專利名稱：雙折射補(bǔ)償液晶顯示器和使用該液晶顯示器的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像投影系統(tǒng)。更具體地講，本發(fā)明涉及使用液晶成 像面板生成圖像的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多圖像投影系統(tǒng)(例如可用于投影電視的圖像投影系統(tǒng))是基 于液晶顯示器(LCD)成像器面板的使用。 一些液晶顯示器面板在反射 模式下工作，其中，入射照明光通過(guò)用該反射型液晶顯示器面板前的 偏振分束器而與反射圖像光分開(kāi)。在這種構(gòu)造中，照明光經(jīng)由偏振分 束器傳送到液晶顯示器面板。因此，在液晶顯示器面板入射的照明光 被偏振。該液晶顯示器面板通過(guò)選擇性調(diào)節(jié)該面板的多個(gè)像素的偏振 調(diào)制而工作。與圖像的暗區(qū)相關(guān)的那些像素不會(huì)改變光的偏振狀態(tài)， 而與圖像的亮區(qū)相關(guān)的那些像素會(huì)改變光的偏振狀態(tài)。當(dāng)照明光通過(guò) 偏振分束器作為反射光反射到液晶顯示器面板時(shí)，其偏振已更改為與 入射光的偏振狀態(tài)垂直的偏振狀態(tài)的光穿過(guò)偏振分束器傳輸。理想的 是，僅對(duì)應(yīng)活性調(diào)制入射光的像素的光才能透過(guò)偏振分束器傳輸?shù)酵?影機(jī)的透鏡系統(tǒng)，而由對(duì)應(yīng)圖像的暗區(qū)的像素(即不對(duì)光進(jìn)行活性調(diào) 制的像素)所反射的光則不能透過(guò)偏振分束器。因此，光分束器可用 于將偏振調(diào)制的圖像光與未調(diào)制的光分開(kāi)，由此產(chǎn)生可投影的圖像光 束。顯示器的一個(gè)重要特性是對(duì)比度，其用于質(zhì)量方面，是亮像素與 暗像素相比的明亮程度的度量。該對(duì)比度RC可定量為RC = Ib/Id，其中，Id和Ib分別對(duì)應(yīng)暗態(tài)和亮態(tài)下反射光的量。理想的是， Id的值盡可能地小，從而對(duì)比度較大。然而，在某些類型的液晶顯示器成像器件，例如扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)和垂直配向向列型(VAN)面板中，液晶顯示殘 余雙折射，甚至是在關(guān)閉(非調(diào)制)狀態(tài)下。此殘余雙折射會(huì)增加暗 態(tài)下光的量，從而導(dǎo)致圖像對(duì)比度下降。雖然具有相同但相對(duì)的延遲的雙折射延遲板可用于補(bǔ)償這種殘余 雙折射，四分之一波長(zhǎng)延遲板(插入到偏振分束器和液晶顯示器面板 之間)也可用于補(bǔ)償該殘余雙折射。此外，四分之一波長(zhǎng)延遲板還可 用于補(bǔ)償偏振分束器的元件中的雙折射。補(bǔ)償延遲板不適于補(bǔ)償偏振 分束器的元件中的雙折射，因此使用四分之一波長(zhǎng)延遲板更理想。四分之一波長(zhǎng)延遲板的取向使得慢軸或快軸被轉(zhuǎn)動(dòng)而不與照明光 的偏振平面平行，而是偏離該平面幾度。然而，此補(bǔ)償技術(shù)的一個(gè)缺 點(diǎn)是需要進(jìn)行非常仔細(xì)的對(duì)齊以獲得四分之一波長(zhǎng)延遲片的最佳取 向。這一對(duì)齊步驟會(huì)增加制備投影系統(tǒng)的成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一成像器 件和第一偏振分束器。照明光經(jīng)由第一偏振分束器傳輸?shù)降谝怀上衿?件。第一成像器件和第一偏振分束器之間設(shè)置了第一延遲元件。偏置 控制器附接到第一成像器件并對(duì)暗態(tài)下的像素施加偏置，從而基本上 最大化來(lái)自第一成像器件并通過(guò)第一偏振分束器的圖像光的對(duì)比度。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種操作投影系統(tǒng)的方法。