專利名稱：用于照明系統(tǒng)的分束器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分束器模塊以及使用此類分束器模塊的照明系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及 提供使用壽命延長(zhǎng)的分束器的方法。
背景技術(shù)：
采用偏振分束器(PBS)的照明系統(tǒng)用于在投影顯示屏等顯像屏幕上形成圖像。典 型的顯示圖像包括照明光源，該照明光源布置為使來(lái)自該照明光源的光線從包含要投影的 圖像的成像裝置(即，成像器)反射。系統(tǒng)將光線折疊，以使得來(lái)自照明光源的光線和投影圖 像的光線共用PBS與成像器之間的相同物理空間。PBS將射入的光與經(jīng)偏振而旋轉(zhuǎn)的成像 光分離。發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括光源，其能夠沿著主發(fā)射軸 發(fā)光；反射偏振膜；以及用于在與主發(fā)射軸垂直方向上橫向移動(dòng)反射偏振膜的構(gòu)件。該反 射偏振膜具有第一主表面，該第一主表面接收來(lái)自光源的光。
另一方面，本發(fā)明涉及一種方法。該方法包括一個(gè)步驟提供能夠發(fā)光的光源，其 中該光源具有主發(fā)射軸。該方法包括另一個(gè)步驟將反射偏振膜定位到橫向移動(dòng)元件。該 方法最后包括一個(gè)步驟使用該橫向移動(dòng)元件，在與主發(fā)射軸垂直方向上橫向移動(dòng)該反射 偏振膜。
在第三方面，本說(shuō)明書涉及一種照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括具有主發(fā)射軸的光 源；偏振分束器；以及用于移動(dòng)該分束器的構(gòu)件。該偏振分束器接收來(lái)自該光源的光，而且 包括反射偏振膜。用于移動(dòng)該分束器的構(gòu)件在與光源主發(fā)射軸垂直方向上移動(dòng)該分束器。
在最后方面，本發(fā)明涉及一種偏振分束器。該偏振分束器包括反射偏振膜、第一蓋 子、第二蓋子和橫向移動(dòng)裝置。該反射偏振膜具有第一主表面和第二主表面。第一蓋子附 接到反射偏振膜的第一主表面，第二蓋子附接到反射偏振膜的第二主表面。該橫向移動(dòng)裝 置附接到第一蓋子或第二蓋子，而且所述橫向移動(dòng)裝置沿著第一軸移動(dòng)該偏振分束器，以 使得在偏振分束器上入射的光直接入射在膜的不同部分上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的軸測(cè)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的軸測(cè)圖。
圖3a和圖3b分別是根據(jù)本發(fā)明的反射型偏振器入射通量的輻照度映射圖和曲線圖。
圖4a和圖4b是根據(jù)本發(fā)明的反射型偏振器入射通量的輻照度曲線圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的軸測(cè)圖。
圖6是用于控制根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)移動(dòng)的電路。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的軸測(cè)圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
在某些照明和投影系統(tǒng)中，偏振分束器是特別重要的元件。在微型構(gòu)造中，PBS用 來(lái)分離此類系統(tǒng)中的照明光和成像光。PBS中的偏振膜長(zhǎng)時(shí)間暴露在入射光中通常導(dǎo)致膜 劣化，因此PBS壽命有限。在此種系統(tǒng)中替換PBS比較緩慢、耗時(shí)而且費(fèi)用高。因此，需要 具有一種照明系統(tǒng)，其中PBS的反射偏振膜能夠延長(zhǎng)使用壽命，且不會(huì)使性能劣化。本發(fā)明 提供此種解決方案。
許多使用在PBS中的材料往往會(huì)隨時(shí)間推移而劣化。例如，某些聚合反射偏振膜 在長(zhǎng)期暴露在UV光中后變成淡黃色。此種“黃化劣化”影響膜的顏色和透射比，因此限制 了膜的使用壽命。然而，通常，來(lái)自照明系統(tǒng)中光源的照明光束主要僅直接入射在反射偏振 膜的小面積區(qū)域上。因此，提供細(xì)長(zhǎng)膜的地方常常仍存在大面積的膜未劣化本發(fā)明設(shè)法在 時(shí)間推移過(guò)程中還能使用較大面積的反射偏振膜，從而延長(zhǎng)照明系統(tǒng)中PBS的壽命。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的一項(xiàng)實(shí)施例。照明系統(tǒng)100包括光源102。光 源102可以是固態(tài)光源，例如，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管或激光光源。光源102沿著主發(fā)射軸 120發(fā)光。在某些實(shí)施例中，主發(fā)射軸可理解為光源最大亮度的廣義方向。例如，在光源為 朗伯型光源的地方，主發(fā)射軸120將在給定方向/角度達(dá)到直射亮度的峰值并在任何成角 度方向中快速減弱光強(qiáng)。