施例可以用于提供一个圆偏振投影图象。这可以用于提供例如圆偏振的左侧和右侧图象，并用圆偏振的玻璃透镜来观看3D投影。
图20B所示为另一实施例。图20B的另一实施例几乎与图20A所示的、加入四分之一波延迟器188的另一实施例相同。但是图20B的实施例还包括一个第二检偏器190(其上安置一个半波延迟器39和四分之一波延迟器188)和位于右侧反射镜90R和检偏器146之间光路上的抑制光束阻挡器192。第二检偏器190用于进一步解吸、分离和合并改变的彩色光束62R和62L。
在图20C(彩色LCLV 3D投影仪的另一实施例)中，其中有两个组成部分。每个组成部分产生一个如图8F所示的共线光束。它们在检偏器146中合并到一起，如参见图8F所述。这些合并形式可以是一个光束与另一个不同偏振状态光束的合并，也可以是一束光束相对于另一光束移动从而大部分光束之间相互偏离，或者彼此叠加。另外，如前所述，定时光束可以产生出彼此之间暂时同步的光束或产生能在所需被显示的信息的不同场之间切换的光束。
图20D但除了把四分之一波延迟器188插入在透镜148和检偏器188之间之外，与图20C相同。这种可变延迟器用于改变从检偏器146输出的分离光束的大部分，使得每个改变的部分具有不同的电场矢量取向。这样每个改变的部分可以显示在不同的平面上，如包含在屏幕中或图23所示的立方体175中。
产生高分辨率或3D投影的黑白图象的方法参见图22，图中揭示了另一种高分辨率或3D的黑白投影仪。图22的黑白投影仪包括一个用于产生包含白光的准直源光束50的光源装置32；以反射镜33和35以及光束阻挡吸收器161形式存在的分离和吸收装置，其用于从源光束50中除去并吸收红外和紫外光；以偏振器立方体36形式存在的偏振装置，其用于把源光束分成两束正交光束，P偏振束52和S偏振光束54，S偏振光束偏振90度；半波延迟器38形式存在的偏振状态改变装置，其用于把S偏振光束54的偏振方向改变为第二P偏振光束56；采用第一LCD 116形式的第一装置，其响应于输入的图象改变第一P偏振光束52的电场矢量的取向，来产生一束改变的第一光束120；采用第二LCD 118形式的第二装置，其响应于输入的图象通过改变第二P偏振光束56的电场矢量的取向，来产生一束改变的第二光束；采用第二偏振器立方146形式的合并装置，其用于合并改变的第一120和第二122光束；采用第二半波延迟器126形式的电场矢量第二取向改变装置，该第二半波延迟器位于第二LCD 118和第二偏振器立方146之间的光路中，其用于转变第二改变光束122的偏振方向；采用投影透镜148形式的投影透镜装置，其用于把从第二偏振器立方体146出射的光束128作为光束178投影成显示屏幕(图22中未示出)上；和控制装置(图22中未示出，可参见图19中的装置66)，其用于给LCD 116、118提供并控制输入信号。
图22中所示的黑白投影仪采用图20中的彩色投影仪的方式起作用，只是没有如前所述的颜色分离和合并。此外，LCD 116、118的照明与前述的方法类似。
从前述描述中可以看出，第一LCD 116和第二LCD 118可以由控制装置控制，并采用输入图象以产生3D的效果或前述高分辨率的图象。即，对应于左眼和右眼的图象可以以不同的偏振状态或时间顺序或不同的偏振状态和时间顺序二者出现或编码。
参见图22A，图中示出了黑白投影仪的另一实施例。图22A所示的另一实施例与图22的情形完全一样，但加入了一个四分之一波延迟器188，从而，以圆偏振光束129形式提供一个投影图象。如前所述，该实施例可以与观看3D图象的圆偏振视镜一起使用。
因而本发明的投影仪和方法也可以用于提供一种高分辨率的3D黑白图象。
产生3D观察屏的方法图23是层面或投影屏或3D显示立方体的形成简图。参见图23，图中公开了一种全新的显示器。显示器根据例如本文献中的3D投影仪产生的光束工作。可以通过诸如可变延迟器188这样的装置来改变电场矢量的取向，其中延迟器188放置在偏振分束器146和输出透镜148之间，如图20A、20B和20D所示。该装置根据驱动电子线路通过旋转电场矢量的取向来工作。然后把此输出光束馈送到图23的装置中。图23的装置包括多个层，每一层都有一个不同于后续层的涂层，由此使得每个层都反射电场矢量的一个特定取向(或范围)。例如，层200反射0度～5度之间旋转的电场矢量。层202反射取向为5度到10度的电场矢量。层204反射旋转10度到15度的电场矢量。这种情况将在包含于图23所示装置中的多个层中继续。因而当一束光入射到图23的装置中时，第一图象平面在层200上，第二图象平面在层202上，下一图象平面在层204上等。然后反射第n个平面216上的最后图象。图象通过多个层而显示。
