用於液晶投影器的偏振轉換系統以及校準其的方法
2023-06-07 21:16:56
專利名稱：用於液晶投影器的偏振轉換系統以及校準其的方法
技術領域：
本發明涉及投影顯示器領域，並且更加特別地涉及用於投影顯示器的偏振恢復系統。
背景技術：
包括矽基液晶(LCOS)顯示器在內的液晶投影顯示器(LCDs)通常使用光偏振轉換系統提供用於其成像器的照明的特定光偏振。這類偏振轉換系統中的一種在燈與成像器之間的照明路線中設置光導管(light pipe)和偏振光束分束器陣列(PBS)。另外，聚光透鏡通常設置在光導管與PBS陣列之間。
偏振轉換系統中光通過效率可受系統光學組件失準的負面影響；例如燈光反射器與光導管或相對於光導管設置在焦點之外的PBS陣列之間不合適的距離。這些失準導致應該會聚在PBS陣列特定部分上的光溢出到該陣列鄰近的部分上，這使得光不再適用於其應該的目的。例如，若鄰近的部分由鋁所覆蓋，則溢出的光由PBS陣列反射開。若該PBS未由鋁所覆蓋，則溢出的光以錯誤的偏振透射並由系統內的其它地方吸收。因此，典型的偏振轉換系統通常浪費了大量應該用於成像器照明的光能。這些未用於照明光能通常作為熱量散失，這可能導致偏振片過熱，特別是在顯示器較小時。
發明內容
本發明涉及一種偏振轉換系統。該偏振轉換系統包括偏振光束分束器陣列、以及至少第一透鏡和第二透鏡，級聯用於接收由光源產生的非偏振光。光源可以為包括元件和反射器的燈。第一透鏡和第二透鏡將非偏振光聚焦在偏振光束分束器陣列上。第一和第二透鏡中的位置可調整，從而校準非偏振光在偏振光束分束器陣列上的聚焦。或者，兩個透鏡都可調整。
偏振轉換系統還可包括光導管，位於光源與第一透鏡之間。光導管可以具有用於接收來自光源的非偏振光的輸入和用於向第一透鏡輸出非偏振光的輸出。
偏振轉換系統可以結合在LCD顯示器中，且可以包括成像器，成像器接受來自偏振光束分束器的偏振光。第三透鏡和第四透鏡可以級聯且定位用於接受來自偏振光束分束器陣列的偏振光並將偏振光聚焦在成像器上。第三和第四透鏡中的至少一個的位置還可調整，從而校準偏振光束的尺寸從而與成像器匹配。
本發明還涉及一種校準偏振轉換系統的方法，該偏振轉換系統包括光導管、偏振光束分束器、以及位於該光導管與偏振光束分束器陣列之間的至少兩個透鏡。該方法包括調整該些透鏡中至少一個的位置，從而將非偏振光聚焦在偏振光束分束器陣列上，由此優化可用偏振狀態的通量。該方法還包括調整第三和第四透鏡中的至少一個的位置從而調整偏振光束在成像器上的尺寸的步驟，偏振光由偏振光束分束器陣列接受。
圖1為根據本發明的用於液晶顯示器的偏振轉換系統的圖示；圖2為根據本發明的可調整透鏡安裝筒的透視圖；圖3A為入射在根據本發明的偏振轉換系統中偏振光束分束器陣列上的光束的正視圖；圖3B為入射在根據本發明的圖3A的偏振光束分束器陣列上的單光束的細部圖；圖3C為入射在未校準的偏振轉換系統中偏振光束分束器陣列上的單光束的細部圖；圖3D示出了未校準的偏振轉換系統中洩漏在偏振光束分束器陣列錯誤部分上的光的量；以及圖3E示出了未校準的偏振轉換系統中反射到偏振光束分束器陣列中的光的量。
具體實施例方式
本發明為用於包括矽基液晶(LCOS)顯示器在內的液晶顯示器(LCD)投影系統中的偏振轉換系統。該偏振轉換系統包括可以校準從而將非偏振光精確聚焦在偏振光束分束器(PBS)陣列的特定區域上的可調整透鏡，使得經PBS陣列折射最大量具有正確偏振的光。因此，用於成像器照明的光的量得以最大化，且減小投影儀內散失的光能的量。