具有最強(qiáng)亮度的角度將理解為主發(fā)射軸120。應(yīng)理解，主發(fā)射軸可 以不僅是光源最大亮度的廣義方向，而且是入射到PBS上最大亮度的廣義方向?？蓞⒖紙D 8對(duì)此點(diǎn)進(jìn)行更好地理解。圖8從PBS側(cè)面顯示照明系統(tǒng)的視圖。因此，例如，光源102產(chǎn) 生的光可首先從45度反射鏡124反射，然后指向反射偏振膜104。此處，主發(fā)射軸將為方向 120，即入射到PBS132上最大亮度的方向。在此實(shí)施例中，PBS132包括反射偏振膜104、第 一蓋子110和第二蓋子112。主發(fā)射軸的概念為入射到PBS或反射偏振膜上最大亮度的方 向，所述概念是成立的，盡管光源與PBS/反射偏振膜之間發(fā)生大量的反射或折射。
照明系統(tǒng)100中的特殊元件是反射偏振膜104。反射偏振膜可以是用作或用于偏 振分束器的任何適用種類的反射偏振膜。反射偏振膜104包括第一主表面106和第二主表 面108。第一主表面106是膜的表面，其面向光源102定位，使得膜沿著主發(fā)射軸120在第 一主表面上接收光源102產(chǎn)生的光。第二主表面108與第一主表面106反向定位，以使得 第二主表面背朝光源102。
在本發(fā)明的各實(shí)施例中，適合用作偏振膜104的反射偏振膜的實(shí)例包括雙折射 聚合物膜等的反射偏振膜，例如，由明尼蘇達(dá)圣保羅的3M公司(3M Corporation)制造的 多層光學(xué)微附膜(MOF)，例如，Jonza等人的第5，882，774號(hào)美國(guó)專利、Weber等人的第 6，609，795號(hào)美國(guó)專利，以及Magarill等人的第6，719，426號(hào)美國(guó)專利中所述的反射偏振 膜，三者均以引用的方式全文并入本文本中。適合偏振膜104的反射偏振膜還包括聚合反 射偏振膜，所述聚合反射偏振膜包括多層不同的聚合材料。例如，偏振膜104可包括第一層 和第二層，其中第一層和第二層的聚合材料不同，而且第一層和第二層中的至少一者是雙 折射的。在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例中，偏振膜104可包括具有不同聚合物材料的第一和第二 交替層的多層疊堆，如Weber等人的第6，609，795號(hào)美國(guó)專利中所揭示的那樣。在本發(fā)明的另一項(xiàng)實(shí)施例中，可使用多個(gè)反射偏振膜。
通常，適用的反射偏振膜特征在于沿著膜平面內(nèi)第一方向，第一與第二聚合材料之間具有較大的折射率差值，而且沿著膜平面內(nèi)第二方向(垂直于第一方向)，第一與第二聚合材料之間具有較小的折射率差值。在一些示例性實(shí)施例中，反射偏振膜特征還在于 沿著膜厚度方向(例如，具有不同聚合材料的第一與第二層之間)，第一與第二聚合材料之間具有較小的折射率差值。
選定用作示例性多層反射偏振膜104的層的聚合材料可包括呈現(xiàn)低吸光水平的材料。例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)呈現(xiàn)低于1.0X10_5厘米―1的吸收系數(shù)。因此，對(duì)于包括PET且具有大約125微米厚度的反射偏振膜，計(jì)算所得吸收性能大約為O. 000023%， 這大約是與之相當(dāng)?shù)木€柵偏振器吸收性能的1/200，000。
低吸收性能是所需要的，因?yàn)镻BS中使用的偏振器暴露在很高的光密度中，所述高光密度可導(dǎo)致偏振器失效。例如，吸收型偏振膜吸收了所有具有不需要偏振的光。熱量將會(huì)引起多層光學(xué)微附膜的劣化問(wèn)題，即使其中吸收性能受到更好的控制，但是高吸收性能產(chǎn)生大量的熱，從而更加縮短使用壽命。因此，需要具有高導(dǎo)熱率的基底(例如蘭寶石)將熱量導(dǎo)離偏振膜。此外，基底被暴露在高熱量負(fù)載下，這在基底中相應(yīng)地產(chǎn)生熱致雙折射。 基底中的熱致雙折射降低了光學(xué)系統(tǒng)(例如圖像顯示系統(tǒng))的對(duì)比度和對(duì)比均勻度。因此， 僅少數(shù)材料可適合用于帶有傳統(tǒng)PBS的基底(例如，蘭寶石、石英、含鉛玻璃和陶瓷)。盡管選擇可取的材料，但是反射偏振膜仍會(huì)發(fā)生劣化。因此，使用本文提出的結(jié)合適當(dāng)?shù)牟牧蠙M向移動(dòng)PBS的解決方案可大大延長(zhǎng)使用壽命。
在一些實(shí)施例中，反射偏振膜104通?？衫斫鉃椤白粤⑹健钡?。換句話說(shuō)，膜可在其邊緣以某種方式支撐，而不需要由其他元件包覆。不管帶有或不帶有一種包覆，反射偏振膜 104應(yīng)理解為充當(dāng)“偏振分束器”。然而，在許多實(shí)施例中，例如，圖1的照明系統(tǒng)100中示出，膜104可被包覆。例如,第一蓋子110可設(shè)置在反射偏振膜104的第一主表面106上。 第二蓋子112可設(shè)置在反射偏振膜的相反側(cè)(第二主表面108)上。當(dāng)描述成“設(shè)置在…上” 時(shí)，應(yīng)理解，第一蓋子110和/或第二蓋子112可直接附著在反射偏振膜上，或可在其自身與反射偏振膜之間具有一個(gè)層或多個(gè)層。在一項(xiàng)實(shí)施例中，蓋子中的至少一者與反射偏振膜之間的層可以是氣隙。反射偏振膜和兩個(gè)蓋子的此種構(gòu)造，或以另一種方法看，“包覆的” 反射偏振膜，也可理解為PBS。其中，蓋子附著在膜上，適當(dāng)?shù)恼澈蟿┛砂▔好粽澈蟿┗蚍菈好粽澈蟿?例如，熱固化粘合劑或濕固化粘合劑)。在一些實(shí)施 例中，粘合劑為壓敏粘合劑。在一些實(shí)施例中，粘合劑層為透光粘合劑。
