TWI409571B - 用以安裝光束分離器與空間光之調變器之殼體及用於一光學組件之殼體裝置 - Google Patents

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Description

用以安裝光束分離器與空間光之調變器之殼體及用於一光學組件之殼體裝置
本發明一般係關於採用用於形成影像的液晶器件之數位投影裝置，而更特定言之係關於一種用以藉由提供以下組件來獲得高位準的對比度之裝置及方法：一機械殼體，在該殼體內讓一線柵偏光光束分離器與一液晶顯示器(LCD)組合而在平面內旋轉；以及一偏光補償器，其係用以使處於像素黑色(關閉)狀態之光洩漏最小化。
為了能成為傳統膠片投影機之合適替代物而獲得世人接受，數位投影系統必須滿足對影像品質之苛刻要求。尤其係，為提供傳統影院品質投影機之一有競爭性的替代物，數位投影系統需要提供高解析度、寬色階、高亮度(>10,000螢幕流明)及超過1,000：1的連續訊框系統對比度。此外，該等數位系統還必須提供始終如一的影像品質、影像資料安全性、設備降低採購及維護的成本、資料分配的低成本，以使得此一從基於傳統膜的系統轉變而來之替代物能夠引起人們的關注。
如共同讓渡的美國專利案第6,585,378號(Kurtz等人)中所論述，在數位電影院投影系統之構造中可使用液晶顯示器(LCD)。該LCD藉由針對每一對應像素而選擇性地調變入射光之偏光狀態來形成作為一像素陣列之一影像。採用LCD空間光之調變器的電子投影裝置之其他範例包括美國專利案第5,808,795號(Shimomura等人)及第5,918,961號(Ueda)中所揭示者。數年前，JVC展示一種基於LCD之投影機，其能夠提供高解析度(提供2,000×1,280像素)、高連續訊框對比度(超過1,000：1)及高光通量(標稱值高達12,000流明)。此系統使用三個由陰極射線管(CRT)驅動或定址之垂直對準(VA)(亦稱為垂直配向homeotropic)的LCD(每一色彩各一LCD)。
JVC還已開發出一系列垂直對準的LCD，其定址係直接經由一矽背板(LCOS)而非間接由一CRT定址。美國專利案第5,652,667號(Kuragane)及第5,978,056號(Shintani等人)中部分說明JVC製造的該等LCD器件。與大多數扭轉向列或膽固醇LCD相反，垂直對準的LCD可提供高得多的調變對比率(超過2,000：1)。應注意有益的係，為了獲得1,000：1或更佳的螢幕上連續訊框對比度，整個系統必須產生大於1,000：1之對比度，而且該等LCD及任何必要的內部偏光光學元件中的每一元件必須分別提供約2,000：1之對比度。應注意，儘管在調變準直雷射光束時，得到偏光補償的垂直對準LCD可提供大於20,000：1之對比度，但在調變相同的準直雷射光束時，若無適當的偏光補償則該些相同的調變器可呈現500：1或更小之對比度。調變對比度還取決於入射光之光譜頻寬及角寬度(F#)，而對比度一般隨著該頻寬增加或該F#減小而下降。還可藉由去偏光或錯誤定向的偏光效應(例如，熱致應力雙折射)而減小LCD內的調變對比度。在該器件之遠場中可觀察到此類效果，其中理想情況下觀察到的「鐵十字」偏光對比度圖案呈現一退化圖案。
熟習數位投影技術者會明白，基於LCD的電子投影系統所提供的光學性能大部分係由該等LCD本身之特徵以及由支援LCD投影的偏光光學元件所決定。偏光分離光學元件(例如，偏光光束分離器、預偏光器及偏光器/分析器組件)之性能對於獲得高對比率而言尤其重要。該些偏光光學組件在一投影顯示器之一調變光學系統內組合之確切方式亦對最終所產生的對比度有重要影響。
在許多投影系統中最常用的傳統偏光光束分離器解決方式係美國專利案第2,403,731號中揭示的傳統MacNeille棱鏡。已顯示出此器件提供一良好的消光率(等級為300：1)。但是，此規格的棱鏡僅能較好地適用於在一有限角度範圍內(數度)之入射光。由於該MacNeille棱鏡設計僅針對一偏光狀態提供良好的消光率，因此當入射光係來自一非偏光的白色光源(例如，來自一氙或金屬鹵化物電弧燈)時，使用此器件之一設計必須實際上拋棄一半入射光。
依據該MacNeille設計之傳統的玻璃偏光光束分離器設計，除角度回應有限外還受到其他限制，包括製造及熱致應力雙折射。該些效應可使得該偏光對比度性能劣化，對於中程電子投影應用而言可能可以接受，但對於電影投影應用而言則不能容許。藉使用美國專利案第5,969,861號(Ueda等人)所揭示之一光彈性更低之合適的光學玻璃，已使得該熱應力問題得到改進，該案係專門設計用於偏光組件。遺憾的係，製造的高成本及不確定的可用性限制了此解決方式之應用。由於存在該些問題，因此傳統的基於MacNeille之玻璃光束分離器設計儘管適用於中程電子投影系統而在500至5,000流明條件下操作且對比度約為800：1，但對於數位電影系統仍然不夠。
已建議採取其他偏光光束分離器技術來滿足基於LCD的數位電影投影系統之需要，例如，美國專利案第5,912,762號(Li等人)所揭示的雙向全內反射光束分離器及液晶填充的光束分離器(參見美國專利案第5,844,722號(Stephens等人))。但是，近年來，已關於線柵偏光器而成功地構建基於LCD的投影機。線柵偏光器已存在多年，且主要用於射頻及遠紅外線光學應用。針對可見光譜內的光使用線柵偏光器受到限制，大部份係由於器件性能或製造之侷限性所致。例如，美國專利案第5,383,053號(Hegg等人)揭示一線柵光束分離器在一虛擬影像顯示裝置中之使用，其光效率較高但對比率很低(6.3：1)。美國專利案第5,748,368號(Tamada)中揭示用於可見光譜之一第二線柵偏光器。儘管Tamada所論述之器件提供偏光分離，但對於電影的投影而言該對比度尚不夠，而且該設計本質上限於相當窄的波長頻帶。
近來，如第6,122,103(Perkins等人)；6,243,199(Hansen等人)；6,288,840(Perkins等人)的美國專利案中所揭示，已開發出高品質線柵偏光器及光束分離器以供可見光譜中的寬頻應用。該些新器件可從美國猶他州Orem的Moxtek公司購得。儘管現有的線柵偏光器，包括美國專利案第6,122,103號及第6,243,199號中所說明之器件，可能不會呈現所有必要的性能特徵而不能獲得數位電影投影所需要的高對比度，但該些器件確實具有若干優點。若與標準偏光器相比，則線柵偏光器件呈現出相對較高的消光比及較高的效率。此外，該些線柵器件之對比度性能同樣具有比標準偏光器件更寬的張角(NA或數值孔徑)以及更強固的熱性能，而出現熱致應力雙折射之可能性更少。此外，對於苛刻的環境條件(例如光強度、溫度及振動)而言，線柵偏光器本身比傳統吸收性偏光器更強固。儘管該些可購得之線柵器件在整個可見光譜範圍內一般性能良好，但對藍色光的偏光回應會先天性衰退，此點可表示藍色通道可能需要額外地提高對比度以將紅色與綠色匹配，以符合要求苛刻的應用需求。
在某些數位投影裝置中已採用線柵偏光光束分離器(PBS)器件。例如，美國專利案第6,243,199號(Hansen等人)揭示將一寬頻線柵偏光光束分離器用於投影顯示應用。美國專利案第6,234,634號(亦授予Hansen等人)揭示一種在一數位影像投影系統中充當偏光器與分析器之線柵偏光光束分離器。美國專利案第6,234,634號表述，藉使用線柵PBS可獲得很低的有效F#，但對比度會有一定損失。應注意，美國專利案第6,234,634號未論述如何增強該等線柵偏光器之角度回應，亦未論述如何可結合線柵器件及LCD來使用偏光補償，以減少光洩漏且大大提高對比度，尤其係對於在低F#條件下操作之快速光學系統。
對於本發明之裝置及方法而言尤其令人感興趣且相關的係，必須強調，該線柵偏光器與該線柵偏光光束分離器皆不提供在欲獲得1,000：1或更佳的所需投影系統連續訊框對比度情況下所需要之目標偏光消光比性能(標稱值>2,000：1)，特別係在小F#的情況中(<F/3.5)。在最佳的條件下該些組件皆提供小於~1,200：1之對比度。在藍色光譜內，性能進一步下降。因此，為獲得該系統之光學部分(不包括該等LCD)之所需的2,000：1對比度目標，需要使用各種偏光器件，可包括組合於該投影顯示器之一調變光學系統內的線柵偏光器件。但是最後，無論係總體上針對電子投影或者係特定地針對數位電影投影，設計與LCD、色彩光學元件及投影透鏡結合的偏光光學元件(包括線柵偏光器及偏光補償器)之一最佳化組態之問題皆未完全得到解決。此外，先前技術未說明如何為兼用LCD與線柵器件之一投影顯示器設計一調變光學系統，其進一步具有偏光補償器來大大提高對比度。
已開發出很多的偏光補償器範例，其使得LCD而尤其係垂直對準的LCD之偏光性能總體上獲得提高。在一最佳化的系統中，該等補償器係設計成提高LCD與該等組合起來的光學元件之性能。該些補償器一般提供角度變化的雙折射，其結構採用一空間可變方式，以影響經過的部分光束(在一定的空間及角度區域內)之偏光狀態，而不影響該光束的其他部分中之偏光狀態。作為一第一範例，美國專利案第4,701,028號(Clerc等人)揭示為一厚度受限制之垂直對準的LCD設計之雙折射補償。作為另一範例，美國專利案第5,039,185號(Uchida等人)揭示一種具有補償器之垂直對準的LCD，該等補償器包含提供於一薄片偏光器/分析器對之間的至少二個單軸或二個雙軸延遲器。此外，美國專利案第5,298,199號(Hirose等人)揭示針對該LCD中的光學雙折射錯誤進行校正之一雙軸膜補償器之使用，其係用於具有正交薄片偏光器之一封裝內，其中該LCD黑暗狀態具有非零電壓(一偏壓電壓)。
