TWI238901B - Polarization recovery system using redirection - Google Patents

Description

1238901 玖、發明說明： 相關申請案之交互參考 此申請案宣告擁有2003年2月21曰申請的臨時申請案 60/448,471號與2003年5月12日申請的60/469,3 93號的優先 權’ 5亥案的揭示以引用的方式併入本文中。此申請案係2003 年1月21曰申請之共同待審的申請案1〇/347,522號的部分追 !案，號係年3月23日申請之〇9/814,970號_ 目前為美國專利6,587，269號-的追續案。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於光的回復，否則’光可能無法使用於投影系 統0 係藉由調諧一光線與一資訊流。 投影藉由投射光於螢光幕上而顯示成品。光配置成為淘 色或亮度及暗度或二者的圖案。圖案由觀看者觀看，觀看 者藉由結合圖案與觀看者已熟悉的影像_諸如字元或面孔 而理解圖帛。圖案能夠以各種方式形成。形成圖案的方王 之^ -一 总 i 甜^ .—止治咖 .. 偏振光可以藉由以偏振藏光器過濾而調諧。通常，如 偏振濾光器的偏振匹配入射光的偏振， ^ 則偏振濾光器將 光通過。液晶（LCD)成像器可以用於勃 %執仃液晶型投影顯 中的調諧。液晶顯示成像器可以包括 ，其可猎由改· 它們的偏振以匹配或不同於入射光 尺 — J艰振而調諧。輪入 液晶顯示成像器的光偏振，俾使去 田’之日日顯示像素調諧時 O:\91\91367.DOC4 1238901 所選擇的像素的偏振改變， 偏步哭八紅士 i田自成像器輸出的光由另一 “uh，所選擇的像相變暗。 時，圖案可以投射在-螢光幕上。 ^不存在 者熟悉的圖宰中的資…t ,果像素的偏振以觀看 幕上的圖案。貝周…則觀看者可辯認投射在榮光 便/夜日日顯不成像器的光偏振的方式之從#山 哭（PRO 幻万式之一係猎由偏振分光 及偏振八η , ”有透鏡-诸如蠅眼透鏡_陣列 及偏振…陣列的成像系統。拋物線反射器可以使用於 蠅眼透鏡以將光聚焦，俾使光 、 八士”史尤成手千仃。光線由透鏡陣列 刀成很夕段，且各段由另一透 列重新聚焦至偏振分光 ; ''、、而’拋物線反射器可能使光源-諸如電弧-的亮 :減小。此外，繩眼透鏡回復系統的效率主要依賴二透鏡 陣列與偏振分光器陣列的對準。最後，由一拋物線反射器 與—蝇眼透鏡組成的偏振回復系統可能不適用於循序顏色 單一成像器系統。 贿圓反射器可以使用於一光管與一顏色輪，以產生循序 顏色n n統㈣需要-偏振回復系統，且不能解 決㈣圓反射器有關的亮度的固有損失。，然後，自偏振分 光。。陣列輸出的光將線性偏振及聚焦於目標中。各偏振分 光器將未偏振的光分成具有不同偏振的光線。只有一光線 將係在光偏振以後輸入至液晶顯示成像器的正確偏振。另 光線將係不正確的偏振，因此不可直接使用。 偏振回復系統可以藉由將未使用的偏振光轉換成為具有 正確偏振之可使用的光，以回復未使用的偏振光。已發展 O:\91\91367.DOC4 !238901 案，以轉換不正確的偏振光為正確的偏振，以致於 匕可以使用。顯不於圖！之一方法係從一偏振分m 直接透射第一偏振光102至輸出1〇6， ° .且相對於輪出106以一 ’堵如9(Γ角’反射第二偏振光1〇8。然後 振光⑽’以致於它平行於第—偏振光 輸弟:偏 。-延遲板㈣·例如，四分之—波或半波板_安置於第出一= 振光108的路徑中，使它轉入第— 只由第—偏振光⑽組成。纟振先1〇2’以致於輸出 延遲板藉由使-平面中的光變慢及允許對 相對不受阻礙地通過’使光自—偏振轉動至另’ 經由一介質傳播的速率通常與它的 、。先 慢的程度也與它的波長有關。因為=:。於是’光變 别 马^加於寬頻光的延遲柘 必須讓某-波長範圍的光通過 ,,^ 市二尤將比其他光更 的：ίΓΓ常調諸至一特殊波長。特別地，比所調言皆 正二Γ更短的波長將不完全從未使用的偏振轉動至 正確的偏振。於是，草此#苴、士 更短計… 所調請的波長更長或 =，或至少未恢復。此外，延遲板相當昂貴，且 =不可罪。延遲板使一偏振回復系統本身變成昂貴及不 發明内容】 在本發明的第一特點中 雖然這些系統已經在商業上使用，但是元件的成本高 古匕們需要關鍵性的對準及光學設計。結果，需要一種具 2效率、簡單構造與低成本以執行偏振轉換之系統。 偏振回復系統可以包括 0:\91\91367. DOC4 1238901 偏振分光器，其在輸出方向透射可用的偏振光，且在大致 上正交於輪屮古#八双 弟一正交方向反射無用的偏振光；- 射第一正交方向的初始反射器，初始反射 在大致上正交於輪 向反射I…正交方向的第二正交方 上、用的偏振光；及一配置成為可以反射第二正交方 器’最後反射器在輸出方向反射無用的偏振 為有用=:偏振光由初始與最後反射器大致上轉動成 在本發明的第— 致上使光❹ 偏振回復方法可以包括大 \成為有用的偏振光與無用的偏振光，在輸出 〗偏振先，在大致上正交於輸出方向的第一 第一正1太射無用的偏振光，在大致上正交於輸出方向與 出方白：向的第二正交方向反射無用的偏振光，及在輸 出方向反射無用的偏振光。 