折射型偏振轉(zhuǎn)換器以及偏振合色器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一般地涉及折射型偏振轉(zhuǎn)換器、使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器，特別地涉及可以用于袖珍投影儀等小型投影儀中的使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器。本發(fā)明所公開的折射型偏振轉(zhuǎn)換器包括至少一個雙折射棱鏡，所述雙折射棱鏡可以將非偏振光束分離成具有正交偏振方向的發(fā)散的偏振光束。
【專利說明】折射型偏振轉(zhuǎn)換器以及偏振合色器
【背景技術(shù)】
[0001]用于將圖像投影到屏幕上的投影系統(tǒng)可以使用多色光源，例如發(fā)光二極管(LED)，它們具有不同的顏色以生成照明光。LED與圖像顯示單元之間設(shè)置若干光學(xué)元件，用于將來自LED的光組合并轉(zhuǎn)移到圖像顯示單元。圖像顯示單元可以使用多種方法來將圖像賦予光。例如，如同透射型或反射型液晶顯示器一樣，圖像顯示單元可以利用偏振。
[0002]用于將圖像投影到屏幕上的其他投影系統(tǒng)可以使用白光，白光被設(shè)定成按圖像從數(shù)字微鏡(DMM)陣列反射，例如德州儀器(Texas Instruments)的數(shù)字光處理器(DLP ? )顯示器中使用的陣列。在DLP ?顯示器中，數(shù)字微鏡陣列內(nèi)的各個反射鏡表示投影圖像的各個像素。當(dāng)對應(yīng)的反射鏡傾斜以使得入射光導(dǎo)入投影的光路時，顯示像素被照亮。安置在光路內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)色輪被定時，以對來自數(shù)字微鏡陣列的光進(jìn)行反射，使得反射的白光得以過濾，從而投影對應(yīng)于像素的顏色。然后，數(shù)字微鏡陣列切換到下一個所需的像素顏色，并且這個過程會繼續(xù)非常迅速地進(jìn)行，從而使得整個投影的顯示內(nèi)容看起來被持續(xù)照亮。數(shù)字微鏡投影系統(tǒng)需要的像素化陣列部件較少，這可形成尺寸較小的投影儀。
[0003]圖像亮度是投影系統(tǒng)的重要參數(shù)。顏色光源的亮度以及收集光、組合光、勻化光并且將光遞送到圖像顯示單元的效率均會影響亮度。由于現(xiàn)代投影儀系統(tǒng)的尺寸減小，因此，在將顏色光源產(chǎn)生的熱保持在小型投影儀系統(tǒng)中可以消散的低水平的同時，需要保持足夠的輸出亮度水平。需要一種以更高的效率組合多種顏色光的光組合系統(tǒng)，以提供亮度水平足夠的光輸出，同時不會使光源的功耗過大。
[0004]液晶顯示器通常只使用一種光偏振，并且通常使用產(chǎn)生非偏振光的光源。已使用若干種用于將非偏振光轉(zhuǎn)換成偏振光的裝置來產(chǎn)生偏振光，所述裝置包括偏振分束器以及雙折射棱鏡或偏振棱鏡的陣列。這些系統(tǒng)可能需要相當(dāng)大的體積，尤其在考慮到集光光學(xué)系統(tǒng)和積分系統(tǒng)的情況下。若干種顯示器(包括手持式裝置、微投影系統(tǒng)，以及頭盔式顯示器)均要求具有緊湊性和高效率。
[0005]微型投影儀和袖珍投影儀中可用于有效合色器、光積分器和/或勻化器的空間有限。因此，來自這些投影儀(諸如合色器和偏振轉(zhuǎn)換器)中使用的光學(xué)裝置的有效且均勻的光輸出可能需要緊湊有效的光學(xué)設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明一般地涉及折射型偏振轉(zhuǎn)換器、使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器，特別地涉及可以用于袖珍投影儀等小型投影儀中的使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器。本發(fā)明所公開的折射型偏振轉(zhuǎn)換器包括至少一個雙折射棱鏡，所述雙折射棱鏡可以將非偏振光束分尚成具有正交偏振方向的發(fā)散的偏振光束。
[0007]在一個方面，本發(fā)明提供一種偏振轉(zhuǎn)換器，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；以及光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括反射器，所述反射器被設(shè)置成可將第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面。所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向。所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。在另一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。在又一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0008]在另一方面，本發(fā)明提供一種包括偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換合色器。所述偏振轉(zhuǎn)換器包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；以及光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括反射器，所述反射器被設(shè)置成可將第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面。所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向。所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。所述非偏振光源包括能夠發(fā)出第一顏色光的第一顏色光源以及能夠發(fā)出第二顏色光的第二顏色光源，各光源偏離于所述光軸，并且所述反射器包括分色板。在另一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。在又一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0009]在又一方面，本發(fā)明提供一種包括偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換合色器。所述偏振轉(zhuǎn)換器包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；以及光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括反射器，所述反射器被設(shè)置成可將第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面。所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向。所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。所述非偏振光源包括能夠發(fā)出第一顏色光的第一顏色光源以及能夠發(fā)出第二顏色光的第二顏色光源，各光源偏離于所述光軸，并且所述反射器包括分色板。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括第三顏色光源，所述第三顏色光源偏離于所述光軸，并且被設(shè)置成可將第三顏色光注入所述光輸入表面，其中所述分色板還包括第三反射器，所述第三反射器能夠反射所述第三顏色光以使之沿著所述光軸穿過所述光輸入表面而離開。在另一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。在又一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0010]在又一方面，本發(fā)明提供一種圖像投影儀，所述圖像投影儀包括:偏振轉(zhuǎn)換器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予所述組合偏振輸出光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。