[发明专利]双全内反射偏振分束器

说明书

技术领域

本发明涉及用于光的有效偏振分离的光学组件。该组件可与(例如)透射型液晶显示装置结合使用。更具体地讲，本发明涉及称为偏振分束器的偏振分离装置，并且尤其是涉及用于图像投影系统中的偏振分束器。

背景技术

在液晶面板投影系统中，来自光源的输出光通过一个或多个第一偏振器进行偏振、穿过一个或多个透射型液晶面板(即，像素化成像器)、并且随后利用一个或多个第二偏振器进行分析，以使得从光束中移除预期暗状态的光并且由所得透射光图案形成图像。

如果偏振器为吸收型偏振器，则大量的光被转化为热。投影系统中的偏振器可邻近热敏部件，例如液晶面板。在一些情况下，如果吸收型偏振器吸收过多的热，则该吸收型偏振器本身的功能受到不利影响。这种过热在液晶面板输出端处的分析器附近是最严重的，因为大部分投影仪系统的该区域中存在极少用于空气流的空间。随着投影仪亮度被增加，这种过热可变得更加严重，从而导致有限的投影仪部件寿命和/或来自用于尽可能保持投影系统部件冷的空气流的过量噪音。

如果偏振器为偏振分束器(PBS)，例如美国专利No.6,592,224中所述，则光可从PBS的偏振选择性表面(即，反射型偏振器)反射多次，包括得自PBS的外表面和反射型偏振器的全内反射(TIR)。根据反射型偏振器的性质，光束从反射型偏振器的多次反射可因光吸收而引起该表面的温度的不利增加、可引起光诱导反应的增加、并且/或者可引起雾度或者从表面发射的散射光的增加。另外可产生投影图像的重影或对比度降低。

存在至少两种因PBS产生重影图像的机制。第一，光的偏振态在TIR下没有得到保持并且还可受到玻璃中的双折射影响。因此，在TIR之后到达反射型偏振器的光可泄漏至投影透镜。尽管这种光通常位于图像光锥外部(取决于PRS设计的细节)，但所述光的一些当时可具有适当的偏振以穿过分析器并且可散射到图像光锥中。第二，从PBS反射的光可离开PBS并且可被反向引导至图像光锥内的液晶面板。这种反射光可在液晶面板中变为消偏振的并且随后可朝投影透镜反向反射穿过TIR PBS。

在后一情况下，像素化成像器将它们表面的相对较大的量用于电子器件。导电线、晶体管和电容器可占据典型的高温多晶硅(HTPS)透射型LCD面板的图像区域的超过25％。这些电子器件可反射返回至成像器的光，该反射甚至高于开放像素区域。由于这种光可能已穿过液晶，因此不能期望所述光已保持所需偏振。

发明内容

在一个方面，本发明提供了双全内反射(TIR)棱镜，其包括具有进入表面、第一间隙表面和第一离开表面的输入棱镜。双TIR棱镜还包括具有输出表面和第二间隙表面的楔形棱镜，所述第二间隙表面通过间隙与第一间隙表面间隔开。双TIR棱镜还包括具有输入表面和第二离开表面的输出棱镜、以及设置在输出表面和输入表面之间的反射型偏振器。

输入棱镜、楔形棱镜、反射型偏振器和输出棱镜被构造为将第一偏振方向的入射光束从进入表面传送至第二离开表面，并且将第二偏振方向的入射光束从进入表面传送至第一离开表面。

在另一个方面，本发明提供了分离偏振光的方法，其包括使来自输入棱镜的进入表面的第一偏振方向的光束透射穿过楔形棱镜、反射型偏振器和输出棱镜。该方法还包括使来自输入棱镜的进入表面的第二偏振方向的光束透射并且穿过楔形棱镜，以与反射型偏振器相交。该方法还包括从反射型偏振器反射光束的第二部分、使光束的第二部分透射穿过楔形棱镜和输入棱镜之间的间隙、以及通过输入棱镜的第一离开表面和进入表面中的一者输出光束的第二部分。

在另一个方面，本发明提供了包括双TIR棱镜和光源的投影系统。双TIR棱镜包括具有进入表面、第一间隙表面和第一离开表面的输入棱镜。双TIR棱镜还包括具有输出表面和第二间隙表面的楔形棱镜，所述第二间隙表面通过间隙与第一间隙表面间隔开。双TIR棱镜还包括具有输入表面和第二离开表面的输出棱镜、以及设置在输出表面和输入表面之间的反射型偏振器。输入棱镜、楔形棱镜、反射型偏振器和输出棱镜被构造为将第一偏振方向的入射光束从进入表面传送至第二离开表面，并且将第二偏振方向的入射光束从进入表面传送至第一离开表面。光源设置为将入射光束传输至进入表面。