本发明的目的在于在具有折返光径的光学系统中测量偏振调制反射型显 示器的绝对光产出量的方法。本方法包括测量在折返光径中传递的第一光强 度，LR的若干步骤。折返光径包括产生光束的照明系统，第一偏振光分离器， 反射型显示器，以及投影系统。由光学系统调制的光束第一偏振分量由第一 偏吵分离器折返而光束第二偏振分量由第一偏振束分离器透射，其中偏振分 量中的一个分量被反射出反射型显示器。
也测量了通过在非折返光径的光学系统中传递的第二光强度Lo。非折返 光径除了在非折返光径中移走了反射型显示器之外，包括与折返光径同样的 元件。非折返光径具有第一偏振束分离器和具有等价光学性能特性的第二正 交转动的我束分离器。光束由PBS中的一个透射，而由另一个反射。
然后计算绝对产出量TM，此处TM＝LR/LO。
反射出反射型显示器的偏振分量可以是第一也可以是第二偏振分量。测 量第一和第二光强度的诸步骤可以用适光法，辐射测量法，分光辐射测量法 或用其它适宜的方法来完成。
照明系统可有可变的f/#s，本方法还包括对照明的不同f/#s，重复测量 第一和第二光强度并对反射型显示器对照明的不同f/#s计算绝对产生量的诸 步骤。投影系统也可有可变的f/#s，本方法还包括对不同的投影f/#s，重复 测量第一和第二光强度并对反射型显示器对不同的投影f/#s计算绝对产出量 的诸步骤。
照明系统包括光束源。光束可包括可见光，红外辐射，紫外照亮的图案， 或其它要利用反射型显示器成象的辐射类型。光束源可以是相干光束源，平 行光束源，或其它适宜的光源。
附图简述
图1是一光学显示系统的平面示意图；
图2a是一测试台，其中微显示器处理测试位置；
图2b是用于测试归一化常数的非折返测试台；
图3a是另一测试台，其中微显示器处于测试位置；
图3b是用于测试归一化常数的另一非折返测试台；
图4是两个QWF/平面镜层压片的光谱绝对产生量；
图5是以LCOS微显示器为例子的光谱绝对产出量。

图1示出光学显示器即成象系统10，它包括提供光束14的光束源12。术 语“光束”包括可见光谱，以及红外和紫外光谱。光束14包括紫外光照亮的 图案或其它要利用反射型显示器成象的辐射类型。光束源12可以是相光束源， 平行光束源，或其它适宜的光源。
照明系统包括光束源12和照明光学系统16。
光束14经照明光学系统16通过，用它来调制光。光的调制可包括光束 成形并使之均匀，用合适的透镜作用来限定f/#，使光预偏振，和/或将光聚 焦到在测试的成象器上。已调制好的光射到偏振光束分离器(“PBS”)元件 20上。该PBS元件20透射入射光的第一偏振分量22而反射第二偏振分量24。 光分量中一个分量，在这个情况是被反射的分量24，照明诸如LCOS微显示器 的反射型显示器即成象器26。置于投影光学系统32物方平面附近的诸如可变 光圈的孔径控制装置28控制入射光分量22的孔径。
置于紧靠着孔径控制装置28的反射型显示器26反射光分量24并产生反 射光束30。反射光束30经孔径控制装置28通过并反回到PBS 20上。PBS 20 部分地透射偏振调制的光束，它是通过投影光学系统32被投影的。投影光学 系统32包括投影透镜34和净化偏振器36。
反射型显示器26的产出量与多个方面有关，包括固有反射率；所使用的 诸如扭转向列的，垂直对准向列的，或铁电的LC(液晶)模式；平面镜的表 面质量；缺陷的形成(诸如disclination)；以及象素孔径比。此外，某些 系统参数可与微显示器相互作用来改变产出量。例如，LC参数随温度而变。 所以，产出量也可随温度而变，从而间接地影响灯光强度。适当的产出量也 与灯光的光谱有关，因此系统的建模者或是必须要获得与灯光的光谱相关的 光谱的产出量，或是对预定的灯光进行测量。另一因素是来自象素间的间隙 区的衍射。具有f/#小于照明装置f/#的投影透镜将会接收更多的高阶衍射， 从而在屏幕上投上更多的光。
