CN1928632B - 最佳同步调整延迟器 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于液晶显示器的投影系统的调整延迟器，该投影系统包括光源、偏振器/检偏器、液晶显示器面板和投影透镜，该调整延迟器被同步至最佳方位角，此最佳方位角提供基本上不受该液晶显示器面板的慢轴的方位影响的系统对比度等级。

Description

最佳同步调整延迟器
相关申请的交叉参考
本申请要求于2005年9月9日申请的美国临时申请No.60/715,829和于2005年11月16日申请的美国专利申请60/737,113的优先权，因此通过参考将两者合并入本申请中。本申请与2004年12月10日申请的美国专利申请No.11/009,476和2006年5月23日申请的美国专利申请11/419,872相关，因此通过参考将此两者合并入本申请中。
技术领域
本申请总的涉及投射显示器的偏振补偿，具体涉及最佳同步调整延迟器(optimally clocked trim retarder)和包含该最佳同步调整延迟器的基于LCD的投射系统。
发明背景
液晶显示器(LCDs)被广泛应用于大屏幕电视和监视器的投射显示器。在这些基于LCD的投射系统中，高功率的光束在入射到LCD面板前经过偏振器。LCD面板逐个像素地控制入射光的偏振并将其转向相应的偏振器/检偏器，然后其使具有合适偏振的光改向至将图像投射到屏幕的投射透镜。
一种特别成功的基于LCD的投射系统是基于WGP的LCoS微显示系统，它使用线栅偏振器(WGPs)和硅上液晶(LCoS)面板。当与其他微显示技术如透射式液晶显示器(xLCD)、数字光处理器(DLP)和直视LCD相比，这种微显示系统被证实可以展示高分辨率和高图像对比度，它一般使用三块或更多块微显示面板(如每块对应一种原色带)以提高屏幕亮度。
参考图1，示出了传统的3-面板的基于WGP的LCoS微显示系统。这种微显示系统包括例如是高压放电管的光源5和灯棍7。灯棍7使光源5产生的锥形光束均匀化，以保证空间均匀的光分布。可选地，灯棍7是产生线偏振光的偏振转换光管(PCLP)。第一透镜8a将光从灯棍7传递到第一折叠式反射镜(folding mirror)9，该第一折叠式反射镜9将光引导至第一二向色滤光器(dichroic filter)10。该第一二向色滤光器10从其余光中分离出兰光，并且引导兰光经过第二透镜8b和第三透镜8c及第二折叠式反射镜17和第三折叠式反射镜16至第一LCoS显示面板20a。被传输经过二向色滤光片10的其余光被引导经过第四透镜8d和第五透镜8e及第四折叠式反射镜11至第二二向色滤光器12。第二二向色滤光器12将其余光分成绿光和红光，其前者被引导至第二LCoS显示面板20b，其后者被引导至第三LCoS显示面板20c。
在到达每个LCoS显示面板20a、20b和20c之前，入射光首先分别通过WGP15、WGP14和WGP13及调整延迟补偿器21a、21b和21c。每个WGP15、WGP14、WGP13都是由多条平行的微丝(microwires)形成的偏振器/检偏器，这些微丝传输偏振态的光，使其与平行微丝的方向正交，并反射偏振态的光，使之平行于线的方向(例如，如果偏振器被设计为通过水平光或P偏振光，如图1所示，微丝将垂直于图1的平面)。每个LCoS面板20a、20b和20c逐个像素地改变线性偏振入射光的偏振并将调制光反射到相应的WGP15、WGP14和WGP13。因为WGP15、WGP14和WGP13被定向在相对光的传播主方向大约±45°处，所以除了作为偏振器/检偏器，WGP15、WGP14和WGP13也作为分光器，用于通过沿与入射光路正交的输出光路操纵或偏转从每一个LCoS面板反射的光，将入射光从出射光中分离出来。更特别的是，每个WGP15、WGP14和WGP13将S偏振光(例如由处于“通电”状态的像素旋转90°的偏振光)反射到X-立方体19。X-立方体19聚集(也就是会聚)来自三个颜色信道中每一个信道的图像，并通过投射透镜18将最终图像投射到大屏幕上(未显示)。作为选择，每个颜色信道进一步包括预偏振器(未显示)和/或消光检偏器(clean-up analyzer)(未显示)，例如这可包括一个或多个WGP和/或二向色片状偏振器。
调整延迟补偿器21a、21b和21c(这里简称调整延迟器)是用来提高微显示系统的对比度性能等级的补偿元件，该对比度性能等级也受处于暗状态(如“关闭”状态)的LCoS面板的残余双折射所限制。特别地，每个调整延迟器21a、21b和21c引入相位延迟，该相位延迟消除了由相应LCoS面板的内在双折射所导致的延迟。除非另外声明，这里使用的术语“延迟”或“延缓”是指与圆(偏振)延迟量相对的线性(偏振)延迟量。线性(偏振)延迟是光学元件厚度与折射率乘积在两个正交振偏方向上的差。线性偏振延迟导致两个正交线性偏振之间的相位差，其中一个偏振方向被校准平行于线性延迟器的e轴(非常轴)，另一个偏振方向被校准平行于线性延迟器的o轴(寻常轴)。与之相对的圆偏振延迟导致右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间的相对相位差。
线延迟可以被用来描述面内延迟或面外延迟。被表示为光程差的面内延迟，是指两个正交的平面内折射率之间的差与光学元件物理厚度的乘积。面外延迟是指沿着光学元件厚度方向(z方向)的折射率和面内折射率(或面内折射率的平均值)的差与光学元件物理厚度的乘积。在锥形光束中的正入射光线仅存在面内延迟，而包括斜光线(轴外光线)(也就是非垂直但沿着主S平面和P平面)和斜射光线(也就是非垂直并远离S平面和P平面入射)的离轴光线同时经历了面内延迟和面外延迟。特别地，在双折射介质中对于90°光线角度的小概率情况，无法观测到面内延迟。
在没有调整延迟器21a-c的情况中，由于LCoS面板20a-c的残余双折射，在暗状态(“关闭”状态)下照射每块微显示面板的P偏振的偏振光在反射时被稍微的椭圆偏振化。当包括P偏振分量和S偏振分量的椭圆偏振光被传输到相应的WGP15、WGP14、WGP13，S偏振分量被反射回X-立方体，这样允许暗状态光泄漏到大屏幕上，进而限制了投射系统的对比度。
通过提供补偿由LCoS面板20a-c的残余双折射产生的延迟的面内延迟，调整延迟器21a-c的使用提高了对比度等级。更具体地，调整延迟器21a-c被定向使它们的慢轴被设置在与LCoS面板20a-c的慢轴(被叫做“交叉轴”)正交排列的方位上，而调整延迟器21a-c的快轴被设置在与LCoS面板20a-c的快轴正交排列的方位上。这里使用的术语慢轴(SA)和快轴(FA)是指当在正入射测量线偏振延迟时的两个正交双折射轴。特别地，对于大角度入射的负面外延迟分量，SA和FA方位随着离轴照射改变而改变，也会反转SA/FA的作用。
因为调整延迟器21a-c和LCoS面板20a-c的慢轴被设置在正交方位上，对于正入射光来说从调整延迟器21a-c到LCoS面板20a-c，快/慢轴的作用互换。换句话说，具有特定偏振态的光在调整延迟器21a-c和LCoS面板20a-c被交替地延迟较多然后较少，或者反之亦然。实际效果是对入射光偏振有零相对延迟，因此不改变偏振态(也就是说输出光没有椭圆偏振)。相应的WGP15、WGP14、WGP13和/或可选的消偏器(clean-up polarizer)阻挡了输出光，以至于暗状态光泄漏不会出现在屏幕上。因为调整延迟器21a-c没有明显改变面板通电状态的输出，随后所得的对比度(全开/全关)很好。
除了提供面内延迟，调整延迟器21a-c通常也能提供面外延迟来增加视野。更特别的，调整延迟器通常可包括用于补偿面内延迟的A面板补偿部件和补偿面外延迟的C-面板补偿部件。作为选择，调整延迟器21a-c也包括O-面板部件。A-面板是由e轴(非常轴)平行于面板所在平面取向的单轴双折射材料形成的光延迟器。C-面板是由e轴垂直于面板所在平面取向(也就是说，平行于正入射光的方向)的单轴双折射材料形成的光延迟器。C-面板展示了负双折射特性。O-面板是由其e轴(即它的光轴或c轴)与面板所在平面成斜角取向的单轴双折射材料形成的光延迟器。
如上文所述，每个调整延迟器21a-c理想上提供了在关状态下与相应LCoS面板20a-c的面内延迟匹配的A-面板延迟。然而实际上，由于设备厚度、材料双折射控制和操作漂移(温度，机械应力等)上的制造公差，LCoS面板20a-c和调整延迟器21a-c的A-面板延迟都易于随每个分量不同而不同。因此为了确保充分的补偿，通常在调整延迟器21a-c上提供具有比LCoS面板20a-c显示的延迟更高的A-面板延迟。例如，具有5nm A-面板延迟(在550nm波长处)的调整延迟器通常被用来补偿展示2nm A-面板延迟(在550nm波长处)的垂直排列的向列型(VAN)LCoS。
如那些本领域的技术人员所知的，相对于上述的标称交叉轴配置，A-面板数值的这种错配需要调整延迟器21a-c的光轴的偏移。换句话说，调整延迟器通过旋转其方位角方向使其远离交叉轴配置而被匹配(clocked-in)。
例如，考虑VAN-LcoS，其中面板的慢轴一般被定向为基本上平行于S平面和P平面的平分线(也就是，当P偏振平行于0°/180°，S偏振平行于±90°时，慢轴处于±45°和±135°)。特别地，如果VAN-LCoS面板被用作一种有效的电控双折射(ECB)器件，重要的是将VAN-LCoS的慢轴定向在±45°，其交叉偏振转换可由下式给出：
其中，Δnd是VAN-LCoS面板的单向延迟，λ是照明波长，φ是相对于P偏振慢轴方向。在这种配置中当面板处于接通状态时VAN-LCoS的功能大致与单向四分之一波片延迟器相同。
如上所述，当VAN-LCoS面板的慢轴和快轴平分S和P偏振平面时，根据下面的方程式计算更大值的调整延迟器的超频角(over-clocking angle)：
Figure A20061012697300082
其中，Γa(TR)是调整延迟器的A-面板延迟，Γa(LC)是LCoS的A-面板延迟。
参考表1，计算出的调整延迟器的超频角提供2-10nm的A-面板延迟以补偿LCoS面板展示出的2nm A-面板延迟。正、负方位偏移都被给出。此外，在相对象限(即，所列的超频角±180°)建立多于两个的方位角位置。
 Γa(TR)   根据标称交叉轴的超频角
  2   0
  3   ±24.1
  4   ±30.0
  5   ±33.2
  6   ±35.3
  7   ±36.7
  8   ±37.8
  9   ±38.6
  10   ±39.2
表1：根据标称交叉轴配置的调整延迟补偿器/VAN-LCoS对的近似超频角