所述偏振轉(zhuǎn)換器包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；以及光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括反射器，所述反射器被設(shè)置成可將第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面。所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向。所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。在另一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。在又一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0011]在又一方面，本發(fā)明提供一種圖像投影儀，所述圖像投影儀包括:偏振轉(zhuǎn)換合色器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予偏振的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。所述偏振轉(zhuǎn)換合色器包括偏振轉(zhuǎn)換器。所述偏振轉(zhuǎn)換器包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；以及光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括反射器，所述反射器被設(shè)置成可將第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面。所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向。所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。所述非偏振光源包括能夠發(fā)出第一顏色光的第一顏色光源以及能夠發(fā)出第二顏色光的第二顏色光源，各光源偏離于所述光軸，并且所述反射器包括分色板。所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括第三顏色光源，所述第三顏色光源偏離于所述光軸，并且被設(shè)置成可將第三顏色光注入所述光輸入表面，其中所述分色板還包括第三反射器，所述第三反射器能夠反射所述第三顏色光以使之沿著所述光軸穿過所述光輸入表面而離開。在另一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。在又一方面，所述偏振轉(zhuǎn)換器還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0012]上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意圖描述本發(fā)明的每個所公開的實施例或每種實施方案。以下附圖和【具體實施方式】更具體地舉例說明了示例性實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]整個說明書參考附圖，在附圖中，類似的附圖標(biāo)號表示類似的元件，并且其中:[0014]圖1示出了光學(xué)裝置的橫截面示意圖；[0015]圖2A至圖2B示出了偏振轉(zhuǎn)換器的橫截面示意圖；[0016]圖3A至圖3C示出了合色器的橫截面示意圖；[0017]圖4A至圖4B示出了合色器的橫截面示意圖；[0018]圖5示出了合色器系統(tǒng)的橫截面示意圖；[0019]圖6示出了圖像投影儀的示意圖。[0020]附圖未必按比例繪制。附圖中所使用的類似標(biāo)號是指類似部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，
使用標(biāo)號來指代給定附圖中的部件并非意圖限制另一附圖中使用相同標(biāo)號標(biāo)記的部件?！揪唧w實施方式】
[0021]本發(fā)明一般地涉及折射型偏振轉(zhuǎn)換器、使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器，特別地涉及可以用于袖珍投影儀等小型投影儀中的使用所述折射型偏振轉(zhuǎn)換器的偏振合色器。本發(fā)明所公開的折射型偏振轉(zhuǎn)換器包括至少一個雙折射棱鏡，所述雙折射棱鏡可以將非偏振光束分尚成具有正交偏振方向的發(fā)散的偏振光束。
[0022]許多顯示裝置使用偏振光，包括LCD背光源、投影儀，以及頭盔式顯示器。在一個具體實施例中，本發(fā)明提供一種緊湊型偏振轉(zhuǎn)換器，該偏振轉(zhuǎn)換器以緊湊的形式提供了有效的高亮度源。在一些情況下，非偏振光源、集光光學(xué)系統(tǒng)、雙折射棱鏡、第二集光光學(xué)系統(tǒng)以及半波延遲器可以用于產(chǎn)生具有一種偏振態(tài)的光束。此外，偏振光束可以容易連接到光積分器，以提高光源的光學(xué)勻化性。
[0023]可用的雙折射棱鏡的實例包括沃拉斯頓(Wollaston)棱鏡、塞拿蒙(Senarmont)棱鏡、尼科耳(Nicol)棱鏡、羅歇(Rochon)棱鏡、諾馬斯基(Nomarski)棱鏡等?？梢允褂脝蝹€雙折射棱鏡以及棱鏡的組合。雙折射棱鏡(例如，沃拉斯頓棱鏡)可以使用方解石或另一種雙折射礦物并通過常規(guī)方式來制成，或者可以由雙折射聚合物或液晶制成。在一個具體實施例中，合適的設(shè)計是利用單軸取向的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、或另一種雙折射聚合物來制備棱鏡?？梢允褂脙煞N或更多種雙折射材料的組合來降低棱鏡的色散。在一些情況下，各個雙折射棱鏡可以各自由單片雙折射材料制成，或者它們可以由雙折射材料的層或膜的粘合疊堆制成。粘合層(如果使用的話)優(yōu)選為極薄的，通常為雙折射層厚度的五分之一或更小。
[0024]所描述的偏振轉(zhuǎn)換器可以與合色器(例如傾斜的分色板合色器)結(jié)合，所述合色器描述于(例如)以下專利申請:名稱為“Tilted Dichroic Color Combiner 1(傾斜的二向色合色器I) ”的第61/385237號共同未決的美國專利申請(代理人案卷號66530US002)；名稱為“Tilted Dichroic Color Combiner II (傾斜的二向色合色器 II) ”的第 61/385241號美國專利申請(代理人案卷號66791US002);或者名稱為“Tilted Dichroic ColorCombiner III (傾斜的二向色合色器III) ”的第61/385248號美國專利申請(代理人案卷號66792US002)，所有這些專利申請均于2010年9月22日提交。[0025]圖像投影儀通?？梢园ㄓ糜趯馐M(jìn)行光學(xué)勻化以提高投影于屏幕上的光的亮度和色均勻度的裝置。兩種常見的裝置為積分隧道即積分柱，以及蠅眼陣列(FEA)勻化器。蠅眼勻化器可以非常緊湊，并且因此而成為常用裝置。積分隧道在勻化方面的效率可能更高，但中空隧道一般要求其長度通常為高度或?qū)挾?取較大者)的5倍。實心隧道通常由于折射效應(yīng)而比中空隧道長。光積分隧道即積分柱具有任何所需的橫截面，包括(例如)矩形、正方形、多邊形、圓形、橢圓形等。通常，無論是積分隧道即積分柱還是FEA，均可以用于勻化，但這兩種技術(shù)一般不一起使用。積分柱對光學(xué)擴展量的影響可能較小，但可能會造成去偏振。FEA可以良好地維持偏振(如果它們是由低雙折射材料制成的話)，但可能增加光學(xué)擴展量。
[0026]在一個具體實施例中，描述了一種合色器，所述合色器包括至少兩個發(fā)光二極管(LED)，各LED具有不同的顏色。從兩個LED發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直而形成基本上重疊的光束，而且來自兩個LED的光進(jìn)行組合并導(dǎo)向公共區(qū)域中，其中與兩個LED發(fā)出的光相比，組合光束的光學(xué)擴展量較低且亮度較高。
