專利名稱：反射型液晶顯示器用的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用反射型液晶顯示器的投影光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中使用三個反射型液晶顯示器板的投影系統(tǒng)的同軸布局，其中三個顯示板是用于紅光的LCD 10，用于綠光的LCD 12，以及用于藍光的LCD 14。來自光源16的光經(jīng)偏振光分束立方體18起偏，光的S分量(在本圖及所有其它圖中皆由一實線表示)被反射到彩色立方體20和液晶顯示器。彩色立方體把光分為紅，綠和藍三種基色。
被液晶顯示器“接通”象素反射的光具有P偏振(在本圖及所有其它圖中皆由一虛線表示)，因而它通過偏振光分束立方體(PBS立方體)的對角線到達投影透鏡22，在屏幕(未示出)上形成一像。被“斷開”象素反射的光具有S偏振，它從PBS立方體的對角線反射，從而不能傳入屏幕區(qū)。
雖然圖1的設(shè)計具有緊湊的結(jié)構(gòu)，但是它有許多基本缺點，包括(1)從光源來的P偏振全部損失掉；(2)系統(tǒng)的反差受到PBS立方體對角線偏振性質(zhì)的限制，所述性質(zhì)使得在商用投影儀一般要求的f數(shù)變差；以及(3)對于三種顏色，彩色立方體需要與S和P偏振兩者一起工作，這種情況會導(dǎo)致分色/顏色重組的效率變低。
具體地說，二向色截止濾光器的斜度總是小于100％，用以避免不希望有的顏色混合。在藍、綠之間和綠、紅之間邊界處的一些光必須故意截止，因此就損失掉了。而且，被截止的光量必須考慮到二向色濾光器的斜度和截止波長與入射偏振和入射角有關(guān)。作為這些作用的結(jié)果，當把所有三個液晶顯示器放在同一偏振通路中并用單個彩色立方體來分光和再組合三基色光時，就會發(fā)生大量的光損耗。
日本專利公報第10-253922號說明了圖1系統(tǒng)的一種變化，它用兩個二向色棱鏡代替單個彩色立方體。雖比基礎(chǔ)系統(tǒng)好了一點，但這個專利公開的方法在機械上是復(fù)雜的，由于它依賴于只有一個偏振對角線的單個偏振光分束立方體，所以反差降低。
另一個已知的結(jié)構(gòu)是由California州，Santa Clara市的S-VISION Inc.開發(fā)的。參閱Bone等人的“Novel Optical System Design For Reflective CMOSTechnology”Proceeding of SPIE，Volume 3634，pages 80-86，1999。這個方法采用離軸光學(xué)元件、兩個彩色立方體，和兩個薄膜偏振器(一個作為起偏器，而另一個作為檢偏器)來加強反差。每個彩色立方體對一個偏振起作用，這就增加了彩色分離/重組的效率。這里的問題包括(1)兩個彩色立方體的成本；(2)從光源來的第二偏振的損耗；以及(3)離軸光學(xué)元件的復(fù)雜性和化費。

發(fā)明內(nèi)容
由于前面所述，本發(fā)明的一個目的是提供用于反射型液晶顯示器的改良的系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明的一個目的是提供一個具有某些和最好是所有的如下性質(zhì)(1)系統(tǒng)在機械上是簡單的和緊湊的，(2)系統(tǒng)對較貴的光學(xué)元件的使用降至最小，(3)系統(tǒng)至少采用每個偏振的一些光，以及(4)系統(tǒng)獲得高水準的反差。
要獲得這些以及其它的目的，與發(fā)明的某些方面相一致的本發(fā)明提供了一具有第一、第二、第三和第四側(cè)面的單一偏振光分束器和兩個偏振對角線，所述對角線互相垂直相交，所述分束器相對于每條對角線是對稱的(即分束器相對于每條對角線具有鏡面對稱)，其中，具有S偏振的光主要從每條對角線反射，而具有P偏振的光主要通過每條對角線透射。
在某些較佳實施例中，該單一分束器包括四個偏振光分束立方體，每個立方體沿著兩個面與兩個另外的立方體相連以形成整個偏振光分束器。在某些實施例中，立方體都是相同大小的，而在其它的實施例中，二個立方體具有第一個尺寸以及二個立方體具有第二個尺寸。