一般地，本领域的技术人员普遍认为，给定调整延迟器的全部四个超频方位角将产生几乎相同的整个系统对比度性能。在四个超频方位角中的每一个产生局部的对比度最大值且该对比度最大值在超频方位角之间不发生变化(不随超频方位角度改变)的假设下，任意旋转调整延迟器/VAN-LCoS对到任一象限(即，只要VAN-LCoS的慢轴和快轴仍满足平分S偏振平面和P偏振平面的要求)成为可能。因此实际上，对于任一给定的VAN-LCoS取向和/或任一给定的WGP方向，通常任意选择四个超频方位角中的一个，然后将其作为接下来实验精细调谐的起始位置。
近来，已经预测到，在与使用WGP的TN-LCoS(扭曲向列型LCoS)投射系统稍稍不同的使用MacNeille偏振分光器(PBS)的TN-LCoS投射系统中，不同的超频角度产生不同的系统对比度等级(参见J.Chen，M.G.Robinson和G.D.Sharp，“GeneralMethodology for LCoS Panel Compensation(用于LcoS面板补偿的一般方法)，”SID 04，Digest，pp.990-993，2004)。
最近，已经研究了使用MacNeille PBS的LCoS投射系统中LCoS的方向对系统对比度的影响(参见J.Chen，M.G.Robinson，D.A.Coleman和G.D.Sharp，“Impact of theOrientation of Panel Pretilt Directional and Quarter-wave Plate on LCoS Projection SystemContrast，”SID 06，Digest，pp.1606-1609，2006)。
然而，在这些研究当中，仅研究了四个超频角中的两个(即，附加旋转±180°的超频角被忽略)。而且，当结果显示LCoS的预倾斜方向对系统对比度有很大影响(即，对于不同的LCoS面板取向、给定的PBS涂层表面倾角和/或不同的PBS涂层表面倾斜角、给定的LCoS面板取向，系统对比度是不同的)时，他们无法提供一个解决对比度不同的方案。不幸的是，这意味着具有不同面板方向和/或不同PBS方向的LCoS引擎将展示出不同的系统对比度。这是需要所有产品具有相同对比的制造商所非常关心的。
发明概述
与由本领域其它技术人员通常所认识到的相反，本发明人已证实，所有四个超频方位角没有产生相同的系统对比度等级。这些变化的对比度等级属于在该系统中迄今为止没有被认识到的不对称，例如该不对称在相对极化和方位视角绘制该面板的净反射延迟曲线时，在缺少对称平行于LCoS面板的正入射的单轴情况中是明显的。通过在相对于z轴的±45°处定向WGP和/或给调整延迟器提供倾斜分量(即，如沿其慢轴平面在净延迟曲线中所显示的)，可以引入另外的不对称。
本发明涉及一种同步调整延迟器的方法，该方法使具有不同面板方向和/或PBS方向的LCoS引擎具有相似的系统对比度。更具体地，本发明涉及一种使调整延迟器与方位取向同步的方法，该方法对于VAN-LCoS面板种四种慢轴象限位置中之任一和/或两种线栅偏振器倾斜取向中之任一来说是最佳的。
依据本发明的一方面，提供一种基于液晶显示器的投影系统，其包括：光源；第一偏振器，其用于从该光源接收光并传输具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；液晶显示器面板，用于光调制该第一线性偏振光，具有慢轴和快轴；第二偏振器，其用于接收光调制光并用于传输具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；投射透镜，其用于将第二线性偏振光投射在屏幕上；和设置在液晶显示器面板和第一和第二偏振器中至少一个之间的调整延迟器，该调整延迟器具有大于液晶显示器面板中的残余面内延迟的面内延迟，并具有慢轴，选择该慢轴的方位角以处于预定提供系统对比度等级的方位角范围内，该系统对比度等级基本上不受液晶显示器面板的慢轴的方向和第一和第二偏振器方向中至少之一的影响。
依据本发明的另一方面，提供一种同步调整延迟器的方法，其包括：提供第一调整延迟器，以补偿基于液晶显示器的投射系统中的第一液晶显示器面板的残余面内延迟，该基于液晶显示器的投射系统包括：光源；至少一个偏振器，用于接收来自光源的光，用于将具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光传输到第一液晶显示器面板，以及用于接收来自第一液晶显示器面板的具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；和投射透镜，其用于将第二线性偏振光投射到屏幕上，第一调整延迟器具有大于第一液晶显示器面板的残余面内延迟的面内延迟并具有慢轴，确定第一调整延迟器的慢轴的方位角的第一方位角范围，该第一方位角范围选择提供基本上不受第一液晶显示器面板的慢轴方向和至少一个偏振器的方向中的至少一个影响的系统对比度等级；以及定位第一调整延迟器，以使其慢轴的方位角位于第一方位角范围内。
依据本发明的又一方面，提供一种同步调整延迟器的方法，该方法用在基于液晶显示器的投射系统中，该方法包括：提供调整延迟器，以补偿液晶显示器面板的残余面内延迟，该调整延迟器具有大于液晶显示器面板的残余面内延迟的面内延迟，并具有慢轴；确定调整延迟器的慢轴的方位角的最佳方位角范围，该最佳方位角范围选择提供局部系统对比度最大值，对于该液晶显示器面板的四种不同慢轴象限方向，该系统对比度最大值基本上是可以获得的；以及定向调整延迟器，以使其慢轴的方位角位于最佳方位角范围内。
附图说明
根据下面详细的说明书，结合附图，本发明的更多的特征和优点将变得清楚，
其中
图1是现有技术、基于3-面板线栅偏振器(WGP)的硅上液晶投射光引擎(light engine)的示意图；
图2a是多面板基于WGP的LcoS投射光引擎的子系统的示意图，其中将WGP定位在相对z轴+45°；
图2b是图2a中所示的子系统的平面图；
图2c是多面板基于WGP的LcoS投射光引擎的子系统的示意图，其中将WGP定位在相对z轴成-45°；
图2d是图2c中所示的子系统的平面图；
图3显示模拟的将全功能调整延迟器层叠为2nm/250nm A/C-板VAN-LcoS面板的双通道对比度；
图4a示出右旋XYZ坐标系统，在沿正极性方位角的逆时针方向(CCW)约定观看指向观察者的光束时；
图4b示出左旋XYZ坐标系统，在沿正极性方位角的CCW方向约定观看远离观察者的光束时；
图5a显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成-45°且LcoS的SA被定位在第三象限(即，面板方向#1)；
图5b显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成-45°且LcoS的SA位于第一象限(即，面板方位#2)；
图5c显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成-45°且LcoS的SA位于第四象限(即，面板方位#3)；
图5d显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成-45°且LcoS的SA位于第二象限(即，面板方位#4)；
图6a显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成+45°且LcoS的SA位于第四象限(即，面板方位#3)；
图6b显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成+45°且LcoS的SA位于第二象限(即，面板方位#4)；
图6c显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成+45°且LcoS的SA位于第三象限(也就是，面板方位#1)；
图6d显示TR的可能的SA方向，此时WGP被定位在相对于z轴成+45°且LcoS的SA位于第一象限(也就是，面板方位#2)；
图7显示不对称调整延迟补偿器沿其主轴的净线性延迟曲线；
图8显示对称调整延迟补偿器沿其主轴的净线性延迟曲线；
图9显示不对称调整延迟器的实验延迟分量的干涉视图(conoscopic viewingmap)；
图10显示对称调整延迟器的实验延迟分量的干涉视图；
图11a是示出面板方位#1和倾斜-45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图11b是示出面板方位#1和倾斜+45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图12a是示出面板方位#2和倾斜-45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图12b是示出面板方位#2和倾斜+45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图13a是示出面板方位#3和倾斜-45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图13b是示出面板方位#3和倾斜+45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图14a是示出面板方位#4和倾斜-45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图14b是示出面板方位#4和倾斜+45度的WGP的不对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图15a是示出面板方位#1和倾斜-45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图15b是示出面板方位#1和倾斜+45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图16a是示出面板方位#2和倾斜-45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图16b是示出面板方位#2和倾斜+45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图17a是示出面板方位#3和倾斜-45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图17b是示出面板方位#3和倾斜+45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图18a是示出面板方位#4和倾斜-45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图18b是示出面板方位#4和倾斜+45度的WGP的对称调整延迟器的慢轴的最佳范围的示意图；
图19是示出在RH-XYZ坐标系中的VAN-LcoS面板的示意图；
