保偏dlp光学架构的制作方法

文档序号:7990219阅读:256来源:国知局
保偏dlp光学架构的制作方法
【专利摘要】描述了DLP光学结构及其控制方法,该结构包括具有光学积分器的光学积分器系统、中继透镜系统、TIR棱镜组件、数字成像仪和投影透镜,光学结构调适为接受偏振光束,该结构包括:至少一个延迟器,布置在光学积分器之后,用于控制贯穿DLP光学结构的偏振态,且在投影透镜之后实现所期望的偏振态;其中所期望的偏振态基本上是线或圆的。还描述了DLP光学结构,包括光学积分器、中继透镜系统、TIR棱镜组件、数字成像仪和投影透镜,其中积分器是维持光束的输入偏振的蝇眼积分器,并且其中,输入偏振是线或圆的。还描述了与数字成像仪和投影透镜一同使用的DLP光学结构,其与前述的基本上相同但是不包括数字成像仪和投影透镜。
【专利说明】保偏DLP光学架构
[0001]本发明涉及数字光处理方法,且尤其涉及保偏DLP光学架构、投影仪和在投影仪中使用的光学部件。
【背景技术】
[0002]与基于液晶的投影显示相对照,德州仪器DLP? (数字光处理)不需要偏振光进行操作。而是,光的调制基于每个像素的光束的角度偏转。并且已经发展了专门的光学架构来使用专门棱镜架构中的全内反射(TIR)以正确的角度将来自灯的光耦合向DLP。见图1,其中示出的灯将光引导通过TIR棱镜、到DMD、返回到棱镜且然后到投影透镜。
[0003]已经发展了基于光的偏振的立体投影解决方案。使用保偏屏,使用一个偏振态投射左眼图像,而使用正交的偏振态投射右眼图像。用户带上偏振眼镜以仅通过适当的图像到相应眼睛。已经发展了利用使用无源偏振滤波器的两个投影仪以及使用有源偏振开关的单个投影仪解决方案。见图2。
[0004]然而,在两种情况中,当来自投影仪的光是非偏振光时,可用光输出的一半被阻断。已经提出复杂光学系统来恢复损失的光(W02008048494)。但是这些增加显著成本和难度来汇聚具有不同偏振的两个图像以在投影屏上交叠。
[0005]如果DLP投影仪可以调适为以有效方式传送偏振光则将是有利的。如果光源已经偏振,这是尤其有效的,例如这是当在投影仪内使用激光照射时的情况。在这种情况中,足以贯穿投影仪的光学路径维持偏振以实现基于偏振的有效立体投影。
[0006]当注视DLP投影仪的光学路径时,从光源到投影透镜150的不同元件可以被识别。来自光源的光被稱合到诸如积分器棒的光学积分器100。在诸如积分器棒的光学积分器100的出口,实现均匀光斑。光斑然后借助于中继透镜系统110成像到(多个)DMD成像仪140上。中继透镜系统由多个独立透镜元件(在该示例中,111至115)组成,且还可以可选地包括I个或更多折叠式反射镜116以及孔117。TIR棱镜组件120向(多个)DMD成像仪140发送光。当使用多芯片架构时,色分离棱镜130放置在TIR棱镜组件120和成像仪140之间。彩色棱镜组件将光分离成至少2个光谱分量,将它发送到相应成像仪140且将该至少两个光谱分量重新组合为朝向投影透镜150的单个输出光束。
[0007]即使在光学积分器的入口处的光是线偏振的,不确保来自投影透镜的光也是线偏振的。无需专门测量,光学路径的不同部件可以影响光的偏振属性。
[0008]当光以某一角度从两个透明材料之间的界面反射时,反射率针对入射平面中偏振的光以及垂直于它偏振的光不同。在入射平面中偏振的光被称为P偏振,而垂直于此的偏振是S偏振。因此,线偏振输入光束被转换成椭圆偏振反射光束。
[0009]参考图3a和3b,很明显,这种全内反射将在TIR棱镜组件120中发生,且当偏振方向不与s或P平面一致时,该线偏振光可以变化为椭圆偏振光。
[0010]而且,在彩色棱镜组件130中,可以发生多个TIR反射。彩色棱镜组件将在每个基色包含I个棱镜元件,用于指定颜色的DMD设备140被附连到该棱镜元件。例如,彩色棱镜包括附连蓝色DMD的棱镜元件131、附连红色DMD的棱镜元件132以及附连绿色DMD的棱镜元件133。与红色棱镜132相邻的蓝色棱镜131的表面覆盖有二向色性涂层,该涂层将反射蓝光且使红光和绿光通过。与绿色棱镜相邻的红色棱镜132的表面覆盖有二向色性涂层,该涂层将反射红光且使绿光通过。通过改变二向色性涂层的特性,特定的棱镜元件可以专用于处理另一颜色。例如,可以限定涂层,使得棱镜元件131变得专用于红色且棱镜元件132变得专用于蓝色。
[0011]参考图4至6,绿光在通过在表面131b和132b处的蓝色棱镜和绿色棱镜上的二向色性涂层的直路径中透射通过彩色棱镜。反射光遵循类似路径。反射的导通态绿光510c在垂直于二向色性涂层表面131b和132b的平面中入射在那些表面上。因此,当反射的导通态绿光510c以在s平面或P平面中的线偏振在表面132b处的二向色性涂层上入射时,该条件同时将在表面131b的二向色性涂层上满足且偏振保持不受影响。然而透射的绿光500c在某一角度下(可以从棱镜的侧面看)通过这些二向色性涂层表面。则变得不能同时针对两个表面限定在S或P平面中的偏振方向。因此发现,这些二向色性涂层将透射的绿色光束500c的偏振态转换成一般椭圆偏振态。