補償器可以係複合結構，其包含一或多層膜、光學黏合劑及其他材料。例如，美國專利案第5,619,352號(Koch等人)揭示可用於扭轉向列LCD之補償器件，其中該等補償器具有一按需要使用A板、C板及O板的組合之多層構造。
偏光補償器還可設計成針對該垂直對準的LCD與組合的偏光光學元件進行校正。前面所論述的該些先前技術之補償器專利案中大多數皆假定該等LCD係與薄片偏光器組合使用，其僅針對該等LCD偏光錯誤進行校正。但是，亦已明確地開發出偏光補償器來針對傳統的寶萊麗型染料片型偏光器所產生的不均勻的偏光效應進行校正。E.H.Land於1929年開發出的染料薄片偏光器藉由二色性或光的偏光選擇性各向異性吸收來發揮功能。在Chen等人(J.Chen、K.－H.Kim、J.－J.Kyu、J.H.Souk、J.R.Kelly、P.J.Bos)的「TN及VALCD的最佳膜補償模式」(SID 98文摘第315－318頁)中說明用於染料薄片偏光器之補償器，並使用一組合的A板與C板構造。同樣，第5,576,854號美國專利(Schmidt等人)揭示一種針對使用具有傳統的MacNeille棱鏡型偏光光束分離器的LCD之投影裝置而構造的補償器。此補償器包含一1/4波板用於補償該棱鏡與一針對固有的LCD殘餘雙折射效應之額外的0.02 λ補償。
儘管此先前技術材料延展性地詳述了在各種條件下使用的偏光補償器之設計，但先前技術中未揭示已明確開發出且係最佳化以與線柵偏光器一起使用之補償器及垂直對準的LCD。為了獲得高亮度位準，最有利的係讓一光學系統具有高數值孔徑(>~0.13)，以便其能夠收集傾斜角度較大的入射光。保持高亮度與高對比率係互相矛盾之目標，其對偏光組件提出一重要的設計問題。為獲得高對比度位準，關燈狀態下的光洩漏必須係最小。然而，對於處於獲得高亮度所需的傾斜角度之入射光而言，光洩漏最為顯著。
共同讓渡的美國專利案第6,585,378(Kurtz等人)揭示一採用線柵偏光器及偏光光束分離器之投影系統。本揭示內容還認知具有線柵偏光光束分離器與LCD之光學系統中的偏光補償之潛在需要，但並未教授其如何設計。但是，如共同讓渡的美國專利案第2003/0128320號所揭示，已開發出偏光補償器並將其最佳化以用於線柵偏光器及偏光光束分離器。尤其係，本申請案說明針對該等線柵器件而設計的補償器，以及，針對亦與垂直對準的LCD及與用於垂直對準的LCD之補償器一起操作之線柵器件而設計的補償器。已顯示，包含線柵偏光器、一線柵偏光光束分離器、一垂直對準的LCD及一定製偏光補償器之一調變光學系統能提供在整個一較寬的入射角度(小F)範圍內超過目標值1,000：1之對比度。
共同讓渡的美國專利案第6,805,445號(Silverstein等人)介紹線柵偏光光束分離器之平面內旋轉以作為一偏光補償方法之概念。由於此旋轉使得該線柵偏光光束分離器能夠藉由提供一相等的平面內延遲來有效地替代一A平面補償器，因此可簡化該投影機所需要的偏光補償器。尤其係，製造在此一系統中使用的標準偏光補償器可能有困難，因為依據該補償器設計，特定的延遲值及方向成為必需且係由現有材料之一組合來組裝。一般地，該些材料係薄膜薄片，例如聚碳酸酯或醋酸鹽，其光學延遲皆取決於材料特性及膜製造方法。然後，可藉由在玻璃板之間堆疊該些膜之一適當的組合且以插入的光學黏合劑層來提供光學係數匹配，從而裝配補償器。裝配好的補償器必須無污垢及泡沫，並在較大的熱量(光)負載條件下提供一空間上均勻的持續延遲。替代性的係，可將具有一標稱目標延遲的補償層直接旋塗於一玻璃基板上，從而可能簡化該補償器器件之構造。但是，若構造需要具有不同特性的多個延遲層之補償器，則仍可能有困難。此外，校正固有的殘餘雙折射(例如，前面提到的0.02 λ之延遲)所需要的最佳延遲可能因不同器件而有明顯不同。理想地，但是可能並不實際，此點意味著逐個器件地將對比度最佳化需要將每一LCD與一適當最佳化的補償器匹配。還可藉由替代技術來製造偏光補償器，包括晶體薄片、光學薄膜、液晶聚合物及次波長介電質形式的雙折射結構。然而，藉由線柵偏光光束分離器偏光旋轉來提供補償器的A板部分之等效物，可能獲得明顯的改進並節約成本。
在該情況下，便需要提供一機械殼體來固持與一液晶顯示器接近之線柵偏光光束分離器及其他附近的偏光組件，從而進一步提供該線柵偏光光束分離器之受控制的平面內旋轉，而不會干擾其對準或操作之其他關鍵方面。共同讓渡的美國專利案第6,769,779號(Ehrne等人)提供一種用以安裝偏光組件及一反射性LCD空間光之調變器之殼體及方法。尤其係，此申請案提供一種相對於一高流明LCD、高熱量負載投影機，將一線柵偏光光束分離器固持於一適當位置而同時令熱失真及應力雙折射最小化之機械殼體或框架。在本申請案所論述的關鍵設計考慮因素中，包括安裝一線柵偏光光束分離器而同時讓此組件之表面相對於該空間光之調變器表面與一分析器表面保持於精確的45度方向。電子投影裝置設計中必須解決之一相關問題係讓該空間光之調變器本身相對於該線柵偏光光束分離器及相對於該投影光學路徑皆對準。保持精確對準而不產生熱漂移之不利影響係高端電子投影裝置之一關鍵設計目標。但是，本申請案並不提供讓該線柵偏光光束分離器機械旋轉一固定數量以實現偏光補償之構件，且同時允許平面旋轉而不會引起不需要的約束、應力或移動以致影響該線柵偏光光束分離器，例如由於受到一高熱量負載或在從室內環境至高熱量負載操作之轉換期間。
此項技術中的其他文獻，例如「SID 02文摘」中由G.H.Ho等人所著，名稱為「投影顯示系統中線柵型偏光器之機械光學特性」之一文章，針對在使用反射性LCD空間光調變器之成像裝置中配置線柵偏光器組件提出某些設計方面的考慮因素，但未揭示對平面內旋轉線柵偏光光束分離器之需要或用於作此旋轉之機械構件。同樣，美國專利申請公告案第2003/0117708號(Kane)揭示由一線柵偏光光束分離器、空間光之調變器及一具有以一惰性氣體或真空填充的內部空間之投影透鏡組成之一密封的包覆，其亦未考慮到作為一殼體設計之部分需要提供一線柵偏光光束分離器之受控制的平面旋轉及用於此旋轉之機構。
因此，可看出，需要一種基於LCD的電子投影機之機械殼體，其中提供一線柵偏光光束分離器之受控制的平面旋轉以便致動一替代的偏光補償構件。
本發明之一目的係提供一種用以安裝空間光之調變器並支撐機械強固的偏光組件之裝置及技術，其允許熱膨脹而不會使影像品質劣化，從而允許該光調變路徑中的組件直接對準，並允許一線柵偏光光束分離器作一固定數量之受控制的旋轉。
鑒於上述目的，本發明提供一種用以將一光束分離器及一空間光之調變器安裝成與一輸出光學路徑對準之殼體，其包含：(a)一前板，其具有一開口以接納沿一照明軸提供之入射照明；(b)一調變器安裝板，其與該前板間隔開且實質上平行於該前板，以用於將該空間光之調變器安裝於該照明軸之光學輸出路徑中；(c)第一及第二偏光支撐板，其彼此間隔開且在該前板與該調變器安裝板之間延伸；該等第一及第二支撐板之面對面的個別內表面提供支撐特徵，以支撐在一相對於該照明軸而固定的平面內之面對面內表面之間的光束分離器；該等支撐特徵係配置成允許該光束分離器在一角度範圍內於該固定平面內旋轉；以及該光束分離器延伸於該等面對面內表面之間並實質上與該等內表面正交，該光束分離器之表面係保持為與在該調變器安裝板上的空間光調變器之表面成一固定角度，該固定角度定義一輸出光軸及沿該輸出光學路徑之工作距離。
本說明特定言之係關於形成依據本發明的裝置之部分或與之更直接配合的元件。應瞭解未明確顯示或說明的元件可採用為熟習此項技術者所熟知的各種形式。
參考圖1，其中以示意形式顯示一數位投影裝置10中的光學組件之配置，如共同讓渡的美國專利案第6,585,378號(Kurtz等人)所說明。照明光學元件20及預偏光器45將來自一光源15的光預先調節成提供本質上均勻化且偏光的照明。照明光學元件20包括均勻化光學元件，例如一整合條或一蠅眼整合器裝配件，以及聚光中繼光學元件裝配件。隨後藉由預偏光器45將比光偏光，且所需偏光狀態之光朝向該偏光光束分離器，同時所拒絕的交替偏光狀態光名義上朝該光源反射回去。預偏光器45係調變光學系統40之部分，該調變光學系統40還包含一線柵偏光光束分離器50、一偏光改變空間光之調變器55及一偏光分析器60。名義上，線柵偏光光束分離器50透射具有較佳偏光狀態之入射光，同時將具有交替偏光狀態之殘餘入射光反射出該系統。藉由空間光之調變器55(名義上係一液晶顯示器(LCD))來調變入射光，以將二維影像編碼到該光上，然後該光係作為一經調變的光束而反射。線柵偏光光束分離器50反射來自經調變的光束且具有一偏光狀態之光，並透射具有交替偏光狀態之光。然後，投影光學元件70將反射的經調變之光束導向到一顯示表面75(名義上係一投影螢幕)上。一般地，該光源15所發射的可見光係分成三個色彩通道(紅、綠、藍色)，其中每一通道中的光皆與其自身的調變光學系統40(包括其自身的空間光調變器55)相互作用。可藉由一重新組合棱鏡65來重新組合該些通道以用於投影至該顯示表面75。