以上装置的另一形式是用透射剩余光的最后平面216的吸收代替平面上的反射。
作为反射率步骤的另一形式，使用一种这样的装置，该装置每个平面层相对于旋转的电场矢量具都有渐变的反射率。
制造平板荧光板的方法图24和24A表示与图8E，8F，20C，20D结合使用的平板荧光或氖照明板的实施例。气体180由透明板182和侧金属片176以及底罩186包围。在电极201之间施加可用于适当气体的电势差，促使气体中的原子进入激发态。通过在透明板82的表面涂覆上一种荧光材料，即可发光。另外，可以施加一个反射表面184以进一步从一个表面反射所有的光。另外，光束从中射出的上表面182可如图27所示制作或形成，使得发出的光被准直。另外，通过选择不同的气体、透明板182上的不同涂层以及不同的激发电压和电流，发射的光可具有不同的光谱(颜色和强度)。
制造一个激光二极管矩阵阵列的方法图25表示衬底166上的单独LED或激光二极管164的线性矩阵阵列，可以用于产生用在图8E，8F20C和20D的准直光源。光以准直光束的形式从激光二极管164(或LED)单束发出。该系统由布置成矩阵形式的多个激光二极管164制成，且与LCD中的液晶盒对齐。
产生准直光束的方法图28是光积分器/光源/反射器配置的一个优选实施例，其提供一种能产生基本均匀通量强度的准直光束的方法。虽然基本元件的操作是已知的，但元件的组合是新的。器件的工作方式如下(1)由光源32发出球形的光；(2)光源发出的部分光要么向前传播，要么向后传播(如图28所示)，并且之后有下列四种方式之一的情形(a)照射到多个光管第一端部的第一透镜45上，其中光管包含在光积分器装置63中，如图28中的光路69所示；或(b)照射到第二凹形反射装置65上，在那儿光被反射并返向第一凹形反射装置41，在第一凹形反射装置处被反射并导向光积分器装置63，从而照射到在多个光管的第一端部的第一透镜45上，其中光管包含在图28中光路77所示的光积分器装置63中；或(c)照射到第一凹形反射装置41上向光积分器63反射，在那儿光束照射到多个光管第一端部的第一透镜45上，其中光管包含在图28中光路67所示的光积分器装置63中；或(d)照射到第一凹形反射装置41，在那儿被反射并导向第二凹形反射装置65，之后光再被反射并导向第一凹形反射装置41，接着再反射并导向光积分器63，从而照射到在多个光管第一端部的第一透镜45上，其中光管包含在图28中光路68所示的光积分器装置63中；(3)照射到多个光管第一透镜45上的光按照通路和透镜之间的角度弯曲并穿过光管的主体75，并从光管经第二透镜71出射，其中第二透镜形成在光管75的第二端部；和(4)此时的光具有基本均匀的通量强度并且准直，接着其穿过透镜43被进一步准直。
光积分器由多个平行光管制成，如图27A中所示，每个光管与一个光管接触并与多个光管相邻。每个光管由形成在其第一端的第一透镜表面45、主体75以及形成在其第二端的第二透镜表面71组成。第一透镜表面45用于把更多的光线弯向法向。主体75把光载向第二透镜表面71并且主体75还具有与第一透镜表面45和第二透镜表面71相同的折射率。这减少了光必须穿过的界面数。光继续前行照射到磨成预定形状的第二透镜表面71并接着被更多地弯向法向，由此使得从表面71出射的光束基本上是准直的。透镜表面45和71的形状或形式既可以相同，也可以不同，这要根据几个因素，这些因素包括但非只包括光源的大小，光源的形状，光源的类型，光源到第一透镜表面45的距离，主体75的长度和大小，积分器第二透镜表面71到靶的距离以及行业中的其它因素等。
如图28所示，第二凹形反射装置65具有一个开口，光积分器装置63安置其中。光积分器装置63基本上占据了所述第二凹形反射装置65的开口。光积分器装置63有一个与第二凹形反射装置65的光轴重合的光轴。光积分器装置63的截面既可以是矩形，圆形，椭圆形，八边形，也可以是任何所需的形状。光积分器装置的形状取决于从积分器出射的最后形成光束所需的形状。
第一凹形反射表面装置41有一个光轴。光线装置32沿光轴安置。第一和第二凹形反射装置41和65的光轴重合。
