CN1754063A - 使用改变方向的偏振校正系统 - Google Patents

Abstract

偏振校正系统包括使有用偏振光在输出方向上传播并且将无用偏振光反射在第一正交方向上的偏振光束分光器，其中所述第一正交方向基本上与输出方向正交。初始反射器可将无用偏振光反射在第二正交方向上，其中所述第二正交方向基本上正交于输出方向和第一正交方向，最终反射器可将无用偏振光反射在输出方向上。在初始和最终反射器的作用下，无用偏振光发生旋转从而基本上变成有用偏振光。

Description

使用改变方向的偏振校正系统

本申请要求于2003年2月21日提交的、申请号为60/448,471的美国临时申请以及于2003年5月12日提交的、申请号为60/469,393的美国临时申请的优先权，在此引入它们的公开内容作为参考。本申请是于2003年1月21日提交的、申请号为10/347.622的同时待决的申请的部分继续申请，而该待决的申请又是于2001年3月23日提交的、申请号为09/814,970、现在美国专利号为6,587,269的继续申请。

技术领域

本发明涉及光的校正(recovery)，否则该光不能用于投影设备中。

背景技术

投影显示装置是通过将光投影于屏幕上而工作的。光可排列成色彩或者明暗相间或者上述两者相结合的图案。观察者通过将图案和他们已经熟悉的图像(例如面部特征)相结合而使它们变得相似从而进行观看。图案可由多种方式形成。形成图案的一种方式就是利用信息流对一束光进行调制。

通过偏振滤光装置过滤偏振光来调制偏振光。通常，如果偏振滤光装置的偏振与入射光的偏振相匹配，那么偏振滤光装置将允许该光通过。采用液晶(LCD)成像装置来完成LCD型投影显示装置中的调制。该LCD成像装置可包括像素，通过改变该像素的偏振而将像素调制为匹配或者区别于入射光的偏振。输入到LCD成像装置的光被偏振化，从而当LCD像素被调制时，所选像素的偏振被改变，并且当从成像装置输出的光由另一偏振器分析时，被选像素将会变暗。当光出现或者消失时，图案可被投影于屏幕上。如果采用观察者所熟悉的图案中的信息来对像素的偏振进行调制，那么观察者可辨识投影于屏幕上的图案。

对LCD成像装置的光进行偏振的一种方法就是采用偏振光束分光器(PBS)。可将偏振光提供给具有一排透镜(例如蝇眼透镜)和一排偏振光束分光器的成像系统。抛物面反射镜可与蝇眼透镜用于聚焦光线，而使光线近乎平行。通过透镜阵列将光束分成许多个部分，并且每一部分由另一透镜阵列重新聚焦在偏振光束分光器阵列。然而，抛物面反射镜可减弱光源(例如弧光灯)的亮度。此外，蝇眼透镜校正系统的效率关键是取决于两个透镜阵列以及偏振光束分光器阵列是否在同一条直线上。最后，由抛物面反射镜和蝇眼透镜组成的偏振校正系统可能会不适用于连续色彩单独成像系统(sequential color singleimager system)。

椭圆反射镜可与光导管以及色轮一同被用于产生连续色彩。然而，这种系统仍然需要偏振校正系统，而且无法解决与椭圆反射镜相关的亮度的固有损失这个问题。然后，从偏振光束分光器阵列输出的光将被线性地偏振并且聚焦到一目标上。每一偏振光束分光器都将非偏振光分成具有不同偏振的光束。在该光被偏振后，这些光束中仅仅只有一束将被正确偏振，而输入到LCD成像装置中。其它的光束将会因为是不正确的偏振光束，而不可直接使用。

偏振校正系统可通过采用正确的偏振将未使用的偏振光转化成可用的光以校正那些未使用的偏振光。已经开发了多种系统来将不正确的偏振光转化成为正确的偏振光，从而使得不正确的偏振光也能被使用。如图1所示，一种方法是将第一偏振光102直接从偏振光束分光器104传播到输出106，同时将第二偏振光108反射到与输出106成一定角度(例如90°角)。然后，再反射第二偏振光108，使之平行于第一偏振光102，朝输出106传播。将延迟板110，例如四分之一波板或者半波板，置于第二偏振光108的光路上，从而将第二偏振光108旋转成第一偏振光102，这样输出就仅由第一偏振光102组成。