可把半波片和/或片狀偏振器放在偏振光分束立方體的鄰接面之間的地方。可按所需采用零，兩或四片半波片和零，兩或四張片狀偏振器的任何組合。該薄片偏振器改善了反差。本波片可用于對不交軸光線偏振泄漏的補償或可用于改善反差，在這種情況下每個半波片要這樣來定位，使得把S偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镻偏振光，而把P偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振光。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，它提供了一種包括上述類型的偏振光分束器的光學(xué)系統(tǒng)，為提供到分束器的部分第一側(cè)面的光的一個光源，為接收從分束器的部分第二側(cè)面?zhèn)鞒鰜淼墓獾囊粋€投影透鏡，所述第二側(cè)面是在第一側(cè)面的對面，以及至少一塊第一反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板和一塊第二反射的偏振轉(zhuǎn)換的，已象素化的板，每塊板用來調(diào)制來自光源傳到投影透鏡的光。在某些較佳實施例中，已象素化的一塊或兩塊板與分束器的側(cè)面相關(guān)聯(lián)，這些側(cè)面和分束器與光源和投影透鏡相關(guān)聯(lián)的側(cè)面不同。
根據(jù)本發(fā)明的更深一層的方面，它提供了用于改善投影系統(tǒng)反差的方法，這種系統(tǒng)使用至少一塊反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，這板包括來自光源的傳到該已象素化的板的光，在該已象素化的板上調(diào)制該光，并把這已調(diào)制好的光傳到投影透鏡，其特征在于(a)在光源和投影透鏡之間，至少一些光通過兩片半波片來傳播，半波片是這樣來定位的，使得S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光，而P偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振光；(b)在光源和已象素化的板之間，該光與兩根偏振對角線相互作用，具有S偏振的光，相對于所述相互作用中之一，而具有P偏振的光則相對于所述相互作用中的另一個；以及(c)在已象素化的板和投影透鏡之間，該光與兩根偏振對角線相互作用，具有S偏振的光，相對于所述相互作用中之一，而具有P偏振的光，則相對于所述相互作用中的另一個。
此外與一條對角線的一次相互用包含(i)如果光具有P偏振，則通過對角線主要是透鏡；以及(ii)如果光具有S偏振，則從對角線上主要是反射。
根據(jù)這些方面的某些較佳實施例，本發(fā)明了為改善投影系統(tǒng)反差的一個方法，該系統(tǒng)至少使用兩塊反射的，轉(zhuǎn)換偏振的，已象素化的板，它包括來自在光源，傳到兩塊已象素的板的光，在該兩塊已象素化的板上調(diào)制該光，并把已調(diào)制好的光傳到投影透鏡，其特征在于(a)在光源和投影透鏡之間，第一部分的光通過第一和第二片半波片來傳播，和第二部分的光通過第三和第四片半波片來傳播，每片半波片是這樣來定位的，使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，而P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光；(b)在光源和兩塊已象素化的板的每一塊之間，該光與兩條對角線相互作用，具有S偏振的光，相對于所述相互作用中之一，具有P偏振的光，相對于所述相互作用中的另一個；以及(c)在兩塊已象素化的板的每一塊與投影透鏡之間，該光與兩條對角線相互作用，具有S偏振的光，相對于所述相互作用中之一，具有P偏振的光，相對于所述相互作用中的另一個。
此外與一條對角線的一次相互作用包含(i)如果光具有P偏振，則通過對角線的主要是透射；以及(ii)如果光具有S偏振，則從對角線上主要是反射。
根據(jù)本發(fā)明的還有更深一層的方面，它提供了一種光學(xué)系統(tǒng)包括(a)用來產(chǎn)生兩束偏振光光束的偏振光分束器；(b)接收所述光束中的一束的二向色棱鏡；(c)接收所述光束中的另一束的光程補償器；以及(d)至少一個與光程補償器相關(guān)聯(lián)的濾光器。
在某此實施例中，該至少一個濾光器在補償器相對的側(cè)面上包括兩個濾光器，一個是短通濾光器，即通過較短波長的濾光器，而另一個是長通濾光器，即通過較長波長的濾光器。
