专利名称：用于投影显示器的抗热和光损害的极化转换系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于投影显示器中的极化转换系统，更具体说，涉及一种寿命较长、所用的零部件数量少、制造成本较低、而且元件的对准较简单的极化转换系统。
背景技术：
极化转换系统(PCS)用于需要极化光束来工作运行的显示投影器中。PCS被放置于照明器后的光路中，它将光分成两个相互正交的极化状态，将其中一个旋转从而产生一个几乎均匀极化的组合束。
目前正采用一种小型的PCS，它利用一个粘结的菱形玻璃棱镜系列，它具有用于分离极化状态的规定束分裂覆层，重新使反射分裂束定向的镜面覆层，以及将反射分裂束旋转的半波结构。这是一个PCS所具有的典型功能。
此结构中所用的半波板通常是粘在棱镜的适当部位聚合物薄膜，而且PCS的玻璃棱镜也是用粘接剂组装的。
由于一般用于现有PCS中的粘接剂受到投影系统照明器的热和辐射的影响，这些PCS的性能都随着使用时间的增长而变坏。这类PCS部件是用精研和抛光过的玻璃经粘接剂粘在一起而制成的，由于粘接剂受到照明器的辐照，长期使用后会变质。因此，尽管这类PCS部件在某些方面是满意的，但由于受到系统照明器辐照的热或辐射的作用，长期使用后性能将下降。根据这种情况，本发明的目标是克服与相关工艺有关的一些问题或缺陷。
发明概要在本发明的优选实施装置中，PCS的玻璃元件之间不用粘接剂，而且聚合物阻挡薄膜和粘接剂(如有的话)是浸泡在一种能使在亮点处温度均匀的液体中。由于用在这些PCS部件中的光学元件是用预先划好的玻璃片制成的，在把这些玻璃片分成规定的尺寸之前就可以按大件进行涂覆，因此不需要研磨或抛光，边缘也不需作任何处理。因此按本发明的方式制成的极化转换系统的寿命较长，所用的零件数目减少，这将简化元件的对准过程并降低制造成本。
附图简介在各附图中，相似的标号表示相当的零件
图1是按本发明的方式制成的极化转换装置的透视图，图中已将外壳元件取走，以便更清楚地显示其中的元部件；图2是图1所示极化转换装置端部的放大项视横截面图，用以更好地示出极化转换装置各元件及其装配方式；图3是框架的一部分的局部放大透视图，框架中形成有槽以安装玻璃板。
本发明的最佳实施模式下面参照各附图对本发明的一种优选实施装置加以描述，在此极化转换装置(PCS)的框架内开有一系列槽，以将已涂覆的玻璃板与处于其间的阻挡元件定向。PCS元件装配在框架内，外壳板则按液体密封方式紧固在框架上，形成一个液体密封盒以容纳一种折射率相匹配的液体，从而保持正确的光程长度，减小内部反射，并使任何亮点处的温度均匀。
参见图1，其中的PCS 100包括一个框架10(最好是一个用玻璃加强聚合物模制成的)，横过它的顶端和底端头11，12分别有一系列槽15，涂覆过的薄玻璃板30就插在槽中，并经由槽15对投影仪(未示)的光轴50成一个45°角。框架前盖板20和PCS 100的输入窗可以做成一个通常光学积分仪的第二元件，此积分仪由小透镜21阵列组成，用来将从灯(未示出)来的光束分裂成大量的小束，以在PCS 100的光束分裂段提供一个轮廓分明的光分布。前盖板20的后面可能已用气相淀积了一个带图形的掩模22，或者安置了一个用作障栅的薄膜掩模，以防止光线泄漏到束分裂涂覆段，并使镜子涂覆段不受光束直接照射。框架10本身的尺寸应足够大，以便不干扰光学元件的工作，但它应处于光路之外。
由薄板BK7玻璃划割成所需尺寸而制成的玻璃板30交替地涂以一个极化分光覆层32(用于分开各极化状态)和一个镜面镀层34(用以将平行于光轴的反射分光重新定向)。根据PCS的工作原理，镜面覆层34可以具有与覆层32同样的反射特性，或者也可以是一面真正的镜子。由本领域技术人员熟知的一类聚合物薄膜做成的半波阻挡板42，不一定要经抗反射涂覆，它们与框架后盖板或输出窗40相连，并且在分隔开的位置上与每个交替成对的玻璃板30的后缘相邻，这在图2最清楚地示出。这些阻挡板42用一层粘接剂(其折射率与玻璃板30相匹配)或处在光线路径上面或下面的胶垫固定在PCS输出窗40上。当使用胶垫时，最好把薄膜阻挡板42通过板的边缘与输出窗40对准，同时允许在板42和窗40之间有一薄层液体。
这样做成的框架10是液体密封的，因而玻璃板30和阻挡薄膜42是浸泡在一种折射率与玻璃板衬底的折射率相匹配的液体中。有了这样一种液体，就不需要抗反射覆层，并使得PCS内的温度均匀，以使热点最少或消失，同时，比较高的折射率将利于使极化转换效率最大。
玻璃板30的纵向热膨胀可用安装在框架结构内且位于光路之外的一些弹簧夹40来调节，其方法是把横跨在框架顶端和底端11和12的槽15的深度做成足以允许在玻璃板30的平面内自由膨胀，或者利用槽15内的柔性粘接剂来调节。包容在框架10内的液体的热膨胀可通过一个贮槽19来调节，此贮槽通过框架10进行液体交换并位于光路之外。
