專利名稱：棱鏡、投影裝置和光學部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種棱鏡，其根據(jù)波長或偏振光分量分離來自光源的照明光，本發(fā)明還涉及一種投影裝置，其利用反射型光學調(diào)制元件調(diào)制從光源發(fā)射的照明光，并用透鏡將光投影為放大的尺寸，以及在該棱鏡和投影裝置中使用的光學部件。
背景技術(shù)：
為在大尺寸屏幕上進行顯示，已知的一種投影裝置，其中從燈發(fā)出的照明光投射到顯示有與輸入畫面信號相應的圖案的液晶板上，且其中照明光被液晶板調(diào)制并反射，以用投影透鏡投影為放大的尺寸。
在這種投影裝置中，在光路中設(shè)置有用于分離向前和返回光路的偏振分束器(PBSpolarizedbeam splitter)，使朝向液晶板的照明光的光路與被液晶板調(diào)制的反射光的光路不是同一光路。如圖1所示，在PBS 200中，一對作為基底的直角棱鏡202接合在一起，以在其間夾持一介電多層膜201。另外，在PBS 200中，介電多層膜201形成為根據(jù)不同波長或光偏振方向具有不同反射率和透射率的值，其被用作根據(jù)波長或光偏振方向分離光束的分束器。
PBS 200可被分成介電多層膜201根據(jù)偏振光分量分離光束的McNeill型，和根據(jù)波長分離光束的分色型。
在McNeill型或分色型PBS中，是利用多層介電膜的干涉，其性能取決于基底折射率以及層狀介電材料的組合情況，因此，該性能超不過一定限制。在這種PBS中，在寬的入射角范圍內(nèi)保持P偏振光與S偏振光之間的分離特性非常困難。所以，如果將這種PBS用于(入射)大角度分布，即具有小F值的光學系統(tǒng)中時，光分離特性以及光利用率都將下降。
為解決這一問題，可使用圖2所示的平板形衍射柵PBS 210。在衍射柵PBS 210中，衍射柵(例如鋁制的)212被設(shè)置在玻璃基底211上。借助這個衍射柵212，光根據(jù)偏振成份被分離。但是，如果該柵被用作分束器，則衍射柵PBS 210必須相對主光束傾斜地設(shè)置，于是，當衍射柵PBS插入光路時會產(chǎn)生像散像差。
在McNeill或分色棱鏡的情況下，由于棱鏡中的溫度上升或由于支撐機制，會使棱鏡中發(fā)生變形，于是基底內(nèi)的衍射分布變得不均勻、從而使通過基底的光產(chǎn)生相位差，進而部分地降低消光率。在使用這種棱鏡的投影裝置中，在投影圖像中會出現(xiàn)所謂的黑點，于是不能得到清晰的投影圖像。
因此，作為棱鏡基底，必需選擇具有低光學彈性模量和不易變形的棱鏡材料。然而，低光學彈性模量材料的價格昂貴，所以使用低光學彈性模量材料的棱鏡或使用該棱鏡的投影裝置也很昂貴。換句話說，用光學彈性模量較高的廉價玻璃材料制作高性能的棱鏡是極端困難的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述狀況，本發(fā)明的目的是提供一個能抑制像散像差(astigmatic aberration)且在基底中具有均勻分布的彈性模量的棱鏡或光學部件，以及使用這種棱鏡或光學部件的投影裝置。
一方面，本發(fā)明提供一種棱鏡，該棱鏡根據(jù)入射光的偏振光分量而透射或反射該入射光，該棱鏡包括由金屬形成的基本呈格柵形的衍射柵；一對其間夾持所述衍射柵的衍射柵基底；粘接層，設(shè)置在每個衍射柵基底的面對所述衍射柵的每個表面上；以及，一對塊部件，通過所述粘接層固定到所述成對的衍射柵基底中的每一個上；其中，具有與所述塊部件的折射率大致相同的折射率的介質(zhì)被填充到限定在所述衍射柵與所述成對的柵基底間的間隙中。
在本發(fā)明的棱鏡中，衍射柵被夾在一對塊部件之間，從而抑制成像光學系統(tǒng)中的像散像差。入射光可根據(jù)偏振光的成份被透射或反射，這樣在寬的入射角范圍內(nèi)可保持最佳偏振光分離特性。
另一方面，本發(fā)明提供一種投影裝置，該投影裝置包括一光源，用于發(fā)射照明光；一聚光透鏡，用于收集從所述光源發(fā)射的照明光；一棱鏡，用于根據(jù)來自所述聚光透鏡的光的偏振光分量透射或反射來自所述聚光透鏡的光；一光學調(diào)制元件，用于調(diào)制由所述棱鏡透射或反射的照明光，并用于反射該調(diào)制光；以及，一投影透鏡，用于將被所述棱鏡反射或透射并被所述光學調(diào)制元件調(diào)制的反射光放大并投影；其中，所述棱鏡包括由金屬形成的基本呈格柵形的衍射柵；一對其間夾持所述衍射柵的衍射柵基底；粘接層，設(shè)置在每個衍射柵基底的面對所述衍射柵的每個表面上；一對塊部件，通過所述粘接層固定到所述成對的衍射柵基底中的每一個上；以及，具有與所述塊部件的折射率大致相同的折射率的介質(zhì)，所述介質(zhì)被填充到限定在所述衍射柵與所述與所述成對的柵基底間的間隙中。
在本發(fā)明的投影裝置中，當被光學調(diào)制元件調(diào)制的反射光穿過棱鏡或被棱鏡反射時，反射光的圖像可被投影，同時該反射光被最佳地分離成偏振光分量，這樣就會防止發(fā)生像散像差。
再一方面，本發(fā)明提供一種光學部件，在該光學部件內(nèi)，預定偏振狀態(tài)的光被透射和發(fā)射，其中，多個具有拋光至鏡面光潔度的表面的板形部件利用軟型粘接劑的插入層疊在一起。
在本發(fā)明的這個光學部件中，多個板形件利用軟型粘接劑的插入層疊在一起，因此可消除應變產(chǎn)生的內(nèi)應力，以保持折射率呈常數(shù)分布，從而有助于光在不影響偏振狀態(tài)的情況下被透射。
另一方面，本發(fā)明提供一種棱鏡，該棱鏡包括光分離層，設(shè)置在平板形基底上，并具有根據(jù)偏振光分量透射或反射光的性能；一對粘接層，位于設(shè)置有所述光分離層的所述平板形基底的兩個表面上；以及，一對塊部件，通過其間的所述粘接層夾持所述光分離層；其中，每個塊部件是多個具有拋光成鏡面光潔度的表面的平板形部件，所述平板形部件與其間的軟型粘接劑交替疊置。
在該棱鏡中，光分離層被由軟型粘接層接在一起的多個板形件組成的塊部件夾持，入射光可根據(jù)偏振光分量被透射或反射，同時，由于消除了像散，入射光發(fā)射時不破壞原偏振狀態(tài)。
再一方面，本發(fā)明提供一種投影裝置，該投影裝置包括一光源，用于發(fā)射照明光；一聚光透鏡，用于收集從所述光源發(fā)射的照明光；一棱鏡，用于根據(jù)來自所述聚光透鏡的光的偏振光分量透射或反射該來自所述聚光透鏡的光；一光學調(diào)制元件，用于調(diào)制由所述棱鏡透射或反射的該照明光，并反射該調(diào)制光；以及，一投影透鏡，用于將被所述棱鏡反射或透射并被所述光學調(diào)制元件調(diào)制的反射光放大并投影，其中，所述棱鏡包括光分離層，設(shè)置在平板形基底上，并具有根據(jù)偏振光分量透射或反射光的性能；一對粘接層，位于設(shè)置有所述光分離層的所述平板形基底的兩個表面上；以及，一對塊部件，通過其間的所述粘接層夾持所述光分離層；其中，每個塊部件是多個具有拋光成鏡面光潔度的表面的平板形部件，所述平板形部件與其間的軟型粘接劑交替疊置。
在本發(fā)明的投影裝置中，光學調(diào)制元件調(diào)制的光被調(diào)制和反射時，反射光可被最佳地分成相應的偏振光分量，而圖像在消除像散像差的狀態(tài)下被投影裝置透鏡投影。
在本發(fā)明的棱鏡中，光束可在寬的入射角范圍被最佳地分離，同時即使棱鏡在成像光學系統(tǒng)中使用時，也可抑制像散像差。由于良好的分離特性，使得不利用高折射率基底即可實現(xiàn)所需的棱鏡特性，因此與使用介電多層膜的PBS相比，可在相同成本下實現(xiàn)良好的特性。由于不需要使用高折射率基底，所以能減小成本和重量。由于形成所需特性的構(gòu)成元件的不同材料的組合有高自由度，本發(fā)明的棱鏡可用于各種光學系統(tǒng)。
由于軟型粘接劑設(shè)置在柵基底與棱鏡基底之間，所以能夠抑制內(nèi)應力和光學變形。另外，由于棱鏡基底由板形部件與軟型粘接劑光學地組合在一起而構(gòu)成，所以還可進一步減小內(nèi)應力和光學變形。
在使用本棱鏡的投影裝置中，分離特性能在高NA值下保持，于是可產(chǎn)生高對比度的明亮圖像，同時可改善光利用效率。由于使用本發(fā)明的棱鏡可抑制成像光學系統(tǒng)中的像散像差，因此可以投影明亮的圖像。此外，使用本發(fā)明的棱鏡還可降低裝置的成本和總重量。
由于該棱鏡有助于減小光學變形，所以可抑制投影圖像中的黑點和熱應力引起的其其變形，并減小因入射到棱鏡上的光量增加而產(chǎn)生的其它熱作用，這樣可增加從光源發(fā)射的光量，從而提高投影圖像的亮度。
本發(fā)明的光學部件可被分成多個板形部件，軟型粘接劑可添加在分界面區(qū)域。由此，施加到分界面區(qū)域的應力可被粘接層減輕，從而抑制可能的光學變形。


圖1表示常規(guī)PBS的結(jié)構(gòu)；圖2表示常規(guī)衍射柵PBS的結(jié)構(gòu)；圖3表示本發(fā)明投影裝置的結(jié)構(gòu)；圖4表示本發(fā)明棱鏡的結(jié)構(gòu)；
圖5表示本發(fā)明投影裝置的另一種結(jié)構(gòu)；圖6表示本發(fā)明光學部件的結(jié)構(gòu)；圖7表示具有分層結(jié)構(gòu)的直角棱鏡的本發(fā)明棱鏡的結(jié)構(gòu)；圖8表示具有分層結(jié)構(gòu)的直角棱鏡的本發(fā)明棱鏡的另一種結(jié)構(gòu)；圖9表示本發(fā)明投影裝置的另一種結(jié)構(gòu)；圖10表示本發(fā)明投影裝置的又一種結(jié)構(gòu)；以及圖11表示本發(fā)明投影裝置的再一種結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明的投影裝置的優(yōu)選實施例。
如圖3所示，本發(fā)明的投影裝置10包括燈11，用作發(fā)射照明光的光源；從燈11起，沿光路依次設(shè)置主聚光透鏡12、場鏡13、預偏振板14、衍射棱鏡15、反射型液晶板16和投影透鏡17。
燈11包括發(fā)光元件11a，用于發(fā)射白光；以及，反射器11b，用于反射由發(fā)光元件11a發(fā)射的光。對于燈11的發(fā)光元件11a，可使用高壓水銀燈、鹵素燈、金屬鹵素燈或氙燈。對于燈11的反射器11b可使用凹面反射鏡。這種鏡面優(yōu)選具有高視野效率(high perimetrical efficiency)的鏡表面。例如，該反射器是諸如拋物旋轉(zhuǎn)面或球形旋轉(zhuǎn)面的對稱的旋轉(zhuǎn)面。