因此，为了对一具体系统中产出量的作出最佳估计，投影设计者应在与 成套系统极其相似的一测试台上测量LCOS装置26。或者反过来，人们可设计 一种能控制这些效应的测试台也行。具有照明和投影两光路的f/#均可调的一 测试台，再加上一可控温的LCOS装置，便可提供所需信息的良好近似。
图2a示出用于示于图1显示系统的原始测试台100的顶视图。测试台100 包括光源12(未示出)，照明光学系统16，PBS元件20，物方孔径28，显示 器26，以及投影光学系统32。物方孔径28可以是圆的或矩形的，但是它应 比微显示器的有效面积小，光源100较佳的是应与在最后光学系统中待用的 光源是相同的，特别是如果在进行非光谱、适当的测量时。
将预偏振器调整到使得垂直偏振的光、(即偏振出页面的光)入射到PBS 上。PBS将光束朝成像器反射，成像器被照射，因而发亮时，将偏振大致转动 到水平状态。这束光被反射回到PBS，并经PBS通到净化偏振器，到投影透镜， 再到屏幕上。
本发明的方法是在一具体系统中测量反射型显示器的绝对产出量。本发 明需要该光学系统发光输出的两个测量值。第一个亮度级，LR的测量是利用示 于图2a的测试台进行的，在该测试台中的成象器已被充分通电，即达到：“白 色”状态。这一测量可通过采用诸如Minolta的T1型照明度仪以勒克斯为单 位测量在屏幕上的照明度来进行。一种测量投影系统总的发光输出的好方法 是测量ANSI流明，正如在ANSI/NAPM IT 7，215-1992“Data Projection Equipment and Large Screen Data Displays-Test Hethods and Performance Characteristics”中所概述的。在这方法中，在屏幕上的不同点进了9次照 明测量。然后以勒克勒为单位的照明平均值与以平方米为单位的屏幕与照明 面积相乘来给出以流明为单位的总的光输出。在屏幕上照明面积的范围由物 方孔径和投影透镜的放大率来限度。
第二个测量值Lo，是在示于图2b的测试台上进行的。在这测试台上，移 去了微显示器26，把PBS 20转动90°以把光导向投影光学系统32，且移开投 影透镜34为物方孔径28和第二等效的PBS40留出空间而插入到第一PBS20 和投影透镜34之间。投影透镜34把物方孔径28成象到屏幕上。第二PBS40 与第一PBS20的类型相同且具有与第一PBS20有等效的光学特性。第二PBS 是正交转动的，这样它基本上使来自第一PBS的全部垂直偏振光通过。因此， 把此反射平面调整到使得它能把不要的偏振反射出页平面之外。PBS立方体的 光束分离表面的翻转轴被定义为从包含光束分离表面对角线的立方体面上正 常地通过的矢量。翻转轴是光束分离表面绕该轴相对于立方体各面翻转的一 根轴。因此，两个PBS具有正交的翻转轴。第一PBS的翻转轴指向页面之外， 而第二PBS的翻转轴则在页平面内。这两个PBS被认为是彼此相对着正交转 动的。现在，把净化偏振器调整到通过垂直定向的光，而不是像在第一个测 量中的水平偏振光。
在计算图2b非折返的测试台发光输出的流明Lo中，必须注意要重新测 发光面积。如果相对于屏幕移动过投影透镜时，则这个面积是会改变的。
在一较佳的实施例中，测试台100与光学系统10是相同的或在光学上是 等效的。
第二个测量值Lo，是被用来使第一个测量值LR，归一化以得到对反射型 显示器用分数的表示透光度，TR，此处TR＝LR/LO。设计者可利用TR对系统的亮 度作有意义的预测。第二正交转动的PBS的作用是尽可能以与在图2a单个PBS 所进行的方式相似地分解入射到它的光。第二等效PBS的存在是用于计算在 图2a的第二次经PBS通过时不可避免地出现的反射和吸收损耗。