隹翰 將三特點中，一種偏振回復系統可以包括用於 、用於在輪出為有用的偏振光與無用的偏振光的裝置 交於輸出二透::=:裝置，在大致上正 在大致上正六 父方向反射無用的光的裝置、用於 又於輪出方向與第一正交方向的第— 反射無用的光的穿w W第一正父方向 裝置。 衣置、及用於在輸出方向反射無用的光的 【實施方式】 二偏振光能夠藉由將它的偏振轉換成為正 )偏振而回復及使用，則將係所希望的。因為延 O:\91\91367.DOC4 !2389〇l 遲板使偏振回復系統更昂貴及更不 回復的勃— 罪所以，希望偏振 上執行==諸於延遲板的使用。偏振回復益寬頻輻射 單將传：：的。偏振回復系統的製造舆組裝相當簡 成像二…的。偏振回復系統允許使用—顏色輪於單-成像益'糸統中將係所希望的。 。=中顯示一依據本發明第-實施例的偏振回復系統20。 =回復系統彻可包括一偏振分光器加，諸 =光振分光器。在一實― 、"可直接或間接來自電磁輕射來源212，即，光。 在—實施例中，電絲射來源212可以係電弧燈（諸如氣燈） 、金屬齒化物燈、高密度放電（HID)燈或水銀燈。在另一實 施例中’來源2丨2可以係鹵素燈或白熾燈。 、 在一貫施例中，偏振回復系統2〇〇可包括一輸入光管以 、-超級立方體268及-輸出光管232，如圖2與5所示。在 若:實施财，輸^管232可—均質_積分ϋ。輸入 光S 224的輸出可以耦合進入稜鏡配置，即，超級立方體268 。輸入光管224可使用全内反射（TIR)’使光傳播至超級立 方體268。 在若干實施例中，輸入光管224、輸出光管叫或輸入光 與輸出光管224、232二者可以增加推拔光管（如圖6a所示） 、減少推拔光官（如圖6B所示）或直光管（如圖6c所示）。在若 干實施例中，輸入光管224、輸出光管232或輸入光與輸出 光官224與232二者的橫剖面可以係矩形、圓形、三角形、 長夂幵y梯开y五角形、六角形或八角形，如圖7 A-7H所示 O:\91\91367.D0C4 -10- 1238901 。在若干實施例中，輸入光管224、輸出光管232或輸入光 與輸出光管224與232二者可由—光纖、一光纖束、一溶合 的.截維束、一多邊形波導或一中空光管組成，如圖 戶斤示。 偏振回復系統2〇〇的若干實施例顯示於圖3與4。偏振分光 器202可以分離來自輸人光管似之未偏振的光成為一具有 偏振270的有用的偏振光(如圖3八與4A所示）及一具有偏 振272的無用的偏振光期（如圖沾與4b所示）。偏振分光器 2〇2可以在輸出方向2〇6透射有用的偏振光及在大致上 正交於輸出方向2G6的第—正交方向加反射無用的偏振光 208在一貫施例中，偏振27〇可以係大致上p偏振或水平偏 j光，而偏振272係大致上s偏振或垂直偏振光。在一替代 實施例中，偏振平面可以顛倒。 有用的偏振光204可以傳播通過偏振分光器2〇2，且由第 一輸出反射器220與第二輸出反射器如重新導向，離開第 二輸出反射器222,而偏振270不變，如圖3^4a所示。另 一方面，無用的偏振光208可以在離開偏振分光器2〇2以後 由一初始反射器214反射，如圖3_4b所示。初始反射器 2 14可以相對於一軸線反射無用的偏振光2〇8，該軸線大致 上正父於無料偏振光2G8的偏振平面272，其在此狀況係s 或垂直平面。#然後’最後反射器218可以在平行於輸出方向 2〇6的方向反射無用的偏振光2〇8。於是，初始反射器Μ# 的一傾斜表面可以相對於最後反射器218轉動9〇e。雖然為 了追敬的目的，無用的偏振光2〇8仍然標示為無用的偏振光 O:\91\91367.DOC4 -11 - 1238901 的H是它已變成有用的偏振光，因為無用的偏振細 =振平面現在係水平或p偏振，以大致上匹配有用的偏振 、'，有用的偏振光2〇4與無用的偏振光 者一可以耦合至輸出光管232並均質化。 :二％例中，一第一輸出反射器22〇配置成為能夠反射 輸出方向206。笫一於山c 弟輸出反射器220可以在第二正交方向216 反射有用的偏振光204。在若 7 隹右干貝她例中，弟一輪出反射器 每/以係未匹配的阻礙，諸如稜鏡、直角稜鏡或鏡。在一 ^中+弟—輸出反射器22〇可以具有-塗層，其透射預 二了的弘磁#射光譜。此可以用於在不可使用的不可見 光輕合進入-成像器以前拋棄它。在若干實施例中，預定 部分的電磁輜射光譜可以係紅外光、可見光、預定波長帶 ^光、特定顏色的光或其組合。在一替代實施例中，塗層 1、反射、、工外光、可見光、預定波長帶的光、特定顏色的 光或它們的某一組合。 、貝施例中，如圖3A所示，一第二輸出反射器222配置 成為能夠反射第二正交方向216。第二輸出反射器、222可以 在輸出方向2G6反射有用的偏振光綱。在另_實施例中， 顯示於_’第二輸出反射器222配置成為能夠反射輸出方 ° 第一輸出反射态222可以在第二正交方向216反射無 用的偏振光208。在若干實施例中’第二輪出反射器222可 以係未匹配的阻礙，諸如稜鏡、直角稜鏡或鏡。在一實施 例中，第二輸出反射器222可以具有一塗層，其透射預定部 分的電磁輻射光譜。此可以用於在不可使用的不可見光耦 0姻\91367. D〇C4 -12- 1238901 合進入一成像裔以前抛棄它。在若干實施例中，預定部分 的電磁輻射光譜可以係紅外光、可見光、預定波長帶的光 、特定顏色的光或其組合。在一替代實施例中，塗層可以 反射紅外光、可見光、預定波長帶的光、特定顏色的光或 它們的某一組合。 在一實施例中，初始反射器214配置成為能夠反射第一正 交方向210。