專利名稱：具有雙光路的偏振光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及偏振光源領(lǐng)域，例如直接或通過(guò)投影觀察顯示器的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)。尤其是，本發(fā)明涉及一種用于增強(qiáng)亮度的具有不同偏振的雙光路的偏振光源。
相關(guān)技術(shù)描述許多用于投影和直視系統(tǒng)的顯示器在偏振的基礎(chǔ)工作。這種顯示器包括反射型顯示器(例如LCoS(硅液晶)、超扭曲向列液晶(STN)、和鐵電體(FLC))和透射型顯示器(例如薄膜晶體管(TFT)、多晶硅(P-si)和硅絕緣材料(SOI))。這些顯示器可通過(guò)改變?nèi)肷涔獾姆瓷涔饣蛲干涔馄駪B(tài)產(chǎn)生高分辨率圖像。例如，在一種LCoS顯示器中，在暗態(tài)時(shí)，像素基本上不改變偏振地反射所有的光。在亮態(tài)時(shí)，像素將反射的入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)為相應(yīng)的正交偏振態(tài)。通過(guò)用偏振光照明顯示器、然后濾除幾乎所有的具有該偏振的反射光，該顯示圖像才可由人眼觀察到或投射至一觀察屏上。
在單面板投影系統(tǒng)中，用紅、綠、藍(lán)光的短脈沖串(burst)照明顯示器，同時(shí)顯示器與脈沖光源同步以反射圖像的適當(dāng)顏色分量。也可單獨(dú)使用白光或其它色光串，或是與紅、綠和藍(lán)光混合使用。短脈沖串可來(lái)自色輪或脈沖LED(發(fā)光二極管)。在人的知覺(jué)中混合快速交替的紅、綠和藍(lán)圖像，形成顯示的全色圖像。然而，對(duì)于數(shù)字顯示器或是目標(biāo)顯示器也可用單色光照明顯示器。這種顯示器用在個(gè)人顯示觀察和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，例如頭盔、擋風(fēng)玻璃和護(hù)目鏡投影系統(tǒng)，以及小型便攜投影儀、手機(jī)。
因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳統(tǒng)的低成本光源產(chǎn)生混合偏振態(tài)的光，該光一般由PBS(偏振光分束器)分解。一種偏振(通常為S偏振)方向的光經(jīng)過(guò)該P(yáng)BS傳播，而同時(shí)由PBS反射正交偏振(通常為P光)方向的光。其它通用的方法是使用吸收一個(gè)偏振方向光的濾光片。通常在這些不具有偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的系統(tǒng)中，無(wú)論是反射型還是吸收型系統(tǒng)都損失一半的光。這導(dǎo)致減暗的顯示(dimmerdisply)或是需要更亮的光源。在投影儀中，減弱的顯示比較難于觀察，而較亮的光源增大了投影儀系統(tǒng)的能量消耗和成本。由于主要產(chǎn)生額外的熱量，較亮的光源就需要較大的殼體，以提供足夠的空間冷卻或是容納冷卻光源的風(fēng)扇。風(fēng)扇增加了額外的成本、能量消耗和噪聲。
為了提高效率，可用多個(gè)PBS替代簡(jiǎn)單的單個(gè)PBS。該多個(gè)PBS具有小偏振光束分束器和聯(lián)合透鏡(associated lens)的二維陣列。這些光束分束器和透鏡精確對(duì)準(zhǔn)，使得多PBS的輸出光基本上準(zhǔn)直并具有單一偏振態(tài)。該多個(gè)PBS將幾乎全部的輸入光轉(zhuǎn)換為同一偏振態(tài)。然而，由于所需的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且需要使每個(gè)PBS結(jié)構(gòu)和每個(gè)透鏡精確對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)致了制造費(fèi)用昂貴。該多個(gè)PBS因此增加了投影系統(tǒng)的成本。
多個(gè)和單個(gè)PBS系統(tǒng)的另一個(gè)缺陷在于，在一般的PBS中，在水平軸和垂直軸之間，不同的入射角度上的透射率不同。在大多數(shù)情況下，PBS透射所接收到的一個(gè)光軸中入射角的范圍大于另一個(gè)光軸中的光。這樣，PBS在一個(gè)方向上的效率高于在另一個(gè)方向上的效率?？赏ㄟ^(guò)擴(kuò)展那個(gè)方向上的光增加PBS的效率，然而，傳統(tǒng)PCS(偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng))的角強(qiáng)度分布是中心對(duì)稱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種用于向顯示系統(tǒng)提供增強(qiáng)型偏振光源的方法和裝置。在一實(shí)施例中，該發(fā)明包括一光源，其產(chǎn)生具有多個(gè)偏振態(tài)的光；一中繼光學(xué)系統(tǒng)，其中繼在中繼光學(xué)系統(tǒng)上成像的光至一顯示器上；一光學(xué)成像元件，其將光源的光成像至中繼光學(xué)系統(tǒng)；一偏振分離器，其引導(dǎo)第一偏振的光至該光學(xué)成像元件的第一部分，并引導(dǎo)第二正交偏振光至該光學(xué)成像元件的第二部分；以及一偏振轉(zhuǎn)換元件，位于光學(xué)成像元件和中繼光學(xué)系統(tǒng)之間，以接收來(lái)自光學(xué)成像元件具有第二偏振的光并將其偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為第二偏振態(tài)。
本發(fā)明其它的特點(diǎn)將在下述的附圖和詳細(xì)描述中顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但不僅僅局限于實(shí)施例，在所附的各個(gè)附圖中相同的參考標(biāo)記表示相同的元件，其中

