專利名稱：用于光學(xué)圖像投影的光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總體上涉及具有空間光調(diào)制器陣列型液晶面板的光學(xué)圖像投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本部分對(duì)有助于更好理解本發(fā)明的方面進(jìn)行介紹。相應(yīng)地，據(jù)此閱讀本部分的陳 述，并不應(yīng)將本部分理解為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可或否認(rèn)。在光學(xué)圖像投影系統(tǒng)的光調(diào)制器中使用陣列型液晶面板(LCP)作為空間光調(diào)制 器已經(jīng)引起了強(qiáng)烈的興趣。典型地，偏振光通過(guò)偏振分束器(PBS)傳到LCP。形成LCP的陣 列的各個(gè)單獨(dú)液晶像素可以被激活或去激活，以使要由LCP反射的、分別具有相同偏振態(tài) 或正交(例如，相反)偏振態(tài)的光作為輸入光。根據(jù)系統(tǒng)的配置，從LCP反射的光的一種線 偏振通過(guò)PBS傳到投影光學(xué)裝置，并從而提供明視場(chǎng)像素。光的正交線偏振分量沿著與投 影光學(xué)裝置正交的方向通過(guò)PBS，并從而提供暗視場(chǎng)像素

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施例提供一種空間光調(diào)制器。調(diào)制器包括陣列型液晶面板。調(diào)制器包括偏 振分束器。偏振分束器被定向?yàn)閷⒃垂?source light)引向陣列型液晶面板的平面反射表 面。調(diào)制器包括位于偏振分束器與陣列型液晶面板之間的斜波片(oblique wave plate)。 調(diào)制器包括位于偏振分束器與陣列型液晶面板之間的會(huì)聚透鏡。會(huì)聚透鏡被配置為將從平 面反射表面反射的光引向偏振分束器的面對(duì)表面(facingsurface)?！N器件包括陣列型液晶面板、偏振分束器、斜波片以及會(huì)聚透鏡。偏振分束器被 定向?yàn)閷⒃垂庖蜿嚵行鸵壕姘宓姆瓷淦矫姹砻?。斜波片和透鏡位于偏振分束器與陣列 型液晶面板之間。會(huì)聚透鏡被配置為將從反射平面表面反射的光引向偏振分束器的面對(duì)表 另一實(shí)施例提供了一種光學(xué)圖像投影系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置為發(fā)射源光的光 源。該系統(tǒng)包括光耦合以接收源光的空間光調(diào)制器?？臻g光調(diào)制器包括陣列型液晶面板。 空間光調(diào)制器包括偏振分束器。偏振分束器被定向?yàn)閷⒃垂庖蜿嚵行鸵壕姘宓姆瓷淦?面表面。空間光調(diào)制器包括位于偏振分束器與陣列型液晶面板之間的斜波片?？臻g光調(diào)制 器包括位于偏振分束器與陣列型液晶面板之間的會(huì)聚透鏡。會(huì)聚透鏡被配置為將來(lái)自反射 平面表面的反射光引向偏振分束器的面對(duì)表面。該系統(tǒng)包括被配置為接收從偏振分束器輸 出的光的投影光學(xué)裝置。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)描述可以理解各個(gè)實(shí)施例。各個(gè)特征不需要按 比例繪制，為了討論的清楚起見(jiàn)，可以增加或減小各個(gè)特征的尺寸。現(xiàn)在參照結(jié)合附圖的以 下描述，在附圖中圖IA示出了示為本公開(kāi)的光學(xué)圖像投影系統(tǒng)的一部分的空間光調(diào)制器的示例配 置的平面圖；圖IB示出了實(shí)質(zhì)上沿著圖IA的圖示線B-B的o_片(斜波片)130的示例配置的 透視圖，以示意ο-片130的光軸165的定向的示例調(diào)整；圖2示出了示為本公開(kāi)的光學(xué)圖像投影系統(tǒng)的一部分的空間光調(diào)制器的備選示 例配置的平面圖；圖3示出了包括如圖IA或2所呈現(xiàn)的空間光調(diào)制器在內(nèi)的示例光學(xué)圖像投影系 統(tǒng)300的平面圖；圖4示出了例如使用圖1A-3中所示的器件和系統(tǒng)投影圖像的示例方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式一些LCP投影系統(tǒng)會(huì)受到不良圖像對(duì)比度的影響。此外，這樣的系統(tǒng)不容易被小型 化，這是由于特定光學(xué)元件必須保持足夠大，以便捕獲LCP板分散反射的實(shí)質(zhì)上所有的光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)將會(huì)聚透鏡放置在LCP與PBS之間的光路中，來(lái)減小諸如PBS 和投影光學(xué)裝置之類的光學(xué)元件的尺寸。