图20示出模拟的VAN-LcoS面板的反射延迟分量，用于根据反射RH-XYZ或入射LH-XYZ坐标系确定慢轴方位；
图21显示模拟的具有4.5°预倾斜的VAN-LcoS面板和2nm/250nm A板/C板λ＝550nm的延迟分量的锥光圆形延迟图；
图22是具有面向入射的线侧的WGP的示意图(在RH-XYZ坐标系中显示)；
图23示出空气中45°倾斜的WGP的锥状采样，其中带有“·”标记的线表示相对于锥轴，作为偏离器件法线的极化和方位角的函数的锥体(圆形物)的横截面，以及带有“x”标记的线表示1.52分度镜中的新的采样锥；
图24显示在45°倾斜处使用的WGP的衰减(diattenuation)部件，其中衰减参数被示为器件法线中心坐标轴(上半部分)的函数和锥轴中心坐标轴(下半部分)的函数，覆盖所需的会聚f/2.4采样锥，用于从镜子到线栅的传输；
图25示出在45°倾斜处使用的WGP的延迟分量，覆盖所需的会聚f/2.4采样锥，用于从镜子到线栅的传输；
图26示出对于从空气到线栅的反射，所使用的WGP以45°倾斜的衰减分量，覆盖所需的会聚f/2.4采样锥；
图27示出对于从空气到线栅的反射，使用的WGP以45°倾斜的延迟分量，覆盖所需的会聚f/2.4采样锥；
图28是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的子系统的示意图，该光引擎包括MacNeille型偏振分光器(PBS)立方体；
图29是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的另一子系统的示意图，该光引擎包括MacNeille型偏振分光器(PBS)立方体；
图30a是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的子系统的示意图，其中LCD是TN或VAN型透射式液晶面板；以及
图30b是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的另一子系统的示意图，其中LCD是TN或VAN型透射式液晶板。
应当注意到，在整个附图中，相同元件由相同参考数字表示。
优选实施例的详细描述
处于描述本发明的目的，如图1所示，从基于WGP的LCoS微显示系统的一个色彩信道选择的光学元件将被进一步详细讨论。参考图2a和2b，这些光学元件形成包含预偏振器200、WGP201、调整延迟器202、VAN-型LCoS面板203和消偏器(clean-up polarizer)204的子系统。
预偏振器200是定向传输P偏振光(例如，如水平双向箭头所示的)的偏振器。依据一个实施例，该预偏振器包含一级或多级基于栅格的(反射的)偏振器(例如，铝线栅)或规则二向色片(吸收的)偏振器的基本上平行的元件。
如本领域技术人员所熟知的，WGP201是由设置在透明基底上的多个平行微丝形成的偏振器。定位WGP201以使其传输轴大致平行于预偏振器201的传输轴并且使微丝平行于y轴被排列(即因此它也只传输P偏振光)。典型地，这些丝位于WGP基底的后侧(远离预偏振器201)，因此线性的偏振光更少地受到基底内热和/或机械应力引发的双折射的影响。这样的WGP装置的第二个优点是减少光学元件在投射路径内的像散和慧形像差。
然而，WGP201并非相关于入射锥形光束的中心光线以正入射被定向。相反地，WGP201相对于z轴被倾斜约45度。更具体地，WGP围绕+y轴从其平行于XY平面的初始排列旋转+45°(或仅仅相对于z轴倾斜+45°)。这遵守右旋XYZ坐标系统(RH-XYZ)的欧拉角旋转规则。当使用在偏离正入射时，如图2a和2b中所示，如果传输的线性偏振(例如P偏振)被包含在入射平面内(P平面)，则WGP201以高偏振-对比度方式运行。再次参考图2a和2b，该高对比配置需要平行于S平面取向的微丝(与相对于中心光线入射的平面正交)。由于光学系统亮度和孔径之间的平衡(光学径角性)，该子系统要求使用每一光学元件的适中的数值孔径。典型的是配置该光学元件以使其在f/2.4系统中很好地起作用(在空气中入射为大约±12°)。从而，对于每一局部WGP元件，偏振的P和S平面涉及锥形光束中的中心光线(此后称为主光线)的线性偏振。
调整延迟器202是补偿元件，该补偿元件如上所述，被用于提高微显示系统的对比度性能等级。该调整延迟器202包括A-板部件，以及可选择的C-板和O-板部件。更具体地，调整延迟器202提供比LCoS204的面内延迟高的A-板延迟。因此，调整延迟器202是超频的，以使它的SA 230被以非交叉方式定位在相邻象限(即，相对于RH-XYZ坐标系的第三象限)。根据表1，对于略高的调整延迟器延迟和较低的VAN-LCoS面板延迟，SA230的位置通常小于30°，并且更优选与最靠近的‘S’或‘P’轴所成的角度小于15°。
调整延迟器在本领域是众所周知的。用于形成调整延迟器的材料的一些例子包括各向同性的聚合物，它们在一个或多个轴上被拉伸以形成二轴或单轴负双折射层、二轴有机薄片，例如纤维素乙酸酯、圆盘型(液晶)膜、双折射晶体、无机薄膜、扭曲螺旋铁电液晶聚合物和/或液晶混合物交连进聚合物基质(polymer host，LCP)。后者已经被证明在可靠性、均一性和延迟目标的便利方面是非常通用的，此外，与无机薄膜结合以提供C-板功能。所得到的全功能调整延迟器进一步被证明能提供优良的对比度补偿以及环境稳定性。
VAN-LCoS面板203是在硅面板上的垂直排列向列型液晶，如本领域众所周知的。示出的面板203包括不透明的底层203a和可转换的液晶层203b。没有示出覆盖的玻璃和金属反射体。LCoS面板203被定位在其慢轴(SA)220位于RH-XYZ坐标系的第四象限中，同时在第一通道(RH-XYZ)中观看指向观察者的光束。在描述VAN-LCoS面板的SA220时，使用参考来说明具有向+z轴倾斜的极化角(正极性倾斜)的SA220的方位角方向。VAN-LCoS面板的快轴(FA)221与慢轴(SA)方向是正交的(即，相对SA方位角偏移±90°)。FA 221位于第一象限内，与x轴成45°方位角。
VAN-LCoS 203被以肖像模式被排列示出。更特别的是，定位矩形形状的(例如，4∶3或16∶9屏幕高宽比)显示单元，以使最长尺寸平行于WGP线排列。使用肖像模式的优点在于倾斜WGP的尺寸肯定相对于非倾斜WGP以～1.41(也就是，1/cos(45°))的因数增加。因此，如果选择用于VAN-LCoS的风景模式，则正入射的WGP的16/9屏幕纵横比变为～1.26，而不是～2.51。近单位屏幕纵横比保证了在高热和高通量情形下WGP挠曲度是最小的。当然，以风景模式排列的VAN-LCoS203也是可能的。
消偏器204是被定位用以传输S偏振光的偏振器(例如，它在图2a中使用垂直双侧箭头和在图2b中使用圆点表示)。预偏振器200和消偏器204都被相似地定位，并且相对于主光线传播方向没有倾斜。依据一个实施例，消偏器204包括一级或多级的基本上平行的吸收偏振器元件。
在操作中，从前级照明(未示出)光中输出的非偏振或部分偏振光240将通过前预偏振器200，以获得P偏振光241。该光被传输通过WGP201，并且其偏振消光比增强。调整延迟器202预调节入射P偏振光242且产生椭圆输出。理想地，入射在LCoS面板204上(该面板处于暗(关闭)状态中)的偏振光的椭圆率不能由残余的面板延迟实现，反射光在完成通过VAN-LCoS面板203和调整延迟器202的双通道之后，因此仍保留P偏振。然而，对于给定的锥形光束和调整延迟器及VAN-LCoS面板延迟和轴取向的一些空间变化，现有的光线将累积一些椭圆光243。略微椭圆的偏振光243由WGP201检偏。更具体地，椭圆偏振光的S偏振分量244由WGP201的线侧偏离到正交通路212。该分量被称为“S泄漏”并通过消偏器204。该泄漏通过投射透镜(未显示)被传递到屏幕(未显示)，并对接下来的对比度的降级起作用。通过WGP201传输的残余P偏振分量245经由光路213被投射回照明系统，并最终被损耗掉。
参考图2c和2d，示出了从基于WGP的LCoS微显示系统的另一色彩通道选择的光学元件。这些光学元件形成了包含前预偏振器300、WGP301、调整延迟器302、VAN型LCoS面板303和消偏器304的子系统。
预偏振器300是被定位用以传输P偏振光(例如，它被示出为水平双侧箭头)的偏振器。依据一个实施例，该预偏振器包括基于栅格(反射)的偏振器(例如，铝线栅)或规则的二向色片(吸收性)偏振器的一级或多级基本上平行的元件。
如本领域技术人员所众所周知的，WGP301是由多个平行的被设置在透明基板上的微丝形成的偏振器。定位WGP301以使它的传输轴基本上平行于预偏振器301的传输轴，以使微丝平行于y轴排列(即，以使它同样仅仅传输P偏振光)。一般地，该线被位于WGP基板的背面(远离预偏振器301)，以使线性偏振光在该基板中更少受到热和/或机械应力引发的双折射的影响。这种WGP装置的第二个优点在于减少了投射路径中光学元件的像散和慧形像差(coma aberration)。
然而，WGP301没有在相对于入射锥型光束的中心光线正入射的方向取向。而是，WGP301相对于Z轴倾斜大约45°。更具体地，WGP从其平行于XY平面的初始排列绕+y轴旋转-45°(或者相对于z轴简单地倾斜-45°)。这使用右旋XYZ坐标系(RH-XYZ)遵循Euler(欧拉)角旋转的规则。如图2c和2d所示，当使用在偏离正入射时，如果传输的线性偏振(例如，p偏振)被包含在入射平面(P平面)内，则WGP301工作在高偏振对比度模式。再次参考图2c和2d，这种高对比度配置要求微丝平行于S平面取向(相对于中心光线，与入射平面正交)。由于光学系统(“光学径角性”)的亮度和孔径之间平衡(trade-off)，该子系统要求使用各个光学元件的适中的数值孔径。一般配置光学元件使其与f/2.4系统一起很好地作用(在空气入射中近似为±12°)。从而偏振的P和S平面指的是相对于每个局部WGP元件在锥形光束中的中心光线(此后称为主光线)的线性偏振。
调整延迟器302是补偿元件，如上面所述的，该元件被用于提高微显示系统的对比度性能等级。该调整延迟器302包括A-板部件，以及可选择的C-板和O-板部件。更特别的是，调整延迟器302提供比LCoS303的面内延迟更高的A-板延迟。因此，调整延迟器302是超频的，以使它的SA330被以非交叉方式定位在相邻象限(即，相对于RH-XYZ坐标系的象限3)。根据表1，对于适中高些的调整延迟器延迟和相当低的VAN-LCoS面板延迟，SA330的位置一般小于30°，并且仍较优选为与最靠近的“S”或“P”轴所成的角度小于15°。