圖1是本發(fā)明透射型顯示面板的具體實(shí)施例中投影儀照明系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D；圖2是本發(fā)明中適用于偏振反射器的偏振分束棱鏡一部分的放大橫截面圖；圖3是適用于用在本發(fā)明中的液晶偏振分束器的橫截面圖；圖4是與圖1相似的并適于應(yīng)用在羅歇棱鏡(Rochon-type prism)上的投影儀照明系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D；圖5是適于用在圖4的實(shí)施例中的羅歇棱鏡的橫截面圖；圖6是與圖1和圖4相似的并適于應(yīng)用在反射顯示面板上的投影儀照明系統(tǒng)的橫截面頂視圖；圖7是本發(fā)明透射型顯示面板的另一實(shí)施例中投影儀照明系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D；圖8是與圖7相似的并適于應(yīng)用在反射顯示面板上的投影儀照明系統(tǒng)的橫截面頂視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種用于反射型和透射型顯示器的低成本高效率的照明光源，該光源同時(shí)利用雙光路，每個(gè)光路對(duì)于該光路的一部分具有不同的偏振態(tài)。本發(fā)明還提供在一個(gè)方向上擴(kuò)展的輻射強(qiáng)度圖，進(jìn)一步提高通過(guò)一般PBS(偏振分束器)材料的效率。其可在投影系統(tǒng)中用作反射型LCD(液晶顯示器)的PCS(偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng))，也可用在許多的其它方面。因此，能以較低的成本在亮度和對(duì)比度上獲得相同或較高的系統(tǒng)性能。
圖1中示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的例子。圖1的實(shí)施例尤其適于使用透射型顯示器(如LCD)或光閥顯示器的投影儀，然而，也可用于其它的反射型或透射型顯示器。在圖1的實(shí)施例中，所示的組件構(gòu)成了透射型顯示器的背光。簡(jiǎn)言之，來(lái)自投影燈系統(tǒng)11的光由紅、綠和藍(lán)色色輪13濾光，再由反射偏振器15濾光，入射至透射型顯示器17上。在一些實(shí)施方案中，色輪還可包括附加的或是代替紅、綠和藍(lán)部分的白色部分。另外，也可使用LED照明系統(tǒng)或任何各種其它的照明系統(tǒng)。
P偏振光經(jīng)過(guò)偏振器并入射至顯示器上，圖像的亮部分P偏振光透射經(jīng)過(guò)顯示器，圖像的暗部分P偏振光被反射或吸收。該透射光直接進(jìn)入或通過(guò)其它光學(xué)元件進(jìn)入投影透鏡(未示出)或其它成像系統(tǒng)。該投影透鏡將顯示投影至一屏上(未示出)。該圖像可為來(lái)自任一類型圖像或視頻介質(zhì)的靜止或運(yùn)動(dòng)圖像。該系統(tǒng)可用作生成幻燈片的計(jì)算機(jī)的投影裝置和數(shù)字源映像的投影裝置，然而，也可有許多其它的應(yīng)用，諸如游戲、電影、電視、廣告和數(shù)字顯示。本發(fā)明還易于適合反射型顯示器以及偏振照明所需的任何類型的薄膜或板。圖1的系統(tǒng)也連接多種顯示驅(qū)動(dòng)器(未示出)。該顯示驅(qū)動(dòng)器接收?qǐng)D像或視頻信號(hào)，并將將該信號(hào)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)換為適合于驅(qū)動(dòng)顯示器和燈系統(tǒng)的形式。
更詳細(xì)的考慮圖1的實(shí)施方案，燈系統(tǒng)11和色輪13將來(lái)自燈系統(tǒng)的光耦合至光管21。該光管部分地照明并準(zhǔn)直光，并給出所需的均勻的照明截面形狀。一般的光管具有矩形橫截面，并且可以是直的或者是在靠近光源的入口處較小，在出口處較大，但也可使用任何類型的光準(zhǔn)直器件或光源。對(duì)于普通投影儀來(lái)說(shuō)，理想的橫截面形狀是適合投影圖像長(zhǎng)寬比的矩形。例如，對(duì)于電腦顯示器圖像的長(zhǎng)寬比為4∶3，對(duì)于電影顯示器圖像的長(zhǎng)寬比為16∶9?？蛇x擇與顯示器17的長(zhǎng)寬比相匹配的長(zhǎng)寬比。如果需要，可使用多種已知的技術(shù)以不同于顯示器的長(zhǎng)寬比顯示圖像。
燈系統(tǒng)、色輪和光管可以是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)或是根據(jù)特殊應(yīng)用的任何其它設(shè)計(jì)。色輪可以用任何其它類型的顏色選擇裝置或是調(diào)制系統(tǒng)替換，或是如果燈系統(tǒng)可產(chǎn)生不同顏色的光或是僅需要一種顏色時(shí)可取消色輪。在一實(shí)施例中，燈系統(tǒng)是一組與顯示器同步脈沖的紅、綠和藍(lán)LED(發(fā)光二極管)，以產(chǎn)生示于觀察者的不同顏色。在另一實(shí)施例中，帶有三個(gè)不同顯示器43的三個(gè)不同的系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)中的一個(gè)顏色，并且三個(gè)圖像光學(xué)組合以用于顯示。這種系統(tǒng)可采用通過(guò)本領(lǐng)域中公知的棱鏡或二色鏡分離顏色的單個(gè)燈。
來(lái)自光管21的光進(jìn)入成像元件25和由單個(gè)光學(xué)元件45組成的中繼光學(xué)系統(tǒng)23。這些元件可以是傳統(tǒng)的球面透鏡。達(dá)到系統(tǒng)的成本和尺寸目標(biāo)所需的表面可包括各種非球面、衍射表面或是菲涅爾表面。折疊、彎曲或是修正照明光作為指定需求時(shí)，也可適當(dāng)?shù)奶砑永忡R、反射鏡和其它的校正元件。中繼系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在顯示器上產(chǎn)生基本上均勻的光管出射光的遠(yuǎn)心照明圖像。成像元件25在該中繼系統(tǒng)的中間位置26產(chǎn)生燈系統(tǒng)的中間像。中繼系統(tǒng)的透鏡41還在無(wú)限遠(yuǎn)處使該中間燈圖像再成像。如果使用不同的燈系統(tǒng)，可對(duì)成像元件和中繼光學(xué)系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)男薷囊赃m應(yīng)這種差異。如果不受到降低圖像品質(zhì)的角相關(guān)影響，顯示器也可采用非遠(yuǎn)心照明。
