專利名稱：用于空間光調(diào)制器的殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種數(shù)字投影設(shè)備，這種數(shù)字投影設(shè)備采用液晶裝置作為區(qū)域空間光調(diào)制器，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種在光路中采用一個(gè)可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器用來(lái)獲得改善的對(duì)比度的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
為了視為對(duì)傳統(tǒng)的膠片放映機(jī)的適當(dāng)替代物，數(shù)字投影系統(tǒng)必須滿足對(duì)于圖像質(zhì)量的要求。對(duì)于電影投影系統(tǒng)特別如此。為了對(duì)傳統(tǒng)的電影院質(zhì)量的投影設(shè)備提供一種有競(jìng)爭(zhēng)性的替代物，數(shù)字投影設(shè)備必須滿足很高的性能標(biāo)準(zhǔn)，提供高的分辨率，很寬的色域，高亮度，以及超過(guò)1000∶1的幀順序(或接續(xù))對(duì)比度。
對(duì)于數(shù)字投影最有希望的解決方案采用兩種類型的空間光調(diào)制器中的一種作為圖像形成裝置。第一種類型的空間光調(diào)制器是由TexasInstruments，Inc.，Dallas，Texas開(kāi)發(fā)出來(lái)的數(shù)字微鏡裝置(DMD)。在大量的專利中描述了DMD裝置，例如美國(guó)專利No.4441791；5535047；5600383(所有這些都授予Hombeck)；以及美國(guó)專利No.5719695(授予Heimbuch)。在美國(guó)專利No.5914818(授予Tejada等人)；5930050(授予Dewald)；6008951(授予Anderson)；以及6089717(授予Iwai)中公開(kāi)有采用DMD用于投影設(shè)備的光學(xué)設(shè)計(jì)。以DMD為基礎(chǔ)的投影儀證明有提供必要的光通量，對(duì)比度，以及色域的某種能力，然而，其固有的分辨率限制(用目前的裝置只提供1024×768像素)以及部件和系統(tǒng)的高成本已經(jīng)限制了DMD用于高質(zhì)量數(shù)字電影投影的接受能力。
用于數(shù)字投影的第二種類型的空間光調(diào)制器是液晶裝置(LCD)。LCD通過(guò)對(duì)于每個(gè)對(duì)應(yīng)的像素選擇性地調(diào)制入射光的偏振狀態(tài)形成作為像素陣列的一幅圖象。做為用于高品質(zhì)的數(shù)字電影投影系統(tǒng)的空間光調(diào)制器，LCD似乎有一些優(yōu)點(diǎn)。在采用LCD空間光調(diào)制器的電子投影設(shè)備的示例在美國(guó)專利被公開(kāi)，這些專利有No.5808795(授予Shimomura等人)；5798819(授予Hattrori等人)；5918961(授予Ueba)；6010221(授予Maki等人)；以及6062694(授予Oikawa等人)。最近，Eastman Kodak公司和JVC公司證明了一種以LCD為基礎(chǔ)的投影儀能夠有高分辨率(2000×1280像素)，高的幀順序?qū)Ρ榷?超過(guò)1000∶1)并且有高的光通量(高到12000流明)。這個(gè)系統(tǒng)采用通過(guò)硅背板電子裝置驅(qū)動(dòng)的三個(gè)豎向?qū)?zhǔn)的LCD(每種顏色一個(gè))。
JVC和其他公司已經(jīng)發(fā)展出豎向?qū)?zhǔn)的LCD，它們通過(guò)一塊硅背板實(shí)現(xiàn)。在美國(guó)專利No.55770213(授予Ruiz等人)和5620755(授予Smith，Jr.等人)中部分地描述了JVC的LCD裝置。與早期的絞合起來(lái)的向列型或膽甾型LCD相比，豎向?qū)?zhǔn)的LCD可以提供高得多的調(diào)制對(duì)比度(超過(guò)2000∶1)。注意到以下一點(diǎn)是有啟發(fā)性的，為了獲得1000∶1或者更好的屏幕上幀順序?qū)Ρ榷龋麄€(gè)系統(tǒng)必須產(chǎn)生比1000∶1高的對(duì)比度，并且，LCD和任何必要的內(nèi)部偏振光學(xué)裝置必須每個(gè)單獨(dú)地提供大約為2000∶1的對(duì)比度。對(duì)于對(duì)比度要考慮一些變量，比如光譜帶寬和入射光的角寬度，后者表示為f/#值。隨著光譜帶寬的增加和隨著f/#數(shù)減小，對(duì)比度會(huì)降低。LCD部件的調(diào)制對(duì)比度也由于殘余的退偏振或者取向錯(cuò)誤的偏振比如由于熱產(chǎn)生的應(yīng)力雙折射而降低。
因此，如數(shù)字投影技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員已經(jīng)知道的那樣，以LCD為基礎(chǔ)的電子投影系統(tǒng)所提供的光學(xué)性能在很大程度上由LCD自身的特征以及由支持LCD投影的偏振光學(xué)裝置確定。偏振分離光學(xué)裝置比如偏振分束器(或分光器)，預(yù)起偏器以及起偏器/分析器部件的性能對(duì)于獲得高對(duì)比度特別重要。
在許多投影系統(tǒng)中使用的最常用的傳統(tǒng)偏振分束器的解決方案是在美國(guó)專利No.2403731中公開(kāi)的傳統(tǒng)的MacNeille棱鏡。已經(jīng)證明這種裝置提供了很好的消光比(數(shù)量級(jí)為300∶1)。然而，這種標(biāo)準(zhǔn)的棱鏡僅只能與在有限的角度(幾度)范圍內(nèi)的入射光一起很好地工作，并且，在工作時(shí)它可能受到制造引發(fā)的應(yīng)力或者熱引發(fā)的應(yīng)力的影響，這種影響會(huì)以應(yīng)力雙折射出現(xiàn)，并且損失圖像的對(duì)比度。