调整延迟器在本领域是众所周知的。用于制造调整延迟器的材料的一些例子包括各向同性的聚合物，它们在一个或多个轴上被拉伸以形成二轴或单轴负双折射层、二轴有机薄片，例如纤维素乙酸酯、圆盘型(液晶)膜、双折射晶体、无机薄膜、扭曲螺旋铁电液晶聚合体和/或液晶混合物交叉连接为聚合物基质(LCP)。后者已经被证明在可靠性、均匀性和延迟目标的便易上是非常通用的，此外，与无机薄膜结合以提供-C板功能。得到的全功能调整延迟器进一步被证明具有优良的对比度补偿以及合乎环境要求的稳定。
VAN-LCoS面板303是在硅面板上的垂直排列向列型液晶，如本领域众所周知的。示出的面板303包括不透明的底层303a和可转换的液晶层303b。没有示出覆盖的玻璃和金属反射体。LCoS面板303被定位在其慢轴(SA)320位于RH-XYZ坐标系的第四象限中，同时在第一通道(RH-XYZ)中观看指向观察者的光束。在描述VAN-LCoS面板的SA320时，使用参考来说明具有向+z轴倾斜(正极性倾斜)的极化角的SA320的方位角。VAN-LCoS面板的快轴(FA)321与SA方向正交(即，相对SA方位角偏移±90°)。FA321位于第一象限，与x轴成45°方位角。
VAN-LCoS 303被以肖像模式被排列示出。更特别的是，定位矩形形状的(例如，4∶3或16∶9屏幕高宽比)显示单元，以使最长尺寸平行于WGP线排列。使用肖像模式的优点在于倾斜WGP的尺寸相对于非倾斜WGP以～1.41(也就是，1/cos(45°))的因数增加。因此，如果选择用于VAN-LCoS的风景模式，则以主入射的WGP的16/9屏幕纵横比变为～1.26，而不是～2.51。近单一屏幕高宽比保证了在高热和高通量情形下WGP挠曲度是最小的。当然，以风景模式排列的VAN-LCoS303也是可能的。
消偏器304是被定位以传输S偏振光的偏振器(例如，它在图2a中使用垂直双侧箭头和在图2b中使用圆点表示)。预偏振器300和消偏器304都被相似地定位，并且相对于主光线传播方向没有倾斜。依据一个实施例，消偏器304包括一级或多级的基本上平行的吸收偏振元件。
在操作中，从前级照明(未示出)光中输出的非偏振或部分偏振光340将通过预偏振器300，以获得P偏振光341。该光被传输通过WGP301，并且其偏振消光比被提高。调整延迟器302预调节入射P偏振光束342且产生椭圆输出。理想地，入射在LCoS面板303上(该面板处于暗(关闭)状态中)的偏振光的椭圆率不能由残余的面板延迟实现。反射光在完成通过VAN-LCoS面板303和调整延迟器302的双通道之后，因此保留P偏振。然而，对于给定的锥形光束和调整延迟器及VAN-LCoS面板延迟和轴取向的一些空间变化，现有的光线将累积一些椭圆光343。略微椭圆的偏振光343由WGP301检偏。更具体地，椭圆偏振光的S偏振分量344由WGP301的线侧偏离到正交通路312。该分量被称为“S泄漏”并通过消偏器304。该泄漏通过投射透镜(未显示)被中转到屏幕(未显示)，以及对接下来的对比度的降级起作用。通过WGP301传输的残余P偏振分量345经由光路313被投射回照明系统，进而最后被损耗掉。
特别地，图2a和2b中所示的WGP201以相对于z轴成+45°倾斜，它与在图1中所示的LCoS投射系统的红色和蓝色信道(即，类似于13、15)中使用的是相同的取向，而图2c和2d中所示的WGP301相对于z轴以-45°倾斜，它与在绿色信道(也就是，类似于14)中的取向相同。更具体地，第一WGP201是第二WGP301的镜像。在图2a和2c中所示的子系统被使用在同一LCoS投射系统中时，如例如在图1中所示的，调整延迟器202和调整延迟器302将具有或者不具有同一方向。理想地，相同的调整延迟器对于给定的LCoS面板是有用的，该面板用于带有不可被识别的整体对比度性能的WGP的不同方位。
表2显示器件参数，以在λ＝550nm处的2nm/250nm A板/C板VAN-LCoS面板的层叠为模型的全功能A-板/C-板调整延迟器(TR)的假定和拟合性能参数。
  参数   调整延迟器   VAN-LCoS
  A板延迟(nm)   7   2
  C板延迟(nm)   -220   250
  LC预倾斜(度)   --   4.5
Figure G061C6973520060919D000161
表2：器件参数，两级调整延迟补偿器和VAN-LCoS面板双折射补偿的假定和模拟性能参数。
使用10,000∶1的系统基线对比度，在λ＝550nm处以6,700∶1模拟双通道TR/LCoS和TR反射正交偏振泄漏光(S泄漏)的非相干总量。参照图3，视图(a)显示模拟的LCoS光关闭状态的双通道TR/LCoS S泄漏传输，而视图(b)显示单独的调整延迟补偿器的反射S泄漏。采用LH-XYZ坐标系。明显的，对于锥形光束中每一个光线角，使用均匀和低级泄漏光强度，该面板很好地被补偿。
在面板被高品质反射镜取代并且TR被从其典型位置移走时，该系统基线对比度是光学系统的锥适光对比加权。这种基线数量测量交叉偏振器的离轴泄漏光，包括WGP。预偏振器、WGP和偏振器的偏振对比度根据公布的数据而获得。假定WGP仅仅用作分光器件并且预偏振器和消偏器由二向色片制造，入射在TR上的光的偏振对比度近似由WGP传输的偏振对比度和二向色传输偏振对比度的乘积给出：450×1000。在返回通道中，WGP反射的偏振对比度是明显地差，对交叉检偏器给出30×1000的偏振对比度。这两个偏振消光率(偏振对比度的倒数)被利用作为在该模型中的输入偏振器和输出检偏器的琼斯矢量。因此，该系统基线对比度应考虑交叉偏振器的离轴效应。
在该模拟模型中，整体系统对比度不依赖于TR慢轴的方向。事实上，数值结果表明，对于不同的TR方向，对比度变化＜＜1％。在数值模型中，LCoS面板具有：其SA在LH-XYZ系统中以-45°定向，而TR的标称SALH-XYZ系统中以-98.1°定向。根据近似解析式得到的超频角为偏移交叉轴结构的±36.7°方位角，或者更远的的这两个位置的180°偏移。假定系统基线对比度10,000∶1，与标称对比度6,700∶1相比，数值模型中的四个TR取向都没有产生可感知的差异。
然而，系统对比度的实验测量值已经被建立，用相同的VAN-LCoS面板SA方向作为模型，用以在一些色彩波段提供如30％一样大的不同对比度。用于红、绿和蓝色信道的实验对比度在表3中被列出。
Figure G061C6973520060919D000171
表3：蓝色、绿色和红色波段中的单信道光引擎的系统对比度的实验测量值。
实验结构中的WGP结构与图2c中所示的结构相似，WGP以相对于z轴-45°倾斜。更具体地，WGP以相对于z轴-45°倾斜，并且面板的SA根据LH-XYZ坐标系在-45°取向(即，在第四象限)。标示为540的该结构在图5c中被清楚地示出。使用±超频角及其±180°变化，标示为546、547、548和549的四种可能的TR SA方向被建立。SA方向548和549位于第一象限1中，而SA方位546和547位于第三象限中。在各色彩波段中，实际方位超频角依赖于TR的精确A板延迟和VAN-LCoS面板(方位)。
通过感光加权打开状态和关闭状态强度值的对比，获得实验对比度。在表3中给出各色波段的波长范围。测量的系统基线值在红色、绿色和蓝色波长波段中分别为12,000∶1、10,000∶1和6,000∶1，用于会聚f/2.4光锥。再次参考表3，明显的是，最佳系统对比度在红色、绿色和蓝色波长波段中分别近似为4,500∶1、5,900∶1和7,900∶1。对应于位于象限3中的TR SA 547，该最佳方位根据LH-XYZ坐标系被定位在180°和225°方位角之间。根据比较最差TR SA方向和理想的TR SA方向的增益在红色、绿色和蓝色波长波段中分别近似为35％、20％和15％。
这里使用的方位角(实验和数值模型)参考RH-XYZ坐标系。在器件模型为专用时，RH-XYZ坐标系被参照为入射；在观察传输场时，RH-XYZ坐标系被参照为传输光束；在观察反射或双通道传输场时，RH-XYZ坐标系被参照为返回光束。因为这个规则，在传输和入射侧的坐标设置互相协调，但是反射侧中的坐标设置相对入射坐标设置具有左右镜像特性。在椭圆偏振器和延迟器的描述中，椭圆本征偏振态(eigenpolarization)的信号被连续使用在入射、传输和反射侧。
图4a中显示RH-XYZ坐标系。在说明欧拉角(用于单轴媒质的两个角度和用于双轴媒质的三个角度)时，对于正面观察入射光束，该坐标轴表示RH-XYZ。每个单轴层的极化和方位角由(θc，φc)表示。当从输入侧观察反射(或者双通道传输)器件时，通过将X轴的方向反置来保持RH-XYZ系统。当参考入射光束(也就是，观察入射的后面)时，用于反射观察的RH-XYZ坐标设置相当于LH-XYZ坐标设置。这示显示在图4b中。在两个RH-XYZ和LH-XYZ坐标系(定义，当它们均被用作入射参照时)中，对于从正x轴的逆时针(CCW)旋转，方位角被定义为正的。这个轴方向被用于例如来描述延迟器的快/慢轴。为了详细说明光锥中的观察面，传输的观察面与入射面平行。然而，对于反射(或双通道传输)系统，观察面与入射面具有180°偏移(用于360°方位角平面范围和0至90°极化角范围)。
根据XYZ坐标系建立的规则，图2a-d中所示的子系统中全部可能的TR和LCoS结构被进一步分析。参考图5a-d，显示了WGP501相对于z轴-45°取向时TR和LCoS方向的可能结构。更具体地，图5a显示了第一结构500，包括用于第一LCoS面板503方位的TR502的四种可能的SA方向(506、507、508和509)，其中LCoSSA504位于第三象限，基本上与快轴505正交。图5b显示第二结构520，包括用于第二LCoS面板523方位的TR522的四种可能的SA方向(526、527、528和529)，其中LCoS SA 524被位于第一象限，基本上与快轴525正交。图5c显示第三结构540，包括用于第三LCoS面板543方位的TR542的四种可能的SA方向(546、547、548和549)，其中LCoS SA 544位于象限4，基本上与快轴545正交。图5d示出第四结构560，包括用于第四LCoS面板563方位的TR562的四种可能的SA方向(566、567、568和569)，其中LCoS SA 564位于象限2，基本上与快轴565正交。这些结构500、520、540和560参照LH-XYZ坐标系。该面板的SA 504、524、544和564被假定基本上对分系统S和P偏振方向(例如在平分线的±10°内)。
