專利名稱：用于投影顯示器的抗熱和光損害的極化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于投影顯示器中的極化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，更具體說(shuō)，涉及一種壽命較長(zhǎng)、所用的零部件數(shù)量少、制造成本較低、而且元件的對(duì)準(zhǔn)較簡(jiǎn)單的極化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
極化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)用于需要極化光束來(lái)工作運(yùn)行的顯示投影器中。PCS被放置于照明器后的光路中，它將光分成兩個(gè)相互正交的極化狀態(tài)，將其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生一個(gè)幾乎均勻極化的組合束。
目前正采用一種小型的PCS，它利用一個(gè)粘結(jié)的菱形玻璃棱鏡系列，它具有用于分離極化狀態(tài)的規(guī)定束分裂覆層，重新使反射分裂束定向的鏡面覆層，以及將反射分裂束旋轉(zhuǎn)的半波結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)PCS所具有的典型功能。
此結(jié)構(gòu)中所用的半波板通常是粘在棱鏡的適當(dāng)部位聚合物薄膜，而且PCS的玻璃棱鏡也是用粘接劑組裝的。
由于一般用于現(xiàn)有PCS中的粘接劑受到投影系統(tǒng)照明器的熱和輻射的影響，這些PCS的性能都隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而變壞。這類PCS部件是用精研和拋光過(guò)的玻璃經(jīng)粘接劑粘在一起而制成的，由于粘接劑受到照明器的輻照，長(zhǎng)期使用后會(huì)變質(zhì)。因此，盡管這類PCS部件在某些方面是滿意的，但由于受到系統(tǒng)照明器輻照的熱或輻射的作用，長(zhǎng)期使用后性能將下降。根據(jù)這種情況，本發(fā)明的目標(biāo)是克服與相關(guān)工藝有關(guān)的一些問(wèn)題或缺陷。
發(fā)明概要在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施裝置中，PCS的玻璃元件之間不用粘接劑，而且聚合物阻擋薄膜和粘接劑(如有的話)是浸泡在一種能使在亮點(diǎn)處溫度均勻的液體中。由于用在這些PCS部件中的光學(xué)元件是用預(yù)先劃好的玻璃片制成的，在把這些玻璃片分成規(guī)定的尺寸之前就可以按大件進(jìn)行涂覆，因此不需要研磨或拋光，邊緣也不需作任何處理。因此按本發(fā)明的方式制成的極化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的壽命較長(zhǎng)，所用的零件數(shù)目減少，這將簡(jiǎn)化元件的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程并降低制造成本。
附圖簡(jiǎn)介在各附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示相當(dāng)?shù)牧慵?br>
圖1是按本發(fā)明的方式制成的極化轉(zhuǎn)換裝置的透視圖，圖中已將外殼元件取走，以便更清楚地顯示其中的元部件；圖2是圖1所示極化轉(zhuǎn)換裝置端部的放大項(xiàng)視橫截面圖，用以更好地示出極化轉(zhuǎn)換裝置各元件及其裝配方式；圖3是框架的一部分的局部放大透視圖，框架中形成有槽以安裝玻璃板。
本發(fā)明的最佳實(shí)施模式下面參照各附圖對(duì)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施裝置加以描述，在此極化轉(zhuǎn)換裝置(PCS)的框架內(nèi)開(kāi)有一系列槽，以將已涂覆的玻璃板與處于其間的阻擋元件定向。PCS元件裝配在框架內(nèi)，外殼板則按液體密封方式緊固在框架上，形成一個(gè)液體密封盒以容納一種折射率相匹配的液體，從而保持正確的光程長(zhǎng)度，減小內(nèi)部反射，并使任何亮點(diǎn)處的溫度均勻。
參見(jiàn)圖1，其中的PCS 100包括一個(gè)框架10(最好是一個(gè)用玻璃加強(qiáng)聚合物模制成的)，橫過(guò)它的頂端和底端頭11，12分別有一系列槽15，涂覆過(guò)的薄玻璃板30就插在槽中，并經(jīng)由槽15對(duì)投影儀(未示)的光軸50成一個(gè)45°角?？蚣芮吧w板20和PCS 100的輸入窗可以做成一個(gè)通常光學(xué)積分儀的第二元件，此積分儀由小透鏡21陣列組成，用來(lái)將從燈(未示出)來(lái)的光束分裂成大量的小束，以在PCS 100的光束分裂段提供一個(gè)輪廓分明的光分布。前蓋板20的后面可能已用氣相淀積了一個(gè)帶圖形的掩模22，或者安置了一個(gè)用作障柵的薄膜掩模，以防止光線泄漏到束分裂涂覆段，并使鏡子涂覆段不受光束直接照射?？蚣?0本身的尺寸應(yīng)足夠大，以便不干擾光學(xué)元件的工作，但它應(yīng)處于光路之外。