認(rèn)識(shí)到使用MacNeille棱鏡固有的問(wèn)題中的某些問(wèn)題，已經(jīng)提出了替代的偏振分束器技術(shù)來(lái)滿足以LCD為基礎(chǔ)的數(shù)字電影投影系統(tǒng)的需要。例如，在美國(guó)專利No.5912762(授予Li等人)中公開(kāi)的分束器包括多層夾置在兩個(gè)鳩尾棱鏡之間的薄膜，并企圖對(duì)于兩種偏振狀態(tài)獲得高的消光比。其它的投影儀設(shè)計(jì)采用了浸入液體的偏振分束器。然而，這些替代的方案中沒(méi)有一個(gè)是理想的，這是因?yàn)榧庸?wèn)題，性能限制以及對(duì)成本的考慮都會(huì)影響這些設(shè)計(jì)。
絲柵起偏器已經(jīng)出現(xiàn)許多年了，初始時(shí)它們?cè)谏漕l應(yīng)用中以及在采用不可見(jiàn)光源的光學(xué)應(yīng)用中使用。直到最近，絲柵起偏器與可見(jiàn)波段的光一起使用仍然受到限制，這大部分是因?yàn)檠b置性能或者裝置制造方面的限制。然而，如在美國(guó)專利No.6122103(授予Perkins等人)中公開(kāi)的那樣，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于可見(jiàn)波段的寬帶應(yīng)用的較高質(zhì)量的絲柵起偏器和分束器。由Moxtek Inc.of Orem，Utah可以購(gòu)買到的新裝置就屬于這些裝置。盡管現(xiàn)有的絲柵起偏器包括在美國(guó)專利No.6122103中描述的裝置不能給出為了獲得數(shù)字電影投影所要求的高對(duì)比度所需要的所有必須的性能特點(diǎn)，但是，這些裝置確實(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)的起偏器相比較時(shí)，絲柵起偏裝置給出相當(dāng)高的消光比和很高的效率。此外，這些絲柵起偏裝置的對(duì)比度性能有比標(biāo)準(zhǔn)的偏振裝置更寬的角度接受能力(NA或數(shù)值孔徑)以及更好的熱性能(出現(xiàn)熱引發(fā)的應(yīng)力雙折射的機(jī)會(huì)較少)。進(jìn)而，絲柵起偏器可以經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件，比如光強(qiáng)，溫度，以及震動(dòng)。在不同的顏色通道的條件下這些裝置可以很好地工作，例外是在藍(lán)光通道中的響應(yīng)可能要求作附加的補(bǔ)償。
已經(jīng)在某些數(shù)字投影設(shè)備中采用了絲柵起偏分束器(PBS)，并且取得了某種程度的成功。例如，美國(guó)專利No.6243199(授予Hansen等人)公開(kāi)了寬帶絲柵偏振分束器對(duì)于投影顯示應(yīng)用的使用。美國(guó)專利No.6234634和6447120(都授予Hansen等人)公開(kāi)了一種絲柵偏振分束器，它的功能是在數(shù)字圖像投影系統(tǒng)中既用作起偏器又用做分析器。美國(guó)專利No.6234634說(shuō)明了采用絲柵PBS可以獲得非常低的有效f/#數(shù)，然而對(duì)比度有某種損失。值得注意的是，美國(guó)專利No.6234634和美國(guó)專利No.6447120都沒(méi)有提到使用偏振補(bǔ)償器，用來(lái)校正光的泄漏。然而，轉(zhuǎn)讓給作為本發(fā)明的本受讓人的美國(guó)專利No.6585378(授予Kurtz等人)公開(kāi)了一種光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既采用了絲柵起偏器又采用了LCD，通過(guò)一個(gè)偏振補(bǔ)償器進(jìn)一步完善了該系統(tǒng)。
對(duì)于本發(fā)明的設(shè)備和方法有特別意義和關(guān)系的內(nèi)容中，必須強(qiáng)調(diào)的是，絲柵起偏器和絲柵偏振分束器都不能提供為了達(dá)到所希望的1000∶1或者更好的投影系統(tǒng)的幀順序?qū)Ρ榷人枰陌衅裣獗刃阅?標(biāo)稱值＞2000∶1)。個(gè)別地看，在最好的條件下這兩個(gè)部件都給出比1000∶1低的對(duì)比度。在藍(lán)色光譜段性能進(jìn)一步降低。最后，設(shè)計(jì)偏振光學(xué)裝置的最佳構(gòu)形的問(wèn)題，包括絲柵起偏器、與LCD的結(jié)合、顏色光學(xué)裝置、以及投影透鏡，對(duì)于一般的電子投影設(shè)備或者特別是對(duì)于數(shù)字電影投影設(shè)備都還沒(méi)有解決。
已經(jīng)提出了許多傳統(tǒng)的方法，為的是當(dāng)采用LCD時(shí)提高對(duì)比度和消除雙折射效應(yīng)。例如，傳統(tǒng)的方法包括與LCD一起、有時(shí)與如在美國(guó)專利No.5298199(授予Hirose等人)中的一個(gè)附加補(bǔ)償器一起采用一個(gè)分開(kāi)的起偏器/分析器組合體，該專利公開(kāi)了對(duì)于LCD的光學(xué)雙折射采用一個(gè)雙軸薄膜補(bǔ)償器。類似地，美國(guó)專利No.4701028(授予Clerc等人)公開(kāi)了構(gòu)造在LCD自身的結(jié)構(gòu)中的雙折射補(bǔ)償裝置。美國(guó)專利No.5039185(授予Uchida等人)公開(kāi)了一種相似向性的(homeotropic)LCD，在一個(gè)起偏器/分析器對(duì)之間設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償器。已經(jīng)公開(kāi)了采用LCD的投影設(shè)備，它帶有傳統(tǒng)的MacNeille棱鏡類型的偏振分束器和用作補(bǔ)償器的1/4波片，如在美國(guó)專利No.5576854(授予Schmidt等人)中描述的那樣，該專利也公開(kāi)了采用附加的相位延遲裝置作為對(duì)于固有的LCD雙折射效應(yīng)的補(bǔ)償裝置。
當(dāng)入射光在一個(gè)小數(shù)值的孔內(nèi)時(shí)，在沒(méi)有補(bǔ)償?shù)臈l件下，偏振分束器提供了可接受的對(duì)比度。然而，為了獲得高的亮度水平，光學(xué)系統(tǒng)最為有利的是有較大數(shù)值的孔，從而能夠收集較大傾斜角度的入射光。保持高亮度與保持高對(duì)比度的互相矛盾的目標(biāo)對(duì)于偏振部件提出了一個(gè)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)問(wèn)題。在關(guān)閉(OFF)狀態(tài)下光的泄漏必須達(dá)到最小，以便獲得高的對(duì)比度。為了獲得高亮度所要求的傾斜角度下的入射光極大地突出了光泄漏的問(wèn)題。