初始反射器214可以在大致上正交於輸出方向 206與第一正交方向2 1〇的第二正交方向216反射無用的偏 振光208。在若干實施例中，初始反射器214可以係未匹配 的阻礙，諸如稜鏡、直角稜鏡或鏡。未匹配的阻礙可以回 茸的方式反射波，諸如電磁波。未匹配的阻礙可以_例如_ 反射一部分的波、或某一範圍的波長，且使其他部分的波 或其他波長通過。 在一實施例中，初始反射器214可以具有一塗層，其透射 預疋邛分的電磁輻射光譜。此可以用於在不可使用的不可 見光耦合進入一成像器以前拋棄它。在若干實施例中，預 定部分的電磁輻射光譜可以係紅外光、可見光、預定波長 V的光、特定顏色的光或其組合。在一替代實施例中，塗 層可以反射紅外光、可見光、預定波長帶的光、特定顏色 的光或它們的某一組合。 在μ靶例中，最後反射器21 8配置成為能夠反射第二正 ” 〇 6最後反射态218可以在輸出方向206反射無用的 偏振光208。在若干實施例中，最後反射器218可以係未匹 -勺卩域諸如棱鏡、直角棱鏡或鏡。在一實施例中，最 O:\91\91367.DOC4 -13 - 1238901 後反射器218可以具有一塗層，其透射預定部分的電磁輻射 光譜。此可以用於在不可使用的不可見光耗合進入一成像 器以前拋棄它。在若干實施例中，預定部分的電磁輕射光譜 可以係紅外光、可見光、預定波長帶的光、特定顏色的光或 其組合。在一替代實施例中，塗層可以反射紅外光、可見光 、預定波長帶的光、特定顏色的光或它們的某一組合。 在貝訑例中，無用的偏振光208的偏振272可以由初始 與最後反射器214與218轉動，以大致上匹配有用的偏振光 204的偏振270。在此實施例中，第一正交方向2〇6與第二正 父方向216可以大致上在無用的偏振光的偏振η〕的平 面内。此基本區塊可以詩反射及重新導向來自偏振分光 器202的無用的偏振光2〇8，如上述，俾使無用的偏振光2⑽ 的偏振272轉換成為有用的偏振光204的偏振270及重新導 向至輸出方向206。 在一替代實施例中，顯示於圖9，初始反射器214可以相 對於一在偏振272的平面中之軸線反射無用的偏振光2〇8， 而取後反射器21 8可以相對於一大致上正交於偏振272的平 面之軸線反射無用的偏振光208,藉以也造成無用的偏振光 2〇8的偏振270。來自最後反射器218的光可以通過一隔離器 246 ’以致於現在水平偏振的無用的偏振光2〇8可以如同有 用的偏振光204,在相同的平面離開。二輸出可耦合進入待 均質化的輸出光管232,及使它們的形狀與數值孔徑轉換成 為在輪出面想要的形狀與數值孔徑。在一實施例中，輸出 光f 232也可以使用全内反射，使光傳播至它的輸出。 O:\91\91367.DOC4 -14- 1238901 重：導二了Γ方在無用的偏振光208已由最後反射器218 重新V向至輸出方向206以後，有用的偏振光2〇何 無用的偏振光208不同的方向離開偏振分光器2〇2。在—： 施例中，顯示於圖3Α，第一於山c u 貝 哭”"、 《輪出反射盗22〇舆第二輪出反射 。。π以用於在與無用的偏振光鹰相同的方向重新 有用的偏振光204。在-替代實施例中，第-輸出反射： 220(顯示於圖4Α)重新導向有用的偏振光2〇4，而第二輪： 反射器222(顯示於Β4Β)在與有用的偏振光2()4相同的:向 重新導向無用的偏振光208。一隔離器…可用於在任一狀 況允許有料偏振光2G4在與無料職光編㈣的表面 離開。此可以係有用的，以叙合有用的偏振光2G4與無用的 偏振光208於輸出光管232中。 在-實施例中，超級立方體268可以由偏振分光器2〇2與 反射器214、218、220及222組成。光可以經由全内反射傳 播通過這些光學元件。光學元件的表面可以光學拋光，以 促進全内反射。在一實施例巾，用於反射器2i4、US、2扣 及222的光學材料可以具有高反射率，以促進歪斜光線的全 内反射。在-實施例中，光學元件的輸人與輸出面可以塗 有一抗反射（AR)塗層，使菲涅爾反射損失減至最小。 在一實施例中，反射器214、218、220與222可以由光學 玻璃-諸如SFU㈣·785)製造。在另一實施例中，反射器Μ 、218、220與222可以由光學玻璃_諸如ΒΚ7(η=ι·5ΐ7)製造 。然而，在此實施例中 光線可以從壁-特別是反射器214 218、220與222的對角壁-開始洩漏出去。 O:\91\91367.DOC4 -15- 1238901 在一實施例中，一隔離器246可以配合反射器214、218 、220與222使用，以形成大的立方體形，以便容易包裝。 在一實施例中，各反射器214、218、220與222可以結合一 互補的隔離器246，諸如直角隔離器，以形成小的立方體。 在一實施例中，八個小的立方體可以形成一超級立方體268 。在一貫施例中，反射器214、218、220與222及隔離器272 堆疊在一起，以形成超級立方體268。在一實施例中，元件 可由黏性材料膠合在一起。在另一實施例中，元件可由機 械式支持器支持在一起。此結構可以係堅固的，且可以具 有最小的損失。 在若干實施例中，間隙可引至輸入與輸出光管224與232 、反射器214、218、220與222或偏振分光器2〇2中的任二之 1 X促進王内反射及減少損失。在一實施例中，輸入光 官224、反射器214、218、22〇與222及輸出光管a〕可以由 小的空氣間隙分離。 