這里所使用的術(shù)語(yǔ)會(huì)聚透鏡被定義為位于比任何 其他透鏡更接近圖像形成表面(例如，LCP表面)的位置的正透鏡(例如，物鏡)。即，光學(xué) 模塊的投影光學(xué)裝置中的任何其他透鏡比會(huì)聚透鏡更接近目標(biāo)投影表面(例如，屏幕)。不 幸地，單獨(dú)使用或者與四分之一波片一起使用的會(huì)聚透鏡不能提供預(yù)期水平的投影圖像對(duì) t匕貞。本公開(kāi)的實(shí)施例受益于以下實(shí)現(xiàn)在到達(dá)PBS的反射表面的一些光的偏振態(tài)與 PBS可以抑制的偏振態(tài)不同的情況下，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏光。具體地，從LCP的非激活像素反射 并通過(guò)會(huì)聚透鏡聚焦的光的偏振態(tài)被改變。針對(duì)要被PBS抑制的偏振態(tài)，改變?nèi)肷浣桥c面 對(duì)LCP的PBS表面不垂直的光線的偏振態(tài)。偏振態(tài)的這種改變使得期望抑制的至少一些光 能夠通過(guò)PBS傳到投影系統(tǒng)的投影光學(xué)裝置。這種在這里被稱作偏振光線偏差(PLRS)的 效應(yīng)促成了不良對(duì)比度。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，存在促成不良對(duì)比度的其他因素。一種促成因素是歸因于會(huì)聚 透鏡的存在的偏振旋轉(zhuǎn)，這是由于兩次通過(guò)會(huì)聚透鏡并通過(guò)LCP的非激活像素的反射而產(chǎn) 生的光線路徑。另一促成因素可能是不理想的LCP特性。在非激活狀態(tài)下，理想的LCP保 持反射光的偏振態(tài)與入射光的偏振態(tài)相同。相反，真實(shí)(例如，非理想)LCP像素在非激活 狀態(tài)下可能是雙折射的，因此真實(shí)LCP像素可以改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)(例如，線性偏振態(tài))。 因此，產(chǎn)生不會(huì)被PBS抑制的偏振分量，導(dǎo)致不良對(duì)比度。作為本公開(kāi)的一部分，還發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)將斜波片(ο-片)放置在LCP與PBS之間 的光路中，來(lái)顯著減少由于PLRS而引起的漏光。這里所使用的術(shù)語(yǔ)ο-片定義為雙折射材 料(例如，諸如方解石或石英晶體之類的光學(xué)各向異性介質(zhì))，該雙折射材料被配置為具有 平滑的平坦外表面，并且具有既不與外表面平行也不與外表面垂直的光軸。
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此外，在一些情況下，可以調(diào)整ο-片以補(bǔ)償由于從LCP的雙折射非激活像素的反 射而引起的偏振改變。例如，可以調(diào)整O-片，以相對(duì)于O-片的水平平面來(lái)改變O-片的光 軸的定向。備選地，可以向O-片添加薄的補(bǔ)償波片。因此，能夠減少?gòu)姆抢硐隠CP反射的 并且具有不能被來(lái)自投影路徑的PBS抑制的偏振分量的光的量。在一些情況下，有利地，這 些措施還改善了圖像對(duì)比度，而無(wú)需例如通過(guò)添加連接至LCP或作為L(zhǎng)CP —部分的獨(dú)立補(bǔ) 償波片來(lái)顯著增大系統(tǒng)的尺寸。ο-片與會(huì)聚透鏡的組合可以允許制造更緊湊的(例如，手持)投影系統(tǒng)，該投影系 統(tǒng)能夠產(chǎn)生具有比現(xiàn)有投影系統(tǒng)更高的對(duì)比度的圖像。會(huì)聚透鏡高效地引導(dǎo)從LCP反射的 光，以通過(guò)減小反射光的擴(kuò)散來(lái)使其接近光軸傳播。因此，可以減小光學(xué)元件的大小，來(lái)實(shí) 現(xiàn)更緊湊的投影系統(tǒng)。ο-片可以通過(guò)補(bǔ)償總體PLRS效應(yīng)來(lái)改善對(duì)比度。ο-片可以作用于 從LCP的非激活的像素反射的光的改變偏振態(tài)，以使得實(shí)質(zhì)上使光線的偏振態(tài)返回當(dāng)反射 光線已經(jīng)形成非發(fā)散光束(例如，入射角與PBS的表面垂直)的情況下應(yīng)有的偏振態(tài)。因 此，PBS能夠更好地抑制從LCP的非激活像素反射的光，從而減少來(lái)自于暗視場(chǎng)像素的投影 光的量，并從而改善圖像對(duì)比度。本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例是光調(diào)制器器件(例如，空間光調(diào)制器)。