CN1713022A - 偏振分束器和液晶投影仪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有增强的偏振分光特性的偏振分束器。该器件包括：由具有以下侧面的柱状构件形成的第一玻璃棱镜，其中侧面包括第一和第二端面以及相对面，第一和第二端面中的每一个充当光的输入面或输出面；由具有以下侧面的柱状构件形成的第二玻璃棱镜，其中侧面包括第一和第二端面以及相对面，第一和第二端面中的每一个充当光的输入面或输出面；以及由玻璃衬底和形成在玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的线栅偏振分光器件；线栅偏振分光器件在玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到第一玻璃棱镜的相对面；放置第二玻璃棱镜，使其在相对面上正对着第一玻璃棱镜固定有线栅偏振分光器件的相对面，放置的方式使得在两个相对面之间形成有空气层。

Description

偏振分束器和液晶投影仪装置
技术领域
本发明涉及偏振分束器，该偏振分束器将输入光通量分光为两个正交的线性偏振光通量，并且透过并发射其中一个线性偏振光而反射另一个线性偏振光，以执行偏振分光。本发明还涉及使用该偏振分束器的液晶投影仪装置。
背景技术
例如，在日本专利早期公开No.2003-131212(下文中称为专利文献1)中公开了所描述类型的液晶投影仪装置。
在使用反射型液晶面板的反射型液晶投影仪装置中，去往和来自液晶面板的光的输入部分和输出部分彼此相同。因此，有必要使用偏振分束器或类似器件来执行偏振分光。
图12A示出了反射型液晶投影仪装置的基本光学系统。
参考图12A，反射镜106将从光源(放电管)102发射的光转换为基本平行光的光通量。然后，由照明光学系统103和偏振分束器101(充当偏振分光器件)将该光通量会聚并照射到反射型液晶面板104上。
参考图12B，放置在反射型液晶面板104前部的偏振分束器101反射S偏振光(相对于偏振分束器的偏振分光面)，而使P偏振光透射经过。因此，在图12A所示的反射型液晶投影仪装置中，P偏振光分量被引导到反射型液晶面板104。
将视频信号Sv施加到反射型液晶面板104。反射型液晶面板104根据所施加的视频信号Sv，将电场施加到其内部的液晶单元。液晶分子阵列响应于所施加的电场而变化。通过液晶分子的排列提供了旋光功率，并且输入光被旋转偏振，然后从反射型液晶面板104中发射出来。
面板发出光形成了对应于视频信号Sv的光学图像，并且再次进入偏振分束器101。通过反射型液晶面板104，只有偏振振动方向被旋转的S偏振光(相对于偏振分束器的偏振分光面)被偏振分束器101的偏振分光面反射，并且被引导到投影透镜105。
投影透镜105投影并输出在反射型液晶面板104上形成的光学图像。结果，视频被投影并显示出来。
通过将玻璃棱镜(每个棱镜由柱状构件形成)彼此粘附，或者更具体地说，通过将两个由玻璃制成的直角等腰三角形棱镜彼此粘附，来形成偏振分束器101。通过气相沉积在粘附表面上层积了多层光学薄膜，该多层光学薄膜执行偏振分光。
然而，在如上所述使用玻璃棱镜的偏振分束器中，为了增强偏振分光特性(P偏振光和S偏振光的透射或反射消光比)，有必要接收高F数的光(即，接近于平行光的光)作为输入光。
从而，提出了各种用于增强偏振分光特性的技术。在上述专利文献1中公开了其中一种技术。根据文献中公开的技术，其中使用线栅(wiregrid)的偏振分光器件被由玻璃制成的直角等腰三角形棱镜夹在中间。
在图11A和11B中示出了线栅偏振分光器件的结构。
线栅偏振分光器件4包括由诸如铝之类的金属形成的平行带状金属栅格4c，金属栅格4c位于玻璃衬底4b的表面(金属栅格结构面)4a上。
如图11A和11B所示，假定形成金属栅格4c的各个金属带的宽度和高度分别由w和h表示，并且金属带的形成周期(间距，pitch)由p表示，如果金属栅格4c的形成周期p相当短(约为输入光的波长的1/5或更小)，则电场分量沿与周期方向垂直的方向振动的光被反射，而电场分量沿平行方向振动的光被透射，并且光吸收很弱。因此，可以有效地执行偏振分光。