[0012]蓝色透射光500a首先在表面131b上的二向色性涂层上反射,且然后在表面131a上经由TIR反射,反射的蓝光510遵循相反顺序的类似路径。尽管用于反射导通态蓝光510a的入射平面垂直于棱镜表面131a和131b,透射的蓝光500a以某一角度冲击棱镜。因此发现,TIR反射对于透射的蓝色光束500a具有轻微的偏振改变影响。
[0013]红色透射光500b首先通过在表面131b处的蓝色棱镜上的二向色性涂层。它然后通过在表面132b处的二向色性涂层从绿光分离且在表面132a处被TIR反射。反射的红光510b遵循相反顺序的类似路径。而且此处用于反射导通态红光510b的、到棱镜表面131b、132b和132a的入射平面是垂直的。然而同样地,透射的红色光束500b将以一个角度入射到这些表面上。因此发现通过二向色性涂层和TIR的偏振转换的组合。
[0014]反射导通态光510在垂直于这些表面的平面中冲击相应棱镜表面的上述陈述仅对于完美准直透射照射束500有效。对于具有有限f数(典型地对于使用12度倾斜角的DMD设备,f#2.5)的照射束的实际设立,反射导通态光还将体验相同的偏振变化。

【发明内容】

[0015]本发明的实施方式提供一种DLP光学结构,该DLP光学结构包括具有积分器的光学积分器系统、数字成像仪和投影透镜,所述光学结构调适为接受偏振光束。DLP结构还可以包括中继透镜系统和位于积分器之后的TIR棱镜组件。DLP光学结构还可以包括:
[0016]至少一个延迟器,其布置在所述光学积分器之后,用于控制贯穿所述DLP光学结构的偏振态,且在所述投影透镜之后实现所期望的偏振态;
[0017]其中所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
[0018]延迟器可以定位在各种位置。例如,所述至少一个延迟器可以定位在所述光学积分器的出口和所述TIR棱镜之间。在所述TIR棱镜反射表面处所述光束的偏振然后可以被确定为基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的。
[0019]可选地,所述至少一个延迟器可以定位在诸如积分器棒的所述光学积分器的出口和包括在所述中继透镜系统中的折叠式反射镜之间,其中入射在所述折叠式反射镜上的光具有基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的偏振态,且其中所述折叠式反射镜的平面垂直于所述TIR棱镜的表面。
[0020]而且,所述至少一个延迟器可以被放置在所述投影透镜的前面或之后,以用于将椭圆偏振改变回所期望的偏振,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
[0021]可选地,第一延迟器可以用于将椭圆偏振光转换成线性光,且第二延迟器可以用于改变所述线偏振的方向或者将所述线偏振转换成圆偏振。所述第一延迟器和所述第二延迟器其中一个延迟器可以是同质宽带半波延迟器,且其中所述第一延迟器和所述第二延迟器其中另一个延迟器可以是同质宽带四分之一波长延迟器。所述第一延迟器和所述第二延迟器可以均是同质宽带四分之一波长延迟器。
[0022]作为另一实施方式,所述至少一个延迟器可以定位在所述TIR棱镜和所述数字成像仪之间,且光束通过所述延迟器两次以用于将具有所述所期望的偏振态的光提供到所述投影透镜。
[0023]如上所述的DLP光学结构还可以包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器包括至少一个色选择延迟器,所述至少一个色选择延迟器被选择为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
[0024]可选地,上述DLP光学结构还可以具有色分离组件,其中所述至少一个延迟器放置在所述色分离棱镜和所述数字成像仪之间,其中所述光束通过所述至少一个延迟器两次,从而在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
[0025]在根据本发明的DLP光学结构的任意实施方式中,数字调制器可以是DMD。
[0026]在可选方面中,本发明可以提供包括光学积分器系统、数字成像仪以及投影透镜的DLP光学结构,所述DLP光学结构包括:
[0027]蝇眼积分器系统,其用于维持所述光束的输入偏振,而不管所述光束的取向与所述蝇眼积分器系统的对称轴的关系如何;并且
[0028]其中所述输入偏振是线或圆的且被选择为基本上与所述TIR棱镜的反射表面的s或P平面对准。
[0029]所述DLP结构还可以包括中继透镜系统和TIR棱镜组件。
[0030]在根据本发明的DLP光学结构的实施方式中的任意一个中,至少一个净化偏振器可以在所述至少一个延迟器之前和/或之后被放置在所述光束的路径中。