該方法包 括利用已通過(guò)偏振分束器并通過(guò)設(shè)置在成像器件和偏振分束器之間的 延遲元件的照明光來(lái)照射成像器件。至少一些照明光被反射為圖像光。 使用偏振分束器圖像光基本上與非圖像光分開(kāi)。向成像器件的像素施 加補(bǔ)償偏置信號(hào)以基本上最小化圖像光的暗態(tài)亮度。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種投影器件。該器件包括第一密封 單元，該單元具有與第一成像器件分開(kāi)的第一偏振分束器。第一密封 件連接偏振分束器和成像器件，以閉合由密封件、第一偏振分束器和 第一成像器件包封的密封體積。延遲元件設(shè)置在密封體積內(nèi)，并附接 到第一偏振分束器和第一成像器件的其中之一。本發(fā)明的上述概要并非意圖描述本發(fā)明的每個(gè)示出的實(shí)施例或每 種實(shí)施方案。下面的附圖以及具體實(shí)施方式
更具體地舉例說(shuō)明了這些 實(shí)施例。


結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例所做的以下詳細(xì)描述可有助于更全面地理解本發(fā)明，其中圖1示意性地示出了一種投影系統(tǒng)的實(shí)施例，所述投影系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的原理補(bǔ)償了成像器件中的殘余雙折射；圖2A和2B示意性地示出了成像器件中的殘余雙折射效應(yīng)； 圖3A-3C示意性地示出帶有補(bǔ)償延遲元件的殘余雙折射效應(yīng)； 圖4A和4B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明原理，具有補(bǔ)償延遲元件和施加到成像器件的偏置的殘余雙折射效應(yīng)；圖5A和5B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明原理的密封成像單元的實(shí)施例；以及圖6示出了延遲元件多種取向角度的暗態(tài)亮度的坐標(biāo)圖，暗態(tài)亮 度取決于所施加的偏置。雖然本發(fā)明可以有多種修改形式以及替代形式，但其細(xì)節(jié)已在附 圖中以舉例的方式示出并且將作詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于所描述的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋落入附帶的權(quán) 利要求書(shū)中限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變化形式、等同形式 和可供選擇的形式。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明可以用于多種不同類型的投影系統(tǒng)。圖1示意性地示出了 可整合下述本發(fā)明的多面板投影系統(tǒng)100的一個(gè)示例性實(shí)施例。投影系統(tǒng)100為三面板投影系統(tǒng)，其含有產(chǎn)生光束104的光源102，所 述光束包含三個(gè)不同色帶中的光。光束104由分色元件106 (例如， 二向色鏡)分成包含不同顏色光的第一光束104a、第二光束104b和 第三光束104c。光束104a、 104b以及104c可分別為，例如，紅色、 綠色和藍(lán)色。光束控制元件108 (例如反射鏡或棱鏡)可用于控制光 束104、 104a、 104b和104c中的任何一個(gè)。光束I04a、 104b和104c被導(dǎo)向至各自的成像器件110a、 110b 和110c，所述成像器件可以為(例如)基于液晶顯示器的反射成像面 板，例如硅基液晶(LCoS)面板。光束104a、 104b和104c通過(guò)各 自的偏振分束器(PBS)112a、 112b和112c與各自的成像器件llOa、 110b和110c往返連接。成像器件110a、 110b和110c偏振調(diào)制入 射光束104a、 104b和104c，從而使各自的圖像光束114a、 114b和 114c被PBS112a、 112b和U2c分開(kāi)并傳輸?shù)胶仙鲉卧?16。