一种可改善色度均匀性的三片式投影光学引擎 【技术领域】
本发明新型涉及用于彩色投影显示设备，更具体地指一种可改善色度均匀性的三片式投影光学引擎。
背景技术
业内人士都知道，在三片式单镜头彩色投影显示设备中，往往用偏振光将红、绿、蓝三原色对微显示板进行照明，再经合像系统进行合成，把这三种不同颜色的图像合在一起，通过同一个投影镜头放大后投影在同一个屏上，便完成了彩色图像的投影显示。以典型的三片式透射液晶光学引擎的光路形式来说明其原理。
典型光路如图1所示，1为光源，2为起偏单元，3为分色单元，4、5、6分别为红、绿、蓝三块微显示板，7为合像单元，8为投影物镜，9为投影屏。白色的自然光从光源1发出，经起偏单元2后变成竖直方向的偏振光，并经分色单元3分成红、绿、蓝三色光，红、绿、蓝三色光分别各自照射在相应的微显示板4、5、6上，通过合像单元7合像后射出，此时红、蓝色光为竖直振动方向，绿光为水平振动方向，经投影物镜8再成像在投影屏9上。
无论是前投影还是背投影的光学引擎，尽管投到漫射性很好的投影屏上其像面色彩是均匀的，但当投影到具有反射或透射各向异性特性的屏幕上时，往往还会导致色彩的不均匀。因此许多传统的光学引擎投射在投影屏上时就会出现整个画面上下发紫，左右发绿的现象，影响到观看者的观看效果。之所以会出现这种现象，是由于投影屏的水平和竖直方向地偏振光产生了不同的透射效果，尤其对入射角度较大的视场，边缘情况色度均匀性更差。
如图2、图3所示，上述现象无论是采用透射液晶(LCD)还是反射液晶(LCOS)制做的三片式的光学引擎都有类似的问题。我们拿这两种光学引擎的典型结构进行比较，发现它们合像后出射的光线情况是相似的，都产生了红、绿、蓝三色光出射时分别为水平或竖直方向的线偏振光(一般情况绿色光水平向振动，红、蓝色光竖直向振动)，当光线再投射到水平和竖直方向对光反射或吸收各向异性的投影屏上时，就会使原先色度均匀的像场，在部分区域产生色度偏转。在图2、图3中，虚框10中包含了光源、起偏、分色、微显示板、合像诸单元，并称之为光学引擎后系统。
【发明内容】
本发明的目的是针对传统的光学引擎存在的上述在投射在投影屏上的图图像有色彩不均匀的缺点，提供一种可改善色度均匀性的三片式投影光学引擎。
为了实现上述目的，本发明采用如下两种技术方案：
方案一、
一种可改善色度均匀性的三片式投影光学引擎包括沿光线传播方向依次设置的光源、起偏单元、分色单元、三块微显示板、合像单元、投影物镜、投影屏，光线从光源发出，经起偏单元后变成竖直方向的偏振光，并经分色单元分成红、绿、蓝三色光，红、绿、蓝三色光分别各自照射在相应的微显示板上，通过合像单元合像后射出，经投影物镜再成像在投影屏上，该光学引擎还包括能对经合像单元之后的红、绿、蓝三色光进行振动方向调制的二分之一波片，二分之一波片位于合像单元与投影屏之间的光路中。
方案二、
一种可改善色度均匀性的三片式投影光学引擎，该光学引擎包括沿光线传播方向依次设置的光源、起偏单元、分色单元、三块微显示板、合像单元、投影物镜、投影屏，光线从光源发出，经起偏单元后变成竖直方向的偏振光，并经分色单元分成红、绿、蓝三色光，红、绿、蓝三色光分别各自照射在相应的微显示板上，通过合像单元合像后射出，经投影物镜再成像在投影屏上，该光学引擎还包括能对经合像单元之后的红、绿、蓝三色光进行振动方向调制的四分之一波片，四分之一波片位于合像单元与投影屏之间的光路中。
在本发明采用了上述两种技术方案中，光学引擎还包括能对经合像单元之后的红、绿、蓝三色光进行振动方向调制的二分之一波片/四分之一波片，二分之一波片/四分之一波片位于合像单元与投影屏之间的光路中。二分之一波片/四分之一波片对从合像单元出来的红、绿、蓝三色光分别进行调制，可将水平或垂直的线偏振光进行旋转；而放入四分之一波片，则使线偏振光变成圆或椭圆偏振光，以改变线偏振光的方向特性，达到调整水平和垂直偏振分量的目的，从而有效地改善了投影到投影屏上的图像的色度均匀性。