正如在下面詳細討論的，本發(fā)明獲得了包括通過較低成本的二向色的利用而降低了成本和/或至少通過部分的用于彩色分離，增強亮度的濾光器，以及，在某些實施例中，全部偏振復(fù)遠，和在已透射到觀看屏幕上的光中“接通”與“斷開”色素之間的離反差在內(nèi)的各種好處。
附圖簡述圖1是一示意圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用三個反射型液晶顯示器板的投影系統(tǒng)的同軸布局。
圖2是一示意圖，示出了本發(fā)明的一個實施例，它使用了能提供全部偏振復(fù)原的雙通路偏振光分束器。
圖3-5是示意圖，示出了本發(fā)明的一個實施例，它使用了由偏振光分束立方體組成的偏振光分束器。圖3示出了產(chǎn)生像的光路，圖4示出了“泄漏”偏振通過立方體26A、26B和26C之“照射”對角線的光路。圖5示出了“泄漏”偏振通過立方體26B、26C和26D之“成像”對角線的光路。
圖6圖示了本發(fā)明的一個實施例，它通過以45度或135度定位的半波片獲得了高反差率。
圖7圖示了以45度或135度定位的半波片的作用，其中虛線表示該半波片的快(或慢)軸方向，水平軸表示入射光的偏振，垂直軸示出了透射光的偏振。
圖8與表1和表2結(jié)合一同示出了圖6布局獲得高反差率的方式。為了清晰起見，本圖未示出標號，它們應(yīng)與圖6相同。
圖9示出了圖6實施例的一種變化，其中半波片僅用于構(gòu)成本發(fā)明偏振光分束器中三個而不是所有四個立方體的交界面上。
圖10圖示了本發(fā)明的一個實施例，它使用三個硅上液晶器件(即，三個LCoS’s)。
圖11圖示了圖10實施例中來自不同通路的彩色重疊。
上面的附圖被歸于本說明書中，并構(gòu)成本說明書的一部分，它們圖示了本發(fā)明的較佳實施例，并與文字部分一起用來闡明本發(fā)明的原理。當然，附圖和描述部分兩者都僅是解釋性的，對本發(fā)明不作限制。
附圖中使用的標號對應(yīng)如下1偏振光分束器的第一側(cè)面2偏振光分束器的第二側(cè)面3偏振光分束器的第三側(cè)面4偏振光分束器的第四側(cè)面5偏振光分束器6偏振光分束器的對角線7偏振光分束器的對角線8反射型LCD9反射型LCD10紅色反射型LCD12綠色反射型LCD14藍色反射型LCD16光源18傳統(tǒng)的偏振光分束立方體(PBS立方體)20彩色立方體
22投影透鏡26A偏振光分束立方體26B偏振光分束立方體26C偏振光分束立方體26D偏振光分束立方體26S小的偏振光分束立方體26L大的偏振光分束立方體28半波片30片狀偏振器32紅色反射型LCoS34綠色反射型LCoS36藍色反射型LCoS38彩色二向色立方體(二向色棱鏡)40 補償器100射向投影透鏡的輸出光較佳實施例的描述如上所討論的，本發(fā)明提供了供反射型LCD使用的光學(xué)系統(tǒng)。如現(xiàn)有技術(shù)已知的，這種器件的“接通”象素把S偏振轉(zhuǎn)變?yōu)镻偏振，把P偏振轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振，而“斷開”象素保持入射光的偏振不變。
目前已知的或隨后開發(fā)的各種類型的反射型LCD都可用于本發(fā)明的實踐中。更為一般地，不論是否使用一種液晶材料來獲得偏振的轉(zhuǎn)變，本發(fā)明可以用于任何類型的反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板。為了易于描述，在整個說明書中使用術(shù)語LCD，應(yīng)該理解，該術(shù)語的使用并不試圖以任何方式限制本本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)能用兩個或三個反射型液晶顯示器來完成。用于液晶顯示器入射光的偏振可以相同(例如，參見圖9)或不同(例如，參見圖2，3和6)。
在兩個液晶顯示器系統(tǒng)的情況下，用一色輪產(chǎn)生全色的像。眾所周知，像的質(zhì)量主要基于綠色，三基色強度之間的常規(guī)比率為紅∶綠∶藍＝30∶60∶10。所以，用于兩個液晶顯示器系統(tǒng)的一種方法是將一個液晶顯示器用于綠色通路，另一個液晶顯示器結(jié)合一色輪用于紅/藍色通路。引方法造成的光損耗僅約20％，即，0.5(30+10)＝20％。為了在屏幕上保持白光所需的色溫度，紅/藍色輪可以包括一綠色濾光器以俘獲來自該通路的一些綠色。另一種方法是，把一色輪放置在光源和所具有的兩個液晶顯示器板都以全色工作的偏振光分束器之間。