因此，如图11C所示，当自然光以某一输入角度被引导到线栅偏振分光器件4时，反射光被转换为S偏振光(相对于线栅偏振分光器件4的输入面)。同时，透射光被转换为相对于输入面的P偏振光。
目前已知上述的线栅偏振分光器件4的优点是偏振分光特性较高并且光谱透射系数相对于输入角的变化较小。
在专利文献1公开的偏振分光器件中，由玻璃制成的直角等腰三角形棱镜将线栅偏振分光器件如同三明治一样夹在中间，以构成具有优良偏振分光特性的偏振分束器。
发明内容
然而，专利文献1所公开的偏振分束器有下述的问题。
首先，难以实现期望的偏振分光性能。
根据专利文献1所公开的技术，线栅偏振分光器件被直角等腰三角形棱镜夹在中间，并且粘附到直角等腰三角形棱镜从而与其相互集成。然而，线栅偏振分光器件包括极小尺寸的金属带形式的金属栅格4c，金属栅格4c相互平行地延伸，如上所述。金属栅格4c的高度约为100到200nm，并且金属栅格4c的金属带的宽度约为50到100nm。
如果直角等腰三角形棱镜粘附到形成上述金属栅格的表面，则栅格被粘合剂破坏，并且通常无法表现出希望的偏振分光性能。
另外，即使金属栅格不被破坏，也会有下述的问题。如果线栅板的相反侧(即，形成金属栅格的表面一侧)的折射率不为1，则无法容易地表现出希望的性能。空气的折射率给定为1。因此，当线栅板被直角等腰三角形棱镜夹在中间时，并没有表现出足够好的性能。
如上所述，要求提供一种偏振分束器，该偏振分束器采用了消除上述问题的具有高性能的线栅偏振分光器件。还要求提供一种使用偏振分束器实现的高性能的液晶投影仪装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种偏振分束器，包括：由具有以下侧面的柱状构件形成的第一玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；由具有以下侧面的柱状构件形成的第二玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；以及由玻璃衬底和形成在玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的线栅偏振分光器件；所述线栅偏振分光器件在其玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到第一玻璃棱镜的相对面上；放置第二玻璃棱镜，使其在相对面上正对着第一玻璃棱镜上固定有所述线栅偏振分光器件的相对面，放置的方式使得在两个相对面之间形成有空气层。
优选地，第一和第二玻璃棱镜在其柱状构件的上表面和下表面被固定到固定板，使得第一和第二玻璃棱镜的相对面彼此相对固定地放置，并且在中间形成有空气层。
可替换地，第一和第二玻璃棱镜的相对面的末端部分或者固定到相对面的线栅偏振分光器件的末端部分可被固定到间隔器，使得相对面彼此相对固定地放置，且在中间形成有空气层。
偏振分束器还可包括由玻璃衬底和形成在玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的第二线栅偏振分光器件，所述第二线栅偏振分光器件在玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到第二玻璃棱镜的相对面上。
总的来说，偏振分束器由线栅偏振分光器件以及第一和第二玻璃棱镜形成，并且线栅偏振分光器件在玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到其中一个玻璃棱镜。另外，金属栅格一侧正对着另一个玻璃棱镜一侧，且在中间留有空气层。换句话说，防止了金属栅格一侧与另一个玻璃棱镜一侧的接触。
因此，尽管线栅偏振分光器件放置的位置夹在第一和第二玻璃棱镜之间以形成偏振分束器，但是线栅偏振分光器件的金属栅格面一侧的结构使得形成了空气层(空气间隙)。换句话说，由于金属栅格一侧不粘附到任何玻璃棱镜，因此完全不会发生金属栅格被粘合剂破坏的情形。
另外，由于在金属栅格面上有折射率为1的空气层，因此线栅偏振分光器件可表现出其原始的偏振分光性能。
从前述可以看出，可实现更高性能的偏振分束器。