對(duì)于本發(fā)明的遠(yuǎn)心光源，假設(shè)燈系統(tǒng)在無(wú)限遠(yuǎn)處。第一元件25的焦距為f1，其等于從該元件的焦平面至光管出射孔末端的距離，該焦距還等于從該元件的焦平面至中間成像位置26的距離。因此，光管的出射孔末端在無(wú)限遠(yuǎn)處成像。來(lái)自燈系統(tǒng)的光在系統(tǒng)的中間位置26處成像，該光在光管末端上基本上是遠(yuǎn)心的。如上所提到的，可使用任何其它的遠(yuǎn)心或非遠(yuǎn)心照明的光源取代圖中所示的燈、色輪、光管系統(tǒng)。因此可根據(jù)照明系統(tǒng)的性質(zhì)修改光學(xué)元件25從而在中間位置產(chǎn)生燈圖像。如上所述，如果適當(dāng)，可用各種類型的多個(gè)光學(xué)元件取代透鏡25。經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整的發(fā)散和會(huì)聚光源可應(yīng)用到成像和中繼光學(xué)系統(tǒng)中。
更詳細(xì)的考慮焦距，第一透鏡25的焦距為f1，并且其設(shè)置在距離光管21近似相同的距離f1處。因此，其形成燈圖像，并且在位置26處具有出瞳，該出瞳遠(yuǎn)離透鏡的距離為f1。第二透鏡41的焦距為f2，其設(shè)置在距離中間位置26和顯示器為f2的位置。第二透鏡在遠(yuǎn)心照明的無(wú)限遠(yuǎn)處使來(lái)自第一透鏡的光瞳(即，在中間位置26的燈圖像)再成像到顯示面板上。也可使光管的輸出端在顯示面板位置處成像。
從圖1中可看出，成像透鏡25以光管定中心，在中心位置26產(chǎn)生圖像。換言之，成像透鏡的光軸與光管的中心對(duì)準(zhǔn)，然而，也可以為其它的結(jié)構(gòu)。中繼系統(tǒng)的透鏡41也可關(guān)于燈系統(tǒng)、光管和第一透鏡定中心。如圖1所示，兩個(gè)透鏡粗略地關(guān)于顯示器定中心。這意味著來(lái)自燈系統(tǒng)的光到達(dá)成像透鏡并且直到顯示器都保持居中。
如圖所示，這些透鏡不必關(guān)于光管或是顯示器精確對(duì)中心。如果其它的偏心，每一個(gè)都可作稍稍地移動(dòng)。另外，如果任一組件以一角度放置，那么第一和第二透鏡可相應(yīng)的移動(dòng)。在所示的實(shí)施例中所選擇的透鏡設(shè)置可使光學(xué)系統(tǒng)的尺寸最小化。如果移動(dòng)了第一透鏡，或是以一角度放置反射型偏振器或反射鏡，那么某些尺寸可能會(huì)增大，但是，可以以各種不同的方式移動(dòng)元件，使其滿足特定的尺寸和形狀因子的限制。
反射偏振器15置于中繼光學(xué)系統(tǒng)和顯示器之間。該偏振器可以是棱鏡、偏振分束器(PBS)、光束分離立方體、線柵或是薄膜。可使用已知的多種不同的反射偏振器件，諸如聚合物薄膜疊層或是電介質(zhì)涂層組?？墒褂镁€柵偏振器用作偏振器以取代傳統(tǒng)的各向異性—各向同性聚合物薄膜疊層。例如，在Perkins等人的美國(guó)專利No.6,122,103中記述了這種偏振器。適合的線偏振器為ProFluxTM偏振器，由美國(guó)猶他州Moxtsek提供。另外，還可以使用吸收型偏振器(例如，分色鏡)。
反射型偏振器15接收來(lái)自中繼透鏡41的光，反射或是吸收來(lái)自燈系統(tǒng)光的S偏振組分，并透射P偏振組分。P偏振組分將傳播至顯示器17。如上所述，來(lái)自光管末端的光將通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)23成像至顯示器17上。觀察光學(xué)系統(tǒng)(例如，投影透鏡)將該圖像投影至屏上。在另一實(shí)施例中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)是具有放大光學(xué)系統(tǒng)的觀察屏。該觀察光學(xué)系統(tǒng)可包括檢偏器(如，碘基的PVA(聚乙烯醇)薄膜)或是線柵偏振器以濾出任何雜散的P偏振光，增加對(duì)比度。也可為適合特定的需要或是特定的燈系統(tǒng)將檢偏器和偏振濾光器放置在系統(tǒng)的其它位置。
顯示器上暗部分的光將被顯示器不改變偏振的反射，如P偏振光。它將經(jīng)過(guò)PBS反射回?zé)粝到y(tǒng)11。該光的一部分將在系統(tǒng)中再現(xiàn)并反射回顯示器。示于圖中的特定的顯示器或投影儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)僅僅是舉例。本發(fā)明還可應(yīng)用到其它類型的顯示器和觀察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
在上述描述中，僅P偏振光用于照明顯示器，然而，一般的燈產(chǎn)生P和S偏振光。目前一般的燈類型包括鎢燈、鹵素?zé)艉徒饘冫u化物燈，但是任何含有LED的燈都可以使用。因此，經(jīng)過(guò)光調(diào)制器13后從光管21出射的光將具有混合偏振。甚至來(lái)自LED的彩色發(fā)散光也具有混合偏振。為了提高光源的效率，該系統(tǒng)還具有偏振分離器35。該偏振分離器可位于光管21和成像透鏡25之間的任意位置。圖1所示例子中的偏振分離器以向下的角度引導(dǎo)P偏振光并以向上的角度引導(dǎo)S偏振光。如下文所解釋，在不同方向發(fā)射兩種偏振態(tài)允許它們得到不同的處理。
偏振分離器可采用幾種不同形式中的任一種。在一個(gè)實(shí)施例中，該偏振分離器是沃拉斯頓(Wollaston)棱鏡或是沃拉斯頓棱鏡陣列。沃拉斯頓棱鏡可通過(guò)正單軸材料(例如偏振軸彼此正交的石英)制成的兩個(gè)棱鏡粘合而成。在晶狀棱鏡材料的正交方向上不同的相對(duì)折射率將導(dǎo)致兩個(gè)分離開(kāi)的偏振光束之間不同的角度。已發(fā)現(xiàn)折射率差大于1.5會(huì)具有較好的角度分散。
作為選擇，偏振分離器可由在其間具有偏振分束層的兩個(gè)棱鏡粘合而成。參照?qǐng)D2，第一棱鏡51是在對(duì)角線切割的半立方體，第二棱鏡53是具有粘合到對(duì)角線切面上的平坦表面的光楔。在兩棱鏡之間，將偏振分束器薄膜涂層或是表面55涂敷在對(duì)角線表面上。光楔棱鏡在與對(duì)角線切面相對(duì)的平坦表面上具有反射涂層57。進(jìn)入半立方體棱鏡平坦表面61的S偏振光59被對(duì)角線表面上的分束器反射。P偏振光63傳輸至光楔棱鏡并被反射面表面反射，但由于反射面關(guān)于分束器薄膜的角度，P偏振光以不同于P偏振的方向反射。另外，如果需要，棱鏡或是反射鏡可用于將光路展開(kāi)為圖1所示的直線型。