光調(diào)制器器件的配 置可以根據(jù)光源的偏振態(tài)以及要投影的光的預(yù)期偏振態(tài)而不同。例如，圖IA示出了示為光 學(xué)圖像投影系統(tǒng)102的一部分的光調(diào)制器器件100的示例配置的平面圖。如圖1所示，系 統(tǒng)102的實(shí)施例可以包括光源105和光學(xué)耦合至器件100的投影光學(xué)裝置110。這里描述的圖像投影系統(tǒng)的一些特征以及使用這些特征來(lái)產(chǎn)生投影圖像的方法 在以下中的一個(gè)或多個(gè)中描述以上引用的美國(guó)專利申請(qǐng)12/017，440 ；美國(guó)專利7440158 ； 均在2008年1月22日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/017984、12/009991、以及12/009851 ； 均在2007年3月2日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/713155、11/681376、以及11/713493 ； 以及 Gang Chen 等人于 2009 年 1 月 22 日提交的題為 “Oscillating Mirror forlmage
Projection"的美國(guó)專利申請(qǐng)No._(代理案號(hào)No. CHEN18-28-26)。以上所列美
國(guó)專利和以上所列美國(guó)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。圖IA所示的示例器件100包括LCP 115和PBS 120。PBS 120被定向?yàn)閷⒃垂?125引向LCP115的反射平面表面127。器件100還包括ο-片130和會(huì)聚透鏡135。ο-片 130和會(huì)聚透鏡135均位于LCP 115與PBS 120之間。會(huì)聚透鏡135可以被配置為將從LCP 115的反射平面表面127反射的光140、142 (例如，實(shí)質(zhì)上所有反射光140、142)引導(dǎo)至PBS 110的相對(duì)(例如，面對(duì))表面145。在如圖IA所示的一些情況下，ο-片130位于PBS 120與會(huì)聚透鏡135之間。在其 他情況下，ο-片130位于會(huì)聚透鏡135與LCP 115 (未示出)之間。在一些情況下，前一種 配置(ο-片在BPS與會(huì)聚透鏡之間)實(shí)質(zhì)上提供比后一種配置(ο-片在PBS與LCP之間) 更好的對(duì)比度，并因此前一種配置是優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，如何確定 ο-片130和會(huì)聚透鏡135相對(duì)于彼此以及相對(duì)于LCP 115和PBS 120的最優(yōu)位置，使得最 大化針對(duì)這些配置中任一配置的圖像對(duì)比度，包括例如最大化要傳遞至LCP 115和從LCP 115反射的光的量。LCP 115包括多個(gè)像素150，可以通過(guò)在各個(gè)單獨(dú)像素150上(例如，經(jīng)由與各個(gè) 單獨(dú)像素150鄰近的透明氧化銦錫電極)施加電場(chǎng)來(lái)單獨(dú)激活這些像素。從激活的像素150反射的光140具有與源光125的偏振態(tài)相比相反的偏振態(tài)。例如，當(dāng)光源105發(fā)射垂直 偏振源光125時(shí)，來(lái)自激活像素150的反射光140是水平偏振的。相比而言，實(shí)質(zhì)上不改變來(lái)自非激活像素150的反射光142的偏振態(tài)，反射光142 的入射角155與PBS的相對(duì)表面145垂直(例如，90度士5度)。然而，如上所述，由于PLRS 效應(yīng)，當(dāng)光140具有非垂直入射角155 (例如，大于士 5度)的情況下，可以改變來(lái)自非激活 像素150的反射光142的偏振態(tài)。例如，繼續(xù)相同示例，在源光125是垂直偏振的情況下， 來(lái)自非激活像素150并具有非垂直入射角155的反射光142的大部分可以是水平偏振的。 由于來(lái)自這些非激活像素150的反射光142具有與來(lái)自激活像素150的反射光140相同的 偏振態(tài)，因此減小了激活與非激活像素150之間的光對(duì)比度。ο-片130的實(shí)施例具有與PBS 120的表面145平行的平面外表面160、162。一個(gè) 表面160面向(例如，面對(duì))PBS 120的表面145，并且另一表面162面向(例如，面對(duì))LCP 115的反射表面127 (例如，平面反射表面)。ο-片的平面外表面160、162可以實(shí)質(zhì)上與從 PBS 120傳到LCP 115的源光125垂直。