另外，可以通过一种将第一和第二玻璃棱镜在其柱状构件的上表面和下表面固定到固定板的结构或者另一种将第一和第二玻璃棱镜的相对面的末端部分或者固定到相对面的线栅偏振分光器件的末端部分固定到间隔器的结构，容易地实现形成金属栅格一侧的空气层的空间。
此外，通过将线栅偏振分光器件同时固定到第一和第二玻璃棱镜的相对面(即，使用两个线栅偏振分光器件)，还可以进一步增强偏振分光能力。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种液晶投影仪装置，包括：光源；用于响应于视频信号而形成光学图像的反射型液晶面板；投影透镜；以及偏振分束器，所述偏振分束器对从光源沿预定光路径引入的光进行偏振及分光处理，然后将所产生的光引入到反射型液晶面板，还对被反射型液晶面板反射的光进行偏振及分光，然后将所产生的光引入到投影透镜；所述偏振分束器包括由具有以下侧面的柱状构件形成的第一玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；由具有以下侧面的柱状构件形成的第二玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；以及由玻璃衬底和形成在玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的线栅偏振分光器件；所述线栅偏振分光器件在玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到第一玻璃棱镜的相对面上；放置第二玻璃棱镜，使其在相对面上正对着第一玻璃棱镜上固定有所述线栅偏振分光器件的相对面，放置的方式使得在两个相对面之间形成有空气层。
液晶投影仪装置可被构造使得预定光路径包括用于将来自光源的白光分光为红色、绿色和蓝色光通量的分光光学装置，反射型液晶面板包括响应于红色、绿色和蓝色视频信号而形成光学图像的第一、第二和第三反射型液晶面板，偏振分束器包括分别对应于由分光光学装置分光出的红色、绿色和蓝色光通量以及第一、第二和第三反射型液晶面板的第一、第二和第三偏振分束器，液晶投影仪装置还包括光合成装置，所述光合成装置用于合成被第一到第三反射型液晶面板反射，并且被第一到第三偏振分束器偏振并分光的红色、绿色和蓝色光通量，然后将合成光引入到投影透镜。
在液晶投影仪装置中，优选地，偏振分束器的第一和第二玻璃棱镜在其柱状构件的上表面和下表面被固定到固定板，使得第一和第二玻璃棱镜的相对面彼此相对固定地放置，且在中间形成有空气层。
可替换地，偏振分束器的第一和第二玻璃棱镜的相对面的末端部分或者固定到相对面的线栅偏振分光器件的末端部分可被固定到间隔器，使得相对面彼此相对固定地放置，且在中间形成有空气层。
另外，液晶投影仪装置可被构造使得偏振分束器还包括由玻璃衬底和形成在玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的第二线栅偏振分光器件，所述第二线栅偏振分光器件在其玻璃衬底未形成金属栅格的一面上被固定到第二玻璃棱镜的相对面上。
总的来说，液晶投影仪装置通过使用具有上述构造，因而具有增强的偏振分光特性的偏振分束器作为对应于反射型液晶面板而提供的偏振分束器，可以实现高的效率。
从下面结合附图的说明和所附权利要求中，将清楚了解本发明的以上和其他的目的、特征和优点，在附图中，以相同的标号指示相似的部分或元件。
附图说明
图1A和1B的示意图示出了应用本发明的偏振分束器的基本结构；
图2A和2B的示意图示出了图1的偏振分束器的偏振分光操作；
图3的透视图示出了图1的偏振分束器的结构；
图4的示意图示出了图1的偏振分束器的另一种结构示例；
图5A和5B的示意图示出了图1的偏振分束器的玻璃棱镜的不同形状示例；
图6A和6B的示意图示出了使用了两个线栅偏振分光器件的偏振分束器；
图7到10的示意图示出了应用本发明的液晶投影仪装置的不同光学系统的示例；
图11A到11C的示意图示出了线栅偏振分光器件；以及
图12A和12B的示意图示出了相关技术的液晶投影仪装置的光学系统。
具体实施方式
下面将讨论应用本发明的几种偏振分束器和使用这些偏振分束器的几种液晶投影仪装置。
<偏振分束器>
首先，参考图1A到2B描述应用本发明的偏振分束器的基本构造。