作為選擇，可使用軸交替垂直的多層薄膜。該薄膜可由精密節(jié)距成型工藝(fine pitch molding process)制造。在另一實(shí)施例中，可利用液晶層制造偏振分離器。圖3A和圖3B示出了夾于具有鋸齒形溝槽的棱鏡112和玻璃層113之間的液晶層111。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)被公開(kāi)，如Itoh等人的美國(guó)專利No.6,147,802。液晶分子在棱鏡112的溝槽內(nèi)平行排列，使垂直入射至棱鏡上的光對(duì)應(yīng)液晶分子分為P偏振尋常光116和S偏振非尋常光117。尤其是，來(lái)自光管的混合偏振光114進(jìn)入棱鏡112的平坦表面，其入射到棱鏡112的溝槽的傾斜表面。當(dāng)對(duì)應(yīng)于尋常光的液晶分子的折射率等于棱鏡112的折射率時(shí)，尋常光線116在棱鏡的傾斜面115處不折射，而是以直線行進(jìn)。然而，非尋常光線117被折射。尋常光線和非尋常光線行進(jìn)方向的角度差是液晶和棱鏡折射率比值的函數(shù)。
如果棱鏡112由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或是聚碳酸酯制成，那么用市售的液晶，輸出光線關(guān)于棱鏡法線的發(fā)散角在每個(gè)方向上可從大約5度至20度變化。特定的角度將依靠棱鏡的結(jié)構(gòu)。較大的角度允許偏振分離器和成像透鏡之間的較短距離。這允許使兩個(gè)偏振態(tài)仍然完全分離的同時(shí)，整個(gè)光源具有較小的尺寸。也可調(diào)整在棱鏡112的平坦表面和傾斜表面之間的角度，從而獲得兩個(gè)偏振態(tài)之間所需的的分離量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)37度時(shí)工作的較好。也可增加光管和其它組件的角度以獲得特定需要的所需罩形。
可選擇用有機(jī)膜代替液晶制造偏振分離器。例如，可制造具有鋸齒狀溝槽的延遲膜。另外，可排列單聚膜然后利用紫外光或熱能聚合。無(wú)論所使用的構(gòu)成材料如何，如果偏振分離器制造的盡可能薄，其與其它的光學(xué)組件都將提供較高的性能。另一方面，為了減少散射并保持低成本，應(yīng)保持較低的棱鏡數(shù)目(每平方毫米為10的數(shù)量級(jí))。厚度和棱鏡數(shù)量之間的最佳平衡取決于特定的需要。
再次參照?qǐng)D1，中繼透鏡41關(guān)于光管、中間像26和成像透鏡25定中心，以使來(lái)自偏振分離器的兩個(gè)發(fā)散的偏振態(tài)每一個(gè)都關(guān)于中繼透鏡形成半光錐。P偏振尋常光經(jīng)過(guò)圖1中所示的成像和中繼透鏡的下半部分行進(jìn)。S偏振非尋常光經(jīng)過(guò)透鏡的上半部分行進(jìn)。在成像透鏡25產(chǎn)生的中間像26的所在位置處，光路的上半部分中設(shè)有一個(gè)半波片，該半波片使任何通過(guò)其中的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)。該半波片位于S偏振光的光路中，并使S偏振光旋轉(zhuǎn)為P偏振光，以使所有在中繼透鏡41上成像的光都成為P偏振光。也可用任何其它的偏振轉(zhuǎn)換器件代替半波片。半波片可安裝在偏振分離器和顯示器之間的多個(gè)不同位置上。因?yàn)閺钠穹蛛x器散發(fā)出的兩個(gè)不同偏振態(tài)在中間像位置較好的分離，所以在該中間像位置具有較好的效果。在第二透鏡41和顯示器之間兩個(gè)光路趨向于重疊。
由偏振分離器和成像透鏡偏離的S偏振光被半波片轉(zhuǎn)換為P偏振光，其經(jīng)過(guò)中繼透鏡41后，還將經(jīng)過(guò)反射偏振器15至顯示器17。偏振分離器和半波片的結(jié)合實(shí)質(zhì)上允許重現(xiàn)所有來(lái)自光源的S偏振光并在顯示器17上成像。除了在偏振分離器、透鏡和其它組件中的損耗和散射，與許多沒(méi)有多PBS個(gè)或是其它昂貴偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在顯示器上的照明強(qiáng)度是它們的兩倍。從燈系統(tǒng)至顯示器，上部分光路中的光和在下部分光路中行進(jìn)的光相結(jié)合，將會(huì)產(chǎn)生更亮、更清晰的圖像效果。
但是，從光源至顯示器的實(shí)際光路將根據(jù)偏振分離器和中繼光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)而變化，通過(guò)使從燈系統(tǒng)至顯示器的兩個(gè)光路近似為同一長(zhǎng)度以提高顯示器的成像質(zhì)量。燈系統(tǒng)的確切位置可以有些不精確?？蓽y(cè)定為光源出瞳的像。在所示的實(shí)施例中，可考慮將燈定位在光管出瞳附近，即，緊靠著中繼光學(xué)系統(tǒng)的光管末端。光學(xué)組件可定位成讓光程長(zhǎng)度相差不等于二的整數(shù)倍，這就保證了來(lái)自上部分和下部分光路的光都成像在顯示器上。在所示的實(shí)施例中，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)偏振態(tài)的上部分和下部分光路長(zhǎng)度相同。這樣就提供了良好的窗口成像，然而為適應(yīng)特定需要，也可以使光路的長(zhǎng)度不同。當(dāng)來(lái)自兩個(gè)光路的光結(jié)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更亮、更清晰的圖像效果。
在顯示器17處，燈系統(tǒng)產(chǎn)生的光在投影透鏡入瞳中的角強(qiáng)度分布，即，角擴(kuò)展或是或作為入射角的函數(shù)的光透射率，例如，方位角θ和極性角φ，看上去像一個(gè)在另一個(gè)上方的兩個(gè)伸長(zhǎng)的光斑。下方光斑來(lái)自直接從燈系統(tǒng)發(fā)射的下部分光路。第二光斑來(lái)自經(jīng)過(guò)半波片的上部分光路。光強(qiáng)度關(guān)于兩個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)的點(diǎn)在水平方向上擴(kuò)展(在圖1中，可認(rèn)為水平線是經(jīng)過(guò)紙面所在平面的線，而垂直線是圖1中的垂直線)。兩光斑對(duì)應(yīng)平均入射角接近于垂直顯示器的中心區(qū)域。入射光的平均角從與中心有一段距離的垂線處有規(guī)則的發(fā)散。傳統(tǒng)的系統(tǒng)可產(chǎn)生中心圓環(huán)狀的角強(qiáng)度分布的光斑，而不是所示實(shí)施例的兩個(gè)擴(kuò)展橢圓形光斑。如果適當(dāng)?shù)倪x擇并定位反射型偏振器，可利用照明的橢圓形擴(kuò)展特性來(lái)提高反射型偏振器的效率。