對(duì)于絲柵偏振分束器裝置的補(bǔ)償要求與帶有基于MacNeille棱鏡設(shè)計(jì)的偏振分束器裝置的補(bǔ)償器的更傳統(tǒng)的使用有明顯的差別，如參考美國(guó)專利No.5576854已經(jīng)注意到的那樣。例如，性能結(jié)果表明，使用1/4波片，當(dāng)采用MacNeille棱鏡時(shí)這是一種傳統(tǒng)的方法，不是一種適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，且當(dāng)與絲柵偏振分束器結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，甚至可能降低對(duì)比度。
當(dāng)在數(shù)字電影投影系統(tǒng)中使用補(bǔ)償部件時(shí)，該系統(tǒng)與絲柵偏振部件一起采用LCD空間光調(diào)制器，必須解決許多的問(wèn)題。對(duì)于數(shù)字投影設(shè)備中的光學(xué)部件緊湊封裝(或組裝)的需要提出了空間限制，這些空間限制可能限制可以用來(lái)定位補(bǔ)償器的可選方案的數(shù)量。這種典型的限制對(duì)于采用低f/#數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)甚至提出了更多的要求。如上面已經(jīng)注意到的那些，低f/#數(shù)系統(tǒng)對(duì)于獲得較高的總亮度是有利的。也希望在數(shù)字投影儀設(shè)計(jì)中的補(bǔ)償部件能夠有某種程度的調(diào)節(jié)能力。然而，容許有調(diào)節(jié)能力會(huì)使得對(duì)封裝的要求甚至變得更復(fù)雜。作為另一種考慮，也有保護(hù)LCD和其它部件不受周圍的灰塵和臟物污染的需要，這些灰塵和臟物可能降低圖像質(zhì)量和裝置的總體性能。
用來(lái)安裝帶有與它相關(guān)的偏振和補(bǔ)償部件的LCD的先有技術(shù)解決方案提供了某些有用的結(jié)果，但是，離解決上面提到的問(wèn)題的要求還差一定距離。例如美國(guó)專利No.5576854(授予Schmidt等人)公開(kāi)了設(shè)置在一個(gè)偏振板與一個(gè)液晶光閥門之間的一個(gè)可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償板，以補(bǔ)償投影到LCD調(diào)制器上的光椎體中的偏振不規(guī)則性；美國(guó)專利No.6460998(授予Watanabe)公開(kāi)了一種起偏器，它有一個(gè)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)中，設(shè)置在電子光學(xué)裝置附近的第一框架可樞轉(zhuǎn)地支承著在其上有一個(gè)起偏器的第二框架，從而關(guān)于一個(gè)樞軸點(diǎn)可以稍微調(diào)節(jié)該起偏器，其中，該樞軸點(diǎn)在光學(xué)上是偏離軸線的；美國(guó)專利No.6280036(授予Suzuki等人)公開(kāi)了用于數(shù)字投影設(shè)備內(nèi)的空間光調(diào)制部件的一個(gè)防灰塵的結(jié)構(gòu)，該投影設(shè)備帶有裝接到每個(gè)LCD裝置上的場(chǎng)透鏡；美國(guó)專利No.5743611(授予Yamaguchi等人)公開(kāi)了由關(guān)于LCD氣密地密封的部件實(shí)現(xiàn)灰塵保護(hù)；美國(guó)專利No.6375328(授予Hashizume等人)公開(kāi)了粘接到LCD空間光調(diào)制器上的透明蓋板；以及美國(guó)專利No.6414734(授予Shigeta等人)公開(kāi)了一個(gè)密封的單元，此單元裝放帶有支承部件的LCD。
重要的是，上面的解決方案中的每一個(gè)方案都沒(méi)有滿足對(duì)于緊湊和用于低f/#數(shù)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，對(duì)于補(bǔ)償器的延遲能力(retardance)的可嚴(yán)格調(diào)節(jié)的能力，以及保護(hù)LCD不受到灰塵和臟物污染的重要要求中的一個(gè)或多個(gè)要求。這些解決方案中沒(méi)有一個(gè)方案理想地適用于在電子投影設(shè)備中安裝用于低f/#數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的緊湊的可調(diào)節(jié)補(bǔ)償器，該投影設(shè)備包括帶有絲柵偏振分束器的LCD。例如，美國(guó)專利No.5576854的解決方案盡管提供了可調(diào)節(jié)能力，但是不適宜于采用低f/#數(shù)的光學(xué)裝置的系統(tǒng)，并且沒(méi)有提供對(duì)灰塵的防護(hù)。美國(guó)專利No.6460998的解決方案僅只企圖在幾度的范圍內(nèi)對(duì)偏振部件(不是一個(gè)補(bǔ)償器)提供非常有限的調(diào)節(jié)能力，其中，以偏離軸線的方式設(shè)置這個(gè)部件。這個(gè)解決方案可以在低f/#數(shù)系統(tǒng)中使用；然而，在美國(guó)專利No.6460998中沒(méi)有對(duì)于防護(hù)灰塵的考慮。美國(guó)專利No.6280036僅只提供一種透鏡和關(guān)于LCD的表面的密封，沒(méi)有包括可以調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器。類似地，美國(guó)專利No.5743611和6375328提供了用于LCD的灰塵防護(hù)，但是沒(méi)有對(duì)于偏振部件或者補(bǔ)償部件的可調(diào)節(jié)能力。美國(guó)專利No.6414734提供了用來(lái)將帶有LCD的任何數(shù)目的支承部件密封起來(lái)的一種可能方法，這種方法在低f/#數(shù)的系統(tǒng)中可能是有用的，并且相對(duì)而言是無(wú)灰塵的，但是，它沒(méi)有提供任何的部件調(diào)節(jié)能力。