依據對該些系統內所使用的線柵偏光器特性之更深層論述，可更佳地瞭解數位投影裝置10及調變光學系統40之設計。圖2說明一基本的先前技術之線柵偏光器，並定義先前技術及本發明之一系列說明性範例中將使用之術語。該線柵偏光器100由複數個平行的導電元件(導線)110與受一介電基板120支撐之溝槽115組成。此器件之特徵係該等導體之光柵間隔或間距或週期，表示為(p)；該等個別導體之寬度，表示為(w)；以及該等導體之厚度，表示為(t)。一線柵偏光器使用次波長結構，例如，間距(p)、導體或導線寬度(w)，而該導體或導線寬度(t)皆小於入射光之波長(λ)。儘管該導線厚度(t)實際上可超過該波長，但對於大多數設計而言，此並非實質情況。由一光源132產生之一光束130以一與法線成θ度之角度入射於該線柵偏光器100上，而該入射平面與該等導電元件正交。該線柵偏光器100將此光束分成鏡面非繞射的射出光束、反射光束140及透射光束150。所使用的S及P偏光之定義係，S偏振光係其偏光向量平行於該等導電元件之光，而P偏振光之偏光向量與該等導電元件正交。一般地，線柵偏光器反射光時其電場向量將平行(「S」偏光)於柵格，而透射光時其電場向量將垂直(「P」偏光)於柵格。線柵偏光器100係一有點不尋常之偏光器件，因為其在透射(透射異常光線)時係一E型偏光器而在反射(反射正常光線)時係一O型偏光器。
當將此一器件用於正交入射(θ＝0度)時，一般會令所反射的光束140重新朝向該光源132，而將該器件稱為一偏光器。但是，當此一器件係用於非正交入射(一般為30°<θ<60°)時，照明光束130、反射光束140及透射光束150遵循可不同的分離路徑，而將該器件稱為一偏光光束分離器。線柵器件若用作一偏光器或一偏光光束分離器，則其與導線間距(p)、導線寬度(w)、導線負載循環(w/p)及導線厚度(t)有關的詳細設計可相異地最佳化。應瞭解，數位投影裝置10及調變光學系統40若設計成具有偏光修改空間光之調變器，則可使用偏光分析器及偏光光束分離器而非線柵型器件。例如，該偏光光束分離器可以係一MacNeille型玻璃棱鏡，該偏光器可以係一基於染料/聚合物之薄片偏光器。但是，對本論述內容，該偏光光束分離器50、預偏光器45及偏光分析器60一般皆係假定為線柵器件，但並非該投影機之所有組態皆必需達到此點。
圖3說明該些偏光器在用於一調變光學系統200中時其較佳的空間關係。調變光學系統200係圖1所示調變光學系統40之一延展而更詳細的版本。先前引用的共同讓渡之美國專利案第6,585,378號說明調變光學系統200之基本結構及操作。調變光學系統200係一電子投影系統(或一印表機)之一部分，其包含一入射照明光束220，藉由一聚光器225令該光束透過預偏光器230、線柵偏光光束分離器240及補償器260而聚焦到空間光之調變器210(該LCD)上。承載經調變影像之光束290係從空間光之調變器210之表面反射、透射穿過補償器260、反射離開線柵偏光光束分離器240，而然後透射穿過偏光分析器270。在離開調變光學系統200後，承載經調變影像的光束290沿光學軸275循進，且在其射向該螢幕(或射向一光敏媒體)之途中透射過重新組合棱鏡280及投影透鏡285。同樣，將預偏光器230及偏光分析器270假定為皆係線柵偏光器件。一全色投影系統對每一色彩(紅、綠及藍色)會採用一調變光學系統200，且透過該重新組合棱鏡280來重新裝組該等色彩光束。聚光器225可包含數個透鏡元件，其係一更昂貴的照明系統之部分，該系統將該光源的光轉換成一矩形形狀之名義上均勻的光區域，該光名義上填充空間光調變器210之作用區。
在採用一先前技術之線柵偏光光束分離器之一調變光學系統200中，該線柵偏光光束分離器240由一介電基板245組成且具有位於一表面上的次波長導線250(該等導線已被按比例放大許多)。置放線柵偏光光束分離器240以反射進投影透鏡系統285，從而避免因透過一傾斜板的透射而引起散光及慧星像差。更簡單的係，補償器260係一波板，其提供少量延遲以滿足補償產生於空間光之調變器210表面的幾何瑕疵及雙折射效應之需要。例如，如美國專利案第5,576,854號(Schmidt等人)所論述，補償器260可提供0.02λ情況下之延遲(A板)以校正因該LCD封裝內的反電極基板中該LCD偏光層之殘餘幾何瑕疵所引起之偏光錯誤及殘餘的熱致雙折射。在要求不如數位相機苛刻的應用中，補償器260可為非必須的。
系統規格與可用的線柵偏光器件之限制皆定義用於數位電影的調變光學系統200之構造。尤其係，數位電影需要該電子投影機以提供高連續訊框系統對比度(1,000：1或更佳)。為實現此點，該等偏光光學元件，除調變光學系統200之空間光調變器210(該LCD)外，必須提供2,000：1之一總光學系統對比度(Cs)。該偏光光學元件之實際目標對比度當然取決於該等LCD之性能。因此，若該等LCD僅提供1,500：1對比度，則該等偏光光學元件必須提供約3,000：1對比度。對於數位電影，具有垂直對準(VA)模組之LCD因其先天具有高對比度而係較佳。應注意，該等LCD與該等偏光光學元件之對比度性能一般隨該入射光束之數值孔徑增加而減小。遺憾的係，採用目前的技術，僅憑使用一單一線柵偏光光束分離器240本身不足以達到該等偏光光學元件之2,000：1目標對比度。基於此原因，調變光學系統200還使用一線柵預偏光器230與一線柵偏光分析器270以提供該目標偏光性能。
可詳細地瞭解調變光學系統200之構造及操作，此點與其偏光性能相關。較佳的係，預偏光器230之方向使得其可將「P」偏振光透射進該調變光學系統。線柵偏光光束分離器240係定向成使其次波長導線圖案之方向名義上平行於預偏光器230之次波長導線(即該等二器件不交叉)。從而，藉由透射穿過該線柵偏光光束分離器240進一步修改(增強對比度)透射的「P」光。然後，所透射的光束穿過補償器260並遇到空間光調變器210，該空間光之調變器210名義上係一反射性LCD，其依據所施加的控制電壓而逐個像素地修改該入射光之偏光狀態。白色與黑色之間的中間碼值減小「開啟」狀態的光量而增加「關閉」狀態的光量。該「開啟」狀態光已經過偏光旋轉，其相對於該線柵偏光光束分離器240而處於該「S」偏光狀態。因此，該「S」狀態光反射離開該線柵偏光光束分離器240，且隨後透射穿過偏光分析器270而藉由一投影透鏡285而導向該螢幕。調變光學系統200(忽略該LCD與補償器所起之作用)之整體對比度(Cs)可近似為：1/Cs＝1/(CT 1 *CT 2 )＋1/(CR 2 *CT 3 )，
其中CT 1 係該線柵預偏光器230之透射對比度，CT 2 及CR 2 係該線柵偏光光束分離器240之透射及反射對比度，而CT 3 係該線柵偏光分析器270之透射對比度。在此系統中，在線柵偏光光束分離器240之「S」偏振狀態光離開之情況下，整體對比度大部份係由低反射對比度CR 2 決定。該分析器對比度CT 3 需要相當高才能補償該等低CR 2 值(約30：1)。然而，假設個別的對比度值在整個光譜範圍內相當均勻，則該透射對比度CT 1 與CT 2 無需特別高。偏光分析器270之定向使得反射離開該線柵偏光光束分離器240且相對於該線柵偏光光束分離器240而具有「S」偏光之「開啟」狀態的光將此光視為相對於其自身結構之「P」狀態的光。因此，偏光分析器270移除任何伴隨所欲「開啟」狀態光束之交替偏光洩漏光。作為一範例，對於550 nm之綠色光，線柵偏光光束分離器240與線柵預偏光器230之組合提供一僅約25：1之螢幕上連續訊框光學對比度。但是，當藉由線柵偏光分析器270來補償該些偏光器時，理論上的整體系統對比度Cs激增至約2,900：1。
調變光學系統200最佳的係構造成具有線柵偏光光束分離器240，該線柵偏光光束分離器240係定向使其表面上的次波長導線250面朝該空間光之調變器210而非面朝該照明光學元件(聚光器225)及光源(參見圖3)。儘管在使用此定向時整體對比度(Cs)係約2,900：1，但在使用替代定向(該表面上之導線面朝該光源)時，淨對比度驟降至約250：1。(應注意，在此測試中，用一鏡及一四分之一波板來替代空間光之調變器210(LCD))。此對比度缺失係由於該玻璃基板中的應力雙折射而引起，此誘因可能係由於該玻璃本身之先天品質所致或由來自光吸收的熱致應力雙折射而產生。在該較佳定向中，玻璃基板245係定位成該等次波長導線250面朝該空間光之調變器210，承載經調變影像之光束290從該等導線反射且不遇到該基板及該基板內的任何應力雙折射，從而保持較高的對比度。當線柵偏光光束分離器240之次波長導線250係「垂直」定向(朝頁面內，如圖所示)而非「水平」(在該頁面平面內)時，調變光學系統200還提供最高的對比度及光效率。
為了構建一數位電影投影機，需要針對一照射35至55英尺寬螢幕之系統發光度(10,000至15,000流明)及對比度(1,000：1＋)同時最大化，而同時應付各種光學元件、線柵器件及LCD之限制。還可藉由增加入射於該線柵偏光光束分離器及該LCD的光之接納角度(數值孔徑)來使亮度達到最高。經模擬，表示基於LCD之數位電影投影機將需要在低於F/3.0之條件下操作才能達到該等螢幕亮度目標，且可能需要F/2.0至F/2.3之系統速度。但是，入射於線柵偏光光束分離器之光源光的較寬角度將使得來自其他偏光狀態的洩漏光增加，並因此減小可用對比度。測量結果顯示，當調變光學系統200(包括線柵預偏光器230、線柵偏光光束分離器240、一VA LCD及一線柵偏光分析器270)係組合成不具有該等偏光補償器時，其在處於約F/2.3時之對比度僅為約500：1。