本发明的系统最好包括一个透镜43，其在位置上可接收来自光积分器装置63第二端的光。透镜43还可用于对来自光积分器装置63的光束进一步准直。
第一和第二凹形反射装置41和65最好是抛物面形或椭圆形。
光学光管彼此并列形成蝇眼布局，如图27、27B和27c所示。光学光管可以是圆形、矩形、八面形或任何其它图27B和27C应用所需的方便的几何形状。
光学积分器装置63是现有的公知技术，如Kudo等人的美国专利US4,918,583、Matsumo等的美国专利US4,769,750、Konno等的美国专利US4,497,015和Tanaka的美国专利US4,668,077中所示。这些专利主要是为了形成集成电路制造中所用的截面通量强度均匀的光束或紫外光束。然而，光源、两反射表面以及光积分器之间的相互作用是新的。为了使系统良好地工作，设计中必须考虑光源及其辐射图案，第一和第二反射装置41和65，以及分别形成在光积分器装置63中的每个光管第一和第二表面上的透镜45、71和光积分器装置63中的每一个光管的具体位置。为了分析，商业上可以得到的计算机射线跟踪程序用在透镜和反射装置的结构设计中以得到具体光源所需形状，这些计算机射线跟踪程序比如是Genesse Optics Software，Inc.的OpticsAnalyst or Genii Plus，公司地址为3136 Winton Road South，Rochester，N.Y.，14623或Stellar Software的Beam Two，Beam Three，或Beam four，公司地址为P.O.Box 10183，Berkley，Ca.94709。
因而本发明提供一种彩色液晶光阀LCD投影仪，其可产生高亮度、高对比度和高分辨率的图象。另外，其还可从投影的图象中除去有害的红外和紫外光。而且根据本发明所述的内容，系统的组件可以修改或经过简单地调节就能产生色彩增强的图象。
至此，本发明投影仪在整体上优选的实施例是一个用于产生适于投射视频图象的调制光束的投影仪，其包括用于提供第一初始光束的装置，该第一初始光束具有随机变化的电场矢量选定成份的取向；集中装置，用于集中第一初始光束以形成其截面上具有基本均匀通量强度的第二初始光束；准直装置，用于把第二初始光束准直成具有随机变化的电场矢量选定成份取向以及在整个光束的截面上具有均匀通量强度的初始准直光束；去除装置，其用于从初始准直光束中至少除去一部分紫外和红外部分，从而产生的初始准直白光束并把去除的部分导向光束阻挡器，由此吸收去除部分；分解装置，其用于从初始准直的白光束中分解出具有电场矢量选定成份第一预定取向的初始准直的第一分解的白光和具有电场矢量选定成份第二预定取向的初始准直的第二分解的白光，由此使电场矢量选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；形成装置，其用于由初始准直的第一分解白光和初始准直的第二分解白光形成一束基本准直的、电场矢量选定成份具有相同预定取向的、并在整个初始准直的单束白光的截面上具有基本均匀通量强度的矩形初始白光；分离装置，其用于把单束准直的矩形初始白光分解成两束或多束单独的准直矩形彩色光束，由此使得每个单独的准直矩形彩色光束与其它单独的准直矩形彩色光束具有相同的电场矢量选定成份预定取向，并且每个单独的准直矩形彩色光束具有的颜色不同于其它单独的准直矩形彩色光束；调节装置，其用于通过去除至少一束准直的矩形彩色光束中预定的彩色部分并把去除的部分导向光束阻挡器而调节颜色，并由此吸收去除的部分；改变装置，其从通过使每个分开的准直矩形彩色电磁能量束中大部分能量束通过多个改变装置中对应的一个而改变每个分开的准直矩形彩色光束中大部分光束电场矢选定成份的预定取向，由此当每个基本准直的分开的电磁能量束中大部分能量束穿过用于改变电磁波场矢选定成份预定取向的多个装置中与之对应的一个装置时，每个分开的彩色光束中大部分光束电磁波场矢选定成份的预定取向响应于一个触发装置而改变，该触发装置以预定方式对触发装置施用信号装置；合并装置，其在基本上不改变每个分开的准直矩形彩色光束中大部分光束电场矢选定成份的预定取向的条件下，把改变的分开的准直矩形彩色光束合并成单束准直的矩形彩色光束；分解装置，用于从单束准直的矩形共线彩色光束中分解出具有电场矢选定成份第一预定取向的第一准直的矩形分解彩色光束和具有电磁波场矢选定成份第二预定取向的第二准直的矩形分解彩色光束，由此使得电场矢选定成份的第一和第二预定取向彼此不同；和使第一准直矩形彩色分解光束或第二准直矩形彩色分解光束中的一个通过投影装置。