参照图6a-d，显示了在WGP601被相对于z轴以+45°取向时，四种可能的LCoS面板SA方向和十六种可能的TR SA方向。更具体地，图6a显示第一结构600，包括用于第三LCoS面板603方位的TR602的四种可能的SA方位(606、607、608和609)，其中LCoS SA 604位于象限4，基本上与快轴605正交。图6b显示第二结构620，包括用于第四LCoS面板623方位的TR 622的四种可能的SA方向(626、627、628和629)，其中LCoS SA 624位于象限2，基本上与快轴625正交。图6c显示第三结构640，包括用于第一LCoS面板643方位的TR 642的四种可能的SA方向(646、647、648和649)，其中LCoS SA 644位于象限3，基本上与快轴645正交。图6d显示第四结构660，包括用于第二LCoS面板663方位的TR662的四种可能的SA方位(666、667、668和669)，其中LCoS SA 664位于象限1，基本上与快轴665正交。被称为600、620、640和660的四种可能的光学系统结构分别指结构500、520、540和560的镜像(关于y轴)。注意到，尽管具有CCW正极性方位角规则的LH-XYZ坐标系被采用用于描述TR和LCoS慢轴的方向，所指示的方向实际上表示(LcoS中和可能的TR器件中的)O板双折射媒质的光轴相对于入射光向+z方向倾斜。
由于数值模型没有预测对于不同TR同步角的基本上不同的对比度等级，在该模型中没有结合倾斜的WGP的作用的情况中，实验数据已经被用于量化该系统性能。该实验使用f/2.4会聚光锥。尽管有包含三种元件(WGP、TR和LCoS)方向的32中可能的结构，图5和6中显示的该结构之间的镜像特性是被用于消除16的非唯一结构。此外，使用两种不同类型的延迟补偿器。在沿着其SA平面测量时，第一类型TR具有与入射角(AOI)关系的不对称净线性延迟的曲线。这种曲线例如可以由倾斜的单轴O板或倾斜的双轴O板给出。第二类型TR具有沿其SA平面的与(AOI)关系的对称线性延迟曲线。在图7和8中分别示出用于非对称和对称TR的SA和FA平面净线性延迟曲线。参照图7，非对称TR显示在大约5°AOI处的峰值线性延迟。通常地，非对称延迟将包含倾斜结构，作为非均匀性单轴O板/C板叠层或均匀性倾斜的双轴O板。参照图8，对称TR的两轴曲线关于法向入射成镜像(对称)。使用Axometrics公司Axoscan穆勒(Mueller)矩阵偏振器在λ＝450nm处收集这个实验数据。由于如表3中所述的各种TR方向的对比度之间的显著差异，而选择近似处于蓝色波段中心的该波长。在图9、10中分别示出用于非对称和对称TR例子的单通道传输延迟分量(即，线性延迟、线性延迟器轴和圆延迟)。迎面观察光束时，正入射的非对称延迟器的SA方向根据RH-XYZ坐标系被近似排列在-85°处。迎面观察光束时，正入射的对称延迟器SA方向根据RH-XYZ坐标系被近似排列在-65°处。非对称TR没有示出任何明显的圆延迟，在所有观察方位上直到±20°AOI。然而，在同样观察锥面上，对称TR例子显示出在λ＝450nm处的直到7nm的圆延迟值。
使用PR-705分光辐射度计收集实验对比结果。在灯关闭和灯打开状态的强度在蓝色波段(λ＝430-490nm)成像上被加权。在灯关闭状态中没有驱动VAN-LCoS面板。表4a-d分别列出了结构500、520、540和560的这些结果。考虑到光学结构中的镜像对称，结构600、620、640和660的结果分别源自结构500、520、540和560。
Figure G061C6973520060919D000201
表4(a)：光学结构500的蓝波段中的实验对比度测量值。
 结构520
  TRSA  对比度(不对称TR)  对比度(对称TR)
  526  3600  3300
  527  3300  2400
  528  4200  3500
  529  3300  2400
表4(b)：光学结构520的蓝波段中的实验对比度测量值。
表4(c)：光学结构540的蓝波段中的实验对比度测量值。
表4(d)：光学结构560的蓝波段中的实验对比度测量值。
Figure G061C6973520060919D000213
  607   4100   4400
  608   3700   2600
  609   4400   4000
表5(a)：光学结构600的蓝波段中的实验对比度测量值。
表5(b)：光学结构620的蓝波段中的实验对比度测量值。
Figure G061C6973520060919D000222
表5(c)：光学结构640的蓝波段中的实验对比度测量值。
Figure G061C6973520060919D000224
  668   4300   4500
  669   3400   2600
表5(d)：光学结构660的蓝波段中的实验对比度测量值。
这些实验结果使一般的观念无效：此观念即对于给定的LCoS面板方位，TR的四种可能的方位是相等的。对于蓝波段中的各个面板方位、各个TR方位和各个WGP方位，显示了不同的结果。这些结论可被扩展到可见波长区域中的所有色彩波段。
参考所测量的包括不对称TR的子系统的对比度，无论WGP被如何定位，对于每个面板方位，通常都有一个最佳的TR方位。在各种情况中，将系统定位至最佳的TR方位，以使位于法向入射处的调整延迟器的慢轴最接近输入到该系统的线性偏振。在这里，，慢轴方位指的是与倾斜在RH-XYZ坐标系中的正极性单轴指向器所成的方位角，和与倾斜在LH-XYZ坐标系中的负极性单轴指向器所成的方位角。
在调整延迟器的A板延迟适度大于LCoS面板的A板延迟时，TR的SA基本上平行于引入到该光学系统中的线性偏振(例如，在这里所述的光学结构中的x轴中±30°或更优选地在±15°内)。对于面板VAN-LCoS方位和选择最接近引入偏振的SA方位，如表6(a)中所列举的，所选择的最佳TR SA位置在特定的第1/8圆周内。
  结构   TR[φR]  LCoS[φL]
  500&640   0°→-44°   -135°
  520&660   136°→180°   45°
  540&600   -136°→-180°   -45°
  560&620   0°→44°   135°
表6(a)：使用不对称调整延迟补偿器层叠的VAN-LCoS面板的理想补偿的方位角范围，其中各个方位角范围从最近P偏振轴延伸出近似45°。引入了偏离S和P偏振平分线的标定1度。
在对称TR的情况中，慢轴不容易与其旋转180°的方向区分。蓝波段中的实验对比结果显示：以正入射的TR中的SA应当被排列成最接近引入的线性偏振。选择的TR SA方向及其旋转180°的倒转方向给出了测量噪声内的对比性能。如表6(b)中所列举的，所选择的两个最佳TR SA位置在特定的第1/8圆周内。
 结构  TR[φR]   LCoS[φL]
 500&640  0°→-44°   -135°
  136°→180°
520&660   0°→-44°136°→180° 45°
540&600   0°→44°-136°→-180° -45°
560&620   0°→44°-136°→-180° 135°
表6(b)：使用对称调整延迟补偿器层叠的VAN-LCoS面板的最佳补偿的方位角范围，其中各个方位角范围从最近P偏振轴延伸出近似45°。引入了偏离S和P偏振平分线的标定1度。
注意的是，仅仅提及调整延迟补偿器和VAN-LCoS面板的慢轴的方向，而没有考虑该两个器件的屏幕高宽比。对于在各个颜色信道和不对称TR的给定WGP方位，就一些面板SA位置来说，存在具有近似相当最高对比值的三个TR方位(例如，具有-45°WGP定位的结构560和具有+45°WGP定位的结构660)。可以选择该三个TR定位中的任何一个。在面板SA的其它定位中，仅仅可能为单个最佳的TR SA定位(例如，具有-45°WGP定位的结构520和具有+45°WGP定位的结构620)。如在表6a和6b中所强调的分别对于不对称TR的一个第1/8圆周区域内和对于对称TR的一个第1/8圆周区域内的最佳SA方位可实现基本相等图像对比性能，而不管投影系统中的WGP的方位和LCoS面板SA的方位。
VAN-LCoS面板的标定SA已经名义上被限定在±45°和±135°。实际上，有该标定SA方位的小容差范围。该容差通常偏离上述VAN-LCoS面板标定SA方位在±15°内，更优选在±10°内，更进一步优选在±5°内。面板SA方位偏离给定象限中预期的SP平分线的这些小的方位角对表6(a)和6(b)中所记录的最佳TR SA方位区域没有影响。
在图11a/b、12a/b、13a/b中示出了当TR为不对称TR时的所有四个VAN-LCoS面板方位的TR SA方位的最佳范围。对于各个LCoS方位，一般仅仅有一个提供整体对比度最大值的TR SA方位。对于两个WGP方位，遮蔽区域中该方位的选择提供了最佳方位，此最佳方位采用LCoS面板SA方位中的任何一个都可实现基本上相等的对比度性能。
在各个光学结构中的不对称调整延迟器的唯一最佳方位具有其SA方位角，该SA方位角被定位在与LCoS面板SA的象限位置关于y轴成镜像的象限中。该y轴还是两个WGP方位的旋转轴(相对于z轴倾斜±45°)。最佳TR SA方位被包含在第1/8圆周内，最接近引入的偏振轴，该偏振轴在与LCoS面板SA的象限位置成镜像的象限中。这种观察对于TR A板延迟的所有值、一直到半波是有效的。超过半波TR A板值，则慢和快轴的作用转换。为了补偿具有低板内延迟的VAN-LCoS板，以λ＝550nm作为参照，典型地使用具有范围为从0nm到大约四分之一波长的A板值的TR，更优选0nm到第1/10波长，更进一步优选第1/50波长。
如果该调整延迟器的离开该器件的前、后表面的抗反射性能十分类似，则对于结构500和640的最佳定位的不对称调整延迟器(也就是，面板方位#1)可被转变，以最佳补偿结构540和600(也就是，面板方位#3)，并且反之亦然，如果调整延迟器围绕x轴旋转180°。换言之，标记的SA位置关于x轴成镜像。然而，由于认识到该面板的间接倾斜被倒转，所以参照正极性倾斜(相对于z轴)的SA方位具有另外180°方位角偏离。同样地，结构520及660(也就是面板方位#2)和结构560及620(也就是面板方位#4)的最佳不对称TR方位是成镜像的，通过180°围绕x轴旋转而被链接。
在图15a/b、16a/b、17a/b和18a/b中给出具有对称TR的最佳TR SA方位的图形表示。对于每个LCoS面板SA方位，有2个基本上相等对比度性能的TR的SA方位。这两个最佳方位基本上平行于入射的线性偏振。这两个方位的区域被标记为最靠近入射线性偏振的阴影的1/8圆周。
注意到，当TR为均衡TR时，WGP方位的选择对位于最佳TR SA位置的绝对对比数起重要作用。例如，参考表4b和5d，蓝波段内实验对比测量示出结构520的最大值3500和结构660的最大值4500，两者都使用面板方位#2。相比较，当TR为不对称TR时，有相当较小的差异(也就是，对于结构520和660分别为4200和4300)。
通过模拟VAN-LcoS面板和WGP，可进一步验证在变化的调整延迟器方位之间的系统对比度中实验观察到的差异。