可以用三個反射型液晶顯示器來代替一色輪，它們與一個或更多個二向色棱鏡和/或二向色反射鏡和/或彩色濾光器一起產(chǎn)生紅，綠和藍色通路。在這樣的情況下，由偏振光分束器產(chǎn)生的光束之一將被用于綠色通路，而另一光束將在紅和藍色通路之間被分離。當用二向色棱鏡分離紅色和藍色通路時，最好把一光程補償包括在綠色通路中(例如，參見圖10)。
將上面的一般性討論作為背景，本發(fā)明將由下面的非限制的例子作更為全部的描述。
例1本發(fā)明的第一個示范實施例示于圖2。這個實施例使用(1)具有側(cè)面1，2，3和4以及對角線6和7的偏振光分束器；(2)光源(發(fā)光器)16；以及(3)反射型液晶顯示器8和9。正圖2所示，具有S偏振的光(實線)在每條對角線上反射，而具有P偏振的光(虛線)透過每條對角線。用這種方式，可以完全利用發(fā)光器發(fā)出的光，即，獲得了完全偏振復(fù)原。
具體地說，來自光源16的光具有隨機的偏振，該光在偏振光分束器5的對角線6處被分為S偏振光和P偏振光。S偏振從對角線6反射，經(jīng)對角線7第二次反射后，照射到液晶顯示器8上。被液晶顯示器8“接通”象素反射來的光改變偏振狀態(tài)，變成P偏振光，它通過對角線7和6，入射到投影透鏡(圖2中未示出)上。被“斷開”象素反射的光不改變偏振狀態(tài)，因此被對角線7和6反射回到發(fā)光器16。
來自光源的P偏振光通過對角線6和7，照射到液晶顯示器9上。被此液晶顯示器的“接通”象素反射后，P偏振光改變它的偏振狀態(tài)，成為S偏振光。此光從對角線7反射，經(jīng)對角線6第二次反射后，入射到投影透鏡上。被“斷開”象素反射的光不改變偏振狀態(tài)，被反射回到發(fā)光器。
為了在屏蔽上產(chǎn)生一彩色的像，本系統(tǒng)可以在偏振光分束器5的照明側(cè)面1上使用一色輪。另一種方法是，本系統(tǒng)可以使用三個反射型液晶顯示器，例如，在分束器的側(cè)面2上使用綠色液晶顯示器，在分束器的側(cè)面1上使用紅色和藍色液晶顯示器，用圖10所示且在下面討論的彩色二向色立方體(二向色棱鏡)類型分離紅色和藍色S偏振光。
在實踐中，可把液晶顯示器與偏振光分束器5膠合。另外，在每個液晶顯示器前使用場透鏡，以減小偏振光分束器的尺寸。再有，如果需要，這些場透鏡也可以與偏振光分束器膠合。
圖2結(jié)構(gòu)的優(yōu)點包括(1)來自發(fā)光器的光的兩種偏振都被用到了，這就增加了在屏幕上亮度；(2)系統(tǒng)是緊湊的；以及(3)這系統(tǒng)顯著地增加了偏振光分束器的偏振效力，并且在屏幕上提供高反差，因為從發(fā)光器傳到液晶顯示器的光與偏振光分束器的對角線互作用兩次，在液晶顯示器和投影透鏡之間傳送的光也與對角線互作用兩次。
這最后的優(yōu)點可由下列數(shù)字例來闡明。如果假設(shè)來自液晶顯示器“斷開”象素的2％“錯誤”偏振將通過一條對角線泄漏，那么此錯誤偏振光經(jīng)與第二對角線相互作用后，凈效應(yīng)將使抵達屏幕的錯誤偏振量降低到0.04％，即，0.02·0.02＝0.0004(或0.04％)。因此，圖2的系統(tǒng)可以減少需要額外的偏振器來加強反差。
例2圖3-5示出了本發(fā)明的第二個示范實施例。這實施例具有第一個實施例所示一般類型，但具有下列變化(1)該實施例使用偏振光分束立方體26A，26B，26C和26D；(2)該實施例在分光立方體的鄰接面之間使用片狀偏振器30；以及(3)該實施例在分束立方體的鄰接面之間使用半波片28。
圖3-5示出了來自光源16的P和S偏振光通過偏振光分束棱鏡5到達投影透鏡(未在這些圖中示出)的光路。具體地說，圖3示出了來自液晶顯示器“接通”象素的光的傳播路徑。正如上面討論的，當“接通”狀態(tài)下，液晶顯示器改變反射光的偏振狀態(tài)。正是這反射光在屏蔽上產(chǎn)生了像。
圖4示出了偏振通過棱鏡5的發(fā)光部分泄漏時的作用。當小量錯誤偏振從棱鏡的對角線通過或反射并抵達液晶顯示器時，這光將被“斷開”象素(不改變偏振狀態(tài))被反射并抵達屏幕，在屏幕上，此光降低了系統(tǒng)的反差。
圖5示出了偏振通過棱鏡5的成象部分泄漏時的作用。在這個例子中，照明光從液晶顯示器的“斷開”象素上反射。如果讓這光的一些量泄出或從棱鏡的對角線上反射，它將抵達屏幕并降低其反差。