許多類型的反射型偏振器和偏振光分束器(PBS)都具有透射率與角度的依存關(guān)系，兩正交軸之間的透射率不同。在一個(gè)軸上(例如，水平軸)透射的入射光的角度范圍大于另一正交軸上(例如，垂直軸)透射的角度范圍。二色性PBS棱鏡，線柵偏振器，膽甾型反射偏振器和一些PBS薄膜疊層都顯示了這種性質(zhì)。如圖1中所示的結(jié)構(gòu)通過(guò)在水平軸上擴(kuò)展光的角強(qiáng)度，其與角強(qiáng)度關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱的逐漸減小相比，將會(huì)有更多的光透射過(guò)偏振器。通過(guò)適當(dāng)?shù)亩ㄎ黄癫牧峡衫迷撎匦裕允馆^大的角透射特性或是較大的角接收的軸與照明的角強(qiáng)度分布對(duì)準(zhǔn)。換一種說(shuō)法，通過(guò)使光斑的擴(kuò)展方向和特定偏振器的等對(duì)比度曲線中高對(duì)比度的方向相匹配，來(lái)提高系統(tǒng)的透射率。伴隨透射率的增加，相應(yīng)的增強(qiáng)亮度和對(duì)比度。
角強(qiáng)度水平方向擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)多于多個(gè)偏振器和PBS的優(yōu)點(diǎn)。在一些投影系統(tǒng)中，例如，幾個(gè)棱鏡用于為不同光調(diào)制面板分離顏色，然后再為顯示器重新混合顏色。因此，在單個(gè)系統(tǒng)中要使用八個(gè)或九個(gè)PBS表面。其優(yōu)點(diǎn)也多于當(dāng)偏振層與入射照明光的中心光線成角度放置時(shí)的情況，例如，一般的偏振光分束器立方體。角強(qiáng)度的水平擴(kuò)展對(duì)顯著增強(qiáng)顯示的亮度和對(duì)比度的每一個(gè)棱鏡都有益處。對(duì)于較小的以直接觀察棱鏡為基礎(chǔ)的顯示器也具有很大的益處。在本發(fā)明描述中使用的水平和垂直旨在幫助理解并提供方便。特定軸的指定可適于滿足任意特定的需要，并且不必為笛卡兒座標(biāo)或是正交坐標(biāo)。對(duì)角線和極線方向也可用于擴(kuò)展光的角強(qiáng)度分布，從而增加透射率。
圖4示出了另一實(shí)施例，其中使用了不同的偏振分離器，例如，羅歇棱鏡。該棱鏡產(chǎn)生不相同的S和P偏振光的偏移。取而代之的是，如關(guān)于圖5更詳細(xì)的描述，當(dāng)P偏振光向下偏移時(shí)，S偏振光基本上不受到影響。這種差異易于調(diào)節(jié)，例如，使成像透鏡偏心。使成像透鏡足夠偏心以補(bǔ)償并校正來(lái)自光管照明的偏移，其沒(méi)有混合來(lái)自偏振分離器34的兩個(gè)光路。然而，如圖1中所示，中繼光學(xué)系統(tǒng)41基本上關(guān)于顯示器定中心。在其被偏振分離器偏移后，這允許中繼透鏡使光的圖像在顯示器上定中心。
在工作中，如圖4中的光線追蹤所示，來(lái)自色輪和光管的光被偏振分離器34分離為兩種不同的偏振態(tài)，它們以不同的角度射出偏振分離器。由成像透鏡25在中繼位置26形成兩個(gè)燈圖像并經(jīng)過(guò)中繼透鏡41將其中繼至顯示器。在圖中P偏振尋常光線向下偏移并經(jīng)過(guò)透鏡的下半部分。S偏振分非尋常光線不被偏移并經(jīng)過(guò)所有透鏡的上半部分。該光路包括在中繼像處的半波片35，半波片將非尋常光轉(zhuǎn)換為P偏振光。
在入射到顯示器之前，所有的光都入射到反射偏振器15。經(jīng)過(guò)的偏振光在顯示器上成像。通過(guò)觀察用投影儀光學(xué)系統(tǒng)使經(jīng)過(guò)顯示器透射的光作為S偏振圖像成像。任何來(lái)自燈的入射到偏振反射器上的S偏振光都被反射回?zé)簦跓糁衅鋵⒈换厥栈虮黄穹蛛x器發(fā)散。如圖1的實(shí)施例中，偏振反射器可為棱鏡或線柵偏振器。線柵分離器可提供減小的角相關(guān)以及不交軸光線(skew ray)補(bǔ)償需要。該系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生如上所述的兩個(gè)水平擴(kuò)展的強(qiáng)度亮斑。如上所述，可利用水平擴(kuò)展提高觀察圖像的亮度和對(duì)比度。
如圖5所示，圖4的偏振分離器34還將混合的偏振光分離為尋常P偏振光線和非尋常S偏振光線。然而，非尋常光線并不與其入射的進(jìn)入角偏離。另一方面，尋常光線比較顯著的偏離入射的原始角。以這種方式工作的多種結(jié)構(gòu)，其中一種結(jié)構(gòu)是如圖5所示的具有正交定向棱鏡結(jié)構(gòu)的羅歇型棱鏡。羅歇棱鏡可以利用具有不同折射率的材料以與上述沃拉斯頓棱鏡相同的方法構(gòu)造而成。圖5的結(jié)構(gòu)示出了來(lái)自兩片材料的一列中構(gòu)造的一連串棱鏡。如上所述，也可用各種其它偏振分離器件取代之。
圖6表示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中光源適合于反射型顯示器，諸如LCoS或是STN顯示器。因此，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為起正面光的作用。以頂截面圖示出的該系統(tǒng)與圖1和4的側(cè)視圖相比較。燈系統(tǒng)、光管、偏振分離器、成像光學(xué)系統(tǒng)和中繼光學(xué)系統(tǒng)與圖1和圖4所示的這些基本上相同。在該頂視圖中，圖4所示的偏心顯然不同于圖1的定中心透鏡。還與圖1和4相比較，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只示出了中心光線。
在工作中，如中心光線所示的，來(lái)自色輪13和光管21的光被偏振分離器34分離為兩種不同的偏振態(tài)，它們以不同的角度出射偏振分離器。它們都由成像透鏡25在中間位置26成像并通過(guò)中繼透鏡41中繼至顯示器17上，在圖中，P偏振尋常光學(xué)向下偏離進(jìn)入紙面并經(jīng)過(guò)這些透鏡的下半部分。S偏振非尋常光線穿過(guò)所有透鏡的上半部。該光路包括半波片35，其將非尋常光轉(zhuǎn)換為P偏振光。