ο-片130對(duì)于減少來(lái)自特定非激活像素150的反射光142的量起到重要作用，否 則光142將不利地通過(guò)PBS 110并到達(dá)系統(tǒng)102的投影光學(xué)裝置110，從而降低圖像對(duì)比 度。根據(jù)定義，ο-片130具有光軸165，光軸165具有與ο-片130的外平面表面160既不 平行也不垂直的角度167。定位外平面表面160，以接收由LCP 115反射的光140、142。本 領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉描述ο-片130的光軸165的特性的各種方法。例如，能夠根據(jù)準(zhǔn)直光的 不同入射角(或者偏振)，來(lái)測(cè)量通過(guò)ο-片130的準(zhǔn)直光的遲滯(retardance)，以確定發(fā) 生最小遲滯的入射角。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，ο-片130具有使角167在大約16度到36度(更具體地，在 大約24度到28度的范圍內(nèi))范圍內(nèi)的光軸165。具有這種特性的ο-片130在以下方面特 別有效補(bǔ)償來(lái)自非激活像素150的反射光142的偏振態(tài)，以與在反射光142的入射角155 與PBS的相對(duì)表面145垂直(上述示例中的垂直偏振光)的情況下應(yīng)有的偏振態(tài)相同。如上所述，ο-片130可以被配置為至少部分地補(bǔ)償由從具有非理想特性的LCP 115的雙折射非激活像素的反射而引起的偏振變化。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn) ο-片130，來(lái)調(diào)整ο-片130的光軸165的定向，以補(bǔ)償入射光140在從LCP 115的非理想 雙折射像素150反射時(shí)發(fā)生的偏振變化。從而可以至少部分地將反射光142的偏振恢復(fù)至 非激活像素150為理想情況下其應(yīng)有的偏振態(tài)。圖IB示出了實(shí)質(zhì)上沿著圖IA所示的圖示線B-B的o_片130的示例配置的透視 圖，以示意對(duì)ο-片130的光軸165的定向的示例調(diào)整。圖IB示出了 ο-片130的平面表面 170，平面表面170由ο-片130的光軸165和ο-片130的法向軸171 (同樣如圖IA所示) 限定，相對(duì)于器件100的水平平面173 (例如，在圖IA的平面圖中示出的水平平面)，平面 表面170具有在大約3度到4度范圍內(nèi)的角度172 (例如，通過(guò)如圖IB中彎箭頭所示旋轉(zhuǎn) ο-片)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，如何根據(jù)雙折射像素150 (圖1Α)的不理想程度將角度 172調(diào)整為不同值。在其他實(shí)施例中，備選或附加地，ο-片130還可以包括其上(例如，在圖IB所示的 ο-片130的表面170上)的薄波片層175(例如，第二波片)。例如，在一些實(shí)施例中，附加 波片層175可以具有在大約1微米到10微米范圍內(nèi)的厚度176。薄波片層175可以具有與ο-片130的光軸定向和遲滯不同的適當(dāng)?shù)墓廨S177定向和遲滯，以改善對(duì)非激活LCP像素 150的雙折射的補(bǔ)償。例如，光軸177的遲滯或角度178中的至少一個(gè)與ο-片130的相應(yīng) 值至少有大約百分之十的不同。例如，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，光軸177的定向與相對(duì)于垂直 軸179 (即，與水平平面173垂直的軸)大約45度的角度178相對(duì)應(yīng)。在一些優(yōu)選實(shí)施例 中，波片層175的材料的雙折射具有與非激活LCP像素150的雙折射相反的符號(hào)。在一些 情況下，LCP像素150的光軸與波片層175可以近似對(duì)準(zhǔn)。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，層175的 遲滯在大約3納米到5納米范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如何調(diào)整薄波片層175的厚 度176和定向，以補(bǔ)償雙折射像素150的不理想。ο-片130的厚度還可以影響對(duì)來(lái)自非激活像素150的具有非垂直入射角155的 反射光142的偏振態(tài)的補(bǔ)償。例如，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，ο-片130具有在大約3微米到6 微米范圍內(nèi)的厚度180(圖1Α)。然而，根據(jù)光學(xué)各向異性晶體材料的類型，ο-片可以包括 用于提供預(yù)期的半波光遲滯的不同厚度180的值。