由薄板BK7玻璃劃割成所需尺寸而制成的玻璃板30交替地涂以一個(gè)極化分光覆層32(用于分開(kāi)各極化狀態(tài))和一個(gè)鏡面鍍層34(用以將平行于光軸的反射分光重新定向)。根據(jù)PCS的工作原理，鏡面覆層34可以具有與覆層32同樣的反射特性，或者也可以是一面真正的鏡子。由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一類聚合物薄膜做成的半波阻擋板42，不一定要經(jīng)抗反射涂覆，它們與框架后蓋板或輸出窗40相連，并且在分隔開(kāi)的位置上與每個(gè)交替成對(duì)的玻璃板30的后緣相鄰，這在圖2最清楚地示出。這些阻擋板42用一層粘接劑(其折射率與玻璃板30相匹配)或處在光線路徑上面或下面的膠墊固定在PCS輸出窗40上。當(dāng)使用膠墊時(shí)，最好把薄膜阻擋板42通過(guò)板的邊緣與輸出窗40對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)允許在板42和窗40之間有一薄層液體。
這樣做成的框架10是液體密封的，因而玻璃板30和阻擋薄膜42是浸泡在一種折射率與玻璃板襯底的折射率相匹配的液體中。有了這樣一種液體，就不需要抗反射覆層，并使得PCS內(nèi)的溫度均勻，以使熱點(diǎn)最少或消失，同時(shí)，比較高的折射率將利于使極化轉(zhuǎn)換效率最大。
玻璃板30的縱向熱膨脹可用安裝在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)且位于光路之外的一些彈簧夾40來(lái)調(diào)節(jié)，其方法是把橫跨在框架頂端和底端11和12的槽15的深度做成足以允許在玻璃板30的平面內(nèi)自由膨脹，或者利用槽15內(nèi)的柔性粘接劑來(lái)調(diào)節(jié)。包容在框架10內(nèi)的液體的熱膨脹可通過(guò)一個(gè)貯槽19來(lái)調(diào)節(jié)，此貯槽通過(guò)框架10進(jìn)行液體交換并位于光路之外。
功能描述本發(fā)明的PCS 100提供一種低成本的裝置，它通過(guò)采用預(yù)先涂覆的玻璃板30而變得更容易制造，這些玻璃板能很方便地安裝在該裝置的框架10中形成的槽中。所用的粘接劑非常有限或者根本就不需要，阻擋板42設(shè)在框架輸出窗40上并通過(guò)框架輸出窗40來(lái)與玻璃板30的邊緣對(duì)準(zhǔn)的。裝配好的PCS 100是液體密封的，并注入一種其折射率與玻璃板30襯底的折射率相匹配的液體。因而PCS內(nèi)的溫度變得很均勻。
本發(fā)明其它一些方面和特征，可通過(guò)對(duì)附圖和上面的描述以及后面的權(quán)利要求書的研究而獲得。
權(quán)利要求
1.一種將非極化光束轉(zhuǎn)換成較均勻極化束的極化轉(zhuǎn)換裝置，包括一個(gè)支撐框架，用來(lái)將多個(gè)光極化元件支撐和設(shè)置在相對(duì)于非極化光束的某些預(yù)定位置上，以將非極化光束轉(zhuǎn)換為較均勻極化的光束，所述支撐框架具有預(yù)先形成的一些區(qū)段，用來(lái)將每一個(gè)光極化元件接納和設(shè)置到預(yù)定的位置上；多個(gè)光極化元件適于接納和設(shè)置在支撐框架的所述預(yù)先形成的區(qū)段內(nèi)；圍繞所述支撐框架形成液體密封盒的支撐框架外殼裝置；容納在該液體密封盒內(nèi)的液體，其折射率基本上等于光極化元件的折射率。
2.如權(quán)利要求1所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，其中預(yù)先形成的支撐框架區(qū)段內(nèi)形成有一些槽，用以將所述多個(gè)光極化元件中的每一個(gè)設(shè)置成相對(duì)于非極化光束基本上為45°角。
3.如權(quán)利要求2所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，其中支撐框架包含平行隔開(kāi)的頂端和底端，它們各有一些預(yù)先形成于其中的槽，用來(lái)支撐和設(shè)置所述多個(gè)光極化元件。
4.如權(quán)利求要求1所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，其中所述多個(gè)光極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兩個(gè)相對(duì)平行的面。
5.如權(quán)利要求4所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，還包括一個(gè)半波阻擋器，它位于每個(gè)交替成對(duì)的所述平行光束分裂表面和光束反射表面之間。