[0031]本发明还提供包括根据本发明的实施方式中任一个所述的DLP光学结构的DLP投影仪。DLP投影仪可以包括激光光源。DLP投影仪可以相应可选地包括3D偏振切换系统。这种DLP投影仪可以包括被包括在所述3D偏振切换系统中的净化偏振器。
[0032]本发明还提供用于控制贯穿DLP光学结构的偏振态以及在投影透镜之后实现所期望的偏振态的方法,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的,所述方法包括以下步骤:
[0033]在所述DLP光学结构内将至少一个延迟器定位在第一位置;以及
[0034]将椭圆偏振光转换成基本上线或圆偏振的光。
[0035]该方法还可以包括:
[0036]将至少一个另外的延迟器定位在另外的位置;以及
[0037]改变所述线偏振的方向或将所述线偏振转换为圆偏振。
[0038]在该方法中,可以使用色选择延迟器代替所述延迟器中至少一个。
[0039]该方法还可以包括以下步骤:[0040]在所述DLP光学结构中插入至少一个净化偏振器;以及
[0041]增强图像的对比度。
[0042]在另一方面中,本发明提供一种与数字成像仪和投影透镜一同使用的DLP光学结构,所述DLP光学结构包括具有光学积分器的光学积分器系统,所述光学结构被调适为接受偏振光束,所述光学结构还包括:
[0043]定位在所述光学积分器之后的至少一个延迟器,用于控制贯穿所述DLP光学结构的偏振态;
[0044]其中所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
[0045]所述DLP结构可以包括中继透镜系统和位于积分器之后的TIR棱镜组件。
[0046]对于这种DLP结构,所述至少一个延迟器可以定位在所述光学积分器的出口和所述TIR棱镜之间,且在所述TIR棱镜反射表面处所述光束的偏振可以基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的。
[0047]在这种DLP光学结构中,所述至少一个延迟器可以定位在所述光学积分器的出口和包括在所述中继透镜系统中的折叠式反射镜之间,其中入射在所述折叠式反射镜上的光具有基本上是线的并且基本上是s或?取向的,或者基本上是圆的偏振态,且其中所述折叠式反射镜的平面垂直于所述TIR棱镜的表面。
[0048]可选地,所述至少一个延迟器可以被放置在位于所述投影透镜的前面的位置,以用于将椭圆偏振改变回所期望的偏振,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
[0049]在所述DLP光学结构中,第一延迟器可以用于将椭圆偏振光转换成线性光,且第二延迟器可以用于改变所述线偏振的方向或者将所述线偏振转换成圆偏振。所述第一延迟器和所述第二延迟器中的一个延迟器可以是同质宽带半波延迟器,且所述第一延迟器和所述第二延迟器中的另一个延迟器可以是同质宽带四分之一波长延迟器。可选地,所述第一延迟器和所述第二延迟器可以均是同质宽带四分之一波长延迟器。
[0050]在另一实施方式中,所述至少一个延迟器可以定位在所述TIR棱镜和所述数字成像仪之间,且所述DLP光学结构调适为使得光束两次通过所述延迟器以用于将具有所述所期望的偏振态的光提供到所述投影透镜。
[0051]如上所述的根据本发明的实施方式中的任一个所述的这种DLP光学结构可以包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器包括至少一个色选择延迟器,被选择为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
[0052]可选地,DLP结构还可以包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器放置在所述色分离棱镜和所述数字成像仪之间,其中所述光束通过所述至少一个延迟器两次,所述DLP光学结构被调适为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
[0053]根据上述实施方式其中任一个所述的DLP光学结构可以包括诸如DMD的数字调制器。
[0054]在本发明的另一实施方式中,本发明提供一种与数字成像仪和投影透镜一同使用的DLP光学结构,所述DLP光学结构包括光学积分器系统,所述光学结构还包括:
[0055]蝇眼积分器系统,其用于维持所述光束的输入偏振,而不管所述光束的取向与所述蝇眼积分器系统的对称轴的关系如何;并且
[0056]其中所述输入偏振是线或圆的且被选择为基本上与所述TIR棱镜的反射表面的s或P平面对准。
[0057]所述DLP结构可以包括中继透镜系统和位于积分器之后的TIR棱镜组件。
[0058]如上所述的任意这种DLP光学结构可以包括被放置在所述至少一个延迟器之前和/或之后的所述光束的路径中的至少一个净化偏振器。
【专利附图】