主聚光透鏡12由凸透鏡構(gòu)成，用于匯聚從燈11發(fā)射的照明光。
場鏡13由凸透鏡構(gòu)成，其設(shè)置用于匯聚穿過主聚光透鏡12的照明光，使該照明光的光束被反射型液晶板調(diào)制并通過投影透鏡17輸出。
預偏振板14是一個僅透射從場鏡13穿過的照明光中具有預定偏振成份，例如S偏振成份，的偏振板。
衍射棱鏡15用于透射或反射穿過預偏振板14的照明光，并根據(jù)穿過預偏振板14的偏振光分量進行分離。例如，衍射棱鏡15透射P偏振光，同時在相對光路傾斜45°的反射板15a上反射S偏振光，以使光的行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
在衍射棱鏡15中，穿過預偏振板14的光被分成穿過衍射棱鏡15并徑直向前行進的光，和在反射面15a上反射且其行進方向偏轉(zhuǎn)90°的光。
投影裝置10包括沿在衍射棱鏡15的反射面15a上反射的照明光的行進方向上的反射型液晶板16。
反射型液晶板16被提供以圖形信號以根據(jù)輸入其中的圖形信號顯示圖形。當提供作為入射光的照明光時，反射型液晶板16調(diào)制并反射這一照明光。反射型液晶板16是其中封閉有液晶分子的液晶板，并能逐像素地對光進行調(diào)制。
對于衍射棱鏡15，被反射型液晶板16調(diào)制的反射光穿過反射面15a徑直向前行進。
投影裝置10還包括投影透鏡17，位于沿著穿過衍射棱鏡15的反射面15a并被反射型液晶板16調(diào)制的反射光的行進方向上。
投影透鏡17是用于將穿過衍射棱鏡15的反射面15a且被反射型液晶板16調(diào)制的反射光以放大的尺寸投影的透鏡。該投影透鏡17將圖像投影在屏幕上(未示出)。
下面說明衍射棱鏡15的結(jié)構(gòu)。
參看圖4，衍射棱鏡15包括衍射柵21，用于衍射入射光；一對衍射柵基底22，設(shè)置在衍射柵21的兩側(cè)；以及，一對棱鏡基底24，接合到衍射柵基底22的經(jīng)粘接層23面對衍射柵21的表面。
衍射柵21由諸如鋁的金屬構(gòu)成，并在成對的衍射柵基底22之間基本形成格柵。衍射柵21的材料不必須是鋁，根據(jù)光學系統(tǒng)的類型，也可以是其它材料。
衍射柵基底22由例如玻璃的薄平板構(gòu)成，并設(shè)置在衍射柵21的兩側(cè)。
粘接層23是軟型粘接劑，可以是例如具有類橡膠特性的UV粘接劑或是具有類橡膠特性的硅粘接劑。粘接層23設(shè)置在衍射柵基底22的表面上，該表面面向衍射柵基底22的衍射柵21。
棱鏡基底24由玻璃態(tài)材料形成，如只具有低雙折射特性的石英，或由Shot公司制造的諸如SF57的玻璃態(tài)材料。每個棱鏡基底24是基本為方柱形的所謂直角棱鏡。在這個實施例中，棱鏡基底24由直角三角形底的柱構(gòu)成，三角形兩條邊的相互成直角，成對的衍射柵基底22設(shè)置在沿每個塊部件的橫向表面傾斜的位置，該塊部件以所述三角形除去所述兩條邊以外的一條邊為側(cè)面。
在衍射柵21與衍射柵基底22之間的間隙中填充衍射柵介質(zhì)25，用以光學地連接(耦合)衍射柵21與衍射柵基底22。如果不在衍射柵21與衍射柵基底22之間的間隙中填充衍射柵介質(zhì)25，則這個間隙將成為空氣隙，由于界面上空氣與衍射柵基底22之間的折射率的不同將使空氣隙產(chǎn)生反射，這將顯著地降低分離特性。
衍射柵基底22和衍射柵介質(zhì)25被設(shè)計和制造成具有與棱鏡基底24基本相同的折射率。棱鏡基底24與衍射柵基底22之間的界面設(shè)有借助粘接層23進行粘接的光學接合(耦合)區(qū)。即，制作光學接合的衍射柵21，布置由金屬制成的衍射柵21的間隔和高度，使之適合衍射柵介質(zhì)25和衍射柵基底22的特性，從而得到預定的偏振光分離特性。
在這個衍射棱鏡15中，當非偏振光入射其上時，由于上述的各個界面被光學接合，所以光入射到衍射柵21而不產(chǎn)生內(nèi)部反射。在衍射棱鏡15的衍射作用下，S偏振光在反射面15a上被反射，而P偏振光穿過反射面15a，從而P偏振光和S偏振光可被最佳化地的相互分離。
由于衍射棱鏡15由衍射柵21和衍射柵基底22構(gòu)成，并被布置使得在寬的入射角范圍具有最佳分離特性的衍射柵PBS經(jīng)粘接層23被棱鏡24夾持，于是可在寬的入射角范圍內(nèi)得到好的分離特性，同時即使將衍射棱鏡15使用在成像光學系統(tǒng)中也可消除像散像差。
在衍射棱鏡15中，由于諸如衍射柵基底22、衍射柵介質(zhì)25或棱鏡基底24的各個部件的材料可很方便地選擇和組合，因此衍射棱鏡15能夠用于各種光學系統(tǒng)且易于達到所需的性能。
此外，由于衍射棱鏡15的分離特性在寬的入射角范圍下是很好的，所以利用具有高品質(zhì)玻璃態(tài)，即為具有不很高的折射率的材料基底，就可得到所需的特性，這樣與使用介電多層膜的PBS相比，在相同的成本下，可得到相同的性能。另外，由于具有高折射率的玻璃態(tài)材料具有大的比重，所以即使只稍微減小折射率就可降低衍射棱鏡15的重量。
另外，由于軟型粘接層23設(shè)置在衍射柵基底22與棱鏡基底24之間，所以能減小衍射棱鏡15中產(chǎn)生的應力，從而減小光學變形。
下面，主要結(jié)合圖示的從燈11發(fā)射的照明光的光路，說明上述投影裝置10的各種部件的操作。
從燈11發(fā)射的照明光作為非偏振光入射到主聚光透鏡12上。
入射到主聚光透鏡12的照明光被聚集并導向場鏡13，在場鏡13處被聚集并導向預偏振板14。
導向預偏振板14的照明光，只有例如S偏振光分量被透射并導向衍射棱鏡15。
導向預偏振板14的照明光是S偏振光，因此不需要的P偏振光穿過反射表面15a徑直向前行進，而S偏振光被反射表面15a反射，且其行進方向改變90°。即，照明光被衍射棱鏡15的反射表面15a反射并落在反射型液晶板16上。
被導向反射型液晶板16的照明光為S偏振光，其被反射型液晶板16調(diào)制并反射，使該照明光行進方向改變180°，該反射型液晶板16上顯示有與圖像信號對應的圖形。此時，P偏振光產(chǎn)生并返回到衍射棱鏡15。
返回到衍射棱鏡15的來自反射型液晶板16的反射光由P偏振光和作為不需要的OFF光的S偏振光組成。P偏振光穿過衍射棱鏡15的反射表面15a并被導向投影透鏡17，而S偏振光被反射表面15a反射，且由于其行進方向改變改變90°而返回燈11。
從燈11發(fā)射的照明光被衍射棱鏡15導向反射型液晶板16，并被其調(diào)制和反射。由反射型液晶板16調(diào)制和反射的光被導向投影透鏡17，并由其以放大的尺寸投影在屏幕上。
對使用具有衍射柵21的衍射棱鏡15的上述投影裝置10而言，偏振光分離特性對光入射角的依賴可被減小，有助于在高NA值下可保持分離特性。另外，可投影出具有良好對比度的圖像，并可改善光利用率從而有助于投影出明亮的圖像。
另外，對于使用衍射棱鏡15的投影裝置10，可抑制在僅使用常規(guī)平板形衍射柵PBS的成像光學系統(tǒng)中產(chǎn)生的像散像差，從而有助于投影出明亮的圖像。
投影裝置10用的輕便衍射棱鏡15制備成本低廉，可以減小成本及整個裝置的重量。
在使用能減小光學變形的衍射棱鏡15的投影裝置10中，可抑制投影圖像中的黑點。
下面說明圖5所示的本發(fā)明的另一個投影裝置30。
投影裝置30包括用作發(fā)射照明光的光源的燈31。另外，從燈31起沿光路的前進的方向，投影裝置30包括主聚光透鏡32、場鏡33、預偏振板34和衍射棱鏡35。
燈31適于產(chǎn)生白光。燈31包括發(fā)光元件31a，用于產(chǎn)生白光；以及，反射器31b，用于反射由發(fā)光元件31a發(fā)射的光。對于發(fā)光元件31a，可采用例如高壓水銀燈、鹵素燈、金屬鹵化物燈、或氙燈。優(yōu)選地，具有能夠?qū)崿F(xiàn)高視野效率的形狀的反射鏡表面的凹面反射鏡被用作燈31的反射器31b。例如，該反射器是諸如拋物旋轉(zhuǎn)面或球形旋轉(zhuǎn)面的對稱旋轉(zhuǎn)面。
主聚光透鏡32由凸透鏡構(gòu)成，用于匯聚燈31發(fā)射的照明光。
場鏡13由凸透鏡構(gòu)成，用于收集穿過主聚光透鏡32的照明光。
預偏振板34是只允許穿過場鏡33的照明光中的預定偏振成份(例如S偏振光)穿過的偏振元件。所使用的該偏振元件可以是PBS。
衍射棱鏡35根據(jù)偏振成份透射或反射照明光、來分離穿過預偏振板34的照明光。衍射棱鏡35例如用于透射P偏振光，并借助相對光路傾斜45°的反射表面35a反射S偏振光，以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
衍射棱鏡35將穿過預偏振板34的照明光分離成穿過衍射棱鏡35而徑直向前行進的光和被反射表面35a反射而以90°改變行進方向的光。
投影裝置30還包括沿被衍射棱鏡35的反射表面35a所反射的照明光的方向設(shè)置的反射型液晶板36。
被提供以圖像信號而顯示與該圖像信號對應的圖案的反射型液晶板36調(diào)制入射到其上的照明光，并反射該調(diào)制光。反射型液晶板36是在其中密封有液晶分子的液晶板，用于逐像素地調(diào)制光。
在衍射棱鏡35中，被反射型液晶板36調(diào)制的反射光穿過反射表面35a徑直向前行進。
投影裝置30包括位于穿過衍射棱鏡35的反射表面35a、并被反射型液晶板36調(diào)制的反射光行進方向中的投影透鏡37。
投影透鏡37為用于放大和投影穿過衍射棱鏡35的反射表面35a，并被反射型液晶板36調(diào)制的反射光，并將圖像投影到屏幕上(未示出)。
包括衍射棱鏡35在內(nèi)的上述光學部件易因光源光的加熱，以及這些部件被固定或接合到裝置上時的支持力或粘接力所引起的應力而產(chǎn)生光學變形。
通過將光學部件40分成多個平板部件41，并用軟型粘接層42將平板部件41疊置在一起則可解決這個問題(如圖6所示)。
即，光學部件40包括多個平板部件41和將這些平板部件接合在一起的軟型粘接層42。平板部件41具有表面拋光的表面，且由與光學部件40類似的材料構(gòu)成。粘接層42可以是例如類橡膠UV粘接劑或類橡膠硅粘接劑。