尤其係，如圖4所示，針對配裝有一用於空間光調變器210但不具有一補償器260的VA LCD之調變光學系統200在F/2.3條件下測量出的對比度，相對僅為約490：1的F#來標繪不受補償的系統對比度300。應注意，當該集合F#保持F/2.3不變時，改變該照明F#。若二者皆發生相同變化，則圖4的所有曲線會顯示對比度相對於F#出現明顯得多之增加，尤其係高於F/4。此外，在具有此一特定的VA－LCD(器件「A」)情況下測量出之不受補償的系統對比度300保持低(僅約630：1)至F/10。
儘管可藉由調變光學系統200內的眾多起作用組件而使得該偏光對比度下降，但還可以若干方式顯現此對比度損失。圖6a說明用於正交偏光器之偏光對比度曲線，在角度空間中可顯示為相等對比度曲線，亦稱為「鐵十字」。該鐵十字圖案320展現在平行及垂直於該分析器柵格之方向上的峰值消光率，以及對於在四個離軸象限中的歪斜光線及傾斜光線之減小的消光率。若與大多數現有的偏光器相比，由於該線柵偏光光束分離器具有極高的角度性能，因此一般該些器件不具有一歪斜光線問題，且因此無需作進一步偏光補償。此點部分係由於該等線柵偏光光束分離器在反射時充當一O型偏光器而在透射時充當一E型偏光器，並因此在兼用於透射與反射(如在調變光學系統200中)時係部分自我補償。
圖6a關於「鐵十字」之說明還表示一理想的VA LCD之標稱偏光回應，此係透過正交偏光器所見且假定該偏光器具有一可忽略的相對於垂直之內部傾斜角(與分子對準有關)。遺憾的係，還可因該等VA－LCD內的各種複雜效應，例如，大傾斜角、關閉狀態偏壓電壓、熱致應力及大的入射角(大NA情況下)，而使得對比度下降。該些效應可使得對比度整體上下降而保持該鐵十字圖案320，否則會導致該鐵十字圖案320變形成另一消光圖案(例如，圖6b所示之「棒球」圖案325)。例如，VA LCD內僅3至4 nm的殘餘XY延遲可使得該器件輸出該棒球圖案325而非一鐵十字圖案320。由於該相等對比度越來越偏離該鐵十字圖案，因此總整合對比度一般亦會下降。因該線柵偏光光束分離器240以及因導線表面定向、導線旋轉及大入射角之類的效應而產生之對比度下降還可使得該鐵十字圖案320出現類似方式的下降。
藉由考量偏振光如何穿越調變光學系統200，可更佳地瞭解此點。圖5a顯示對於由處於該調變光學系統內的線柵偏光光束分離器240反射並透過線柵偏光光束分離器240而透射之光，就LCD 210之一部分而表示該光之光偏光狀態之一透視圖。一預先偏光的光束350係透射穿過線柵偏光光束分離器240。如圖5a所示，在一垂直於線柵偏光光束分離器240的線柵之向量上對透射光束355進行電場極化。從LCD 210上的像素反射一經調變的返回光束360，其中該「S」偏振光係該影像資料，而欲拒絕該「P」偏振光。理想的係，線柵偏光光束分離器240將不需要的「p」光100%透射為經調變的透射光370。但是，一較小的洩漏光365從線柵偏光光束分離器240反射，並伴隨「s」經調變的光束360，而引起對比度下降(「s」對「p」之比率)。進一步藉由該線柵偏光分析器270來減小該洩漏光365之大小。對於該經調變的光束360，線柵光束分離器在透射時充當一預偏光器而在反射時充當一偏光分析器，從某種意義上係包含一般的正交偏光器組態。
儘管對於軸上準直光確實發生偏光對比度之一定損失，但對於傾斜及歪斜光線效果更為顯著。為更佳地瞭解此點，圖5a中說明入射於線柵偏光光束分離器240之一45°傾斜表面之一大NA非鏡面光束的光束幾何形狀，而圖5b顯示垂直入射於一表面(例如，該LCD 210、預偏光器230或偏光分析器270)之一類似的非鏡面光束之幾何形狀。對於垂直入射的情況，藉由一0至180°之方位角掃描來說明該入射光束，而角度之極性掃描受限制(F/2.0情況下為0至15°)。傾斜光線係該些落在該等軸外側的四個象限(方位角度為0°及180°、90°及270°)中且位於包含局部光軸275之平面內之光線，該等四個象限係由該等正交偏光器定義。該等歪斜光線係位於不包含該局部光軸275之平面內之光線。對於入射於45°傾斜表面之情況，該入射光束係再次定義為一0至180°之方位角掃描，而角度極性掃描在相對於該光軸為0至15°之範圍內，或係相對於該線柵表面為30至60°之掃描。該些傾斜及歪斜光線使得在鐵十字圖案320之四個象限中觀察到的對比度減小。例如，沿該等軸的峰值對比度可超過1,000：1，而位置偏離該等交叉的座標軸45°之四個象限中的對比度下降到300：1或更小。
如先前所提到，調變光學系統200部分包含一線柵預偏光器230、一線柵偏光光束分離器240、一垂直對準的LCD 210及一線柵偏光分析器270，名義上在F/2.3的綠色光情況下僅提供500：1之對比度而無法達到規格。但是，作為一解決方式，可藉使用適當的補償器來提高該系統對比度以達到並超過規格。
如共同讓渡的美國專利申請公告案第2003/0128320號之論述，偏光補償器可以係專門設計成用於增強該等線柵偏光器與該等線柵偏光光束分離器之偏振角回應。如該申請案中之論述，使用嚴格耦合的波分析(RCWA)方法來模擬一般的可見光波長線柵偏光器，則光透射率與角度之相對比率會顯示出明顯的增加。該些線柵偏光器係模擬為鋁導線結構，其係沈積於Corning玻璃1737F上，而其導線間距為144 nm(~λ/4)，導線負載循環為0.45，而導線高度為130 nm。在該綠色波長頻帶(550 nm)中，20度(F/1.5)及45度方位角度(對應於圖6a之鐵十字圖案320之離軸象限)情況下的透射率比其在0度偏振角情況下大2.5倍。在甚至更大的偏振角(40度)情況下，該透射率(洩漏光)可以比其在軸上情況下大10倍。對於正交偏光器，由於對比度大致與該透射率成反比，因此透射光(洩漏光)的此類增加可引起系統對比度出現巨大變化。
如美國專利申請公告案第2003/0128320號之進一步論述，範例性的偏光補償器係設計成提高正交線柵偏光器(圖3之預偏光器230與偏光分析器270)以及該線柵偏光光束分離器240之性能。尤其係，範例性偏光補償器係設計成使得在定向為45°之線柵偏光光束分離器240情況下，組合的透射性能與角度之相對比率最佳化。一此類補償器係設計為二個特定雙折射膜(＋90 nm A板與＋320 nm C板)之一組合。藉由此補償器，與該未補償之線柵偏光光束分離器相比，使得在橫跨15°至30°之一大偏振角範圍內，處於45度方位角之關閉狀態的光(洩漏光)之透射率減小2倍或更多。同時，軸上透射率不受影響(不下降)，因為補償後及未補償的值保持為相同。使用此補償器可在一較大的角度範圍內將圖6a之鐵十字圖案320有效地改變為「黑色」(高對比度消光率)。
此補償器係由圖3之調變光學系統200中的補償器260來表示，其係位於線柵偏光光束分離器240與液晶空間光之調變器210之間。此係位於調變光學系統200內的此補償器之最佳位置。
應瞭解，該等補償器，無論係用於該等線柵偏光器還係用於該等線柵偏光光束分離器，皆可以採用任何數目的方式來設計。例如，可使用一單一雙軸膜來替代A板與C板之組合。同樣，可以相反的順序來設計該等補償器，且在A板之前遇見C板。但是，若切換該順序，則所設計的雙折射值可能會變化。還應瞭解，可在先前的A板與C板補償器設計中添加額外的A板及/或C板及/或雙軸膜。可將該等補償器構造成使其雙折射膜夾在二個玻璃基板之間，而由光學匹配的黏合劑或凝膠來將該等元件固持在一起。在該情況下，任何玻璃至空氣表面皆應塗佈有AR。
同樣，如美國專利申請公告案第2003/0128320號之論述，可藉由提供增強該等LCD在透過該線柵偏光光束分離器來觀看時的性能之偏光補償器，來增強圖3之調變光學系統200之整體對比度性能。此點在概念上與美國專利案第5,576,854號(Schmidt等人)之先前技術範例類似，其中說明針對與一MacNeille光束分離器組合操作的VA LCD而最佳化之一補償器。該專利案中揭示，使用一0.27 λ補償器，其中0.25 λ補償該MacNeille棱鏡而0.02 λ補償該LCD的反電極基板中的殘餘應力雙折射。因此，對於當前情況，其中該垂直對準LCD係與一線柵偏光光束分離器組合，不需要用於補償該MacNeille型棱鏡之0.25 λ延遲。但是，提供作為一A板之殘餘的0.02 λ延遲(~11 nm XY)，可能仍可用於校正該VA LCD內的應力雙折射，即便在使用一線柵光束分離器時。
先前引用的美國專利申請公告案第2003/0128320號亦考慮到在一用於數位電影之調變光學系統200內與VA－LCD一起使用的偏光補償器之設計。應注意，調變光學系統200將該VA LCD放置於一通常較快的光學系統(約<F/3.0)中。在該情況下，可使用一負的C板來校正與液晶相關的視角。此負的C板應具有與該VA－LCD相同的Z延遲量，即一般可以係約160至300 nm。因此，在此情況下，在快速光束中與一線柵偏光光束分離器組合使用的反射性VA LCD之較佳補償器兼含一負的C板(例如，－233 nm延遲)與一可旋轉的正A板(例如，~11 nm延遲)。
同樣，當透過處於關閉狀態的正交偏光器來觀看一理想的或接近理想的VA－LCD時，該相等對比度顯示一「鐵十字」圖案320，此與圖6a所示者類似。此圖案指示沿該光軸(球形圖案之中心)以及沿平行於或垂直於該等正交偏光器的透射軸之方向的光最小，但在該等四個象限中可期望有洩漏光。但是，對於位於正交偏光器之間的一未補償的理想VA－LCD，方位角度為45°之F/2.3照射情況下模擬的偏光消光率超出1,000：1達到一僅3.5°之偏振角。相比之下，模擬成具有適當的C板補償器來提高快速光束情況下的對比度之相同VA－LCD(－233 nm延遲)係模擬成具有1,000：1之對比度位準直至大於13°之偏振角。非理想的VA－LCD，例如，具有明顯的殘餘XY延遲(例如，11 nm)之該些VA－LCD，其自身在透過正交偏光器來觀看時會產生退化的相等對比度之棒球圖案325，亦可獲得類似的改進。當此一LCD與一適當設計(例如，具有－233 nm C板與11 nm A板)的偏光補償器配對時，在一較寬角度範圍內對比度會明顯提高。