【附图说明】
[0059]图1示出具有灯、TIR棱镜、DMD、投影透镜的常规DLP投影仪,这是可以与本发明的实施方式一同使用的基本配置。
[0060]图2a和2b示出将偏转光用于3D效果的常规DLP投影仪。
[0061]图3a示出具有积分器棒、中继透镜系统、DMD成像仪、TIR棱镜、投影透镜的常规DLP投影仪,这是可以与本发明的实施方式一同使用的基本配置。图3b说明在从两个透明材料之间的界面反射之后光的偏振。
[0062]图4示出常规DLP彩色棱镜子组件,这是可以与本发明的实施方式一同使用的基本配置。
[0063]图5示出与TIR棱镜子组件组合的常规DLP彩色棱镜子组件,这是可以与本发明的实施方式一同使用的基本配置。
[0064]图6示出与TIR棱镜子组件组合的另一常规DLP彩色棱镜子组件,这是可以与本发明的实施方式一同使用的基本配置。
[0065]图7是根据本发明的实施方式的DLP投影仪的示意性说明。
[0066]贯穿若干视图,相应的参考符号指示相应的部件。此处提及的示例以一种形式说明本发明的示例性实施方式,且这种示例不应解读为以任意方式限制本发明的范围。
【具体实施方式】
[0067]将参考指定实施方式且参考某些附图描述本发明,但是本发明不限于此,而是仅由权利要求书限制。描述的附图仅是示意性而非限制性的。在附图中,用于说明性目的,一些元件的尺寸可以被放大且不按比例绘制。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”的地方,不排除其他元件或步骤。再者,说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于在相似元件之间进行区分而不必用于描述依次或时间顺序。应当理解,如此使用的术语在适当的环境下可互换且此处描述的本发明的实施方式能够以不同于此处描述和说明的顺序操作。
[0068]本发明将被描述为图3至6中示意性示出以及图7描述的设备的修改。贯穿上述若干视图,下面的相应部件指示添加了其他新颖和发明特征的相应的部件。此处提及的示例以一种形式说明本发明的示例性实施方式,且这种示例不应解读为以任意方式限制本发明的范围。
[0069]本发明的实施方式提供调适为以有效方式传送偏振光的DLP投影仪。本发明的实施方式可以与已经偏振的光源一起使用,例如这是当在投影仪内使用激光照射时的情况。本发明的实施方式在投影仪的整个光学路径上维持偏振,从而基于偏振实现立体投影。
[0070]如参考图3至6描述且图7所示,本发明的实施方式具有通过DLP投影仪的光学路径,该路径包括从光源到投影透镜150的元件。在实施方式中,来自光源的光耦合到光学积分器系统200,该光学积分器系统200在一些实施方式中不同于上述光学积分器系统,不过它可以包括相同的部件。例如,它包括诸如积分器棒的光学积分器100,但是下面描述诸如蝇眼积分器的其他积分器。在诸如积分器棒的光学积分器的出口,实现均匀光斑。该光斑然后借助于中继透镜系统110成像到(多个)01?成像仪140上。中继透镜系统由多个独立的透镜元件(在该示例中,如图3a所示,111至115)构成,且还可以可选地包括I个或更多个折叠式反射镜116以及孔117 (如图3a所示)。TIR棱镜组件120向数字成像仪(例如(多个)DMD成像仪140)发送光。当使用多芯片架构时,色分离棱镜130可以放置在TIR棱镜组件120和成像仪140之间。彩色棱镜组件将光分离成至少2个光谱分量,将它发送到相应成像仪140且将该至少两个光谱分量重新组合为朝向投影透镜150的单个输出光束。
[0071]下面描述的实施方式的光学路径的不同部件影响光的偏振属性。本发明的实施方式确保当光学积分器的入口处的光线偏振时,来自投影透镜的光将也是线偏振的。
[0072]本发明的实施方式是图3a中示出的投影仪的修改,其中,将在TIR棱镜组件120中发生全内反射,且当偏振方向不与s或P平面一致时,该线偏振光可以变化为椭圆偏振光。
[0073]而且在本发明的实施方式中,在彩色棱镜组件130中,可以发生多个TIR反射。彩色棱镜组件将针对每个基色包括I个棱镜元件,用于指定颜色的DMD设备140被附连到该元件。例如,彩色棱镜可以包括附连蓝色DMD的棱镜元件131、附连红色DMD的棱镜元件132以及附连绿色DMD的棱镜元件133。与红色棱镜132相邻的蓝色棱镜131的表面可以覆盖有二向色性涂层,该涂层将反射蓝光且使红光和绿光通过。与绿色棱镜相邻的红色棱镜132的表面可以覆盖有二向色性涂层,该涂层将反射红光且使绿光通过。通过改变二向色性涂层的特性,某一棱镜元件可以专用于处理另一颜色。例如,可以限定涂层,使得棱镜元件131变得专用于红色且棱镜元件132变得专用于蓝色。
