[发明专利]包含反射型和吸收型偏振器的偏振分束器及其图像显示系统

说明书

背景技术

本发明涉及包含偏振分离设备的图像显示系统。具体地讲，本发 明涉及包含偏振分束器(PBS)的图像显示系统，该偏振分束器具有反射 型和吸收型偏振器。

包含PBS的图像显示系统用于在观察屏(例如投影显示器)上形 成图像。典型的图像显示系统包括照明源，该照明源布置为使来自该 照明源的光线从包含需要投影的图像的成像设备(即成像器)反射。 系统将光线折叠，使得来自照明源的光线和投影图像的光线共用PBS 和成像器之间的相同物理空间。

PBS通常在高角光束锥中工作，使用低F/#照明系统来增强显示屏 上的照明，其中“F/#”是指透镜的焦距与该透镜直径的比。然而，低 F/#照明系统通常具有与PBS偏振器相交的光线，这些光线与PBS偏振 器的法线形成高入射角。这使得残余光线，尤其是红色波长谱中的残 余光线从PBS偏振器中泄漏。这种光漏相应地导致对比度降低。解决 这一问题的一个常用方法涉及在邻近PBS的出口处放置吸收型偏振器 以吸收泄漏的光。然而，外部偏振器对对准取向敏感并且会增加图像 显示系统的制造复杂度。

发明内容

本发明涉及包括构造为发射光束的照明源、PBS以及成像设备的 图像显示系统。该PBS包括反射型偏振器和设置为与该反射型偏振器 相邻的吸收型偏振器，其中吸收型偏振器被构造为接收从反射型偏振 器透射的光束的第一部分。该成像设备设置为接收已被反射型偏振器 反射的光束的第二部分。

附图说明

图1为本发明的图像显示系统的示意图。

图2A为对比物图像显示系统的显示光瞳的显微图，显示出红光泄 漏。

图2B为本发明的图像显示系统的显示光瞳的显微图。

图3是表示本发明的示例性图像显示系统和对比物图像显示系统 的对比度相对于光波长谱的坐标图。

图4是表示本发明的示例性图像显示系统和对比物图像显示系统 的适光性加权对比度相对于偏振器入射角的坐标图。

图5是表示本发明的示例性图像显示系统和对比物图像显示系统 的对比度相对于光波长谱的坐标图。

尽管上述各图提出了本发明的数个实施例，但是如讨论所述，还 可以想到其它的实施例。在任何情况下，本发明均仅示例性而非限制 性地介绍本发明。应当理解，本领域的技术人员可以设计出大量其它 的属于本发明的范围和原则精神的修改形式和实施例。未按比例绘制 附图。在所有附图中，均利用类似的参考标号表示类似的部件。

具体实施方式

图1为本发明的图像显示系统10的示意图，该系统可用于多种显 示设备中，例如微型投影显示器、头戴显示器、虚拟观察器、电子取 景器、平视显示器、光学计算、光学相关性以及其它光学观察系统。 系统10包括照明源12、PBS 14、成像器16、投影透镜18以及显示屏 20。如下文所述，PBS 14被构造为减少光漏风险，从而增强所得图像 的对比度。

照明源12为发光二极管(LED)光源，它被构造为向PBS14发射光 束22。虽然在图1中仅示出为一个LED，但是作为另外一种选择，照 明源可包括多个发射光束22的LED或其它光源(如：激光二极管、白 炽灯以及弧光灯)。在一个实施例中，照明源12包括不同颜色(如： 红、绿和蓝)的LED和合色器(如分光合色棱镜构型的合色器)，其中 合色器将接收到的有色光束混合并且将所得光束22导向PBS14。照明 源12还可包括设置在LED周围以进一步捕捉光束22并且将光束22 导向PBS14的球透镜(未示出)、梯度折射率微透镜(未示出)和/ 或渐变折射率(GRIN)透镜。

为便于讨论，光束22在图1中被示为一条光线。然而，本领域技 术人员将认识到，光束22作为多条光线的光锥向PBS 14发射。光束 22以非偏振状态从照明源12发射。作为非偏振光，光束22同时包括 s偏振态光线(光线22_S1)和p偏振态光线(光线22_P1)。根据常规符 号，s-偏振态的光线以“·”标记(表示指向纸平面外的第一垂直电场 部分，该部分垂直于图1的视图)，而p-偏振态的光束以符号“|”标 记(表示第二垂直电场部分，光线的电场矢量在纸平面偏振)。