专利名称：用于液晶投影器的偏振转换系统以及校准其的方法
技术领域：
本发明涉及投影显示器领域，并且更加特别地涉及用于投影显示器的偏振恢复系统。
背景技术：
包括硅基液晶(LCOS)显示器在内的液晶投影显示器(LCDs)通常使用光偏振转换系统提供用于其成像器的照明的特定光偏振。这类偏振转换系统中的一种在灯与成像器之间的照明路线中设置光导管(light pipe)和偏振光束分束器阵列(PBS)。另外，聚光透镜通常设置在光导管与PBS阵列之间。
偏振转换系统中光通过效率可受系统光学组件失准的负面影响；例如灯光反射器与光导管或相对于光导管设置在焦点之外的PBS阵列之间不合适的距离。这些失准导致应该会聚在PBS阵列特定部分上的光溢出到该阵列邻近的部分上，这使得光不再适用于其应该的目的。例如，若邻近的部分由铝所覆盖，则溢出的光由PBS阵列反射开。若该PBS未由铝所覆盖，则溢出的光以错误的偏振透射并由系统内的其它地方吸收。因此，典型的偏振转换系统通常浪费了大量应该用于成像器照明的光能。这些未用于照明光能通常作为热量散失，这可能导致偏振片过热，特别是在显示器较小时。
发明内容
本发明涉及一种偏振转换系统。该偏振转换系统包括偏振光束分束器阵列、以及至少第一透镜和第二透镜，级联用于接收由光源产生的非偏振光。光源可以为包括元件和反射器的灯。第一透镜和第二透镜将非偏振光聚焦在偏振光束分束器阵列上。第一和第二透镜中的位置可调整，从而校准非偏振光在偏振光束分束器阵列上的聚焦。或者，两个透镜都可调整。
偏振转换系统还可包括光导管，位于光源与第一透镜之间。光导管可以具有用于接收来自光源的非偏振光的输入和用于向第一透镜输出非偏振光的输出。
偏振转换系统可以结合在LCD显示器中，且可以包括成像器，成像器接受来自偏振光束分束器的偏振光。第三透镜和第四透镜可以级联且定位用于接受来自偏振光束分束器阵列的偏振光并将偏振光聚焦在成像器上。第三和第四透镜中的至少一个的位置还可调整，从而校准偏振光束的尺寸从而与成像器匹配。
本发明还涉及一种校准偏振转换系统的方法，该偏振转换系统包括光导管、偏振光束分束器、以及位于该光导管与偏振光束分束器阵列之间的至少两个透镜。该方法包括调整该些透镜中至少一个的位置，从而将非偏振光聚焦在偏振光束分束器阵列上，由此优化可用偏振状态的通量。该方法还包括调整第三和第四透镜中的至少一个的位置从而调整偏振光束在成像器上的尺寸的步骤，偏振光由偏振光束分束器阵列接受。
图1为根据本发明的用于液晶显示器的偏振转换系统的图示；图2为根据本发明的可调整透镜安装筒的透视图；图3A为入射在根据本发明的偏振转换系统中偏振光束分束器阵列上的光束的正视图；图3B为入射在根据本发明的图3A的偏振光束分束器阵列上的单光束的细部图；图3C为入射在未校准的偏振转换系统中偏振光束分束器阵列上的单光束的细部图；图3D示出了未校准的偏振转换系统中泄漏在偏振光束分束器阵列错误部分上的光的量；以及图3E示出了未校准的偏振转换系统中反射到偏振光束分束器阵列中的光的量。
具体实施例方式
本发明为用于包括硅基液晶(LCOS)显示器在内的液晶显示器(LCD)投影系统中的偏振转换系统。该偏振转换系统包括可以校准从而将非偏振光精确聚焦在偏振光束分束器(PBS)阵列的特定区域上的可调整透镜，使得经PBS阵列折射最大量具有正确偏振的光。因此，用于成像器照明的光的量得以最大化，且减小投影仪内散失的光能的量。
参照图1，其示出了用于LCD投影系统的光学系统100。该光学系统包括偏振转换系统105、光源135、光导管150和成像器155。光源135可以是包括反射镜145和元件140的灯。工作中，非偏振光通过光源135产生并经光导管150传送至偏振转换系统105。偏振转换系统105使光偏振并将偏振光经第三透镜125和第四透镜130投射在成像器155上。在替代实施例中，在高性能LCD投影器中，可以使用多个光源和光导管提高的成像器照明。