在投影显示器中使用的VAN-LCoS面板被模拟为倾斜排列的LC器件(也就是，O板结构)。图19示出倾斜排列LCoS器件中LC单元400的例子。LC层401被夹在覆盖玻璃402和硅基底403之间。在基底403的顶表面制造超大规模集成(VLSI)电路和光学性能反射式电极(例如，铝镜，没有示出)。在镜上施加的电压驱动LC分子404，在覆层玻璃402上的相对透明电极提供其余的电接触。在启动状态中，远程平均的LC指向器405从器件法线(z方向)407略微倾斜。这个极化角θc以方位角φc投影在器件平面上。该方位角平面也是倾斜平面406。注意到，极化角θc是相对于+z轴的正极性角，并且被限制位在0和90°之间的数值。LC指向器的方位角φc被限定在360°范围内。图19中示出使用“RH-XYZ”坐标系的倾斜面和极化角。(θc，φc)角对专门说明平均LC指向器的方位。使用大致的轴上锥体图解说明该LCoS器件(也就是，锥轴平行于该器件法线)。入射平面410包含波矢(wavevector)408，其中该波矢相对于器件法线407以极化角θ倾斜。使用诸如LCoS之类的反射式器件，可方便的示出LH-XYZ坐标系中的视角。入射波矢被反射为409。该视平面(其处于180°方位角，不同于入射平面)与LH-XYZ系中的x轴成φv角度。类似地，(θ，φv)角对专门说明观察位置。
VAN-LCoS面板中使用的LC混合物是具有负介电各向异性的正极性单轴材料。这种类型的LC混合物的一些例子包括Merck MLC-6608和MLC-6610。在施加的电场处，LC指向器朝向该器件平面旋转。在启动状态(light-off-state)处，LC单元在转换所要求的阈值电压下被驱动，或根本不被驱动。LC指向器在灯关闭状态中几乎为是相似图形(homeotropic)。典型地将小的预倾斜角设定在5°和10°之间，以避免LC指向器的旋转位移，更少的受到散射场切换的影响，进而加速在法向操作处的切换响应。VAN-LCoS的倾斜面相应于慢轴平面。由于VAN-LCoS平面中的O板结构，包含LC模块中的正极性倾斜的方位角被确定。在该单元的厚度上，VAN-LCoS中的LC预倾斜被假定为均匀的。对于透射式器件，该O板结构在整个视锥上不产生任何有意义的圆延迟(例如，直到±30°极化角)。然而，由于反射，均匀O板结构产生可测量的圆延迟。
图20说明模拟VAN-LcoS面板的模拟的反射延迟分量，用于确定具有正极性倾斜的慢轴方位。更具体地，图20示出所有方位角视平面的在30°AOI处的VAN-LcoS的模拟。当视平面与倾斜面相一致时，观察者(或测量仪器)看到最大的线性延迟，但没有圆延迟。这是包含LC单元慢轴的平面。相反地，当视平面与快轴平面相一致时(正交于倾斜平面)，观察者看到线性延迟的倾斜(dip)，同时圆延迟量级是最大的。圆延迟被标记为正的符号和负的符号，分别与左旋和右旋圆偏振相关联。这种规则遵循在Yeh等的“Optics of liquid crystals displays”、John Wiley & Sons，New York中所述的自然术语(natural nomenclature)。图形示出了用于LCoS SA方位(相对于z轴具有正极角的LC的倾斜面)的[45°，135°，225°，315°]LH-XYZ的±圆延迟符号的位置。
图21给出用来观察极角高达±30°的锥体的LCoS延迟分量。这些延迟分量：线性延迟、延迟轴和圆延迟分别被示出在(a)、(b)和(c)中。LCoS模型中的LC指向器被定位在135°(相对于RH-XYZ定律)，从而SA沿着东北/西南线(相对于LH-XYZ视锥)。尽管通过线性延迟图确定VAN-LCoS倾斜平面是可能的，但是如果没有利用圆延迟图而辨别LC正倾斜对(vs.)负倾斜是不可能的。沿SA平面，圆延迟数量近似为零。沿正交方位角平面，圆延迟达到最大数量。根据具有正LC指向器倾斜的VAN-LCoS SA方位(在坐标系LH-XYZ中旋转)，最大圆延迟数量的符号以90度CCW观察方位转动为正的，以90度CW观察方位转动为负的。以大约30°离轴照明，圆延迟的数量可以被容易地测量到。在这种模拟中，VAN-LcoS具有4.5°预倾斜和2nm/250nm A板/C板λ＝550nm的线性延迟分量，以及其LC指向器具有被定位为φc＝135°的正倾斜(RH-XYZ坐标系)。因为锥光偏振(conoscopic)圆延迟图被示出用于反射检查，所以将慢轴定位在45°方位角(LH-XYZ坐标系)。
明显地，在针对极化和方位视角绘制该面板的净反射延迟曲线时，缺少平行于LCoS面的法向入射方向的对称的单轴。这种对称的缺乏被认为为至少部分理由：对应于调整延迟器的四个可能超频角的四个局部对比度最大值是不相等的。
如上所述，包括调整延迟器和VAN-LCoS面板的两级模型没有对补偿效率相对于调整延迟SA方位的依赖程度(也就是，四种可能超频角提供近似相同的补偿)进行预测。再者，在该模型中的输入偏振器和输出检偏器不是双折射的，尽管包含适当的偏振消光率。在高性能LCoS系统中，使用线栅PBS提供宽波长波段和宽角度接收。除了损耗之外(低生产功效)，WGP的第二不合需要的方面为该器件的相位延迟。
实际上，WGP是具有有效媒质理论(EMT)指标线的双折射器件(尽管其主要功能仍旧是分光器和偏振器中之一)。在投影应用中，WGP指标线倾斜于标定系统XY平面。显然，WGP具有双折射参数，该参数影响面板的VAN-LCoS残余延迟分量。以法向入射，非常高的消光率应当消除双折射效应。然而，在锥体应用中，尤其对于反射，不交轴光线(skew ray)效应成为得到TR/LcoS对的固有对比度的限制因数。
在图22中示意示出模拟的线栅450。一系列平行的微丝451被沉积在玻璃基底452上，以形成一维光栅。将该光栅向量平行于x轴排列。在该模拟中，假定空气453充满这些丝之间的缝隙。显示入射波矢454相对于器件法线456成极化角θ。该波矢被包含在入射平面455中。该入射平面相对于x轴成方位角φ。采用RH-XYZ坐标系。在光引擎结构中，一般将玻璃基底452朝向光源(未显示)定向。引入的光通过WGP450，从玻璃452至光栅451作为会聚光锥。在第二通道上，扩散锥体入射在线侧上，以及线栅451的反射被偏离向检偏器/投影透镜。
在图23中示出相对于WGP器件法线的锥体照明的极化和方位角偏移。在该模拟中，假定使用f/2.4锥体(在空气中～12°半锥宽)以及将WGP绕y轴旋转45°(RH-XYZ约定)。总的方位角范围近似为±15.5°(由半锥宽除以WGP倾斜角而得到的值的反正弦给出)，而最大AOI范围为从33°至57°。AOI范围取决于所选择的观察方位角。方位角的平面为局部入射面。在锥体折射到如玻璃媒质中时，各个采样方位角被保持，但根据斯涅尔定律(Snell′s law)光线角被减小。在玻璃媒质中的锥体的横截面为椭圆形，伴随沿旋转轴(y轴)的锥宽度延长。对于折射率为1.52的玻璃，沿主入射面(XZ面)的AOI范围大约为从21°到33.5°。
在锥形装置中已经模拟了一种这样的WGP。微丝(microwires)被假定具有150nm的宽度、170nm的深度和丝对光栅周期的占空比为47％。在该线上面或下面没有附加的涂覆层。使用诸如来自Grating S olver Dev.Corp.，PO Box 353，Allen，Texas75013的Gsolver软件模拟的模型采用模态分析和严格耦合波分析(rigorous coupled-wave analysis，RCWA)相结合来计算线栅光栅的矢量衍射输出。由于可见波长波段内的短光栅节距，对于透射和反射该光栅仅仅产生零级(其它级消逝)。在该器件计算中，获得至多±20级。0R和0T级的合成振幅电场(分别为反射和透射中的零级)此后被转变为球形“S”和“P”坐标系。对于透射和反射，要求用2×2Jones(琼斯)矩阵来计算。该Jones矩阵被分解为紧跟在椭圆延迟器后面的椭圆偏振器(衰减器)。
铝线栅被模制为复合指数(n，k)(例如，根据the Handbook of optical constants ofsolids，Ed.E.D.Palik，Academic Press，Orlando，1985(固体的光学常数手册，Ed.E.D.Palik，学术出版社，Orlando，1985))的列表。在表7中提供了Al(铝)层及玻璃基底的光学常数的一些例子。
  材料   蓝波段(450nm)   绿波段(550nm)   红波段(650nm)
  Al   0.626-5.506i   0.974-6.723i   1.499-7.835i
  玻璃   1.5248   1.5208   1.5158
表7：在模拟WGP中使用的铝层和玻璃基底的光学常数。
在穿过WGP透射的第一通道中(从玻璃至导线)，在图24和25中分别示出透射场的衰减(diattenuation)和延迟分量。在λ＝450nm处执行计算，同时θ在玻璃中的范围为从21°至33.5°且观察方位角φv的范围为从-15.5°至+15.5°。根据这些计算角度范围，图24的上半部显示了衰减分量，其中(a)是线性衰减图，(b)是透射的偏振轴图，以及(c)是圆形衰减图，对于从玻璃到线栅的透射，每个图覆盖至少f/2.4采样锥。在极化和方位角方向中都采用相同的角度步长。该视锥的该部分略微大于玻璃中的折射(真实的)锥(图23中的实际折射锥与以器件法线为中心的锥段的四侧相切)。该段的锐角转角不表示实际光椎中的光线角，进而这些数据点被忽略。图24的下半部示出了视锥内的衰减分量，其中(d)是线性衰减图，(e)是透射的偏振轴图，以及(f)是圆形衰减图，对于从玻璃到线栅的传输，每个图仅仅覆盖所要求的f/2.4采样锥。这些后面的三个视锥坐标被参照为空气中的锥轴。
在透射中，WGP的线性衰减是非常高的，如图24(d)中所示近似100％。线性衰减轴被称为“高振幅”轴(HA)，以避免与在传统吸收偏振器和线栅反射偏振器中使用的透射轴和吸收轴相冲突。对于WGP，其光栅向量平行于x轴，对于透射场，HA方位基本上平行于全局“P”偏振排列，以及对于反射场，HA方位基本上平行于全局“S”偏振排列。当锥光偏离入射的主平面(也就是，远离φv＝0°或180°)时，HA方位角偏离P偏振。对于空气中典型的f/2.4锥，图24(e)显示可能存在差不多±1.7°的衰减轴变化。类似地，圆衰减投射在非主平面入射处。在相当于空气中的f/2.4锥内，在透射中WGP的圆衰减达到近似±3.4％。
图25示出了相应的模拟延迟结果，包括线性延迟图(a)、慢轴图(b)和圆延迟图(c)，其中各个图覆盖所要求的采样f/2.4锥。对于用作玻璃至导线传输的WGP，线性延迟数量在任何观察点都是相当均匀的。在λ＝450nm处的结果表示线性延迟(～177nm延迟对450nm波长)的0.4个波。当线性延迟轴分布与线性衰减器轴分布相比较时，慢轴图表示线性延迟轴分布相似但不相同的分布。在相当于空气中的f/2.4锥内，该慢轴被分布在90°±2.5°上。注意到，在这里采用的极性分解方法假定衰减器紧跟在延迟器之后。这意味着，透射的光使用在空气中相当f/2.4锥中范围为0°±1.7°的HA轴来线性偏振，进而该线性偏振光受到在相同锥内具有90°±2.5°的慢轴分布的线性延迟的大约0.4波束的影响。传输中的WGP的圆延迟在f/2.4锥(λ＝450nm)的极限垂直方位角处变化范围为±5.4nm。
