用于投影顯示的偏振回收系統技術方案

一種波導偏振回收系統，既偏振用于ＬＣＤ成像器的輸入光能，又轉換未用光能的極性，以增強ＬＣＤ成像器的照明。所述緊湊型偏振回收波導系統通常包括：（１）輸入波導，其將未偏振的光能提供給系統；（２）輸出波導，其接收來自系統的偏振后光能；（３）偏振光束分離器，其接收來自輸入波導的光能，傳輸第一偏振類型的光能并反射第二偏振類型的光能；（４）波片，用于改進被傳輸光能或被反射光能的偏振。該偏振回收系統通常還包括一個或多個根據需要而設置的鏡，以便將被傳輸光能或被反射光能引導到輸出波導。輸入波導和輸出波導可以根據投影系統的需要而確定其形狀。例如，可以根據需要使輸入波導和輸出波導中的一個或兩個是錐形的，從而產生所希望的圖象。在波導偏振回收系統中，輸入波導和輸出波導可以被構造的大致平行或大致垂直。在另一個實施例中，波導偏振回收系統還具有一個或多個由光學透明材料組成的位于光學元件之間的“間隙”，以促進全內反射的出現，從而降低系統的光能損耗。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種改進的系統和方法，其通過未用偏振光能的回收，從而大大增加偏振光投影系統的光輸出量。
技術介紹
液晶顯示器(下文簡稱為“LCD”)是公知的用于控制偏振光能傳輸的設備。根據所提供的電流，LCD可以是透明的或不透明。由于該功能性，投影系統通常使用包括眾多LCD的陣列以形成一象源。具體地說，投影系統向LCD陣列(也被稱作成像器)輸入高強度的偏振光能，該LCD陣列選擇地將所輸入的一些光能進行傳輸，以形成所希望圖象的投影。由于單獨一個LCD相對很小，可以將眾多的LCD組合在一起形成陣列，從而形成一可以產生高分辨率圖象的成像器。如上所述，投影系統必須首先將輸入到LCD的光進行偏振。然而來自諸如燈泡的光源的光能可以被p偏振(p-polarization)或s偏振。由于輸入到LCD成像器的光必須沿一個方向(也就是p偏振或s偏振)，LCD投影儀通常僅僅使用一半來自光源的光能。然而希望在投影系統內增大光輸出的亮度和強度。針對這個問題，已經研制出各種方法來捕獲未用的偏振光能，以便對該捕獲到的光能的偏振進行轉換，然后將轉換后的光能重新引導到LCD成像器。這些公知的偏振回收方法涉及產生擴展的光束，其中未用光部分(干擾極性)通過半波片被發送，從而改變偏振，然后與原始偏振光束重新組合。不幸的是，實施這些公知的方法要求復雜的、笨重的系統，該系統通常包括二維棱鏡陣列和偏振光束分離器陣列。此外，公知的方法浪費了很多光能，因此，使產生高強度輸出的投影儀的目標受到影響。所以一直以來需要一種結構簡單、成本低廉并結構緊湊且具有高效率的偏振回收系統。專利技術概述針對這些要求，本專利技術使用一種波導系統在LCD投影系統內執行偏振回收功能。具體地說，本專利技術的波導偏振回收系統既使用于LCD成像器的輸入光能偏振，又對未用的光能偏振進行轉換，以加強LCD成像器的照明。結構緊湊的偏振回收波導系統通常包括下述被結合在單獨一個單元內的光學元件(1)輸入波導，其將非偏振光能輸入到系統內；(2)輸出波導，其將偏振后光能從系統中去除；(3)偏振光束分離器，其接收來自輸入波導的光能，傳輸第一偏振類型的光能并反射第二偏振類型的光能；(4)波片，其用于改進被傳輸光能或被反射光能的偏振。偏振回收系統通常也包括一個或多個根據需要而設置的鏡，以便將傳輸和/或反射的光能引導到輸出波導。輸入波導和輸出波導可以根據投影系統的需要而確定其形狀。例如，可以根據需要使輸入波導和輸出波導中的一個或兩者是錐形的，從而產生所希望的圖象。在波導偏振回收系統中，輸入波導和輸出波導可以被構造成彼此平行或彼此垂直。在輸入波導和輸出波導彼此平行的結構中，輸出波導直接接收由光束分離器所傳輸的光能。采用這種方式，光能基本上沿相同的方向進入和離開偏振回收系統。或者輸入波導和輸出波導可以被構造成彼此垂直，從而光能離開偏振回收系統的方向與光能進入偏振回收系統的方向垂直。在輸入波導和輸出波導彼此垂直的結構中，一個鏡用來接收偏振光束分離器所傳輸的光能，并重新引導該光能向輸出波導轉動90°。本專利技術的波導偏振回收系統將上述光學元件組合成一個單獨的結構緊湊的單元。在一個實施例內，波導偏振回收系統還具有一個或多個由光學透明材料組成的位于光學元件之間的“間隙”，以促進全內反射的出現，并降低系統的光能損耗。附圖簡介通過下文結合附圖對本專利技術所進行的詳細介紹，本專利技術的這些和其它優點將變得更加清楚，在這些附圖中，相同的附圖標記代表相同的元件。