第一蓋子110和第二蓋子112可從通常在PBS中使用的材料中選擇。通常，用于任何蓋子的蓋子材料將是透光的材料。在一些情況下，蓋子材料也將具有低的雙折射率。通常，蓋子是棱柱形的，以使得第一蓋子(例如)具有與主發(fā)射軸120垂直的面以及也具有與成像器140大致垂直的面。玻璃棱鏡對(duì)于第一蓋子110和第二蓋子112是一個(gè)適合的選擇。 在其他材料中，陶瓷和聚合物也可用于蓋子組成。在至少一些構(gòu)造中，所述PBS至少包括反射偏振膜并且可能包括第一和第二蓋子，所述PBS可理解為麥克尼爾(MacNeille)偏振分束器構(gòu)造。麥克尼爾偏振分束器構(gòu)造在(例如)E. Stupp和M Brennesholtz的“反射型偏振器技術(shù)(Reflective polarizer technology)，，,投影顯不(Projection Displays), 1999, 第129至133頁(yè)中做進(jìn)一步描述。然而，在其他實(shí)施例中，可使用任何數(shù)目其他適合的偏振分束器。
光在第一表面106處入射到反射偏振膜104上以及可能地入射到第一蓋子110上 之前，光首先可入射到照明光學(xué)器件130上。照明光學(xué)器件130可在光源102產(chǎn)生的光入射 到反射偏振膜104上之前，調(diào)節(jié)光源102產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生所需特性。光學(xué)器件130可改變 或修改以下項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)光的散射、光的偏振狀態(tài)或光的光譜。然而，光學(xué)器件130 通?？衫斫鉃椴桓淖冎靼l(fā)射軸120。照明光學(xué)器件130可包括(例如)一個(gè)或多個(gè)透鏡、色 彩混合器、光勻化器、光中繼元件、偏振轉(zhuǎn)換器、預(yù)偏振器和/或?yàn)V波器，用于清除不需要的 紫外線或紅外線。
光穿過(guò)可選的照明光學(xué)器件130之后，在第一照明位置114處入射到反射偏振膜 104上，所述第一照明位置114位于第一主表面106上。此第一照明位置114可理解為反射 偏振膜104與光源102的主發(fā)射軸120相交的地方(在給定的時(shí)間會(huì)相交，這一點(diǎn)將進(jìn)一步 進(jìn)行闡述)。具有第一偏振的光(例如，P偏振光)可穿過(guò)膜104傳播，而具有第二偏振的光 (例如，S偏振光)從膜上反射，而且指向成像器140。從膜104上反射的偏振光是不成像的 照明光。在從反射偏振膜104上反射之后，第二偏振光隨后入射到成像器140上，其中第二 偏振光進(jìn)行成像和反射，而且該偏振轉(zhuǎn)換到第一偏振(例如，從S偏振光轉(zhuǎn)換到P偏振光)。 具有第一偏振的“成像”光在反射之后，從成像器140返回到反射偏振膜104，而且可穿過(guò)反 射偏振膜傳播。傳播的成像光緊接著可遇到投影光學(xué)器件150。投影光學(xué)器件150可包括 適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件，例如，一個(gè)或多個(gè)投影透鏡。此類光學(xué)器件的設(shè)計(jì)通常會(huì)考慮到光學(xué)器件 150與成像器140之間的所有部件，針對(duì)每個(gè)特定系統(tǒng)而進(jìn)行優(yōu)化。投影光學(xué)器件150收集 成像光，而且將所述成像光導(dǎo)向具有所需圖像的顯示屏。
然而，由于長(zhǎng)時(shí)間暴露在光源102產(chǎn)生的入射光中，反射偏振膜104隨時(shí)間推移劣 化。因此，要解決的一個(gè)重要問(wèn)題是如何延長(zhǎng)照明系統(tǒng)中PBS的使用壽命。本發(fā)明提供各 種技術(shù)，所述技術(shù)確保反射偏振膜104的不同部分暴露在來(lái)自光源的光的主發(fā)射軸120中， 以使得直接曝光能夠遍及膜的不同部分而且有足夠的性能可繼續(xù)用于經(jīng)延長(zhǎng)的時(shí)間段。具 體而言，本發(fā)明提供用于在垂直于主發(fā)射軸的方向上橫向移動(dòng)反射偏振膜的技術(shù)。
圖2結(jié)合圖1示出這些技術(shù)的功能。具體而言，光可沿著主發(fā)射軸120穿過(guò)照明 光學(xué)器件，而且在第一照明位置114處入射到反射偏振膜104上，在第一照明位置114處主 發(fā)射軸120和反射偏振膜104相交。然而，如圖2示出，膜104可在方向122上進(jìn)行移動(dòng)， 所述方向122垂直于主發(fā)射軸120 ;因此，在“時(shí)間I”處，反射偏振膜104可與主發(fā)射軸120 在第一照明位置114處相交。在隨后的“時(shí)間2”處，反射偏振膜104可與主發(fā)射軸120在 第二照明位置116處相交。在更后的“時(shí)間3”處，反射偏振膜104可再次進(jìn)行橫向移動(dòng)，以 使得膜104與主發(fā)射軸120在第三照明位置118處相交。該反射偏振膜可移動(dòng)到三個(gè)或三 個(gè)以上不同的照明位置(例如，四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或七個(gè)位置等)。在保持照明光學(xué)器件130、 成像器140和投影光學(xué)器件150等對(duì)象的位置靜止的同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)反射偏振膜，投影圖像 不會(huì)受到破壞，但是暴露了反射偏振膜104的不同部分。