图示的本实施例的偏振分束器1包括一对玻璃棱镜2和3以及一个线栅偏振分光器件4，其中棱镜2和3中的每一个都由柱状构件形成。具体地说，玻璃棱镜2和3被形成为直角等腰三角形棱镜。
玻璃棱镜2的三个侧面2a、2b和2c对应于直角等腰三角形形状的三个侧边。当偏振分束器1放置在光路径上时，每个侧面2a和2b充当输入面或输出面。侧面2c充当与玻璃棱镜3相对的相对面。
类似于玻璃棱镜2，玻璃棱镜3的三个侧面3a、3b和3c对应于直角等腰三角形形状的三个侧边。当偏振分束器1放置在光路径上时，每个侧面3a和3b充当输入面或输出面。侧面3c充当与玻璃棱镜2相对的相对面。
下文中响应于形成的光路径将任意一个侧面2a、2b、3a和3b称为输入面或输出面。将任意一个侧面2c和3c称为相对面。
线栅偏振分光器件4具有如上参考图11A到11C所述的结构。具体地说，金属栅格4c以预定间距被提供在玻璃衬底4b的表面上，以构成金属栅格结构面4a。
如图1A和1B所示，通过将线栅偏振分光器件4放置在由玻璃制成的两个直角等腰三角形棱镜2和3之间，来形成偏振分束器1。
此时，线栅偏振分光器件4的玻璃衬底4b通过粘合剂固定地粘附在玻璃棱镜2的相对面2c上。
另一方面，线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a正对着玻璃棱镜3的相对面3c，两者中间留有空气间隙(空气层)6。换句话说，金属栅格结构面4a并不粘附到相对面3c。
下面参考图2A和2B描述偏振分束器1的操作，在偏振分束器1中，空气间隙6和线栅偏振分光器件4以图示的方式放置在玻璃棱镜2和3之间。
假定光进入到玻璃棱镜2的输入面2a，如图2A所示。输入光包括P偏振光和S偏振光。
首先，输入光进入玻璃棱镜2。然后，输入光到达玻璃棱镜2和线栅偏振分光器件4之间的粘合面。接着，当输入光到达线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a时，S偏振光被金属栅格结构面4a反射，而P偏振光透过金属栅格结构面4a。
其后，S偏振光再次进入玻璃棱镜2，并自输出面2b发出，如图2B所示。另一方面，P偏振光穿过空气间隙6并进入玻璃棱镜3。然后，P偏振光透过玻璃棱镜3并自输出面3a发出。
当偏振分束器1具有上述构造时，尽管线栅偏振分光器件4放置在玻璃棱镜2和3所夹的位置处，但是由于空气间隙6形成在金属栅格结构面4a一侧，因此金属栅格结构面4a并不通过任何粘合剂粘附到玻璃棱镜3。因此，完全不会发生金属栅格4c被粘合剂破坏的情形。另外，由于折射率＝1的空气间隙6位于金属栅格结构面4a一侧，因此可以表现出线栅偏振分光器件4的原始偏振分光性能。因此，可以实现高性能的偏振分束器。
下面参考图3和4描述不同的放置线栅偏振分光器件4的结构示例，其中，线栅偏振分光器件4的放置状态使得空气间隙6形成在玻璃棱镜2和3之间，如上参考图1A和1B所述。
图3示出了使用固定板7的偏振分束器的示例。
如图3所示，玻璃棱镜2和3的上表面和下表面分别通过固定板7彼此固定粘附在一起。当玻璃棱镜2和3以这种方式由固定板7固定时，可以实现如上所述的形成有空气间隙6的偏振分束器1。固定板7的尺寸和形状是不受限制的，只要玻璃棱镜2和3的上表面和下表面能够彼此固定。
图4示出了使用间隔器8的偏振分束器的示例。
如图4所示，线栅偏振分光器件4(粘附到玻璃棱镜2的相对面2c)的金属栅格结构面4a的一端与玻璃棱镜3的相对面3c的一端利用插入在其间的间隔器8，彼此固定地粘附在一起。自然，间隔器8所粘附到的端都是光不进入到金属栅格结构面4a上的部分。
间隔器8可以位于相对面3c的四个侧边上以封闭面3c，或者至少位于两个侧边上。
例如，当偏振分束器以图3和4所示的方式构造时，可以实现本实施例的分束器1。
注意可以应用这样的结构，在该结构中，如图4所示的使用间隔器8，除此之外，玻璃棱镜2和3的上表面和下表面分别通过固定板7固定。
图5A和5B示出了偏振分束器1的不同构造示例。
在如上参考图1A到4所述的偏振分束器1的结构中，光相对线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a的输入角为45度，并且玻璃棱镜2和3具有直角等腰三角形横截面。然而，也可以应用如图5A和5B所示的结构，在该结构中，光的输入角不同于45度。