延迟板通过使光在一平面内减速，而同时又允许光在相反面内以几乎无阻碍的方式穿过，来将光从一偏振旋转到另一偏振。光在介质中的传播速度通常与它的波长有关。因此，光减速的程度也与它的波长有关。由于应用到宽频光的延迟板必须穿过波长在一定范围内的光，因此，某些光将会相比于其它光来说受到延迟。通常，延迟板将被调整到特定的波长。特别是，比所调整的波长更长或更短的波长将不会完全从不可用的偏振旋转到正确的偏振。这样，某些其波长比所调整的波长更长或更短的光将会被丢失，或者至少不能被校正。此外，延迟板相对较昂贵并且通常是不可靠的。这样的延迟板使得偏振校正系统自身也较昂贵和不可靠。

虽然这些系统已经在商业中应用，但是其部件的成本很高而且需要严格的校直性(critical alignmnets)以及光学设计。因此，需要一种具有高效、结构简单并且较低成本的系统来执行偏振的转换。

发明内容

在本发明的第一方面中，偏振校正系统可包括偏振光束分光器，它使有用偏振光在输出方向上进行传播，并且将无用偏振光反射在与输出方向大致正交的第一正交方向上；置于可对第一正交方向进行反射的位置上的初始反射器，该初始反射器使无用偏振光反射到第二正交方向上，其中第二正交方向大致垂直于输出方向和第一正交方向；以及可对第二正交方向进行反射的位置上的最终反射器，该最终反射器将无用偏振光反射在输出方向上，其中无用偏振光在初始和最终反射器的作用下发生旋转，从而基本上变为有用偏振光。

在本发明的第二方面中，偏振校正方法可以包括，基本上将光偏振为有用偏振光和无用偏振光，使有用偏振光在输出方向上传播，将无用偏振光反射到与输出方向基本上正交的第一正交方向上，再将无用偏振光反射到与输出方向和第一正交方向基本上正交的第二正交方向上，最后将无用偏振光反射在输出方向上。

在本发明的第三方面中，偏振校正系统可包括，基本上将光偏振为有用偏振光和无用偏振光的装置，使有用偏振光在输出方向上传播的装置，将无用偏振光反射到与输出方向基本上正交的第一正交方向上的装置，将无用偏振光反射到与输出方向和第一正交方向基本上正交的第二正交方向上的装置，将无用偏振光反射在输出方向上的装置。

附图说明

图1示出了偏振校正系统；

图2示出了根据本发明实施例的偏振校正系统的示意图；

图3示出了本发明实施例的偏振校正装置；

图4示出了本发明实施例的偏振校正装置；

图5示出了本发明实施例的偏振校正装置；

图6示出了本发明实施例的直形光导管和锥形光导管；

图7示出了本发明实施例的光导管的各种横截面；

图8示出了本发明实施例的光导管的各种构造；

图9示出了本发明实施例的偏转校正装置。

具体实施方式

可以预期，如果通过将不可用的偏振光的偏振转化为正确的或者有用的偏振来校正以及使用不可用的偏振光。由于延迟板使偏振校正系统更加昂贵并且可靠性降低，因此可以预期能够在不借助于使用延迟板的情况下实现偏振的校正。可以预期在宽带辐射上实现偏振校正。可以预期相对简单地制造和组装偏振校正系统。可以预期允许在单独成像系统中使用色轮。

在图2中示出了根据本发明第一实施例的偏振校正系统200。偏振校正系统200可包括偏振光束分光器202，例如涂覆有多层涂层的偏振光束分光器或者线栅偏振光束分光器。在一个实施例中，输入到偏振光束分光器202中的光可直接或者间接地来自电磁辐射源212，即灯。在一实施例中，电磁辐射源212可以为弧光灯，例如氙气灯、金属卤化物灯、高强度气体放电(HID)灯或者汞灯。在另一实施例中，源212可为卤素灯或者白炽灯。

在一个实施例中，如图2和图5所示，偏振校正系统200可以包括输入光导管224、超立方体(supercube)268和输出光导管232。在一些实施例中，输出光导管232可为均化器或者积分器。输入光导管224的输出可耦合到棱镜排列，即超立方体268。输入光导管224可采用全内反射(TIR)以将光线传播到超立方体268。

在一些实施例中，输入光导管224、输出光导管232或者此两者，都可以如图6A所示为渐增的锥形光导管，或者如图6B所示为渐减的锥形光导管，或者如图6C所示为直形光导管。在一些实施例中，输入光导管224、输出光导管232或此二者的横截面可以为如图7A-7H所示的矩形、圆形、三角形、平行四边形、梯形、五边形、六边形或者八边形。在一些实施例中，输入光导管224、输出光导管232或此二者可如图8A-8E所示由光纤、光纤束、熔接式光纤束、多边形波导或者中空的光导管组成。