圖3a和圖3b (例如)提供輻照度映射圖和隨附的輻照度曲線圖，所述輻照度映射 圖和曲線圖是針對(duì)當(dāng)前說(shuō)明書中使用的反射偏振膜類型的入射光通量。膜中一部分的老化 壽命可理解為何時(shí)膜的該部分上已入射到臨界量的光，以至于膜的一部分劣化而且使得所 傳播的光泛黃。如映射圖和曲線圖證實(shí)，從中心開(kāi)始，一半的通量包含在總暴露面積的三分之一中。因此，當(dāng)膜的中心照明局部部分(該部分以主發(fā)射軸與膜相交的交點(diǎn)為中心)達(dá)到 老化壽命(暴露的臨界值)時(shí)，該部分的周圍面積(等于總暴露面積的三分之二)僅達(dá)到自身 一半的壽命。以此為依據(jù)，PBS可僅移動(dòng)暴露區(qū)域直徑的一半長(zhǎng)度，以使得該移動(dòng)之后入射 到膜上的光中的一半入射到一半的初始暴露區(qū)域上。圖4a和圖4b示出給定的暴露程度和 面積以及預(yù)期膜橫向移動(dòng)的輻照度曲線圖。圖4a再次示出根據(jù)本發(fā)明的反射偏振膜的輻 照度曲線圖。圖4b中示出僅移動(dòng)此膜暴露區(qū)域直徑的一半長(zhǎng)度。在移動(dòng)直徑的一半長(zhǎng)度 之后，該膜的新的最大亮度接收部分(例如，第二照明位置)對(duì)應(yīng)于第一照明位置處接收到 近乎零亮度的點(diǎn)。非峰尖亮度的部分在第一位置類似地為非峰尖，這樣，兩個(gè)位置上的這些 點(diǎn)處的總通量達(dá)到或接近最大曝光限度。因此，如圖4b中示出，移動(dòng)暴露區(qū)域直徑的一半 長(zhǎng)度使PBS延長(zhǎng)到兩倍的壽命。第二次移動(dòng)暴露區(qū)域直徑的一半長(zhǎng)度使PBS延長(zhǎng)到三倍的 壽命，第三次移動(dòng)暴露區(qū)域直徑的一半長(zhǎng)度使PBS延長(zhǎng)到四倍的壽命，而第四次移動(dòng)暴露 區(qū)域直徑的一半長(zhǎng)度使PBS延長(zhǎng)到五倍的壽命，以此類推。此種適度遞增的移動(dòng)可基本使 膜的所有部分能使用到最大化的照明時(shí)間，而不發(fā)生膜劣化。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)橫向(垂直于主發(fā)射軸)移動(dòng)反射偏振膜能增加壽命，所以需要足夠的橫 向表面積以暴露在光源中。重新參考圖1，在一項(xiàng)實(shí)施例中，其中反射偏振膜104由第一蓋 子110和第二蓋子112覆蓋,反射偏振膜104可限定第一蓋子的寬度126和長(zhǎng)度128(包括 第二蓋子，因?yàn)榇藢?shí)施例中兩個(gè)蓋子的尺寸相等)。如圖1中示出，第一蓋子110在平行于 主發(fā)射軸120的方向上具有寬度126。蓋子的長(zhǎng)度128處于垂直于主發(fā)射軸的方向上，即， 反射偏振膜104移動(dòng)所沿的方向。為了讓膜的更多區(qū)域暴露在光源中以產(chǎn)生更長(zhǎng)壽命，在 一些實(shí)施例中，第一蓋子的長(zhǎng)度需要大于第一蓋子的寬度，其中反射偏振膜的長(zhǎng)度基本與 第一蓋子的長(zhǎng)度相同。
任何適合的構(gòu)造都可用于在垂直于主發(fā)射軸的方向上橫向移動(dòng)反射偏振膜。移動(dòng) 構(gòu)件可以是如下所述物件其設(shè)置在膜104上或第一蓋子110上或第二蓋子112上或通過(guò) 任何數(shù)目的適當(dāng)構(gòu)件耦接到膜和/或蓋子的任何元件上，例如，通過(guò)粘合劑、以機(jī)械的方式 連接/耦接、電磁力等?？墒褂萌魏斡糜谶B接兩個(gè)結(jié)構(gòu)的適合而且適當(dāng)?shù)牧?。在其他?shí)施 例中，該移動(dòng)構(gòu)件實(shí)際上可以是膜104、第一蓋子110、第二蓋子112的一部分，或者可以是 鄰近于此類結(jié)構(gòu)元件的元件的一部分。用于橫向移動(dòng)反射偏振膜的構(gòu)件可由任何適合的力 或媒介進(jìn)行移動(dòng)。例如，燃料動(dòng)力系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、彈簧驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)的橫向移動(dòng)元件以 及任何其他種類的能橫向驅(qū)動(dòng)PBS的動(dòng)力均可使用。PBS系統(tǒng)可在完全平坦的表面上橫向 移動(dòng)，或可能在軌道上，或可能在導(dǎo)輪上橫向移動(dòng)，或通過(guò)其他適當(dāng)?shù)臉?gòu)件橫向移動(dòng)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性構(gòu)造的一項(xiàng)實(shí)施例。