【附图说明】
图1为传统的光学引擎光路原理示意图。
图2为传统的透射液晶(LCD)光学引擎的典型光路原理示意图。
图3为传统的反射液晶(LCOS)光学引擎的典型光路原理示意图。
图4为本发明的光学引擎简化后的光路原理示意图。
图5为本发明的光学引擎为透射液晶光学引擎光路原理示意图。
图6为在本发明的光学引擎中，加入二分之一波片后光振动方向调整原理图。
图7为在本发明的光学引擎中，加入四分之一波片后光振动方向调整原理图。
【具体实施方式】
请先参阅图5所示，
本发明的光学引擎与传统的光学引擎，它包括沿光线传播方向依次设置的光源1、起偏单元2、分色单元3、三块微显示板4、5、6、合像单元7、投影物镜8、投影屏9，光线从光源1发出，经起偏单元2后变成竖直方向的偏振光，并经分色单元3分成红、绿、蓝三色光，红、绿、蓝三色光分别各自照射在相应的微显示板4、5、6上，通过合像单元7合像后射出，经投影物镜8再成像在投影屏9上。
本发明与传统光学引擎所不同的是，该光学引擎还包括能对经合像单元之后的红、绿、蓝三色光进行振动方向调制的二分之一波片21，二分之一波片21位于合像单元7与投影屏9之间的光路中。
具体来说，
所述的二分之一波片21位于合像单元7与投影物镜8之间的光路中。
当然，所述的二分之一波片21位于投影物镜8与投影屏9之间的光路中。
所述投影物镜8可为单一镜片，也可为一由数片单一镜片构成的镜片组，当为镜片组时，所述的二分之一波片21位于镜片组之间的光路中。
本发明的光学引擎也可以包括能对经合像单元之后的红、绿、蓝三色光进行振动方向调制的四分之一波片41，四分之一波片41位于合像单元7与投影屏9之间的光路中。
所述的四分之一波片41位于合像单元7与投影物镜8之间的光路中。
当然，所述的四分之一波片41位于投影物镜8与投影屏9之间的光路中
同样，所述投影物镜8可以为单一镜片，也可为一镜片组，当为镜片组时，所述的四分之一波片41位于镜片组之间的光路中。
图5示意的是投影物镜8为由二块镜片构成的镜片组。
为了能更简化说明问题，请再参阅图4所示，我们把该图中，除去投影物镜8的部分，光学引擎即从光源起到合像单元7部分，称之为光学引擎后系统10。同样，在图5中，10也表示光学引擎后系统。
因此，二分之一波片21或四分之一波片41则置于光学引擎后系统10后、投影屏9之前，当加入二分之一波片21时，二分之一波片21对红、绿、蓝三色光分别进行调制，改变它们的水平和竖直分量，从而有效地改善了投影图像的色度均匀性。另外，二分之一波片21还可以放在两个虚线位置处，即在图4所示，在合像单元7与投影物镜8之间或在投影物镜8内或在投影物镜8与投影屏9之间)，对水平或竖直的线偏振光进行旋转，从而改变线偏振光的方向，达到调整水平和竖直偏振分量的目的，从而改善色度均匀性。
其原理请结合图6说明如下：由于红、绿、蓝三色光合像后均为线偏振光，一般情况绿光为水平偏振光，红、蓝光竖直偏振光。尽管通常的光学引擎的色度均匀性很好，但投在投影屏9上时，由于其各向异性的特性，就会出现色度的不均匀，对于背投屏这种情况尤其明显，产生上下发紫、左右发绿的双曲线的色带。在加入了二分之一波片41后，调整a、β角，使水平和竖直的线偏振光旋转了适当的角度，常用在45度方向，这样一来其在水平和竖直方向的分量就一样(或可根据需要调整)，各向异性对它们就不起作用了，
请再结合图7所示，当将光学引擎中的二分之一波片换成四分之一波片时，通过调整a、β角，可使原先红、绿、蓝三色的线偏振光变成左旋、右旋的圆或椭圆偏振光，这样来调整它们的水平和竖直偏振分量，从而达到了调整色度均匀性的目的。
图6、图7中，点划线表示快光轴，虚线箭头表示入射光，实线箭头表示出射光。