PBS 15設(shè)置在中繼光學(xué)系統(tǒng)和顯示器之間，PBS可以是棱鏡、分束立方體、線柵或是薄膜?？墒褂靡阎母鞣N不同的分束器件，例如在對(duì)角線分束表面上的聚合物薄膜疊層或是二色性涂覆疊層。PBS 15接收來(lái)自中繼透鏡41的光，反射來(lái)自燈系統(tǒng)的S偏振組分的光，并且透射P偏振組分。P偏振組分將傳播至顯示器17上。如上所述，來(lái)自光光管末端的光將通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)23成像到顯示器17上。在顯示器處，將顯示圖像亮部分的光的偏振旋轉(zhuǎn)為S偏振光，并將其從顯示器反射回PBS。該P(yáng)BS與顯示器成角度設(shè)置并入射來(lái)自中繼光學(xué)系統(tǒng)的光，將來(lái)自顯示器的反射圖像引導(dǎo)至觀察光學(xué)系統(tǒng)19。如上所述，觀察光學(xué)系統(tǒng)可采取各種不同的形式，包括目鏡和投影透鏡。
在所示的實(shí)施例中，PBS具有與傳統(tǒng)分束立方體相同的幾何結(jié)構(gòu)，其中PBS與顯示器和從燈傳播的光成45度角。也可選擇其它幾何形狀以符合裝配和價(jià)格的考慮。觀察光學(xué)系統(tǒng)19，例如投影透鏡，設(shè)置在垂直于顯示器的位置以接收從PBS反射的光。因此，來(lái)自顯示器構(gòu)成將被觀察到的圖像的光，將被反射至觀察光學(xué)系統(tǒng)19。該觀察光學(xué)系統(tǒng)可包括一檢偏器(例如碘基PVA(聚乙烯醇)薄膜或是線柵偏振器)以濾除任何雜散的P偏振光，增強(qiáng)對(duì)比度。為了適應(yīng)特定的需要和燈系統(tǒng)，檢偏器和偏振濾光片也可設(shè)置在系統(tǒng)的其它位置。
顯示的暗部分的光將從顯示器不改變偏振的反射，如P偏振光。其將經(jīng)過(guò)PBS返回?zé)粝到y(tǒng)11。該光的一部分可在系統(tǒng)中恢復(fù)并反射回顯示器。任何來(lái)自燈系統(tǒng)入射到PBS上的S偏振光線都從PBS反射出燈和顯示器的光路并顯示到反射鏡33上。反射鏡平行于中繼光學(xué)系統(tǒng)的光軸設(shè)置，以使來(lái)自PBS的反射光反射到反射鏡并且使偏振無(wú)明顯改變的從反射鏡朝向燈反射回中繼光學(xué)系統(tǒng)。另外，該反射鏡可由光吸收材料或由將光透射出系統(tǒng)的窗口代替。因?yàn)槿肷涞絇BS上的S偏振光的總量很小，所以光損耗將會(huì)很小。該系統(tǒng)也將產(chǎn)生上述兩個(gè)水平擴(kuò)展的強(qiáng)度亮斑。如圖6所示，PBS具有成角度的分束表面，水平擴(kuò)展仍舊是更有益的。
圖7示出了與圖1相似的本發(fā)明的實(shí)施例，只是中繼光學(xué)系統(tǒng)23包括兩個(gè)透鏡。如圖1所示，第一透鏡27設(shè)置在中繼位置26，第二透鏡29取代了圖1的中繼透鏡41。半波片35可與第一中繼透鏡27結(jié)合。這種三透鏡系統(tǒng)可使用包括上述各種不同的偏振分離器?？烧{(diào)整透鏡位置和焦距(例如，如圖1和圖4所示的)以適應(yīng)來(lái)自偏振分離器和光源的不同的光輸出圖案。尤其是，可使成像透鏡25偏離中心以適應(yīng)作為偏振分離器的羅歇棱鏡。
在工作中，如圖7所示的光線軌跡，來(lái)自色輪和光管的光被偏振分離器34分為兩個(gè)不同的偏振態(tài)，這兩種偏振光以不同的角度出射偏振分離器。它們都由成像透鏡25成像在第一中繼透鏡27上并通過(guò)第二中繼透鏡29中繼并成像在顯示器17上。在圖中，P偏振尋常光線116向下偏離并經(jīng)過(guò)透鏡的下半部分。S偏振非尋常光線117向上偏離并經(jīng)過(guò)透鏡的上半部分。該光路包括將非尋常光線的S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光的半波片35。
在圖7所示的實(shí)施例中，使S偏振光方向旋轉(zhuǎn)的半波片35直接放置在第二中繼透鏡27前面。該半波片可以是在中繼透鏡后的單獨(dú)的元件或者可以是直接涂覆到中繼透鏡上的涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，第二中繼透鏡可以是曲面面向顯示器的平凸透鏡。因此，可涂覆平坦的平面形成半波片。使用具有涂層的半波片取代使用單獨(dú)的元件可減少最終成品的部件總數(shù)和組裝成本。另外，在上述任意位置的任何其它偏振轉(zhuǎn)換器件都可以取代半波片。
圖8示出了供反射型顯示器使用的圖7的系統(tǒng)的變型。光源，色輪13、光管21、偏振分離器34、成像透鏡25、中繼透鏡系統(tǒng)23和半波片35與圖8中基本上相同。然而，與圖6中一樣，PBS 15添加至系統(tǒng)17中以照明反射型顯示器。和圖1、4和7一樣，任何本領(lǐng)域已知的各種類似的元件都可代替光源、色輪和光管。
如圖6中的實(shí)施例，對(duì)于圖像亮部分，經(jīng)過(guò)PBS 15的P偏振光入射到顯示器17上，并從顯示器作為S偏振光反射。S偏振光被反射離開(kāi)PBS 15的另一側(cè)并進(jìn)入觀察光學(xué)系統(tǒng)19。對(duì)應(yīng)圖像暗部分的光作為P偏振光朝向燈反射經(jīng)過(guò)PBS。任何來(lái)自燈的入射到PBS上的S偏振光被引導(dǎo)出燈至顯示器的光路并引導(dǎo)到反射鏡33上。該反射鏡與中繼光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行放置，以使從PBS反射的光反射回反射鏡并且其偏振無(wú)顯著變化的朝向燈反射回中繼光學(xué)系統(tǒng)，并可在燈處回收。由于偏振分離器和半波片，來(lái)自燈的十分少的S偏振光將入射到PBS。觀察光學(xué)系統(tǒng)19將顯示成像到屏上或是觀察者的眼中。
如圖7所示，來(lái)自光管21的光進(jìn)入成像透鏡25和由兩個(gè)光學(xué)元件27、29構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)23。該中繼光學(xué)系統(tǒng)在顯示器17處產(chǎn)生來(lái)自燈系統(tǒng)的照明遠(yuǎn)心圖像。該成像元件25在中繼系統(tǒng)的第一透鏡27處產(chǎn)生燈系統(tǒng)的中間圖像。中繼系統(tǒng)的透鏡在顯示器處產(chǎn)生中繼圖像的遠(yuǎn)心圖像。因此，光管的出射末端在無(wú)限遠(yuǎn)處成像，而燈在顯示器處成像。與圖4的實(shí)施例相同，成像透鏡可在光管上偏心以將燈圖像中繼至中繼系統(tǒng)。