[0074]参考图4至6,绿光在通过在表面131b和132b处的蓝色棱镜和绿色棱镜上的二向色性涂层的直路径中透射通过彩色棱镜。反射光遵循类似路径。反射的导通态绿光510c在垂直于二向色性涂层表面131b和132b的平面中入射在那些表面上。因此,当反射的导通态绿光510c以在s平面或P平面中的线偏振在表面132b处的二向色性涂层上入射时,该条件同时将在表面131b的二向色性涂层上满足且偏振保持不受影响。然而透射的绿光500c在某一角度下(可以从棱镜的侧面看)通过这些二向色性涂层表面。下面限定的本发明的实施方式补偿这些二向色性涂层,该涂层将透射的绿色光束500c的偏振态转换成一般椭圆偏振态。
[0075]蓝色透射光500a首先在表面131b上的二向色性涂层上反射,且然后在表面131a上经由TIR反射,反射的蓝光510遵循相反顺序的类似路径。尽管用于反射导通态蓝光510a的入射平面垂直于棱镜表面131a和131b,透射的蓝光500a以某一角度冲击棱镜。本发明的实施方式还补偿TIR反射,该TIR反射稍微改变透射的蓝色光束500a的偏振。
[0076]红色透射光500b首先通过在表面131b处的蓝色棱镜上的二向色性涂层。它然后通过在表面132b处的二向色性涂层从绿光分离且在表面132a处被TIR反射。反射的红光510b遵循相反顺序的类似路径。而且此处用于反射导通态红光510b的、到棱镜表面131b、132b和132a的入射平面是垂直的。然而同样地,透射的红色光束500b将以一个角度入射到这些表面上。本发明的实施方式还补偿通过二向色性涂层和TIR的偏振转换的组合。[0077]反射导通态光510在垂直于这些表面的平面中冲击相应棱镜表面的上述陈述仅对于完美准直透射照射束500有效。本发明的实施方式还在具有有限f数(对于具有12度倾斜角的DMD设备,典型地f#2.5)的照射束的实际设立时进行补偿,反射的导通态光也体验相同的偏振变化。
[0078]本发明的实施方式可以具有避免和/或补偿在DLP投影仪的光学路径中的偏振变化影响的优点,以控制在整个投影仪光学路径上的偏振态且在投影透镜基本获得容差约为+/-10度的线偏振,或椭圆偏振。这可以要求使用指定玻璃类型的TIR棱镜和彩色棱镜。玻璃的一个指定需求可以是具有低应力双折射性。这种玻璃类型的非限制性示例是SchottSF-57 和 Ohara PBH-56。
[0079]在一些实施方式中,使用分散光束,如果输入偏振基本平行于诸如积分器棒的积分器的对称轴其中一个,则线偏振被最好地维持。然而相对于TIR棱镜反射表面的偏振则将不是完全的s或P偏振的,因为DLP芯片的取向相对于TIR表面成45度角。而且,诸如积分器棒之类的积分器的出口的取向是45度。因此,光将在通过TIR棱镜之后变成椭圆偏振。在本发明的一个实施方式中,因此,通过旋转诸如积分器棒之类的积分器的出口和TIR棱镜之间的偏振方向使得入射在TIR棱镜反射表面上的光是完全s或P取向的,维持贯穿系统的偏振是有利的。为了减小由于折叠式反射镜116导致的偏振变化,入射在折叠式反射镜上的光的偏振应当优选地也是完全s或P偏振的。当折叠式反射镜116的平面垂直于TIR表面时,通过在诸如积分器棒之类的积分器的出口和折叠式反射镜之间放置宽带半波延迟器可以同时获得两个条件。当使用同质延迟器(homogenous retarder)时,在通过延迟器的传输之后的偏振方向由半波延迟器的光轴的取向确定,因此,它应当被仔细地选择。对于高光强度,具有足够高光学损坏阈值的延迟器应当被选择以例如用于18&和SiO2的堆叠。
[0080]可选地,当使用蝇眼积分器系统时,可以维持输入偏振,而不管取向与蝇眼积分器的对称轴的关系如何。并且,仅通过控制朝向蝇眼积分器系统的输入偏振,可以匹配折叠式反射镜的优选偏振方向而无需使用延迟器。
[0081]在本发明的一个实施方式中,至少一个宽带延迟器放置在诸如积分器棒的积分器的出口和TIR棱镜之间,使得在TIR表面处的偏振是线的且基本s或P取向的,例如,具有等价于5:1的偏振比的大约+/-10度的容差,或偏振是圆的。
[0082]可选地,一个或更多净化偏振器(clean-up polarizer)可以在延迟器之前和/或之后放置在光路中。
[0083]当使用折叠式反射镜116时,优选地,根据一个实施方式,至少一个延迟器定位为使得入射在折叠式反射镜上的光是线偏振的且基本S或P取向的,例如,具有约+/-10度的容差。例如,尤其当折叠式反射镜使用多层二向色性涂层时,这可以等价于5:1的偏振比。在折叠式反射镜之前缺少这种补偿的情况中,多层二向色性涂层可引入附加相位延迟。如果我们希望到达TIR表面的光是线偏振的,在这种情况中将必须通过在TIR棱镜之前引入设计优良的延迟器来补偿这种延迟。在由折叠式反射镜的二向色性涂层引入的延迟是波长相关时,由补偿延迟器引入的延迟必须是波长特有的。
[0084]可选地,根据本发明的另一实施方式,至少一个延迟器可以放置在投影透镜前面或之后以将椭圆偏振变化回所期望的偏振态,例如线或圆偏振。可选地,净化偏振器可以放置在延迟器之后。在优选实施方式中,第一延迟器用于将椭圆偏振光转换成线偏振光,且第二延迟器用于改变所述线偏振的方向且将它转换成圆偏振。这两个延迟器中的一个可以是同质宽带半波延迟器,且另一个可以是同质宽带四分之一波长延迟器。对于高光强度,具有足够高光学损坏阈值的延迟器应当被选择以例如用于MgF2和SiO2的堆叠。