有時(shí)，很難制造大約5微米或更大的ο-片厚度180。在這樣的情況下，可以協(xié)同地 調(diào)整ο-片130的光軸165的角度167以及ο-片130的厚度180，以實(shí)現(xiàn)改善的圖像對(duì)比 度與ο-片130的方便制造之間的平衡。以下針對(duì)提供可接受水平的ANSI圖像對(duì)比度(例 如，大約500 1或更大)的一些示例實(shí)施例示意了這些原理。這里所使用的術(shù)語(yǔ)ANSI對(duì) 比度是指來(lái)自于8個(gè)矩形中激活像素的平均反射光強(qiáng)除以來(lái)自于其他8個(gè)矩形中非激活像 素的平均反射光強(qiáng)所得的比值，其中激活和非激活像素部分以矩形4X4棋盤圖案布置。在 一些實(shí)施例中，可以使用在大約24度到28度范圍內(nèi)的光軸角度167以及在大約4微米到 4. 2微米范圍內(nèi)的厚度180來(lái)獲得大約600 1的ANSI對(duì)比度。在其他實(shí)施例中，可以使 用在大約29度到31度范圍內(nèi)的光軸角度167以及大約5. 6微米的厚度180來(lái)獲得大約 1500 1的ANSI對(duì)比度。在其他實(shí)施例中，可以使用26度士 1度的光軸角度167以及在 大約3. 5微米到4微米范圍內(nèi)的厚度180來(lái)獲得大約500 1的ANSI對(duì)比度。LCP 115可以由允許以這里描述的方式操作偏振光的任何傳統(tǒng)材料組成。例如，在 一些優(yōu)選實(shí)施例中，LCP 115是硅基液晶面板。在一些實(shí)施例中，例如，當(dāng)期望緊湊系統(tǒng)102 時(shí)，LCP 115的高度和寬度尺寸在1到若干毫米的量級(jí)上。例如，在這種緊湊系統(tǒng)102的一 些優(yōu)選實(shí)施例中，LCP 115的高度和寬度182均在大約3毫米到5毫米范圍內(nèi)。會(huì)聚透鏡135可以由任何材料組成，這些材料對(duì)于源光125是透明的，并具有便于 引導(dǎo)反射光140、142以使得實(shí)質(zhì)上(例如，大約百分之九十或更多的反射光)落在PBS 120 的相對(duì)(例如，面對(duì))表面145上的任何形狀和尺寸。繼續(xù)示例緊湊系統(tǒng)102，在一些優(yōu)選 實(shí)施例中，會(huì)聚透鏡135是具有大約13mm焦距的正(例如，會(huì)聚)玻璃或塑料透鏡。在一些 優(yōu)選實(shí)施例中，為了便于獲得緊湊系統(tǒng)102，會(huì)聚透鏡135的直徑185是反射平面表面127 的高度和寬度尺寸181、182中較大者的大約1到1.2倍。例如，考慮當(dāng)反射平面表面127 具有高度181和寬度182分別為大約3mm和5mm的矩形形狀的情況。會(huì)聚透鏡135的一些 優(yōu)選實(shí)施例具有在大約5mm到6mm范圍內(nèi)的直徑185。由于會(huì)聚透鏡135可以降低從LCP 115反射的光140、142的擴(kuò)散，因此，還可以縮 減PBS 120的尺寸，從而便于緊湊系統(tǒng)102的設(shè)計(jì)。繼續(xù)以上示例緊湊系統(tǒng)102，在一些優(yōu) 選實(shí)施例中，PBS 120的高度、厚度以及寬度尺寸190、192、194是反射平面表面127的高度 和寬度尺寸181、182中較大者的大約1到1. 2倍。在高度和寬度尺寸181、182中較大者等于大約5mm的情況下，PBS的高度、寬度和深度尺寸190、192、194在大約5到6mm的范圍內(nèi)。 類似地，ο-片130的高度和寬度尺寸196、198可以是高度和寬度尺寸181、182中較大者的 1到1.2倍。圖IA示出了器件100和系統(tǒng)102的示例配置，其中，源光125是垂直偏振光，PBS 120被配置為將垂直偏振光125反射到LCP 115。在這樣的配置中，從LCP 115(例如，激活 像素150)反射水平偏振光140，并且該水平偏振光140通過(guò)PBS 120被直接透射至系統(tǒng)102 的投影光學(xué)裝置110。通過(guò)PBS 120將包括由ο-片130補(bǔ)償?shù)墓庠趦?nèi)的從LCP 115(例如， 非激活像素150)反射的垂直偏振光反射至源光125的源點(diǎn)(例如，光源105)。圖2示出了同樣被示為本公開(kāi)的光學(xué)圖像投影系統(tǒng)202的一部分的光調(diào)制器器件 200(例如，空間光調(diào)制器)的備選示例配置的平面圖。圖IA中所使用的相同參考數(shù)字用 于指示器件200和系統(tǒng)202的類似元件和特征。在器件200和系統(tǒng)202的該示例配置中， 源光125可以是水平偏振光，并且PBS 120可以被配置為直接通過(guò)PBS 120將水平偏振光 125透射至LCP 115。