參照圖1，其示出了用於LCD投影系統的光學系統100。該光學系統包括偏振轉換系統105、光源135、光導管150和成像器155。光源135可以是包括反射鏡145和元件140的燈。工作中，非偏振光通過光源135產生並經光導管150傳送至偏振轉換系統105。偏振轉換系統105使光偏振並將偏振光經第三透鏡125和第四透鏡130投射在成像器155上。在替代實施例中，在高性能LCD投影器中，可以使用多個光源和光導管提高的成像器照明。
偏振轉換系統105包括PBS陣列110、第一透鏡115和第二透鏡120。定位第一和第二透鏡115和120從而接受來自光導管150的非偏振光160，並將非偏振光160聚焦在PBS陣列110上。注意，可以在光導管150與PBS陣列110之間設置額外的透鏡，從而補充第一和第二透鏡115和120的聚焦工作。第三和第四透鏡可以定位在PBS陣列110與成像器155之間，從而將通過PBS陣列110偏振的光165聚焦在成像器155上。同樣，可以在PBS陣列110與成像器155之間增加額外的透鏡，從而補充第三和第四透鏡125和135的聚焦工作。
光導管150可以是柔軟且半透明的管，其在其體內內部地反射和折射光，從而將光由一個位置導向另一個位置。因此，光源135可以設置在產品上任何期望的位置，且不必靠近成像器155設置。在使用光導管時要考慮反射、折射和波長效果，其為LCD投影系統技術人員所熟知。
第一透鏡115的位置可以沿光軸調整，從而將非偏振光160聚焦在PBS陣列110上。例如，參照圖2，透鏡115可以安裝在圍繞其外周具有外螺紋槽210的可調整筒205中。筒205可以圍繞其平行於光軸的軸旋轉，並可沿該軸移動。在安裝於偏振轉換系統105中時，筒205可以靠住固定突起215定位，其中固定突起215配合在螺紋槽210中。由此，筒205的旋轉可以使得筒205沿光軸向前和向後移動，產生透鏡115位置的調節。在一個布置中，突起215可以為螺紋，其可以緊密地靠住筒205從而固定筒205的位置，由此固定第一透鏡115。或者，透鏡115可以固定，而透鏡120可以使用諸如與筒205類似的筒的移動裝置相對於透鏡115移動。可選地，在本發明的設計內，透鏡115和120都可以構造為彼此相對移動。
圖3A示出了PBS陣列110的正視圖。由於光導管150的反射，非偏振光160的多重像305入射在PBS陣列110上。可以調整第一透鏡115的位置，使得圖像305每個都聚焦在PBS陣列元件310上。參照3B，其為圖3A的單個像305的細部圖，在每個像305處於單個元件310中心且聚焦於其上時，實現了最大偏振光通量。若像305未居於單個元件310的中心或聚焦於其上，如圖3C所示，如圖3D所示，一定量的光320洩漏到鄰近的元件315上。
在鄰近元件315具有反射塗層的情況下，諸如鋁，洩漏到鄰近元件315上的一定量的光320由PBS陣列110反射。在鄰近元件315不具有反射塗層的情況下，洩漏到鄰近元件315上的光320通過PBS陣列透射，但是具有錯誤的偏振。在任何情況下，洩漏到鄰近元件315上的光對於適當地照明成像器155的目的都是本質上無用的。如圖3E所示，入射在元件310上的一定量的光325為有用光，其經PBS陣列110處理並以正確的偏振向前至成像器。
重要的是，調整透鏡115和/或120的能力為LCD投影器的製造提供了巨大的優勢。首先，應注意的是在LCD生產中製造公差普遍不同。偏振轉換系統105中透鏡115和/或120位置的可調整性可以校準每個變陣轉換系統，從而將非偏振光聚焦在PBS陣列110上，由此補償製造公差，並最大化所製造的每個LCD投影器的光效率。
其次，未用於照明成像器的光能經常以熱的形式散逸。這種熱散逸可以使得LCD元件過熱，特別是在小型LCD投影器中。校準LCD投影器中光聚焦從而最大化光效率的能力可以減小熱效應。
