專利名稱：使用改變方向的偏振校正系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光的校正(recovery)，否則該光不能用于投影設(shè)備中。
背景技術(shù)：
投影顯示裝置是通過將光投影于屏幕上而工作的。光可排列成色彩或者明暗相間或者上述兩者相結(jié)合的圖案。觀察者通過將圖案和他們已經(jīng)熟悉的圖像(例如面部特征)相結(jié)合而使它們變得相似從而進(jìn)行觀看。圖案可由多種方式形成。形成圖案的一種方式就是利用信息流對一束光進(jìn)行調(diào)制。
通過偏振濾光裝置過濾偏振光來調(diào)制偏振光。通常，如果偏振濾光裝置的偏振與入射光的偏振相匹配，那么偏振濾光裝置將允許該光通過。采用液晶(LCD)成像裝置來完成LCD型投影顯示裝置中的調(diào)制。該LCD成像裝置可包括像素，通過改變該像素的偏振而將像素調(diào)制為匹配或者區(qū)別于入射光的偏振。輸入到LCD成像裝置的光被偏振化，從而當(dāng)LCD像素被調(diào)制時，所選像素的偏振被改變，并且當(dāng)從成像裝置輸出的光由另一偏振器分析時，被選像素將會變暗。當(dāng)光出現(xiàn)或者消失時，圖案可被投影于屏幕上。如果采用觀察者所熟悉的圖案中的信息來對像素的偏振進(jìn)行調(diào)制，那么觀察者可辨識投影于屏幕上的圖案。
對LCD成像裝置的光進(jìn)行偏振的一種方法就是采用偏振光束分光器(PBS)。可將偏振光提供給具有一排透鏡(例如蠅眼透鏡)和一排偏振光束分光器的成像系統(tǒng)。拋物面反射鏡可與蠅眼透鏡用于聚焦光線，而使光線近乎平行。通過透鏡陣列將光束分成許多個部分，并且每一部分由另一透鏡陣列重新聚焦在偏振光束分光器陣列。然而，拋物面反射鏡可減弱光源(例如弧光燈)的亮度。此外，蠅眼透鏡校正系統(tǒng)的效率關(guān)鍵是取決于兩個透鏡陣列以及偏振光束分光器陣列是否在同一條直線上。最后，由拋物面反射鏡和蠅眼透鏡組成的偏振校正系統(tǒng)可能會不適用于連續(xù)色彩單獨成像系統(tǒng)(sequential color singleimager system)。
橢圓反射鏡可與光導(dǎo)管以及色輪一同被用于產(chǎn)生連續(xù)色彩。然而，這種系統(tǒng)仍然需要偏振校正系統(tǒng)，而且無法解決與橢圓反射鏡相關(guān)的亮度的固有損失這個問題。然后，從偏振光束分光器陣列輸出的光將被線性地偏振并且聚焦到一目標(biāo)上。每一偏振光束分光器都將非偏振光分成具有不同偏振的光束。在該光被偏振后，這些光束中僅僅只有一束將被正確偏振，而輸入到LCD成像裝置中。其它的光束將會因為是不正確的偏振光束，而不可直接使用。
偏振校正系統(tǒng)可通過采用正確的偏振將未使用的偏振光轉(zhuǎn)化成可用的光以校正那些未使用的偏振光。已經(jīng)開發(fā)了多種系統(tǒng)來將不正確的偏振光轉(zhuǎn)化成為正確的偏振光，從而使得不正確的偏振光也能被使用。如圖1所示，一種方法是將第一偏振光102直接從偏振光束分光器104傳播到輸出106，同時將第二偏振光108反射到與輸出106成一定角度(例如90°角)。然后，再反射第二偏振光108，使之平行于第一偏振光102，朝輸出106傳播。將延遲板110，例如四分之一波板或者半波板，置于第二偏振光108的光路上，從而將第二偏振光108旋轉(zhuǎn)成第一偏振光102，這樣輸出就僅由第一偏振光102組成。
延遲板通過使光在一平面內(nèi)減速，而同時又允許光在相反面內(nèi)以幾乎無阻礙的方式穿過，來將光從一偏振旋轉(zhuǎn)到另一偏振。光在介質(zhì)中的傳播速度通常與它的波長有關(guān)。因此，光減速的程度也與它的波長有關(guān)。由于應(yīng)用到寬頻光的延遲板必須穿過波長在一定范圍內(nèi)的光，因此，某些光將會相比于其它光來說受到延遲。通常，延遲板將被調(diào)整到特定的波長。特別是，比所調(diào)整的波長更長或更短的波長將不會完全從不可用的偏振旋轉(zhuǎn)到正確的偏振。這樣，某些其波長比所調(diào)整的波長更長或更短的光將會被丟失，或者至少不能被校正。此外，延遲板相對較昂貴并且通常是不可靠的。這樣的延遲板使得偏振校正系統(tǒng)自身也較昂貴和不可靠。
雖然這些系統(tǒng)已經(jīng)在商業(yè)中應(yīng)用，但是其部件的成本很高而且需要嚴(yán)格的校直性(critical alignmnets)以及光學(xué)設(shè)計。因此，需要一種具有高效、結(jié)構(gòu)簡單并且較低成本的系統(tǒng)來執(zhí)行偏振的轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面中，偏振校正系統(tǒng)可包括偏振光束分光器，它使有用偏振光在輸出方向上進(jìn)行傳播，并且將無用偏振光反射在與輸出方向大致正交的第一正交方向上；置于可對第一正交方向進(jìn)行反射的位置上的初始反射器，該初始反射器使無用偏振光反射到第二正交方向上，其中第二正交方向大致垂直于輸出方向和第一正交方向；以及可對第二正交方向進(jìn)行反射的位置上的最終反射器，該最終反射器將無用偏振光反射在輸出方向上，其中無用偏振光在初始和最終反射器的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而基本上變?yōu)橛杏闷窆狻?br> 在本發(fā)明的第二方面中，偏振校正方法可以包括，基本上將光偏振為有用偏振光和無用偏振光，使有用偏振光在輸出方向上傳播，將無用偏振光反射到與輸出方向基本上正交的第一正交方向上，再將無用偏振光反射到與輸出方向和第一正交方向基本上正交的第二正交方向上，最后將無用偏振光反射在輸出方向上。