在上述光學部件40中，平板部件41和粘接層42在其們的邊界區(qū)域光學地接合在一起，因而可看作一個部件。
光學部件40具有分成多個平板部件41的組成部件，并將軟型粘接層42設(shè)置在其界面區(qū)，以利用粘接層42消除施加給界面區(qū)的應力，從而抑制光學變形。即，可降低整個光學部件40的光彈性常數(shù)。換言之，可如上所述地通過將具有高光彈性常數(shù)的部件分成多個平板部件41而制成具有低光彈性常數(shù)的光學部件40。
于是，通過將光學部件分成多個平板部件以減輕預定光學部件的應力，并通過接合平板部件的界面區(qū)，使施加到界面區(qū)的應力可被粘接劑減輕，從而避免光學變形。因此，即使穿過光學部件的光路中的入射光被例如偏振光分離層分成例如S偏振光或P偏振光，該光也能在偏振光的方向不受因光學變形而產(chǎn)生的干擾的影響下透射和發(fā)射。
另外，如果三角形或方形的光學部件被分成多個具有漸變截面形狀的平板部件，并且用軟型粘接層將這些平板部件疊置在一起，即，如果由軟型粘接劑的插入而疊置在一起的兩個表面的形狀不同，而該疊置表面與另一鄰近的平板部件的疊置表面的形狀相同，則在不同尺寸的各個平板中因溫度變化而產(chǎn)生的應力可以被軟型粘接劑吸收。
在這個投影裝置30中，這一技術(shù)被用于衍射棱鏡35。
下面說明衍射棱鏡35的結(jié)構(gòu)。
參看圖7，衍射棱鏡35包括衍射柵51；一對衍射柵基底52，用于將衍射柵51夾在其間；一對棱鏡基底54，被以粘接層53接合到面向衍射柵51的衍射柵基底52的表面。
衍射柵51由諸如鋁的金屬構(gòu)成，并具有位于成對的衍射柵基底52之間的基本呈格柵的形狀。構(gòu)成衍射柵51的金屬材料可根據(jù)所使用光學系統(tǒng)的種類采用鋁之外的金屬材料。
每個衍射柵基底52是例如玻璃的薄板，并將衍射柵51夾在其間。
粘接層53是諸如類橡膠UV粘接劑或類橡膠硅粘接劑的軟型粘接劑。粘接劑53設(shè)置在衍射柵基底52的面向衍射柵51的每個表面上。
每個棱鏡基底54是基本呈方角錐的所謂直角棱鏡。
每個棱鏡基底54由多個均拋光成鏡面的平板部件55構(gòu)成。用軟型粘接劑56將多個平板部件55光學地組合在一起。
軟型粘接劑56由諸如類橡膠UV粘接劑或類橡膠硅粘接劑的軟型粘接劑構(gòu)成。
在本實施例中，每個三棱鏡基底54被分成多個方形平板部件55的平板部件。至少一個平板部件55具有兩個不同形狀的疊置表面，并用軟型粘接層56與相鄰平板部件55的相同形狀的疊置表面接合在一起。這些不同形狀的平板部件55疊置在一起形成整體上具有三棱鏡基底54形狀的每個棱鏡基底54。每個棱鏡基底54作為單獨的棱鏡工作，其中，平板部件55與軟型粘接層56之間的邊界面被光學地相互接合。
對于構(gòu)成的棱鏡基底54的多個平板部件55，衍射柵基底52的粘接層53與軟型粘接層56彼此平行地設(shè)置，使衍射柵基底52和平板部件55能夠通過粘接層53最佳地組合在一起，并使得衍射柵基底52和平板部件55的各個表面相互面對。
在衍射柵51與衍射柵基底52之間的間隙中填充衍射柵介質(zhì)57。如果未在衍射柵51與衍射柵基底52之間的間隙中填充衍射柵介質(zhì)57，則這個間隙變?yōu)榭諝忾g隙，于是因界面處折射率不同，在衍射柵51與衍射柵基底52之間的界面上會產(chǎn)生反射，這將明顯地降低分離性能。
應當注意，設(shè)計和構(gòu)造衍射柵基底52和衍射柵介質(zhì)57，使其具有與棱鏡基底54基本相同的折射率，同時借助粘接層53使棱鏡基底54與衍射柵基底52在其界面區(qū)光學地組合在一起。
在衍射棱鏡35中，全部界面如上所述光學地組合在一起，入射在其上的非偏振光不發(fā)生內(nèi)反射地到達衍射柵51，于是，在衍射柵51的衍射作用下，S偏振光在反射表面35a上反射，而P偏振光穿過反射表面35a。這就將非偏振光分成P偏振光和S偏振光。
衍射棱鏡35由衍射柵51和衍射柵基底52構(gòu)成，在寬的入射角范圍下具有優(yōu)良分離特性的衍射柵PBS經(jīng)粘接層53被棱鏡基底54夾持。于是，衍射棱鏡35在寬的入射角范圍具有良好分離特性、并在將該棱鏡用于光學系統(tǒng)時能夠抑制像散像差。
此外，具有在寬的入射角范圍的良好分離特性的衍射棱鏡35中，即使用由高品質(zhì)玻璃態(tài)材料構(gòu)成的基底，即不具有很高折射率的基底，也可實現(xiàn)所需的性能，因此，與利用介電多層膜的PBS相比，可比的性能可在更低的成本下實現(xiàn)。另外，由于具有高折射率的玻璃態(tài)材料通常具有大的比重，所以采用低比重玻璃態(tài)材料可以減小衍射棱鏡35的重量。
另外，各個部件材料的組合的高自由度使得所需性能可由衍射棱鏡35方便地實現(xiàn)，因此衍射棱鏡35能方便地用于各種光學系統(tǒng)。
另外，在衍射棱鏡35中，由于軟型粘接層53設(shè)置在衍射柵基底52與棱鏡基底54之間，所以可減小衍射棱鏡35中產(chǎn)生的應力，進而有助于減小光學變形。
在衍射棱鏡35中，棱鏡基底54設(shè)置在多個板形部件55之間，所以可進一步減小衍射棱鏡35中產(chǎn)生的應力，進而減小光學變形。
下面主要沿著從燈31發(fā)射的照明光的光路，說明上述投影裝置30的各種部件的操作。
從燈31發(fā)射的照明光作為非偏振光落在主聚光透鏡32上。
入射到主聚光透鏡32的照明光被匯聚并被導向場鏡33，該光被場鏡33收集并被導向預偏振板34。
被導向預偏振板34的照明光只有例如S偏振光分量被透射，并被導向衍射棱鏡35。
被導向衍射棱鏡35的照明光是S偏振光，因此，不需要的P偏振光穿過反射表面35a徑直向前行進，而S偏振光被反射表面35a反射，且其行進方向改變90°。即，照明光被衍射棱鏡35的反射表面35a反射，并落在反射型液晶板36上。
被導向反射型液晶板36的照明光是S偏振光，其被反射型液晶板36調(diào)制并反射，在反射型液晶板36上顯示與圖像信號對應的圖案，該S偏振光的行進方向被改變180°。此時，P偏振光產(chǎn)生并返回到衍射棱鏡35。
來自反射型液晶板36并返回到衍射棱鏡35的反射光是由P偏振光和S偏振光(不需要的OFF光)組成。P偏振光穿過衍射棱鏡35的反射表面35a，并被導向投影透鏡17，而S偏振光被反射表面35a反射，并將其行進方向改變90°而返回到燈31。
于是，從燈31發(fā)射的照明光被衍射棱鏡35導向反射型液晶板36進而被反射和調(diào)制。被反射型液晶板36調(diào)制的該反射光被導向投影透鏡37，從而以放大的尺寸顯示在例如屏幕上。
對于采用具有衍射柵51的衍射棱鏡35的上述投影裝置30，可保持高NA值下的分離特性，因而可投影出高對比度的圖像，同時可改善光利用效率，從而投影出明亮的圖像。
另外，對于采用衍射棱鏡35的上述投影裝置30，在僅使用傳統(tǒng)平板形衍射柵PBS的成像光學系統(tǒng)中產(chǎn)生的像散像差可被抑制，從而有助于投影出清楚的圖像。
對于使用可低成本制作的衍射棱鏡35的投影裝置30，裝置的整個成本可降低。
對于設(shè)置有能減小光學變形的衍射棱鏡35的投影裝置30，可以抑制投影圖像中的黑點。
對于設(shè)置有能減小重量的衍射棱鏡35的投影裝置30，可以減小裝置的總重量。
對于設(shè)置有能抑制由熱應力引起其它變形和進而由增加入射光量所產(chǎn)生的熱效應的衍射棱鏡35的投影裝置30，可改善投影圖像的亮度。
同時，在上述的衍射棱鏡35中，棱鏡基底54的平板部件55的疊置方向可如圖8所示地進行設(shè)置。然而，該疊置方向不限于圖7或8所示的設(shè)置，該設(shè)置可根據(jù)可能使用的特定光學系統(tǒng)而優(yōu)化。
本發(fā)明還可應用于使用多個衍射棱鏡15和/或衍射棱鏡35的用于投影彩色圖像的投影裝置。
下面，首先說明圖9所示的根據(jù)本發(fā)明的用于投影彩色圖像的投影裝置60。
投影裝置60包括作為發(fā)射照明光的光源的燈61。另外，投影裝置60從燈61起沿光路行進方向包括蠅眼積分器62、PS轉(zhuǎn)換合成元件63、主聚光透鏡64、場鏡65、預偏振板66、第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67和入射PBS 68。
燈61根據(jù)顯示彩色圖像的需要、用于發(fā)射包含三原色光，即紅、綠、蘭光波段的白光。這個燈61包括發(fā)光元件61a，用于產(chǎn)生白光；以及，反射器61b，用于反射發(fā)光元件61a所發(fā)射的光。所使用的發(fā)光元件61a包括高壓水銀燈、鹵素燈、金屬鹵化物燈或氙燈。燈61的反射器61b使用凹面反射鏡。這種反射鏡優(yōu)選具有高的視野效率。例如，該反射器是諸如拋物旋轉(zhuǎn)面或球形旋轉(zhuǎn)面的對稱旋轉(zhuǎn)的類型。
為了使從燈61發(fā)射的照明光如下文所述地照亮液晶板的有效區(qū)，設(shè)計并設(shè)置蠅眼積分器62，以使照明光束的形狀與液晶板有效區(qū)的形狀相一致，從而提供均勻的亮度分布。這個也稱作多透鏡陣列的蠅眼積分器62由每組為由多個小凸透鏡構(gòu)成的一陣列的兩組形成。陣列中向著燈61的一個62a收集來自燈61的照明光以形成小光源點，而陣列中的另一個62b將從各個光源點發(fā)射的照明光組合。
為了有效利用來自燈61的照明光，PS轉(zhuǎn)換合成元件63將照明光的偏振光分量整理。PS轉(zhuǎn)換合成元件63由λ/2板或偏振分束器組成，并用于將P偏振光轉(zhuǎn)成S偏振光。具體地，PS轉(zhuǎn)換合成元件63能夠透射入射照明光的S偏振光，而將P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光輸出，于是，全部照明光可轉(zhuǎn)換成S偏振光。
主聚光透鏡64是凸透鏡，用于收集穿過PS轉(zhuǎn)換合成元件63的照明光。
場鏡65是凸透鏡，用于收集穿過主聚光透鏡64的照明光。
預偏振板66只透射穿過場鏡65的預設(shè)偏振光分量。具體地，預偏振板66用于透射S偏振光。
第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67層式相位差薄膜，其被優(yōu)化以將場鏡65收集的照明光綠波段的偏振平面即綠光成份轉(zhuǎn)相90°，并傳送此轉(zhuǎn)相光，同時傳送其其波段，即紅和蘭成份，并且不改變這些光成份的偏振狀態(tài)。