在實鈿例中，顯示於圖5，超級立方體268可以由個別 元件組成。在一實施例中，某些元件可以結合成為單一單 凡。在-實施例中，例如，二稜鏡可以結合成為單一稜鏡 :在此實施例中，一對反射器214、218、22〇或如可以在 製造過程期間·諸如在玻璃模製過程期間.結合。在— 施例中，二稜鏡可以膠合在—起，以形成單—單元=霄 :罐，二棱鏡可與偏振分光器搬的一半結合，以形成 早一早7〇。在此實施例中， 隔離器篇-起以^ 錢可以係由二元件及 (衣成。在另—實施例中，一稜鏡可結合一隔 O:\91\91367.DOC4 -16- 1238901 離器246。在-實施例中，系統可由二元件製成，而分離係 在偏振分光器202。在此實施例中，成本可以減至最小。 在一實施例中’偏振分光器2G2與反射器2i4、2i8、細 及222可以大致上係立方體。在—實施例中，偏振分光器搬 與反射器214、218、22()及222的全部的邊可以係大致上類 似的尺寸’除了反射器的斜邊料。在此實施财，輸入 光管224的輸出可以係正方形，且輸出光管232的輸入可以 係展弦比為2 ·· 1的矩形。也可由非☆古鱗 〜」田非立方體構造實施，俾使輸 出光管232的輸入具有非2.a 非人1的展弦比，不過耦合損失可能 比較大。 在若干實施例中，輸入與輸出光管224與232、反射器214 、218、220與222或偏振分光器2〇2可以塗有一抗反射（ar) 塗層，以增加效率。在若干實施例中，輸入與輸出光管 與232能夠依據應用所需者，以增加或減小的方式推拔化。 反射器214、218、220與222能夠以反射的方式塗佈，以適 用於高角度的光。除了所說明的構造以外，超級立方體 可以使用在各種構造。 在一實施例中，一輸入光管224可以安置成為靠近偏振分 光态202的輸入226。在一實施例中，輸入光管224可以具有 一輸入表面228與一輸出表面23〇。在若干實施例中，輸入 光官224可以由石英、玻璃、塑膠或丙烯酸製造。在若干實 施例中，輸入光管224可以係推拔形光管（TLP)或直光管 (SLP)。在若干貫施例中，輸入表面228的形狀可以係平坦 、凸出、凹入、超環面或球面。輸入光管224的一表面可以 O:\91\91367.DOC4 -17- 1238901 塗佈，俾使全内反射維持偏振。輸入表面2 2 8與輸出表面2 3 〇 的尺寸可以選擇，俾使輸出數值孔徑（NA)匹配—接受來自 輸入光管224的光之裝置。 在一實施例中，輸出表面230可以配置成為靠近偏振分光 器202的輸入226。在若干實施例中，輸出表面㈣的形狀可 以係平坦、凸出、凹人、超環面或球面。在—實施例中， 輸入光管224可以在輸入表面228接受大致上不偏振的光， 及在輸出表面230透射不偏振的光至偏振分光器加。 在一實施例中，輸入光管224可以係令空。輸出表面23〇 可以係平凸透鏡。輸出表面23〇的—凸出表面可以係球或圓 柱形，依最後的構造與元件的成本而定。輸出表面23〇的一 焦度可以設計成為俾使來自輸出表面23〇的光成像在偏振 :光器2〇2上。輸入光管224的-内表面可以塗有-偏振維 持材料。 在一實施例中，一輸出光管232可以安置成為靠近超級立 方體268的輸出234 °在—實施例中’輸出光管232可以具有 2一38配置於成中為靠近輸出方向2〇6的輸入表面236及一輸^面 =2 232可以在輸入表面236接受有用的偏振光 —用的偏振光208 ’且可以在輸出表面238透射有用的 偏振光204與無用的偏振光2〇8。 射有用的 在右干“也例中’輸入表面236的形狀可以係平扫 、凹入、知芦、 一 C7 η衣面或球面。在若干實施例中，輸出表面23S ㈣狀可以係平坦、凸出、凹入、超環面或球面表:若23; 翰出先官232可以由選自於石英、玻璃、塑膠 O:\91\91367.DOC4 -18- 1238901 f烯酸組成料組的㈣組成。在若干實施射，輸出光 官232可以係推拔形光管（TLP)或直光管（SLP)。輸出光管 的表面可以塗佈，俾使全内反射維持偏振。輸入表面 236與輸出表面238的尺寸可^ J八了 J以运擇，俾使輸出數值孔徑 (NA)匹配一接受來自輸出光管232的光之裝置。 在-實施例中，輸出光管232可以係中空。輸出表面238可 以係凸出形。輸出表面238的一凸出表面可以係球或圓柱形， 依最後的構造與元件的成本而定。輸出表面238的一焦度可以 設計成為俾使來自輸出表面238的光成像在一影像投射系統 上。輸出光管232的一内表面可以塗有一偏振維持材料。 在一實施例中，一殼反射器240可以將來自來源212的光 反射至偏振分光器202。在一實施例中，殼反射器24〇可以 具有一塗層’其透射預定部分的電磁輻射光譜。此可以用 於在不可使用的不可見光耦合進入一成像器以前拋棄它。 在若干實施例中，預定部分的電磁輻射光譜可以係紅外光 、可見光、預定波長帶的光、特定顏色的光或其組合。在 一替代實施例中，塗層可以反射紅外光、可見光、預定波 長帶的光、特定顏色的光或它們的某一組合。 在一實施例中，殼反射器240可以具有一第一及一第二焦 點242及244。在一實施例中，電磁輻射來源212可以配置成 為大致上靠近殼反射器240的第一焦點242，以射出從殼反 射器240反射且大致上收歛在第二焦點244的光線。在—實 施例中，輸入表面2 2 8可以配置成為大致上靠近第二焦點 244，以大致上收集及透射所有的光。