在本發(fā)明的第三方面中，偏振校正系統(tǒng)可包括，基本上將光偏振為有用偏振光和無用偏振光的裝置，使有用偏振光在輸出方向上傳播的裝置，將無用偏振光反射到與輸出方向基本上正交的第一正交方向上的裝置，將無用偏振光反射到與輸出方向和第一正交方向基本上正交的第二正交方向上的裝置，將無用偏振光反射在輸出方向上的裝置。


圖1示出了偏振校正系統(tǒng)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的偏振校正系統(tǒng)的示意圖；圖3示出了本發(fā)明實施例的偏振校正裝置；圖4示出了本發(fā)明實施例的偏振校正裝置；圖5示出了本發(fā)明實施例的偏振校正裝置；圖6示出了本發(fā)明實施例的直形光導(dǎo)管和錐形光導(dǎo)管；圖7示出了本發(fā)明實施例的光導(dǎo)管的各種橫截面；圖8示出了本發(fā)明實施例的光導(dǎo)管的各種構(gòu)造；圖9示出了本發(fā)明實施例的偏轉(zhuǎn)校正裝置。
具體實施例方式
可以預(yù)期，如果通過將不可用的偏振光的偏振轉(zhuǎn)化為正確的或者有用的偏振來校正以及使用不可用的偏振光。由于延遲板使偏振校正系統(tǒng)更加昂貴并且可靠性降低，因此可以預(yù)期能夠在不借助于使用延遲板的情況下實現(xiàn)偏振的校正?？梢灶A(yù)期在寬帶輻射上實現(xiàn)偏振校正。可以預(yù)期相對簡單地制造和組裝偏振校正系統(tǒng)?？梢灶A(yù)期允許在單獨成像系統(tǒng)中使用色輪。
在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的偏振校正系統(tǒng)200。偏振校正系統(tǒng)200可包括偏振光束分光器202，例如涂覆有多層涂層的偏振光束分光器或者線柵偏振光束分光器。在一個實施例中，輸入到偏振光束分光器202中的光可直接或者間接地來自電磁輻射源212，即燈。在一實施例中，電磁輻射源212可以為弧光燈，例如氙氣燈、金屬鹵化物燈、高強(qiáng)度氣體放電(HID)燈或者汞燈。在另一實施例中，源212可為鹵素?zé)艋蛘甙谉霟簟?br> 在一個實施例中，如圖2和圖5所示，偏振校正系統(tǒng)200可以包括輸入光導(dǎo)管224、超立方體(supercube)268和輸出光導(dǎo)管232。在一些實施例中，輸出光導(dǎo)管232可為均化器或者積分器。輸入光導(dǎo)管224的輸出可耦合到棱鏡排列，即超立方體268。輸入光導(dǎo)管224可采用全內(nèi)反射(TIR)以將光線傳播到超立方體268。
在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224、輸出光導(dǎo)管232或者此兩者，都可以如圖6A所示為漸增的錐形光導(dǎo)管，或者如圖6B所示為漸減的錐形光導(dǎo)管，或者如圖6C所示為直形光導(dǎo)管。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224、輸出光導(dǎo)管232或此二者的橫截面可以為如圖7A-7H所示的矩形、圓形、三角形、平行四邊形、梯形、五邊形、六邊形或者八邊形。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224、輸出光導(dǎo)管232或此二者可如圖8A-8E所示由光纖、光纖束、熔接式光纖束、多邊形波導(dǎo)或者中空的光導(dǎo)管組成。
圖3和圖4示出了偏振校正系統(tǒng)200的一些實施例。偏振光束分光器202可將來自輸入光導(dǎo)管224的非偏振光分成如圖3A和圖4A所示的具有偏振270的有用偏振光204，以及如圖3B和圖4B所示的具有偏振272的無用偏振光208。偏振光束分光器202可使有用偏振光204在輸出方向206上傳播并且使無用偏振光208反射到第一正交方向210上，其中所述正交方向210基本上與輸出方向206相正交。在一個實施例中，偏振270可以大致為p-偏振光或水平偏振光，同時偏振272可以大致為s-偏振光或豎直偏振光。在可選實施例中，將偏振平面反轉(zhuǎn)。
如圖3A和圖4A所示，有用偏振光204可以穿過偏振光束分光器202傳播，并且被第一輸出反射器220和第二輸出反射器222改變方向，從具有未改變的偏振270的第二輸出反射器222中射出。另一方面，如圖3B和圖4B所示，無用偏振光208可在從偏振光束分光器202射出后由初始反射器214進(jìn)行反射。初始反射器214相對于基本正交于無用偏振光208的偏振272的平面的軸線反射無用偏振光208，其中所述平面在此種情況下為s或者豎直平面。然后，最終反射器218將無用偏振光208反射到平行于輸出方向206的方向上。因此，初始反射器214的傾斜面可以相對于最終反射器218旋轉(zhuǎn)90°。雖然為了跟蹤的目的，無用偏振光208仍然被標(biāo)為無用偏振光208，但是由于無用偏振光208的偏振平面現(xiàn)在為水平的或p-偏振，則其基本上與有用偏振光204的平面相匹配，因此無用偏振光208已經(jīng)變成有用偏振光。在一個實施例中，有用偏振光204和無用偏振光208可被耦合到輸出光導(dǎo)管232上并且被均勻化。