图3和图4示出了偏振校正系统200的一些实施例。偏振光束分光器202可将来自输入光导管224的非偏振光分成如图3A和图4A所示的具有偏振270的有用偏振光204，以及如图3B和图4B所示的具有偏振272的无用偏振光208。偏振光束分光器202可使有用偏振光204在输出方向206上传播并且使无用偏振光208反射到第一正交方向210上，其中所述正交方向210基本上与输出方向206相正交。在一个实施例中，偏振270可以大致为p-偏振光或水平偏振光，同时偏振272可以大致为s-偏振光或竖直偏振光。在可选实施例中，将偏振平面反转。

如图3A和图4A所示，有用偏振光204可以穿过偏振光束分光器202传播，并且被第一输出反射器220和第二输出反射器222改变方向，从具有未改变的偏振270的第二输出反射器222中射出。另一方面，如图3B和图4B所示，无用偏振光208可在从偏振光束分光器202射出后由初始反射器214进行反射。初始反射器214相对于基本正交于无用偏振光208的偏振272的平面的轴线反射无用偏振光208，其中所述平面在此种情况下为s或者竖直平面。然后，最终反射器218将无用偏振光208反射到平行于输出方向206的方向上。因此，初始反射器214的倾斜面可以相对于最终反射器218旋转90°。虽然为了跟踪的目的，无用偏振光208仍然被标为无用偏振光208，但是由于无用偏振光208的偏振平面现在为水平的或p-偏振，则其基本上与有用偏振光204的平面相匹配，因此无用偏振光208已经变成有用偏振光。在一个实施例中，有用偏振光204和无用偏振光208可被耦合到输出光导管232上并且被均匀化。

在一个实施例中，第一输出反射器220可置于对输出方向206进行反射的位置上。第一输出反射器220可将有用偏振光204反射在第二正交方向216上。在一些实施例中，第一输出反射器220可以为不匹配的阻抗，例如棱镜，直角棱镜或者反光镜。在一个实施例中，第一输出反射器220可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这使得在其连接到成像装置之前可将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在一个实施例中，如图3A所示，第二输出反射器222可置于对第二正交方向216进行反射的位置上。第二输出反射器222可将有用偏振光204反射在输出方向206上。在另一实施例中，如图4B所示，第二输出反射器222可置于对输出方向206进行反射的位置上。第二输出反射器222可将无用偏振光208反射在第二正交方向216上。在一些实施例中，第二输出反射器222可为不匹配的阻抗，例如棱镜，直角棱镜或者反光镜。在一个实施例中，第二输出反射器222可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这可以在其连接到成像装置之前将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在一个实施例中，初始反射器214可置于对第一正交方向210进行反射的位置上。初始反射器214可将无用偏振光208反射在第二正交方向216上，该第二正交方向216基本上垂直于输出方向206和第一正交方向210。在一些实施例中，初始反射器214可为不匹配的阻抗，例如棱镜，直角棱镜或者反光镜。不匹配的阻抗可以重复的方式反射波，例如电磁波。不匹配的阻抗，例如，可以反射一部分波或者其波长在一定范围内的波，而使该波的其它部分或者其它波长的波通过。

在一个实施例中，初始反射器214可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这使得在其连接到成像装置之前可将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在一个实施例中，最终反射器218可置于对正交方向216进行反射的位置上。最终反射器218可将无用偏振光208反射在输出方向206上。在一些实施例中，最终反射器218可以为不匹配的阻抗，例如棱镜，直角棱镜或者反光镜。在一个实施例中，最终反射器218可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这使得在其连接到成像装置之前可将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在一个实施例中，通过初始反射器214和最终反射器218将无用偏振光208的偏振272进行旋转，从而使其基本上与有用偏振光204的偏振270相匹配。在此实施例中，第一正交方向206和第二正交方向216基本上位于无用偏振光208的偏振272的平面内。如上所述，此基本块可用于反射以及改变来自偏振光束分光器202的无用偏振光208的方向，从而将无用偏振光208的偏振272转换成为有用偏振光204的偏振270并且使其方向变为输出方向206。