照明系統(tǒng)200包括光源 202，其沿著主發(fā)射軸220發(fā)光。該照明系統(tǒng)進(jìn)一步包括照明光學(xué)器件230、成像器240和投 影光學(xué)器件250。反射偏振膜204安置在第一蓋子210與第二蓋子212之間。在此系統(tǒng)中， 反射偏振膜204能夠在與主發(fā)射軸220垂直的方向222上橫向移動(dòng)。在此實(shí)施例中，反射 偏振膜204由齒輪232來(lái)移動(dòng)。具體而言，元件232可理解為步進(jìn)電機(jī)齒輪。步進(jìn)電機(jī)齒 輪以機(jī)械的方式耦接到多個(gè)齒輪齒234，其中齒輪齒附接到第二蓋子212。當(dāng)電機(jī)齒輪232 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒234在方向222上橫向移動(dòng)，而且膜204也因此橫向移動(dòng)。照明系統(tǒng)還可包 括顏色傳感器260和270。
步進(jìn)電機(jī)齒輪232可手動(dòng)操作，也可自動(dòng)操作。例如，曲柄元件可附接到齒輪232，而且可用于通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)該曲柄來(lái)手動(dòng)移動(dòng)膜204。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，電機(jī)齒輪可用導(dǎo)線連接 到自動(dòng)系統(tǒng)。在經(jīng)編程的時(shí)間段之后，該自動(dòng)系統(tǒng)可以某一增量橫向移動(dòng)反射偏振膜204。 在一些系統(tǒng)中，該自動(dòng)系統(tǒng)可基于反饋?zhàn)x數(shù)來(lái)移動(dòng)反射偏振膜。
例如，當(dāng)反射偏振膜開(kāi)始劣化時(shí)，所傳播的光顏色變得更黃?？蓪⑺鶄鞑サ墓獾念?色可與初始照明光顏色相比較，以測(cè)定由于反射偏振膜204而發(fā)生了多大程度的“泛黃”。 可對(duì)顏色傳感器260進(jìn)行定位，以接收所傳播的光，而且可對(duì)初級(jí)顏色傳感器270進(jìn)行定 位，以接收光源202產(chǎn)生的照明光。隨后，可將照明光的特性與所傳播的光的特性相比較， 以檢測(cè)膜204的特定部分何時(shí)開(kāi)始劣化。如果已知照明系統(tǒng)的顏色等級(jí)，則單個(gè)的顏色傳 感器260可足夠用于檢測(cè)膜的劣化。在一些實(shí)施例中，傳感器260和270可通過(guò)電路用導(dǎo)線 連接到電機(jī)232，隨后，響應(yīng)于高黃化讀數(shù)，該系統(tǒng)可橫向移動(dòng)該膜。換句話說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)到給 定的黃光等級(jí)時(shí)，該系統(tǒng)將膜移動(dòng)到不同的照明位置。例如，圖6提供電路400的示意圖，所 述電路可提供此種類型的反饋。傳感器260和270不應(yīng)僅限制性地理解為用于檢測(cè)黃光的 顏色傳感器。在一些實(shí)施例中，其中針對(duì)反射偏振膜204所選擇的材料類型不會(huì)變的更黃 化，但是具有更低的亮度，或不同色彩(例如)，或任何其他類型的可測(cè)量變化，而傳感器260 和270經(jīng)構(gòu)造以測(cè)量此種變化。
如圖6示出，在一項(xiàng)實(shí)施例中，安置在反射偏振膜或PBS410前面的顏色傳感器以 及安置在反射偏振膜或PBS408后面的顏色傳感器均用導(dǎo)線連接為用于進(jìn)入微控制器402 中的輸入端。在給定的讀數(shù)差的情況下，微控制器可向電機(jī)控制器404發(fā)送信號(hào)，所述電 機(jī)控制器404通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)連接到該微控制器。如上所述，在已知照明光的顏色等級(jí)的情 況下，可將單個(gè)傳感器用導(dǎo)線連接到控制器中，其中控制器在選定的信號(hào)電平處啟動(dòng)，而不 是在其他信號(hào)電平處啟動(dòng)。例如，可將此信號(hào)電平讀數(shù)與幾乎不發(fā)生黃化時(shí)的“基線”電平 (ground level)相比較。
一旦達(dá)到給定的黃化讀數(shù)之后，該電機(jī)控制器接著可啟動(dòng)電機(jī)或致動(dòng)器406，從而 引起膜204 (圖5中)沿著方向222 (垂直于主發(fā)射軸220)從第一照明位置橫向移動(dòng)到第 二照明位置，以及從第二照明位置橫向移動(dòng)到第三照明位置等。如上所述，圖5中的電機(jī)齒 輪系統(tǒng)可在自動(dòng)電路系統(tǒng)(例如，圖6中的自動(dòng)電路系統(tǒng))中進(jìn)行移動(dòng)或使用適合的技術(shù)手 動(dòng)地進(jìn)行移動(dòng)。在一些情況下，當(dāng)給定的顏色傳感器讀數(shù)發(fā)出警報(bào)以指示控制人員或操作 員手動(dòng)移動(dòng)膜204時(shí)，膜204也可手動(dòng)地進(jìn)行移動(dòng)。此外，應(yīng)理解，圖6僅為自動(dòng)系統(tǒng)的一 個(gè)實(shí)例。可使用任何數(shù)目的自動(dòng)移動(dòng)系統(tǒng)，所述自動(dòng)移動(dòng)系統(tǒng)可響應(yīng)于經(jīng)編程的時(shí)間段而 移動(dòng)，或響應(yīng)于多個(gè)其他傳感系統(tǒng)而移動(dòng)。