在一個實施例中，第一輸出反射器220可置于對輸出方向206進(jìn)行反射的位置上。第一輸出反射器220可將有用偏振光204反射在第二正交方向216上。在一些實施例中，第一輸出反射器220可以為不匹配的阻抗，例如棱鏡，直角棱鏡或者反光鏡。在一個實施例中，第一輸出反射器220可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這使得在其連接到成像裝置之前可將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在一個實施例中，如圖3A所示，第二輸出反射器222可置于對第二正交方向216進(jìn)行反射的位置上。第二輸出反射器222可將有用偏振光204反射在輸出方向206上。在另一實施例中，如圖4B所示，第二輸出反射器222可置于對輸出方向206進(jìn)行反射的位置上。第二輸出反射器222可將無用偏振光208反射在第二正交方向216上。在一些實施例中，第二輸出反射器222可為不匹配的阻抗，例如棱鏡，直角棱鏡或者反光鏡。在一個實施例中，第二輸出反射器222可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這可以在其連接到成像裝置之前將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在一個實施例中，初始反射器214可置于對第一正交方向210進(jìn)行反射的位置上。初始反射器214可將無用偏振光208反射在第二正交方向216上，該第二正交方向216基本上垂直于輸出方向206和第一正交方向210。在一些實施例中，初始反射器214可為不匹配的阻抗，例如棱鏡，直角棱鏡或者反光鏡。不匹配的阻抗可以重復(fù)的方式反射波，例如電磁波。不匹配的阻抗，例如，可以反射一部分波或者其波長在一定范圍內(nèi)的波，而使該波的其它部分或者其它波長的波通過。
在一個實施例中，初始反射器214可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這使得在其連接到成像裝置之前可將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在一個實施例中，最終反射器218可置于對正交方向216進(jìn)行反射的位置上。最終反射器218可將無用偏振光208反射在輸出方向206上。在一些實施例中，最終反射器218可以為不匹配的阻抗，例如棱鏡，直角棱鏡或者反光鏡。在一個實施例中，最終反射器218可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這使得在其連接到成像裝置之前可將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在一個實施例中，通過初始反射器214和最終反射器218將無用偏振光208的偏振272進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而使其基本上與有用偏振光204的偏振270相匹配。在此實施例中，第一正交方向206和第二正交方向216基本上位于無用偏振光208的偏振272的平面內(nèi)。如上所述，此基本塊可用于反射以及改變來自偏振光束分光器202的無用偏振光208的方向，從而將無用偏振光208的偏振272轉(zhuǎn)換成為有用偏振光204的偏振270并且使其方向變?yōu)檩敵龇较?06。
在可選實施例中，如圖9所示，初始反射器214可圍繞位于偏振272的平面內(nèi)的軸線反射無用偏振光208，而最終反射器218圍繞基本上正交于偏振272的平面的軸線反射無用偏振光208，從而也使得無用偏振光208呈現(xiàn)偏振270。來自最終反射器218的光可穿過隔板246，從而無用偏振光208的水平偏振光可以和有用偏振光204一樣在相同的平面內(nèi)射出。這兩個輸出可被耦合到輸出光導(dǎo)管232中而被均勻化，并且具備形狀和數(shù)值孔徑(NA)，其中所述的形狀和NA已在輸出表面處轉(zhuǎn)換為希望的形狀和數(shù)值孔徑。在一個實施例中，輸出光導(dǎo)管232也可以使用全內(nèi)反射來將光傳播到它的輸出端。
在一個實施例中，無用偏振光208由最終反射器218改變至輸出方向206后，有用偏振光204可以在與無用偏振光208的方向不同的方向上從偏振光束分光器202射出。在一個實施例中，如圖3A所示，第一輸出反射器220和第二輸出反射器222可以將有用偏振光204的方向改變成與無用偏振光208的方向相同。在可選實施例中，如圖4A所示，第一輸出反射器220改變有用偏振光204的方向，同時如圖4B所示，第二輸出反射器222將無用偏振光208的方向改變成與有用偏振光204的方向相同。隔板246可用在這兩種情況下以允許有用偏振光204與無用偏振光208在相同的表面上射出。這對于將有用偏振光204和無用偏振光208耦合到輸出光導(dǎo)管232上是有用的。
在一個實施例中，超立方體268可以由偏振光束分光器202以及反射器214、218、220和222組成。光可通過全內(nèi)反射穿過這些光學(xué)部件。光學(xué)部件的表面可以被光學(xué)地拋光從而促進(jìn)全內(nèi)反射。在一個實施例中，用于反射器214、218、220和222的光學(xué)材料可以具有高指數(shù)的折射以促進(jìn)斜射光的全內(nèi)反射。在一個實施例中，光學(xué)部件的輸入及輸出表面可涂覆有抗反射(AR)涂層，從而使菲涅耳反射損失最小。
在一個實施例中，反射器214、218、220和222可由光學(xué)玻璃，例如SF11(n＝1.785)，制成。在另一實施例中，反射器214、218、220和222可以光學(xué)玻璃，例如BK7(n＝1.517)，制成。然而，在此實施例中，光可開始從壁面，特別是反射器214、218、220和222的斜壁(diagonal wall)上泄漏。