入射PBS 68借助透射和反射根據(jù)偏振光分量將穿過第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67的照明光的各個偏振光分量分離。入射PBS 68的結(jié)構(gòu)基本上與前述的衍射棱鏡15或35相同，并用于透射例如P偏振光、而借助相對光路傾斜45°的反射表面68a反射S偏振光以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
入射PBS 68將穿過第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67的照明光分離成穿過入射PBS 68而徑直向前行進的光，和被反射表面68a反射而以90°改變行進方向的光。
投影裝置60沿穿過入射PBS 68的照明光的方向設(shè)置有G-PBS 69。
G-PBS 69根據(jù)穿過入射PBS 68的反射表面68a的照明光的偏振光分量、透射或反射該照明光。G-PBS 69的結(jié)構(gòu)與前述衍射棱鏡15或35相似，其透射例如P偏振光使其徑直向前行進，同時利用相對光路傾斜45°的反射表面69a反射S偏振光以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
G-PBS 69透射穿過入射PBS 68的照明光。
投影裝置60沿穿過G-PBS 69的光的行進方向還包括第一液晶板70。
將圖像信號中彼此分開的三原色光中的綠光圖像信號提供到第一液晶板70，第一液晶板70顯示與所提供的綠光圖像信號對應的圖案。當綠光入射到第一液晶板70時，第一液晶板70調(diào)制該光并反射該調(diào)制光。第一液晶板70是其內(nèi)密封有液晶分子的顯示板，并能逐像素地調(diào)制光。
G-PBS 69用反射表面69a反射被第一液晶板70調(diào)制和反射的光，以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
投影裝置60沿被入射PBS 68的反射表面68a所反射的照明光光路的行進方向還包括第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71和RB-PBS 72。
第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71是相位差薄膜，其被優(yōu)化以將預定波段，即由PBS 68的反射表面68a所反射的照明光中的預定彩色成份的偏振平面轉(zhuǎn)相90°，并透射此轉(zhuǎn)相光，同時透射其它波段的光，并使其偏振狀態(tài)保持不變。由于綠色成份已經(jīng)被入射PBS 68透射和分離，所以第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71只轉(zhuǎn)相被表面68a以90°反射的蘭和紅色成份中的紅色照明光，并透射此轉(zhuǎn)相光，同時透射剩余波段的照明光、即蘭色光且不改變其偏振狀態(tài)。
RB-PBS 72根據(jù)穿過第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71的照明光偏振光分量，用透射或反射分離穿過第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71的照明光。RB-PBS 72的結(jié)構(gòu)與衍射棱鏡15或35相似，并能透射P偏振光而使其徑直向前行進，同時用相對光路傾斜45°的反射表面72a反射S偏振光并使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
RB-PBS 72將穿過第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71的照明光和被下文所述液晶板反射和調(diào)制的光分離為穿過RB-PBS 72并徑直向前行進的光和被反射表面72a反射從而以90°改變其行進方向的光。
投影裝置60包括沿穿過RB-PBS 72的照明光的行進方向的第二液晶板73、和沿由RB-PBS 72的反射表面72a反射的照明光的行進方向的第三液晶板74。
將圖像信號中彼此分開的三原色光中的紅光圖像信號提供到第二液晶板73，第二液晶板73顯示與所提供的紅光圖像信號對應的圖案。當紅光入射到第二液晶板73時，第二液晶板調(diào)制該光并反射該調(diào)制光。第二液晶板73是其內(nèi)密封有液晶分子的顯示板，并能逐像素地調(diào)制光。
將圖像信號中彼此分開的三原色光中的蘭光圖像信號提供到第三液晶板74，第三液晶板74顯示與所提供的蘭光圖像信號對應的圖案。當蘭光入射到第三液晶板74時，第三液晶板調(diào)制該光并反射該調(diào)制光。第三液晶板74是其內(nèi)密封有液晶分子的顯示板，并能逐像素地調(diào)制光。
在RB-PBS 72中，由第二液晶板73調(diào)制和反射的光被反射表面72a反射，并從而以90°改變其行進方向，而第三液晶板74調(diào)制和反射的光徑直向前穿過RB-PBS 72。
沿著被RB-PBS 72的反射表面72a反射的并被第二液晶板73調(diào)制的光、以及穿過RB-PBS 72并被第三液晶板74調(diào)制的光的光路方向，投影裝置60還包括第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75。
第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75是相位差膜，其被優(yōu)化以轉(zhuǎn)相被RB-PBS 72的反射表面72a反射的并被第二液晶板73調(diào)制的光、以及穿過RB-PBS 72并被第三液晶板74調(diào)制的光的預定波段，即預定彩色成份，的偏振平面，并透射此轉(zhuǎn)相光，同時透射其它波段，并使其偏振狀態(tài)保持不變。由于綠色成份已經(jīng)被入射PBS 68透射和分離，所以第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75只轉(zhuǎn)相被入射PBS 68以90°反射的蘭和紅色成份中的紅色照明光，并透射此轉(zhuǎn)相光，同時透射剩余波段的照明光，即蘭色光，且不改變其偏振狀態(tài)。
沿著被G-PBS 69的反射表面69a所反射的和被第一液晶板70調(diào)制的光的行進方向、以及沿著穿過第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75并被第二液晶板73調(diào)制的光和傳到第三液晶板74的反射光的行進方向，投影裝置60還包括發(fā)射PBS 76。
發(fā)射PBS 76用于通過偏振光分量的透射或反射，組合被G-PBS 69的反射表面69a反射的光，穿過第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75且被第二液晶板73調(diào)制的光、以及被第三液晶板74反射和調(diào)制的光。發(fā)射PBS 76的結(jié)構(gòu)與衍射棱鏡15或35相似，并用于透射P偏振光，同時利用相對光路傾斜45°的反射表面76a反射S偏振光而使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
發(fā)射PBS 76用于以其反射表面76a反射被G-PBS 69的反射表面69a反射并被第一液晶板70調(diào)制的光，同時透射穿過第二R偏振光放置元件75并被第二液晶板73調(diào)制的光和被第三液晶板74反射和調(diào)制的光，以使光徑直向前行進，從而在同一方向輸出光束。
沿著被發(fā)射PBS 76的反射表面76a反射的光、穿過發(fā)射PBS 76并被第二液晶板73調(diào)制的光及被第三液晶板74反射并調(diào)制的光的光路前進方向，投影裝置60還包括第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77、一發(fā)射偏振板和投影透鏡78。
第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77是相位差薄膜，其被優(yōu)化以轉(zhuǎn)相被發(fā)射PBS 76的反射表面76a反射的光、穿過PBS 76并被第二液晶板73調(diào)制的光和被第三液晶板74反射和調(diào)制的光中的綠波段，即綠色成份的偏振平面，同時透射其它波段，即紅和蘭色成份，使其偏振狀態(tài)保持不變。
發(fā)射偏振板78只透射穿過第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77并被第一液晶板70調(diào)制、被第二液晶板73反射和調(diào)制以及被第三液晶板74反射和調(diào)制的光的預定偏振光分量，且只用于透射P偏振光分量。
投影透鏡79是將穿過發(fā)射偏振板78并被第一液晶板70調(diào)制的反射光、被第二液晶板73調(diào)制的反射光以及被第三液晶板74調(diào)制的反射光放大并投影的透鏡，并將圖像投影到屏幕上(未示出)。
下面，主要沿從燈61發(fā)射的照明光的光路說明上述投影裝置60各部件的操作。
從燈61發(fā)射的照明光包含作為三原色的紅、綠和蘭波段，其被作為非偏振光導向蠅眼積分器62。
蠅眼積分器62使到向蠅眼積分器62的照明光以均勻的亮度分布入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件63。
入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件63上的照明光中的S偏振光徑直穿過PS轉(zhuǎn)換合成元件63、而其中的P偏振光被轉(zhuǎn)換成S偏振光。于是，光作為全S偏振光入射到達主聚光透鏡64。
入射到主聚光透鏡64的照明光被主聚光透鏡收集，而后導向場鏡65和預偏振板66。
入射到預偏振板66的照明光被進一步整理其偏振光分量，并作為S偏振光被導向第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67。