在傳統(tǒng)的LCD部件組裝體中，把液晶光調(diào)制器自身設(shè)置在一個(gè)框架內(nèi)，并且用一個(gè)玻璃蓋板保護(hù)該調(diào)制器。如在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)眾所周知的那樣，蓋板對(duì)于光路是有害的，常常降低光學(xué)性能。取決于是什么樣的應(yīng)用，在光路中的玻璃蓋板會(huì)帶來(lái)潛在的可能性，產(chǎn)生多種不希望的光學(xué)效應(yīng)，像差，以及入射光或雜散光的不希望的反射或折射。然而，對(duì)于LCD必須提供某種類型的對(duì)灰塵和臟物的防護(hù)，即使會(huì)有玻璃蓋板的潛在缺點(diǎn)也在所不惜。因此，可以看到，對(duì)于用于LCD空間光調(diào)制器的可控調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器的安裝布置有相應(yīng)的需求，其中，這種安裝布置適用于低f/#數(shù)的系統(tǒng)，并且用數(shù)目最少的部件也能實(shí)現(xiàn)對(duì)于灰塵和臟物的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供把一個(gè)可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器部件與一個(gè)空間光調(diào)制器安裝在一起的裝置。為此目的，本發(fā)明提供了一種用于空間光調(diào)制器的殼體，其中，空間光調(diào)制器提供經(jīng)調(diào)制的圖像光束。該殼體包括(a)第一框架，用來(lái)將空間光調(diào)制器支承在入射的照明光束的光路中；(b)抵靠所述第一框架配裝的第二框架，所述第二框架包括(i)用于來(lái)自所述空間光調(diào)制器的所述經(jīng)調(diào)制的圖像光束的孔；以及(ii)用來(lái)把光學(xué)部件設(shè)置在所述孔附近的支承件，所述支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是，它提供了用于在一條顏色光路中的空間光調(diào)制器的單一殼體，它帶有裝在里面的補(bǔ)償器部件。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供了一個(gè)緊湊的組裝件(或封裝件)，該組裝件適宜于在空間有限的情況下使用。
本發(fā)明的設(shè)備和方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它不再需要蓋玻璃保護(hù)LCD空間光調(diào)制器使它不受灰塵和臟物的影響，從而去掉了一個(gè)會(huì)損壞圖像品質(zhì)的部件。
本發(fā)明的設(shè)備和方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供了一種安裝方法，該方法適宜于在低f/#數(shù)光學(xué)系統(tǒng)中使用。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供了一種解決方案，用來(lái)保護(hù)LCD不受周圍的灰塵和臟物的影響。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它使得補(bǔ)償器的角度能夠在其位置被可控地調(diào)節(jié)，同時(shí)保持與光路的準(zhǔn)直。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)與附圖聯(lián)系起來(lái)閱讀下面的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的這些和其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得清楚，在這些附圖和描述中示出并描述了本發(fā)明的說(shuō)明性的實(shí)施例。


盡管本文件以權(quán)利要求書為結(jié)束，該權(quán)利要求書具體地指出并明確要求保護(hù)本發(fā)明的主題，但是，相信當(dāng)與附圖聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行描述時(shí)從下面的描述中將會(huì)更好地理解本發(fā)明，在附圖圖1是采用三個(gè)空間光調(diào)制器的數(shù)字電影投影儀的方框圖；圖2是部件分解透視圖，示出了支承一個(gè)空間光調(diào)制器的第一殼體，以及支承一個(gè)可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器的第二殼體，此第二殼體抵靠著第一殼體裝配；圖3是部件分解透視圖，示出了支承著可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器的第二殼體的部件；圖4是透視圖，示出了按照本發(fā)明組裝起來(lái)的安裝體；以及圖5是側(cè)視圖，示出了由按照本發(fā)明的空間光調(diào)制器安裝體發(fā)射出的輸出光錐體。
具體實(shí)施例方式
這里的描述具體地針對(duì)形成按照本發(fā)明的設(shè)備的一部分或者更直接地與按照本發(fā)明的裝置協(xié)同工作的部件。將會(huì)理解，沒(méi)有具體示出或描述的部件可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種形式。