在 示出的示例性實(shí)施例中，照明光束104a、 104b和104c由PBS 112a、 112b和112c反射到成像器件110a、 110b和110c內(nèi)，所得的圖像 光束114a、 114b和114c通過(guò)PBS112a、 112b禾卩112c進(jìn)行傳輸。 在另一種方法(未示出)中，照明光可通過(guò)PBS傳輸?shù)匠上衿骷?，?圖像光由PBS進(jìn)行反射。延遲元件llla、 lllb、 lllc (例如四分之一波長(zhǎng)延遲元件)設(shè)置 在成像器件110a、 110b、 110c和成像器件各自的PBS112a、 112b、 112c之間。延遲元件llla、 lllb、 lllc可用于補(bǔ)償成像器件110a、 110b、 110c中的殘余雙折射，同時(shí)，如下文更詳細(xì)說(shuō)明的那樣，用于 補(bǔ)償PBS 112a、 112b、 112c中的雙折射。如果PBS 112a、 112b、 112c 為MacNeille類型，則延遲元件llla、 lllb、 lllc可用于補(bǔ)償斜射 光效應(yīng)以及成像器件中的殘余雙折射。在示出的示例性實(shí)施例中，合色器單元116 (例如)使用一個(gè)或多個(gè)二向色元件將不同顏色的圖像光束114a、 114b和114c合并。 具體地講，示出的示例性實(shí)施例示出了 x-cube合色棱鏡，但也可使用 其它類型的合色器。三個(gè)圖像光束114a、 114b和114c在合色器單 元116中合成單一的彩色圖像光束118，所述光束可由投影透鏡系統(tǒng) 120導(dǎo)向屏幕(未示出)。控制器130連接到三個(gè)成像器件110a、 110b、 110c上。該控制 器130將控制信號(hào)施加到成像器件110a、 110b、 110c上，用以控制 每個(gè)成像器件形成的圖像。另外，出于下文進(jìn)一步描述的原因，該控 制器130還將各自的偏置信號(hào)施加到每個(gè)成像器件110a、110b、110c， 最大化各自的圖像光束114a、 114b、 114c的對(duì)比度。該控制器可以連 接到視頻源，例如計(jì)算機(jī)或電視調(diào)諧器，以接收視頻信號(hào)。對(duì)視頻信 號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)被導(dǎo)向每個(gè)成像器件110a、 110b、 110c。投影系統(tǒng)的其它實(shí)施例可使用一個(gè)或多個(gè)PBS。例如，投影系統(tǒng) 可使用一個(gè)或兩個(gè)成像器件，所述成像器件具有各自的PBS，如在序 列號(hào)為10/439449禾n 10/914,596的美國(guó)專利申請(qǐng)中更詳細(xì)描述的，將 該專利申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。成像器件的最大數(shù)量不限于三個(gè)，投 影系統(tǒng)可使用多于或少于三個(gè)的成像器件。另外，可使用不同類型的 光源，包括白色光源(例如高壓汞燈)和彩色光源(例如發(fā)光二極管)。 示出實(shí)施例的目的并不是限制到達(dá)成像器件的照明光的生成方式，也 不是限制光到達(dá)成像器件之前的處理方式。一些類型的液晶成像器件，例如垂直配向向列型(VAN)模式液 晶顯示器裝置，在暗態(tài)下的殘余延遲具有5nm的量級(jí)。這可通過(guò)用提 供至多5nm延遲的延遲片進(jìn)行補(bǔ)償，所述延遲片的取向與成像器件的 殘余延遲的取向成90° 。然而，使用四分之一波長(zhǎng)延遲片補(bǔ)償所述殘余雙折射有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，四分之一波長(zhǎng)延遲片可有效補(bǔ)償偏振分束器的玻璃棱鏡中的應(yīng)力雙折射(例如參見(jiàn)序列號(hào)為11/088,153的美 國(guó)專利申請(qǐng)，將其通過(guò)引用并入本文)，同時(shí)，如果PBS為MacNeille PBS，則還可有效地補(bǔ)償斜射光雙折射?