在這樣的配置中，從LCP 115 (例如，激活像素150)反射的垂直偏振 光140被BPS 120反射至系統(tǒng)102的投影光學(xué)裝置110。包括由o_片130補(bǔ)償?shù)墓庠趦?nèi)的 從LCP 150 (例如，非激活像素150)反射的水平偏振光142通過(guò)PBS 120傳到源光125的 JM^ 點(diǎn) ο另一實(shí)施例是光學(xué)圖像投影系統(tǒng)300。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)300被配置為手 持投影系統(tǒng)。非限制示例包括蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理或媒體播放器。圖3示出了包括光調(diào)制器器件(例如，空間光調(diào)制器)在內(nèi)的示例光學(xué)圖像投影 系統(tǒng)300的平面圖。出于示意的目的，示出了圖IA中呈現(xiàn)的器件100配置。然而，也可以 使用諸如在圖2中呈現(xiàn)的器件200配置之類的其他配置。為了清楚起見(jiàn)，圖IA中所使用的 相同參考數(shù)字用于示出系統(tǒng)300的類似特征。系統(tǒng)300包括光源105、光調(diào)制器器件100 (例如，空間光調(diào)制器)、以及投影光學(xué) 裝置110。光源被配置為發(fā)射源光125，光調(diào)制器器件100光耦合至光源。例如，器件100 可以被配置為接收源光125。例如，器件100的PBS 120可以被定向?yàn)閷⒃垂?25引向LCP 115的反射平面表面127。器件100的LCP 115,PBS 120,ο-片130以及會(huì)聚透鏡135可以 具有如圖1或圖2的上下文中所描述的任何配置。投影光學(xué)裝置被配置為接收從PBS 120輸出的光。投影光學(xué)裝置110可以包括反 射鏡、透鏡、偏振器其他光學(xué)組件，這些光學(xué)組件被配置為進(jìn)一步改善圖像對(duì)比度，并且引 導(dǎo)在LCP 115上形成的圖像，以及便于通過(guò)PBS 120將光140傳到目標(biāo)投影表面310(例如， 觀察表面)。為了清楚起見(jiàn)，僅示出了投影光學(xué)裝置110的兩個(gè)元件一個(gè)投影透鏡315以 及一個(gè)偏振器317。在一些情況下，目標(biāo)投影表面310是投影屏幕320的表面，投影屏幕320也是系統(tǒng) 300的一部分。在這樣的實(shí)施例中，投影屏幕320光耦合至投影光學(xué)裝置110。例如，投影 屏幕320可以是與投影光學(xué)裝置110對(duì)準(zhǔn)的前或后投影屏幕。然而，在其他情況下，目標(biāo)投 影表面310可以是在系統(tǒng)300外部的結(jié)構(gòu)的表面。例如，投影屏幕320可以是墻(例如，白 墻)、桌面表面、或者其上具有能夠用作目標(biāo)投影表面310的空白表面的的其他平面結(jié)構(gòu)。 在一些情況下，例如，表面310可以是漫反射平面表面。由于會(huì)聚透鏡135減少了從LCP 115反射的光140、142的擴(kuò)散，可以另外使用投影光學(xué)裝置110的更多緊湊元件315、317，從而便于緊湊系統(tǒng)300設(shè)計(jì)。例如，在一些情況 下，投影光學(xué)裝置110的元件315、317的尺寸是反射平面表面(圖1A)的高度和寬度尺寸 181、182中較大者的1到1. 2倍。例如，再次考慮LCP 115的反射平面表面127的高度和 寬度尺寸181、182 (圖1A)均在大約3毫米到5毫米范圍內(nèi)的情況。在這樣的情況下，投影 透鏡315的直徑325可以在大約5mm到6mm的范圍內(nèi)，并且偏振器317的高度330和寬度 332大約為5mm到6mm。在一些實(shí)施例中，光源105包括被配置為發(fā)射源光125作為垂直偏振光或水平偏 振光之一的一個(gè)或多個(gè)激光器340、342、344。在一些實(shí)施例中，激光器340、342、344被配置 為發(fā)射源光125作為線偏光。對(duì)于在圖3中所示的實(shí)施例，三個(gè)激光器340、342、344分別被 配置為產(chǎn)生指定顏色(例如，分別為紅、綠和藍(lán))的脈沖光?？梢允箯募す馄?40、342、344 輸出的光同步，使得PBS 120接收到光125的不同顏色的周期序列。光源105還可以包括 顏色組合器350，顏色組合器350被配置為接收來(lái)自于激光器340、342、344的源光125，并 將光125引向PBS120。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)熟悉其他光學(xué)元件的使用，以根據(jù)需要進(jìn)一步調(diào) 整去往PBS 120的源光125。例如，光源105還可以包括透鏡、偏振器、反射鏡、漫射器或其 他光學(xué)元件(未示出)。