[0085]还可以使用非同质或具有更一般的延迟值的较不相同的延迟器。使用的延迟器可以是单轴或双轴的。
[0086]可选地,根据本发明的又一实施方式,至少一个延迟器可以放置在TIR棱镜和诸如DMD的数字调制器之间,使得在光两次通过延迟器堆叠(到DMD和从DMD)之后,投影透镜之前的光返回到所期望的偏振态,例如线或圆偏振。可选地,净化偏振器可以放置在投影透镜之前或之后。在优选实施方式中,第一延迟器用于将椭圆偏振光转换成线偏振光,且第二延迟器用于改变所述线偏振的方向或将它转换成圆偏振。两个延迟器均可以是同质宽带四分之一波长延迟器。对于高光强度,具有足够高光学损坏阈值的延迟器应当被选择以例如用于MgF2和SiO2的堆叠。
[0087]同样,上述延迟器不是限制性,可以选择非同质延迟器或具有更一般延迟值的延迟器。使用的延迟器可以是单轴或双轴的。
[0088]当在多芯片系统中时,TIR棱镜可以与色分离棱镜组合使用。彩色棱镜可以包括具有多层二向色性涂层的至少I个表面以及若干TIR反射表面。因为光在二向色性涂层和TIR表面上的入射角是不正交的,这将导致进入彩色棱镜的基本上线偏振的光将变成椭圆偏振。椭圆偏振度将依赖于TIR反射的数目和在某一角度下通过的二向色性涂层。例如发现,在其中红色分段布置在蓝色分段之前且在蓝色分段之后布置绿色分段的三色配置中,对于红色,偏振仍接近线性,而对于绿色,偏振几乎是圆的,但对于蓝色,偏振介于前两者之间。
[0089]根据本发明的又一实施方式,色选择延迟器堆叠放置在诸如积分器棒的积分器的出口和TIR棱镜的入口之间,以预补偿TIR和彩色棱镜的组合导致的指定相位延迟且在诸如DVD设备的数字调制器处实现线s或P偏振。可选地,净化偏振器可以放置在诸如DMD的数字调制器处或光路径下游。针对每个色选择延迟器,红色、绿色和蓝色波长区域的延迟可以分别不同。这样做,在投影透镜之前或之后的红色、绿色和蓝色波长区域的偏振态可以被独立控制。
[0090]根据另一实施方式,色选择延迟器堆叠放置在投影透镜前面或之后以将椭圆偏振变化回所期望的偏振态,例如线或圆偏振。可选地,净化偏振器可以放置在延迟器之后。对于每一组色选择延迟器,红色、绿色和蓝色波长区域的延迟可以分别不同。这样做,在投影透镜之前或之后的红色、绿色和蓝色波长区域的偏振态可以被独立控制。
[0091]根据本发明的又一实施方式,至少一个延迟器可以放置在TIR棱镜和诸如DMD的数字调制器之间,使得在光两次通过延迟器堆叠(到DMD和从DMD)之后,投影透镜之前的光返回到所期望的偏振态,例如线或圆偏振。针对每个颜色通道选择不同延迟器,使得不同输入偏振被转换成相同的输出偏振。可选地,净化偏振器可以放置在投影透镜之前或之后。在优选实施方式中,第一延迟器用于将椭圆偏振光转换成线偏振光,且第二延迟器用于改变所述线偏振的方向或将它转换成圆偏振。两个延迟器均可以是同质宽带四分之一波长延迟器。对于高光强度,具有足够高光学损坏阈值的延迟器应当被选择以例如用于MgF2和SiO2的堆叠。同样,上述延迟器不是限制性,可以选择非同质延迟器或具有更一般延迟值的延迟器。使用的延迟器可以是单轴或双轴的。
[0092]最后,上述方法的组合是可能的,其中部分补偿通过在一个位置放置宽带延迟器堆叠或色选择延迟器堆叠实现,且部分补偿通过在第二且甚至可选地第三位置放置宽带延迟器堆叠或色选择延迟器堆叠实现。例如,这可能是有利地:在TIR棱镜之前提供补偿,其仅补偿TIR的延迟以确保仅s或P偏振光进入彩色棱镜,而彩色棱镜的延迟在彩色棱镜和诸如DMD的数字调制器之间的位置补偿或在投影透镜的位置补偿。可选地,净化偏振器可以放置在光线偏振的一个或更多位置。在上述示例中,还可以在TIR和彩色棱镜之间提供净化偏振器。
[0093]本发明的各个实施方式在使用3D偏振切换系统操作、尤其与激光光源组合的DLP投影仪的优化中可以是有用的。如果从投影仪发射的光具有适应于3D偏振切换系统的受控偏振方向,这种系统中的光损耗可以被最小化。
[0094]本发明的各个实施方式还可以用于通过在投影的导通态光中插入净化偏振器增加图片对比度。例如,在投影透镜之前或之后。这可能有利于2D和3D图片二者。在3D图片的情况中,净化偏振器还可以被包括在3D偏振切换系统中。当白色图像被投影时,净化偏振器调适为匹配投影仪输出的受控偏振方向且基本传递所有的光。当黑色图像被投影时,到达投影透镜的大部分光将是例如通过在微镜下方的层,光学表面的不完美性、光学表面的涂层中的杂质或灰尘污染导致的不希望的光散射的结果。这种散射将不再维持受控偏振。因此,如果散射光是完全去偏振的,净化偏振器将阻断这种散射光的很大部分,例如50%。黑色图像中的剩余亮度将被减小且因此对比度将明显增加。
[0095]本发明的各个实施方式可以应用于单或三芯片DLP投影仪,用于投影机构前面或后面的偏振3D应用。应用可以包括数字影院、模拟器、家庭影院以及租赁与舞台演出。