美國專利案第2003/0128320號中亦論述用於該線柵偏光光束分離器240之偏光補償器與該LCD 210係共同位於此等二組件之間，且可以組合成一封裝的補償器器件(補償器260)。此外，可使用一整合的補償器，其包括一單一的C板，其中依據VA－LCD補償器及線柵偏光光束分離器補償器之計算出的C板延遲來決定淨延遲。該淨C板延遲可以更小或更大，此取決於輸入的C板值之符號(正或負雙折射)。在先前之範例中，用於該線柵偏光光束分離器之C板補償器具有＋320 nm之延遲，而用於VA－LCD之C板補償器具有－233 nm之雙折射。因此，若組合此等二C板設計，則其餘C板僅具有~87 nm之延遲。因此，組合的補償器260便依次包含用於VA LCD之11 nm的A板(0.02 λ補償)，87 nm的C板及用於線柵偏光光束分離器240之90 nm的A板，而該11 nm的A板之位置最接近該LCD 210。該等二個A板不可簡單地組合，因為該11 nm之A板需可以旋轉，而該90 nm之A板具有相對於該等次波長導線250之一固定方向。可讓該補償器260之全部或一部分旋轉以使得對比度或光效率或二者最佳化。
在圖4中同樣考慮到，顯示在藉由一VA－LCD及一偏光補償器260來測試的調變光學系統200之情況下該XYZ受補償系統對比度450。在此範例中，該VA－LCD係同一器件(器件「A」)，其係用於收集關於該未補償的系統對比度300之資料，而該補償器260明確言之係由一180 nm的C板(用於Z)與一12 nm的A板(用於XY)組成。(應注意：此補償器併入僅用於該VA－LCD的範例性校正延遲，而非用於校正該線柵偏光光束分離器之範例性延遲。)藉由將未補償的系統對比度300與該XYZ受補償的系統對比度450相比，可看出，在F/2.3條件下測量出的對比度明顯提高為1,670：1。此外，對於此器件「A」VA－LCD與補償器之組合，該對比度明顯地從F/2.3提高為F/10，此時其保持處於整個範圍內而高於1,600：1。
具有校正XY偏光補償之A板的存在在獲得某些LCD所需的對比度性能之情況下可能至關重要。藉由先前用於圖4所示結果之器件「A」VA－LCD來測量調變光學系統200之對比度，但該器件使用一具有一僅作~220 nm Z旋轉的C板之偏光補償器260。在此情況下，由於該特定VA－LCD需要~11至12 nm之XY延遲(但並不提供此延遲)，因此，所產生的對比度(即僅Z受補償的對比度455)比在F/2至F/10之F#範圍內未補償的系統對比度300略佳而係650：1。但是，此結果不如該XYZ受補償的系統對比度450好，後者係藉由器件「A」且同時使用具有一180 nm的C板(Z)與一12 nm的A板(XY)之範例性補償器而獲得。相比之下，當前述僅Z補償器與自然具有鐵十字特性(即，需要極少或根本不需要XY延遲補償)之VA－LCD器件「B」成對時，F/2.3條件下的對比度超過2200：1。
可看出，偏光補償本身具有複雜的設計及構造，而該等LCD本身內部的殘餘延遲之較大變化進一步使得對最大化的對比度之要求複雜化。但是，已展示出可讓該等線柵偏光器在平面內旋轉數度，從而可能使得系統對比度顯著增強，同時可能簡化調變光學系統200與補償器260之設計。實務上，美國專利公告案第2003/0128320號中未詳細說明的該些旋轉調整儘管使得對比度提高，但此與一給定LCD之性能、隨附補償器260之特定設計、經過該調變光學系統200的光之F#以及該LCD之操作溫度十分相關。參考圖5a，可以提高對比度為主要目標而讓該線柵偏光光束分離器240、線柵偏光分析器270及線柵預偏光器230皆旋轉數度，同時亦使得光效率最大化。明確言之，藉由讓該線柵偏光光束分離器作一小的固定數量(角度(β))之角度旋轉，引入一定的XY延遲，從而有效地允許藉由添加一A板來調諧該偏光補償。所使用的實際旋轉一般係~3°至5°，其可能係15°或更大，或小至1°至2°，此取決於測試條件。用於增加對比度之線柵偏光光束分離器240之最佳數量的旋轉(β)可取決於該LCD之溫度，而所需要的旋轉一般會在該LC器件在較暖溫度下操作時增加。因此，重要的可能係，決定在預期的操作溫度下一給定的LCD所需要之最佳補償。在許多系統中，藉由加熱或冷卻可控制該等LCD之操作溫度，從而確保操作於具有最佳光電回應之溫度範圍。一般地，當使用該線柵偏光光束分離器240之(β)旋轉時，與未補償情況相比，調變光學系統200之連續訊框調變對比度可提高2倍以上。
儘管線柵偏光光束分離器240之次波長導線250主要使得此器件充當一偏光器，但此結構還引入少量的XY延遲。藉由考量一相關光學結構(人造雙折射或「蛾眼」光學元件)之特性而從品質上理解此點。首先，人造雙折射光學結構類似於圖3之線柵偏光器100，不同之處僅係該等導線110並非金屬而係介電質。一般的可見光波長人造雙折射光學結構亦具有長介電質導線(臺地)，且溝槽115之深度相對於該臺地寬度而較大(例如縱橫比>20：1)。相比之下，一般的線柵偏光器具有淺導線，且導線厚度(t)與導線寬度(w)之比適中而係~2：1。
對於線柵器件，該等介電人造雙折射結構可具有溝槽與導線(臺地)之一維圖案，與圖3所示者類似。替代性的係，可採用具有一對稱的介電質次波長溝槽及臺地的圖案或一非對稱的介電質次波長溝槽及臺地的圖案(在X與Y上不同)之二維結構。該等對稱的二維結構之功能可能類似於一抗反射(AR)塗層，其具有一寬波長、對偏光不敏感而對角度敏感之回應。該非對稱的二維圖案化結構提供一對偏光敏感之抗反射特性。介電質次波長光學微結構之一維圖案與圖3所示者類似而係各向異性，且提供人造雙折射(在X及Y方向上具有不同的光學延遲值)以及抗反射特性。I.Richter等人所著之論文「人造雙折射微結構之設計考慮因素」(應用光學1995年5月第34卷第14期第2421至2429頁)論述光學元件之詳細設計。該等論文顯示如何可將各種參數(例如，臺地/溝槽結構之間距(p)、寬度(w)及高度或厚度(t))調整成使得設計最佳化。可將具有作為人造雙折射的介電質微結構之光學元件用作可見光譜波板及延遲器，從而據設計而提供100至400 nm之延遲(最多接近延遲波)。人造雙折射明顯不同於較一般的主體雙折射，後者係在晶體中觀察到，因為後者係因該等材料內的電性特性之各向異性變化而引起。
由於該等線柵偏光器及偏光光束分離器之次波長結構具有XY各向異性，因此該些結構可引入少量的人造雙折射作為該等器件設計及製造之副產品。此外，美國專利案第6,122,103號中說明一交替之經改進的線柵偏光器，其具有一次波長結構，在該結構中在一厚度為tR 的介電質肋狀物頂部上製造該等金屬導線。在該情況下，使用介電質肋狀物結構上的金屬導線以將透射共振偏移至較低的波長，從而使得該線柵性能更完全地延伸於整個可見光譜。所說明的線柵偏光器包括一XY各向異性的有效媒體結構，此結構可能呈現出XY人造雙折射，並因此呈現出延遲。該延遲引入一偏光相對於該正交偏光之延遲，此延遲轉換成該入射光偏光中之一相位變化△Φ。可將該△Φ計算為△Φ＝2π*t*△n/λ，其中(△n)係由該結構提供之指數變化(△n＝n∥－n⊥)(雙折射)而(t)係該結構之厚度。延遲係表示為距離之相位變化△Φ；例如，一π/2相位變化△Φ提供一四分之一波λ/4延遲，其在550 nm條件下等於~138 nm延遲。但是，儘管預期各向異性的人造雙折射可存在於線柵偏光器及偏光光束分離器中，但因希望引入少量XY延遲並由此調諧該對比度而將受控制的旋轉應用於該等線柵偏光器，如同其在調變光學系統200中般，但在先前技術中既非顯而易見亦未曾預期到。此外，該線柵偏光器旋轉作為一用以簡化該調變光學系統200的構造之機構而與補償器260之相互作用在先前技術中亦未曾預期到。
儘管該線柵預偏光器230、該線柵偏光光束分離器240及該線柵偏光分析器270皆可旋轉至一定程度而提高對比度或光效率，但最有益的係該線柵偏光光束分離器240之旋轉。該線柵結構之小XY延遲或多或少平行於或垂直於其用於沿該系統光軸275射過來的光之導線。當該線柵偏光光束分離器自其標稱位置(β＝0°)起旋轉一定的受控制之角數量(β)時，其XY延遲可定向成更垂直於該LCD之XY延遲且因此更佳地補償該LCD。該線柵偏光光束分離器270之單獨(該線柵預偏光器230與該線柵偏光光束分離器240皆係固定(非旋轉))旋轉提供下面所論述之觀察到的對比度之最大增量部分(某些情況下>95%)。