參見(jiàn)圖1，在該圖中示出了采用LCD部件的數(shù)字化運(yùn)動(dòng)圖片投影設(shè)備10的簡(jiǎn)化示意圖。每一個(gè)顏色通道(r為紅色，g為綠色，b為藍(lán)色)采用類似的部件，用來(lái)形成經(jīng)調(diào)制的光束。在每條光路中的各個(gè)部件用適當(dāng)?shù)馗郊恿藃，g或b的附圖標(biāo)記表示。對(duì)于下面的描述，在必要時(shí)將指出顏色通道之間的區(qū)別。光源20提供未調(diào)制的光，由實(shí)現(xiàn)均勻化的光學(xué)裝置22對(duì)光進(jìn)行處理，以提供均勻的照明，通過(guò)一個(gè)照明中繼透鏡80將光引向顏色分離器27上。該顏色分離器27將白光分成紅色通道，綠色通道和藍(lán)色通道。隨著三個(gè)顏色通道的任何通道，光到達(dá)光調(diào)制組件38r，38g，38b，在這些組件中，中繼透鏡82r，82g，82b使光通過(guò)一個(gè)預(yù)起偏器70到達(dá)偏振分束器24r，24g，24b。具有所希望的偏振狀態(tài)的光通過(guò)偏振分束器24r，24g，24b傳輸，并且隨后由空間光調(diào)制器30r，30g，30b對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，這些調(diào)制器在一個(gè)像素陣列位置上選擇性地調(diào)制入射光的偏振狀態(tài)?？臻g光調(diào)制器30r，30g，30b的作用形成了圖像。來(lái)自這個(gè)圖像的由偏振分束器24r，24g，24b反射的經(jīng)調(diào)制的光沿著光學(xué)軸線Or，Og，Ob傳輸通過(guò)分析器72，并且，放大中繼透鏡28r，28g，28b使這些光通過(guò)光學(xué)折疊式反射鏡31到達(dá)顏色組合器26，典型地為一個(gè)X-cube，Philips棱鏡，或者到達(dá)在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的顏色表面的組合體。在光調(diào)制組件38r，38g，38b的被調(diào)制的光路中也可以設(shè)置一個(gè)可選的顏色選擇偏振過(guò)濾器60r，60g，60b。顏色組合器26把來(lái)自單獨(dú)的光學(xué)軸線Or，Og，Ob的紅色，綠色和藍(lán)色的經(jīng)調(diào)制的圖像結(jié)合起來(lái)，沿著一個(gè)共同的光學(xué)軸線O形成用于投影透鏡32的一幅組合起來(lái)的多顏色圖像，用來(lái)投影到一個(gè)顯示表面40比如投影屏幕上。
圖1的反射型的液晶裝置(LCD)是在數(shù)字投影設(shè)計(jì)中廣泛使用的一種類型的空間光調(diào)制器。這種裝置接收偏振光，并且對(duì)入射光的偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，以提供有顏色的光束作為輸出。為了獲得偏振光，典型地與一個(gè)或多個(gè)起偏部件一起采用一個(gè)起偏分束棱鏡，比如McNeille棱鏡，或者絲柵起偏分束器，把它們的構(gòu)形做成起偏器和分析器。替代地，在一個(gè)或多個(gè)光調(diào)制組件38r，38g，38b中可以采用透射型的LCD，對(duì)它適當(dāng)?shù)刂匦聵?gòu)形，支承偏振部件，如在成像技術(shù)中眾所周知的那樣。
為了在經(jīng)調(diào)制的光的光路中提供數(shù)量經(jīng)過(guò)校正的延遲能力，采用補(bǔ)償器90r，90g，90b，這些補(bǔ)償器定位在LCD空間光調(diào)制器30r，30g，30b和與它們對(duì)應(yīng)的偏振分束器24r，24g，24b之間的光路中。圖1將每個(gè)光學(xué)補(bǔ)償器90r，90g，90b的位置表示為在每個(gè)相應(yīng)的光路中的虛線。如圖1所建議的那樣，當(dāng)為一個(gè)或多個(gè)顏色光調(diào)制組件38r，38g，38b添加補(bǔ)償器時(shí)，間隔限制是一個(gè)主要的考慮因素。例如，每個(gè)顏色光調(diào)制組件38r，38g，38b有相同的光路長(zhǎng)度是有利的。在一個(gè)顏色光路中這個(gè)距離的任何增加可能要求在其它光路中類似的增加。此外，雖然在圖1的示意圖中看不到，但是對(duì)于部件在每個(gè)顏色光調(diào)制組件38r，38g，38b內(nèi)的相對(duì)位置有嚴(yán)格的限制，這特別是因?yàn)闉榱双@得最大的亮度每個(gè)顏色光路采用了低f/#數(shù)的光學(xué)裝置。對(duì)于部件的可調(diào)節(jié)能力的要求進(jìn)一步使空間問(wèn)題復(fù)雜化。
參見(jiàn)圖2，該圖示出了按照本發(fā)明的用于LCD空間光調(diào)制器30和補(bǔ)償器90的殼體100的部分部件分解圖。殼體100具有兩個(gè)主要的子組件，即，第一框架102和第二框架104。第一框架102將帶有一個(gè)反電極玻璃108的空間光調(diào)制器30保持在一個(gè)凹槽106內(nèi)。第二框架104將補(bǔ)償器90在一個(gè)孔124(圖2中以虛線示出)上方保持在一個(gè)環(huán)114中。圖中示出的補(bǔ)償器90是八邊形的，但是，它也可以是圓形的，正方形的，或者任何其它適當(dāng)形狀。例如，補(bǔ)償器90可以包括安裝到一個(gè)玻璃基底上的一系列有一定取向的雙折射聚合物薄片材料。補(bǔ)償器90也可以包括在一個(gè)玻璃基底上制作出的雙折射介電光學(xué)涂層或者一個(gè)非各向同性形式的雙折射光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖2的實(shí)施例中，補(bǔ)償器90與環(huán)114或第二框架104的邊緣不接觸，從而容許補(bǔ)償器90沒(méi)有限制地進(jìn)行熱膨脹。在第二框架104上的一個(gè)小齒輪110與環(huán)114上的齒輪齒協(xié)同工作，以使補(bǔ)償器90可關(guān)于光學(xué)軸線Oc進(jìn)行可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，并且總是與空間光調(diào)制器30保持平行。小齒輪110使得可以采用一個(gè)狹縫112或者其它的連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。替代地，小齒輪110可以是一個(gè)外部的可移去的準(zhǔn)直夾緊裝置的一部分。