【权利要求】
1.一种DLP光学结构,所述光学结构包括光学积分器、中继透镜系统、TIR棱镜组件、数字成像仪以及投影透镜,所述光学结构被调适为接受偏振光束,所述DLP光学结构包括: 至少一个延迟器,其布置在所述光学积分器之后,用于控制贯穿所述DLP光学结构的偏振态,且在所述投影透镜之后实现所期望的偏振态; 其中所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
2.根据权利要求1所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述光学积分器的出口和所述TIR棱镜之间,且其中在所述TIR棱镜反射表面处所述光束的偏振基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的。
3.根据权利要求2所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述光学积分器的出口和包括在所述中继透镜系统中的折叠式反射镜之间,其中入射在所述折叠式反射镜上的光具有基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的偏振态,且其中所述折叠式反射镜的平面垂直于所述TIR棱镜的表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器被放置在所述投影透镜的前面或之后,以用于将椭圆偏振改变回所期望的偏振,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的DLP光学结构,其中第一延迟器用于将椭圆偏振光转换成线性光,且其中第二延迟器用于改变所述线偏振的方向或者将所述线偏振转换成圆偏振。
6.根据权利要求5所述的DLP光学结构,其中所述第一延迟器和所述第二延迟器其中一个延迟器是同质宽带半波延迟器,且其中所述第一延迟器和所述第二延迟器其中另一个延迟器是同质宽带四分之一波长延迟器。
7.根据权利要求6所述的DLP光学结构,其中所述第一延迟器和所述第二延迟器均是同质宽带四分之一波长延迟器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述TIR棱镜和所述数字成像仪之间,且其中光束通过所述延迟器两次以用于将具有所述所期望的偏振态的光提供到所述投影透镜。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的DLP光学结构,所述DLP光学结构还包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器包括至少一个色选择延迟器,所述至少一个色选择延迟器被选择为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的DLP光学结构,所述DLP光学结构还包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器放置在所述色分离棱镜和所述数字成像仪之间,其中所述光束通过所述至少一个延迟器两次,从而在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
11.根据前述权利要求中任一项所述的DLP光学结构,其中所述数字调制器是DMD。
12.—种DLP光学结构,所述DLP光学结构包括光学积分器、中继透镜系统、TIR棱镜组件、数字成像仪以及投影透镜,所述DLP光学结构包括: 蝇眼积分器系统,其用于维持所述光束的输入偏振,而不管所述光束的取向与所述蝇眼积分器系统的对称轴的关系如何;并且 其中所述输入偏振是线或圆的且被选择为基本上与所述TIR棱镜的反射表面的s或P平面对准。
13.根据前述权利要求中任一项所述的DLP光学结构,其中至少一个净化偏振器在所述至少一个延迟器之前和/或之后被放置在所述光束的路径中。
14.一种DLP投影仪,所述DLP投影仪包括根据权利要求1至13所述的DLP光学结构。
15.根据权利要求14所述的DLP投影仪,所述DLP投影仪还包括激光光源。
16.根据权利要求14或15所述的DLP投影仪,所述DLP投影仪还包括3D偏振切换系统。
17.根据权利要求16所述的DLP投影仪,所述DLP投影仪还包括被包括在所述3D偏振切换系统中的净化偏振器。
18.一种用于控制贯穿DLP光学结构的偏振态以及在投影透镜之后实现所期望的偏振态的方法,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的,所述方法包括以下步骤: 在所述DLP光学结构内将至少一个延迟器定位在第一位置;以及 将椭圆偏振光转换成基本上线或圆偏振的光。