[0027]LED可以用來對投影儀進(jìn)行照明。由于LED在接近朗伯角分布的區(qū)域內(nèi)發(fā)出光，因此，投影儀的亮度會受到光源和投影系統(tǒng)的光學(xué)擴展量限制。一種用于降低LED光源的光學(xué)擴展量的方法是使用二向色反射器來使LED的兩個或更多個顏色在空間重疊，從而使這些顏色看起來是從相同區(qū)域發(fā)出的。通常，合色器以約45度的角度使用二向色反射器。這樣會造成強烈的反射帶偏移，并且限制二向色反射器的可用光譜和角范圍。在一個具體實施例中，本發(fā)明描述一種制品，所述制品使用與入射光束幾乎成直角的二向色反射器來組合不同顏色的LED。
[0028]在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于將不同顏色非偏振光源的輸出有效組合成具有單個偏振態(tài)的合色的緊湊方法。這可尤其用于為光學(xué)擴展量有限的緊湊型投影系統(tǒng)形成照明器。例如，紅、綠和藍(lán)LED的線陣(其中每個LED的輸出通過一組初級光學(xué)元件而部分準(zhǔn)直)穿過用于將非偏振光分尚成發(fā)散的正交偏振分量的折射型偏振轉(zhuǎn)換器，隨后入射到傾斜的反射板組件上，所述反射板組件含有以不同角度反射紅光、綠光和藍(lán)光的二向色反射板。隨后，所反射的偏振光由初級光學(xué)元件聚焦到一個小孔，所述小孔構(gòu)成各偏振態(tài)的紅光、綠光和藍(lán)光LED的公共輸出端。該公共輸出端可以被I禹連于另一組集光光學(xué)系統(tǒng)，所述另一組集光光學(xué)系統(tǒng)使光準(zhǔn)直并且使偏振態(tài)中的一者旋轉(zhuǎn)，使得均勻的偏振光是由合色器發(fā)出的光。公共輸出端發(fā)出的光也可以被耦連于積分柱，如別處所描述。出口小孔的中心可以在集光光學(xué)系統(tǒng)的主軸線(例如，所述光軸)上，或者可以偏離于主軸線。出口小孔可以與LED成一直線，或鄰近LED，或者以上兩種情況的組合。在一些情況下，出口小孔和LED可以設(shè)置在公共基板上，例如柔性基板，如在與此同一天提交的名稱為“LED ColorCombiner (LED合色器)”的美國專利申請(代理人案卷號67010US002)中所述。
[0029]如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，3個LED的配置可以擴展至其他顏色，包括黃光和紅外光。光源可以包括組合了 LED的激光器，而且還可以基于所有的激光系統(tǒng)。LED可以包括至少在紅光、綠光和藍(lán)光的短波長范圍上發(fā)出原色的一套設(shè)備，以及至少在紅光、綠光和藍(lán)光的長波長范圍上發(fā)出原色的第二套設(shè)備。此外，小孔是用于混合光的點，可以采用蠅眼陣列(FEA)，以便提供進(jìn)一步的顏色整合。這可能包括透鏡的一維或二維陣列，其中至少一個維度具有2到約20個透鏡，如別處所描述。[0030]基于LCoS的便攜式投影系統(tǒng)因可利用低成本和高分辨率的LCoS面板而變得普遍。LED照明式LCoS投影儀中的元件列表可以包括LED光源、任選的合色器、任選的預(yù)偏振系統(tǒng)、光中繼器件、PBS、LCoS面板以及投影透鏡單元。對于基于LCoS的投影系統(tǒng)，投影儀的效率和對比度與進(jìn)入PBS的光的偏振程度直接相關(guān)。偏振轉(zhuǎn)換光的一個挑戰(zhàn)在于，它可能存在空間不均勻度，由此導(dǎo)致所顯示的圖像中出現(xiàn)偽影。因此，在使用偏振轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)中，可能需要勻化系統(tǒng)，如別處所描述。
[0031]在一個具體實施例中，偏振光束可以一路通過而到達(dá)整體式FEA積分器。整體式FEA積分器會使光束發(fā)散，隨后光束被導(dǎo)向以作進(jìn)一步處理，例如使用空間光調(diào)制器來將圖像賦予光束，以及使用投影光學(xué)系統(tǒng)來將圖像顯示到屏幕上。
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的光學(xué)裝置10的橫截面示意圖，所述光學(xué)裝置可以用于將非偏振光束分離成各別的正交偏振態(tài)。光學(xué)裝置10可以包括已知的偏振分束器，例如沃拉斯頓棱鏡、塞拿蒙棱鏡、尼科耳棱鏡、羅歇棱鏡、諾馬斯基棱鏡、格蘭-湯普森(Glan-Thompson)棱鏡、格蘭-傅科(Glan-Foucault)棱鏡，或它們的組合。在每種情況下，入射的非偏振光束被分尚開，使得偏振態(tài)中的至少一者偏尚入射的非偏振光束的傳播方向，如別處所描述。
[0033]在一個具體實施例中，光學(xué)裝置10可以被比作沃拉斯頓棱鏡，其包括第一雙折射棱鏡20,所述第一雙折射棱鏡具有第一棱鏡表面22、第二棱鏡表面24以及介于這兩者之間的對角第一棱鏡表面15。光學(xué)裝置10還包括第二雙折射棱鏡30，所述第二雙折射棱鏡具有第三表面32、第四表面34以及介于這兩者之間的對角第二棱鏡表面15’。第一雙折射棱鏡20的快軸與第一偏振方向26 —致，而第二雙折射棱鏡30的快軸與第二偏振方向36 —致。第一雙折射棱鏡20和第二雙折射棱鏡30各自可以由(例如)方解石晶體或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他雙折射材料制成。
[0034]第一雙折射棱鏡20和第二雙折射棱鏡30被布置成使得第一偏振方向26和第二偏振方向36彼此正交，并且第一雙折射棱鏡20和第二雙折射棱鏡30被布置成使得對角第一棱鏡表面15和對角第二棱鏡表面15’彼此鄰接。在一些情況下,對角第一棱鏡表面15和對角第二棱鏡表面15’可以使用光學(xué)粘合劑彼此粘結(jié)。在一個具體實施例中，第四棱鏡表面34可以包括反射器40，該反射器被設(shè)置成可將光束往回反射而穿過第一雙折射棱鏡20和第二雙折射棱鏡30。反射器40可以是任何已知的反射器，例如寬帶反射鏡。例如，所述反射器可以是金屬或金屬合金反射鏡，或者二向色反射器，該二向色反射器包括干涉反射器，例如包括無機或有機多層薄膜疊堆或者無機和有機多層薄膜疊堆的組合的多層介質(zhì)反射器。反射器40可以被設(shè)置成緊鄰第四棱鏡表面34，如圖1所示，或者它可以被布置成與第四棱鏡表面34分開，如別處所描述。
[0035]沿著傳播方向52行進(jìn)的非偏振輸入光束50包括隨機偏振態(tài)51。非偏振輸入光束50穿過第一雙折射棱鏡20的第二棱鏡表面24，并且在進(jìn)入第二雙折射棱鏡30時穿過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’。非偏振輸入光束50的正交偏振分量各自(第一偏振方向26和第二偏振方向36)在對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’處以不同方式折射。非偏振輸入光束50分叉為第一偏振光束53和第二偏振光束54,其中所述第一偏振光束具有第一偏振方向26,以與傳播方向52成第一折射角Θ I的方式傳播；所述第二偏振光束具有第二偏振方向36,以與傳播方向52成第二折射角Θ 2的方式傳播。第一偏振光束53和第二偏振光束54從反射器40反射，并通過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’而再次折射,并且作為第一偏振光束53和第二偏振光束54離開第一棱鏡面24,第一偏振光束53和第二偏振光束54以與非偏振輸入光束50不同且分開的角度和位置行進(jìn),也就是說，各個偏振方向分離并發(fā)散。
[0036]在一些情況下，第一折射角Θ I和第二折射角Θ 2基本上相同(例如，在沃拉斯頓棱鏡中，對角第一棱鏡面15與第一棱鏡表面22和第二棱鏡表面24各自成45度的角度)，如圖1所示。在一些情況下，這些角度可以不同，例如在沃拉斯頓棱鏡中，對角第一棱鏡面15成不同于45度的角度(未示出)，或者如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知通過使用上述可供選擇的雙折射棱鏡中的一者。一般來講，光學(xué)裝置10可以被設(shè)計成適應(yīng)偏振光束的任何所需的分離和發(fā)散。