在一個實施例中，隔板246可以與反射器214、218、220和222一起使用以形成便于攜帶的大的立方體形狀。在一個實施例中，隔板246可以為立方體。在一個實施例中，反射器214、218、220和222的每一個都可以同互補(bǔ)隔板246(例如直角隔板)相結(jié)合而形狀小立方體。在一個實施例中，8個小的立方體可形成為超立方體268。在一個實施例中，反射器214、218、220和220以及隔板272被堆疊到一起以形成超立方體268。在一個實施例中，可通過粘接材料將多個部件粘接在一起。在另一實施例中，可通過機(jī)械固定物將多個部件固定在一起。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且損失最小。
在一些實施例中，在輸入光導(dǎo)管224和輸出光導(dǎo)管232，反射器214、218、220和222或者偏振光束分光器202的任兩個中引入間隙，從而促進(jìn)全內(nèi)反射而減小損失。在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224、反射器214、218、220和222以及輸出光導(dǎo)管232可通過小的空氣間隙而被間隔。
在一個實施例中，如圖5所示，超立方體268可由單獨的部件構(gòu)成。在一個實施例中，可將一些部件組成單獨的單元。在一個實施例中，例如，將兩個棱鏡組合成一個單獨的棱鏡。在此實施例中，一對反射器214、218、220或222可在制造過程中(例如在玻璃模制過程中)組合。在可選實施例中，可將兩塊棱鏡粘接在一起而形成一個單獨的單元。在一個實施例中，兩塊棱鏡可與偏振光束分光器202的一半相組合而形成單獨的單元。在此實施例中，全PCS系統(tǒng)可將兩部件連同隔板246一起制得。在另一實施例中，棱鏡可與隔板246組合。在一個實施例中，該系統(tǒng)可以被制成兩個部件，這兩部件在偏振光束分光器202處相分離。在此實施例中，成本將最小化。
在一個實施例中，偏振光束分光器202與反射器214、218、220和222可基本上為立方體形。在一個實施例中，除了反射器的斜邊外，偏振光束分光器202以及反射器214、218、220和222的所有的面都具有大致相似的尺寸。在此實施例中，輸入光導(dǎo)管224的輸出可以為正方形，輸出光導(dǎo)管232的輸入可為矩形，并且其長寬比為2∶1。也可采用非立方體的構(gòu)造，這樣的話，輸出光導(dǎo)管232的輸入的長寬比就不為2∶1，雖然這樣會帶來較大的連接損失。
在一些實施例中，為了提高效率，輸入光導(dǎo)管224和輸出光導(dǎo)管232，反射器214、218、220和222，或者偏振光束分光器202可涂覆抗反射(AR)涂層。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224和輸出光導(dǎo)管232可以按應(yīng)用的需要制成逐漸遞增或者逐漸遞減的錐形。反射器214、218、220和222可涂覆適用于大角度光的反射膜。超立方體268可用于除所述構(gòu)造之外的各種構(gòu)造中。
在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可接近于偏振光束分光器202的輸入226放置。在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可具有輸入表面228和輸出表面230。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224可采用石英、玻璃、塑料或丙烯酸制成。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224可以為錐形光導(dǎo)管(TLP)或者直形光導(dǎo)管(SLP)。在一些實施例中，輸入表面228的形狀可為扁平形、凸形、凹形、環(huán)形或者球形。輸入光導(dǎo)管224的表面可被涂覆涂層，從而使全內(nèi)反射保護(hù)偏振?？蛇x擇輸入表面228和輸出表面230的尺寸，從而使輸出數(shù)值孔徑(NA)與接收來自輸入光導(dǎo)管224的光的裝置相匹配。
在一個實施例中，輸出表面230可以接近于偏振光束分光器202的輸入226放置。在一些實施例中，輸出表面230的形狀可為扁平形、凸形、凹形、環(huán)形或者球形。在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可接收輸入表面228處的非偏振光，并且將輸出表面230處非偏振光傳遞到偏振光束分光器202。
在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可以是中空的。輸出表面230可以是平凸透鏡。根據(jù)部件的最終構(gòu)造和成本，輸出表面230的凸表面可為球形或圓柱形。對輸出表面230的光強(qiáng)進(jìn)行設(shè)計，從而使來自輸出表面230的光成像于偏振光束分光器202上。輸入光導(dǎo)管224的內(nèi)表面可以涂覆有偏振保護(hù)材料。
在一個實施例中，輸出光導(dǎo)管232可以接近于超立方體268的輸出234放置。在一個實施例中，輸出光導(dǎo)管232可以具有輸入表面236，該表面接近于輸出方向206和輸出表面238放置。輸出光導(dǎo)管232可以接收輸入表面236處的有用偏振光204和無用偏振光208，并且將有用偏振光204和無用偏振光208傳遞到輸出表面238處。