入射到第一G偏振轉(zhuǎn)相元件67的照明光只有綠波段的偏振平面轉(zhuǎn)相90°，于是這個波段被整理為P偏振光，并透射而被導向入射PBS 68。紅和蘭波段成份作為S偏振光而透射并被導向入射PBS 68。
被導向入射PBS 68的照明光是綠波長范圍和紅波長范圍的P偏振光。只有P偏振光被透射并直接穿過入射PBS 68的反射表面68a，而S偏振光被反射表面68a反射并改變其行進方向。即，綠波長范圍的照明光穿過入射PBS 68直接到達G-PBS 69，而紅和蘭波長范圍的照明光被入射PBS 68的反射表面68a反射，而以90°改變其行進方向而到達第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71。
下面說明被入射PBS 68分離、穿過入射PBS 68并被導向G-PBS 69的照明光的綠波長范圍的光的光路。
被導向G-PBS 69的照明光是綠波長范圍的P偏振光，并且直接穿過G-PBS 69而到達第一液晶板70。
被導向第一液晶板70的照明光是綠波長范圍的P偏振光，并被第一液晶板70調(diào)制和反射，而使其行進方向改變180°，在第一液晶板70上已顯示與綠圖像信號對應的圖案。此時，S偏振光產(chǎn)生并返回到G-PBS 69。
來自第一液晶板70并返回到衍射棱鏡15的反射光由S偏振光和作為不需要的OFF光的P偏振光構(gòu)成。S偏振光被反射表面69a反射，并在其行進方向改變90°，而被導向發(fā)射PBS 76，而P偏振光穿過反射表面69a返回到燈61。
來自第一液晶板70并導向發(fā)射PBS 76的反射光是綠波長范圍的S偏振光。此S偏振光被發(fā)射PBS 76的反射表面76a反射而改變其行進方向。此反射光被導向第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77。
來自第一液晶板70并導向發(fā)射PBS 76的反射光是綠波長范圍的S偏振光，該其綠波長范圍的偏振平面被第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77轉(zhuǎn)相90°，并被整理成P偏振光。此P偏振光被導向發(fā)射偏振板78。
來自第一液晶板70并被導向發(fā)射偏振板78的反射光是綠波長范圍的P偏振光，其偏振光分量被發(fā)射偏振板78整理成P偏振光，并以此狀態(tài)導向投影透鏡79。
下面說明被入射PBS 68分離，并在入射PBS 68的反射表面68a上反射以使其沿轉(zhuǎn)相90°的光路行進的紅和蘭波長范圍的照明光的光路。
被導向第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71的照明光是紅和蘭波長范圍的S偏振光。只有紅波長范圍的偏振平面被第一R偏振光轉(zhuǎn)相元件71轉(zhuǎn)相90°而產(chǎn)生導向RB-PBS 72的P偏振光。
被導向RB-PBS 72的照明光是紅波長范圍的P偏振光和蘭波長范圍的S偏振光。蘭波長范圍的P偏振光穿過RB-PBS 72的反射表面72a到達第二液晶板73，而蘭波長范圍的S偏振光被RB-PBS 72的反射表面72a反射到達第三液晶板74。
被導向第二液晶板73的照明光是紅波長范圍的P偏振光，其被在其上顯示有與紅圖像信號對應的圖案的第二液晶板73反射和調(diào)制。此反射光的行進方向被改變180°。期間產(chǎn)生的S偏振光返回到RB-PBS 72。
被導向第三液晶板74的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被其上顯示有與紅圖像信號對應的圖案的第三液晶板74反射和調(diào)制。此反射光的行進方向被改變180°。期間產(chǎn)生的P偏振光返回到RB-PBS 72。
來自第二液晶板73并返回到RB-PBS 72的反射光是紅波長范圍的S偏振光和作為不需要的OFF光的P偏振光。該P偏振光被RB-PBS 72的反射表面72a反射，其行進方向改變90°，并到達第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75。來自第三液晶板74并返回到RB-PBS 72的反射光是蘭波長范圍的P偏振光和作為不需要的OFF光的S偏振光。該S偏振光被RB-PBS 72的反射表面72a反射，穿過RB-PBS 72的反射表面72a，并被導向第二偏振光轉(zhuǎn)相元件75。
來自第二液晶板73并被導向第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75的反射光是紅波長范圍的S偏振光。此S偏振光的偏振平面被第二R偏振光轉(zhuǎn)相元件75轉(zhuǎn)相90°，以便整理成P偏振光。此P偏振光被導向發(fā)射PBS 76。來自第三液晶板74并被導向第二R偏振轉(zhuǎn)相元件75的反射光是蘭波長范圍的P偏振光。此P偏振光穿過第二R偏振轉(zhuǎn)相元件75并發(fā)送到發(fā)射PBS 76。
來自第二液晶板73并被導向發(fā)射PBS 76的反射光是紅波長范圍的P偏振光，其穿過發(fā)射PBS 76的反射表面76a直接到達第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77。來自第三液晶板74并被導向發(fā)射PBS 76的反射光是藍波長范圍的P偏振光，其徑直穿過發(fā)射PBS 76的反射表面76a到達第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77。
來自第二液晶板73并被導向發(fā)射PBS 76的反射光是紅波長范圍的P偏振光，其穿過發(fā)射PBS 76的反射表面76a直接到達發(fā)射偏振板78。來自第三液晶板74并被導向第二G偏振轉(zhuǎn)相元件77的反射光是蘭波長范圍的P偏振光，其穿過發(fā)射PBS 76的反射表面76a直接到達發(fā)射偏振板78。
來自第二液晶板73并被導向發(fā)射偏振板78的反射光是紅波長范圍的P偏振光，其偏振光分量被發(fā)射偏振板78整理成P偏振光。該P偏振光穿過發(fā)射偏振板78并導向投影透鏡79。來自第三液晶板74并被導向發(fā)射偏振板78的反射光是蘭波長范圍的P偏振光，其偏振光分量被發(fā)射偏振板78整理成P偏振光。該P偏振光穿過發(fā)射偏振板78并導向投影透鏡79。
于是，被入射PBS 68和RB-PBS 72分離成三個光路的各個波長范圍的光作為照明光入射到適于相應波長的液晶板上，以便被相應液晶板調(diào)制和反射。被相應液晶板調(diào)制的反射光被發(fā)射PBS 76組合并從那里發(fā)送至投影透鏡79以放大地投影到例如屏幕上。
采用衍射棱鏡15或35作為入射PBS 68、G-PBS 69、R-PBS 72或作為發(fā)射PBS 76，使用投影裝置60可得到與使用投影裝置10或30可比的良好效果。
下面說明圖10所示的根據(jù)本發(fā)明的用于投影彩色圖像的投影裝置80。
投影裝置80包括用作發(fā)射照明光的光源的燈81。另外，投影裝置80包括蠅眼積分器82，PS轉(zhuǎn)換合成元件83，主聚光透鏡84和十字交叉分色鏡(cross-cross-dichroic mirror)85。
燈81根據(jù)所顯示彩色圖像的需要用于發(fā)射包含三原色光，即紅、綠和蘭波長范圍的光的白光。燈81包括發(fā)光元件81a，用于產(chǎn)生白光；以及，反射器81b，用于反射發(fā)光元件81a發(fā)射的光。可使用的發(fā)光元件81a包括高壓水銀燈、鹵素燈、金屬鹵化物燈或氙燈。燈81的反射器81b采用凹面反射鏡。這種反射鏡優(yōu)選具有高的視野效率。例如，該反射器是諸如拋物旋轉(zhuǎn)面或球形旋轉(zhuǎn)面的對稱旋轉(zhuǎn)的類型。
為了使從燈81發(fā)射的照明光如下文所述地照亮液晶板的有效區(qū)，設(shè)計并設(shè)置蠅眼積分器82，以使照明光束的形狀與液晶板有效區(qū)的形狀相一致，從而提供均勻的亮度分布。這個也稱作多透鏡陣列的蠅眼積分器82由每組包括由多個小尺寸凸透鏡構(gòu)成的一陣列的兩組形成。陣列中向著燈81的一個82a收集燈81發(fā)射的照明光以形成小光源點，而陣列中的另一個82b將從各個光源點發(fā)射的照明光組合。
為了有效利用從燈81發(fā)射的照明光，PS轉(zhuǎn)換合成元件83將照明光的偏振光分量整理。PS轉(zhuǎn)換合成元件83由λ/2板或偏振分束器組成，并將例如P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。具體地，PS轉(zhuǎn)換合成元件83能夠透射照明光的S偏振光，而將P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光輸出，于是，全部照明光可轉(zhuǎn)換成S偏振光。
主聚光透鏡84是凸透鏡，用于收集穿過PS轉(zhuǎn)換合成元件83的照明光。
十字交叉分色鏡85被設(shè)計并構(gòu)造成可根據(jù)由主聚光透鏡84收集的照明光的波長范圍，將由主聚光透鏡84收集的照明光通過相對光路傾斜45°且彼此成直角的反射表面85a或85b的反射所分離。十字交叉分色鏡85由例如介電多層膜構(gòu)成并設(shè)計并構(gòu)造使得蘭波長范圍的光被相對光路傾斜45°的反射表面85a反射，使其行進方向改變90°，并使紅和綠波長范圍的光被相對光路傾斜45°的反射表面85b反射、而使其行進方向改變90°。
在十字交叉分色鏡85中，由主聚光透鏡84收集的照明光被分成由十字交叉分色鏡85的反射表面85a反射而改變其行進方向90°的光、和被十字交叉分色鏡85的反射表面85b反射而改變其行進方向90°的光。
投影裝置80在沿著被十字交叉分色鏡85的反射表面85a所反射的照明光的行進方向上還包括第一平面反射鏡86，第一場鏡87、B-PBS 88和第一液晶板89。
第一平面反射鏡86是用于反射入射光的平面反射鏡，其相對于被十字交叉分色鏡85的反射表面85a反射的照明光的行進方向傾斜45°。
第一場鏡87是用于收集被第一平面反射鏡86反射到第一液晶板89上的照明光的凸透鏡。