6.如權(quán)利要求5所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，還包括一個(gè)掩膜，用于防止光線泄漏過(guò)光束分裂表面并保護(hù)光束反射表面不受直射光照。
7.如權(quán)利要求6所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，還包括一個(gè)第二光學(xué)積分器的小透鏡陣列，它位于光束被所述多個(gè)光極化元件接收前的非極化光束內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，還包括補(bǔ)償光極化元件的熱膨脹的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，還包括補(bǔ)償容納在所述液體密封盒內(nèi)的液體的熱膨脹的裝置。
10.一種極化轉(zhuǎn)換裝置，其中一個(gè)非極化光束在基本上均勻分布的光路中通過(guò)到達(dá)多個(gè)極化光束分裂元件，后者使到達(dá)它們的那部分非極化光通過(guò)、反射和旋轉(zhuǎn)，以使具有基本均勻極化的一束光通過(guò)，其特征在于該極化轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)玻璃支撐板，它們處在基本均勻分布的非極化光束的光路中；每塊所述玻璃支撐板有一個(gè)第一光束分裂表面，通過(guò)該表面處于第一極化態(tài)的光能通過(guò)，而不處于第一極化態(tài)的光則被反射；每塊所述玻璃支撐板具有一個(gè)與第一光束分裂表面平行的第二光束反射表面，以將從所述第一光束分裂表面接收到的反射光反射到一個(gè)光波阻擋器上；一個(gè)光波阻擋器，它位于每個(gè)交替成對(duì)的所述第一光束分裂表面和第二光束反射表面之間，以使反射光在通過(guò)時(shí)被旋轉(zhuǎn)到第一極化態(tài)；一種浸泡所述多個(gè)玻璃支撐板的液體，它的折射率基本上與玻璃板的折射率相同。
11.如權(quán)利要求10所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，其中所作的改進(jìn)還包括一個(gè)具有多個(gè)預(yù)先形成的接收器的支撐框架，該接收器用來(lái)接收玻璃支撐板，并將它們相對(duì)于沿基本均勻分布光路到達(dá)的所述非極化光束保持在預(yù)定方位。
12.如權(quán)利要求10所述的極化轉(zhuǎn)換裝置，其中反射不在第一極化態(tài)的所述第一光束分裂表面將所述光垂直于通過(guò)的極化光反射；而且所述光波阻擋器是一個(gè)半波阻擋器。
13.一種將非極化光束轉(zhuǎn)換為較均勻的極化光束的極化轉(zhuǎn)換裝置，包括一個(gè)支撐框架，用來(lái)支撐多個(gè)光極化元件，并將它們?cè)O(shè)置在預(yù)定位置上，使這些元件處在將要被極化的光束的光路中；所述支撐框架具有一些預(yù)先形成的區(qū)段，用來(lái)接收每一個(gè)所述光極化元件，并把它們?cè)O(shè)置在相對(duì)于所述支撐框架的預(yù)定位置上；每個(gè)所述光極化元件包含一塊玻璃支撐板，它被所述預(yù)先形成的支撐框架的一個(gè)區(qū)段接收和定位，用來(lái)接收傳遞到那里的光束；每個(gè)玻璃支撐板有一個(gè)第一光束分裂表面，處于第一極化態(tài)的光能通過(guò)該表面，而不處于第一極化態(tài)的光則被垂直地反射；每個(gè)玻璃支撐板有一個(gè)與第一光束分裂表面平行的第二光束反射表面，它將從第一光束分裂表面接收到的反射光垂直反射到半波阻擋器上；一個(gè)半波阻擋器，它處在每個(gè)交替成對(duì)的第一光束分裂表面和第二光束反射表面之間，用來(lái)將透過(guò)的垂直反射光旋轉(zhuǎn)成所述第一極化態(tài)；一塊前框架蓋板，它與所述支撐框架流體密封連接，用于使光束通過(guò)每塊玻璃支撐板；一塊后框架蓋板，它與所述支撐框架流體密封連接，用于使極化光束從每塊玻璃支撐板中透射出來(lái)；一種容納在所述支撐框架內(nèi)并浸泡置于其中的玻璃支撐板的液體，其折射率基本上與玻璃支撐板的折射率相匹配。
全文摘要
一種極化轉(zhuǎn)換裝置(PCS)，在其框架(10)中開(kāi)有一系列槽，以使具有覆層的玻璃板(30)與位于其間的阻擋器元件取向一致。該P(yáng)CS元件被安裝在框架內(nèi)，蓋板(20)以液體密封方式固定于框架上形成一個(gè)液體密封盒，用來(lái)容納折射率相匹配的液體，以使任何亮點(diǎn)上的溫度均勻。
文檔編號(hào)G02B5/06GK1463375SQ02801899
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月5日
發(fā)明者R·凱恩 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司