[0037]圖2A至圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的偏振轉(zhuǎn)換器100的橫截面示意圖。圖2A至圖2B中所示的要素15到40中的每一者均對應(yīng)于已在之前描述的圖1所示類似編號的要素15到40。在圖2A至圖2B中，偏振轉(zhuǎn)換器100包括第一集光光學(xué)系統(tǒng)105,所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括第一透鏡兀件110和第二透鏡兀件120。第一集光光學(xué)系統(tǒng)105包括光輸入表面114以及垂直于光輸入表面114的光軸102。非偏振光源80設(shè)置在面向光輸入表面114的光注入表面104上。圖2A至圖2B中所示的非偏振光源80設(shè)置在光軸102上；但是可以根據(jù)需要將它布置成沿著光注入表面104偏離于光軸102。非偏振光源80被設(shè)置成可將所需顏色或波長的非偏振光81注入光輸入表面114，如別處所描述。
[0038]在一個具體實施例中，偏振轉(zhuǎn)換器100還包括光學(xué)裝置10，所述光學(xué)裝置沿著光軸102設(shè)置成面向第一集光光學(xué)系統(tǒng)105,使得第一透鏡兀件110和第二透鏡兀件120介于光學(xué)裝置10與光輸入表面114之間。光學(xué)裝置10包括已在別處參照圖1描述的部件。
[0039]在一個具體實施例中，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105可以是光準(zhǔn)直儀，用來使非偏振光源80發(fā)出的光準(zhǔn)直。第一集光光學(xué)系統(tǒng)105可以包括單透鏡光準(zhǔn)直儀(未不出)、雙透鏡光準(zhǔn)直儀(不出)、衍射光學(xué)兀件( 未不出)，或它們的組合。雙透鏡光準(zhǔn)直儀具有第一透鏡兀件110,所述第一透鏡兀件包括設(shè)置成與光輸入表面114相對的第一凸形表面112。第二透鏡元件120包括面向第一凸形表面112的第二表面122，以及與第二表面122相對的第三凸形表面124。第二表面122可以選自凸形表面、平坦表面，以及凹形表面。
[0040]轉(zhuǎn)到圖2A,來自非偏振光源80的非偏振光81中的第一偏振分量光81p的路徑可以穿過偏振轉(zhuǎn)換器100。在一些情況下，第一偏振方向可以指定為“P-”偏振，而第二偏振方向可以指定為“s-”偏振，如本領(lǐng)域所公知。非偏振光源80包括沿著光軸102在光傳播方向上行進(jìn)的第一中心光線82,以及在非偏振輸入光準(zhǔn)直角φ?內(nèi)的非偏振光81的光錐,該光錐的邊界由第一邊界光線84、86表示。第一中心光線82沿大致平行于光軸102的方向從非偏振光源80注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120，并且通過第二棱鏡面24而進(jìn)入光學(xué)裝置10。如可以從圖2Α中看出，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105用來使從非偏振光源80到光學(xué)裝置10的非偏振光81準(zhǔn)直。
[0041]第一中心光線82穿過第一雙折射棱鏡20并且當(dāng)它穿過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’進(jìn)入第二雙折射棱鏡30時被折射。中心光線的第一偏振分量82ρ與第二偏振方向36 (即，快軸)正交，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。中心光線的第一偏振分量82ρ隨后從反射器40反射。[0042]第一邊界光線84、86各自在與光軸102大致成非偏振輸入光準(zhǔn)直角Cpl的方向上注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120，并且通過第二棱鏡面24而進(jìn)入光學(xué)裝置10。第一邊界光線84、86穿過第一雙折射棱鏡20，并且當(dāng)它們穿過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’而進(jìn)入第二雙折射棱鏡30時被折射。邊界光線的第一偏振分量84ρ、86ρ與第二偏振方向36 (即，快軸)正交，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。邊界光線的第一偏振分量84ρ、86ρ隨后從反射器40反射,使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。
[0043]中心光線的第一偏振分量82ρ和邊界光線84ρ、86ρ各自從反射器40反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102的準(zhǔn)直光線。中心光線的第一偏振分量82ρ和邊界光線84ρ、86ρ共同形成可以會聚在第一偏振光線焦點87ρ上的第一偏振方向輸出光束81ρ。第一偏振方向輸出光束81ρ隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0044]轉(zhuǎn)到圖2Β，來自非偏振光源80的非偏振光81中的第二偏振分量光81s的路徑可以穿過偏振轉(zhuǎn)換器100。來自非偏振光源80的中心光線82、第一邊界光線84以及第二邊界光線86已經(jīng)行進(jìn)到對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’。中心光線的第二偏振分量82s與第二偏振方向36 (即，快軸)平行，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。中心光線的第二偏振分量82s隨后從反射器40反射。
[0045]邊界光線的第二偏振分量84s、86s與第二偏振方向36(即，快軸)平行,它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。邊界光線的第二偏振分量84s、86s隨后從反射器40反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。
[0046]中心光線和邊界光線的第二偏振分量82s、84s、86s各自從反射器40反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102的準(zhǔn)直光線。中心光線和邊界光線的第二偏振分量82s、84s、86s共同形成可以會聚在第二偏振光線焦點87s上的第二偏振方向輸出光束81s。第二偏振方向輸出光束81s隨后可以穿過半波延遲器90,使得第二偏振方向輸出光束81s旋轉(zhuǎn)到第一偏振方向(即，與第一偏振方向輸出光束81p相同)，成為轉(zhuǎn)向的第二偏振方向輸出光束8Isp,該光束包括轉(zhuǎn)向的中心光線82sp以及轉(zhuǎn)向的邊界光線84sp、86sp。轉(zhuǎn)向的第二偏振方向輸出光束81sp隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0047]在一個具體實施例中，半波延遲器90可以覆蓋積分柱95的一半,使得它將偏振光轉(zhuǎn)換成與積分柱另一半所收集的光相同的偏振態(tài)。半波延遲器90可以由常用于延遲板的石英或其他材料制成。在一些情況下，半波延遲器90是消色差或復(fù)消色差延遲片，并且可以包括較廣的接受角范圍。例如，合適的廣角延遲片可以由石英和藍(lán)寶石制成。在一些情況下，半波延遲器90的側(cè)壁可以被金屬化，以將入射到延遲片側(cè)壁上的光反射。這些側(cè)壁也可以經(jīng)拋光以鏡面反射入射光。
[0048]如圖2A至圖2B所不,非偏振光81成為第一偏振方向偏振的輸出光束,其包括第一偏振方向輸出光束81p以及轉(zhuǎn)向的第二偏振方向輸出光束81sp。在一個具體實施例中，半波延遲器90可以被設(shè)置成使得第二偏振光線焦點87s位于半波延遲器90處，從而可以提高偏振轉(zhuǎn)換器100的效率。第二偏振光線焦點87s可以被調(diào)整成使得該焦點位于半波延遲器90處，或者該半波延遲器可以被布置成更靠近光輸入表面114，以截獲第二偏振光線焦點87s。
[0049]圖3A至圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的垂直于笛卡爾坐標(biāo)系的X-Z平面觀察到的偏振合色器200的橫截面示意圖。偏振合色器200包括在別處描述的合色部件的集合，例如在名稱為“Tilted Dichroic Color Combiner I (傾斜的二向色合色器I) ”的第61/385237號共同未決的美國專利申請(代理人案卷號66530US002)中所描述。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的光學(xué)裝置10可以將非偏振光分離成偏振分量，它可能適于任何合適的合色器，例如以下專利申請中所述的那些合色器:名稱為“Tilted Dichroic Color CombinerII (傾斜的二向色合色器II)”的第61/385241號共同未決的美國專利申請(代理人案卷號66791US002);以及名稱為 “Tilted Dichroic Color Combiner 111(傾斜的二向色合色器III) ”的第61/385248號美國專利申請(代理人案卷號66792US002)，等等。