在一些實施例中，輸入表面236的形狀可為扁平形、凸形、凹形、環(huán)形或者球形。在一些實施例中，輸出表面238的形狀可為扁平形、凸形、凹形、環(huán)形或者球形。在一些實施例中，輸出光導(dǎo)管232可從包括石英、玻璃、塑料或丙烯酸組成的組中選擇材料構(gòu)成。在一些實施例中，輸出光導(dǎo)管232可以為錐形光導(dǎo)管(TLP)或者直形光導(dǎo)管(SLP)。輸出光導(dǎo)管232的表面可被涂覆涂層，從而使全內(nèi)反射保護(hù)偏振?？蓪斎氡砻?36和輸出表面238的尺寸進(jìn)行選擇，從而使輸出數(shù)值孔徑(NA)與接收來自輸入出光導(dǎo)管232的光的裝置相匹配。
在一個實施例中，輸出光導(dǎo)管232可以是中空的。輸出表面238可以是凸形的。根據(jù)部件的最終構(gòu)造和成本，輸出表面238的凸表面可為球形或圓柱形。對輸出表面238的光強(qiáng)進(jìn)行設(shè)計，從而使來自輸出表面238的光線成像于圖像投影設(shè)備上。輸出光導(dǎo)管232的內(nèi)表面可以涂覆有偏振保護(hù)材料。
在一個實施例中，殼體反射器(shell reflector)240可將來自源212的光反射到偏振光束分光器202上。在一個實施例中，殼體反射器240可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這使得在其連接到成像裝置之前可將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在一個實施例中，殼體反射器240可以具有第一焦點242和第二焦點244。在一個實施例中，電磁輻射源212可以大致接近于殼體反射器240的第一焦點242放置，并且使來自殼體反射器240以及基本上會聚在第二焦點244上的光線射出。在一個實施例中，輸入表面228可以接近于第二焦點244放置而對基本上所有光進(jìn)行收集和傳遞。在另一實施例中，偏振光束分光器202的輸入226可以接近于第二焦點244放置而對基本上所有光進(jìn)行收集和傳遞。在一些實施例中，殼體反射器240可以至少是大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面、大致呈球形的回轉(zhuǎn)表面或者大致呈復(fù)曲面形的回轉(zhuǎn)表面的一部分。
在一個實施例中，殼體反射器240可包括具有第一光軸252的主反射器250，其中第一焦點242是主反射器250的焦點。在此實施例中，殼體反射器240也可以包括具有第二光軸256的副反射器254，其中該副反射器254基本上與主反射器250對稱，并且第一光軸252和第二光軸256基本上位于同一直線上。在此實施例中，第二焦點244可以是副反射器254的焦點，并且光線可從主反射器250朝向副反射器254反射并基本會聚在第二焦點244上。在一些實施例中，主反射器250和副反射器254都可以是大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面，或者大致呈拋物面形的回轉(zhuǎn)表面。
在一個實施例中，主反射器250可以至少是大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面的一部分，而副反射器254可以至少是大致呈雙曲面形的回轉(zhuǎn)表面的一部分。在另一實施例中，主反射器250可以至少是大致呈雙曲面形的回轉(zhuǎn)表面的一部分，而副反射器254可以至少是大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面的一部分。
源212可以放置在主反射器250的第一焦點242處以校準(zhǔn)收集到的光，并對準(zhǔn)副反射器254。位于輸入表面228處的輸出可以被導(dǎo)入輸入光導(dǎo)管224內(nèi)。在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可以是錐形光導(dǎo)管(TLP)。輸入光導(dǎo)管224可用于改變源212的圖像的橫截面或者數(shù)值孔徑的形狀。光可被導(dǎo)入超立方體偏振校正系統(tǒng)以獲得輸出光導(dǎo)管232處的線性偏振光。線性偏振光適用于基于LCD的圖像芯片的照明。
校準(zhǔn)程度取決于源212的尺寸。副反射器254可相對于主反射器250對稱放置，這樣它們就可共軸。進(jìn)入副反射器254的光束會聚在第二焦點244上，此處放置有目標(biāo)，即輸入光導(dǎo)管224。輸入光導(dǎo)管224可耦合來自副反射器254的第二焦點244的光。在一個實施例中，源212以1∶1的比例成像于目標(biāo)上，這樣，就基本維持了源212的亮度。由于系統(tǒng)1∶1的對稱性，源212在輸入表面228上的圖像可與具有單位放大率(unitmagnification)的源212完全相同。
偏振校正系統(tǒng)200能夠透過偏振校正系統(tǒng)200的源收集器部件保存光學(xué)徑角性。由于反射器的范圍，輸入表面228處的光線的全角度圍繞源212的軸線大致成180°，并且圍繞與源212的軸線相正交的軸線大致成90°。這些角度對于某些應(yīng)用場合(例如微顯示裝置)來說過大。在一個實施例中，輸入光導(dǎo)管224可以為錐形光導(dǎo)管(TLP)，從而在不損失亮度的前提下將高輸入數(shù)值孔徑(NA)和小輸入面積變成較低的NA和較大的輸出面積，由此減小角度。