B-PBS 88設(shè)計為根據(jù)偏振光分量利用透射或反射分離穿過第一場鏡87的照明光。B-PBS 88構(gòu)造為與上述的衍射棱鏡15或35相似、其透射P偏振光使其徑直向前行進，并用在相對光路傾斜45°的反射表面88a反射S偏振光而使其行進方向改變90°。
第一液晶板89被提供以來自被分離成三原色的圖像信號中的蘭圖像信號并顯示與該蘭圖像信號對應的圖案。該第一液晶板可調(diào)制和反射入射到其上的照明光。第一液晶板89具有密封在其中的液晶分子，且能逐像素地調(diào)制光。
B-PBS 88將穿過第一場鏡87的光和被第一液晶板89調(diào)制并反射的照明光分離成穿過B-PBS 88并從那里徑直向前行進的光，以及被反射表面88a反射而改變其行進方向90°的光。
投影裝置80沿著被十字交叉分色鏡85的反射表面85b反射的照明光的行進方向還包括第二平面反射鏡90和分色鏡91。
第二平面反射鏡90是用于反射入射光，并相對被十字分色鏡85的反射表面85b所反射照明光的行進方向傾斜45°設(shè)置的平面反射鏡。
分色鏡91相對被第二平面反射鏡90反射的照明光的光路傾斜45°設(shè)置，其根據(jù)波段進行透射或反射以分離被第二平面反射鏡90反射的照明光。分色鏡91由例如介電多層膜構(gòu)成，其用于在相對光路傾斜45°的反射表面91a反射綠波長范圍的光，而使紅波長范圍的光透射并徑直向前行進。
投影裝置80沿著穿過分色鏡91的照明光的光路還包括第二場鏡92，R-PBS 93和第二液晶板94。
第二場鏡92是用于收集穿過分色鏡91到達第二液晶板94上的照明光的凸透鏡。
R-PBS 93用于根據(jù)照明光的偏振光分量分離穿過第二場鏡92的照明光。此R-PBS 93的結(jié)構(gòu)與上述衍射棱鏡15或35相似、其透射P偏振光使其徑直向前行進、同時在相對光路傾斜45°的反射表面93a上反射S偏振光而使其行進方向改變90°。
第二液晶板94被提供以來自被分離成三原色的圖像信號中的紅圖像信號并顯示與該紅圖像信號對應的圖案。該第一液晶板調(diào)制和反射入射到其上的照明光。這個第二液晶板94是具有密封在其中的液晶分子的液晶板，且能逐像素地調(diào)制光。
R-PBS 93將穿過第二場鏡92的照明光和被第二液晶板94調(diào)制和反射的光分離成穿過B-PBS 93并從其徑直向前行進的光，和被反射表面93a反射而改變其行進方向90°的光。
投影裝置80沿著被分色鏡91反射的照明光的前進的光路，還包括第三場鏡95、G-PBS 96和第三液晶板97。
第三場鏡95是用于收集在分色鏡91上反射至第三液晶板97的照明光的凸透鏡。
G-PBS 96用于根據(jù)照明光的偏振光分量通過透射或反射分離穿過第三場鏡95的照明光。G-PBS 96的結(jié)構(gòu)與上述衍射棱鏡15或35相似，其透射P偏振光使其徑直向前行進，同時在相對光路傾斜45°的反射表面96a上反射S偏振光而使其行進方向改變90°。
第三液晶板97被提供以來自被分離成三原色的圖像信號中的綠圖像信號并顯示與該綠圖像信號對應的圖案。該第三液晶板調(diào)制和反射入射到其上的照明光。第三液晶板97是具有密封在其中的液晶分子的液晶板，且能逐像素地調(diào)制光。
G-PBS 96將穿過第三場鏡95的照明光和被第三液晶板97調(diào)制和反射的照明光分離成穿過G-PBS 96并從其徑直向前行進的光，和被反射表面96a反射而改變其行進方向90°的光。
沿穿過R-PBS 88并被第一液晶板89調(diào)制的反射光，穿過R-PBS 93并被第二液晶板94調(diào)制的反射光及穿過G-PBS 96并被第三液晶板97調(diào)制的反射光的行進方向，投影裝置80還包括合成棱鏡98。
合成棱鏡98用于根據(jù)波長范圍通過透射或反射，合成穿過R-PBS 88并被第一液晶板89調(diào)制的反射光、穿過R-PBS 93并被第二液晶板94調(diào)制的反射光以及穿過G-PBS 96并被第三液晶板97調(diào)制的反射光。合成棱鏡98包括被棱鏡夾持的介電多層膜而使相應薄膜表面相互交錯。例如，合成棱鏡98用相對光路傾斜45°的反射表面98a反射蘭波長范圍的光，其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，同時用相對光路傾斜45°的反射表面98b反射紅波長范圍的光而使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，并使透射的紅波長范圍的光徑直向前行進。
合成棱鏡98在其反射表面98a上反射穿過R-PBS 88并被第一液晶板89調(diào)制的反射光，使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，同時在其反射表面98b上反射穿過R-PBS 93并被第二液晶板94調(diào)制的反射光，并使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，同時還透射穿過G-PBS 96的并被第三液晶板97調(diào)制的反射光，以使其徑直向前行進，于是，可在相同的方向上輸出第一狀態(tài)反射光至第三狀態(tài)反射光。
沿被合成棱鏡98的反射表面98a反射并被第一液晶板89調(diào)制的反射光，被合成棱鏡98的反射表面98b反射并被第二液晶板94調(diào)制的反射光、以及穿過合成棱鏡98并被第三液晶板97調(diào)制的反射光的行進方向，投影裝置80還包括投影透鏡99。
投影透鏡99是凸透鏡，用于放大并投影被合成棱鏡98的反射表面98a反射并被第一液晶板89調(diào)制的反射光、被合成棱鏡98的反射表面98b反射并被第二液晶板94調(diào)制的反射光、以及穿過合成棱鏡98并被第三液晶板97調(diào)制的反射光。該投影透鏡將放大的圖像投影到屏幕上(未示出)。
現(xiàn)在，沿著從燈81發(fā)射的照明光的光路說明的上述投影裝置80的操作。
從燈81發(fā)射的照明光包含三原色光的波段，即紅、綠和蘭光的該照明光作為非偏振光被導向蠅眼積分器82。
被導向蠅眼積分器82的照明光穿過蠅眼積分器82，且其亮度分布被蠅眼積分器82均勻化，而后入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件83上。
入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件83的照明光的S偏振光直接透射，而其P偏振光被轉(zhuǎn)換成S偏振光。于是，該光作為全S偏振光入射到主聚光透鏡84。
入射到主聚光透鏡84上的照明光被主聚光透鏡84收集并入射到十字分色鏡85。
入射到十字分色鏡85的照明光是包含紅、綠和蘭波段的S偏振光。其中，蘭波段的光被反射表面85a反射而以90°偏轉(zhuǎn)其行進方向，而綠波段的光被反射表面85b反射而以90°偏轉(zhuǎn)其行進方向。應注意，蘭波段的照明光與紅和綠波段的照明光相分離，而使彼此間的行進方向相差180°，蘭波段的照明光和紅綠波長范圍照明光分別被導向第一和第二平面反射鏡86和90。
下面說明在被十字分色鏡85分離的照明光中被十字分色鏡85的反射表面85a反射并從那里發(fā)送到第一平面反射鏡86的蘭波段的照明光的光路。
被導向第一平面反射鏡86的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被第一平面反射鏡86反射并從那里發(fā)送到第一場鏡87。
被導向第一場鏡87的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被第一場鏡87收集并被第一場鏡87發(fā)送到第一液晶板89，以向B-PBS 88發(fā)送。
被導向B-PBS 88的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被B-PBS 88的反射表面88a反射，并被發(fā)送到第一液晶板89。
被導向第一液晶板89的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被其上顯示有與蘭圖像信號對應的圖案的第一液晶板89反射和調(diào)制，使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時產(chǎn)生的P偏振光返回到B-PBS 88。
來自第一液晶板89并返回到B-PBS 88的反射光是蘭波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過B-PBS 88的反射表面88a并發(fā)送到合成棱鏡98，而S偏振光被反射表面88a反射并改變其行進方向90°而返回到第一場鏡87。
被導向合成棱鏡98并被第一液晶板89調(diào)制的反射光被合成棱鏡98的反射表面98a反射，其行進方向改變90°而導向投影透鏡99。
下面說明在被十字分色鏡85分離的照明光中，被十字分色鏡85的反射表面85b反射并從那里被發(fā)送到第一平面反射鏡86的紅和綠波段的照明光的光路。
被導向第二平面反射鏡90的照明光是紅和綠波段的S偏振光，其被第二平面反射鏡90反射并從那里發(fā)送到分色鏡91。
被導向分色鏡91的照明光是紅和綠波段的S偏振光。紅波段的光穿過分色鏡91并從那里發(fā)送到第二場鏡92，而綠波段的光被分色鏡91反射并從那里導向第三場鏡95。
下面說明穿過十字分色鏡85并從那里發(fā)送到第二場鏡92的紅波段照明光的光路。
被導向第二場鏡92的照明光是紅波的S偏振光，其被第二場鏡92收集至第二液晶板94，以發(fā)送到R-PBS 93。
被導向R-PBS 93的照明光是紅波段的S偏振光，其被R-PBS 93的反射表面93a反射并偏轉(zhuǎn)其行進方向90°，以被導向第二液晶板94。
被導向第二液晶板94的照明光是紅波段的S偏振光，其被其上顯示與紅圖像信號對應的圖案的第二液晶板94調(diào)制和反射，使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時產(chǎn)生的P偏振光返回到R-PBS 93。
來自第二液晶板94并返回到B-PBS 93的反射光是紅波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過B-PBS 93的反射表面93a并從那里發(fā)送到合成棱鏡98，而S偏振光被反射表面93a反射并從而改變其行進方向90°以返回到場鏡92。