在可选实施例中，如图9所示，初始反射器214可围绕位于偏振272的平面内的轴线反射无用偏振光208，而最终反射器218围绕基本上正交于偏振272的平面的轴线反射无用偏振光208，从而也使得无用偏振光208呈现偏振270。来自最终反射器218的光可穿过隔板246，从而无用偏振光208的水平偏振光可以和有用偏振光204一样在相同的平面内射出。这两个输出可被耦合到输出光导管232中而被均匀化，并且具备形状和数值孔径(NA)，其中所述的形状和NA已在输出表面处转换为希望的形状和数值孔径。在一个实施例中，输出光导管232也可以使用全内反射来将光传播到它的输出端。

在一个实施例中，无用偏振光208由最终反射器218改变至输出方向206后，有用偏振光204可以在与无用偏振光208的方向不同的方向上从偏振光束分光器202射出。在一个实施例中，如图3A所示，第一输出反射器220和第二输出反射器222可以将有用偏振光204的方向改变成与无用偏振光208的方向相同。在可选实施例中，如图4A所示，第一输出反射器220改变有用偏振光204的方向，同时如图4B所示，第二输出反射器222将无用偏振光208的方向改变成与有用偏振光204的方向相同。隔板246可用在这两种情况下以允许有用偏振光204与无用偏振光208在相同的表面上射出。这对于将有用偏振光204和无用偏振光208耦合到输出光导管232上是有用的。

在一个实施例中，超立方体268可以由偏振光束分光器202以及反射器214、218、220和222组成。光可通过全内反射穿过这些光学部件。光学部件的表面可以被光学地抛光从而促进全内反射。在一个实施例中，用于反射器214、218、220和222的光学材料可以具有高指数的折射以促进斜射光的全内反射。在一个实施例中，光学部件的输入及输出表面可涂覆有抗反射(AR)涂层，从而使菲涅耳反射损失最小。

在一个实施例中，反射器214、218、220和222可由光学玻璃，例如SF11(n＝1.785)，制成。在另一实施例中，反射器214、218、220和222可以光学玻璃，例如BK7(n＝1.517)，制成。然而，在此实施例中，光可开始从壁面，特别是反射器214、218、220和222的斜壁(diagonal wall)上泄漏。

在一个实施例中，隔板246可以与反射器214、218、220和222一起使用以形成便于携带的大的立方体形状。在一个实施例中，隔板246可以为立方体。在一个实施例中，反射器214、218、220和222的每一个都可以同互补隔板246(例如直角隔板)相结合而形状小立方体。在一个实施例中，8个小的立方体可形成为超立方体268。在一个实施例中，反射器214、218、220和220以及隔板272被堆叠到一起以形成超立方体268。在一个实施例中，可通过粘接材料将多个部件粘接在一起。在另一实施例中，可通过机械固定物将多个部件固定在一起。这种结构稳定，而且损失最小。

在一些实施例中，在输入光导管224和输出光导管232，反射器214、218、220和222或者偏振光束分光器202的任两个中引入间隙，从而促进全内反射而减小损失。在一个实施例中，输入光导管224、反射器214、218、220和222以及输出光导管232可通过小的空气间隙而被间隔。

在一个实施例中，如图5所示，超立方体268可由单独的部件构成。在一个实施例中，可将一些部件组成单独的单元。在一个实施例中，例如，将两个棱镜组合成一个单独的棱镜。在此实施例中，一对反射器214、218、220或222可在制造过程中(例如在玻璃模制过程中)组合。在可选实施例中，可将两块棱镜粘接在一起而形成一个单独的单元。在一个实施例中，两块棱镜可与偏振光束分光器202的一半相组合而形成单独的单元。在此实施例中，全PCS系统可将两部件连同隔板246一起制得。在另一实施例中，棱镜可与隔板246组合。在一个实施例中，该系统可以被制成两个部件，这两部件在偏振光束分光器202处相分离。在此实施例中，成本将最小化。

在一个实施例中，偏振光束分光器202与反射器214、218、220和222可基本上为立方体形。在一个实施例中，除了反射器的斜边外，偏振光束分光器202以及反射器214、218、220和222的所有的面都具有大致相似的尺寸。在此实施例中，输入光导管224的输出可以为正方形，输出光导管232的输入可为矩形，并且其长宽比为2∶1。也可采用非立方体的构造，这样的话，输出光导管232的输入的长宽比就不为2∶1，虽然这样会带来较大的连接损失。

在一些实施例中，为了提高效率，输入光导管224和输出光导管232，反射器214、218、220和222，或者偏振光束分光器202可涂覆抗反射(AR)涂层。在一些实施例中，输入光导管224和输出光导管232可以按应用的需要制成逐渐递增或者逐渐递减的锥形。反射器214、218、220和222可涂覆适用于大角度光的反射膜。超立方体268可用于除所述构造之外的各种构造中。