根据前面的讨论以及权利要求和说明书的内容，本发明的下列优点将变得更加清晰易于达到高亮度亮度只由LCD的特性限制，而不受任何回到光源的反射光路的影响，亮度可以通过改变光源而很容易地修正；提高效率意味着产热低使用高效光路，并且由于LCD吸收作用，只有在光学装置中才出现显著地发热；改型简单光学装置可以是各种强度的LCD和各种LCD；
独特的提供矩形光束的光路很少(鬼图象)，没有光返回到光源，有更好的偏振控制，对比度高，更袖珍的投影仪，更易于制造，排除或消除了光衍射，没有偏振器的衰减；持久性较长的偏振器寿命，组件暴露在很少的热量下；增大的分辨率/亮度没有分辨率限制，随着亮度的提高分辨率也提高；材料使用透射型(非反射型)LCD，偏振器不吸收光，减少了成象物体的数量，减少关键的成象物体的数量；象素的对准提供象素之间没有角度差的共线输出光束；易于调节色彩的清晰度以及对准；可以用较低附加成本的相同类型组件获得三维效果；通过前面的描述，本发明的其它目的、优点和功能将变得更加清晰。
虽然已参考优选实施例具体显示和描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明实质和范围的前提下可以做出各种形式上和细节上的改变。
使用的标号用途描述30 光源发出的合并的偏振束31 点光源32 光源33 红外反射镜34 LCD显示器35 紫外反射镜36 偏振分束器37 源光束55的紫外部分38 半波延迟器39 半波延迟器40 宽带反射镜41 光源反射装置42 宽带反射镜43 准直透镜或装置44 宽带反射镜45 第一透镜表面46 宽带反射镜47 偏振分量束48 彩色滤光片49 分量的偏振束50 非偏振的准直光束51 偏振束入射到LCD上52 P偏振束53 反射束54 S偏振束55 无红外部分的所得能量束56 反射的第二P偏振束57 无紫外部分的源光束58 分开的反射束59 改变的偏振束
60 分开的反射束62 左侧射束输出63 积分器64 右侧射束输出65 光源反射装置66 控制装置67 光线68 光线69 光线70 景物71 第二透镜表面72 左侧相机73 光源发出的光线74 右侧相机75 积分器主体76 左侧入射到投影仪77 光线78 右侧入射到投影仪80 红绿蓝分束反射镜81 投影仪82 红光反射镜/滤光装置84 绿蓝分束镜86 蓝色反射镜87 观察屏88 蓝光反射镜/滤光片89 四分之一波延迟器90 对红/绿蓝光的反射镜/合束器92 对红和绿光的反射镜/合束器93 色合束器或分束器94 在X二向色镜上的涂层(对红色取向)96 在X二向色镜上的涂层(对蓝色取向)
100 LCD盒或象素101 液晶材料103 透明板104 透明板105 LCD盒的隔离物106 LCD盒的隔离物107 密封元件108 密封元件109 导电涂层110 导电涂层116 第一LCD118 第LCD120 第一改变的射束122 第二改变的射束126 第二半波延迟器128 合并的S和P光束129 在椭圆光束中的合并的S和P光束132 红色光束134 绿/蓝光束136 红色光束阻挡物138 红色LCD140 绿色LCD141 可见光束的红外部分142 蓝色LCD144 改变的红色光束146 检偏器148 投影透镜150 投影光束阻挡器152 改变的绿色光束154 绿色光束156 蓝色光束
158 蓝色光束阻挡器160 改变的蓝色光束161 光束阻挡吸收器164 激光二极管或LED166 衬底170 红光单光源171 扩束装置172 绿光单光源174 蓝色单光源175 3D偏振观察装置176 金属端件178 经过透镜的投影光束180 气体182 用于荧光的玻璃清洁板183 管184 银反射器186 端罩188 四分之一波延迟器189 可变延迟器190 第二检偏器192 回绝光束阻挡器194 具有1偏振的准直红光196 具有1偏振的准直绿光198 具有1偏振的准直蓝光200 反射偏振束的第一表面201 电极202 反射偏振束的第二表面204 反射偏振束的第三表面206 反射偏振束的第四表面208 反射偏振束的第五表面210 反射偏振束的第六表面