[0050]在偏振合色器200的X-Z平面圖中，偏振分束不可見，因為該分束發(fā)生在Y-Z平面內(nèi)。在圖4A至圖4B中提供的Y-Z平面圖中，偏振分束可見，而合色不可見。應(yīng)當(dāng)理解，在圖3A至圖3C以及圖4A至圖4B中，將偏振合色器分成獨立觀看的光路只是為了清晰地圖不，將顏色光束分成正交偏振態(tài)的光和將顏色光束組合成合色光束是同時發(fā)生的。
[0051]在圖3A至圖3C中，偏振合色器200包括第一集光光學(xué)系統(tǒng)105,所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括第一透鏡兀件110和第二透鏡兀件120。第一集光光學(xué)系統(tǒng)105包括光輸入表面114和垂直于光輸入表面114的光軸102。第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160各自設(shè)置在面向光輸入表面114的光注入表面104上。光輸出區(qū)域170位于光軸102上,并且設(shè)置在光注入表面104上。第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160各自偏離于光軸102。第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160各自被設(shè)置以將第一顏色光141、第二顏色光151以及任選的第三顏色光161分別注入光輸入表面114,如別處所描述。
[0052]在一個具體實施例中，偏振合色器200還包括分色板130，所述分色板沿著光軸102設(shè)置成面向第一集光光學(xué)系統(tǒng)105,使得第一透鏡兀件110和第二透鏡兀件120介于分色板130與光輸入表面114之間。分色板130可以設(shè)置成與光軸成傾角φ2,而且包括能夠反射第一顏色光141并且透射所有其他顏色光的第一二向色反射器132。分色板130還包括能夠反射第二顏色光151并且透射所有其他顏色光的第二二向色反射器134。分色板130另外還包括能夠反射任選的第三顏色光161的任選的第三二向色反射器136。在一些情況下，例如在只包括第一非偏振光源140和第二非偏振光源150 (即，省去了任選的第三非偏振光源160)時，第二二向色反射器可以由通用反射器例如寬帶反射鏡取代，這是因為無需透射其他波長(即，顏色)的光。在一些情況下，例如在包括任選的第三非偏振光源160時，任選的第三二向色反射器136也可以是寬帶反射鏡等反射器，這是因為所有其他顏色的光在到達(dá)第三二向色反射器136之前已經(jīng)被其他二向色反射器反射。
[0053]分色板130經(jīng)過加工，使得第一二向色反射器132、第二二向色反射器134以及任選的第三二向色反射器136中的每一者分別以第一二向色傾角α 1、第二二向色傾角α2以及第三二向色傾角α3向光軸102傾斜。在一些情況下，例如如圖3Α至圖3C所示，第一二向色傾角α I可以與分色板傾角φ2相同，但也可以不同。第一二向色傾角α 1、第二二向色傾角α 2以及第三二向色傾角α 3各自可被選擇以引導(dǎo)來自第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160中每個光源的反射光束穿過光輸出區(qū)域170,如別處所描述。
[0054]在一個具體實施例中，偏振合色器200還包括別處所述的光學(xué)裝置10，該光學(xué)裝置設(shè)置在第一集光光學(xué)系統(tǒng)105與分色板130之間。光學(xué)裝置10能夠?qū)⒎瞧窆馐蛛x成岔開的偏振分量，如別處所描述。在圖3A至圖3C以及圖4A至圖4B所示的一個具體實施例中，參照圖1以及圖2A至圖2B所描述的反射器40由分色板130替代，該分色板包括本文所述的第一二向色反射器132、第二二向色反射器134以及任選的第三二向色反射器136。如圖3A至圖3C以及圖4A至圖4B所示，分色板130可以設(shè)置成與光學(xué)裝置10分開，且無需如圖1以及圖2A至圖2B所示設(shè)置成緊鄰雙折射棱鏡。
[0055]在一個具體實施例中，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105可以是光準(zhǔn)直儀，用來使從第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160發(fā)出的光準(zhǔn)直。第一集光光學(xué)系統(tǒng)105可以包括單透鏡光準(zhǔn)直儀(未不出)、雙透鏡光準(zhǔn)直儀(不出)、衍射光學(xué)元件(未示出)，或者它們的組合。雙透鏡光準(zhǔn)直儀具有第一透鏡元件110，所述第一透鏡兀件包括設(shè)置成與光輸入表面114相對的第一凸形表面112。第二透鏡兀件120包括面向第一凸形表面112的第二表面122,以及與第二表面122相對的第三凸形表面124。第二表面122可以選自凸形表面、平坦表面，以及凹形表面。
[0056]轉(zhuǎn)到圖3A，來自第一非偏振光源140的第一顏色光141的路徑可以穿過偏振合色器200。第一顏色光141包括沿第一光傳播方向行進(jìn)的第一顏色中心光線142，以及第一輸入光準(zhǔn)直角Θ Ii內(nèi)的光線錐，所述光線錐的邊界由第一顏色邊界光線144、146表示。第一顏色中心光線142沿大致平行于光軸102的方向從第一非偏振光源140注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120、光學(xué)裝置10，并且從第一二向色反射器132反射，使得所反射的光束與光軸102—致，如圖所示。第一顏色邊界光線144、146各自沿著大致與光軸102成第一輸入光準(zhǔn)直角θ Π的方向注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120、光學(xué)裝置10，并且從第一二向色反射器132反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。從圖1A中可以看出，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105用來使從第一非偏振光源140行進(jìn)到分色板130的第一顏色光141準(zhǔn)直。
[0057]第一顏色中心光線142和第一顏色邊界光線144、146各自從第一二向色反射器132反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102并且以該光軸為中心的準(zhǔn)直光線。在一個具體實施例中，如圖3A所示，這些準(zhǔn)直光線會聚而通過光輸出區(qū)域170離開偏振合色器200,成為具有第一輸出準(zhǔn)直角θ 2o的第一顏色光束148。第一顏色光束148隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。半波延遲器90覆蓋光積分柱95的一部分，以便轉(zhuǎn)換偏振方向，這將參照圖4A至圖4B進(jìn)行描述。
[0058]轉(zhuǎn)到圖3B，來自第二非偏振光源150的第二顏色光151的路徑可以穿過偏振合色器200。第二顏色光151包括沿第二光傳播方向行進(jìn)的第二中心光線152,以及第二輸入光準(zhǔn)直角θ 2i內(nèi)的光線錐，所述光線錐的邊界由第二邊界光線154、156表示。第二顏色中心光線152沿大致平行于光軸102的方向從第二非偏振光源150注入光輸入表面114,穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120、光學(xué)裝置10，并且從第二二向色反射器134反射，使得所反射的光束與光軸102—致，如圖所示。第二邊界光線154、156各自沿著大致與光軸102成第二輸入光準(zhǔn)直角Θ 2i的方向注入光輸入表面114,穿過第一透鏡兀件110、第二透鏡元件120、光學(xué)裝置10，并且從第二二向色反射器134反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。從圖3B中可以看出，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105用來使從第二非偏振光源150行進(jìn)到分色板130的第二顏色光151準(zhǔn)直。