再次參考圖4，針對調變光學系統200而說明測量出的對比度之另外三個範例，其中空間光之調變器210係一VA－LCD(明確言之係器件「A」)，而該等線柵偏光器之旋轉係用來調整該對比度。在該第一範例中，測量該對比度，其中補償器260係一具有180 nm延遲(Z)的C板與一具有12 nm延遲(X－Y)的A板之範例性封裝，而該線柵偏光光束分離器240與該線柵偏光分析器270皆係角度扭轉。結果，組合XYZ補償器及導線旋轉對比度460顯示在F/2.3條件下測量出的~1,600：1對比度基本上等於由此補償器單獨提供的XYZ補償系統對比度450。但是，該導線旋轉確實使得在更高的F數值條件下產生的對比度增量較小。此測量出的XYZ補償器與導線旋轉對比度460之組合當然比未補償的系統對比度300高得多。為獲得此結果，讓該線柵偏光光束分離器240旋轉β~0.5－2°，而讓該線柵偏光分析器270在相同方向上旋轉α~1－3°。儘管該線柵偏光光束分離器240與該線柵偏光分析器270皆旋轉所說明的數量(分別係β與α)，但該些器件仍係定向成使其次波長導線實質上相對於圖3而垂直(朝頁面內)定向。此資料基本上表示該調變光學系統200可以係構造成具有一LCD 210與一補償器260，而該線柵偏光器係角度扭轉以進一步提高系統對比度。
作為圖4所說明的另一第二範例，在該補償器260僅包含一具有220 nm延遲(Z)的C板之情況下測量該對比度，而該線柵偏光光束分離器240與該線柵偏光分析器270皆作角旋轉。結果，識別為組合Z的補償器與導線旋轉對比度465顯示對於此組合在F/2.3條件下測量出的~1,100：1對比度比測量出之未補償的系統對比度300與僅Z受補償的對比度455更佳，但比該XYZ受補償系統對比度450或該組合XYZ補償器及導線旋轉對比度460更小。為獲得此結果，讓該線柵偏光光束分離器240旋轉β~3－5°，而讓該線柵偏光分析器270在相同方向上旋轉α~6－7°。該線柵偏光光束分離器240之旋轉引入一估計出的~6－8 nm之XY延遲，其小於LCD(「器件「A」)為使對比度最大化而需要之~12 nm XY延遲。在此情況下，使用作選擇性旋轉的線柵偏光器之調變光學系統200、一LCD 210及一補償器260提供在F/2.3條件下更高的對比度，其比未補償的對比度更大，但小於具有一最佳化的補償器條件下之對比度。此點表示該線柵偏光器之平面內旋轉可能用來提高對比度而同時簡化相關的偏光補償器(範例性的補償器僅Z受補償)之設計及結構。
作為圖4所說明之另一第三範例，針對一調變光學系統200來測量該對比度，該調變光學系統200包括該線柵偏光光束分離器240、該線柵偏光分析器270、該線柵預偏光器230及該LCD 210(器件「A」)，但其在受測試時並不具有補償器260，而同時該線柵偏光光束分離器與分析器皆作角旋轉。結果，識別為僅作旋轉的對比度470在F/2.3條件下為~700：1，此比測量出的未補償系統300更佳且可與該僅Z受補償的對比度455相比。更重要的係，在F/2.3條件下，此範例(LCD 210係作為器件「A」)之旋轉對比度低於系統對比度~1,000：1之目標規格，且低於測量出的XYZ受補償的系統對比度450以及組合XYZ補償器與導線旋轉對比度460。因此，對於一類似於展示器件「A」之LCD 210，該等線柵器件之平面內旋轉提供的延遲不足以補償該器件中的殘餘延遲，而需要另一偏光補償器。
更一般的係，圖4顯示在~F/4或更小之條件下操作且採用一LCD 210與一補償器260(其XY與Z延遲非常匹配)的一組合之一調變光學系統200之對比度高於其他方法所提供之對比度。明確言之，對於此範例(VA－LCD器件「A」)，在F數值為~4.0或更小之條件，該XYZ受補償之系統對比度450與該組合XYZ補償器及導線旋轉對比度460皆明顯高於該僅導線旋轉對比度470。實驗亦已顯示該~F/4至~F/6區係一交越區域，其中視所使用的特定LCD及特定補償器而定，可藉由一偏光補償器或藉由該線柵偏光器之平面內旋轉或藉由此等二者之一組合來獲得最高對比度。即使在該交越的F/4至F/6區域中，使用與一給定的LCD非常匹配之一偏光補償器一般將會提供最高對比度。但是，對於可購得之LCD產品中的精選品，在此交越的F/4至F/6區域中，藉由該線柵偏光器之旋轉而提供之對比度可能高得足以(>1,000：1)滿足數位電影投影之類要求苛刻的應用在對比度方面之需求，而並不使用一偏光補償器。若高於F/6，則由該等線柵偏光器(470)的旋轉提供之對比度一般匹配在使用一偏光補償器時獲得之對比度。在該情況下，可簡化調變光學系統200，因為可省略補償器260，且仍可獲得極高的對比度。
圖4所提供的對比度曲線與F數值之相對比率皆係明確地由測試而獲得，在該等測試中將該VA－LCD識別為器件「A」。使用先前說明識別為器件「B」與器件「C」之VA－LCD來完成相等範圍之測量，在調變光學系統200內測試該等器件。儘管該些器件呈現出的性能與器件「A」有相當大的差異，包括明顯不同的先天內部殘餘XY及Z延遲，藉由器件「A」而獲得並顯示於圖4中的結果，此一般亦適用於該些器件。尤其係，VA－LCD器件「A」及「C」具有殘餘的XYZ延遲，以致二器件在受測試時皆提供棒球圖案型的相等對比度而不採用偏光補償，但對於每一測試條件，器件「C」之性能皆不如(對比度更小)器件「A」。但是，器件「C」，如同圖4所示之器件「A」資料，在低於F/4條件下對於以下測試情況提供最高的對比度：XYZ受補償系統的對比度450及組合XYZ補償器與導線旋轉對比度460(1100：1及更高)；而該組合Z補償器與導線旋轉對比度465及僅導線旋轉對比度470處於中間值(分別為800：1＋ 與600：1＋ )；而該僅Z受補償的對比度455及未補償的系統對比度300提供最低的對比度(~500：1)。同樣，該F/4至F/6亦係器件「C」之一交越區域，其中藉使用一偏光補償器來獲得最高對比度，但藉由單獨的線柵旋轉所作之補償提供高對比度，其超過使用實際偏光補償器之某些補償器組合。最後，在高於F/6條件下，器件「C」之測試結果類似於器件「A」之測試結果，而使得藉由該等線柵偏光器(470)之旋轉而提供之對比度一般匹配或超過在使用一偏光補償器時獲得之對比度。
VA－LCD器件「B」係擁有在相等對比度時觀察到的先天鐵十字特性之器件，此情況下之結果顯示相對於器件「A」及「C」而有明顯不同的特性，然而總體結論類似。尤其係，對於此器件，藉使用一僅Z補償器(220 nm Z補償器)而非藉由該XYZ補償器(180 nn Z與12 nm XY補償器)而獲得最高對比度，但是此等二者之對比度皆相當高(在F/2.3條件下高於1,500：1，而在整個其餘F/3至F/10範圍內>2,000：1)。當使用處於「原生」狀態之器件「B」而不藉助於一偏光補償器或線柵偏光器旋轉時提供的對比度低於先前採用僅Z補償器或該XYZ補償器之情況。尤其係，在原生狀態對比度條件下的F/2.3不能達到數位電影之>1,000：1目標。但是，此相同器件「B」之原生對比度在F/4至F/10範圍內超過>1,500：1。藉由旋轉該等線柵偏光器所作之偏光補償，若與使用一簡單的僅Z補償器或操作「原生」(高於~F/4)器件相比，其針對鐵十字之相同對比度器件而提供之優點少於針對棒球圖案的相同對比度器件而提供之優點。但是，在VA－LCD器件「B」之特定情況下，純粹的鐵十字特性僅在此器件測試時處於其關閉狀態之情況下才可用，此時甚至沒有一偏壓電壓。一旦施加一偏壓電壓，該鐵十字圖案便偏移成一棒球圖案，但對於器件「A」或「C」可觀察到更暗、更高的對比度。在操作時，器件「B」擁有少量殘餘XY延遲(~2~3 nm)，可藉由旋轉該等線柵偏光器來加以補償。
一般地，各種VA－LCD的實驗指示一調變光學系統200內的線柵偏光器之平面內旋轉提供一可調整的XY延遲數量，此可用於偏光補償，從而提高對比度。該等線柵偏光器之受控制的旋轉一般會使得在整個受測試的F/2.3至F/10區域內測量出的對比度增加，從而可以消除使用一偏光補償器之需要。此點對於操作速度F/6或更高之光學系統而言尤其係實際情況。對於要求苛刻的應用，由於要求調變對比度需等於或高於1,000：1，而操作速度需低於F/4，因此可藉由使用一偏光補償器來提供與隨附的LCD極為匹配的XY及Z延遲，從而獲得最佳的結果。但是，在此類情況下，即使在此區域中，該等線柵偏光器之受控制的旋轉亦可用來進一步調諧對比度或使對比度最大化。該F/4至F/6區域提供混合的結果，其中該等線柵偏光器之旋轉使得對比度明顯增加而且對於本身已足夠，但是其中一偏光補償器無論係自身獨立使用還係與線柵旋轉組合使用，一般皆使得對比度明顯地進一步增加。
如前面所提到，藉由該等線柵偏光器之旋轉而使得對比度增加，此主要係由於該線柵偏光光束分離器240在調變光學元件200內作一小量(β)的平面內旋轉而獲得(參見圖5a)。該線柵偏光光束分離器之旋轉提供最大優點，因為藉此方法而實際上利用該各向異性結構之XY延遲。由於旋轉數量一般較小(β~3－5°)，因此經由該偏光分析器之效率損失一般較小。該偏光分析器，其名義上亦係一線柵偏光器，可作一角度為(α)之平面內旋轉，如圖5a所示，以進一步提高對比度及系統效率。在其中大多數實驗中，在調諧對比度及效率之程序中，讓該線柵偏光分析器270旋轉一相對較小的角度(α~6－7°)。讓該線柵偏光分析器270在與該線柵偏光光束分離器240相同的方向上旋轉。儘管可讓該等二者進行旋轉相同的數量(α＝β)，但一般係在該分析器旋轉較大(α>β)時獲得最佳結果。但是，藉由該線柵偏光分析器270之旋轉而提供之增益小得足以使得在某些情況下讓該分析器保持固定(非旋轉)係明智之舉。但是，在上述實驗中，當該線柵偏光分析器270旋轉一較大角度(α>8°)時，測量出的對比度與光效率一般皆開始減小。在某些測試情況下，讓該線柵偏光光束分離器240旋轉甚大於此之角度(β~15°或更大)而同時令對比度最佳化。在此類情況下，讓該(線柵)偏光分析器旋轉一角度(α)，可提供更大的益處。