，F(xiàn)在結(jié)合圖2-4對(duì)使用所施加的偏置控制成像器件的殘余雙折 射進(jìn)行描述。這些圖中已使用任意坐標(biāo)系來(lái)簡(jiǎn)化下面的說(shuō)明。x-z平面 與圖的平面平行，而y方向則與圖的平面垂直。圖2A和2B示出 偏振分束器202和成像器件204之間沒(méi)有延遲元件的情形。在圖2A 中，沿Z方向從偏振分束器202傳播的光206假定為線性偏振，即 x偏振，如與光206傳播方向垂直的雙箭頭所示。在圖2B中，光已 被成像器件204反射，現(xiàn)在向后(即負(fù)Z方向)傳播。由于成像器 件中有一些殘余雙折射，因此光210不再是線性偏振，而是包含偏振 分量的組合，即光包含x偏振和y偏振分量的組合。在圖中，示出 的光為橢圓偏振，而y偏振分量對(duì)投影系統(tǒng)的對(duì)比度不利。應(yīng)當(dāng)理解， 在實(shí)際系統(tǒng)中，從偏振分束器傳播出的光難以完全線性偏振。然而， 此描述涉及平行于x方向進(jìn)行偏振的光。在圖3A中，光306從偏振分束器302傳出，穿過(guò)延遲元件 308，到達(dá)成像器件304。在位置A，光306線性偏振，然后穿過(guò)延 遲片元件308，在位置B為橢圓偏振。顯示光306具有順時(shí)針橢圓 偏振。經(jīng)過(guò)成像器件304的殘余雙折射之后，反射光310(在圖3B中 示出)也為橢圓偏振，但現(xiàn)在是沿逆時(shí)針?lè)较驒E圓偏振。如果延遲元 件308提供恰好的延遲來(lái)補(bǔ)償成像器件304中的殘余雙折射，那么， 已穿過(guò)延遲元件308的光312會(huì)在到達(dá)偏振分束器302之前線性偏振。精確補(bǔ)償殘余雙折射的取向條件為，延遲元件為角度e取向， 該角度等于提供精確補(bǔ)償?shù)慕嵌萫c。在此情形下，e值對(duì)獲得高對(duì)比 度是關(guān)鍵的延遲元件取向的角度不同于ec可導(dǎo)致對(duì)比度顯著下降。 例如，在一些液晶顯示器投影系統(tǒng)中，如果e值與ec值相差約± 0.5° ，則對(duì)比度可下降30%或更多。例如，在JVC Corp. (Yokohama,Japan)提供的市售JVC G1000投影機(jī)中對(duì)此效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表 明，當(dāng)補(bǔ)償片從其預(yù)置的最佳偏轉(zhuǎn)角度旋離0.5°時(shí)，對(duì)比度下降 30%。在使用Brillian的720p型VAN模式成像器件(由Brillian Corp. (Tempe， Arizona)提供)的投影機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)補(bǔ)償片從最佳設(shè)置 旋離0.7°時(shí)，對(duì)比度下降40%。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，補(bǔ)償成像器件的殘余雙折射的另一個(gè) 方法是使成像器件的雙折射產(chǎn)生偏置，同時(shí)也使用延遲元件。這會(huì)改 變成像器件的總體雙折射，并且偏置可容易地調(diào)節(jié)為使對(duì)比度最大的 值電動(dòng)調(diào)整偏置比手動(dòng)調(diào)節(jié)延遲元件所耗費(fèi)的時(shí)間要少很多，同時(shí) 更易于隨時(shí)間維持在恒定值。從而，裝配投影器件并保持高性能的工 藝會(huì)簡(jiǎn)化，同時(shí)器件更容易制造。圖4A和4B示意性示出了執(zhí)行本發(fā)明的示例性構(gòu)造。在圖4A 中，光406從偏振分束器402朝成像器件404傳播。光406假定 為在從偏振分束器402離開(kāi)時(shí)為基本線性偏振。光406穿過(guò)延遲元 件408，成為橢圓偏振光410。延遲元件408為角度e取向，該角度 不等于ec。偏置控制器412將偏置施加到成像器件404上。