[0059]第二中心光線152和第二邊界光線154、156各自從第二二向色反射器134反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102并且以該光軸為中心的準(zhǔn)直光線。在一個具體實施例中，如圖3B所示，這些準(zhǔn)直光線會聚而通過光輸出區(qū)域170離開偏振合色器200，成為具有第二輸出準(zhǔn)直角θ 2o的第二顏色光束158。第二顏色光束158隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。半波延遲器90覆蓋光積分柱95的一部分，以便轉(zhuǎn)換偏振方向，這將參照圖4A至圖4B進(jìn)行描述。
[0060]轉(zhuǎn)到圖3C，來自任選的第三偏振光源160的任選的第三顏色光161的路徑可以穿過偏振合色器200。任選的第三顏色光161包括沿第三光傳播方向行進(jìn)的第三中心光線162，以及第三輸入光準(zhǔn)直角θ 3i內(nèi)的光線錐，所述光線錐的邊界由第三邊界光線164、166表不。第三中心光線162沿大致平行于光軸102的方向從任選的第三非偏振光源160注入光輸入表面114,穿過第一透鏡兀件110、第二透鏡兀件120、光學(xué)裝置10,并且從第三二向色反射器136反射，使得所反射的光束與光軸102 —致，如圖所示。第三邊界光線164、166各自沿著大致與光軸102成第三輸入光準(zhǔn)直角Θ 3i的方向注入光輸入表面114,穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120、光學(xué)裝置10，并從第三二向色反射器136反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。從圖3C中可以看出，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105用來使從任選的第三非偏振光源160行進(jìn)到分色板130的任選的第三顏色光161準(zhǔn)直。
[0061]第三中心光線162和第三邊界光線164、166各自從第三二向色反射器136反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102并且以該光軸為中心的準(zhǔn)直光線。在一個具體實施例中，如圖3C所示，這些準(zhǔn)直光線會聚而通過光輸出區(qū)域170離開偏振合色器200，成為具有第三輸出準(zhǔn)直角θ 3o的任選的第三顏色光束168。第三顏色光束168隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。半波延遲器90覆蓋光積分柱95的一部分，以便轉(zhuǎn)換偏振方向，這將參照圖4A至圖4B進(jìn)行描述。
[0062]在一個具體實施 例中，第一輸入準(zhǔn)直角Θ l1、第二輸入準(zhǔn)直角Θ 2i以及第三輸入準(zhǔn)直角Θ3?可以各自相同，而且與第一非偏振光源140、第二非偏振光源150以及任選的第三非偏振光源160中的每一者相關(guān)的注入光學(xué)器件(未不出)可以將這些輸入準(zhǔn)直角限于以下角度:介于約10度到約80度，或介于約10度到約70度，或介于約10度到約60度，或介于約10度到約50度，或介于約10度到約40度，或者介于約10度到約30度或更小。在一些情況下，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105和分色板130可以被加工成使得第一輸出準(zhǔn)直角Θ 10、第二輸出準(zhǔn)直角θ2ο以及第三輸出準(zhǔn)直角θ 3ο可以各自相同，而且還基本上等于相應(yīng)的輸入準(zhǔn)直角。在一個具體實施例中，每個輸入準(zhǔn)直角在約60度到約70度的范圍內(nèi)，且每個輸出準(zhǔn)直角也在約60度到約70度的范圍內(nèi)。
[0063]圖4Α至圖4Β示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的垂直于笛卡爾坐標(biāo)系的Υ_Ζ平面觀察到的偏振合色器200的橫截面示意圖。在偏振合色器200的Y-Z平面圖中，合色不可見，因為該合色發(fā)生在X-Z平面內(nèi)。在圖3Α至圖3C中給出的X-Z平面圖中，合色可見，而偏振分束不可見。應(yīng)當(dāng)理解，在圖3Α至圖3C以及圖4Α至圖4Β中，將偏振合色器分成獨立觀看的光路只是為了清晰地圖示，而將顏色非偏振光束分成正交偏振態(tài)的光以及將顏色非偏振光束組合成合色光束是同時發(fā)生的。為了簡明，將只描述來自第一非偏振光源140的第一顏色光141的路徑；然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然明白，其他顏色光的路徑是類似的。
[0064]轉(zhuǎn)到圖4A，來自第一非偏振光源140的第一顏色光141中的第一偏振分量(即，第一顏色光148p)的路徑可以穿過偏振合色器200。如別處所描述，第一偏振方向可以指定為“P-”偏振，而第二偏振方向可以指定為“s-”偏振，如本領(lǐng)域所公知。第一非偏振光源140包括沿著光軸102在光傳播方向上行進(jìn)的第一顏色中心光線142,以及在第一非偏振輸入光準(zhǔn)直角Θ Ii內(nèi)的第一顏色光141的光錐，該第一顏色光錐的邊界由第一顏色邊界光線144、146表不。第一顏色中心光線142沿大致平行于光軸102的方向從第一非偏振光源140注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120，并且通過第二棱鏡面24而進(jìn)入光學(xué)裝置10。如可以從圖4A中看出，第一集光光學(xué)系統(tǒng)105用來使從第一非偏振光源140行進(jìn)到光學(xué)裝置10的第一顏色光141準(zhǔn)直。
[0065]第一顏色中心光線142穿過第一雙折射棱鏡20，并且當(dāng)它穿過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’進(jìn)入第二雙折射棱鏡30時被折射。第一顏色中心光線的第一偏振分量142p與第二偏振方向36 (即，快軸)正交，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。第一顏色中心光線的第一偏振分量142p隨后穿過第四棱鏡表面34,并且從分色板130的第一二向色反射器132反射。
[0066]第一顏色邊界光線144、146各自在與光軸102大致成非偏振輸入光準(zhǔn)直角Θ Ii的方向上注入光輸入表面114，穿過第一透鏡元件110、第二透鏡元件120并且通過第二棱鏡面24而進(jìn)入光學(xué)裝置10。第一顏色邊界光線144、146穿過第一雙折射棱鏡20，并且當(dāng)它們穿過對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’而進(jìn)入第二雙折射棱鏡30時被折射。第一顏色邊界光線的第一偏振分量144p、146p與第二偏振方向36( S卩，快軸)正交，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。第一顏色邊界光線的第一偏振分量144p、146p隨后穿過第四棱鏡表面34，并且從分色板130的第一二向色反射器132反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。
