[发明专利]保偏DLP光学架构

说明书

本发明涉及数字光处理方法，且尤其涉及保偏DLP光学架构、投影仪和在投影仪中使用的光学部件。

背景技术

与基于液晶的投影显示相对照，德州仪器DLP^TM（数字光处理）不需要偏振光进行操作。而是，光的调制基于每个像素的光束的角度偏转。并且已经发展了专门的光学架构来使用专门棱镜架构中的全内反射（TIR）以正确的角度将来自灯的光耦合向DLP。见图1，其中示出的灯将光引导通过TIR棱镜、到DMD、返回到棱镜且然后到投影透镜。

已经发展了基于光的偏振的立体投影解决方案。使用保偏屏，使用一个偏振态投射左眼图像，而使用正交的偏振态投射右眼图像。用户带上偏振眼镜以仅通过适当的图像到相应眼睛。已经发展了利用使用无源偏振滤波器的两个投影仪以及使用有源偏振开关的单个投影仪解决方案。见图2。

然而，在两种情况中，当来自投影仪的光是非偏振光时，可用光输出的一半被阻断。已经提出复杂光学系统来恢复损失的光（WO2008048494）。但是这些增加显著成本和难度来汇聚具有不同偏振的两个图像以在投影屏上交叠。

如果DLP投影仪可以调适为以有效方式传送偏振光则将是有利的。如果光源已经偏振，这是尤其有效的，例如这是当在投影仪内使用激光照射时的情况。在这种情况中，足以贯穿投影仪的光学路径维持偏振以实现基于偏振的有效立体投影。

当注视DLP投影仪的光学路径时，从光源到投影透镜150的不同元件可以被识别。来自光源的光被耦合到诸如积分器棒的光学积分器100。在诸如积分器棒的光学积分器100的出口，实现均匀光斑。光斑然后借助于中继透镜系统110成像到（多个）DMD成像仪140上。中继透镜系统由多个独立透镜元件（在该示例中，111至115）组成，且还可以可选地包括1个或更多折叠式反射镜116以及孔117。TIR棱镜组件120向（多个）DMD成像仪140发送光。当使用多芯片架构时，色分离棱镜130放置在TIR棱镜组件120和成像仪140之间。彩色棱镜组件将光分离成至少2个光谱分量，将它发送到相应成像仪140且将该至少两个光谱分量重新组合为朝向投影透镜150的单个输出光束。

即使在光学积分器的入口处的光是线偏振的，不确保来自投影透镜的光也是线偏振的。无需专门测量，光学路径的不同部件可以影响光的偏振属性。

当光以某一角度从两个透明材料之间的界面反射时，反射率针对入射平面中偏振的光以及垂直于它偏振的光不同。在入射平面中偏振的光被称为p偏振，而垂直于此的偏振是s偏振。因此，线偏振输入光束被转换成椭圆偏振反射光束。

参考图3a和3b，很明显，这种全内反射将在TIR棱镜组件120中发生，且当偏振方向不与s或p平面一致时，该线偏振光可以变化为椭圆偏振光。

而且，在彩色棱镜组件130中，可以发生多个TIR反射。彩色棱镜组件将在每个基色包含1个棱镜元件，用于指定颜色的DMD设备140被附连到该棱镜元件。例如，彩色棱镜包括附连蓝色DMD的棱镜元件131、附连红色DMD的棱镜元件132以及附连绿色DMD的棱镜元件133。与红色棱镜132相邻的蓝色棱镜131的表面覆盖有二向色性涂层，该涂层将反射蓝光且使红光和绿光通过。与绿色棱镜相邻的红色棱镜132的表面覆盖有二向色性涂层，该涂层将反射红光且使绿光通过。通过改变二向色性涂层的特性，特定的棱镜元件可以专用于处理另一颜色。例如，可以限定涂层，使得棱镜元件131变得专用于红色且棱镜元件132变得专用于蓝色。

参考图4至6，绿光在通过在表面131b和132b处的蓝色棱镜和绿色棱镜上的二向色性涂层的直路径中透射通过彩色棱镜。反射光遵循类似路径。反射的导通态绿光510c在垂直于二向色性涂层表面131b和132b的平面中入射在那些表面上。因此，当反射的导通态绿光510c以在s平面或p平面中的线偏振在表面132b处的二向色性涂层上入射时，该条件同时将在表面131b的二向色性涂层上满足且偏振保持不受影响。然而透射的绿光500c在某一角度下（可以从棱镜的侧面看）通过这些二向色性涂层表面。则变得不能同时针对两个表面限定在s或p平面中的偏振方向。因此发现，这些二向色性涂层将透射的绿色光束500c的偏振态转换成一般椭圆偏振态。

蓝色透射光500a首先在表面131b上的二向色性涂层上反射，且然后在表面131a上经由TIR反射，反射的蓝光510遵循相反顺序的类似路径。尽管用于反射导通态蓝光510a的入射平面垂直于棱镜表面131a和131b，透射的蓝光500a以某一角度冲击棱镜。因此发现，TIR反射对于透射的蓝色光束500a具有轻微的偏振改变影响。