圖7不出可橫向移動(dòng)的反射偏振膜/PBS的另一項(xiàng)實(shí)施例。圖7包括光源302以 及第一蓋子310與第二蓋子312之間的膜304。該實(shí)施例還包括帶有線型軸桿392的橫向 移動(dòng)構(gòu)造、連接結(jié)構(gòu)394、第二連接結(jié)構(gòu)398和螺旋軸桿396。此圖提供了一項(xiàng)實(shí)施例，在該 實(shí)施例中，反射偏振膜304充當(dāng)或作為PBS —部分并附接到移動(dòng)構(gòu)造。在當(dāng)前實(shí)施例中，光 源302產(chǎn)生的光再次沿著主發(fā)射軸320經(jīng)由第一蓋子310進(jìn)入PBS，而且在第一照明位置處 入射到膜304上。此處，在PBS中與光進(jìn)入的相對(duì)側(cè)上，螺旋軸桿構(gòu)造附接到第二蓋子312。 具體而言，線型軸桿392經(jīng)由連接結(jié)構(gòu)394附接到第二蓋子。這些線型軸桿用作導(dǎo)向裝置， 用于引導(dǎo)反射偏振膜304 (或PBS)在垂直于主發(fā)射軸320的恰當(dāng)橫向方向322上移動(dòng)。第 二蓋子進(jìn)一步通過(guò)第二連接結(jié)構(gòu)類型398附接到螺旋軸桿396。一旦螺旋軸桿396發(fā)生旋轉(zhuǎn)，膜304隨即沿著線型軸桿392在橫向方向322上進(jìn)行移動(dòng)。
在一些實(shí)施例中，線型軸桿392和螺旋軸桿396將處于反射偏振膜304的相同側(cè) 上，或在相同蓋子上，例如，同在第二蓋子312上。在其他實(shí)施例中，線型軸桿392和螺旋軸 桿396將同處于反射偏振膜304的另一側(cè)上或同在第一蓋子310上。在一些實(shí)施例中，線型 軸桿392將處于膜304中的與軸桿396相對(duì)的側(cè)上，或者兩個(gè)軸桿處于相對(duì)的蓋子上。此 外，在一些實(shí)施例中，將僅存在線型軸桿392或螺旋軸桿中的一者，而不是兩者都存在。在 此種情況下，線型軸桿392可由可調(diào)式螺旋軸桿組成，或螺旋軸桿396可引導(dǎo)膜304并對(duì)膜 304進(jìn)行橫向移動(dòng)。該螺旋軸桿可通過(guò)某些種類的機(jī)械元件(例如，曲柄)來(lái)手動(dòng)地旋轉(zhuǎn)?；?者，螺旋軸桿可通過(guò)自動(dòng)裝置和電路進(jìn)行控制?？墒褂萌魏闻c上述齒輪系統(tǒng)類似的操作模 式。同時(shí)，當(dāng)前實(shí)施例可使用顏色傳感器或其他傳感器來(lái)確定反射偏振膜何時(shí)應(yīng)進(jìn)行橫向 移位。
應(yīng)理解，不管橫向移動(dòng)方法或系統(tǒng)是自動(dòng)的還是手動(dòng)進(jìn)行操作的，在選定的時(shí)間 段之后，可重復(fù)地對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，這些周期大約可為相同的持續(xù)時(shí)間。膜 或PBS移動(dòng)的距離可類似地相等，以使得在不穿過(guò)不使用的曝光不足點(diǎn)的前提下，到達(dá)第 一曝光不足點(diǎn)。因此，在恒定的時(shí)間增量之后，該膜可移動(dòng)選定的恒定距離。此移位的恒定 距離與圖4b示出的移位相一致，例如，暴露區(qū)域直徑的一半的長(zhǎng)度的移位。
盡管目前為止被描述成制品，但是目前為止本文中所述的內(nèi)容以及提供的圖示也 可理解為揭示一種提供使用壽命延長(zhǎng)的分束器或照明系統(tǒng)的方法。例如，參看圖5和圖7， 該方法可用于提供一種能夠沿著主發(fā)射軸220發(fā)光的光源202。該方法可進(jìn)一步涉及將反 射偏振膜204定位到橫向移動(dòng)元件上，例如，齒234耦接到齒輪232的齒輪系統(tǒng)，或者是螺 旋軸396并線型軸桿392系統(tǒng)。該方法接著可進(jìn)一步涉及使用橫向移動(dòng)元件在方向222上 橫向移動(dòng)反射偏振膜204,所述方向222垂直于主發(fā)射軸220。
如上參照?qǐng)D1和圖2所述，主發(fā)射軸120可在橫向移動(dòng)反射偏振膜之前在第一照 明位置114處與該膜相交，以及在橫向移動(dòng)該膜之后在第二照明位置116處與該膜相交。 實(shí)際上，該反射偏振膜可橫向移動(dòng)到至少三個(gè)不同的照明位置，而且可以移動(dòng)到更多位置。 如上關(guān)于所揭示的制品實(shí)施例所述，定位此種反射偏振膜104的方法可通過(guò)手動(dòng)定位構(gòu)造 (例如，圖7中的螺旋系統(tǒng)392、396)或通過(guò)自動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)地來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法可進(jìn)一步涉及 在選定的時(shí)間增量之后，將膜橫向移動(dòng)恒定的量，或安置用于讀取穿過(guò)反射偏振膜傳播的 光的檢測(cè)器，而且在給定的讀數(shù)下橫向移動(dòng)該反射偏振膜，例如，當(dāng)檢測(cè)到黃光的給定等級(jí) 時(shí)。此外，在本文所述的方法中，該反射偏振膜可位于第一透明蓋子與第二透明蓋子之間， 其中這些蓋子中的一個(gè)安置在該膜與該橫向移動(dòng)元件之間。