在另一實施例中，偏 O:\91\91367.DOC4 -19- 1238901 振分光器202的輸入226可以配置成為大致上靠近第二焦點 244，以大致上收集及透射所有的光。在若干實施例中，殼 反射器240可以係一大致上橢圓的轉動表面、一大致上球形 的轉動表面或一大致上環形的轉動表面的一部分。 在一實施例中，殼反射器240可以包括一具有一第一光學 軸線252的初級反射器250，且第一焦點242可以係初級反射 器250的一焦點。在此實施例中，殼反射器240也可以包括 一具有第二光學軸線256的次級反射器254，其安置成為大 致上對稱於初級反射器250，俾使第一與第二光學軸線252 與256大致上共線。在此實施例中，第二焦點244可以係次 級反射器254的一焦點，且光線可以從初級反射器250朝次 級反射器254反射，且大致上收歛在第二焦點244。在若干 實施例中，初級與次級反射器250與254各係大致上橢圓的 轉動表面或大致上拋物線的轉動表面。 在一實施例中，初級反射器250可以係大致上橢圓的轉動 表面的一部分，且次級反射器254可以係大致上雙曲線的轉 動表面的一部分。在另一實施例中，初級反射器250可以係 大致上雙曲線的轉動表面的一部分，且次級反射器254可以 係大致上橢圓的轉動表面的一部分。 來源212可以安置在初級反射器250的第一焦點242，以校 準所收集的光，及將它導向次級反射器254。在輸入内表面 228的輸出可以導入一輸入光管224。在一實施例中，輸入 光管224可以係推拔形光管（TLP)。輸入光管224可以用於轉 換來源212之影像的剖面區域或數值孔徑。光可以導入一超 O:\91\91367_D0C4 -20- 1238901 級立方體偏振回復系統，以在輸出光管232獲得線性偏振光 。線性偏振光可以用在基於液晶顯示的成像器晶片-其需要 偏振光-的照明。 校準的程度可以依來源2 12的尺寸而定。次級反射器254 可以安置成為對稱於初級反射器250，俾使它們共用共同的 光學軸線。進入次級反射器254的光線收歛至第二焦點244 ’在該處安置一目標，即，輸入光管224。輸入光管224可 以♦馬合來自次級反射器254的第二焦點244的光。在一實施例 中’來源212可以1:1的比例成像於一目標上，俾使基本上維 持來源212的亮度。由於系統的1:1對稱性，來源2丨2在輸入表 面228的影像可以恰相同於具有單位放大率的來源212。 偏振回復系統200能夠保留在偏振回復系統2〇〇所有來源 收集器元件的輻射傳送幾何能力（etendue)。在輸入表面228 之光的全角相對於來源212的一軸線可以大約係18〇E，且相 對於一與來源212的軸線正交的軸線係9〇E，此係由於反射 态的極限。對於諸如微顯示器的應用而言，這些角可能太 大在只施例中，輸入光管224可以係推拔形光管（tlp) ，以轉換高輸入數值孔徑（NA)與小輸入面積成為較低的數 值孔徑與較大的輸出面積而無亮度損失，於是使角減小。 在一實施例中，來源212可能不是圓形。在若干實施例中 ，輸入光官224的輸入可能設計成為矩形、橢圓、八角形或 其他剖面形狀，以匹配來源212的影像的形狀。一匹配來源 212的影像的輸入可以防止或減小形狀不匹配導致的系統 惡化。輸入光管224的輸出尺寸與展弦比可以設計成為匹配 O:\91\91367.DOC4 -21 - 1238901 一成像器面板的尺寸與展弦比，但是具有一基於超級立方 體的構造，其可以係相當任意。 初級與次級反射器250與254可以大致上涵蓋ι80Ε之轉動 弧極限，以使收集效率最大化，即，初級反射器25〇將收集 自來源212射出之光的大約一半。一後反射器2 5 8可安置於 初級反射器250的對立側，以收集射出之光的另一半。在一 實施例中，後反射器258可以係半球形後反射器。在一實施 例中’後反射态258的曲率中心可以安置成為靠近燈的來源 212。在此實施例中，幾乎全部的光可以反射回去通過來源 212,以由初級反射器25〇收集，隨後聚焦在光管中。實際 上，後反射器258的效率可以由反射損失、菲涅爾反射損失 及源自於來源212之包絡的扭曲損失減小6〇%至8〇%。 在一實施例中，一後反射器258可以配置在與殼反射器 240對立的來源212之側。在一實施例中，後反射器258可以 係球面後反射器。在一實施例中，後反射器258可整合於殼 反射器240。殼反射器258可具有—塗層，其透射預定部分 的電磁輻射光譜。此可用於在不可使用的不可見光耦合進 入一成像器以前拋棄它。在若干實施例中，預定部分的電 磁輻射光譜可以係紅外光、可見光、敎波長帶的光、特 定顏色的光或其組合。在一替代實施例中，塗層可以反射 紅外光、可見光、預定波長帶的光、特定顏色的光或它們 的某一組合。 發明的—實施例中…影像投㈣統26G可以配置成 為靠近輸出方向206,以大致上收集全部可用的偏振光2〇4 O:\91\91367.D0C4 -22- 1238901 。在若干實施例中，影像投射系統可 (LCOS)成像器、數位微 农日日 示〇面板。 以置_咐曰片或透射式液晶顯 在本發明的一貫施例中，一聚焦透鏡加可以配置成 近輸出方向2〇6,而影像投射系統配置成為靠近聚^ =的輸出側一由在聚焦透細收集及聚焦之;: 的偏振光204照射的影像266將由投射系統2 影像266。 