本公開(kāi)的又一實(shí)施例是一種投影圖像的方法。在圖1-3的上下文中討論的器件 100,200或系統(tǒng)102、202、300的任何實(shí)施例可以用于實(shí)現(xiàn)該方法中的步驟。繼續(xù)參照?qǐng)D 1-3，圖4示出了光學(xué)圖像投影的流程圖。該方法包括通過(guò)BPS 120將源光束125 (例如，具有第一偏振態(tài)的光束)引向LCP 115的反射平面表面127。PBS 120具有面向(例如，面對(duì))反射平面表面127的平面表面 125。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，平面表面125實(shí)質(zhì)上與反射平面表面127平行。在達(dá)到LCP 115 的途中，光125還通過(guò)ο-片130和會(huì)聚透鏡135。方法400還包括步驟410 在反射平面表面127上形成圖像。形成圖像(步驟410) 包括在步驟412中從激活像素150 (例如，第一像素集合)反射源光，并且步驟415中從非 激活像素150 (例如，第二像素集合)反射(例如，與步驟412同時(shí)反射)源光125。液晶像 素的第一和第二集合使反射光140、142處于不同的偏振態(tài)。例如，所選激活像素150反射 的源光125具有第二偏振態(tài)，第二偏振態(tài)實(shí)質(zhì)上與源光125的第一偏振態(tài)正交(例如，反)。 所選非激活像素150反射的源光125具有實(shí)質(zhì)上與第一偏振態(tài)相同的偏振態(tài)。然而，如上 所述，由于PLRS，從非激活像素反射的光束142的一部分具有與源光125的第一偏振態(tài)反的 第二偏振態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對(duì)于所有光束125而言，第一和第二偏振態(tài)并不固定為 相同值。相反，并不沿著光軸的每個(gè)光束125 (例如，非垂直輸入角155)相對(duì)于PBS應(yīng)具有 其自己的特定反射和透射的第一和第二偏振態(tài)。方法400還包括步驟420 將來(lái)自激活和非激活像素150的反射光束140、142傳 到(并通過(guò))會(huì)聚透鏡135。會(huì)聚透鏡135可以被配置為將實(shí)質(zhì)上所有反射光束140、142 引導(dǎo)到PBS 120的相對(duì)(例如，面對(duì))表面125。方法400還包括步驟425 將來(lái)自激活和非激活像素150的反射光束140、142傳 到(并通過(guò))0_片130。ο-片130可以被配置為補(bǔ)償來(lái)自非激活像素150的反射光束142， 以使其具有被PBS引向源光方向的第一偏振態(tài)(例如，與源光125的偏振態(tài)相同的第一偏振態(tài))。即，ο-片130用于補(bǔ)償來(lái)自非激活像素的具有非垂直輸入角155的反射光束142， 以使得它們的偏振態(tài)實(shí)質(zhì)上回到第一偏振態(tài)。如圖4所示，在一些情況下，反射光束140、142傳到會(huì)聚透鏡135 (步驟420)并然 后傳到ο-片130 (步驟425)。在其他情況下，反射光束140、142傳到ο-片130 (步驟425) 并然后傳到會(huì)聚透鏡135 (步驟420)。方法400還包括步驟430 使來(lái)自會(huì)聚透鏡135和ο_片130的反射光束140、 142 (例如，從第二非激活像素集合反射的光)通過(guò)PBS 120，使得將具有第一偏振態(tài)的反射 光140、142引向源光125。優(yōu)選地，該方法包括步驟435 使來(lái)自第一像素集合(例如，激活像素150)的反射 光140、142通過(guò)PBS 120傳到投影光學(xué)裝置。例如，步驟435可以包括使具有第二偏振態(tài) 的反射光束140通過(guò)PBS 120去往投影光學(xué)裝置。該光還傳到觀察屏(例如，漫反射平面 屏幕)。在一些情況下，傳播具有第二偏振態(tài)的反射光束140 (步驟435)包括步驟445:使 來(lái)自激活像素150的反射光140 (具有第二偏振態(tài))直接通過(guò)PBS 120傳到投影光學(xué)裝置 110(例如，圖1Α)。在其他情況下，傳播具有第二偏振態(tài)的反射光束140(步驟435)包括步 驟447 通過(guò)PBS 120將來(lái)自激活像素150的反射光140反射到投影光學(xué)裝置110 (例如， 圖2)。在其他情況下，來(lái)自第二非激活像素集合152的反射光可以被配置為通過(guò)PBS傳 到投影光學(xué)裝置110，并且來(lái)自第一激活像素集合152的反射光被配置為通過(guò)PBS 120傳到 源光125。在一些實(shí)施例中，方法400還包括步驟450 將從光源105產(chǎn)生的源光束125引向 PBS 120。在一些實(shí)施例中，源光束125從具有至少一個(gè)激光器的光源105發(fā)出，光源105 被配置為發(fā)射第一偏振態(tài)(例如，垂直偏振光或水平偏振態(tài)中的一個(gè))的光。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本公開(kāi)的一些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不背離本 公開(kāi)范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化、替換和修改。