在一个实施例中，输入光导管224可接近于偏振光束分光器202的输入226放置。在一个实施例中，输入光导管224可具有输入表面228和输出表面230。在一些实施例中，输入光导管224可采用石英、玻璃、塑料或丙烯酸制成。在一些实施例中，输入光导管224可以为锥形光导管(TLP)或者直形光导管(SLP)。在一些实施例中，输入表面228的形状可为扁平形、凸形、凹形、环形或者球形。输入光导管224的表面可被涂覆涂层，从而使全内反射保护偏振。可选择输入表面228和输出表面230的尺寸，从而使输出数值孔径(NA)与接收来自输入光导管224的光的装置相匹配。

在一个实施例中，输出表面230可以接近于偏振光束分光器202的输入226放置。在一些实施例中，输出表面230的形状可为扁平形、凸形、凹形、环形或者球形。在一个实施例中，输入光导管224可接收输入表面228处的非偏振光，并且将输出表面230处非偏振光传递到偏振光束分光器202。

在一个实施例中，输入光导管224可以是中空的。输出表面230可以是平凸透镜。根据部件的最终构造和成本，输出表面230的凸表面可为球形或圆柱形。对输出表面230的光强进行设计，从而使来自输出表面230的光成像于偏振光束分光器202上。输入光导管224的内表面可以涂覆有偏振保护材料。

在一个实施例中，输出光导管232可以接近于超立方体268的输出234放置。在一个实施例中，输出光导管232可以具有输入表面236，该表面接近于输出方向206和输出表面238放置。输出光导管232可以接收输入表面236处的有用偏振光204和无用偏振光208，并且将有用偏振光204和无用偏振光208传递到输出表面238处。

在一些实施例中，输入表面236的形状可为扁平形、凸形、凹形、环形或者球形。在一些实施例中，输出表面238的形状可为扁平形、凸形、凹形、环形或者球形。在一些实施例中，输出光导管232可从包括石英、玻璃、塑料或丙烯酸组成的组中选择材料构成。在一些实施例中，输出光导管232可以为锥形光导管(TLP)或者直形光导管(SLP)。输出光导管232的表面可被涂覆涂层，从而使全内反射保护偏振。可对输入表面236和输出表面238的尺寸进行选择，从而使输出数值孔径(NA)与接收来自输入出光导管232的光的装置相匹配。

在一个实施例中，输出光导管232可以是中空的。输出表面238可以是凸形的。根据部件的最终构造和成本，输出表面238的凸表面可为球形或圆柱形。对输出表面238的光强进行设计，从而使来自输出表面238的光线成像于图像投影设备上。输出光导管232的内表面可以涂覆有偏振保护材料。

在一个实施例中，壳体反射器(shell reflector)240可将来自源212的光反射到偏振光束分光器202上。在一个实施例中，壳体反射器240可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这使得在其连接到成像装置之前可将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在一个实施例中，壳体反射器240可以具有第一焦点242和第二焦点244。在一个实施例中，电磁辐射源212可以大致接近于壳体反射器240的第一焦点242放置，并且使来自壳体反射器240以及基本上会聚在第二焦点244上的光线射出。在一个实施例中，输入表面228可以接近于第二焦点244放置而对基本上所有光进行收集和传递。在另一实施例中，偏振光束分光器202的输入226可以接近于第二焦点244放置而对基本上所有光进行收集和传递。在一些实施例中，壳体反射器240可以至少是大致呈椭圆形的回转表面、大致呈球形的回转表面或者大致呈复曲面形的回转表面的一部分。

在一个实施例中，壳体反射器240可包括具有第一光轴252的主反射器250，其中第一焦点242是主反射器250的焦点。在此实施例中，壳体反射器240也可以包括具有第二光轴256的副反射器254，其中该副反射器254基本上与主反射器250对称，并且第一光轴252和第二光轴256基本上位于同一直线上。在此实施例中，第二焦点244可以是副反射器254的焦点，并且光线可从主反射器250朝向副反射器254反射并基本会聚在第二焦点244上。在一些实施例中，主反射器250和副反射器254都可以是大致呈椭圆形的回转表面，或者大致呈抛物面形的回转表面。

在一个实施例中，主反射器250可以至少是大致呈椭圆形的回转表面的一部分，而副反射器254可以至少是大致呈双曲面形的回转表面的一部分。在另一实施例中，主反射器250可以至少是大致呈双曲面形的回转表面的一部分，而副反射器254可以至少是大致呈椭圆形的回转表面的一部分。