212 反射偏振束的第七表面214 反射偏振束的第八表面216 反射偏振束的第n表面220 收视眼镜224 收视者
权利要求
1.一种产生基本准直的电磁能量入射束的方法，该电磁能量入射束的电磁波场矢具有基本相同的选择的取向，且通过该电磁能量束的截面具有基本一致的通量强度，其包括a.提供一第一基本准直的电磁能量；b.分解该第一基本准直电磁能量束为一第一基本准直的分解的电磁能量束，其电磁波场矢具有第一选择的取向，合一第二基本准直的分解的电磁能量束，其电磁波场矢具有第一选择的取向，由此，该电磁波场矢的第一和第二选择的取向相互不同；c.沿该第一基本准直的分解能量束的光学通路，在第一位置截取该第一基本准直的分解能量束，并对该电磁波场矢的第一选择的取向偏移一非零增量以产生一第一相偏移的分解束；d.沿该第二基本准直的分解能量束的光学通路，在与第一位置间隔开的第二位置截取该第二基本准直的分解能量束，并对该电磁波场矢的第二选择的取向偏移一第二非零增量以产生一第二相偏移的分解束，其具有与该第一相偏移的分解束的电磁波场矢基本相同的选择的取向；以及e.改变该第二相偏移分解的能量束方向以使之平行该第一相偏移的分解的能量束，而形成第二基本准直的电磁能量束，其具有基本相同的电磁波场矢选择的取向和基本一致的通过该第二基本准直的电磁能量束截面的通量强度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述(a)包括将该第一基本准直的电磁能量束成型为横截面为矩形状。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的第一基本准直的电磁能量束包括一矩形横截面。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述(b)包括调整所述第二基本准直分解的电磁能量束为一相对于所述的第一基本准直分解的电磁能量束为基本一致的通量强度。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述(c)中的所述偏移包括通过一电磁波矢取向旋转器的至少一个所述的基本准直的分解的波束。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述(d)中的所述的偏移包括通过一电磁波矢取向旋转器的至少一个所述的基本准直的分解的波束。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述(c)中的所述偏移包括反射一电磁波矢取向旋转器的至少一个所述的基本准直的分解的波束。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述(d)中所述的偏移包括反射一电磁波矢取向旋转器的至少一个所述的基本准直的分解的波束。
9.如权利要求1所述的方法，还包括将所述(e)中至少第一和第二相偏移的分解的波束中至少一个成型为矩形横截面。
10.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二相偏移的分解的波束中至少一个包括一矩形横截面。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述(e)包括调整所述第二相偏移的分解的波束为一相对于所述第一相偏移的分解的波束为基本一致通量强度。
12.一种产生一基本准直的电磁能量束的方法，该电磁能量束的电磁波场矢具有基本相同的选择的取向，且该电磁能量束的横截面具有基本一致的通量强度，其包括(a)提供第一基本准直的电磁能量束；(b)分解该第一基本准直的电磁能量束为，其电磁波场矢具有第一选择的取向的第一基本准直的分解的电磁能量束，和其电磁波场矢具有第二选择的取向的第二基本准直的分解的电磁能量束，由此，该电磁波场矢的第一和第二选择取向是彼此不同的；(c)改变该第二基本准直的分解的能量束以使其平行于该第一基本准直的分解的能量束；(d)沿该第一基本准直的分解能量束的光学通路，在第一位置截取该第一基本准直的分解能量束，并对该电磁波场矢的第一选择的取向偏移一非零增量以产生一第一相偏移的分解束；(e)沿该第二基本准直的分解能量束的光学通路，在与第一位置间隔开的第二位置截取该第二基本准直的分解能量束，并对该电磁波场矢的第二选择的取向偏移一第二非零增量以产生一第二相偏移的分解束，其具有与该第一相偏移的分解束的电磁波场矢基本相同的选择的取向；以及(f)基于所述的第一和第二相偏移的分解的能量束形成电磁能量的第二基本准直的能量束，所述的第二基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的第二基本准直的电磁能量束的横截面通量强度。