成像器 件404反射出的光414的偏振狀態(tài)可通過(guò)調(diào)節(jié)成像器件的偏置進(jìn)行 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)偏振狀態(tài)從而使離開(kāi)延遲元件408傳播到偏振分束器402 的反射光416具有基本上最大的對(duì)比度，與具有基本上線性偏振狀態(tài) 的光416的對(duì)比度相同。由控制器412施加的偏置電壓Vb基本上 與Vc (獲取最大對(duì)比度所需的值)相等時(shí)可出現(xiàn)該狀況。理解該補(bǔ)償技術(shù)的另一個(gè)方法是考慮光在偏振分束器和成像器件 之間往返的過(guò)程中經(jīng)歷三種獨(dú)立的雙折射源，即延遲元件的雙折射 be、殘余雙折射br以及偏置雙折射bb。殘余雙折射br以及偏置雙 折射bb都會(huì)使得看到的入射偏振光線的延遲增加。當(dāng)be的取向使 得總體延遲最小時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大對(duì)比度。11由于成像器件404中始終有一些雜散雙折射，因此，理解此補(bǔ)償技術(shù)的另一個(gè)方法是，考慮補(bǔ)償片408可取向?yàn)槠涔鈱W(xué)軸線與輸入偏 振成非零角度9C，從而使偏振光在補(bǔ)償片408和成像器件404之間往返的過(guò)程中經(jīng)受的延遲量最小。當(dāng)將補(bǔ)償片408偏轉(zhuǎn)大于ec的角度e時(shí)，光線416會(huì)得到過(guò)度補(bǔ)償，并且返回至PBS 402的光線416包含的y偏振分量大于所需分量。然而，由成像器件404施加的偏 置(通過(guò)施加偏置電壓Vc)可很大程度地補(bǔ)償此添加的延遲。這樣， 可通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)而不是機(jī)械調(diào)節(jié)將投影系統(tǒng)調(diào)節(jié)至最佳對(duì)比度。利用現(xiàn)有補(bǔ)償技術(shù)，可通過(guò)下列步驟使投影系統(tǒng)的芯部準(zhǔn)直i) 將四分之一波長(zhǎng)延遲片附接到成像器件或偏振分束器?？赡?需要使用基本上折射率匹配的光學(xué)粘合劑附接四分之一波長(zhǎng)延遲片。 這減少了反射表面的數(shù)量，從而使得損耗較低并且圖像重影減少。ii) 將成像器件以及偏振分束器布置在合色器周圍。iii) 調(diào)節(jié)每個(gè)成像器件的六條軸(三個(gè)位置軸x、 y、 z;三個(gè)角 度軸pitch、 roll和yaw)從而使得每條軸都焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，在水平方向和 垂直方向正確取向，并位于光學(xué)系統(tǒng)和其它成像器件的中心。iv) 對(duì)每個(gè)成像器件的暗態(tài)偏置電壓Vb進(jìn)行調(diào)節(jié)，以從由該成 像器件控制的色道實(shí)現(xiàn)最低輸出光。除了降低制造工藝的復(fù)雜性并減少反射表面的數(shù)量，該技術(shù)產(chǎn)生 的構(gòu)造還可減少光學(xué)表面(尤其是成像器件)上的塵?；蚱渌泻︻w 粒的沉積量。成像器件上的塵?？蓪?duì)成像器件的暗態(tài)和亮態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)烈 影響。在亮態(tài)下，灰塵表現(xiàn)為或多或少的成像器件色道的補(bǔ)色聚焦光 斑。例如，對(duì)于三通道投影系統(tǒng)中綠色通道的成像器件，塵埃顆粒產(chǎn) 生洋紅光斑。在暗態(tài)下，塵埃表現(xiàn)為與色道相同顏色的光斑。例如， 對(duì)于三通道投影系統(tǒng)中綠色通道的成像器件，塵埃顆粒產(chǎn)生綠色光斑。 人們發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)成像器件和補(bǔ)償片的附接方法以形成包封偏振分束器 的面、成像器件和自立式補(bǔ)償延遲片的兩側(cè)的防塵密封件十分復(fù)雜， 并且通常費(fèi)用昂貴。