往回參看圖5和圖7中的照明系統(tǒng)，可從另一方面將本發(fā)明理解為一種照明系統(tǒng)， 該照明系統(tǒng)主要由偏振分束器和用于移動(dòng)偏振分束器的構(gòu)件組成(其中，該分束器由部件 204,210和212或部件304、310和312組成)。此處，該反射偏振膜并不是指PBS本身，而是 指PBS的一部分。在任一種情況下，元件仍在垂直于光源的主發(fā)射軸的方向上進(jìn)行移動(dòng)。類 似地，或者可將該移動(dòng)構(gòu)件理解為“橫向移動(dòng)”元件或裝置，所述元件或裝置僅是偏振分束 器的一部分，所述偏振分束器包含反射偏振膜(204或304)以及第一和第二蓋子(210、310 和212、312)。該偏振分束器進(jìn)一步僅由橫向移動(dòng)裝置組成，所述橫向移動(dòng)裝置附接到第一 蓋子或第二蓋子，而且該橫向移動(dòng)裝置沿著第一軸移動(dòng)PBS，以使得入射到PBS上的光直接入射到膜的不同部分上。橫向移動(dòng)裝置不應(yīng)理解為限制于本文具體所揭示的實(shí)施例。而是， 該橫向移動(dòng)裝置可由能夠在指定方向上移動(dòng)PBS的任何種類的裝置組成，而且該橫向移動(dòng) 裝置可以是(例如)手動(dòng)操作的或自動(dòng)操作的。
本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為限制于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)理解為完全如所附權(quán)利要求書中 所闡述涵蓋本發(fā)明的所有方面。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明的說(shuō)明書之后， 將易于了解可適用于本發(fā)明的各種修改形式、等同方法以及多種結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求書旨在涵 蓋此類修改形式和裝置。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括 光源，所述光源能夠沿著主發(fā)射軸發(fā)光；和 反射偏振膜，所述反射偏振膜具有第一主表面，而且在所述第一主表面上接收來(lái)自所述光源的光；和 用于在垂直于所述主發(fā)射軸的方向上橫向移動(dòng)所述反射偏振膜的構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一主表面上的第一蓋子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中所述第一蓋子在平行于所述主發(fā)射軸的方向上具有寬度，并在垂直于所述主發(fā)射軸的所述方向上具有長(zhǎng)度，所述反射偏振膜沿著垂直于所述主發(fā)射軸的所述方向移動(dòng)，所述第一蓋子的所述長(zhǎng)度大于所述寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中所述反射偏振膜包括與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面，而且進(jìn)一步包括第二蓋子，所述第二蓋子設(shè)置在所述第二主表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中所述第一和第二蓋子包括對(duì)可見(jiàn)光透光的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中所述第一和第二蓋子包括玻璃棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述反射偏振膜包括多層聚合物膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述反射偏振膜充當(dāng)偏振分束器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中所述偏振分束器是麥克尼爾偏振分束器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述反射偏振膜能夠在第一時(shí)間在第一照明位置處與所述主發(fā)射軸相交，并且所述反射偏振膜能夠在第二時(shí)間在第二照明位置處與所述主發(fā)射軸相交，所述第一照明位置不同于所述第二照明位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，所述反射偏振膜進(jìn)一步包括第三照明位置，其中所述反射偏振膜能夠在第三時(shí)間在所述第三照明位置處與所述主發(fā)射軸相交，所述第三時(shí)間與所述第一和第二照明位置不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述用于橫向移動(dòng)所述反射偏振膜的構(gòu)件是手動(dòng)操作的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述用于橫向移動(dòng)所述反射偏振膜的構(gòu)件是自動(dòng)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，還包括用于檢測(cè)穿過(guò)所述反射偏振膜傳輸?shù)墓獾念伾膫鞲衅鳌?