图5A示出了输入角θ大于45度的结构示例，而图5B示出了输入角θ小于45度的另一个结构示例。
具体地说，三角形玻璃棱镜2和3可具有任意截面形状，并且可形成所需要的形状以构成必要的光路径和/或必要的输入角。
注意线栅偏振分光器件4的特性是P/S光谱分光特性几乎不随输入角而变化。因此，即使基于偏振分束器1所要求的输入光路径和输出光路径来确定玻璃棱镜2和3的形状，分光特性也根本不会恶化。
图6A和6B示出了具有两个线栅偏振分光器件4的偏振分束器1的不同构造示例。
参考图6A，线栅偏振分光器件4不仅粘附到玻璃棱镜2的相对面2c，而且还粘附到玻璃棱镜3的相对面3c。空气间隙6形成在彼此相对的线栅偏振分光器件4之间(在金属栅格结构面4a之间)。
此时，线栅偏振分光器件4的金属栅格4c的沟槽方向彼此相同。
注意，可以通过采用如图3所示的固定板7，或者通过采用如图4所示的间隔器8，来实现具有如图6A所示构造的偏振分束器1。
当两个线栅偏振分光器件4以图6A所示的方式放置时，可以进一步增强偏振分光特性。具体地说，例如参考图6B，进入输入面2a的光的S偏振光被粘附到玻璃棱镜2的线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a反射，而其P偏振光透过金属栅格结构面4a。然而，也有很少量的S偏振光分量透过金属栅格结构面4a。并且所透过的S偏振光分量与P偏振光一同进入粘附到玻璃棱镜3的线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a。此时，所透过的S偏振光被反射，如图6B中虚线所指示。
换句话说，由于两个线栅偏振分光器件4执行了两次偏振光分离处理，因此可以增强偏振分光特性。
尽管以上描述了偏振分束器1的各种构造示例，但是另外的各种构造也可以认为是可行的。
优选地，在用于偏振分束器1的线栅偏振分光器件4中，金属栅格4c的带状周期是120nm或更小，金属栅格4c的高度约为180nm。
另外，每个玻璃棱镜2和3可以不必是三角形棱镜。自然，即使形成为三角形棱镜，每个玻璃棱镜2和3也可能由于切削的原因而不是精确的三角形。或者，每个玻璃棱镜2和3可以形成为多边形横截面形状，如矩形或更多形状。总之，每个玻璃棱镜2和3的形状只需要形成偏振分束器1所要求的偏振路径即可。
另外，如果玻璃材料的光弹性系数为0.5×10-8[cm2/N]或更小，则玻璃棱镜2和3不会受双折射的影响。
另外，也考虑到可以将用于减少界面反射的涂层涂敷到玻璃棱镜2和3的输入面和/或输出面(2a、2b、3a、3b)。
<反射型液晶投影仪装置>
现在将描述使用了上述偏振分束器1的反射型液晶投影仪装置的光学系统的构造示例。
图7示出了光学系统的基本构造，作为P偏振光被引入到反射型液晶面板13的示例。这里，在偏振分束器1的结构中，线栅偏振分光器件4粘附到玻璃棱镜2一侧。
从光源(放电管)10发射的光被反射镜11转换为基本平行光的光通量。然后，所产生的光经过照明光学系统12到达偏振分束器1的输入面3a。接着，光经过输入面3a进入偏振分束器1的玻璃棱镜3，并经过相对面3c到达空气间隙6。其后，光被线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a偏振并分光。因此，只有P偏振光进入玻璃棱镜2。然后，P偏振光自输出面2a发出，并被会聚，随后照射到反射型液晶面板13上。
将视频信号Sv施加到反射型液晶面板13。反射型液晶面板13根据所施加的视频信号Sv，将电场施加到内部液晶单元。液晶分子的排列响应于所施加的电场而变化。通过液晶分子的排列提供了旋光功率，结果，输入光被旋转偏振，然后自反射型液晶面板13中发出。
面板发出光中的S偏振光形成了对应于视频信号Sv的光学图像，并且经过输入面2a再次进入偏振分束器1。然后，所述面板发出光穿过玻璃棱镜2，并到达线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a。接着，只有S偏振光被金属栅格结构面4a反射，并且从输出面2b被引导到投影透镜14。