怦風以顯不 在本發明的—實施例中，—種偏振回復方法可 列步驟：大致上使光偏振成為有用的偏振光2G4與I : 振先2〇8，在一輸出方向206透射有用的偏振光204,在大致 ::Γ::Γ2。6的第一正交方向21°反射無用上 先谓’在大致上正交於輸出方向2〇6與第—正 的第二正交方向216反射無用的偏振細8， ° 2〇6反射無用的偏振光2〇8。 勒出方向 雖然已詳細說明本發明如上，但是本發明不企 所說明的特定實施例。顯然，專精於此技術的人 於 針對★此處說明的特定實施例作很多應用及修改與變更，= 會偏離本發明的觀念。 【圖式簡單說明】 圖1顯示一偏振回復系統； 統的 不 圖2顯不一依據本發明之一實施例的偏振回 意圖； 系 圖3顯示用於本發明之一實施例的偏振回復裝置； O:\91\91367.DOC4 -23- 1238901 圖4顯示用於本發明之一實施例的偏振回復裝置； 圖5顯示用於本發明之一實施例的偏振回復裝置； 圖6顯示用於本發明之一實施例的直@推拔形光管； 圖7顯示用於本發明之一實施例的光管的各剖面； 圖8顯示用於本發明之一實施例的光管的各種構造；及 圖9顯示用於本發明之一實施例的偏振回復裝置。 【圖式代表符號說明】 102 第一偏振光 104 偏振分光|§ 106 輸出 108 第二偏振光 110 延遲板 200 偏振回復糸統 202 偏振分光 204 有用的偏振光 206 輸出方向 208 無用的偏振光 210 第一正交方向 212 來源 214 初始反射器 216 第二正交方向 218 最後反射器 220 第一輸出反射器 222 第二輸出反射器 O:\91\91367.DOC4 -24- 1238901 224 輸入光管 226 輸入 228 輸入表面 230 輸出表面 232 輸出光管 234 輸出 236 輸入表面 238 輸出表面 240 殼反射器 242 弟一焦點 244 第二焦點 246 隔離器 250 初始反射器 252 第一光學軸線 254 次級反射器 256 第二光學轴線 258 後反射器 260 影像投射系統 262 聚焦透鏡 264 輸出側 266 影像 268 超級立方體 270 偏振 272 偏振 O:\91\9l367.DOC4 -25 -

Claims (1)

1238901 拾、申請專利範圍： 1. 一種偏振回復裝置（2〇〇)，包括： 一偏振分光器（202)，其在輸出方向（2〇6)透射可用的偏 振光（204)，且在大致上正交於該輸出方向（2〇6)的第一正 交方向（210)反射無用的偏振光（2〇8); 一配置成為可以反射該第一正交方向（21〇)的初始反射 器（214)，該初始反射器（214)在大致上正交於該輸出方向 (206)與該第一正交方向（21〇)的第二正交方向（216)反射 該無用的偏振光（208);及 一配置成為可以反射該第二正交方向（2丨6)的最後反射 （21 8) w亥隶後反射态（2 1 8)在該輸出方向（2〇6)反射該無 用的偏振光（208); 其中忒無用的偏振光（2〇8)由該初始與最後反射器 (214,218)大致上轉動至該有用的偏振光（2〇4)。 2·如申請專利範圍第丨項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中又包含： 弟輸出反射為（220)，配置成為能夠反射該輸出方 向（206)，該第一輸出反射器（22〇)在該第二正交方向 反射該有用的偏振光（204);及 一第二輸出反射器（222)，配置成為能夠反射該第二正 父方向（216)，該第二輸出反射器（222)在該輸出方向（2〇6) 反射該有用的偏振光（204)。 3·如申請專利範圍第2項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該第一 輸出反射器（220)選自於以下組成的群組： 一稜鏡， O:\91\91367.DOC5 1238901 一直角稜鏡， 一未匹配的阻礙，及 —鏡。 如申明專利範圍第2項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該第一 輸出反射(220)具有一塗層，其透射選自於以下組成的 群組之預疋部分的電磁輻射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 其組合。 5.如申請專利|£圍第2項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該第二 輪出反射器（222)選自於以下組成的群組： 一稜鏡， 一直角稜鏡， 一未匹配的阻礙，及 鏡 6·如申請專難圍第2項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該第二 輪出反射器（222)具有一塗層，其透射選自於以下組成的 群組之預定部分的電磁輻射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 〇:\9l\9l367‘D〇C5 -2- 1238901 其組合。 