在圖1和圖4中，所示的光管在長(zhǎng)度方向上具有均勻的橫截面尺寸，而在圖6、7和8中，所示的光管為錐形。
通過(guò)精心設(shè)計(jì)的光管可增強(qiáng)角強(qiáng)度分布和整個(gè)系統(tǒng)的亮度。矩形光管可從入口端的正方形或矩形截面至出口端的正方形或矩形截面(例如，4∶3或16∶9)在一對(duì)相對(duì)邊上逐漸變細(xì)。該錐形可被設(shè)計(jì)為出口端較大。這可用于降低來(lái)自光管光的出射角度。另外，也可將該錐形設(shè)計(jì)為入口端較大。這樣就增大了來(lái)自光管的光的出射角度?？梢愿鶕?jù)光源和將光中繼至顯示器上的光學(xué)系統(tǒng)作出特定的選擇。在另一種情況中，增加適當(dāng)?shù)腻F形可允許光管更有效的填充投影透鏡的光瞳。這可使燈圖像變?yōu)闄E圓并增加光瞳的填充因數(shù)以及對(duì)給定F數(shù)的聚光。
在本發(fā)明中為了解釋的目的，為了提供對(duì)本發(fā)明的全面理解，列出了多個(gè)特定的細(xì)節(jié)。然而，對(duì)本領(lǐng)域人員顯而易見(jiàn)的是沒(méi)有這些特定的細(xì)節(jié)也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在另一實(shí)例中，在圖示中示出了公知的結(jié)構(gòu)和器件?？捎杀绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)適合任何特殊設(shè)備提供特定細(xì)節(jié)。
更重要的是，當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施例參照視頻投影儀描述時(shí)，在此描述的裝置同樣的可應(yīng)用到任何類型針對(duì)偏振顯示器的照明系統(tǒng)，無(wú)論對(duì)于投影或是直接觀察系統(tǒng)，無(wú)論是否為緊湊的。例如，在此描述的技術(shù)可用于與計(jì)算機(jī)和數(shù)字器件顯示器、電視機(jī)和電影投影儀、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備觀察器相連接，以及用于視頻娛樂(lè)系統(tǒng)和游戲機(jī)。
在前述的描述中，參照其的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，明顯的是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下可進(jìn)行修改和變化。因此，本說(shuō)明書和附圖為示意性的而不是限定性的。
權(quán)利要求
1.一種偏振光源系統(tǒng)，包括一光源，其產(chǎn)生具有多個(gè)偏振態(tài)的光；一中繼光學(xué)系統(tǒng)，其中繼在中繼光學(xué)系統(tǒng)上成像的光至一顯示器上；一光學(xué)成像元件，其將光源的光成像至中繼光學(xué)系統(tǒng)；一偏振分離器，其引導(dǎo)第一偏振態(tài)的光至該光學(xué)成像元件的第一部分，并引導(dǎo)第二正交偏振態(tài)的光至該光學(xué)成像元件的第二部分；以及一光學(xué)轉(zhuǎn)換元件，位于光學(xué)成像元件和中繼光學(xué)系統(tǒng)之間，以接收來(lái)自光學(xué)成像元件具有第二偏振態(tài)的光并將其偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為第二偏振態(tài)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光學(xué)成像元件包括一單個(gè)透鏡，以及其中第一部分包括透鏡的一半，第二部分包括該透鏡的另一半。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中偏振分離器在第一單獨(dú)光錐中引導(dǎo)第一偏振態(tài)的光，并在第二單獨(dú)光錐中引導(dǎo)第二偏振態(tài)的光，光錐由光學(xué)成像元件成像到中繼光學(xué)系統(tǒng)的不同部分上。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)定位在中繼系統(tǒng)的第二光錐成像的部分上。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該偏振轉(zhuǎn)換元件包括一半波片。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中偏振轉(zhuǎn)換元件由在光學(xué)中繼系統(tǒng)的一光學(xué)元件的一部分上的涂層形成。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中光學(xué)中繼系統(tǒng)包括一組使來(lái)自成像光學(xué)元件的光成像到顯示器上的中繼光學(xué)元件，其中第一偏振態(tài)的光在中繼光學(xué)系統(tǒng)的光軸的一側(cè)上傳播，第二偏振態(tài)的光在光軸的另一側(cè)上傳播，以及其中偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一涂敷到一組中繼光學(xué)元件的一個(gè)元件上的涂層。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中中繼光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)成像元件關(guān)于光源偏心并關(guān)于顯示器定中心。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中中繼光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于偏振轉(zhuǎn)換元件偏心，以及偏振轉(zhuǎn)換元件在中繼光學(xué)元件光軸的與光源相對(duì)的一側(cè)上。