被導向合成棱鏡98并被第二液晶板94調(diào)制的反射光被合成棱鏡98的反射表面98a將其行進方向改變90°而導向投影透鏡99。
下面說明在被分色鏡91分離的照明光中，被分色鏡91反射并從那里被發(fā)送到第三場鏡95的綠波段照明光的光路。
被導向第三場鏡92的照明光是綠波段的S偏振光，其被第三場鏡92收集至第三液晶板97，以發(fā)送到G-PBS 96。
被導向G-PBS 96的照明光是綠波段的S偏振光，其被G-PBS 96的反射表面96a反射，以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，而被傳送至第三液晶板97。
被導向第三液晶板97的照明光是綠波段的S偏振光，其被其上顯示與綠圖像信號對應的圖案的第三液晶板97調(diào)制和反射，而使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時產(chǎn)生的P偏振光返回到G-PBS 96。
來自第三液晶板97并返回到G-PBS 96的反射光是綠波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過G-PBS 96的反射表面96a并從那里發(fā)送到合成棱鏡98，而S偏振光被反射表面96a反射并改變其行進方向90°以返回到場鏡95。
被導向合成棱鏡98并被第三液晶板97調(diào)制的反射光透射合成棱鏡98，以徑直向前行進至投影透鏡99。
于是，被十字分色鏡85和分色鏡91分離成三個光路的各個波段的光入射到與作為照明光的各個波段匹配的液晶板，以便被相應液晶板調(diào)制和反射。被相應液晶板調(diào)制的反射光被合成棱鏡98合成并導向投影透鏡99，以投影到例如屏幕上。
將上述衍射棱鏡15或35用于入射PBS 68、G-PBS 69、RB-PBS 72和發(fā)射PBS 76中的每一個，使用投影裝置60可以得到與使用投影裝置10或30時相似的良好效果。
另外，通過將上述衍射棱鏡15或35用于B-PBS 88、R-PBS 93和G-PBS 96中的每一個，使用投影裝置80可以得到與使用投影裝置10或30時相似的良好效果。
下面說明圖11所示的根據(jù)本發(fā)明的用于投影彩色圖像的投影裝置100。
投影裝置100包括用作發(fā)射照明光的光源的燈101。投影裝置100還包括蠅眼積分器102，PS轉(zhuǎn)換合成元件103，主聚光透鏡104，場鏡105和PBS 106。
燈101根據(jù)所顯示彩色圖像的需要用于發(fā)射包含三原色波段，即紅、綠和蘭光的白光。燈101包括發(fā)光元件101a，用于產(chǎn)生白光；以及，反射器101b，用于反射發(fā)光元件101a發(fā)射的光?？墒褂玫陌l(fā)光元件101a包括高壓水銀燈、鹵素燈、金屬鹵化物燈或氙燈。燈101的反射器101b可使用凹面反射鏡。這種反射鏡優(yōu)選具有高的視野效率。例如，該反射器是諸如拋物旋轉(zhuǎn)面或球形旋轉(zhuǎn)面的對稱旋轉(zhuǎn)的類型。
為了使從燈101發(fā)射的照明光如下文所述地照亮液晶板的有效區(qū)，設(shè)計并構(gòu)造蠅眼積分器102，以使照明光束的形狀與液晶板有效區(qū)的形狀相一致，從而提供均勻的亮度分布。這個也稱作多透鏡陣列的蠅眼積分器102由每組包括由多個小凸透鏡構(gòu)成的一陣列的兩組形成。陣列中朝向燈101的一個102a收集燈101發(fā)射的照明光以形成小光源點，而陣列中的另一個102b把從各個光源點發(fā)射的照明光組合。
為了有效利用來自燈101的照明光，PS轉(zhuǎn)換合成元件103將照明光的偏振光分量整理。PS轉(zhuǎn)換合成元件103由λ/2板或偏振分束器組成，并把例如P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光。具體地，PS轉(zhuǎn)換合成元件103能夠透射入射照明光的S偏振光，而將P偏振光轉(zhuǎn)換成S偏振光輸出，于是，全部照明光可轉(zhuǎn)換成S偏振光。
主聚光透鏡104是凸透鏡，用于收集穿過PS轉(zhuǎn)換合成元件103的照明光。
場鏡105是一個凸透鏡，用于進一步收集被主聚光透鏡104收集至下文所述的三個液晶板上的照明光。這些收集透鏡不限于凸透鏡。例如，主聚光透鏡104的功能也可通過依據(jù)多透鏡陣列102a的透鏡元件調(diào)整蠅眼積分器102的多透鏡陣列102b的透鏡元件而實現(xiàn)。
PBS 106用于根據(jù)照明光的偏振光分量通過透射或反射來分離穿過場鏡105的照明光。PBS 106的結(jié)構(gòu)與上述衍射棱鏡15或35相似，其透射P偏振光使其徑直向前行進，同時在相對光路傾斜45°的反射表面106a上反射S偏振光而使其行進方向改變90°。
沿著被PBS 106的反射表面106a反射的照明光的行進方向，投影裝置100還包括分離與合成棱鏡107。
分離與合成棱鏡107根據(jù)照明光的波長范圍，通過相對光路傾斜45°且彼此以直角相交的反射表面107a和107b的反射或透射而分離由PBS 106的反射表面106a反射的照明光。分離與合成棱鏡107包括被棱鏡夾持的介電多層膜而使各個膜表面相互交錯。例如，分離與合成棱鏡由相對光路傾斜45°的反射表面107a反射蘭波長范圍的光，以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，同時透射綠波段的光而使其徑直向前行進，并由相對光路傾斜45°的反射表面107b反射紅波長范圍的光，以使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°。
投影裝置100還包括沿著被分離與合成棱鏡107的反射表面107a反射的照明光的行進方向的第一液晶板108，沿著穿過分離與合成棱鏡107的反射表面107b的照明光的行進方向的第二液晶板109，以及沿著被分離與合成棱鏡107的反射表面107b反射的照明光的行進方向的第三液晶板110。
將分離成三原色的圖像信號中的蘭圖像信號提供到第一液晶板108，且第一液晶板108顯示與所提供的蘭光圖像信號對應的圖案。第一液晶板調(diào)制并反射入射到其上的照明光。第一液晶板108是其內(nèi)密封有液晶分子的液晶板，并能逐像素地調(diào)制光。
將分離成三原色的圖像信號中的綠圖像信號提供到第二液晶板109，且第二液晶板109顯示與所提供的綠光圖像信號對應的圖案。第二液晶板調(diào)制并反射入射到其上的照明光。第二液晶板109是其內(nèi)密封有液晶分子的液晶板，并能逐像素地調(diào)制光。
將分離成三原色的圖像信號中的紅圖像信號提供到第三液晶板110，且第三液晶板110顯示與所提供的紅光圖像信號對應的圖案。第三液晶板調(diào)制并反射入射到其上的照明光。第三液晶板110是其內(nèi)密封有液晶分子的液晶板，并能逐像素地調(diào)制光。
分離與合成棱鏡107將穿過場鏡105并被第一至第三液晶板108至110反射的照明光分離成穿過分離與合成棱鏡107徑直向前行進的光，和被反射表面107a和107b反射以將其行進方向偏轉(zhuǎn)90°的光。
被第一至第三液晶反射板108至110調(diào)制和反射的光穿過PBS 106徑直向前行進。
沿著穿過PBS 106的反射表面106a并被第一液晶板108調(diào)制的反射光、穿過PBS 106的反射表面106a并被第二液晶板109調(diào)制的反射光、以及穿過PBS 106的反射表面106a并被第三液晶板110調(diào)制的反射光的行進方向，投影裝置100還包括的投影透鏡111。
投影透鏡111是將穿過PBS 106的反射表面106a并被第一液晶板108調(diào)制的、穿過PBS 106的反射表面106a并被第二液晶板109調(diào)制的、以及穿過PBS 106的反射表面106a并被第三液晶板110調(diào)制的反射光放大并投影的透鏡，并將圖像投影到屏幕上(未示出)。
下面，沿著從燈101發(fā)射的照明光的光路說明上述投影裝置100的操作。
來自燈101的照明光包含三原色光的波段，即紅、綠和蘭，并作為非偏振光被導向蠅眼積分器102。
被導向蠅眼積分器102的照明光穿過蠅眼積分器103其亮度分布被蠅眼積分器102均勻化，以入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件103。
入射到PS轉(zhuǎn)換合成元件103的照明光的S偏振光直接透射，而其P偏振光被轉(zhuǎn)換成S偏振光。于是，該光作為全S偏振光入射到主聚光透鏡104。
入射到主聚光透鏡104的照明光被主聚光透鏡104收集并入射到場鏡105。
導向場鏡105的照明光被導向PBS 106，以便被場鏡105收集至第一至第三液晶板108至110。
被導向PBS 106的照明光是包含紅、綠和蘭全部波段的S偏振光，并被PBS 106的反射表面106a反射而偏轉(zhuǎn)行進方向90°，從而到達分離與合成棱鏡107。
入射到分離與合成棱鏡107的照明光是包含紅、綠和蘭全部波段的S偏振光。其中，蘭波段被反射表面107a反射而偏轉(zhuǎn)行進方向90°，從而到達第一液晶板108，而綠波段穿過反射表面107a和107b徑直向前行進以到達第二液晶板109，紅波段被反射表面107b反射而偏轉(zhuǎn)行進方向90°，從而到達第三液晶板110。蘭波長范圍照明光與紅波長范圍照明光分離，使得其行進方向彼此相差180°。
在被分離與合成棱鏡107分離的照明光中，被分離與合成棱鏡107的反射表面107a反射并從那里發(fā)送至第一液晶板108的照明光是蘭波長范圍的S偏振光，其被其上顯示有與蘭圖像信號對應的圖案的第一液晶板108調(diào)制和反射，并使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時，P偏振光產(chǎn)生并返回到分離與合成棱鏡107。在被分離與合成棱鏡107分離的照明光中，穿過分離與合成棱鏡107的反射表面107a和107b并從那里發(fā)送至第二液晶板109的照明光是綠波長范圍的S偏振光，其被其上顯示有與綠圖像信號對應的圖案的第二液晶板109調(diào)制和反射，并使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時，P偏振光產(chǎn)生并返回到分離與合成棱鏡107。