片狀偏振器30可以抑制了這種泄漏照明，并仍舊讓成象光線抵達屏蔽，如下所述(1)在立方體A和B之間的片狀偏振器被定位成透射P偏振和吸收S偏振。它將在立方體A和B之間透射有用的光(圖3)和吸收不需要的光(圖4)。
(2)在立方體C和D之間的片狀偏振器被定位成透射P偏振和吸收S偏振。它將在立方體C和D之間透射有用的光(圖3)和吸收不需要的光(圖5)。
(3)在立方體A和C之間的片狀偏振器被定位成透射S偏振和吸收P偏振。它將在立方體A和C之間透射有用的光(圖3)和吸收不需要的光(圖4)。
(4)在立方體B和D之間的片狀偏振器被定位成透射S和吸收P偏振，它將在立方體B和D之間透射有用的光(圖3)和吸收不需要的光(圖5)。
半波片28對于不交軸光線的偏振泄漏起補償器的作用。由這些半波片提供的補償機制在美國專利第5,327,270號中描述的一般性類型，在該專利中使用一1/4波片，它在雙倍路程中起作用。由于光只在立方體A，B，C和D之間界面上通過一次，所以在圖3-5的棱鏡5中采用這些半波片。
例3對于圖2和3的布局，機械干擾可能發(fā)生在下述地方(1)投影透鏡和液晶顯示器之間，它們被一起安置在棱鏡5的側(cè)面2上；和/或(2)照明系統(tǒng)和液晶顯示器，它們被一起安置在棱鏡5的側(cè)面1上。
圖6示出了本發(fā)明的第三個示范實施例，它可用來消除這種干擾，但不增加棱鏡的尺寸。正如可從這圖中看到的，液晶顯示器8和9已從投影和照明系統(tǒng)所在的棱鏡的前后側(cè)移到棱鏡的側(cè)面，由此避免了機械干擾的問題。正如下面所討論的，這圖的實施例也獲得高反差率。
如圖3的實施例中，半波片28被用于圖6的實施例中。然而，這些半波片并不處理不交軸光線，它們通過對其快軸和慢軸定向來控制偏振狀態(tài)，從而增強了反差。具體地說，半波片以45度或135度定向在半波片快軸或慢軸與圖6的水平軸之間。如圖7所示，此定向使每個波片能對通過其中的光的偏振平面轉(zhuǎn)動90度。
具體地說，圖6中燈16發(fā)出的光在通過棱鏡的第一條對角線后是P偏振光，它的偏振平面是水平方向的。對于該半波片，在偏振方向和例如快軸方向之間的夾角γ是45度。
如正在圖7所示，半波片將把偏振方向轉(zhuǎn)動角度2γ。在這個情況下，通過半波片的光的偏振方向?qū)⒈淮怪倍ㄏ?，這對應(yīng)于S偏振。由相同的機制，入射到半波片的S偏振在通過半波片后被轉(zhuǎn)換成P偏振。
用此方法，具有S偏振的光在燈和液晶顯示器之間的路程中，從棱鏡的對角線反射一次(并且只有一次)。相似地，具有S偏振的光在液晶顯示器和投影透鏡之間的路程中，從棱鏡的對角線反射一次(并且只有一次)。常規(guī)的PBS立方體對被反射的S光具有高的消光比，即約99.8％的S光被反射，只有0.2％通過對角線。結(jié)果，圖6的結(jié)構(gòu)在接通象素上和斷開象素之間獲得非常高的反差。
圖8與表1和表2一起示出了如何獲得這個高的反差率。正如在其中所示，圖6系統(tǒng)的估計的偏振效率(反差)是1000∶1。(注意，表2計算了只有一個通路的光強，即與液晶顯示器9相關(guān)。對液晶顯示器8的計算是同樣的)。在實踐中，對按照圖6構(gòu)筑的偏振光分束器已從實驗上測得反差率約為700∶1。
如在圖3實施例中的那樣，在圖6的實施例中可以采用片狀偏振器30以增加系統(tǒng)的反差。這些片狀偏振器的定向被選為通過像的光而阻斷不需要的光。所采用的特定方向取決于半波片是被放置在片狀偏振器之前還是之后。假如棱鏡對角線的偏振鍍層和/或半波片的定向提供了合適的反差，則可省去片狀偏振器，來增加光透射率并降低成本。
例4圖9圖示了圖6實施例的一種變化，在該變化中，半波片僅用在構(gòu)成本發(fā)明偏振光分束器的三個而不是所有四個立方體之間的界面上。對于這個實施例中，只有液晶顯示器9從圖3中移去。一般來說，對系統(tǒng)投影透鏡的機械干擾比對系統(tǒng)光源的機械干擾更成問題。當處于這種情況，并且對于一部分調(diào)制光可以接收較低反差時，可采用圖9的布局。
例5已對上述具有兩個液晶顯示器的幾個實施例作了說明，因而這些實施例可以與一個色輪一起用來產(chǎn)生彩色的像。
示于圖10的布局采用了三個液晶顯示器(紅，綠和藍)，可以將它們膠合在棱鏡的出射面上，以便在屏蔽上再現(xiàn)彩色的像，但不需要色輪。液晶顯示器最好是硅上液晶(LCoS)類型。
可在每個液晶顯示器前面的棱鏡表面上鍍以由薄膜層組成的彩色濾光器，為三個通路提供彩色平衡和色純度。還有，在二向色棱鏡38和偏振光分束器5之間的交界面上可以放置一個紅/藍濾光器。