本系統之概念係關於一調變光學系統200，其中，使用該等線柵偏光器之旋轉，特定言之係該線柵偏光光束分離器240之旋轉，來引入XY延遲而因此對相鄰的LCD 210所固有XY延遲作部分補償，現已結合圖1及3所說明之系統來明確說明此概念。在該系統中，該線柵偏光光束分離器240係置放成接收來自LCD 210及補償器260之光，而然後將承載經調變影像的光束290反射進該投影透鏡285。應瞭解，使用該等線柵偏光器之旋轉來提供對該LCD 210的偏光補償之該些相同原理還可適用於一調變光學系統200，在該系統中該線柵偏光光束分離器240係置放成將承載經調變影像的光束290透射進該投影透鏡285。
參考圖7，其中顯示殼體500之一透視圖，該殼體500係用以為一單一色彩調變通道(在一項較佳具體實施例中為藍色通道)而將空間光調變器210及其支撐偏光組件安裝至該投影裝置內之一底盤壁。單色照明係朝向轉折鏡531，該轉折鏡531透過照明中繼透鏡534以及透過一環形孔502而將照明反射進殼體500內。然後，經由成像中繼透鏡536令沿軸Ob 輸出的經調變光朝向組合及投影光學元件，如共同讓渡的美國專利公告案第2003/0133079號(Cobb)中所說明。附著一調變器底座506作為殼體500之部分。
參考圖8，其中顯示移除偏光分析器60以顯示殼體500的內部組件及整體結構之一透視圖。調變器底座506附著於一調變器安裝板510。適配進調變器安裝板510的係一第一偏光器支撐板512及一第二偏光器支撐板520，其將調變器安裝板510與環形孔502分離。在殼體500內，一線柵偏光光束分離器240係置放成相對於空間光調變器210之表面而成一固定的對角。沿第二偏光器支撐板520之邊緣提供一疊合凹部518，從而為偏光分析器60之底部邊緣提供一基座。預偏光器45係安裝於藉由環形孔502所提供之一凹部508內且係 利用一可撓性的相適黏合劑(例如，RTV型黏合劑)而略微固定於適當位置。
參考圖9，其中顯示移除調變器安裝板510後殼體500之一透視圖。由第一偏光器支撐板512、第二偏光器支撐板520及環形孔502組成的殼體500之部分可以係製造成一單一單元，例如藉由壓鑄。無論以何方式製造殼體500，第二偏光器支撐板520及第一偏光器支撐板512上面對面的表面之對應的支撐特徵必須係互相對準，以便將線柵偏光光束分離器240及偏光分析器60疊合於該些表面之間且使得約束條件最小。如圖8、9及10所示，線柵偏光光束分離器240係分別對著第二偏光器支撐板520及第一偏光器支撐板512上的共面疊合表面524及524'而適配。線柵偏光光束分離器240之底部邊緣位於一光束分離器固定基底528頂上。在一項具體實施例中，在將第一偏光器支撐板512與第二偏光器支撐板520裝配於環形孔502後，藉由機械加工讓共面的疊合表面524與524'係對齊成共面。在相同操作中以同樣方式將邊緣導引部件526及526'機械加工成使其在處於殼體500內時與線柵偏光光束分離器240之邊緣共線。
同樣，為支撐偏光分析器60，第二偏光器支撐板520上之一疊合凹部518係對齊而使其後表面與第一偏光器支撐板512之一側表面516共面。橫跨線柵偏光光束分離器240之一或二表面，在第一及第二偏光器支撐板512與520中提供槽514，令氣流509、環境或專用的強制通風最大化，還為相鄰的偏光及調變組件提供額外的冷卻。此外，冷卻線柵偏 光光束分離器240可具有防止偏光光束分離器240及/或其底座出現差動熱膨脹之額外優點，否則，此情形會引起線柵偏光光束分離器240從其一般位置傾覆、傾斜及/或扭轉，並因此引起一聚合(螢幕位置)錯誤。
藉使用用於經機械加工或壓鑄的金屬組件之傳統的配對方法，第二偏光器支撐板520與第一偏光器支撐板512皆可適配進調變器安裝板510與環形孔502。可使用接針及凹痕來對齊該些組件以形成殼體500之外部殼體，如圖8所示。然後用螺絲將該等組件一起擰緊，以提供作為一單一的組合式組件之殼體500。為實現均勻的熱膨脹，在製造第二偏光器支撐板520、第一偏光器支撐板512、調變器安裝板510及環形孔502時使用類似的材料。在一項較佳的具體實施例中，第二偏光器支撐板520、第一偏光器支撐板512、調變器安裝板510及環形孔502係由鋁製成。替代性的係，可使用其他類型之金屬、聚合物複合材料或陶瓷複合材料。材料選擇的關鍵標準包括：較低的熱膨脹係數及較高的熱傳導率；若具有較高的楊氏模數及較低的材料密度，則還可提供額外的優點。
與照明系統(如圖7所示之軸I)精確對準並非關鍵，在未經調變的光之路徑中的對準可允許有一定容限。有利的係，殼體500在可允許的容限內提供針對照明軸I之自定心功能，而使得不需要進一步人工對準。回過來參考圖7，照明中繼透鏡534之鏡筒藉由適配進環形孔502來提供自定心，即藉由其自我固定於一底盤壁(未顯示)。
偏光組件之對準
參考圖10，顯示偏光及調變組件之一透視圖，其中移除了第一偏光器支撐板512及環形孔502且具有顯示為處於適當位置之偏光分析器60。圖10顯示調變器安裝板510以及第二偏光器支撐板520的組態細節。結合圖9，應注意，第二偏光器支撐板520具有共面的疊合表面524，或一類等效的機械特徵來充當一數據以讓線柵偏光光束分離器240相對於空間光之調變器210成所需的固定角度。在一項較佳的具體實施例中，此固定角度係45度。然後，光束分離器固定基底528(圖9中顯示得最清楚)為讓線柵偏光光束分離器240在該y方向上對齊(如圖10所示)提供一垂直數據。共面疊合表面524為讓線柵偏光光束分離器240在該z方向上對齊提供一數據。第二偏光器支撐板520中之一邊緣導引部件526充當讓線柵偏光光束分離器240沿共面的疊合表面524水平對齊(即，在如圖10所示之x方向上)之一基準點。如圖9所示，第一偏光器支撐板512中之一對應的邊緣導引部件526'係與第二偏光器支撐板520中的邊緣導引部件526對齊，來為水平(x方向)對齊延伸於第二偏光器支撐板520與第一偏光器支撐板512之間的偏光光束分離器240之一邊緣提供一對基準點。
在殼體500之設計中，與資料點或表面相對，在受控制的方向上允許偏光組件熱膨脹。使用邊緣導引部件526及共面的疊合表面524允許線柵偏光光束分離器240從邊緣導引部件526附近的接點之拐角點向外熱膨脹。線柵偏光光束分離 器240靠近其底部邊緣之一表面之位置對著第二偏光器支撐板520上的共面疊合表面524，讓線柵偏光光束分離器240之頂部邊緣對著第一偏光器支撐板512上共同疊合表面524'之表面而固定，而允許沿此頂部邊緣出現熱膨脹。可使用少量的可撓性之相適黏合劑(例如，一RTV型黏合劑)來使線柵偏光光束分離器240之底部邊緣對著固定基底528而穩定，並使線柵偏光光束分離器240之頂部邊緣穩定於第一偏光器支撐板512上的共面疊合表面524'之表面。同樣，如圖9所示對著疊合凹部518而固定之分析器60可延展於其頂部邊緣，該頂部邊緣係可撓性地黏附於側表面516。藉由允許一定的熱膨脹容限並允許僅在可預測的方向(如圖10所示之+x、+y及-z)上膨脹，該殼體500之設計便藉此使得線柵偏光光束分離器240及分析器60因熱效應而產生之彎曲或其他失真最小化。還允許分析器60在可預測的方向上有一定數量的移動。
可觀察到，如圖8、9及10所示，殼體500之製造允許偏光及調變組件相對於用於一色彩通道之投影光學元件有一初始的大致定位，即提供該等三個偏光組件(預偏光器45、線柵偏光光束分離器240及偏光分析器60)以及空間光之調變器210之初始對齊。當然，還會保留相關於線柵偏光組件邊緣與該些組件的精確偏光軸對齊之一定的較小容限，藉使用目前的製造技術可精確至約0.5度範圍內。
參考圖11，顯示用以依據本發明為一單一的色彩調變通道安裝空間光調變器210及其支撐偏光組件之殼體500之一 透視圖。圖11之殼體500之配置類似於圖8所示者，但添加有頂部及底部旋轉機構540與541，以允許對該X-Y平面內的偏光光束分離器240之人工旋轉進行測量。所示頂部旋轉機構540係經由第一偏光器支撐板512中之一切口而曝露。固定時從圖11之視角不容易看見之底部旋轉機構541，可經由第二偏光器支撐板520中之一類似切口來接達。藉由此配置，頂部或底部旋轉機構540或541之旋轉允許關於z軸作約+/-25度之旋轉調整且相對於該X-Y而共面。在整個此旋轉範圍內，此組態令偏光光束分離器240保持與空間光之調變器210成適當的平面角。
參考圖12，其中顯示如何利用此組態讓偏光光束分離器240調適用於旋轉。圖12中，僅顯示第二偏光器支撐板520與第一偏光器支撐板512之一斷面圖，以便顯示提供用於分別固定頂部及底部旋轉機構540及541之弓形凹部542及543。使用此配置，將偏光光束分離器240適配於頂部與底部旋轉機構540與541之間。然後將裝配好的機構固定於凹部542及543內。凹部542及543之輪廓弓形地對應於起支撐作用的頂部及底部旋轉機構540及541，以允許偏光光束分離器240旋轉。
在圖11及12所示之具體實施例中，頂部及底部旋轉機構540及541充當固定器以允許對偏光光束分離器240關於Z軸之旋轉作手動調整。容易明白，可替代性地實施某一形式的自動化調整，而將一馬達或其他類型之驅動器耦合至旋轉機構540或541。