19.根据权利要求18所述的方法,所述方法还包括以下步骤: 将至少一个另外的延迟器定位在另外的位置;以及 改变所述线偏振的方向或将所述线偏振转换为圆偏振。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法,所述方法还包括使用色选择延迟器代替所述延迟器其中至少一个的步骤。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法,所述方法还包括以下步骤: 在所述DLP光学结构中插入至少一个净化偏振器;以及 增强图像的对比度。
22.—种与数字成像仪和投影透镜一同使用的DLP光学结构,所述DLP光学结构包括光学积分器、中继透镜系统以及TIR棱镜组件,所述光学结构被调适为接受偏振光束,所述光学结构还包括: 定位在所述光学积分器之后的至少一个延迟器,用于控制贯穿所述DLP光学结构的偏振态; 其中所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
23.根据权利要求22所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述光学积分器的出口和所述TIR棱镜之间,且其中在所述TIR棱镜反射表面处所述光束的偏振基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的。
24.根据权利要求23所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述光学积分器的出口和包括在所述中继透镜系统中的折叠式反射镜之间,其中入射在所述折叠式反射镜上的光具有基本上是线的并且基本上是s或P取向的,或者基本上是圆的偏振态,且其中所述折叠式反射镜的平面垂直于所述TIR棱镜的表面。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器被放置在位于所述投影透镜的前面的位置,以用于将椭圆偏振改变回所期望的偏振,所述所期望的偏振态基本上是线或圆的。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的DLP光学结构,其中第一延迟器用于将椭圆偏振光转换成线性光,且其中第二延迟器用于改变所述线偏振的方向或者将所述线偏振转换成圆偏振。
27.根据权利要求26所述的DLP光学结构,其中所述第一延迟器和所述第二延迟器其中一个延迟器是同质宽带半波延迟器,且其中所述第一延迟器和所述第二延迟器其中另一个延迟器是同质宽带四分之一波长延迟器。
28.根据权利要求27所述的DLP光学结构,其中所述第一延迟器和所述第二延迟器均是同质宽带四分之一波长延迟器。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的DLP光学结构,其中所述至少一个延迟器定位在所述TIR棱镜和所述数字成像仪之间,且其中光束通过所述延迟器两次,并且所述DLP光学结构被调适为将具有所述所期望的偏振态的光提供到所述投影透镜。
30.根据权利要求22至29中任一项所述的DLP光学结构,所述DLP光学结构还包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器包括至少一个色选择延迟器,所述至少一个色选择延迟器被选择为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
31.根据权利要求22至29中任一项所述的DLP光学结构,所述DLP光学结构还包括色分离组件,其中所述至少一个延迟器放置在所述色分离棱镜和所述数字成像仪之间,其中所述光束通过所述至少一个延迟器两次,所述DLP光学结构被调适为在所述投影透镜之后实现所述所期望的偏振态,以用于所有基色。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的DLP光学结构,其中所述数字调制器是DMD。
33.一种与数字成像仪和投影透镜一同使用的DLP光学结构,所述DLP光学结构包括光学积分器、中继透镜系统、TIR棱镜组件,所述光学结构还包括: 蝇眼积分器系统,其用于维持所述光束的输入偏振,而不管所述光束的取向与所述蝇眼积分器系统的对称轴的关系如何;并且 其中所述输入偏振是线或圆的且被选择为基本上与所述TIR棱镜的反射表面的s或P平面对准。
34.根据权利要求22至33中任一项所述的DLP光学结构,其中至少一个净化偏振器被放置在所述至少一个延迟器之前和/或之后的所述光束的路径中。
【文档编号】H04N5/74GK103649819SQ201280025076
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2011年5月13日
【发明者】K·维尔梅施, P·詹森, D·L·A·梅斯 申请人:巴库股份有限公司
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