應理解，此處介紹的示例和實施例僅用於說明目的且本領域技術人員可以在本申請的實質和範圍內提出其各種改動和變化。本發明可以採取多種具體形式，而不脫離用於指出本發明範圍的其實質和基本性質。
權利要求
1.一種偏振轉換系統，包括偏振光束分束器陣列；以及至少第一透鏡和第二透鏡，級聯用於接收由光源產生的非偏振光並將所述非偏振光聚焦在所述偏振光束分束器陣列上；其中，所述第一和第二透鏡中的至少一個的位置可調整，從而校準所述非偏振光在所述偏振光束分束器陣列上的聚焦。
2.如權利要求1所述的系統，還包括光導管，位於所述光源與所述第一透鏡之間，所述光導管具有用於接收來自所述光源的所述非偏振光的輸入和用於向所述第一透鏡輸出所述非偏振光的輸出。
3.如權利要求1所述的系統，還包括成像器。
4.如權利要求1所述的系統，其中所述第一透鏡和所述第二透鏡之中的至少一個的位置是固定的。
5.如權利要求1所述的系統，其中所述第一透鏡和所述第二透鏡可以彼此相對調整。
6.如權利要求1所述的系統，其中所述光源為包括元件和反射器的燈。
7.一種投影顯示器，包括偏振光束分束器陣列；至少第一透鏡和第二透鏡，級聯用於接收由光源產生的非偏振光並將所述非偏振光聚焦在所述偏振光束分束器陣列上；以及成像器，接受來自所述偏振光束分束器陣列的偏振光；其中，所述透鏡中的至少一個的位置可調整，從而校準所述非偏振光在所述偏振光束分束器陣列上的聚焦。
8.如權利要求7所述的系統，還包括光導管，位於所述光源與所述第一透鏡之間，所述光導管具有用於接收來自所述光源的所述非偏振光的輸入和用於向所述第一透鏡輸出所述非偏振光的輸出。
9.如權利要求7所述的系統，其中所述光源為包括元件和反射器的燈。
10.如權利要求7所述的系統，還包括成像器。
11.如權利要求7所述的系統，其中所述第一透鏡和所述第二透鏡之中的至少一個的位置是固定的。
12.如權利要求7所述的系統，其中所述第一透鏡和所述第二透鏡可以彼此相對調整。
13.如權利要求7所述的系統，還包括至少第三透鏡和第四透鏡，級聯且定位用於接受來自所述偏振光束分束器陣列的偏振光並將所述偏振光聚焦在所述成像器上。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述第三和第四透鏡中的至少一個的位置可調整，從而校準所述偏振光束在所述成像器上的尺寸。
15.一種校準偏振轉換系統的方法，該偏振轉換系統包括光導管、偏振光束分束器、以及位於該光導管與偏振光束分束器陣列之間的至少兩個透鏡，該方法包括調整該些透鏡中至少一個的位置；其中所述調整步驟將非偏振光聚焦在偏振光束分束器陣列上，由此減少所述非偏振光由偏振光束分束器陣列的反射。
16.如權利要求15所述的方法，還包括調整第三和第四透鏡中的至少一個的位置從而調整所述偏振光束在成像器上的尺寸的步驟，所述偏振光由所述偏振光束分束器陣列接受。
全文摘要
本發明涉及一種偏振轉換系統(100)和一種調整該系統的方法，該系統包括偏振光束分束器陣列(110)和至少第一透鏡(115)和第二透鏡(120)，其級聯用於接受由光源(135)產生的非偏振光。第一和第二透鏡的位置可以設置從而調整非偏振光在偏振光束分束器陣列上的聚焦。偏振轉換系統可以結合在包括成像裝置(155)的液晶顯示器中。第三透鏡(125)和第四透鏡(130)可以級聯設置從而接受來自所述偏振光束分束器陣列的偏振光並將偏振光聚焦在成像裝置上。該系統可以通過設置至少一個透鏡的位置調整，從而將非偏振光聚焦在偏振光束分束器陣列上，由此減少反射。
文檔編號G02B5/30GK1675936SQ03818938
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月7日 優先權日2002年8月15日
發明者瓦爾特·德拉齊克 申請人:湯姆森特許公司