參見(jiàn)圖2，注意到以下方面是具有啟發(fā)性的，在傳統(tǒng)的LCD組裝件中，如上面在背景那一節(jié)中已經(jīng)提到的那樣，將用于防塵的玻璃蓋板放置在反電極玻璃108上。有利的是，圖2的裝置與裝到環(huán)114上的補(bǔ)償器90一起、采用柔性類型的RTV、對(duì)著第二框架104座放在凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于灰塵和臟物的防護(hù)，并且因此不再需要玻璃蓋板。觀察到下面一點(diǎn)也是值得注意的，第一框架102應(yīng)當(dāng)是與空間光調(diào)制器30的基底，典型地為一個(gè)硅基底，的特性熱兼容的。在理想的情況下，用于第一框架102的材料應(yīng)該是剛硬的，并且它的熱膨脹系數(shù)(CTE)與空間光調(diào)制器30的基底的CTE幾乎相同。
參見(jiàn)圖3，該圖示出了第二框架104的部件的分解圖。補(bǔ)償器90座放在環(huán)114內(nèi)，該環(huán)提供有齒輪齒(未示出)，齒輪齒與小齒輪110接合，以便進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。一個(gè)通過(guò)粘結(jié)劑或者機(jī)械緊固件(未示出)固定的保持板116，在優(yōu)選實(shí)施例中為不銹鋼板，將環(huán)114抵靠著一個(gè)孔板118可移動(dòng)地保持在凹入部122中。
參見(jiàn)圖4，此圖示出了組裝起來(lái)的殼體100，第二框架104安裝在第一框架102上。可以看到，殼體100提供了一個(gè)相當(dāng)薄的組裝件，它既包含了空間光調(diào)制器30、又包含了與它相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償器90，用接近狹縫112可以調(diào)節(jié)它們。小齒輪110和環(huán)114使得補(bǔ)償器90可以在一個(gè)很寬的角度范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)關(guān)于光學(xué)軸線Oc居中，如在圖2中已經(jīng)示出的那樣。希望補(bǔ)償器90在與調(diào)制器30的平面平行的一個(gè)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用小齒輪110/環(huán)114的布置可以實(shí)現(xiàn)270度或者更大角度的軸線上旋轉(zhuǎn)。在實(shí)際使用中，補(bǔ)償器90旋轉(zhuǎn)一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)量(也許僅只幾度)，達(dá)到一個(gè)標(biāo)稱的固定位置，在這種情況下，圖像的對(duì)比度達(dá)到最佳，例如，達(dá)到最大的對(duì)比度，或者當(dāng)在投影圖像上看時(shí)達(dá)到最大的平均對(duì)比度。值得注意的是，小齒輪110和環(huán)114的布置使得補(bǔ)償器90的旋轉(zhuǎn)能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是不增加殼體100的厚度尺寸D1。在把第二框架104連接到第一框架102上使用的光學(xué)密封部件(未示出)使得可以把空間光調(diào)制器30的表面更有效地密封起來(lái)，不會(huì)受到損壞，灰塵和臟物的影響。
如圖2，3和4所示出的那樣，殼體100把一個(gè)可調(diào)節(jié)部件90添加到用于LCD空間光調(diào)制器30的基本組裝件上，并且不再需要玻璃蓋板。在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例中，在圖2，3和4中所示的殼體100的構(gòu)形雖然添加了可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器90但是實(shí)際上減小了用于空間光調(diào)制器30的支承組裝件的厚度D1，與商業(yè)上可供使用的傳統(tǒng)框架相比，厚度減小0.080英寸以上，而保持相同的防塵水平。
參見(jiàn)圖5，該圖以側(cè)視圖示出了在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中由分束器24指向殼體100的代表性的光錐體120，在該實(shí)施例中使用了反射型的LCD空間光調(diào)制器30。在光錐體120的最邊緣與殼體100之間能夠容許的最小距離D2在采用低f/#數(shù)的設(shè)計(jì)中為最小。如在圖5所示出的那樣，即使在有明顯的空間限制的情況下，殼體100的使用使得可以保持投影設(shè)備10的低f/#數(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)仍然容許殼體100有足夠的六軸線調(diào)節(jié)。
除了在一個(gè)緊湊的組裝件中提供了一個(gè)可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償器90以外，本發(fā)明的裝置也保持了LCD表面對(duì)灰塵和臟物的防護(hù)，而不用蓋板。本發(fā)明使得可以采用在光學(xué)校正技術(shù)中眾所周知的調(diào)節(jié)步驟為了在光路中獲得補(bǔ)償器90的適當(dāng)調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)步驟。例如，采用圖1的部件布置，可以個(gè)別地調(diào)諧每個(gè)顏色光調(diào)制器組件38r，38g，38b，以在顏色光路中獲得適當(dāng)?shù)难舆t能力。
為了旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器90可以采用任何數(shù)目的替代的調(diào)節(jié)部件。盡管優(yōu)選實(shí)施例采用補(bǔ)償器90作為殼體100內(nèi)的可調(diào)節(jié)部件，但是，可以以相同的方式安裝其它類型的光學(xué)部件比如過(guò)濾器或起偏器。對(duì)于蓋框架104存在有許多可能的布置，設(shè)置需要的孔124和鄰近孔124的支承結(jié)構(gòu)，用來(lái)可旋轉(zhuǎn)地調(diào)節(jié)補(bǔ)償器90或其它部件。