在被分離與合成棱鏡107分離的照明光中，被分離與合成棱鏡107的反射表面107b反射并從那里發(fā)送至第三液晶板110的照明光是紅波長范圍的S偏振光，其被其上顯示與紅圖像信號對應的圖案的第三液晶板110調(diào)制和反射，并使其行進方向偏轉(zhuǎn)180°。此時，P偏振光產(chǎn)生并返回到分離與合成棱鏡107。
來自第一液晶板108并返回到分離與合成棱鏡107的反射光是蘭波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該反射光在反射表面107a反射而使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，從而返回到PBS 106。
來自第二液晶板109并返回到分離與合成棱鏡107的反射光是綠波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該反射光穿過反射表面107a，從而返回到PBS 106。
來自第三液晶板110并返回到分離與合成棱鏡107的反射光是紅波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該反射光在反射表面107b反射而使其行進方向偏轉(zhuǎn)90°，從而返回到PBS 106。
來自第一液晶板108并返回到PBS 106的反射光是蘭波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過PBS 106的反射表面106a而從那里到達投影透鏡111，而作為OFF光的S偏振光被PBS 106的反射表面106a反射并改變其行進方向90°而返回到燈101。
來自第二液晶板109并返回到PBS 106的反射光是綠波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過PBS 106的反射表面106a而從那里到達投影透鏡111，而作為OFF光的S偏振光在PBS 106的反射表面106a上反射并改變其行進方向90°而返回到燈101。
來自第三液晶板110并返回到PBS 106的反射光是紅波長范圍的P偏振光和作為OFF光的S偏振光。該P偏振光穿過PBS 106的反射表面106a而從那里到達投影透鏡111，而作為OFF光的S偏振光在PBS 106的反射表面106a上反射并改變其行進方向90°而返回到燈101。
于是，入射到液晶板上的各個波段的光被分離與合成棱鏡107分離成三個光路的光，作為照明光入射到與各個波段相匹配的液晶板，以被相應的液晶板調(diào)制和反射。被相應液晶板調(diào)制的反射光被分離與合成棱鏡107合成并導向投影透鏡111，進而投影到例如屏幕上。
通過將上述衍射棱鏡15或35用于PBS 106，使用投影裝置100可以得到與使用投影裝置10或30相似的良好效果。
雖然液晶板被用作光調(diào)制器件，但這是非限定性的，任何能夠?qū)ζ駹顟B(tài)進行空間調(diào)制的適宜器件均可使用。
本發(fā)明還可在板形透明基底上形成能根據(jù)波長成份透射或反射照明光的光分離層，以取代圖7和8所示的衍射柵基底51或52，并形成利用軟型粘接層56接合在一起的多個平板形部件55構(gòu)成的棱鏡基底54。當然，也可不插入板形透明部件而直接在預定平板形部件上形成光分離層。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)入射光的偏振光分量透射或反射入射光的棱鏡，包括由金屬形成的基本呈格柵形的衍射柵；一對其間夾持所述衍射柵的衍射柵基底；粘接層，設(shè)置在每個衍射柵基底的面對所述衍射柵的每個表面上；以及一對塊部件，通過所述粘接層固定到所述成對的衍射柵基底中的每一個上；其中具有與所述塊部件的折射率大致相同的折射率的介質(zhì)被填充到限定在所述衍射柵與所述成對的柵基底間的間隙中。
2.如權(quán)利要求1所述的棱鏡，其中，所述粘接層為軟型。
3.如權(quán)利要求1所述的棱鏡，其中，每個塊部件是具有三角形截面的底的柱體，該三角形的兩條邊基本上相互垂直，每個成對的衍射柵基底布置在沿著以所述三角形除去所述兩條邊以外的一條邊作為一側(cè)面的每個塊部件的橫向表面的傾斜位置上。
4.如權(quán)利要求1所述的棱鏡，其中，每個塊部件為多個具有拋光成鏡面光潔度的表面的平板形部件，所述平板形部件與其間用于光學地連接該塊部件的軟型粘接劑交替疊置。
5.如權(quán)利要求4所述的棱鏡，其中，至少一個構(gòu)成所述塊部件的平板形部件具有兩個被所述粘接劑疊置的不同形狀的疊置表面，且與所述不同形狀的疊置表面中的一個相鄰的其它平板形部件的疊置表面具有與所述的一個疊置表面相同的形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的棱鏡，其中，每個塊部件是具有三角形截面的底的柱體，該三角形的兩條邊基本上相互垂直，以及，其中所述多個平板形部件與間插的所述軟型粘接劑交替疊置，使所述衍射柵基底的所述疊置表面的接合表面與所述疊置表面平行。
7.一種投影裝置，包括一光源，用于發(fā)射照明光；一聚光透鏡，用于收集從所述光源發(fā)射的照明光；一棱鏡，用于根據(jù)來自所述聚光透鏡的光的偏振光分量透射或反射來自所述聚光透鏡的光；一光學調(diào)制元件，用于調(diào)制由所述棱鏡透射或反射的照明光，并用于反射該調(diào)制光；以及一投影透鏡，用于將被所述棱鏡反射或透射并被所述光學調(diào)制元件調(diào)制的反射光放大并投影；其中所述棱鏡包括由金屬形成的基本呈格柵形的衍射柵；一對其間夾持所述衍射柵的衍射柵基底；粘接層，設(shè)置在每個衍射柵基底的面對所述衍射柵的每個表面上；一對塊部件，通過所述粘接層固定到所述成對的衍射柵基底中的每一個上；以及，具有與所述塊部件的折射率大致相同的折射率的介質(zhì)，所述介質(zhì)被填充到限定在所述衍射柵與所述與所述成對的柵基底間的間隙中。
8.如權(quán)利要求7所述的投影裝置，還包括位于所述光源與該棱鏡之間的偏振裝置，用于將所述照明光作為預設(shè)偏振方向的光輸出到所述棱鏡。
9.如權(quán)利要求8所述的投影裝置，其中，所述偏振裝置是用于整理該照明光的偏振光分量的偏振光轉(zhuǎn)換合成元件或用于透射入射到所述棱鏡上的所述照明光的預設(shè)偏振光分量的光的預偏振元件。
10.如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中，所述棱鏡的該粘接劑為軟型。
11.如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中，所述棱鏡中的所述塊部件的具有拋光成鏡面光潔度的表面的所述平板形部件經(jīng)軟型粘接層疊置在一起。
12.一種能通過其透射和發(fā)射具有預設(shè)偏振狀態(tài)的光的光學部件，其中，其表面被拋光成鏡面光潔度表面的多個平板形部件通過間插的軟型粘接層疊置在一起。
13.如權(quán)利要求12所述的光學部件，其中，至少一個平板形部件具有兩個由所述粘接劑疊置的不同形狀的疊置表面，且與所述不同形狀的疊置表面中的一個相鄰的其它平板形部件的疊置表面具有與所述的一個疊置表面相同的形狀。
14.一種棱鏡，包括光分離層，設(shè)置在平板形基底上，并具有根據(jù)偏振光分量透射或反射光的性能；一對粘接層，位于設(shè)置有所述光分離層的所述平板形基底的兩個表面上；以及一對塊部件，通過其間的所述粘接層夾持所述光分離層；其中每個塊部件是多個具有拋光成鏡面光潔度的表面的平板形部件，所述平板形部件與其間的軟型粘接劑交替疊置。
15.如權(quán)利要求14所述的棱鏡，其中，所述棱鏡的粘接劑為軟型。
16.如權(quán)利要求14所述的棱鏡，其中，每個塊部件是具有三角形截面的底的柱體，該三角形的兩條邊基本上相互垂直。
17.如權(quán)利要求14所述的棱鏡，其中，至少一個構(gòu)成所述塊部件的平板形部件具有兩個由所述粘接劑疊置的面積不同的疊置表面，且與所述不同面積的疊置表面中的一個相鄰的其它平板形部件的疊置表面具有與所述的一個疊置表面相同的面積。
18.一種投影裝置，包括一光源，用于發(fā)射照明光；一聚光透鏡，用于收集從所述光源發(fā)射的照明光；一棱鏡，用于根據(jù)來自所述聚光透鏡的光的偏振光分量透射或反射該來自所述聚光透鏡的光；一光學調(diào)制元件，用于調(diào)制由所述棱鏡透射或反射的該照明光，并反射該調(diào)制光；以及一投影透鏡，用于將被所述棱鏡反射或透射并被所述光學調(diào)制元件調(diào)制的反射光放大并投影，其中所述棱鏡包括光分離層，設(shè)置在平板形基底上，并具有根據(jù)偏振光分量透射或反射光的性能；一對粘接層，位于設(shè)置有所述光分離層的所述平板形基底的兩個表面上；以及，一對塊部件，通過其間的所述粘接層夾持所述光分離層；其中，每個塊部件是多個具有拋光成鏡面光潔度的表面的平板形部件，所述平板形部件與其間的軟型粘接劑交替疊置。
19.如權(quán)利要求18所述的投影裝置，還包括位于所述光源與棱鏡之間的偏振裝置，用于將所述照明光作為預設(shè)偏振方向的光輸出到所述棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能優(yōu)化地分離寬入射角度范圍的光束的棱鏡。本發(fā)明的棱鏡(15)如下構(gòu)造衍射柵(21)被夾持在一對衍射柵基底(22)之間，用其間的粘接層(23)將一對棱鏡基底(24)接合到衍射柵基底(22)的面向衍射柵(21)的表面，將折射率基本與棱鏡基底(24)基本相同的衍射柵介質(zhì)(25)填充在衍射柵(21)與棱鏡基底(24)間限定的間隙內(nèi)，使各個部件被光學地組合在一起。入射光被導向衍射柵(21)，并借助衍射柵(21)的衍射被透射或反射而被分離。
文檔編號G02B27/28GK1430074SQ02154230
公開日2003年7月16日 申請日期2002年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者勝間田匡男, 山本英樹 申請人:索尼公司