[0067]第一顏色中心光線的第一偏振分量142p以及第一顏色邊界光線144p、146p各自從第一二向色反射器132反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102的準(zhǔn)直光線。第一顏色中心光線的第一偏振分量142p和第一顏色邊界光線144p、146p共同形成可以會聚在第一偏振光線焦點147p上的第一偏振方向第一顏色輸出光束148p。第一偏振方向第一顏色輸出光束148p隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0068]轉(zhuǎn)到圖4B,來自第一非偏振光源140的第一顏色光141中的第二偏振分量(即，第一顏色光148s)的路徑可以穿過偏振合色器200。來自第一非偏振光源140的第一顏色中心光線142、第一顏色第一邊界光線144以及第一顏色第二邊界光線146已經(jīng)行進(jìn)到對角第一棱鏡面15和對角第二棱鏡面15’。第一顏色中心光線的第二偏振分量142s與第二偏振方向36 (即，快軸)平行，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。第一顏色中心光線的第二偏振分量142s隨后穿過第四棱鏡表面34，并且從分色板130的第一二向色反射器132反射。
[0069]第一顏色邊界光線的第二偏振分量144s、146s與第二偏振方向36 (即，快軸)平行，它使光偏離非偏振光傳播方向(沿著光軸102),如別處所描述。第一顏色邊界光線的第二偏振分量144s、146s隨后穿過第四棱鏡表面34，并且從分色板130的第一二向色反射器132反射，使得所反射的光束大致平行于光軸102，如圖所示。
[0070]第一顏色中心光線和第一顏色邊界光線的第二偏振分量142s、144s、146s各自從第一二向色反射器132反射，并且穿過第一集光光學(xué)系統(tǒng)105往回行進(jìn)，成為平行于光軸102的準(zhǔn)直光線。第一顏色中心光線和第一顏色邊界光線的第二偏振分量142s、144s、146s共同形成可以會聚在第二偏振第一顏色光線焦點147s上的第二偏振方向輸出第二顏色光束148s。第二偏振方向第一顏色輸出光束148s隨后可以穿過半波延遲器90，使得第二偏振方向輸出第一顏色光束148s旋轉(zhuǎn)到第一偏振方向(即，與第一偏振方向輸出光束81p相同)，成為轉(zhuǎn)向的第二偏振方向第一顏色輸出光束148sp。轉(zhuǎn)向的第二偏振方向第一顏色輸出光束148sp隨后可以通過導(dǎo)入光積分柱95中而變得更均勻，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0071]如圖4A至圖4B所不,輸入第一顏色光束141成為第一偏振方向偏振的第一顏色輸出光束，其包括第一偏振方向第一顏色輸出光束148p以及轉(zhuǎn)向的第二偏振方向輸出第一顏色光束148sp。在一個具體實施例中，半波延遲器90可以被設(shè)置成使得第二偏振光線焦點147s位于半波延遲器90處，從而可以提高偏振合色器200的效率。
[0072]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的偏振合色器系統(tǒng)500的橫截面示意圖。在圖5中，參照圖3A至圖3C描述的偏振合色器200與第二集光光學(xué)系統(tǒng)220成對，使得偏振合色器200的輸出進(jìn)入積分柱95 (即光勻化隧道95)，在所述光勻化隧道中偏振顏色進(jìn)一步混合，并且被輸入第二集光光學(xué)系統(tǒng)220。第二集光光學(xué)系統(tǒng)220可以類似于先前所述的第一集光光學(xué)系統(tǒng)105，而且可以用作對合色偏振光輸出進(jìn)行擴展的光準(zhǔn)直儀。在一些實施例中，合色偏振光輸出具有如先前所述的第一輸出準(zhǔn)直角Θ 10、第二輸出準(zhǔn)直角θ 2ο以及第三輸出準(zhǔn)直角Θ 30，可以被擴展到已經(jīng)從任選的寬帶反射鏡230反射的合色準(zhǔn)直偏振光280。合色準(zhǔn)直偏振光280包括具有小發(fā)散角的光，所述小發(fā)散角可以小于約20度，或小于約15度，或者甚至小于約12度。
[0073]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的圖像投影儀600的示意圖。圖像投影儀600包括偏振合色器模塊12,所述偏振合色器模塊能夠?qū)⒉糠譁?zhǔn)直的合色偏振光輸出24注入到反射器230上，以將部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出280導(dǎo)向任選的蠅眼組合器陣列42，在所述陣列中，所述部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出280被轉(zhuǎn)換成勻化偏振光45，以進(jìn)入圖像生成器模塊60。圖像生成器模塊60輸出成像光65，該成像光進(jìn)入投影模塊70，在所述投影模塊70中，成像光65變?yōu)橥队俺上窆?9。
[0074]在一個方面，合色器模塊12包括不同波長譜的輸入光源，這些光源通過偏振合色器200輸入,如別處所描述。偏振合色器200產(chǎn)生組合偏振光輸出，所述組合偏振光輸出包括通過光勻化隧道95的不同波長譜光。通過光勻化隧道95的組合光輸出然后通過第二集光光學(xué)系統(tǒng)220,并且離開合色器模塊12,成為部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出24,如別處所描述。
[0075]在一個方面，輸入光源是非偏振的，而部分準(zhǔn)直的合色光輸出24是偏振的。部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出24可以是包括不止一個波長譜的光的多色組合光。部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出24可以是所接收光中每一者的按時間排序輸出。在一個方面，不同波長譜的光中的每一者對應(yīng)于不同的顏色光(例如，紅光、綠光和藍(lán)光)，并且組合光輸出為白光或按時間排序的紅光、綠光和藍(lán)光。為了在本文進(jìn)行說明，“顏色光”和“波長譜光”均是指具有與人眼可見的特定顏色相關(guān)的波長譜范圍的光。更普遍的術(shù)語“波長譜光”是指可見光和包括紅外光等的其他波長譜光。
[0076]根據(jù)一方面，各個輸入光源均包括一個或多個發(fā)光二極管(LED)。激光器、激光二極管、有機LED(OLED)等各種光源以及超高壓(UHP)鹵素?zé)艋螂療糁惖姆枪虘B(tài)光源可以結(jié)合合適的集光器或反射器來使用。例如，可用于本發(fā)明中的光源、光準(zhǔn)直儀、透鏡、和光積分器在已公布的美國專利申請N0.US 2008/0285129中有更多描述，該專利申請的公開內(nèi)容全文并入到本文中。
[0077]任選的蠅眼組合器陣列42可以包括整體式透鏡陣列，例如別處所描述的任選整體式透鏡蠅眼陣列(FEA)，它可以對部分準(zhǔn)直的合色偏振光輸出280進(jìn)行勻化并提高其均勻度。例如，任選的FEA的代表性布置在以下專利中有所描述:名稱為“FLY EYE INTEGRATORPOLARIZATION CONVERTER (蠅眼積分偏振轉(zhuǎn)換器)”的第61/346183號共同未決的美國專利(代理人案卷號66247US002，于2010年5月19日提交)；名稱為“POLARIZED PROJECTIONILLUMINATOR (偏振投影照明器)”的第61/346190號美國專利(代理人案卷號66249US002，于2010年5月19日提交)；以及名稱為“COMPACT ILLUMINATOR(緊湊型照明器)”的第61/346193號美國專利(代理人案卷號66360US002，于2010年5月19日提交)。在一些情況下，積分隧道即積分柱(例如，光勻化隧道95)或是FEA(例如，蠅眼組合器陣列42)可以用于勻化，但這兩種方法一般不被一起使用。
[0078]在一個方面，圖像生成器模塊60包括偏振分束器(PBS) 66、代表性成像光學(xué)器件62、64以及空間光調(diào)制器68,它們相互配合以將勻化偏振光45轉(zhuǎn)換為成像光65。例如,合適的空間光調(diào)制器(即，圖像生成器)先前已在第7，362，507號美國專利(Duncan等人)，第7，529，029號美國專利(Duncan等人);第2008-0285129-A1號美國專利公開(Magarill等人)；以及第W02007/016015號PCT專利公開(Duncan等人)中有所描述。在一個具體實施例中，勻化偏振光45是源自任選FEA的每個透鏡的發(fā)散光。穿過成像光學(xué)器件62、64以及PBS 66之后，勻化偏振光45變?yōu)榫鶆蛘丈淇臻g光調(diào)制器68的成像光61。在一個具體實施例中，來自任選FEA中每個透鏡的每一發(fā)散光線束對空間光調(diào)制器68的絕大部分進(jìn)行照明，使得各個發(fā)散的光線束彼此重疊。