7·如申請專利範圍第1項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中又包含： 一輸入光管（224)，具有一輸入表面（228)與—輸出表面 (230)，該輸出表面（230)配置成為靠近該偏振分光器（2〇2) 的輸入面（226)，該輸入光管（224)在該輸入表面（22叫妾受 大致上不偏振的光，及在該輸出表面⑽）透射該不偏振 的光至該偏振分光器（202)。 8·如申請專利範圍第7項之偏振回復裝置（2〇〇)，其申該輸入 表面（228)的形狀選自於以下組成的群組： 平坦， 凹入， 超環面，及 球面。 9.如申請專利範圍第7項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該輸出 表面（230)的形狀選自於以下組成的群組： 乂別 平坦， 凸出， 凹入， 超環面，及 球面0 10. 如申請專利範圍第7項 光管（224)由選自於石 組的材料製造。 :偏振回復裝置(200)，其中該輸入 英玻祸、塑膠或丙烯酸組成的群 O:\91\91367.DOC5 1238901 11.如申請專利範圍第7項之偏振回復裝置（扇），其中該輸入 光管（224)選自於以下組成的群組： 一直光管（SLP)，及 一推拔形光管（TLP)。 12·如申請專利範圍第1項之偏振回復襞置（200)，其中又包含： -輪出光管(232)，具有一配置成為靠近該輪出：向 (2〇6)的輸入表面（234)及一輸出表面（236)，該輸出光管 (232)在該輸入表面（234)接受該有用的偏振光且在 該輸出表面（236)透射該有用的偏振光（2〇4)。 13·如申請專利範圍第12項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該輸 入表面（234)的形狀選自於以下組成的群組： 平坦， 凹入， 超環面，及 球面。 14·如申請專利範圍第12項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該輪 出表面（236)的形狀選自於以下組成的群組： 平坦， 凸出， 凹入， 超環面，及 球面。 15_如申請專利範圍第12項之偏振回復裝置（2〇0)，其中該輪 O:\91\91367.DOC5 1238901 出光管（232)由選自於石英、玻璃、塑膠或丙稀酸組成的 群組的材料製造。 16.如申請專利範圍第12項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該輪 出光管（232)選自於以下組成的群組： 一直光管（SLP)，及 一推拔形光管（TLP)。 17·如申請專利範圍第丨項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該初始 反射器（214)選自於以下組成的群組： 一稜鏡， 一直角棱鏡， 一未匹配的阻礙，及 一鏡。 18.如申請專利範圍第丨項之偏振回復裝置⑽），其中該初始 反射器（214)具有-塗層，其透射選自於以下組成的群組 之預疋部分的電磁輪射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 其組合。 1 9.如申請專利範圍第1項之偏步旧壯班_ <偏振回设裝置（200)，其中該最後 反射器（21 8)選自於以下組成的群組： 一棱鏡， 一直角稜鏡， O:\91\91367.DOC5 1238901 一未匹配的阻礙，及 一鏡。 20_如申請專利範圍第1項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該最後 反射器（21 8)具有一塗層，其透射選自於以下組成的群組 之預定部分的電磁輕射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 其組合。 21 ·如申請專利範圍第1項之偏振回復裝置（200)，其中又包含： 一殼反射裔（240)，具有一第一及一第二焦點（242,244); 一電磁輻射來源（212)，配置成為大致上靠近該殼反射 器（240)的第一焦點（242)，以射出從該殼反射器（24〇)反射 且大致上收歛在該第二焦點（244)的光線； 其中該輸入表面（228)配置成為靠近該第二焦點（244) ，以收集及透射所有的該光。 22.如申請專利範圍第21項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該殼 反射器（240)包含選自於以下組成的群組之形狀的至少一 部分： 一大致上橢圓的轉動表面， 一大致上球形的轉動表面，及 一大致上環形的轉動表面。 23·如申請專利範圍第21項之偏振回復裝置（2〇0)，其中該殼 O:\91\91367.DOC5 1238901 反射器（240)包含一具有一第一光學軸線（252)的初級反 射器（250)，且該第一焦點（242)係該初級反射器（250)的一 焦點，該殼反射器（240)又包含： 一具有一第二光學軸線（256)的次級反射器（254)，其安 置成為大致上對稱於該初級反射器（250)，俾使該第一與 第二光學軸線（252,256)大致上共線，且該第二焦點（244) 係該次級反射器（254)的一焦點；且 該光線從該初級反射器（250)朝該次級反射器（254)反 射，且大致上收歛在該第二焦點（244)。 24. 如申請專利範圍第23項之偏振回復裝置（200)，其中該初 級與次級反射器（250,254)各包含選自於以下組成的群組 之形狀的一部分： 一大致上橢圓的轉動表面，及 一大致上拋物線的轉動表面。 