參考圖1-5所描述的構(gòu)形是針對(duì)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在此實(shí)施例中，空間光調(diào)制器30是一個(gè)反射型的LCD，或者是另一種類型的反射型偏振調(diào)制器。然而，本發(fā)明的殼體100也可以在采用透射型的LCD的成像設(shè)備中使用。參見(jiàn)圖2，第二孔124’(圖2中用虛線表示)使得在透射型的實(shí)施例中入射光可以通過(guò)空間光調(diào)制器30。也可以改進(jìn)殼體100的設(shè)計(jì)，以在補(bǔ)償器90與調(diào)制器30之間提供一個(gè)小的傾斜角度或楔形角度。盡管這兩個(gè)部件在標(biāo)稱情況下位于平行的平面中，但是，它們之間的一個(gè)傾斜角度可以減少部件之間出現(xiàn)的任何光學(xué)干涉效應(yīng)，這種干涉效應(yīng)可能影響幀順序?qū)Ρ榷纫约癆NTI對(duì)比度。因?yàn)檠a(bǔ)償器90相對(duì)于調(diào)制器30的傾斜可能使得偏振補(bǔ)償隨著角度不均勻，所以，傾斜的使用必須特別小心。
因此，本發(fā)明所提供的是在LCD空間光調(diào)制器的光路中安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)部件或其它部件的設(shè)備和方法，提供了一種部件的安排，這種安排特別適用于采用低f/#數(shù)光學(xué)裝置的系統(tǒng)，它保護(hù)LCD表面免受灰塵和臟物的影響，并且它可以實(shí)現(xiàn)容易的調(diào)節(jié)，同時(shí)采用少量的部件。
部件目錄10 投影設(shè)備20 光源22 均勻化光學(xué)裝置24 偏振分束器24r 偏振分束器，紅色24g 偏振分束器，綠色24b 偏振分束器，藍(lán)色26 顏色結(jié)合器27 顏色分離器28r 放大中繼透鏡，紅色28g 放大中繼透鏡，綠色28b 放大中繼透鏡，藍(lán)色30 空間光調(diào)制器30r 空間光調(diào)制器，紅色30g 空間光調(diào)制器，綠色30b 空間光調(diào)制器，藍(lán)色31 折疊式反射鏡32 投影透鏡38r 光調(diào)制組件，紅色38g 光調(diào)制組件，綠色
38b 光調(diào)制組件，藍(lán)色40 顯示表面60r 顏色選擇的偏振過(guò)濾器，紅色60g 顏色選擇的偏振過(guò)濾器，綠色60b 顏色選擇的偏振過(guò)濾器，藍(lán)色70 起偏器72 分析器80 照明中繼透鏡82r 中繼透鏡，紅色82g 中繼透鏡，綠色82b 中繼透鏡，藍(lán)色90 補(bǔ)償器90r 補(bǔ)償器，紅色90g 補(bǔ)償器，綠色90b 補(bǔ)償器，藍(lán)色100 殼體102 第一框架104 第二框架106 凹槽108 反電極玻璃110 小齒輪112 狹縫114 環(huán)116 保持板118 孔板120 光錐體122 凹入部124 孔124’孔
權(quán)利要求
1.一種用于空間光調(diào)制器的殼體，其中，所述空間光調(diào)制器提供經(jīng)調(diào)制的圖像光束，所述殼體包括(a)第一框架，用來(lái)使所述空間光調(diào)制器支承在入射的照明光束的光路中；(b)抵靠所述第一框架配裝的第二框架，所述第二框架包括(i)用于來(lái)自所述空間光調(diào)制器的所述經(jīng)調(diào)制的圖像光束的孔；以及(ii)用來(lái)把光學(xué)部件設(shè)置在鄰近所述孔的位置的支承件，所述支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述光學(xué)部件可以在與所述空間光調(diào)制器的平面平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是透射型的LCD。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是反射型的LCD。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是補(bǔ)償器。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是起偏器。
6.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是過(guò)濾器。
7.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括小齒輪。
8.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括具有齒輪齒的環(huán)。
9.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大于90度的角度。
10.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件可關(guān)于一個(gè)光學(xué)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
11.按照權(quán)利要求1所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述第一框架還包括用于所述入射照明光束的第二孔。
12.一種用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，旋轉(zhuǎn)空間光調(diào)制器提供經(jīng)調(diào)制的圖像光束，旋轉(zhuǎn)殼體包括(a)第一框架，用來(lái)把旋轉(zhuǎn)空間光調(diào)制器支承在入射的照明光束的光路中；(b)抵靠所述第一框架配裝的第二框架，所述第二框架包括(i)用于到達(dá)所述空間光調(diào)制器的所述入射照明光束，并且用于來(lái)自所述空間光調(diào)制器的所述經(jīng)調(diào)制的圖像光束的孔；以及(ii)用來(lái)把光學(xué)部件設(shè)置在鄰近所述孔的位置的支承件，所述支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述光學(xué)部件可以在與所述空間光調(diào)制器的平面平行的平面中旋轉(zhuǎn)。