图3示出用于一系统的本方法的第二实施例，在这个系统中图像是被反 射的。第一个测值LR是采用示于图3a的测试台100进行的，在这测试台中的 成象器已被全部开通，即达：“白色状态”。测量可通过利用诸如在前面所 述的照明度仪以勒克斯为单位测量在屏幕上的照明度来进行。测量了投影系 统的总的照明输出。然后可通过计算ANSI流明来计算LR。
第二个测量值Lo是在如图3b所示非折返的测试台上进行。在这测试台 中，移走了微显示器26，将PBS20转动90°来把光导向投影光学系统32，而 将照明系统12从第一PBS移开为物方孔径28和第二等效PBS40插入到第一 PBS20和照明系统12之间留下空间。必须把照明系统光轴转90°使得导引到PBS 的偏振是垂直的(如图3b所示的在页面之外)。投影透镜34把物方孔径28 成象到屏幕上。物方孔径28可以是圆的或矩形的，但它应比微显示器的有效 面积小。
第二PBS40与第一PBS20的类型相同并具有等效的光学特性。把第二PBS40 转动到使得来自照明系统的垂直偏振光基本上全部都通过它。因此，把反射 平面调整到它能把不要的偏振反射出页平面。这两个PBS具有正交的翻转且 是正交转动的。第一PBS的翻转轴指向页平面外面第二PBS的翻转轴则指在 页平面内。
测试者对数据收集有一些选择的余地。正如上述，简单的照相机透镜可 把光投影到墙上，在那里可使用诸如Minolta TI仪的照明度仪用一诸如勒克 斯的合适单位来测量适当光的光强度。伴随着在屏幕上照明面积的测量，人 们可以计算通过光学系统传递的流明数。如果需要分光辐射测量的信息，可 把诸如购自Photo Research，Inc.，的PR-650型的光点光谱色度仪对准屏幕 中央且对分立波长取LR和LO的值，该PR-650将在380nm和780nm之间的每4nm 送回以w/m2/str/nm为单位的功率值，因此得到了光谱产出量，TR(λ)＝LR(λ)、 LO(λ)，此处入是光的波长。
系统的f/#可在两个不同的位置有变化。不仅照相机透镜的光圈f数可改 变在投影光学系统中的f/#，而且由照明光学系统12调制的照明光束也可改 变f/#。它们可独立地改变，这样可如上面提到的来研究衍射效应。
所考虑的光学系统不必要仅在可见光中工作。如果系统在诸如可能用于 光刻曝光系统的UV中工作，则一种诸如阳光色盲的真空光电二极管的UV功 率仪对测量反射型LC装置产出量是适宜的。如果这光学系统在诸如偏振模式 的色散补偿器的红外工作，则诸如多结温差电堆的IR功率仪是测量光学功率 适宜的仪器。
此外，这光学系统不必要具有采用孤光灯与反射器来限定照明锥角，从 而限定f/#的照明系统。照明系统可产生平行光束。而且，这系统可调制来自 由激光照明系统提供的那种相干和/或单色光束。
在一较佳实施例中，用于这光学系统的投影透镜是专为该光学系统设计 的，一般，简单照相机透镜用于这光学系统是不够充分的，因为它可遭受到 球面象差并可能有光束的晕映。但是，这仅会影响投影透镜的产出量，所以 对在这里描述的测试方法不会成为问题。可把这种影响从测量值中校正，以 给出成象器产出量基本准确的测量。
换一种方法，投影透镜可用一能将投影透镜之前的光学系统发出的所有 光都捕获的一完整球体来代替，假若这样，把另一对远心透镜放在这光学系 统和完整的球体之间是会令人满意的。这将使得投影或收集系统的f/#独立于 照明系统的f/#变化。测试者可根据测试者的需要对不同的f/#适光地或分光 辐射测量地测量进入完整球体的产出量。