源212可以放置在主反射器250的第一焦点242处以校准收集到的光，并对准副反射器254。位于输入表面228处的输出可以被导入输入光导管224内。在一个实施例中，输入光导管224可以是锥形光导管(TLP)。输入光导管224可用于改变源212的图像的横截面或者数值孔径的形状。光可被导入超立方体偏振校正系统以获得输出光导管232处的线性偏振光。线性偏振光适用于基于LCD的图像芯片的照明。

校准程度取决于源212的尺寸。副反射器254可相对于主反射器250对称放置，这样它们就可共轴。进入副反射器254的光束会聚在第二焦点244上，此处放置有目标，即输入光导管224。输入光导管224可耦合来自副反射器254的第二焦点244的光。在一个实施例中，源212以1∶1的比例成像于目标上，这样，就基本维持了源212的亮度。由于系统1∶1的对称性，源212在输入表面228上的图像可与具有单位放大率(unitmagnification)的源212完全相同。

偏振校正系统200能够透过偏振校正系统200的源收集器部件保存光学径角性。由于反射器的范围，输入表面228处的光线的全角度围绕源212的轴线大致成180°，并且围绕与源212的轴线相正交的轴线大致成90°。这些角度对于某些应用场合(例如微显示装置)来说过大。在一个实施例中，输入光导管224可以为锥形光导管(TLP)，从而在不损失亮度的前提下将高输入数值孔径(NA)和小输入面积变成较低的NA和较大的输出面积，由此减小角度。

在一个实施例中，源212可以不为圆形。在一些实施例中，输入光导管224的输入可以被设计成矩形、椭圆形、八边形或者其它截面形状，从而与源212的图像形状相匹配。与源212的图像相匹配的输入可防止或者减小由于形状不匹配所带来的系统光学径角性的损失。输入光导管224的输出尺寸与长宽比可以设计成与成像装置面板的尺寸以及长宽比相匹配，但是基于超立方体的构造可以是相对任意的。

主反射器250和副反射器254可以基本将180°的回转弧线范围覆盖，从而使收集率最大化，即主反射器250将收集到几乎一半的、从源212射出的光。可将回复反射器258放置于主反射器250的相对侧，以收集射出的另一半光。在一个实施例中，回复反射器258可以为半球形的回复反射器。在一个实施例中，回复反射器258的曲率中心可以被设置在灯源212的附近。在此实施例中，几乎所有的光都可以被反射穿过源212，从而由主反射器250收集，然后基本聚焦在光导管内。实际上，通过源212的包络面的反射率损失、菲涅耳损失和失真损失，回复反射器258的效率被降低了60％到80％。

在一个实施例中，回复反射器258可以位于与壳体反射器240相对的、源212的另一侧上。在一个实施例中，回复反射器258可为球形回复反射器。在一个实施例中，回复反射器258可与壳体反射器240形成一体。在一个实施例中，回复反射器258可具有涂层，该涂层传递电磁辐射频谱的预定部分。这使得在其连接到成像装置之前可将无用的不可见光去除。在一些实施例中，电磁辐射频谱的预定部分可以为红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。在可选实施例中，该涂层可反射红外光、可见光、光的预定波长带、光的特定色彩或者它们的组合。

在本发明的一个实施例中，图像投影系统260可接近于输出方向206放置，从而收集到几乎所有的有用偏振光204。在一些实施例中，图像投影系统260可以为硅上液晶(LCOS，liquid crystal on silicon)成像装置、数字微镜装置(DMD)芯片、或者是可透射的液晶显示(LCD)面板。

在本发明的一个实施例中，聚焦透镜262可以接近于输出方向206放置，其中图像投影系统260接近于聚焦透镜262的输出侧264放置。由收集并聚焦在聚焦透镜262处的有用偏振光204照亮的图像266将通过投影系统260释放而显示图像266。

在本发明的一个实施例中，偏振校正方法可包括以下步骤：基本上将光偏振为有用偏振光204和无用偏振光208，使有用偏振光204在输出方向206上传播，将无用偏振光208反射到与输出方向206基本上正交的第一正交方向210上，将无用偏振光208反射到与输出方向206以及第一正交方向210基本上正交的第二正交方向216上，将无用偏振光208反射在输出方向206上。

在已经对本发明进行了上面详尽的描述，但并不是想把本发明局限于上述的特定实施例。很明显，本发明的技术人员可在不偏离发明构思的前提下对这里所述的特定实施例进行各种利用和改进。

Claims (39)