13.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是LCD。
14.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是補(bǔ)償器。
15.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是起偏器。
16.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是過(guò)濾器。
17.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括小齒輪。
18.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括具有齒輪齒的環(huán)。
19.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大于90度的角度。
20.按照權(quán)利要求12所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件可關(guān)于一個(gè)光學(xué)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
21.一種在成像設(shè)備中的光調(diào)制子系統(tǒng)，它包括(a)用來(lái)將照明光束提供給偏振分束器的照明光源，所述偏振分束器形成經(jīng)偏振的照明光束；(b)空間光調(diào)制器，用來(lái)對(duì)所述經(jīng)偏振的照明光束進(jìn)行調(diào)制，以形成經(jīng)調(diào)制的圖像光束；(c)用于所述空間光調(diào)制器的殼體，所述殼體包括(i)第一框架，用來(lái)將所述空間光調(diào)制器支承在所述經(jīng)偏振的照明光束的光路中；以及(ii)抵靠所述第一框架配裝的第二框架，所述第二框架包括用于所述經(jīng)調(diào)制的圖像光束的孔；以及用來(lái)將光學(xué)部件設(shè)置在鄰近所述孔的位置的支承件，所述支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
22.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是透射型的LCD。
23.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述空間光調(diào)制器是反射型的LCD。
24.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是補(bǔ)償器。
25.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是起偏器。
26.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述光學(xué)部件是過(guò)濾器。
27.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括小齒輪。
28.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件包括具有齒輪齒的環(huán)。
29.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述支承件可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)大于90度的角度。
30.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述軸線是一個(gè)光學(xué)軸線。
31.按照權(quán)利要求21所述的用于空間光調(diào)制器的殼體，其特征在于，所述第一框架還包括用于所述經(jīng)偏振的照明光束的第二孔。
32.一種安裝空間光調(diào)制器的方法，所述方法包括(a)把所述空間光調(diào)制器在入射照明光束的光路上支承在底座框架內(nèi)；(b)提供包括孔的蓋框架，并且在所述孔附近將光學(xué)部件支承在支承件內(nèi)，所述支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及(c)抵靠所述底座框架配裝所述蓋框架。
33.按照權(quán)利要求32所述的安裝空間光調(diào)制器的方法，其特征在于，在所述孔附近支承光學(xué)部件的步驟包括把補(bǔ)償器座放在可旋轉(zhuǎn)的環(huán)內(nèi)。
34.一種制作空間光調(diào)制器的安裝件的方法，所述方法包括(a)從傳統(tǒng)的LCD底座框架移去蓋板；(b)抵靠所述底座框架安裝蓋框架，所述蓋框架包括(i)用于來(lái)自所述空間光調(diào)制器的經(jīng)調(diào)制的圖像光束的孔；以及(ii)用來(lái)將光學(xué)部件設(shè)置在所述孔附近的支承件，所述支承件關(guān)于一個(gè)軸線可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種用于空間光調(diào)制器(30)的殼體(100)，它包括第一框架(102)，用來(lái)將空間光調(diào)制器(30)支承在入射的照明光束的光路中。抵靠所述第一框架(102)配裝具有一個(gè)孔(124)的第二框架(104)，該第二框架提供一個(gè)支承件，用來(lái)把光學(xué)部件比如一個(gè)補(bǔ)償器(90)設(shè)置在孔(124)附近的位置。支承件可關(guān)于一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B7/00GK1902917SQ200480040024
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者F·D·埃爾內(nèi) 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司