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其中自動(dòng)構(gòu)件包括電路和電機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中用于橫向移動(dòng)所述反射偏振膜的所述構(gòu)件包括齒輪系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括成像器，所述成像器從所述反射偏振膜接收不成像光，而且朝著所述反射偏振膜反射成像光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括投影透鏡系統(tǒng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中用于橫向移動(dòng)所述反射偏振膜的所述構(gòu)件包括螺旋軸桿系統(tǒng)。
20.—種方法,包括提供能夠發(fā)光的光源，所述光源具有主發(fā)射軸； 將反射偏振膜定位到橫向移動(dòng)元件上；和 使用所述橫向移動(dòng)兀件在垂直于所述主發(fā)射軸的方向上橫向移動(dòng)所述反射偏振膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在橫向移動(dòng)所述膜之前，所述主發(fā)射軸與所述反射偏振膜在第一照明位置處相交，以及在橫向移動(dòng)所述膜之后，所述主發(fā)射軸與所述反射偏振膜在第二照明位置處相交。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述反射偏振膜橫向移動(dòng)到至少三個(gè)不同的照明位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述橫向移動(dòng)使用手動(dòng)定位構(gòu)造來(lái)執(zhí)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述手動(dòng)定位構(gòu)造包括螺旋軸桿系統(tǒng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述橫向移動(dòng)由自動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)地執(zhí)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在恒定的時(shí)間增量之后，所述反射偏振膜橫向移動(dòng)恒定的距離。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)穿過(guò)所述反射偏振膜傳播的光的顏色，以及在選定的傳感器讀數(shù)下橫向移動(dòng)所述反射偏振膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，當(dāng)檢測(cè)到給定等級(jí)的黃光時(shí)，所述反射偏振器橫向移動(dòng)到一個(gè)不同的照明位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述反射偏振膜位于第一透明蓋子與第二透明蓋子之間，而且此外，其中第一或第二透明蓋子位于所述膜與所述橫向移動(dòng)元件之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述橫向移動(dòng)元件包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)包括齒輪以及設(shè)置在所述反射偏振膜上的多個(gè)齒輪齒。
31.一種照明系統(tǒng)，包括 光源，所述光源具有主發(fā)射軸； 偏振分束器，所述偏振分束器接收來(lái)自所述光源的光，所述偏振分束器包括反射偏振膜；和 用于在垂直于所述光源的所述主發(fā)射軸的方向上移動(dòng)所述分束器的構(gòu)件。
32.—種偏振分束器,包括 反射偏振膜，所述反射偏振膜具有第一主表面和第二主表面； 第一蓋子，所述第一蓋子附接到所述第一主表面； 第二蓋子，所述第二蓋子附接到所述第二主表面；和 橫向移動(dòng)裝置，所述橫向移動(dòng)裝置附接到所述第一蓋子或第二蓋子，所述橫向移動(dòng)裝置沿著第一軸移動(dòng)所述偏振分束器，以使得入射到所述PBS上的光直接入射到所述膜的不同部分上。
全文摘要
本發(fā)明涉及了分束器和使用分束器的照明系統(tǒng)。還描述了一種提供使用壽命延長(zhǎng)的分束器的方法。
文檔編號(hào)F21V9/14GK103038569SQ201180036986
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者黃俊威, 菲利普·E·沃森, 謝爾登·B·魯伊斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司