在第二通道上，在输入光已经两次通过调整延迟器和LCoS面板之后，WGP的反射场性能(从空气到玻璃)均是很重要的。图26和27中分别显示出反射场中f/2.4锥(在空气中)中的模拟的衰减和延迟特性。在第二通道(反射)中的WGP的衰减特性比其第一通道传输衰减(玻璃到导线)差。参考图26，线性衰减图(a)示出：线性衰减现在严重依赖于视锥位置(从最大AOI到最小AOI或者在空气中从大约57°到33°AOI，其变化范围从大约78％到87％)。慢轴图(b)示出：线性衰减轴变化高达±4.7°，在f/2.4锥内(对第一通道中±1.7°的范围)。圆衰减图(c)示出：相比于透射的第一通道中的圆衰减，该圆衰减还属于最大幅度，在f/2.4锥内处于高达±6.1％。
通过较差的反射延迟性能再加上显著较差的反射衰减特性。图27中的线性延迟图(a)示出：在标定f/2.4锥内，参考λ＝450nm处，对于AOI在空气中从33°变化到57°，净线性延迟从近似125nm变化到175nm。这明显地表示相关于锥轴的O板双折射。将线栅等效指标图的倾斜相关于系统XY平面以大约+45°排列。注意到，该模拟被执行作为会聚锥。在光引擎中，在WGP处的第二通道使用扩散锥，这表示衰减和延迟参数围绕其锥轴被旋转180°方位角。再次参考图27，反射场(b)的慢轴分布改变高达±3.8°，略差于透射的第一通道，而在反射场中不存在圆延迟(c)。
注意的是，在基于VAN-LcoS的投影系统中双折射补偿略微受到存在相对于系统z轴以标定±45°倾斜的WGP的影响。通过线栅的第一通道(从玻璃到铝)将不可忽略的圆延迟引导入已经线性极化的光束。透射中的WGP的延迟性能类似负单轴A板(具有非常小的光轴倾斜)。这种性能已经被开发，以使WGP在面板内旋转，并且可被用作补偿器。
还注意到的是，对于调整延迟元件，同样显示出视锥(viewing-cone)依赖圆延迟，当视锥各个象限中的圆延迟符号没有被适当地排列时，该调整延迟元件的某些方位将达不到最佳。这解释了实际补偿面板对比度值中的变化，这些值可使用具有不可忽略的圆延迟的对称延迟器来得到。
光两次穿越调整延迟补偿器/VAN-LcoS面板器件之后，光再次从空气侧到达WGP。在这里反射场是重要的。反射中的WGP延迟特性的模拟结果显示：获得大致上O板单轴双折射，而没有任何圆延迟。O板具有包含在WGP器件倾斜平面内的光轴。具体在慢轴偏离该系统“S”和“P”主平面时，相对于锥轴的线性延迟中的变化推动使用LcoS和TR器件的那些特性补充WGP双折射的倾斜的需求。
任何线栅被使用在相反方位中(面向光源的基底侧)，期望的是反射场将示出O板双折射。此外，调整延迟器应当被适当定位，以实现非常高的系统对比度。
相对于z轴以±45°倾斜的WGP的延迟参数随工作波长是相当分散的。对于空气中f/2.4锥体内的一些极化视角，模拟的锥体上的净延迟小于λ＝450nm处的半波。该延迟的幅度达到λ＝550nm和650nm处的大约半波(和更高)。在各个波长照明中，WGP的反射场具有相关等效O板双折射。
清楚地，除了VAN模式LcoS延迟曲线不对称之外，相对于z轴以±45°几何排列的WGP产生的不对称，这被认为导致这样的事实：对应于四种可能的调整延迟器的超频角的四个局部对比度最大值未必相等。此外，例如如图7中所示，如果调整延迟器在沿其慢轴平面的净延迟曲线中显示为不对称的，则该增加的不对称还可导致以下事实：对应于四种可能的调整延迟器的超频角的四个局部最大值是不相等的。
依据本发明，调整延迟器被同步到最佳方位角方位，以使整个系统对比度基本上不受液晶显示器面板的慢轴的方位角位置和/或WGP方位的影响。
例如，相对于前者，当不对称调整延迟器被同步以使在法向入射处的该调整延迟器的慢轴接近平行于入射光的偏振轴和将线栅以-45°定位，对于这四种不同面板定位，表4a-d中列出的所测量的对比度包括4100、4400、3600、4200、4400、3400、4700和4300。所测量的对比度的差异可通过选择启动超频角来使其进一步减小，该启动超频角位于与LCD面板的SA的象限位置关于垂直于入射光的偏振轴(也就是，y轴)的轴成镜像的象限中。由于这种限制，以及如图11a、12a、13a和14a中调整延迟器的右上角中所总结的那样，测量的对比度包括4100、4200、4400和4300。清楚地，在这些四种结构的每一个中的调整延迟器被同步至最佳方位角方位，从而导致整体系统对比度基本上不受液晶显示面板中慢轴的方位角位置的影响。
类似地，当不对称调整延迟器被同步以使位于法向入射处的该调整延迟器的慢轴接近平行于入射光的偏振轴和将线栅以+45°定位，从而对于该四种不同面板定位，在表5a-d中列出的所测量的对比度包括4100、4400、3600、4200、4400、3400、4700和4300。此外，所测量的对比度的差异可通过选择启动超频角来使其进一步减少，该启动超频角在与LCD面板的SA的象限位置关于垂直于入射光的偏振轴(也就是，y轴)的轴成镜像的象限中。由于这种限制，以及如在图11b、12b、13b和14b中调整延迟器的右上角中所总结的那样，经测量而得到的对比度包括4400、4300、4100和4200。清楚地，在这些四种结构的每一个中的调整延迟器也被同步至最佳方位角方位，从而导致整个系统对比度基本上不受液晶显示面板中慢轴的方位角位置的影响。此外，与11a和11b、12a和12b、13a和13b及14a和14b中所示的调整延迟器中右上角中所列对比度相比较，这些最佳方位角方位还导致整个系统对比度基本上不受WGP的方位的影响。
有利地，本发明产生在商业上有利用价值的最优化技术方案，该最优化技术方案产生一致的整体系统对比度等级，从而标准化产品的对比度比率。更具体地，该最优化技术方案允许使用定位在适当的最佳区域中的其SA分割的一套调整延迟器，以用作在相同或不同投影系统中不同定位的LCD面板和/或定位的WGP，同时仍旧保持相似的对比度比率。
明显地，由本发明提供的最优化技术方案明显不同于用实验方法确定对应于最高整体系统对比度的调整延迟器的方位角方位。例如依据本发明的一个实施例和参考图11a和11b，不管WGP的方位(例如，对于结构500和640，这分别产生相似的对比度4100和4400)，面板方位#1中的LcoS的不对称调整延迟器的最佳方位角在0和-44°之间。参考表4a，对于在136°和180°之间的调整延迟器SA方位508，面板定位#1和以-45°定位的WGP的最高实验对比度测量值是4400。尽管对于以-45°定位的WGP，此SA定位范围(也就是在136°和180°之间)产生比最佳范围(也就是在0和-44°之间)高的实验对比度测量值，但是如果结构采用相同的范围，其中WGP以+45°定位，则所得到的对比度测量值较低(例如，对于SA定位648为3400)。
在对称调整延迟器被同步以使位于法向入射处的该调整延迟器的慢轴最接近传输到LCoS面板的线性偏振时，从而对于四个面板方位和-45°的线栅方位，表4a-d中列出的测量的对比度值为4400、4000、3300、3500、3400、3800、4100和4500。相比于调整延迟器的慢轴被随意选择时的最大变化2300(也就是，方位566与569)，这些所测量的对比度比率提供最大变化为1200。因此，在这些八个结构的每一个中的调整延迟器据说被同步到最佳方位角方位，该最佳方位角方位提供基本上不受液晶显示器面板的慢轴的方位角位置影响的整个系统对比度。
类似地，在对称调整延迟器被同步以使位于法向入射处的该调整延迟器的慢轴最接近传输到LCoS面板的线性偏振时，从而对于四个面板方位和+45°的线栅方位在表5a-d所列出的测量的对比度等级为4400、4000、3300、3500、3400、3800、4100和4500。相比于调整延迟器的慢轴被随意选择时的最大变化2300(也就是，方位667与668)，这些所测量的对比度提供最大变化为1200。因此，在这八个结构的每一个中的调整延迟器据说被同步到最佳方位角方位，该最佳方位角方位提供基本上不受液晶显示器面板的慢轴的方位角位置影响的整个系统对比度。明显地，在与在图15a和15b、16a和16b、17a和17b及18a和18b中所示调整延迟器的右上角列举的对比度值比较中，WGP的方位在确定整个系统对比度中比在调整延迟器是非对称的实施例中起到更重要的作用。
依据本发明的一个实施例，所选择的用来补偿特定类型LCD面板的不对称调整延迟器被设置在WGP和LCD面板之间并且被旋转，以使其慢轴在依赖LCD面板的慢轴的方位而选择的预定最佳范围内。例如如果LCD面板的慢轴对应于面板方位#1，则预定的最佳范围将在0和-44°之间，而如果LCD面板的慢轴对应于面板方位#2、#3或#4，则预定的最佳范围将分别在136和180°、-136和-180°及0和44°之间。一旦其慢轴处于预定范围内，则调整延迟器被同步到精确的最佳方位角(例如，利用计算出的超频角和/或实验微调)。可选择地，使用与第一调整延迟器相同参数制造的第二不对称调整延迟器被设置在第二WGP和第二LCD面板之间并且被旋转，以使其慢轴在依赖第二LCD面板的慢轴的方位而选择的第二预定最佳范围内。第一和第二调整延迟器、WGP和LCD面板或者是不同投影系统的部分，或者是在同一投影系统中的不同颜色信道。关于后者，不同颜色信道可以具有被不同定位的WGP和/或不同定位的LCD面板。有利地，这种最佳技术方案产生基本上不受第一和第二LCD的慢轴方位和/或两个WGP的方位影响的整体系统对比度。
用于不对称调整延迟器的适合材料的一些例子包括a)配置为单轴O板的液晶聚合体、具有诸如形状双折射涂层之类的可选-C板部件，b)倾斜的圆盘状(负)单轴O板(例如富士广视角膜(Fuji Wideview film))，其中-C板部件与O板部件均匀结合在一起，c)倾斜的负双轴有机膜片，例如纤维素乙酸酯混合物，其中双轴媒介的c轴倾斜于器件法线，d)配置为O板(具有一或多层)的双折射晶体(固体)，正极和负极双折射晶体均是可利用的，e)倾斜涂覆的无机薄膜延迟器，其中合成的等效指数指标图是倾斜的单轴或双轴双折射，和/或f)扭曲的(变形的)螺旋铁电液晶聚合物，其中各个LC指向器相对于器件法线是倾斜的，除了当它围绕z轴进动时LC指向器的连续扭动将有效指数指标图平均为倾斜负双轴双折射中之一。可选择地，通过一不同类组合，具有倾斜c轴和具有面内延迟分量的不对称调整延迟器包含另外的C板部件(不同类的延迟器)。