通過(guò)將補(bǔ)償延遲片附接到成像器件或偏振分束器，這一難題得以顯著簡(jiǎn)化現(xiàn)在，僅有一個(gè)需要密封的間隙而不是兩個(gè)， 并且減少附接點(diǎn)的數(shù)量有利于形成簡(jiǎn)單的密封結(jié)構(gòu)。圖5A和5B示意性地示出了這兩種可能性。在每種情況下，偏振分束器502和成像 器件504之間都形成了密封件508，用以將塵埃排除在光學(xué)表面外。 在圖5A中，延遲元件506附接到偏振分束器502，在圖5B中， 延遲元件506附接到成像器件504。在成像器件504中施加偏置的 上述補(bǔ)償技術(shù)使得可簡(jiǎn)單地將延遲元件506附接到光分束器502或 成像器件504，而無(wú)需使延遲元件506高精度取向以獲取恰好為9c 的取向角度。顯然，應(yīng)該理解，延遲元件506無(wú)需附接到偏振分束器502或 成像器件504，而是可以設(shè)置在偏振分束器502和成像器件504之 間，并用一些其它支承體結(jié)構(gòu)支承。實(shí)例在720p型VAN模式硅基液晶(LCoS)成像器件上測(cè)試上述技 術(shù)，該成像器件由Brillian Corp (Tempe， Arizona)提供。將精確旋轉(zhuǎn) 臺(tái)上的四分之一波長(zhǎng)延遲片設(shè)置在偏振分束器和成像器件之間。用弧 光燈(f/2.3)發(fā)出的綠光照明該系統(tǒng)。照明光被偏振分束器反射到成像 器件上。裝配投影透鏡以投射由偏振分束器傳輸并被成像器件反射的 光。在投影透鏡前方10cm處放置光度計(jì)以測(cè)量投射的光通量。最佳 補(bǔ)償此成像器所需的四分之一波長(zhǎng)延遲片的旋轉(zhuǎn)角度為約0.25° ，相 當(dāng)于殘余雙折射為約0.75nm。校直延遲片以達(dá)到最佳昏暗狀態(tài)，同時(shí)成像器件設(shè)為灰度為零 (GS=0)，此時(shí)測(cè)量光強(qiáng)度為7.5勒。將這時(shí)的角度指定為e = o° 。當(dāng) 延遲片旋轉(zhuǎn)角度0.125° ，暗態(tài)亮度增加到8勒，相當(dāng)于對(duì)比度降低 約6.5%。接著，調(diào)節(jié)施加到成像器件的電壓電平，以在延遲片取向?yàn)? =0.125°時(shí)獲取最低的可能亮度。對(duì)于四分之一波長(zhǎng)延遲片最初取向?yàn)?6= 0°的成像器件，測(cè)量灰度系數(shù)為2.0時(shí)的偏置電壓。這組灰度 為256，相當(dāng)于8位顏色。這樣做是為了實(shí)際的便利。在實(shí)際系統(tǒng)中， 引入的偏置電壓可與參考灰度對(duì)應(yīng)的電壓電平相等。延遲片旋轉(zhuǎn)為 0.125°的情況下，在灰度為20、電平為7.7勒時(shí)測(cè)量到最黑暗態(tài)。 雖然這與在e = 0°時(shí)獲得的暗值不完全一樣暗，但是與沒(méi)有偏置電壓 相比要好60%,并且使得對(duì)比度比最佳值僅下降了 2.5%。角度公差的實(shí)際考慮因素決定偏移的程度。例如，如果將偏振分 束器取向控制在± 0.1°內(nèi)，并且將延遲片的軸控制在± 0.05° 內(nèi)，則理想的是將延遲片以最小偏移角度0.3°放置在系統(tǒng)中。為了測(cè)試其它角度放置，對(duì)延遲片偏移0.375°的效應(yīng)進(jìn)行了探 討。在這種情況下，GS = 0暗態(tài)(零偏置)條件導(dǎo)致測(cè)得的輸出光為 11.5勒，對(duì)比度比9 = 0°時(shí)獲取的對(duì)比度下降了 50%。調(diào)節(jié)偏置導(dǎo) 致8.3勒的最小暗態(tài)光強(qiáng)度，在灰度為約47時(shí)獲得。因而，80%的對(duì) 比度下降得以恢復(fù)，同時(shí)獲得的對(duì)比度比e = o°時(shí)獲得的對(duì)比度只低 了 10%。由于這類成像器件的總體對(duì)比度超過(guò)3000:1，下降10%仍 可使得對(duì)比度為2700:1，這對(duì)于許多商業(yè)投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)仍然是可接受 的。