權(quán)利要求
一種空間光調(diào)制器，包括包括陣列型液晶面板；偏振分束器，其中，所述偏振分束器被定向?yàn)閷⒃垂庖蛩鲫嚵行鸵壕姘宓钠矫娣瓷浔砻?；斜波片，位于所述偏振分束器與所述陣列型液晶面板之間；以及會(huì)聚透鏡，位于所述偏振分束器與所述陣列型液晶面板之間，其中，所述會(huì)聚透鏡被配置為將從所述平面反射表面反射的光引向所述偏振分束器的面對(duì)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述斜波片位于所述偏振分束器與所述會(huì)聚 透鏡之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述斜波片位于所述會(huì)聚透鏡與所述陣列型 液晶面板之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述斜波片具有光軸，所述光軸相對(duì)于所述斜 波片的外平面表面形成在約16度到36度范圍內(nèi)的角度，所述外平面表面被定位以接收所 述從所述反射表面反射的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述斜波片的平面表面相對(duì)于所述器件的水 平面具有在大約3度到4度范圍內(nèi)的角度，所述平面表面由所述斜波片的光軸和所述斜波 片的法向軸來(lái)限定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述源光是垂直偏振光，所述PBS被配置為將 所述垂直偏振光反射到所述LCP，從所述LCP反射的水平偏振光被直接通過(guò)所述PBS透射到 圖像投影系統(tǒng)的投影光學(xué)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中，所述源光是水平偏振光，所述PBS被配置為將 所述水平偏振光直接通過(guò)所述PBS透射到所述LCP，并且從所述LCP反射的垂直偏振光被從 所述PBS反射到圖像投影系統(tǒng)的投影光學(xué)裝置。
8.一種光學(xué)圖像投影系統(tǒng)，包括 被配置為發(fā)射源光的光源；光耦合以接收所述源光的空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制器包括 陣列型液晶面板；偏振分束器，其中，所述偏振分束器被定向?yàn)閷⑺鲈垂庖蛩鲫嚵行鸵壕姘宓?反射平面表面；斜波片，位于所述偏振分束器與所述陣列型液晶面板之間；以及 會(huì)聚透鏡，位于所述偏振分束器與所述陣列型液晶面板之間，其中，所述會(huì)聚透鏡被配 置為將來(lái)自所述反射平面表面的反射光引向所述偏振分束器的面對(duì)表面；以及 被配置為接收從所述偏振分束器輸出的光的投影光學(xué)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置為手持投影系統(tǒng)。
10.一種投影圖像的方法，包括將源光束通過(guò)偏振分束器引向陣列型液晶面板的反射平面表面，其中，所述偏振分束 器具有面對(duì)所述反射平面表面的平面表面；所述陣列型液晶面板的第一和第二液晶像素集合反射所述源光，所述第一和第二液晶 像素集合使反射光處于不同的偏振態(tài)；使所述反射光通過(guò)會(huì)聚透鏡；以及 使所述反射光通過(guò)斜波片。
全文摘要
一種空間光調(diào)制器100，包括陣列型液晶面板115、偏振分束器120、斜波片130以及會(huì)聚透鏡135。偏振分束器被定向?yàn)閷⒃垂?25引向陣列型液晶面板的反射平面表面127。斜波片和會(huì)聚透鏡位于偏振分束器與陣列型液晶面板之間。會(huì)聚透鏡被配置為將來(lái)自反射平面表面的光引到偏振分束器的面對(duì)表面125上。
文檔編號(hào)H04N9/31GK101918880SQ200980102608
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者米哈埃拉·迪努, 羅蘭·里夫, 陳剛 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊美國(guó)公司