13.一种产生基本准直的电磁能量束的系统，该基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的电磁能量束的通量强度，包括(a)第一基本准直的电磁能量束；(b)束分裂器，其经配置以分解该第一基本准直的电磁能量束为第一基本准直的分解的电磁能量束，其具有第一选择的电磁波场矢取向，和第二基本准直的分解的电磁能量束，其具有第二选择的电磁波场矢取向，由此，该第一和第二电磁波场矢的选择的取向是彼此不同的；(c)第一电磁波场矢取向旋转器，其经配置以(1)沿着能量束光学路径截取该第一基本准直的分解的能量束于第一位置；以及(2)以第一非零增量偏移该电磁能量波场矢的第一选择的取向而产生一第一相偏的移分解的能量束；(d)第二电磁波场矢取向旋转器，其经配置以(1)沿着能量束光学路径截取该第二基本准直的分解的能量束于与该第一位置间隔开的第二位置；以及(2)以第二非零增量偏移该电磁能量波场矢的第二选择的取向而产生一第二相偏移的分解的能量束，其具有与该第一相偏移的分解的能量束基本相同的电磁波场选择的取向；以及(e)反射器，其经配置以改变该第二相偏移的分解的能量束的方向，以使其平行于该第一相偏移的分解的能量束而形成第二基本准直的电磁能量束，其具有基本相同的选择的电磁波场矢选择的取向，和基本一致的第二基本准直的电磁能量束的通量强度。
14.如权利要求13所述的系统，还包括一束成形器，其经配置以将所述第一基本准直的电磁能量束形成为矩形横截面。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述的束成形器包括一反射镜。
16.如权利要求14所述的系统，其中所述的束成形器包括一反射器。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述的束成形器包括至少一个棱镜。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述的束分裂器包括一电磁波场矢分裂分解器。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述的束分裂器还经配置以调整所述的第二基本准直的分解的电磁能量束为一相对于所述第一基本准直分解的电磁能量束基本一致的通量强度。
20.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一无源液晶装置。
21.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一有源液晶装置。
22.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一半波片。
23.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一四分之一波片。
24.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一双折射材料。
25.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一非双折射材料。
26.如权利要求13所述的系统，其中所述(c)中的所述旋转器包括一薄膜材料。
27.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一无源液晶装置。
28.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一有源液晶装置。
29.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一半波片。
30.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一四分之一波片。