投影透镜14投影并输出反射型液晶面板13形成的光学图像。因此，以放大的比例投影并显示图像。在该示例中，面板发出光被投影透镜14放大并投影，而不透过偏振分束器1的空气间隙6。因此，当光透过空气间隙6时会出现的光的像散现象在这种情况下根本不会出现，因而可以获得良好的投影图像。
图8示出了光学系统的基本构造，作为S偏振光被引入到反射型液晶面板13的示例。与图7类似，在偏振分束器1的结构中，线栅偏振分光器件4粘附到玻璃棱镜2一侧。
从光源10发射的光被反射镜11转换为基本平行光的光通量，接着，所产生的光经过照明光学系统12到达偏振分束器1的输入面2a。
光经过输入面2a进入偏振分束器1的玻璃棱镜2，并被线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a偏振并分光。然后，所产生的P偏振光直接透过空气间隙6，并到达玻璃棱镜3一侧，而S偏振光被金属栅格结构面4a反射，并自输出面2b发出，使得S偏振光被会聚，并照射到反射型液晶面板13上。
然后，被反射型液晶面板13旋转偏振并自面板13发出的面板发出光经过输入面2b再次进入偏振分束器1，其中，面板13被施加以视频信号Sv。接着，光穿过玻璃棱镜2，并到达线栅偏振分光器件4的金属栅格结构面4a。然后，只有P偏振光透过金属栅格结构面4a，并被引导到投影透镜14。投影透镜14投影并输出在反射型液晶面板13上形成的光学图像。结果，以放大的比例投影并显示了视频。
以这种方式，可以将S偏振光引入到反射型液晶面板13。注意在该示例中，尽管在由投影透镜14放大并投影面板发出光时，由于偏振分束器1的空气间隙6的影响会使面板发出光产生像散，但是通过使得空气间隙6的尺寸(间隙宽度)最小化，可以将像散减小到可忽略的水平。
现在参考图9，描述包括对应于三原色红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三个偏振分束器1和三个液晶面板13的反射型液晶投影仪装置的光学系统的示例。
偏振分束器1R、1G和1B的构造类似于以上参考图7和8所述的偏振分束器1的构造。
液晶面板13R、13G和13B被分别提供以视频信号R信号、G信号和B信号。
从光源10发射的白光被反射镜11转换为基本平行的光通量，接着透过透镜19，并首先到达分色镜16，通过分色镜16的作用，只有B光透过，而R光和G光被反射。
R光和G光到达另一个分色镜17，通过分色镜17的作用，R光透过，而G光被反射。
被分色镜16和17分光后的三原色光R、G和B光分别进入偏振分束器1R、1G和1B。
反射型液晶面板13R、13G和13B分别放置在P偏振光透过偏振分束器1R、1G和1B的金属栅格结构面4a所到达的位置处。换句话说，放置液晶面板13R、13G和13B以接收进入这些液晶面板的P偏振光。
首先，透过分色镜17的R光被偏振分束器1R的线栅偏振分光器件4偏振并分光。从而，只有R光中的P偏振光透过线栅偏振分光器件4，并到达反射型液晶面板13R。反射型液晶面板13R以施加到其上的R视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13R的输出光中的S偏振光被偏振分束器1R选择，并进入颜色合成棱镜15。
被分色镜17反射的G光被偏振分束器1G偏振并分光，并且只有G光中的P偏振光透过偏振分束器1G并到达反射型液晶面板13G。反射型液晶面板13G以施加到其上的G视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13G的输出光中的S偏振光被偏振分束器1G选择，并进入颜色合成棱镜15。
透过分色镜16的B光被平面镜18反射，然后被偏振分束器1B偏振并分光，并且只有B光中的P偏振光透过偏振分束器1B并到达反射型液晶面板13B。反射型液晶面板13B以施加到其上的B视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13B的输出光中的S偏振光被偏振分束器1B选择，并进入颜色合成棱镜15。
颜色合成棱镜15合成输入的R、G和B光，并将其朝同一方向发射。因此，合成光被投影透镜14放大并投影为彩色视频。