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源包括一燈和一光管，該光管構(gòu)造為產(chǎn)生具有與顯示器的長(zhǎng)寬比相對(duì)應(yīng)的光錐。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一偏振分束器，接收來(lái)自中繼光學(xué)系統(tǒng)的光并將第二偏振態(tài)的光引導(dǎo)至顯示器。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中偏振分離器包括具有正交方向和不同折射率的鄰接透鏡。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中折射率差大于1.5。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中偏振分離器包括多個(gè)沃拉斯頓棱鏡。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中偏振分離器包括具有交替垂直的軸的薄膜疊層陣列。
16.一種偏振光源系統(tǒng)，包括一光源，其產(chǎn)生具有多個(gè)偏振態(tài)的光；一光管，在入射孔接收來(lái)自光源的光并在出射孔提供基本遠(yuǎn)心的光；一偏振分離器，其緊靠著出射孔，接收來(lái)自光管出射孔的光并將第一偏振態(tài)的光引導(dǎo)至第一方向，以及將第二正交偏振態(tài)的光引導(dǎo)至第二方向；一中繼光學(xué)系統(tǒng)，其將來(lái)自偏振分離器的第一偏振態(tài)的光和第二偏振態(tài)的光中繼至一顯示器上；一偏振轉(zhuǎn)換元件，位于偏振分離器和顯示器之間，以接收具有第二偏振態(tài)的光并將其偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為第二偏振。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中中繼光學(xué)系統(tǒng)具有關(guān)于顯示器定中心的光軸，其中第一方向在中繼光學(xué)系統(tǒng)光軸的第一側(cè)，并且第二方向在中繼光學(xué)系統(tǒng)的第二相對(duì)側(cè)，以及其中偏振轉(zhuǎn)換元件在中繼光學(xué)系統(tǒng)光軸的第一側(cè)上。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中光軸關(guān)于顯示器定中心。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括一光學(xué)成像元件，使來(lái)自光管的光成像至中繼光學(xué)系統(tǒng)上。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中光學(xué)成像元件包括一單個(gè)透鏡，以及其中透鏡的一半使第一偏振態(tài)的光成像，透鏡的另一半使第二偏振態(tài)的光成像。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中偏振分離器在第一光錐中引導(dǎo)第一偏振態(tài)的光，在第二光錐中引導(dǎo)第二偏振態(tài)的光，由中繼光學(xué)系統(tǒng)的不同部分上的成像元件使光錐成像。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于第二光錐成像在中繼光學(xué)系統(tǒng)的部分上。
23.一種方法，包括接收具有多個(gè)偏振態(tài)的光；準(zhǔn)直該接收到的光；將該準(zhǔn)直光的偏振態(tài)分離為兩個(gè)正交的偏振光束；在偏離的方向上引導(dǎo)兩光束；在光學(xué)中繼系統(tǒng)的第一部分接收兩個(gè)光束的第一個(gè)，并第一光束中繼到顯示器；在光學(xué)中繼系統(tǒng)的第二部分接收兩個(gè)光束的第二個(gè)，并第二光束中繼到顯示器；在偏離的方向上引導(dǎo)兩光束之后，將第一光束的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)至第二光束的偏振態(tài)。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中分離偏振態(tài)包括在第一單個(gè)光錐中引導(dǎo)第一光束，以及在第二單個(gè)光錐中引導(dǎo)第二光束，該方法還包括將兩個(gè)光錐成像至中繼光學(xué)系統(tǒng)的不同部分上。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中中繼第一光束包括使第一光束在光學(xué)中繼系統(tǒng)光軸的一側(cè)上傳播，其中中繼第二光束包括使第二光束在光學(xué)中繼系統(tǒng)光軸相對(duì)一側(cè)上傳播，以及其中旋轉(zhuǎn)偏振包括使第一光束經(jīng)過(guò)在光軸一側(cè)的光學(xué)中繼系統(tǒng)的一個(gè)元件上涂敷的涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于顯示系統(tǒng)的增強(qiáng)型偏振光源。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一光源(11)，其產(chǎn)生具有多個(gè)偏振態(tài)的光；一中繼光學(xué)系統(tǒng)(23)，其中繼在中繼光學(xué)系統(tǒng)上成像的光至一顯示器(17)上；一光學(xué)成像元件(25)，其將光源的光成像至中繼光學(xué)系統(tǒng)(23)；一偏振分離器(34)，其引導(dǎo)第一偏振態(tài)的光至該光學(xué)成像元件的第一部分，并引導(dǎo)第二正交偏振態(tài)的光至該光學(xué)成像元件的第二部分；以及一光學(xué)轉(zhuǎn)換元件(35)，位于光學(xué)成像元件和中繼光學(xué)系統(tǒng)之間，以接收來(lái)自光學(xué)成像元件具有第二偏振態(tài)的光并將其偏振轉(zhuǎn)換為第二偏振態(tài)。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1668959SQ03816729
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者S·比爾惠岑 申請(qǐng)人:因佛卡斯公司