最好把紅色和藍色液晶顯示器安置在一個偏振通路上，而把綠色液晶顯示器放在另一偏振通路上。這個安排重疊用于綠色通路的光譜與用于紅色和藍色通路的光譜，以增加系統(tǒng)的發(fā)光效率，如圖11所示。利用這個布局，綠光對紅和藍光“什么也不知道”，用低成本的吸收或反射濾光器對其濾波可以獲得所要的色純度。另外，用于紅/藍通路的二向色棱鏡38可以是低斜度型，這樣可以降低它的成本。如上所述，可在每個藍色和紅色LCoS的前面采用一薄膜濾光器，用以消除從二向色棱鏡38的二向色對角線通過的任何剩余的錯誤顏色的光。
可以用補償器40使綠光光程與紅和藍光光程基本相等。較佳的是，該補償器將包括兩個濾光器，每個側(cè)面一個，其中一個是短通濾光器，而另一個則是長通濾光器，它們的組合產(chǎn)生了一個綠通濾光器。采用這種類型的兩個濾光器比采用單一的綠通濾光器更為便宜。
如果需要，該補償器可用第二個二向色棱鏡來代替，并把第四個LCoS加到系統(tǒng)去。這第四個LCoS例如可以用來增加抵達屏蔽的藍光量。例如，參見上述涉及的日本專利公告第10-253922的圖2。
如圖10所示，偏振光分束立方體可有不同的尺寸，以縮短通過棱鏡系統(tǒng)的光路。當做到了這點時，偏振光分束器5的側(cè)面具有臺階結(jié)構(gòu)，而不是平坦結(jié)構(gòu)。要注意，分束器保持對對角線6和7對稱。
雖然已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明一些具體的實施例，但是要理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出修改。例如，雖然對于圖6所述的本發(fā)明實施例，圖10使用二向色棱鏡和補償器，但是，這種用于獲得全色像的方法可以用于本發(fā)明的任何和所有的實施例中。
通過閱讀這里的內(nèi)容，不背離本發(fā)明范圍和精神的各種修改對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說是顯而易見的。下面的權(quán)利要求書試圖復(fù)蓋在這里陳述的具體實施例以及這些修改、變化和等價方案。
表1偏振光分束立方體對角線偏振性質(zhì)的典型值

表2在圖8中標有字母處的光強

權(quán)利要求
1.一種偏振光分束器，其特征在于，它包括第一、第二、第三和第四側(cè)，以及兩條偏振對角線，所述對角線垂直相交，所述分束器關(guān)于每條對角線對稱，并且具有S偏振的光基本上從每條對角線上反射，而具有P偏振的光基本上透過每條對角線。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四側(cè)面基本上是平坦的。
3.如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四側(cè)面是臺階的。
4.如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于，所述分束器包括四個偏振光分束立方體，每個立方體沿其兩個面與其它兩個立方體鄰接。
5.如權(quán)利要求4所述的偏振光分束器，其特征在于，所述偏振光分束立方體基本上是等尺寸的。
6.如權(quán)利要求4所述的偏振光分束器，其特征在于，所述立方體中有兩個具有第一尺寸，另兩個具有第二尺寸。
7.如權(quán)利要求6所述的偏振光分束器，其特征在于，具有第一尺寸的兩個立方體沿一條對角線放置，具有第二尺寸的兩個立方體沿另一條對角線放置。
8.如權(quán)利要求4所述的偏振光分束器，其特征在于，在至少兩個立方體的鄰接面之間還包括一片狀偏振器。
9.如權(quán)利要求8所述的偏振光分束器，其特征在于，所述片狀偏振器放置在所有四個立方體的鄰接面上。
10.如權(quán)利要求4所述的偏振光分束器，其特征在于，在至少三個立方體的鄰接面之間還包括一半波片。
11.如權(quán)利要求10所述的偏振光分束器，其特征在于，所述每個半波片的定向使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光且把P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。
12.如權(quán)利要求10所述的偏振光分束器，其特征在于，在至少二個立方體的鄰接面之間還包括一片狀偏振器。