實務上，已發現若藉由將用於黑暗狀態的殼體500組件之性能最佳化來完成調整任務，則可獲得最佳效果。該調整程序使用重複調整並對一投影螢幕上所產生的暗度作視覺評估，直至達到可接受的對比度。當獲得滿意的調整時，可使用傳統的光學元件裝配技術而將組件分佈於適當位置。圖11及12中未顯示輔助性組件，該等組件可用於為在調整期間保持偏光光束分離器240之旋轉方向及共面定位提供一固持力。例如，可使用彈力或磁吸力以在對比度評估期間將偏光光束分離器240之角度暫時固持於一測試位置。
藉由圖11及12之組態，殼體500允許對偏光光束分離器240關於該光軸之旋轉角度作直接調整，而不會有損於其相對於空間光之調變器210之平面內位置。由於能夠進行此調整，而使得一線柵偏光光束分離器240之此角度位置可獲得最佳化，從而降低或消除對一用於LCD空間光之調變器210的入射照明之A板補償器之需求。圖11及12所示組態可有利地用來允許藉由最小的機械應力而在一相當大的角度移動範圍內移動至偏光光束分離器240之基板。
參考圖13，其中顯示適當配置有凹部542、543的通用底座550之配置。底座550可係一件式，如圖所示，或可以係藉使用間隔開的表面而具現，如圖7至12之具體實施例中一樣。旋轉機構540、541充當固定器來固定偏光光束分離器240或凹部542、543中其他光學組件之相對邊緣，而允許在保持一共面關係之同時進行旋轉。如同較佳具體實施例中 一樣，旋轉機構540、541之配置允許受支撐的光學組件在不受感應的機械應力之條件下膨脹。
本發明提供一種用於安裝一線柵偏光光束分離器之殼體，其中可讓該光束分離器在一角度範圍內旋轉至一最佳化的位置。此解決方式允許偏光光束分離器240藉由介面處最小化的熱應力或機械應力而膨脹。
10‧‧‧數位投影裝置
15‧‧‧光源
20‧‧‧照明光學元件
40‧‧‧調變光學系統
45‧‧‧預偏光器
50‧‧‧線柵偏光光束分離器
55‧‧‧空間光之調變器
60‧‧‧偏光分析器
65‧‧‧重新組合棱鏡
70‧‧‧投影光學元件
75‧‧‧顯示表面
100‧‧‧線柵偏光器
100‧‧‧導電元件或導線
115‧‧‧溝槽
120‧‧‧介電基板
130‧‧‧光束
132‧‧‧光源
140‧‧‧反射光束
150‧‧‧透射光束
200‧‧‧調變光學系統
210‧‧‧空間光之調變器(LCD)
220‧‧‧照明光束
225‧‧‧聚光器
230‧‧‧預偏光器
240‧‧‧線柵偏光光束分離器
245‧‧‧介電基板
250‧‧‧次波長導線
260‧‧‧補償器
270‧‧‧偏光分析器
275‧‧‧光軸
280‧‧‧重新組合棱鏡
285‧‧‧投影透鏡
290‧‧‧承載經調變影像的光束
300‧‧‧未補償的系統對比度
320‧‧‧鐵十字圖案
325‧‧‧棒球圖案
350‧‧‧預偏光光束
355‧‧‧透射光束
360‧‧‧經調變的光束
365‧‧‧洩漏光
370‧‧‧透射光
450‧‧‧XYZ受補償的系統對比度
455‧‧‧僅Z受補償的對比度
460‧‧‧組合XYZ補償器與導線旋轉對比度
465‧‧‧組合Z補償器與導線旋轉對比度
470‧‧‧僅導線旋轉對比度
500‧‧‧殼體
502‧‧‧環形孔
506‧‧‧調變器底座
508‧‧‧凹部
509‧‧‧氣流
510‧‧‧調變器安裝板
512‧‧‧第一偏光器支撐板
514‧‧‧槽
516‧‧‧側表面
518‧‧‧疊合凹部
520‧‧‧第二偏光器支撐板
524‧‧‧共面疊合表面
524'‧‧‧共面疊合表面
526‧‧‧邊緣導引部件
526'‧‧‧邊緣導引部件
528‧‧‧光束分離器固定基底
531‧‧‧轉折鏡
534‧‧‧照明中繼透鏡
536‧‧‧成像中繼透鏡
540‧‧‧旋轉機構
541‧‧‧旋轉機構
542‧‧‧四部
543‧‧‧凹部
550‧‧‧底座
雖然本說明書結論之申請專利範圍會特別指出本發明的主題並清楚界定本發明所請求主題，但咸信可從以上說明並結合附圖來更佳地瞭解本發明，其中：圖1係顯示一投影裝置中的光學組件之一配置之一示意圖；圖2係一先前技術之線柵偏光器之一透視圖；圖3係顯示一包括一線柵偏光光束分離器之一調變光學系統之一斷面圖；圖4係顯示對於包括一線柵偏光光束分離器與一LCD之一調變光學系統，在各種偏光補償情況下測量出的對比度與F#之關係；圖5a顯示入射光相對於一調變光學系統內的線柵偏光光束分離器與一LCD之幾何形狀，其說明偏光狀態與局部光束幾何形狀；圖5b說明垂直入射的光相對於正交偏光器之偏光狀態之幾何形狀；圖6a及6b顯示若無偏光補償則在正交線柵偏光器情況下 出現的角度回應；圖7係顯示本發明之殼體之組件之一透視圖；圖8係顯示移除分析器後本發明之殼體之內部組件之一透視圖；圖9係與用於附著該空間光調變器之安裝板分離之關鍵支撐結構之一透視分解圖；圖10係顯示移除頂部覆蓋板後本發明之殼體之內部組件之一透視圖；圖11係顯示本發明之殼體之組件之透視圖，其中包括該可旋轉的線柵偏光光束分離器；圖12係顯示本發明之殼體之組件以及該可旋轉的線柵偏光光束分離器之組件之一透視圖；以及圖13係顯示用於安裝一光學組件以允許測量對準且同時將該光學組件保持於一固定平面內之一安裝裝置之一透視圖。
60．．．偏光分析器
210．．．空間燈光調變器(LCD)
500．．．殼體
502．．．環形孔
506．．．調變器底座
531．．．轉折鏡
534．．．照明中繼透鏡
536．．．成像中繼透鏡

Claims (10)

  1. 一種用以將一光束分離器與一空間光之調變器安裝成與一輸出光學路徑對準之殼體，其包含：(a)一前板，其具有一開口用以接納(admitting)沿一照明軸提供之入射照明(incident illumination)；(b)一調變器安裝板，其係與該前板間隔開且實質上係平行於該前板，以將該空間光之調變器安裝於該照明軸之該光學輸出路徑中；(c)第一及第二偏光器支撐板，其係彼此間隔開且延伸於該前板與該調變器安裝板之間；該等第一及第二偏光器支撐板之個別的面對面內表面(facing inner surfaces)提供支撐特徵，來支撐介於一相對於該照明軸而固定的平面內該等面對面內表面之間的該光束分離器，該等支撐特徵係經組態以允許該光束分離器在一角度範圍內旋轉於該固定平面內；以及該光束分離器延伸於該等面對面的內表面之間且實質上垂直於該等內表面，該光束分離器之該表面係保持處於相對於該調變器安裝板上的該空間光調變器之該表面而固定之一角度，該固定角度定義沿該輸出光學路徑之一輸出光軸及工作距離。
  2. 如請求項1之殼體，其中該等第一及第二偏光器支撐板進一步提供一對共面的第一及第二邊緣支撐元件，來標示(registering)該光束分離器之一邊緣。
  3. 如請求項1之殼體，其中該光束分離器之該表面相對於該 調變器安裝板上的該空間光調變器之該表面之該固定角度係一對角。
  4. 如請求項1之殼體，其中該光束分離器之旋轉係以人工方式提供。
  5. 如請求項1之殼體，其中該光束分離器係適配於一固定機構中。
  6. 如請求項1之殼體，其中該光束分離器係一線柵光束分離器。
  7. 一種用以將一線柵偏光光束分離器與一空間光之調變器安裝成與一輸出光學路徑對準之殼體，其包含：(a)一前板，其具有一開口以接納(admitting)沿一照明軸提供之入射照明穿過一預偏光器組件；(b)一調變器安裝板，其係與該前板間隔開且平行於該前板，以將該空間光之調變器安裝於該照明軸之該路徑內；(c)第一及第二偏光器支撐板，其係彼此間隔開且延伸於該前板與該調變器安裝板之間；該等第一及第二支撐板之該等個別的面對面之內表面提供共面支撐特徵，來支撐延伸於該等內表面之間的該線柵偏光光束分離器；其中，該第一及第二偏光器支撐板進一步提供一對共面的第一及第二邊緣支撐元件，來標示該線柵偏光光束分離器之一邊緣；該等第一及第二偏光器支撐板進一步包含共面的支撐 特徵，以將一分析器安裝於該輸出光學路徑中；該線柵偏光光束分離器係延伸於該等面對面的內表面之間且垂直於該等內表面，該線柵偏光光束分離器之該表面相對於該調變器安裝板上的該空間光調變器之該表面而成一固定角度，該固定角度定義沿該輸出光學路徑之一輸出光軸；以及其中該線柵偏光光束分離器可作一定量的平面內旋轉。
  8. 一種用於一光學組件之殼體裝置，其包含：(a)一第一固定器，其係用以固定(seating)該光學組件之一第一邊緣，該第一固定器包含適配於該殼體內之一對應的第一弓形(arcuate)凹部內之一弓形表面；(b)一第二固定器，其係用以固定該光學組件之一相對邊緣，該第二固定器包含適配於該殼體內之一對應的第二弓形凹部內之一弓形表面；以及其中該等第一及第二固定器在適配於其對應的第一及第二弓形凹部內時，將該光學組件標示於一固定平面內並允許該光學組件在該固定平面內有一定量的位置旋轉。
  9. 如請求項8之殼體裝置，其中該光學組件係一線柵偏光光束分離器。
  10. 一種用以將一線柵偏光光束分離器與一空間光之調變器安裝成相對於一輸出光軸而相對對準之殼體，其包含：(a)一調變器安裝板，其係用以安裝該空間光之調變器以接納(receive)沿一照明軸之入射照明；(b)第一及第二偏光器支撐板，其係彼此間隔開且實質 上相對於該調變器安裝板而垂直延伸；藉由一固定機構(retaining mechanism)來適配該偏光光束分離器，藉此形成一光束分離器裝配件；該等第一及第二偏光器支撐板中的每一板皆包含一共面的支撐特徵，以讓該光束分離器裝配件在一固定平面內之對準保持實質上與該空間光之調變器成對角；以及其中該等第一與第二偏光器支撐板中的至少一者進一步包含一切口，以讓該光束分離器裝配件相對於該等輸入及輸出光軸而在該固定平面內旋轉。
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