图10示出了包括对应于三原色红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三个偏振分束器1和三个液晶面板13的反射型液晶投影仪装置的另一个光学系统的示例。然而，在图10的示例中，S偏振光被引入到液晶面板13R、13G和13B。
参考图10，与以上参考图9所述的类似，图示的光学系统包括光源10、反射镜11、透镜19、分色镜16和17以及平面镜18。
被分色镜16和17分光的三原色R、G和B的光通量分别进入偏振分束器1R、1G和1B。在这个实例中，液晶面板13R、13G和13B被放置在S偏振光束从偏振分束器1R、1G和1B的金属栅格结构面4a被引入到的位置处。
透过分色镜17的R光被偏振分束器1R偏振并分光。从而，只有R光中的S偏振光被偏振分束器1R反射，并被引导到反射型液晶面板13R。反射型液晶面板13R以施加到其上的R视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13R的输出光中的P偏振光被偏振分束器1R选择，并进入颜色合成棱镜15。
被分色镜17反射的G光被偏振分束器1G偏振并分光，并且只有G光中的S偏振光被偏振分束器1G反射，并被引导到反射型液晶面板13G。反射型液晶面板13G以施加到其上的G视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13G的输出光中的P偏振光被偏振分束器1G选择，并进入颜色合成棱镜15。
透过分色镜16的B光被平面镜18反射，然后被偏振分束器1B偏振并分光，并且只有B光中的S偏振光被偏振分束器1B反射，并被引导到反射型液晶面板13B。反射型液晶面板13B以施加到其上的B视频信号调制输入光，并发射调制光。来自反射型液晶面板13B的输出光中的P偏振光被偏振分束器1B选择，并进入颜色合成棱镜15。
颜色合成棱镜15合成输入的R、G和B光通量，并将其朝同一方向发射。因此，合成光被投影透镜14放大并投影为彩色视频。
在本构造的情形中，当合成光被投影透镜14放大并投影时，由于每个偏振分束器1R、1G和1B中的空气间隙6的作用而产生了像散。与图9的构造相比，这使得视频质量恶化。然而，如果空气间隙6的间隙宽度很小，则恶化可以不予考虑。
另外，图10的构造的优点是光学系统的构造不那么严格，这是因为反射型液晶面板的位置(具体地说，反射型液晶面板13R和13B的位置)可以远离投影透镜14。
通常，从投影透镜14到液晶面板13的距离被称为后焦距(backfocus)，并且随着后焦距的减小，可以使用更小尺寸的投影透镜，从而导致小型化和成本减小的优点。为了减小图9的构造中的后焦距，希望反射型液晶面板13R和13B的位置离投影透镜14尽可能的近。然而，实际上在光学系统中，从对齐反射型液晶面板13R和13B的角度出发，有时很难做到这一点。另一方面，当采用如图10所示的构造时，从投影透镜14的位置关系出发，在光学系统中对齐反射型液晶面板13R和13B并不是很困难。
以上参考图7到10描述了液晶投影仪装置的光学系统的多个构造示例，当利用具有上述构造的偏振分束器1时，获得了高的偏振分光能力。因此，使用该偏振分束器1，可以实现用于反射型液晶投影仪的光学系统，该反射型液晶投影仪高效地投影并显示了高质量的明亮图像。
另外，由于线栅偏振分光器件4没有波长选择性，因此可以将通用的偏振分束器器件应用到分别对应于R光、G光和B光的偏振分束器1R、1G和1B上。这对于生产效率和成本降低尤为有利。
注意可以根据光学系统的设计，采用以上参考图1A到6B所述构造的偏振分束器作为用于液晶投影仪装置的偏振分束器1、1R、1G和1B。
尽管使用特定术语描述了本发明的优选实施例，但是该描述只用于说明目的，并且应当理解，可以对本发明进行改变和变化，而不脱离所附权利要求的精神或范围。

Claims (10)

1.一种偏振分束器，包括：
由具有以下侧面的柱状构件形成的第一玻璃棱镜，所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；
由具有以下侧面的柱状构件形成的第二玻璃棱镜，所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；以及
由玻璃衬底和形成在所述玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的线栅偏振分光器件；