在一個實施例中，源212可以不為圓形。在一些實施例中，輸入光導(dǎo)管224的輸入可以被設(shè)計成矩形、橢圓形、八邊形或者其它截面形狀，從而與源212的圖像形狀相匹配。與源212的圖像相匹配的輸入可防止或者減小由于形狀不匹配所帶來的系統(tǒng)光學(xué)徑角性的損失。輸入光導(dǎo)管224的輸出尺寸與長寬比可以設(shè)計成與成像裝置面板的尺寸以及長寬比相匹配，但是基于超立方體的構(gòu)造可以是相對任意的。
主反射器250和副反射器254可以基本將180°的回轉(zhuǎn)弧線范圍覆蓋，從而使收集率最大化，即主反射器250將收集到幾乎一半的、從源212射出的光?？蓪⒒貜?fù)反射器258放置于主反射器250的相對側(cè)，以收集射出的另一半光。在一個實施例中，回復(fù)反射器258可以為半球形的回復(fù)反射器。在一個實施例中，回復(fù)反射器258的曲率中心可以被設(shè)置在燈源212的附近。在此實施例中，幾乎所有的光都可以被反射穿過源212，從而由主反射器250收集，然后基本聚焦在光導(dǎo)管內(nèi)。實際上，通過源212的包絡(luò)面的反射率損失、菲涅耳損失和失真損失，回復(fù)反射器258的效率被降低了60％到80％。
在一個實施例中，回復(fù)反射器258可以位于與殼體反射器240相對的、源212的另一側(cè)上。在一個實施例中，回復(fù)反射器258可為球形回復(fù)反射器。在一個實施例中，回復(fù)反射器258可與殼體反射器240形成一體。在一個實施例中，回復(fù)反射器258可具有涂層，該涂層傳遞電磁輻射頻譜的預(yù)定部分。這使得在其連接到成像裝置之前可將無用的不可見光去除。在一些實施例中，電磁輻射頻譜的預(yù)定部分可以為紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。在可選實施例中，該涂層可反射紅外光、可見光、光的預(yù)定波長帶、光的特定色彩或者它們的組合。
在本發(fā)明的一個實施例中，圖像投影系統(tǒng)260可接近于輸出方向206放置，從而收集到幾乎所有的有用偏振光204。在一些實施例中，圖像投影系統(tǒng)260可以為硅上液晶(LCOS，liquid crystal on silicon)成像裝置、數(shù)字微鏡裝置(DMD)芯片、或者是可透射的液晶顯示(LCD)面板。
在本發(fā)明的一個實施例中，聚焦透鏡262可以接近于輸出方向206放置，其中圖像投影系統(tǒng)260接近于聚焦透鏡262的輸出側(cè)264放置。由收集并聚焦在聚焦透鏡262處的有用偏振光204照亮的圖像266將通過投影系統(tǒng)260釋放而顯示圖像266。
在本發(fā)明的一個實施例中，偏振校正方法可包括以下步驟基本上將光偏振為有用偏振光204和無用偏振光208，使有用偏振光204在輸出方向206上傳播，將無用偏振光208反射到與輸出方向206基本上正交的第一正交方向210上，將無用偏振光208反射到與輸出方向206以及第一正交方向210基本上正交的第二正交方向216上，將無用偏振光208反射在輸出方向206上。
在已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了上面詳盡的描述，但并不是想把本發(fā)明局限于上述的特定實施例。很明顯，本發(fā)明的技術(shù)人員可在不偏離發(fā)明構(gòu)思的前提下對這里所述的特定實施例進(jìn)行各種利用和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.偏振校正裝置(200)包括偏振光束分光器(202)，它使有用偏振光(204)在輸出方向(206)上進(jìn)行傳播并且將無用偏振光(208)反射在與所述輸出方向(206)大致正交的第一正交方向(210)上；放置在可對所述第一正交方向(210)進(jìn)行反射的位置上的初始反射器(214)，所述初始反射器(214)使無用偏振光(208)在第二正交方向(216)上發(fā)生反射，其中第二正交方向(216)大致垂直于所述輸出方向(206)和所述第一正交方向(210)；以及可對所述第二正交方向(216)進(jìn)行反射的位置上的最終反射器(218)，所述最終反射器(218)將所述無用偏振光(208)反射在所述輸出方向(206)上；其中所述無用偏振光(208)在所述初始和最終反射器(214，218)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而基本上變成所述有用偏振光(204)。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，還包括第一輸出反射器(220)，它放置在可對所述輸出方向(206)進(jìn)行反射的位置上，所述第一輸出反射器(220)將所述有用偏振光(204)反射在所述第二正交方向(216)上；以及第二輸出反射器(222)，它放置在可對所述第二正交方向(216)進(jìn)行反射的位置上，所述第二輸出反射器(222)將所述有用偏振光(204)反射在所述輸出方向(206)上。
3.如權(quán)利要求2所述的偏振校正裝置(200)，其中所述第一輸出反射器(220)從由下面的部件組成的組中進(jìn)行選擇棱鏡，直角棱鏡，不匹配的阻抗，和反光鏡。
4.如權(quán)利要求2所述的偏振校正裝置(200)，其中所述第一輸出反射器(220)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
5.如權(quán)利要求2所述的偏振校正裝置(200)，其中所述第二輸出反射器(222)從由下面的部件組成的組中進(jìn)行選擇棱鏡，直角棱鏡，不匹配的阻抗，和反光鏡。