功能描述本发明的PCS 100提供一种低成本的装置，它通过采用预先涂覆的玻璃板30而变得更容易制造，这些玻璃板能很方便地安装在该装置的框架10中形成的槽中。所用的粘接剂非常有限或者根本就不需要，阻挡板42设在框架输出窗40上并通过框架输出窗40来与玻璃板30的边缘对准的。装配好的PCS 100是液体密封的，并注入一种其折射率与玻璃板30衬底的折射率相匹配的液体。因而PCS内的温度变得很均匀。
本发明其它一些方面和特征，可通过对附图和上面的描述以及后面的权利要求书的研究而获得。
权利要求
1.一种将非极化光束转换成较均匀极化束的极化转换装置，包括一个支撑框架，用来将多个光极化元件支撑和设置在相对于非极化光束的某些预定位置上，以将非极化光束转换为较均匀极化的光束，所述支撑框架具有预先形成的一些区段，用来将每一个光极化元件接纳和设置到预定的位置上；多个光极化元件适于接纳和设置在支撑框架的所述预先形成的区段内；围绕所述支撑框架形成液体密封盒的支撑框架外壳装置；容纳在该液体密封盒内的液体，其折射率基本上等于光极化元件的折射率。
2.如权利要求1所述的极化转换装置，其中预先形成的支撑框架区段内形成有一些槽，用以将所述多个光极化元件中的每一个设置成相对于非极化光束基本上为45°角。
3.如权利要求2所述的极化转换装置，其中支撑框架包含平行隔开的顶端和底端，它们各有一些预先形成于其中的槽，用来支撑和设置所述多个光极化元件。
4.如权利求要求1所述的极化转换装置，其中所述多个光极化元件包含一些玻璃板，玻璃板具有光束分裂表面和光束反射表面两个相对平行的面。
5.如权利要求4所述的极化转换装置，还包括一个半波阻挡器，它位于每个交替成对的所述平行光束分裂表面和光束反射表面之间。
6.如权利要求5所述的极化转换装置，还包括一个掩膜，用于防止光线泄漏过光束分裂表面并保护光束反射表面不受直射光照。
7.如权利要求6所述的极化转换装置，还包括一个第二光学积分器的小透镜阵列，它位于光束被所述多个光极化元件接收前的非极化光束内。
8.如权利要求7所述的极化转换装置，还包括补偿光极化元件的热膨胀的装置。
9.如权利要求8所述的极化转换装置，还包括补偿容纳在所述液体密封盒内的液体的热膨胀的装置。
10.一种极化转换装置，其中一个非极化光束在基本上均匀分布的光路中通过到达多个极化光束分裂元件，后者使到达它们的那部分非极化光通过、反射和旋转，以使具有基本均匀极化的一束光通过，其特征在于该极化转换装置包括多个玻璃支撑板，它们处在基本均匀分布的非极化光束的光路中；每块所述玻璃支撑板有一个第一光束分裂表面，通过该表面处于第一极化态的光能通过，而不处于第一极化态的光则被反射；每块所述玻璃支撑板具有一个与第一光束分裂表面平行的第二光束反射表面，以将从所述第一光束分裂表面接收到的反射光反射到一个光波阻挡器上；一个光波阻挡器，它位于每个交替成对的所述第一光束分裂表面和第二光束反射表面之间，以使反射光在通过时被旋转到第一极化态；一种浸泡所述多个玻璃支撑板的液体，它的折射率基本上与玻璃板的折射率相同。
11.如权利要求10所述的极化转换装置，其中所作的改进还包括一个具有多个预先形成的接收器的支撑框架，该接收器用来接收玻璃支撑板，并将它们相对于沿基本均匀分布光路到达的所述非极化光束保持在预定方位。
12.如权利要求10所述的极化转换装置，其中反射不在第一极化态的所述第一光束分裂表面将所述光垂直于通过的极化光反射；而且所述光波阻挡器是一个半波阻挡器。
13.一种将非极化光束转换为较均匀的极化光束的极化转换装置，包括一个支撑框架，用来支撑多个光极化元件，并将它们设置在预定位置上，使这些元件处在将要被极化的光束的光路中；所述支撑框架具有一些预先形成的区段，用来接收每一个所述光极化元件，并把它们设置在相对于所述支撑框架的预定位置上；每个所述光极化元件包含一块玻璃支撑板，它被所述预先形成的支撑框架的一个区段接收和定位，用来接收传递到那里的光束；每个玻璃支撑板有一个第一光束分裂表面，处于第一极化态的光能通过该表面，而不处于第一极化态的光则被垂直地反射；每个玻璃支撑板有一个与第一光束分裂表面平行的第二光束反射表面，它将从第一光束分裂表面接收到的反射光垂直反射到半波阻挡器上；一个半波阻挡器，它处在每个交替成对的第一光束分裂表面和第二光束反射表面之间，用来将透过的垂直反射光旋转成所述第一极化态；一块前框架盖板，它与所述支撑框架流体密封连接，用于使光束通过每块玻璃支撑板；一块后框架盖板，它与所述支撑框架流体密封连接，用于使极化光束从每块玻璃支撑板中透射出来；一种容纳在所述支撑框架内并浸泡置于其中的玻璃支撑板的液体，其折射率基本上与玻璃支撑板的折射率相匹配。
全文摘要
一种极化转换装置(PCS)，在其框架(10)中开有一系列槽，以使具有覆层的玻璃板(30)与位于其间的阻挡器元件取向一致。该PCS元件被安装在框架内，盖板(20)以液体密封方式固定于框架上形成一个液体密封盒，用来容纳折射率相匹配的液体，以使任何亮点上的温度均匀。
文档编号G02B5/06GK1463375SQ02801899
公开日2003年12月24日 申请日期2002年4月4日 优先权日2001年4月5日
发明者R·凯恩 申请人:皇家菲利浦电子有限公司