圖6示出了延遲片的多種取向所表現(xiàn)出的暗態(tài)亮度的坐標(biāo)圖，所 述亮度取決于施加到成像器件的偏置電壓。偏置電壓用灰度表示?？?以看出，朝負(fù)方向旋轉(zhuǎn)延遲片導(dǎo)致更亮的GS=0暗態(tài)，同時(shí)在這種情 況下，施加偏置電壓僅會(huì)增加亮度。上述的所有角度都是相對(duì)于延遲片取向的最佳角度，所述的最佳 角度即為成像器件無(wú)偏置時(shí)生成最低亮度暗態(tài)的取向。對(duì)于此處使用 的具體成像器件，此取向?qū)?yīng)于延遲片的快軸或慢軸，該延遲片設(shè)置 為相對(duì)于入射光的偏振軸成0.247°± 0.017°角度(一種標(biāo)準(zhǔn)偏置)。因此，可對(duì)延遲片進(jìn)行取向以使得延遲片的快軸或慢軸設(shè)為約0.25° + 0.375° =0.625° ，但也可選擇其它角度，具體取決于所用元 件的制造公差。對(duì)于其它VAN模式成像器件，例如具有約5nm的無(wú)偏殘余雙 折射，延遲片的快軸或慢軸設(shè)置為相對(duì)于9= 0°的偏振平面約1.75 ° ，即0(;=1.75° 。因此，用于這些成像器件的延遲片的慢軸或快軸 可設(shè)為成角度約1.75° + 0.375° =2.125° ，但也可選擇其它角度。在不同實(shí)施例中，延遲片的快軸或慢軸可設(shè)為成一角度，所述角 度的值與9c的值相差小于1° ，小于0.5°或小于0.25。。因此，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明局限于上述具體實(shí)例，而應(yīng)當(dāng)理解為函蓋如附帶的權(quán)利要求書(shū)明確陳述的本發(fā)明的所有方面。在閱覽本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)之后，本發(fā)明可能適用的多種修改形式、等同的工藝以及眾多 結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。權(quán)利要求書(shū)旨在涵蓋這些修改形式和器件。
權(quán)利要求
1.一種投影系統(tǒng)，其包括第一成像器件；第一偏振分束器，照明光通過(guò)所述第一偏振分束器傳輸?shù)剿龅谝怀上衿骷?；設(shè)置在所述第一成像器件和所述第一偏振分束器之間的第一延遲元件；偏置控制器，其附接到所述第一成像器件并且對(duì)暗態(tài)的像素施加偏置，從而基本上最大化自所述第一成像器件穿過(guò)所述第一偏振分束器的圖像光的對(duì)比度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還包括投影透鏡單元，用以 投影從所述第一成像器件接收的圖像光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其還包括合色器和至少第二成 像器件，來(lái)自所述第一成像器件和所述至少第二成像器件的圖像光在 所述合色器中合并而產(chǎn)生合并的圖像光束，所述合并的圖像光束由所 述投影透鏡單元投影。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還包括能夠產(chǎn)生所述照明光 的光源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還包括連接的控制器以控制 由所述成像器件形成的圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一延遲元件附接到 所述第一成像器件和所述第一偏振分束器的其中之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其還包括在所述第一成像器件和所述第一偏振分束器之間連接的防塵密封件，所述第一延遲元件設(shè) 置在由所述第一成像器件、所述第一偏振分束器以及所述除塵密封件 