6.如權(quán)利要求2所述的偏振校正裝置(200)，其中所述第二輸出反射器(222)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，還包括具有輸入表面(228)和輸出表面(230)的輸入光導(dǎo)管(224)，所述輸出表面(230)接近于所述偏振光束分光器(202)的輸入面(226)而放置，所述輸入光導(dǎo)管(224)接收位于所述輸入表面(228)處的基本非偏振光并且在所述輸出表面(230)處將所述非偏振光傳播到所述偏振光束分光器(202)。
8.如權(quán)利要求7所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸入表面(228)的形狀從以下形狀組成的組中進(jìn)行選擇扁平狀，凸?fàn)?，凹狀，環(huán)狀，球狀。
9.如權(quán)利要求7所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸出表面(230)的形狀從以下形狀組成的組中進(jìn)行選擇扁平狀，凸?fàn)?，凹狀，環(huán)狀，球狀。
10.如權(quán)利要求7所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸入光導(dǎo)管(224)由從以下材料組成的組中進(jìn)行選擇石英、玻璃、塑料或者丙烯酸。
11.如權(quán)利要求7所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸入光導(dǎo)管(224)從以下光導(dǎo)管組成的組中進(jìn)行選擇直形光導(dǎo)管，錐形光導(dǎo)管。
12.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，還包括具有輸入表面(234)和輸出表面(236)的輸出光導(dǎo)管(232)，所述輸入表面(234)接近于所述輸出方向(206)放置，所述輸出光導(dǎo)管(232)接收位于所述輸入表面(234)處的所述有用偏振光(204)并且在所述輸出表面(236)處傳播所述有用偏振光(204)。
13.如權(quán)利要求12所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸入表面(234)的形狀從以下形狀組成的組中進(jìn)行選擇扁平狀，凸?fàn)?，凹狀，環(huán)狀，球狀。
14.如權(quán)利要求12所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸出表面(236)的形狀從以下形狀組成的組中進(jìn)行選擇扁平狀，凸?fàn)?，凹狀，環(huán)狀，球狀。
15.如權(quán)利要求12所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸出光導(dǎo)管(232)由從以下材料組成的組中進(jìn)行選擇石英、玻璃、塑料或者丙烯酸。
16.如權(quán)利要求12所述的偏振校正裝置(200)，其中所述輸出光導(dǎo)管(232)從以下光導(dǎo)管組成的組中進(jìn)行選擇直形光導(dǎo)管，錐形光導(dǎo)管。
17.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，其中所述初始反射器(214)從由下面的部件組成的組中進(jìn)行選擇棱鏡，直角棱鏡，不匹配的阻抗，和反光鏡。
18.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，其中所述初始反射器(214)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
19.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，其中所述最終反射器(218)從由下面的部件組成的組中進(jìn)行選擇棱鏡，直角棱鏡，不匹配的阻抗，和反光鏡。
20.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，其中所述最終反射器(218)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
21.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，還包括殼體反射器(240)，其具有第一和第二焦點(242，244)；電磁輻射源(212)，其接近于所述殼體反射器(240)的所述第一焦點(242)放置以射出從所述殼體反射器(240)反射并基本上會聚在所述第二焦點(244)處的光；其中所述輸入表面(228)接近于所述第二交點(244)放置以收集并傳播幾乎所有的所述光。
22.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，其中所述殼體反射器(240)包括由下面的形狀組成的組中選擇的至少一部分形狀大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面，大致呈球形的回轉(zhuǎn)表面，大致呈復(fù)曲面形的回轉(zhuǎn)表面。