13.如權(quán)利要求10所述的偏振光分束器，其特征在于，在所有四個立方體的鄰接面之間放置一個半波片。
14.如權(quán)利要求13所述的偏振光分束器，其特征在于，所述每片半波片的定向使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。
15.如權(quán)利要求13所述的偏振光分束器，其特征在于，在所有四個立方體的鄰接面之間放置一個片狀偏振器。
16.如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于，還包括一個與第三側(cè)面一部分相關(guān)聯(lián)的二向色棱鏡，以及一個與第四側(cè)面一部分相關(guān)聯(lián)的光程補償器。
17.如權(quán)利要求16所述的偏振光分束器，其特征在于，還包括與二向色棱鏡相關(guān)聯(lián)的兩個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，以及與光程補償器相關(guān)聯(lián)的一個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板。
18.如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于，還包括與第三側(cè)面一部分相關(guān)聯(lián)的第一二向色棱鏡，以及與第四側(cè)面一部分相關(guān)聯(lián)的第二二向色棱鏡。
19.如權(quán)利要求18所述的偏振光分束器，其特征在于，還包括與第一二向色棱鏡相關(guān)聯(lián)的兩塊反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，以及與第二二向色棱鏡相關(guān)聯(lián)的兩塊反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板。
20.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括(a)如權(quán)利要求1所述的偏振光分束器；(b)光源，用于向偏振光分束器第一側(cè)面的一部分提供光；(c)投影透鏡，用于接收從偏振光分束器第二側(cè)面的一部分傳出來的光，所述第二側(cè)面與第一側(cè)面相對；以及(d)至少一個第一反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板以及一個第二反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，每塊板用以調(diào)制從光源傳至投影透鏡的光。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，第一塊板與第一側(cè)面的一部分相關(guān)聯(lián)，第二塊板與第二側(cè)面的一部分相關(guān)聯(lián)。
22.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述板中至少有一塊板與偏振光分束器的第三或第四側(cè)面的一部分相關(guān)聯(lián)。
23.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述板中至少有一塊板與偏振光分束器的第三側(cè)面相關(guān)聯(lián)，并且至少有另一板與偏振光分束器的第四側(cè)面相關(guān)聯(lián)。
24.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振光分束器包括兩個半波片，每個半波片的定向使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光，投影透鏡接收到至少一些光是通過兩個半波片的光。
25.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，偏振光分束器包括四個半波片，每個半波片的定向使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光，由投影透鏡接收到的第一部分光是通過所述四個半波片中兩個半波片的光，由投影透鏡接收到的第二部分光是通過所述四片半波片中另二個半波片的光。