所限定的密封體積內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一延遲元件具有快 軸和慢軸，并且所述延遲元件的所述快軸和所述慢軸的其中之一以角度e取向，ec和e之間的差值小于r ，其中ec是所述延遲元件的 所述快軸或所述慢軸的其中一個(gè)以其取向而在不施加偏置于所述第一 成像器件的像素時(shí)使對(duì)比度最大的角度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中e和ec之間的差值小于0.5° 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中9和ec之間的差值 小于0.25° 。
11. 一種操作投影系統(tǒng)的方法，其包括利用照明光來(lái)照明成像器件，所述照明光已穿過(guò)偏振分束器并穿過(guò)設(shè)置在所述成像器件和所述偏振分束器之間的延遲元件； 至少一些所述照明光被反射為圖像光；使用所述偏振分束器使所述圖像光與非圖像光基本上分開(kāi)；以及 向所述成像器件的像素施加補(bǔ)償偏置信號(hào)以基本上最小化所述圖 像光的暗態(tài)亮度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種方法，其還包括控制所述成像 器件以改變所述圖像光中包含的圖像。
13. —種投影器件，其包括第一密封單元，其包括與第一成像器件分開(kāi)的第一偏振分束器和 第一密封件，所述密封件連接在所述偏振分束器和所述成像器件之間；由所述密封件、所述第一偏振分束器和所述第一成像器件包封的密封 體積；以及設(shè)置在所述密封體積內(nèi)并且附接到所述第一偏振分束器和 所述第一成像器件的其中之一的延遲元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影器件，其還包括合色器，所述 第一密封單元光學(xué)連接到所述合色器上從而使來(lái)自所述第一密封單元 的圖像光傳播到所述合色器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影器件，其還包括投影透鏡單元，所述圖像光從所述合色器傳播到所述投影透鏡單元。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影器件，其還包括至少第二密封 單元，來(lái)自所述至少第二密封單元的圖像光與來(lái)自所述第一密封單元 的圖像光在所述合色器中合并產(chǎn)生彩色的合并圖像光束。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的投影器件，其中所述至少第二密封 單元包括所述第二密封單元和至少第三密封單元，來(lái)自所述第二和第 三密封單元的圖像光與來(lái)自所述第一密封單元的圖像光在所述合色器 中合并。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影器件，其還包括能夠生成照明 光的光源，所述照明光通過(guò)所述第一偏振分束器照明所述第一成像器 件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影器件，其還包括連接的控制器 以控制由所述第一成像器件形成的圖像。
全文摘要
投影系統(tǒng)包括成像器件和偏振分束器。照明光通過(guò)所述第一偏振分束器照明所述成像器件。在所述成像器件和所述偏振分束器之間設(shè)置了延遲元件。偏置控制器對(duì)暗態(tài)下的成像器件的像素施加偏置，以基本上最大化從成像器件反射的圖像光的對(duì)比度。在一些構(gòu)造中，所述偏振分束器和所述成像器件之間的體積是密封的，所述延遲元件設(shè)置在所述密封體積內(nèi)并且附接到所述偏振分束器或所述成像器件。
文檔編號(hào)H04N5/74GK101326818SQ200680046005
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·W·阿斯圖恩, 查爾斯·L·布魯澤, 邁克爾·P·凱斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司