31.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一双折射材料。
32.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一非双折射材料。
33.如权利要求13所述的系统，其中所述(d)中的所述旋转器包括一薄膜材料。
34.如权利要求13所述的系统还包括一束成形器，其经配置以将所述(e)中的第一和第二相偏移分解的能量束中的至少一个成形为一矩形横截面。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述的能量束成形器包括一反射镜。
36.如权利要求34所述的系统，其中所述的能量束成形器包括一反射器。
37.如权利要求34所述的系统，其中所述的能量束成形器包括至少一个棱镜。
38.如权利要求13所述的系统，其中所述的反射器经配置以调整所述的第二相偏移分解的能量束至相对于所述第一相偏移的分解的能量束的基本一致的通量强度。
39.如权利要求13所述的系统，其中所述的反射器包括一反射镜。
40.如权利要求39所述的系统，其中所述的反射镜是二向色的。
41.如权利要求39所述的系统，其中所述的反射镜包括一薄膜材料。
42.如权利要求39所述的系统，其中所述的反射镜包括一金属镀层。
43.一种产生基本准直的电磁能量束的系统，该基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的电磁能量束的通量强度，包括(a)第一基本准直的电磁能量束；(b)束分裂器，其经配置以分解该第一基本准直的电磁能量束为具有电磁波场矢的第一选择的取向的第一基本准直的分解的电磁能量束和具有电磁波场矢的第二选择的取向的第二基本准直的分解的电磁能量束，由此，该电磁波场矢的第一和第二选择的取向是彼此不同的；(c)反射器，其经配置以改变该第二基本准直的分解的能量束的方向，使其和该第一基本准直的分解的能量束平行；(d)第一电磁波场矢取向旋转器，其经配置(1)沿着能量束光学路径截取该第一基本准直的分解的能量束于第一位置；以及(2)以第一非零增量偏移该电磁能量波场矢的第一选择的取向而产生一第一相偏的移分解的能量束；(e)第二电磁波场矢取向旋转器，其经配置以(1)沿着能量束光学路径截取该第二基本准直的分解的能量束于与该第一位置间隔开的第二位置；以及(2)以第二非零增量偏移该电磁能量波场矢的第二选择的取向而产生一第二相偏移的分解的能量束，其具有与该第一相偏移的分解的能量束基本相同的电磁波场选择的取向；以及(3)由此，一包括该第一和第二相偏移分解的能量束的第二基本准直的电磁能量束形成，所述的第二基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢的取向和基本一致的该基本准直的电磁能量束的横截面通量强度。
44.一种产生基本准直的电磁能量束的系统，该基本准直的电磁能量束具有基本相同的电磁波场矢的选择的取向和基本一致的电磁能量束横截面的通量强度，其包括(a)第一基本准直的电磁能量束；(b)分解该第一基本准直的电磁能量束的装置，其将该第一基本准直的电磁能量束分解为第一基本准直的分解的电磁能量束，其具有第一选择的电磁波场矢的取向，和第二基本准直的分解的电磁能量束，其具有第二选择的电磁波场矢的取向，因此，该第一和第二电磁波场矢的选择的取向是彼此不同的；(c)沿该能量束的光学路径，截取该第一基本准直的分解的能量束的装置于第一位置；(d)以第一非零增量偏移该电磁波场矢的第一选择的取向以产生第一相偏移的分解的能量束的装置；(e)沿该第二基本准直的分解的能量束，在与第一位置分隔开的第二位置截取该第二基本准直的分解的能量束的装置；(f)以第二非零增量偏移该电磁波场矢的第二选择的取向以产生第二相偏移的分解的能量束的装置，该第二相偏移的分解的能量束具有和第一相偏移的分解的能量束基本相同的选择的电磁波场矢取向；以及(g)改变该第二相偏移的分解的能量束以使其平行于第一相偏移的分解的能量束而形成第二基本准直的分解的电磁能量束的装置，该第二基本准直的分解的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢的取向，和基本准直的电磁能量束的基本一致的横截面通量强度。