所述线栅偏振分光器件在其所述玻璃衬底未形成所述金属栅格的一面上被固定到所述第一玻璃棱镜的相对面上；
放置所述第二玻璃棱镜，使其在相对面上正对着所述第一玻璃棱镜上固定有所述线栅偏振分光器件的相对面，放置的方式使得在两个相对面之间形成有空气层。
2.如权利要求1所述的偏振分束器，其中，所述第一和第二玻璃棱镜在其柱状构件的上表面和下表面被固定到固定板，使得所述第一和第二玻璃棱镜的相对面彼此相对固定地放置，并且在中间形成有所述空气层。
3.如权利要求1所述的偏振分束器，其中，所述第一和第二玻璃棱镜的相对面的末端部分或者固定到相对面的所述线栅偏振分光器件的末端部分被固定到间隔器，使得所述相对面彼此相对固定地放置，并且在中间形成有所述空气层。
4.如权利要求1所述的偏振分束器，还包括由玻璃衬底和形成在所述玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的第二线栅偏振分光器件，所述第二线栅偏振分光器件在所述玻璃衬底未形成所述金属栅格的一面上被固定到所述第二玻璃棱镜的相对面上。
5.一种液晶投影仪装置，包括：
光源；
通过响应于视频信号来调制输入光而形成光学图像的反射型液晶面板；
投影透镜；以及
偏振分束器，该偏振分束器对从所述光源沿预定光路径引入的光进行偏振及分光处理，然后将所产生的光引入到所述反射型液晶面板，还对被所述反射型液晶面板反射的光进行偏振及分光，然后将所产生的光引入到所述投影透镜；
所述偏振分束器包括由具有以下侧面的柱状构件形成的第一玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；由具有以下侧面的柱状构件形成的第二玻璃棱镜，其中所述侧面包括第一和第二端面以及相对面，所述第一和第二端面中的每一个面充当光的输入面或输出面；以及由玻璃衬底和形成在所述玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的线栅偏振分光器件；
所述线栅偏振分光器件在其所述玻璃衬底未形成所述金属栅格的一面上被固定到所述第一玻璃棱镜的相对面上；
放置所述第二玻璃棱镜，使其在相对面上正对着所述第一玻璃棱镜上固定有所述线栅偏振分光器件的相对面，放置的方式使得在两个相对面之间形成有空气层。
6.如权利要求5所述的液晶投影仪装置，其中，所述预定光路径包括用于将来自所述光源的白光分光为红色、绿色和蓝色光通量的分光光学装置，所述反射型液晶面板包括响应于红色、绿色和蓝色视频信号而形成光学图像的第一、第二和第三反射型液晶面板，所述偏振分束器包括分别对应于由所述分光光学装置分光出的红色、绿色和蓝色光通量以及所述第一、第二和第三反射型液晶面板的第一、第二和第三偏振分束器，所述液晶投影仪装置还包括光合成装置，所述光合成装置用于合成被所述第一到第三反射型液晶面板反射，并且被所述第一到第三偏振分束器偏振并分光的红色、绿色和蓝色光通量，然后将合成光引入到所述投影透镜。
7.如权利要求5所述的液晶投影仪装置，其中，放置所述偏振分束器使得来自所述光源的光在穿过所述第一玻璃棱镜而经过所述第二玻璃棱镜后，照射所述反射型液晶面板，并且使得被所述反射型液晶面板调制的光在所述线栅偏振分光器件上被反射，并被输出到所述投影透镜。
8.如权利要求5所述的液晶投影仪装置，其中，所述偏振分束器的所述第一和第二玻璃棱镜在其柱状构件的上表面和下表面被固定到固定板，使得所述第一和第二玻璃棱镜的相对面彼此相对固定地放置，并且在中间形成有所述空气层。
9.如权利要求5所述的液晶投影仪装置，其中，所述偏振分束器的所述第一和第二玻璃棱镜的相对面的末端部分或者固定到相对面的所述线栅偏振分光器件的末端部分被固定到间隔器，使得所述相对面彼此相对固定地放置，并且在中间形成有所述空气层。
10.如权利要求5所述的液晶投影仪装置，其中，所述偏振分束器还包括由玻璃衬底和形成在所述玻璃衬底的一面上的金属栅格形成的第二线栅偏振分光器件，所述第二线栅偏振分光器件在所述玻璃衬底未形成所述金属栅格的一面上被固定到所述第二玻璃棱镜的相对面上。
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