25. 如申請專利範圍第23項之偏振回復裝置（200)，其中： 該初級反射器（250)包含一大致上橢圓的轉動表面的至 少一部分；且 該次級反射器（254)包含一大致上雙曲線的轉動表面的 至少一部分。 26. 如申請專利範圍第23項之偏振回復裝置（200)，其中： 該初級反射器（25 0)包含一大致上雙曲線的轉動表面的 至少一部分；且 該次級反射器（254)包含一大致上橢圓的轉動表面的至 少一部分。 O:\91\91367.DOC5 -7- 1238901 27.如申請專利範圍第23項之偏振回復裝置（200)，其中該殼 反射器（240)具有一塗層，其透射選自於以下組成的群組 之預定部分的電磁輻射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 其組合。 28·如申請專利範圍第21項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中又包 含一配置於與該殼反射器（240)對立的來源之側上的後反 射器。 29·如申請專利範圍第28項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該後 反射器（258)包含一球形後反射器（258)。 3〇·如申請專利範圍第28項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該後 反射器（258)具有一塗層，其透射選自於以下組成的群組 之預定部分的電磁輻射光譜： 紅外光， 可見光， 預定波長帶的光， 特定顏色的光，及 其組合。 31.如申請專利範圍第21項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該電 磁輻射來源（212)包含一電弧燈。 3 2.如申請專利範圍第31項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該電 O:\91\91367.DOC5 1238901 狐燈包含一燈’該燈選自於由一氙燈、一金屬鹵化物燈 、一 UHP燈、一高密度放電燈或一水銀燈組成的群組。 •如申請專利範圍第2 1項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該電 磁輻射來源（2 12)選自於由一由素燈與一白熾燈組成的群 組。 34·如申請專利範圍第！項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中又包含： 一影像投射系統（260)，配置成為靠近該輸出方向（2〇6) ’以大致上收集該可用的偏振光（2〇4)。 35’如申請專利範圍第34項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該影 像投射系統（260)選自於以下組成的群組： 一矽上液晶成像器， 一數位微鏡裝置晶片，及 一透射式液晶顯示面板。 I如申請專利範圍第21項之偏振回復裝置（2〇〇)，其中該偏 振分光器（2G2)的形狀大致上匹配該電磁輕射來源⑵ 之一孔徑。 R如申請專利範圍第i項之偏振回復裝置（細），苴中 分光器（202)包含一線光拇偏振分光器。 、偏振 38· —種偏振回復方法，包括·· "使光大致上偏振成為有时偏振光⑽）與無用的偏振 光（208) ; x 在輸出方向（206)透射該可用的偏振光（2〇4); 在大致上正交於該輸出方向（2〇6)的第一正交方 (210)反射該無用的偏振光（208) ; ° O:\91\91367.DOC5 -9- 1238901 在大致上γρ山士人v_ ,. 父於该輸出方向（206)與該第一正交方向 (210)的第一工_丄 /、 39. 一 父方向（216)反射該無用的偏振光（208);及 在/輸出方向（2〇6)反射該無用的偏振光（2〇8)。 一種偏振回復系統，包括·· 用於將光大致上偏振成為有用的偏振光（2〇4)與無用的 偏振光（208)的裝置； 用於在輸出方向（206)透射該有用的光的裝置； 用於在大致上正交於該輸出方向（2〇6)的第一正交方向 (210)反射該無用的光的裝置； 用於在大致上正交於該輸出方向（2〇6)與該第—正交方 向（210)的第二正交方向（216)反射該無用的光的骏置；及 用於在該輸出方向（2〇6)反射該無用的光的震置。 O:\91\9\367.DOC5 -10- 1238901 第093104343號專利申請案 中文說明書替換頁(93年7月） 參、發明人·（共2人） 姓名：（中文/英文） 1. 稻筑正二 INATSUGU, SEUI 2. 肯尼斯K李 u KENNETH K.

住居所地址：（中文/英文） 1. 美國加州桑塔蒙尼卡市亞希蘭道1126號 1126 ASHLAND AVENUE, SANTAMONICA, CA90405-5757, U.S.A. 2. 美國加州阿卡迪亞市月桂樹大道217號 217 LAUREL AVENUE, ARCADIA, CALIFORNIA 91006, U.S.A. 國籍：（中文/英文) 1. 日本 JAPAN

2. 美國 U.S.A. O:\91\91367 DOCI