偏振转换系统105包括PBS阵列110、第一透镜115和第二透镜120。定位第一和第二透镜115和120从而接受来自光导管150的非偏振光160，并将非偏振光160聚焦在PBS阵列110上。注意，可以在光导管150与PBS阵列110之间设置额外的透镜，从而补充第一和第二透镜115和120的聚焦工作。第三和第四透镜可以定位在PBS阵列110与成像器155之间，从而将通过PBS阵列110偏振的光165聚焦在成像器155上。同样，可以在PBS阵列110与成像器155之间增加额外的透镜，从而补充第三和第四透镜125和135的聚焦工作。
光导管150可以是柔软且半透明的管，其在其体内内部地反射和折射光，从而将光由一个位置导向另一个位置。因此，光源135可以设置在产品上任何期望的位置，且不必靠近成像器155设置。在使用光导管时要考虑反射、折射和波长效果，其为LCD投影系统技术人员所熟知。
第一透镜115的位置可以沿光轴调整，从而将非偏振光160聚焦在PBS阵列110上。例如，参照图2，透镜115可以安装在围绕其外周具有外螺纹槽210的可调整筒205中。筒205可以围绕其平行于光轴的轴旋转，并可沿该轴移动。在安装于偏振转换系统105中时，筒205可以靠住固定突起215定位，其中固定突起215配合在螺纹槽210中。由此，筒205的旋转可以使得筒205沿光轴向前和向后移动，产生透镜115位置的调节。在一个布置中，突起215可以为螺纹，其可以紧密地靠住筒205从而固定筒205的位置，由此固定第一透镜115。或者，透镜115可以固定，而透镜120可以使用诸如与筒205类似的筒的移动装置相对于透镜115移动。可选地，在本发明的设计内，透镜115和120都可以构造为彼此相对移动。
图3A示出了PBS阵列110的正视图。由于光导管150的反射，非偏振光160的多重像305入射在PBS阵列110上。可以调整第一透镜115的位置，使得图像305每个都聚焦在PBS阵列元件310上。参照3B，其为图3A的单个像305的细部图，在每个像305处于单个元件310中心且聚焦于其上时，实现了最大偏振光通量。若像305未居于单个元件310的中心或聚焦于其上，如图3C所示，如图3D所示，一定量的光320泄漏到邻近的元件315上。
在邻近元件315具有反射涂层的情况下，诸如铝，泄漏到邻近元件315上的一定量的光320由PBS阵列110反射。在邻近元件315不具有反射涂层的情况下，泄漏到邻近元件315上的光320通过PBS阵列透射，但是具有错误的偏振。在任何情况下，泄漏到邻近元件315上的光对于适当地照明成像器155的目的都是本质上无用的。如图3E所示，入射在元件310上的一定量的光325为有用光，其经PBS阵列110处理并以正确的偏振向前至成像器。
重要的是，调整透镜115和/或120的能力为LCD投影器的制造提供了巨大的优势。首先，应注意的是在LCD生产中制造公差普遍不同。偏振转换系统105中透镜115和/或120位置的可调整性可以校准每个变阵转换系统，从而将非偏振光聚焦在PBS阵列110上，由此补偿制造公差，并最大化所制造的每个LCD投影器的光效率。
其次，未用于照明成像器的光能经常以热的形式散逸。这种热散逸可以使得LCD元件过热，特别是在小型LCD投影器中。校准LCD投影器中光聚焦从而最大化光效率的能力可以减小热效应。
应理解，此处介绍的示例和实施例仅用于说明目的且本领域技术人员可以在本申请的实质和范围内提出其各种改动和变化。本发明可以采取多种具体形式，而不脱离用于指出本发明范围的其实质和基本性质。
权利要求
1.一种偏振转换系统，包括偏振光束分束器阵列；以及至少第一透镜和第二透镜，级联用于接收由光源产生的非偏振光并将所述非偏振光聚焦在所述偏振光束分束器阵列上；其中，所述第一和第二透镜中的至少一个的位置可调整，从而校准所述非偏振光在所述偏振光束分束器阵列上的聚焦。