附圖說明圖1～4和6～10是示意性視圖，用于顯示本專利技術波導偏振回收系統的不同的實施例；圖5是一個示意性視圖，顯示使用本專利技術一個實施例的偏振回收系統的結構緊湊的投影設備。優選實施例介紹如圖1～4和6～10所示，符合本專利技術的結構緊湊的波導偏振回收系統10具有輸入波導20、偏振光束分離器(“PBS”)30、波片40和輸出波導50，根據具體構造，所述波片40可以是半波片或四分之一波片。根據需要，該波導偏振回收系統10通常還包括鏡60，用于在輸入波導20和輸出波導50之間引導光束。以下討論首先總結波導偏振回收系統10的幾種可能的結構，然后再詳細地介紹每個元件。圖1、3和6顯示本專利技術波導偏振回收系統10的一種結構，在這種結構的波導偏振回收系統10中，輸出光能基本上平行于輸入光能。在這個實施例中，輸入波導20使未偏振的輸入光入射到PBS 30上。所述PBS 30傳送P偏振后的光，從而輸入光能的P偏振后部分沿著與初始輸入光相同的方向連續地通過，而S偏振后光沿著與初始輸入光垂直的方向反射。半波片40被設置的用于接收被反射的s偏振光并將其轉換成p偏振光。然后鏡60將來自半波片40的轉換后的能量重新引導回初始輸入方向。來自PBS 30的被傳輸光能和來自半波片40的被轉換光能在輸出波導50內被重新組合和混合。因此輸出光能具有均勻的強度輪廓并被偏振。可以理解的是，通過使用僅僅傳輸S偏振的PBS 30，可以產生相反偏振的輸出。圖2、4、7和8顯示了具有不同結構的另一種波導偏振回收系統10，在這種波導偏振回收系統10中，輸出光能垂直于原始輸入光能。與圖1所示實施例相同，輸入波導20使未偏振的輸入光入射到PBS 30上。此外，PBS 30執行相同的傳輸p偏振光的功能，從而輸入光能的P偏振后部分沿著與初始輸入相同的方向連續地通過，同時s偏振光沿著與初始輸入方向垂直的方向被反射。然而在圖2所示結構中，一個鏡60重新引導被傳輸的輸入光能的p偏振部分偏轉90°趨向輸出波導50。此外，從PBS 30被反射的s偏振光穿過四分之一波片40’傳播，第二鏡60然后使被反射的光能返回四分之一波片40’，第二次通過四分之一波片40’。沿輸出波導50的方向進行所述第二次通過。由于反射后s偏振光兩次通過四分之一波片40’，s偏振光移動半波，從而利用圖中所示鏡兩次變成p偏振。再次在輸出波導內，兩個p偏振輸出被混合，產生均勻強度的輸出。圖2所示示例僅要求兩個光學部分由輸入波導20、PBS 30、四分之一波片40’和鏡60組成第一部分；由輸出波導50和第二鏡60組成第二部分。因此該系統具有簡單的設計以及相對低的成本。使輸出光能垂直于初始輸入光能設置也提供了使投影系統結構更緊湊的優點，將在下文對此進行詳細地介紹。在上述結構中，波片40改變PBS 30所反射的光能，與上述結構相反，在另一種波導偏振回收系統10的結構中，設置波片以改變PBS 30所傳輸的光能。例如圖9和圖10顯示了一種結構，其中設置半波片40以接收PBS 30所傳輸的光能。在圖9所示結構中，半波片40被光學地設置在鏡60和輸出波導50之間。半波片40接收首先被鏡60重新引導的傳輸光能。同樣在圖10所示結構中，將半波片40設置在PBS 30和鏡60之間。采用這種方式，被PBS 30所傳輸的光能在被重新引導到輸出波導50之前首先被重新偏振。圖9和圖10所示結構是先進的，這是由于輸入光能僅僅通過PBS 30的偏振層一次，從而降低了系統10內的光能損耗。相反，圖2、4、7和8所述結構要求輸入光能的一部分通過PBS 30兩次。波導偏振回收系統的元件不同結構的波導偏振回收系統10使用相同的元件，下文將詳細地介紹這些元件。輸入波導20通常是一個積分儀(integrator)，它收集來自諸如本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種偏振回收系統，包括以下光學元件：發出第一和第二偏振類型光能的輸入波導；偏振光束分離器［“ＰＢＳ”］，用于接收來自輸入波導的光能的基本部分，所述ＰＢＳ傳輸第一偏振類型的光能并反射第二偏振類型的光能；波片，用于接收和改進被傳輸光能或被反射光能的基本部分的偏振；輸出波導，用于接收被傳輸光能和被反射光能的基本部分。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：肯尼思K利，
申請(專利權)人：微陽有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]