1.偏振校正装置(200)包括：

偏振光束分光器(202)，它使有用偏振光(204)在输出方向(206)上进行传播并且将无用偏振光(208)反射在与所述输出方向(206)大致正交的第一正交方向(210)上；

放置在可对所述第一正交方向(210)进行反射的位置上的初始反射器(214)，所述初始反射器(214)使无用偏振光(208)在第二正交方向(216)上发生反射，其中第二正交方向(216)大致垂直于所述输出方向(206)和所述第一正交方向(210)；以及

可对所述第二正交方向(216)进行反射的位置上的最终反射器(218)，所述最终反射器(218)将所述无用偏振光(208)反射在所述输出方向(206)上；

其中所述无用偏振光(208)在所述初始和最终反射器(214，218)的作用下发生旋转，从而基本上变成所述有用偏振光(204)。

2.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，还包括：

第一输出反射器(220)，它放置在可对所述输出方向(206)进行反射的位置上，所述第一输出反射器(220)将所述有用偏振光(204)反射在所述第二正交方向(216)上；以及

第二输出反射器(222)，它放置在可对所述第二正交方向(216)进行反射的位置上，所述第二输出反射器(222)将所述有用偏振光(204)反射在所述输出方向(206)上。

3.如权利要求2所述的偏振校正装置(200)，其中所述第一输出反射器(220)从由下面的部件组成的组中进行选择：

棱镜，

直角棱镜，

不匹配的阻抗，和

反光镜。

4.如权利要求2所述的偏振校正装置(200)，其中所述第一输出反射器(220)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

5.如权利要求2所述的偏振校正装置(200)，其中所述第二输出反射器(222)从由下面的部件组成的组中进行选择：

棱镜，

直角棱镜，

不匹配的阻抗，和

反光镜。

6.如权利要求2所述的偏振校正装置(200)，其中所述第二输出反射器(222)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

7.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，还包括：

具有输入表面(228)和输出表面(230)的输入光导管(224)，所述输出表面(230)接近于所述偏振光束分光器(202)的输入面(226)而放置，所述输入光导管(224)接收位于所述输入表面(228)处的基本非偏振光并且在所述输出表面(230)处将所述非偏振光传播到所述偏振光束分光器(202)。

8.如权利要求7所述的偏振校正装置(200)，其中所述输入表面(228)的形状从以下形状组成的组中进行选择：

扁平状，

凸状，

凹状，

环状，

球状。

9.如权利要求7所述的偏振校正装置(200)，其中所述输出表面(230)的形状从以下形状组成的组中进行选择：

扁平状，

凸状，

凹状，

环状，

球状。

10.如权利要求7所述的偏振校正装置(200)，其中所述输入光导管(224)由从以下材料组成的组中进行选择：

石英、玻璃、塑料或者丙烯酸。

11.如权利要求7所述的偏振校正装置(200)，其中所述输入光导管(224)从以下光导管组成的组中进行选择：

直形光导管，

锥形光导管。

12.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，还包括：

具有输入表面(234)和输出表面(236)的输出光导管(232)，所述输入表面(234)接近于所述输出方向(206)放置，所述输出光导管(232)接收位于所述输入表面(234)处的所述有用偏振光(204)并且在所述输出表面(236)处传播所述有用偏振光(204)。

13.如权利要求12所述的偏振校正装置(200)，其中所述输入表面(234)的形状从以下形状组成的组中进行选择：

扁平状，

凸状，

凹状，

环状，

球状。

14.如权利要求12所述的偏振校正装置(200)，其中所述输出表面(236)的形状从以下形状组成的组中进行选择：

扁平状，

凸状，

凹状，

环状，

球状。

15.如权利要求12所述的偏振校正装置(200)，其中所述输出光导管(232)由从以下材料组成的组中进行选择：

石英、玻璃、塑料或者丙烯酸。

16.如权利要求12所述的偏振校正装置(200)，其中所述输出光导管(232)从以下光导管组成的组中进行选择：

直形光导管，

锥形光导管。

17.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，其中所述初始反射器(214)从由下面的部件组成的组中进行选择：

棱镜，

直角棱镜，

不匹配的阻抗，和

反光镜。

18.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，其中所述初始反射器(214)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

19.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，其中所述最终反射器(218)从由下面的部件组成的组中进行选择：

棱镜，

直角棱镜，

不匹配的阻抗，和

反光镜。

20.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，其中所述最终反射器(218)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