2.如权利要求1所述的系统，还包括光导管，位于所述光源与所述第一透镜之间，所述光导管具有用于接收来自所述光源的所述非偏振光的输入和用于向所述第一透镜输出所述非偏振光的输出。
3.如权利要求1所述的系统，还包括成像器。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜之中的至少一个的位置是固定的。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜可以彼此相对调整。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述光源为包括元件和反射器的灯。
7.一种投影显示器，包括偏振光束分束器阵列；至少第一透镜和第二透镜，级联用于接收由光源产生的非偏振光并将所述非偏振光聚焦在所述偏振光束分束器阵列上；以及成像器，接受来自所述偏振光束分束器阵列的偏振光；其中，所述透镜中的至少一个的位置可调整，从而校准所述非偏振光在所述偏振光束分束器阵列上的聚焦。
8.如权利要求7所述的系统，还包括光导管，位于所述光源与所述第一透镜之间，所述光导管具有用于接收来自所述光源的所述非偏振光的输入和用于向所述第一透镜输出所述非偏振光的输出。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述光源为包括元件和反射器的灯。
10.如权利要求7所述的系统，还包括成像器。
11.如权利要求7所述的系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜之中的至少一个的位置是固定的。
12.如权利要求7所述的系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜可以彼此相对调整。
13.如权利要求7所述的系统，还包括至少第三透镜和第四透镜，级联且定位用于接受来自所述偏振光束分束器阵列的偏振光并将所述偏振光聚焦在所述成像器上。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述第三和第四透镜中的至少一个的位置可调整，从而校准所述偏振光束在所述成像器上的尺寸。
15.一种校准偏振转换系统的方法，该偏振转换系统包括光导管、偏振光束分束器、以及位于该光导管与偏振光束分束器阵列之间的至少两个透镜，该方法包括调整该些透镜中至少一个的位置；其中所述调整步骤将非偏振光聚焦在偏振光束分束器阵列上，由此减少所述非偏振光由偏振光束分束器阵列的反射。
16.如权利要求15所述的方法，还包括调整第三和第四透镜中的至少一个的位置从而调整所述偏振光束在成像器上的尺寸的步骤，所述偏振光由所述偏振光束分束器阵列接受。
全文摘要
本发明涉及一种偏振转换系统(100)和一种调整该系统的方法，该系统包括偏振光束分束器阵列(110)和至少第一透镜(115)和第二透镜(120)，其级联用于接受由光源(135)产生的非偏振光。第一和第二透镜的位置可以设置从而调整非偏振光在偏振光束分束器阵列上的聚焦。偏振转换系统可以结合在包括成像装置(155)的液晶显示器中。第三透镜(125)和第四透镜(130)可以级联设置从而接受来自所述偏振光束分束器阵列的偏振光并将偏振光聚焦在成像装置上。该系统可以通过设置至少一个透镜的位置调整，从而将非偏振光聚焦在偏振光束分束器阵列上，由此减少反射。
文档编号G02B5/30GK1675936SQ03818938
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月7日 优先权日2002年8月15日
发明者瓦尔特·德拉齐克 申请人:汤姆森特许公司