依据本发明的另一个实施例，所选择的用来补偿特定类型LCD面板的对称调整延迟器被设置在WGP和LCD面板之间并且被旋转，以使其慢轴在依赖LCD面板慢轴的方位而选择的两个预定最佳范围之一内。例如，如果LCD面板的慢轴对应于面板方位#1，则两个预定的最佳范围将在0至-44°和136至180°之间，而如果LCD面板的慢轴对应于面板方位#2、#3或#4，则该预定的最佳范围将分别在0至-44°和136至180°、0至44°和-136至-180°及0至44°和-136°至-180°之间。一旦其慢轴处于两个预定范围之一内，则调整延迟器被同步到精确的最佳方位角(例如，利用计算出的超频角和/或实验微调)。可选择地，使用与第一调整延迟器相同参数制造的第二对称调整延迟器被设置在第二WGP和第二LCD面板之间，并且被旋转，以使其慢轴在依赖第二LCD面板的慢轴的方位而选择的两个预定最佳范围之一内。第一或第二调整延迟器、WGP和LCD面板或者是不同投影系统的部分，或者位于同一投影系统中的不同颜色信道。关于后者，不同颜色信道可以具有被不同定位的WGP和/或不同定位的LCD面板。有利地，这种最佳技术方案导致整体系统对比度基本上不受第一和第二LCD的慢轴方位和/或该WGP的方位的影响。
适合的对称调整延迟器的一些例子包括a)配置为单轴A板(调整延迟器器件的平面中的光轴)的液晶聚合物延迟器，具有诸如双折射部件结构之类的可选-C板部件，b)零级光栅(ZOG)，其中该光栅节距大致上短于照明的波长且该光栅等效于具有其光轴排列在延迟器平面内(其中，可采用E波束编码或合适基底或涂覆材料的光阻制程和蚀刻(photo-resist patterning and etching)将ZOG刻写在UV敏感层上)的有效形状双折射媒介，c)非倾斜的有机双轴有机薄片，例如纤维素乙酸酯混合物，其中双轴媒质的c轴平行于显示系统z轴，d)配置为A板的双折射晶体(固体)，正极和负极双折射晶体均是可利用的，和/或e)倾斜涂覆的无机薄膜延迟器，其中合成的等效指数指标图是大致非倾斜的单轴或双轴双折射。可选择地，通过不均匀组合(不均匀的延迟器)，具有非倾斜c轴和具有面内延迟分量的不对称调整延迟器包含另外的C板部件。
为了示例性目的，根据包含前置偏振器、WGP、延迟调整器、VAN模式LCoS面板和消偏器204的子系统来描述了本发明。本领域技术人员将会认识到不脱离本发明的范围的情况下可以对该子系统作出改变和修改。例如参考图28、29、30a和30b，以及根据另外的实施例，本发明为微显示投影系统中的补偿器提供最佳技术，该微显示投影系统使用MacNeille型或3M聚合物-膜偏振分光器(PBS)立方体501a而不使用WGP(其中该PBS的涂覆的倾斜的三角斜边产生不对称的EMF指标线)，和/或使用扭转式向列型(TN)或VAN型透射式液晶板403而不使用反射式LCoS面板(其中偏振器401a和检偏器401b通常相对于系统XY平面是不倾斜的，但是单通道LCD在其延迟曲线中引起不对称，从而要求以特定方法同步超值(over-value)调整延迟补偿器)。明显地，本领域技术人员将会认识到，对于不同实施例，调整延迟器SA的最佳范围可以改变。例如在图28和29所示的实施例中，利用MacNeille型PBS立方体，预期调整延迟器SA的最佳范围将会接近第二线性偏振(也就是，正交于入射偏振)。因此，本发明的范围因而仅仅由附加的权利要求书的范围来限定。

Claims (20)

1.一种基于液晶显示器的投影系统，其包括：
光源；
第一偏振器，其用于从所述光源接收光和传输具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；
液晶显示器面板，其对所述第一线性偏振光进行光学调制，所述液晶显示器面板具有慢轴和快轴；
第二偏振器，其用于接收所述经光学调制的光和用于传输具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；
投影透镜，其用于将所述第二线性偏振光投射在屏幕上；和
调整延迟器，其被设置在所述液晶显示器面板和至少所述第一和第二偏振器中的一个之间，所述调整延迟器具有大于液晶显示器面板中的残余面内延迟的面内延迟且具有慢轴，所述调整延迟器的所述慢轴的方位角是在预定的方位角范围内，以使得提供的系统对比度等级基本上至少不受所述液晶显示器面板的所述慢轴的不同的方位与所述第一和第二偏振器的不同的方位之一的影响；
其中，所述液晶显示器面板的所述慢轴的不同的方位中的每一个在所述液晶显示器面板的不同象限内将所述第一和第二线性偏振轴基本平分，其中，所述第一和第二偏振器的不同的方位是相对于Z轴成+45度和-45度。
2.依据权利要求1所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述液晶显示器面板是透射式液晶显示器面板。
3.依据权利要求1所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述液晶显示器面板是反射式液晶显示器面板，所述第一和第二线性偏振轴是正交的，以及所述第一和第二偏振器包括相同的偏振分光器。
4.依据权利要求3所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述偏振分光器是MacNeille偏振分光器立方体。
5.依据权利要求3所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述偏振分光器为定位在偏离正入射的线栅偏振器。
6.依据权利要求5所述的基于液晶显示器的投影系统，包括前置偏振器和消偏器，所述前置偏振器将所述第一线性偏振光传输到所述线栅偏振器的第一侧，所述消偏器接收从所述线栅偏振器的第二相对侧反射来的所述第二线性偏振光。 
7.依据权利要求5所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述液晶显示器面板包括硅上垂直排列向列液晶VAN-LCoS面板。
8.依据权利要求1至7中的任何一项所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述方位角范围被预先确定，以便当所述调整延迟器的所述慢轴，对于所述液晶显示器面板的第一方位被定位至第一位置、对于所述液晶显示器面板的第二方位被定位至第二位置、对于所述液晶显示器面板的第三方位被定位至第三位置及对于液晶显示器面板的第四方位被定位至第四位置时，提供大致相同的系统对比度等级，所述液晶显示器面板的第一、第二、第三和第四方位中的每一个具有处于不同象限中的所述液晶显示器面板的所述慢轴。
9.依据权利要求3至7中的任何一项所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述方位角范围被预先确定，以便当对于所述偏振分光器的成镜像的定向，所述调整延迟器的所述慢轴被定位在相同位置时，提供大致相同的系统对比度等级。
10.依据权利要求1至7中的任何一项所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述方位角范围根据所述液晶显示器面板的所述慢轴的方位来确定。
11.依据权利要求1至7中的任何一项所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述方位角范围位于一个象限内，所述象限与包含所述液晶显示器面板的所述慢轴的象限关于垂直于所述第一线性偏振轴的轴成镜像。
12.依据权利要求11所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述调整延迟器是不对称的调整延迟器。
13.依据权利要求1至7中的任何一项所述的基于液晶显示器的投影系统，其中所述调整延迟器是对称的调整延迟器，以及其中所述方位角范围位于第一象限和由所述第一象限旋转大约180°而得到的第二象限中的一个内，所述第一象限与包含所述液晶显示器面板的所述慢轴的象限关于垂直于所述第一线性偏振轴的轴成镜像。
14.一种同步调整延迟器的方法，其包括：
提供第一调整延迟器，以补偿基于液晶显示器的投影系统中的第一液晶显示器面板的残余面内延迟，所述基于液晶显示器的投影系统包括：光源；至少一个偏振器，用于接收来自所述光源的光，用于将具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光传输到所述第一液晶显示器面板，以及用于接收来自所述第一液晶显示器面板的具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；和投影透镜，其用于将所述第二线性偏振光投射到屏幕上，所述第一调整延迟器具有大于所述第一液晶显示器面板的残余面内延迟的面内延迟和具有慢轴，
确定所述第一调整延迟器的所述慢轴的方位角的第一方位角范围，所述第一方位角范围被选择以提供基本上不受所述第一液晶显示器面板的所述慢轴的不同的方位和至少一个偏振器的不同的方位中至少一个影响的系统对比度等级，其中，所述液晶显示器面板的所述慢轴的不同的方位中的每一个在所述液晶显示器面板的不同象限内将所述第一和第二线性偏振轴基本平分，并且其中所述至少一个偏振器的不同的方位是相对于Z轴成+45度和-45度；以及
定位所述第一调整延迟器，以使其慢轴的所述方位角位于所述第一方位角范围内，其中，所述第一方位角范围包括与所述第一线性偏振轴所成的角度在0到44度之间的范围。
15.依据权利要求14所述的方法，包括：
提供第二调整延迟器，以补偿第二液晶显示器面板的残余面内延迟，所述第二调整延迟器具有大于所述第二液晶显示器面板的残余面内延迟的面内延迟且具有慢轴；
确定第二调整延迟器的慢轴的方位角的第二方位角范围，所述第二方位角范围被选择以提供所述系统对比度等级；以及
定位第二调整延迟器，以使其慢轴的所述方位角位于所述第二方位角范围内。
16.依据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个偏振器包括线栅偏振器，以及所述第一液晶显示器面板包括硅上垂直排列向列液晶VAN-LCoS面板。
17.依据权利要求14所述的方法，其中所述确定第一方位角范围包括计算四种可能的超频角和选择所述第一方位角范围，以将提供高度依赖于所述至少一个偏振器的方位的系统对比度等级的超频角排除。
18.依据权利要求15所述的方法，其中所述第一和第二调整延迟器使用基本上相同的参数制造。
19.依据权利要求14所述的方法，其中所述确定第一方位角范围包括选择所述第一方位角范围，以便为具有所述至少一个偏振器的成镜像的方位和具有同样的液晶显示器面板慢轴方位的结构提供基本上相同的系统对比度等级。
20.依据权利要求14所述的方法，其中所述确定第一方位角范围包括选择所述第一方位角范围，以便提供一个系统对比度等级，对于所述液晶显示器面板的四种不同慢轴象限方位，该系统对比度等级是基本上可以得到的。 
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