21.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，还包括：

壳体反射器(240)，其具有第一和第二焦点(242，244)；

电磁辐射源(212)，其接近于所述壳体反射器(240)的所述第一焦点(242)放置以射出从所述壳体反射器(240)反射并基本上会聚在所述第二焦点(244)处的光；

其中所述输入表面(228)接近于所述第二交点(244)放置以收集并传播几乎所有的所述光。

22.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，其中所述壳体反射器(240)包括由下面的形状组成的组中选择的至少一部分形状：

大致呈椭圆形的回转表面，

大致呈球形的回转表面，

大致呈复曲面形的回转表面。

23.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，其中所述壳体反射器(240)包括具有第一光轴(252)的主反射器(250)，并且所述第一焦点(242)为所述主反射器(250)的焦点，所述壳体反射器(240)还包括：

具有第二光轴(256)的副反射器(254)，该副反射器(254)与所述主反射器(250)基本上呈对称布置，这样，所述第一和第二光轴(252，256)基本上处于同一直线上，并且其中所述第二焦点(244)为所述副反射器(254)的焦点；并且

其中所述光线从所述主反射器(250)朝所述副反射器(254)反射并且会聚在所述第二焦点(244)上。

24.如权利要求23所述的偏振校正装置(200)，其中所述主、副反射器(250，254)每一个都包括从由下面的形状组成的组中选择的至少一部分形状：

大致呈椭圆形的回转表面，和

大致呈抛物面形的回转表面。

25.如权利要求23所述的偏振校正装置(200)，其中：

所述主反射器(250)包括至少一部分大致呈椭圆形的回转表面；并且所述副反射器(254)包括至少一部分大致呈双曲面形的回转表面。

26.如权利要求23所述的偏振校正装置(200)，其中：

所述主反射器(250)包括至少一部分大致呈双曲面形的回转表面；并且所述副反射器(254)包括至少一部分大致呈椭圆形的回转表面。

27.如权利要求23所述的偏振校正装置(200)，其中所述壳体反射器(240)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

28.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，还包括位于所述壳体反射器(240)相对侧所述源的一侧的回复反射器。

29.如权利要求28所述的偏振校正装置(200)，其中所述回复反射器(258)包括球形的回复反射器(258)。

30.如权利要求28所述的偏振校正装置(200)，其中所述回复反射器(258)具有涂层，该涂层对电磁辐射频谱的预定部件进行传播，该电磁辐射频谱的预定部分从由下面的成分组成的组中进行选择：

红外光，

可见光，

光的预定波长带，

光的特定色彩，和

以上成分的组合。

31.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，其中所述电磁辐射源(212)包括弧光灯。

32.如权利要求31所述的偏振校正装置(200)，其中所述弧光灯从由以下灯组成的组中进行选择：氙气灯、金属卤化物灯、UHP灯、HID灯或者汞灯。

33.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，其中所述电磁辐射源(212)从由卤素灯和白炽灯组成的组中进行选择。

34.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，还包括：

图像投影装置(260)，该装置接近于所述输出方向(206)而放置从而基本上对所述有用偏振光(204)进行收集。

35.如权利要求34所述的偏振校正系统(200)，其中所述图像投影装置(260)从由以下组成的组中进行选择：

LCOS成像装置，

DMD芯片，和

可透射的LCD面板。

36.如权利要求21所述的偏振校正装置(200)，其中所述偏振光束分光器(202)基本上匹配于所述电磁辐射源(212)的孔。

37.如权利要求1所述的偏振校正装置(200)，其中所述偏振光束分光器(202)包括线栅状的偏振光束分光器。

38.偏振校正方法包括：

基本上将光偏振为有用偏振光(204)和无用偏振光(208)；

使所述有用偏振光(204)在输出方向(206)上传播；

将所述无用偏振光(208)反射到与所述输出方向(206)基本上正交的第一正交方向(210)上；

将所述无用偏振光(208)反射到与所述输出方向(206)以及所述第一正交方向(210)基本上正交的第二正交方向(216)上；

将所述无用偏振光(208)反射在所述输出方向(206)上。

39.偏振校正系统包括：

基本上将光偏振为有用偏振光(204)和无用偏振光(208)的装置；

使所述有用偏振光(204)在输出方向(206)上传播的装置；

将所述无用偏振光(208)反射到与所述输出方向(206)基本上正交的第一正交方向(210)上的装置；

将所述无用偏振光(208)反射到与所述输出方向(206)和所述第一正交方向(210)基本上正交的第二正交方向(216)上装置；

将所述无用偏振光(208)反射在所述输出方向(206)上装置。

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