45.如权利要求44所述的系统，还包括将所述第一基本准直的电磁能量束形成矩形横截面的装置。
46.如权利要求44所述的系统，还包括将所述(g)中的所述第一和第二相偏移的分解的能量束形成矩形横截面的装置。
47.如权利要求44所述的系统，还包括调整所述的第二基本准直的分解的电磁能量束到相对于第一基本准直的分解的电磁能量束为基本一致的通量强度。
48.如权利要求44所述的系统，还包括调整所述的第二相偏移的分解的能量束到相对于第一相偏移的分解的能量束为基本一致的通量强度。
49.如权利要求44所述的系统，还包括改变所述第一和第二基本准直的分解的能量束的方向，使它们在被所述(c)和(e)中所述的装置截取前平行的装置。
50.一种产生一基本准直的电磁能量束的系统，该基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的电磁能量束的横截面通量强度，其包括(a)第一基本准直的电磁能量束；(b)分解该第一基本准直的电磁能量束的装置，其将该第一基本准直的电磁能量束分解为第一基本准直的分解的电磁能量束，其具有第一选择的电磁波场矢的取向，和第二基本准直的分解的电磁能量束，其具有第二选择的电磁波场矢的取向，因此，该第一和第二电磁波场矢的选择的取向是彼此不同的；(c)改变该第二基本准直的分解的能量束的方向使其平行于该第一基本准直的分解的能量束的装置；(d)沿该第一基本准直的分解的能量束光学路径，在第一位置截取该第一基本准直的分解的能量束的装置；(e)以第一非零增量改变该电磁波场矢的第一选择的取向以产生一第一相偏移的分解的能量束；(f)沿该第二基本准直的分解的能量束，在与该第一位置间隔开的第二位置截取该第二基本准直的分解的能量束装置；(g)以第二非零增量改变该第二选择的电磁波场矢取向以产生一第二相偏移的分解的能量束的装置，该第二相偏移的分解的能量束具有和第一相偏移的分解的能量束基本相同的选择的电磁能量波场矢取向；以及(h)基于所述的第一和第二相偏移的分解的能量束形成第二基本准直的电磁能量束的装置，所述的第二基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本准直的电磁能量束的基本一致的横截面通量强度。
51.产生一基本准直的电磁能量束的相同，该基本准直的电磁能量束具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的电磁能量束的横截面通量强度，其包括(a)第一基本准直的电磁能量束；(b)束分裂器，其经配置以分解该第一基本准直的电磁能量束为第一基本准直的分解的电磁能量束，其具有第一选择的电磁波场矢取向，和第二准直的分解的电磁能量束，其具有第二选择的电磁波场矢取向，由此，该第一和第二选择的电磁波场矢取向是彼此不同的；(c)第一电磁波场矢取向旋转器，其经配置(1)沿能量束光学路径，在第一位置截取第一基本准直的分解的能量束；以及(2)以第一非零增量偏移该第一选择的电磁波场矢选择的取向，从而产生一第一相偏移的分解的能量束；以及(d)第一电磁波场矢取向旋转器，其经配置(1)沿能量束光学路径，在与第一位置间隔开的第二位置截取第二基本准直的分解的能量束；以及(2)以第二非零增量偏移该第二选择的电磁波场矢取向，从而产生第二相偏移的分解的能量束，其具有和第一相偏移的分解的能量束基本相同的选择的电磁波场矢取向；以及(3)改变该第二相偏移的分解的能量束方向，使其和该第一相偏移的分解的能量束平行而形成第二基本准直的电磁能量束，其具有基本相同的选择的电磁波场矢取向和基本一致的基本准直的电磁能量束的通量强度。
全文摘要
本发明涉及电磁波束路径(144，152，160)，射束的形成，利用电磁波束对可编程电磁波场矢取向旋转装置(PEMFVORD)的照明，和调制波束的投影技术。本发明还涉及一条独特的光路以及形成用于光投影系统、尤其是用于彩色和/或黑白液晶装置(116，118)投影仪的矩形光束(40)的方法，该投影仪能产生高分辨率、高亮度和/或三维图象。本发明还涉及能够接收和显示二维及三维图象的装置。
文档编号G03B21/14GK1504792SQ200310113239
公开日2004年6月16日 申请日期1999年5月10日 优先权日1999年5月10日
发明者S·R·泽德尔迈尔, S R 泽德尔迈尔 申请人:Au光电子学公司