[发明专利]偏振变换系统、照明系统以及投影仪

说明书

本发明是有关把非偏振光变换为特定偏振光的偏振变换系统以及采用偏振变换系统的光学系统。

液晶板被广泛应用于直视显示装置和投影仪中。例如，在一个投影仪中，液晶板(液晶光阀)用于依据图象信息调制照明光，并将调制光投射到屏幕上，从而显示图象。一般地，位于通过调制特定线偏振光显示图象，所以必须在液晶板的光入射面提供一个偏振片，以便将发自光源的非偏振光变换为所需的线偏振光，然而，由于偏振片的吸收导致一半或更多的光损失。为了提高照明系统相对于液晶板的光利用率，通常利用光学偏振变换系统将来自光源的光变换为一种类型的线偏振光。

日本专利公报8-304739号公开了一种采用偏振变换系统的照明系统，这种偏振变换系统包括一个由多个偏振分光镜和多个反射镜构成的偏振分光棱镜阵列，和设置在偏振分光棱镜阵列出射面的λ/2延迟膜。在这个偏振变换系统中，偏振分光棱镜阵列用于把非偏振光分成两种类型的线偏振光，其中一个线偏振光的偏振面与另一个线偏振光的偏振面垂直，然后利用λ/2延迟膜调整这些线偏振光束之一的偏振方向与另一线偏振光束的偏振方向一致，从而光被变换为基本上一种类型的线偏振光。

现有偏振变换系统存在的问题是：为了将非偏振光变为两种类型的线偏振光，需要使用包括多个偏振分光镜和反射镜的复杂的偏振分光棱镜阵列。

因此本发明的目的是提供一种结构比传统的偏振变换系统的结构简单的偏振变换系统，和使用此偏振变换系统的光学系统。

通过将非偏振光变换为特定偏振光的偏振变换系统实现至少部分上述和其它相关的目的。偏振变换系统包括：偏振光选择性反射镜，中继光学系统和偏振光反射镜。偏振光选择反射镜把入射的非偏振光分为第一和第二类型的偏振光，并透射第一类型的偏振光，反射第二类型的偏振光；中继光学系统用于将入射光束中继到偏振光选择反射镜；偏振光反射镜位于被偏振光选择反射镜反射的反射光光路上，它把该反射光束反射回偏振光选择反射镜，同时把第二类型的偏振光变换为第一类型的偏振光。

根据上述结构，可以获得结构比前面所述的结构更简单的偏振变换系统。

根据该偏振变换系统，最好中继光学系统包括：具有多个第一小透镜的第一透镜阵列，把入射光束分成多个部分光束；和中继透镜阵列，位于第一透镜阵列的光出射面，具有对应于多个第一小透镜的多个中继透镜。第二透镜阵列设置在偏振光选择反射镜的入射面附近，以便从第二小透镜出射并被偏振光选择反射镜反射的每个反射的部分光束被反射回同一第二小透镜，每个部分光束在被偏振光选择反射镜反射之前从这里出射。多个中继透镜中的每一个位于每个特定的位置上，此位置在相应的第一小透镜的出射方焦点和相应的第二小透镜的入射方焦点附近，并且相应的第一小透镜和相应的第二小透镜位于中继透镜的共轭点上。偏振光反射镜包括多个偏振光反射部分和多个第三小透镜；多个偏振光反射部分位于从多个第二小透镜出射的多个反射部分光束的光路上，每个反射相应的反射部分光束，并把相应的反射部分光束内的第二类型的偏振光变换为第一类型的偏振光；多个第三小透镜把被偏振光反射部分反射的反射部分光束传播回到同一第二小透镜，反射部分光束在被偏振光反射部分反射之前从这里出射。

这样采用第一透镜阵列把入射光分成多个部分光束并汇聚光束，使得能够保持部分光束很小，因此也能够把中继透镜的尺寸相应地做得很小。而且可以利用中继透镜之间的空间设置偏振变换系统。另外，通过放置偏振光反射部分使得它们将来自第二透镜阵列的入射光反射回到第二透镜阵列，这样保证入射到偏振变换系统的光束能够变换为一种类型的偏振光并发射出去而对入射光束的尺寸几乎没有任何变化。

而且，中继光学系统包括中继透镜阵列，这样使得能够把来自第一透镜阵列的部分光束也投射到第二透镜阵列，从而提高了光利用率。

这里，最好多个偏振光反射部分中的每一个放置在相应的第二小透镜的焦点附近，而且多个第三小透镜中的每一个的焦距基本上与相应的第二小棱镜的焦距相等，并将每一个第三小透镜放置在相应的偏振光反射部分附近。

这样就进一步提高了光利用率。

根据上述结构，最好第一和第二类型的偏振光是偏振面相互正交的第一和第二类型的线偏振光，而且多个偏振光反射部分中的每一个包括反射镜和位于第三小透镜和反射镜之间的λ/4延迟膜。

几乎最好是第一和第二类型的偏振光是圆偏振旋转方向相反的第一和第二类型的圆偏振光，而且多个偏振光反射部分是反射镜。