23.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，其中所述殼體反射器(240)包括具有第一光軸(252)的主反射器(250)，并且所述第一焦點(242)為所述主反射器(250)的焦點，所述殼體反射器(240)還包括具有第二光軸(256)的副反射器(254)，該副反射器(254)與所述主反射器(250)基本上呈對稱布置，這樣，所述第一和第二光軸(252，256)基本上處于同一直線上，并且其中所述第二焦點(244)為所述副反射器(254)的焦點；并且其中所述光線從所述主反射器(250)朝所述副反射器(254)反射并且會聚在所述第二焦點(244)上。
24.如權(quán)利要求23所述的偏振校正裝置(200)，其中所述主、副反射器(250，254)每一個都包括從由下面的形狀組成的組中選擇的至少一部分形狀大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面，和大致呈拋物面形的回轉(zhuǎn)表面。
25.如權(quán)利要求23所述的偏振校正裝置(200)，其中所述主反射器(250)包括至少一部分大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面；并且所述副反射器(254)包括至少一部分大致呈雙曲面形的回轉(zhuǎn)表面。
26.如權(quán)利要求23所述的偏振校正裝置(200)，其中所述主反射器(250)包括至少一部分大致呈雙曲面形的回轉(zhuǎn)表面；并且所述副反射器(254)包括至少一部分大致呈橢圓形的回轉(zhuǎn)表面。
27.如權(quán)利要求23所述的偏振校正裝置(200)，其中所述殼體反射器(240)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
28.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，還包括位于所述殼體反射器(240)相對側(cè)所述源的一側(cè)的回復(fù)反射器。
29.如權(quán)利要求28所述的偏振校正裝置(200)，其中所述回復(fù)反射器(258)包括球形的回復(fù)反射器(258)。
30.如權(quán)利要求28所述的偏振校正裝置(200)，其中所述回復(fù)反射器(258)具有涂層，該涂層對電磁輻射頻譜的預(yù)定部件進(jìn)行傳播，該電磁輻射頻譜的預(yù)定部分從由下面的成分組成的組中進(jìn)行選擇紅外光，可見光，光的預(yù)定波長帶，光的特定色彩，和以上成分的組合。
31.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，其中所述電磁輻射源(212)包括弧光燈。
32.如權(quán)利要求31所述的偏振校正裝置(200)，其中所述弧光燈從由以下燈組成的組中進(jìn)行選擇氙氣燈、金屬鹵化物燈、UHP燈、HID燈或者汞燈。
33.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，其中所述電磁輻射源(212)從由鹵素?zé)艉桶谉霟艚M成的組中進(jìn)行選擇。
34.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，還包括圖像投影裝置(260)，該裝置接近于所述輸出方向(206)而放置從而基本上對所述有用偏振光(204)進(jìn)行收集。
35.如權(quán)利要求34所述的偏振校正系統(tǒng)(200)，其中所述圖像投影裝置(260)從由以下組成的組中進(jìn)行選擇LCOS成像裝置，DMD芯片，和可透射的LCD面板。
36.如權(quán)利要求21所述的偏振校正裝置(200)，其中所述偏振光束分光器(202)基本上匹配于所述電磁輻射源(212)的孔。
37.如權(quán)利要求1所述的偏振校正裝置(200)，其中所述偏振光束分光器(202)包括線柵狀的偏振光束分光器。
38.偏振校正方法包括基本上將光偏振為有用偏振光(204)和無用偏振光(208)；使所述有用偏振光(204)在輸出方向(206)上傳播；將所述無用偏振光(208)反射到與所述輸出方向(206)基本上正交的第一正交方向(210)上；將所述無用偏振光(208)反射到與所述輸出方向(206)以及所述第一正交方向(210)基本上正交的第二正交方向(216)上；將所述無用偏振光(208)反射在所述輸出方向(206)上。
39.偏振校正系統(tǒng)包括基本上將光偏振為有用偏振光(204)和無用偏振光(208)的裝置；使所述有用偏振光(204)在輸出方向(206)上傳播的裝置；將所述無用偏振光(208)反射到與所述輸出方向(206)基本上正交的第一正交方向(210)上的裝置；將所述無用偏振光(208)反射到與所述輸出方向(206)和所述第一正交方向(210)基本上正交的第二正交方向(216)上裝置；將所述無用偏振光(208)反射在所述輸出方向(206)上裝置。
全文摘要
偏振校正系統(tǒng)包括使有用偏振光在輸出方向上傳播并且將無用偏振光反射在第一正交方向上的偏振光束分光器，其中所述第一正交方向基本上與輸出方向正交。初始反射器可將無用偏振光反射在第二正交方向上，其中所述第二正交方向基本上正交于輸出方向和第一正交方向，最終反射器可將無用偏振光反射在輸出方向上。在初始和最終反射器的作用下，無用偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)從而基本上變成有用偏振光。
文檔編號F21V7/09GK1754063SQ200480004858
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
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