26.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括(a)偏振光分束器，用來產(chǎn)生兩束偏振光；(b)二向色棱鏡，用于接收所述光束中的一束；(c)光程補償器，用于接收所述光束中的另一束；以及(d)至少一個濾光器，它與光程補償器相關(guān)聯(lián)。
27.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少一個濾光器包括兩個濾光器，它們位于補償器的兩側(cè)，一個是短通濾光器，另一個是長通濾光器。
28.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，兩個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板與二向色棱鏡相關(guān)聯(lián)，一個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板與光程補償器相關(guān)聯(lián)。
29.一種用于提高投影系統(tǒng)反差的方法，該方法以下步驟使用至少一個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，使來自光源的光傳到已象素化的板；在已象素化的板上調(diào)制所述光；以及把經(jīng)調(diào)制的光傳到投影透鏡，其特征在于，所述方法還包括以下步驟(a)在光源和投影透鏡之間，至少一些光通過兩個半波片，所述兩個半波片的定位使得把S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光，把P偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振光；(b)在光源和已象素化的板之間，光與兩條偏振對角線相互作用，對于所述相互作用中的一個作用，光具有S偏振，對于所述相互作用中的另一個，光具有P偏振；以及(c)在已象素化的板和投影透鏡之間，光與兩條偏振對角線相互作用，對于所述相互作用中的一個作用，光具有S偏振，對于所述相互作用中的另一個，光具有P偏振；其中與對角線的相互作用包括(i)如果光具有P偏振，則基本上透過對角線；(ii)如果光具有S偏振，則基本上從對角線反射。
30.一種用于提高投影系統(tǒng)反差的方法，該方法包括以下步驟使用至少兩個反射的、偏振轉(zhuǎn)換的、已象素化的板，使來自光源的光傳到兩個已象素化的板；在兩個已象素化的板上調(diào)制光；以及把經(jīng)調(diào)制的光傳到投影透鏡，其特征在于，所述方法還包括以下步驟(a)在光源和投影透鏡之間，第一部分光通過第一和第二半波片，第二部分光通過第三和第四半波片，每個半波片的定向使得S偏振光轉(zhuǎn)換成P偏振光，P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光；(b)在光源和兩塊已象素化板的每一塊之間，光與兩條對角線相互作用，對于所述相互作用中的一個作用，光具有S偏振，對于所述相互作用中的另一個，光具有P偏振；以及(c)在兩塊已象素化板的每一塊與投影透鏡之間，光與兩條對角線相互作用，對于所述相互作用中的一個作用，光具有S偏振，對于所述相互作用中的另一個，光具有P偏振；其中，與對角線的相互作用包括(i)如果光具有P偏振，則基本上透過對角線；以及(ii)如果光具有S偏振，則基本上從對角線反射。
全文摘要
提供了供反射型液晶顯示器(8,9,32,34,36)使用的光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一偏振光分束器(5),它可以由接合面上具有片狀偏振器(30)和/或半波片(28)的偏振光分束立方體(26A－26D)組成。半波片的定位使得S偏振轉(zhuǎn)換成P偏振,P偏振轉(zhuǎn)換成S偏振,由此偏振光分束器能在來自反射型液晶顯示器的“接通”和“斷開”象素的光之間,在觀察屏上提供高反差率。
文檔編號G02B27/28GK1349618SQ00806987
公開日2002年5月15日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月21日
發(fā)明者E·G·福爾克森, S·馬加里爾, J·D·魯?shù)婪?申請人:美國精密鏡片股份有限公司