上述技术可对用于使用一个PNS的折返光路系统中的LCOS微器作准确的 绝对适光和光谱的产出量的测量。把相似的方法使用到基于离轴照明系统的 非折返光路无疑是可能的。(例如：NovaTM Engine by S-Visim(M。Bone， M.Francis，P.Menard，M.Stefauov，and Y.Ji，“Novel Optical System Design for Reflective CMOS Techuology，“Projection Dispalys V，SPIE 3634 80-86 (1999)，包括于此供参考)。使用本方法，测试者可提供给系统设计者作为 照明光学系统和投影光学系统这两者的f.#并作为单独的投影光学系统的F/# 的函数的绝对光谱产出量曲线。
第三个实施例包含测量，诸如在上述实施例一和/或中所述层压到第一表 面平面镜的标称1/4波长薄膜的参考样品的绝对产出量。并把这参考样品用 作反射率标准。可光谱地或适当地来测量产出量。根据定义，该标准的产出 量是Tstd＝LS/LO，式中LS是在安装好标准样品时测到的该光学系统的光输出。 成象器在测试时的产出量可通过再次进行两个测量来找到。不过，此时该系 统仍保留如图2a或3a所示的非折返光路。这两个亮度级测量结果是LM和LS， 此处前一个测量结果是在安装好成象器时测到的光学系统的光输出。然后通 过用一个测量结果除以另一个测量结果来计算绝对产出量，然后再与前面测 到的TS相乘，即TM(Ling/LS)×TS。因为标准样品的绝对产了量是一个光学系统 不同于一个光学系统的，所以较佳的是象LM一样，在同一光学系统中测量TS。
实例
测量了两个不同的层压到平面镜的QWFs的产出量，其中一个是Nitto Denko QWF而另一个则来自Edmund Scientific。在下面的数据中，报导了使 用完整球体来测量亮度级的这两个类型的测量结果。装有余弦接收器的PR-650 光度计被用来测量光谱辐照度。照明系统是光纤束照明器，在这种照明器中 光纤束的端部通过一对远心透镜一对一被成象到微显示器上。在透透间的远 心光阑控制了照明系统的f/#。
每个QWF装在相似于图2a所示的系统中。投影透镜由第二对设在投影光 路上的远心透镜所替代以使微显示器在球体的入口处成象。选择远心光阑使 与照明光路的f/#相匹配。可以改变这光阑来研究上面指出的衍射效率。照明 和投影这两个光阑都设定在f/3.0。
示于图4的结果透露出与Edmnund QWF相比，Nitto Denko QWF是较为有 效的且透射峰蓝移。在适光测量下，对Nitto Denko QWF，TM＝84.1％，而对Edmund QWF，则是79.2％。
现在可选择这两个QWF/平面镜中的任意一个作为在同一光学系统中测量 LCOS微显示器的标准样品。换句话说，对微显示器而言，替换QWF/平面镜测 量结果可重复。后者的方法是用来测量可从Three Five Systems购到的SXGA 清晰度的微显示器。
采用对QWF/平面镜组装件描述的方法和装置，测量了三个LCOS微显示器 来决定它们在f/3.21时的产出量。其结果示于图5。把各个微显示器设计成 在不同的色带中工作，一个在蓝色，一个在绿色，一个在红色。也把它们设 计成在升高的温度中工作。所以，把微显示器安装到热电加热器且把它们的 温度设置在45℃。施加了驱动电压，使能在没有产生的缺陷下得到最高的带 内透射。从图5中可清楚地看到，这些微显示器已被调谐到在被设计的带产 生最大透射度。
在本领域中的技术人员会理解到本发明可在与种种光学装置甚至需要精 密对准的非光学装置耦合时使用。尽管本发明已被用参考示范性较佳实施例 来描述，但本发明在不背离本发明的精神下，可用其它的具体形式来实施。 因此，应懂得在此描述的和示例的实施例仅是示范性的且不可认为是对本发 明范围的限制。可根据本发明的精神和范围作出其它的变化和修改。