[0079]在一個方面，投影模塊70包括可用于將成像光65投影而成為投影光79的代表性投影光學(xué)系統(tǒng)72、74、76。合適的投影光學(xué)系統(tǒng)72、74、76先前已有所描述，并且為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。
[0080]以下為本發(fā)明各個實施例的列表。
[0081]項I為一種偏振轉(zhuǎn)換器,其包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向，將非偏振光束注入所述光輸入表面；光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對，其中所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向；反射器，其被設(shè)置成可將所述第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面，其中所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。
[0082]項2為權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，還包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。
[0083]項3為權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
[0084]項4為項I至項3所述的偏振轉(zhuǎn)換器,其中所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括光準(zhǔn)直光學(xué)器件。
[0085]項5為項I至項4所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述光準(zhǔn)直光學(xué)器件包括單透鏡設(shè)計、雙透鏡設(shè)計、衍射光學(xué)元件，或者它們的組合。
[0086]項6為項I至項5所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述非偏振光束、所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束各自包括光束發(fā)散角。
[0087]項7為項I至項6所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括:第一透鏡，其具有與所述光輸入表面相對的第一凸形表面；以及第二透鏡，其具有面向所述第一凸形表面的第二表面以及與所述第二表面相對的第三凸形表面。
[0088]項8為項I至項7所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述光學(xué)裝置包括沃拉斯頓棱鏡、塞拿蒙棱鏡、尼科耳棱鏡、羅歇棱鏡、諾馬斯基棱鏡、格蘭-湯普森棱鏡、格蘭-傅科棱鏡，或者它們的組合。
[0089]項9為項I至項8所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述反射器包括寬帶反射鏡。
[0090]項10為項2所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述組合偏振輸出光透射到第二集光光學(xué)系統(tǒng)，所述第二集光光學(xué)系統(tǒng)將所述組合偏振輸出光擴展成具有小發(fā)散角的擴展偏振光束。
[0091]項11為項10所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述第二集光光學(xué)系統(tǒng)包括:以所述光軸為中心軸線的第三透鏡，其具有第四凸形表面以及與所述第四凸形表面相對的第二光輸入表面，能夠?qū)㈦x開所述光輸入表面的光透射到所述第二光輸入表面；以及以所述光軸為中心軸線的第四透鏡，所述第四透鏡具有面向所述第四凸形表面的第五表面以及與所述第五表面相對的第六凸形表面，其中進(jìn)入所述第二光輸入表面的光作為擴展偏振光束離開所述第六凸形表面。
[0092]項12為項10或項11所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述小發(fā)散角包括小于約15度的角。
[0093]項13為一種偏振轉(zhuǎn)換合色器，其包括項I至項12所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述非偏振光源包括能夠發(fā)出第一顏色光的第一顏色光源以及能夠發(fā)出第二顏色光的第二顏色光源，各光源偏離于所述光軸，并且所述反射器包括分色板。
[0094]項14為項13所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述分色板包括:能夠反射所述第一顏色光并且透射其他顏色光的第一二向色反射器；以及能夠反射所述第二顏色光的第二反射器，其中所述第一二向色反射器和所述第二反射器各自傾斜，使得所述第一顏色光和所述第二顏色光均被反射而沿著所述光軸穿過所述光輸入表面，作為合色光束離開。
[0095]項15為項13或項14所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第二反射器包括寬帶反射鏡。
[0096]項16為項13或項14所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第二反射器包括能夠反射所述第二顏色光并且透射其他顏色光的第二二向色反射器。
[0097]項17為項13至項16所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，還包括第三顏色光源，所述第三顏色光源偏離于所述光軸，并且被設(shè)置成可將第三顏色光注入所述光輸入表面，其中所述分色板還包括第三反射器，所述第三反射器能夠反射所述第三顏色光以使之沿著所述光軸穿過所述光輸入表面而離開。
[0098]項18為項17所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第三反射器包括寬帶反射鏡。
[0099]項19為項17所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第三反射器包括能夠反射所述第三顏色光并且透射其他顏色光的第三二向色反射器。
[0100]項20為一種圖像投影儀，其包括:項2至項12所述的偏振轉(zhuǎn)換器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予所述組合偏振輸出光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。
[0101]項21為一種圖像投影儀，其包括:項17至項19所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予偏振的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。
[0102]項22為項20或項21所述的圖像投影儀，其中所述空間光調(diào)制器包括硅基液晶(LCoS)成像器或透射型液晶顯示器(IXD)。
[0103]除非另外指明，否則在說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征的尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由術(shù)語“約”來修飾。因此，除非有相反的指示，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求中提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，這些近似值可以根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。
[0104]本文中所引用的所有參考文獻(xiàn)和出版物均明確地以全文引用方式并入本發(fā)明中，但可能會與本發(fā)明直接沖突的部分除外。盡管本文中示出和描述了特定實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，大量的替代形式和/或同等實施方式可以替代所示和所述的特定實施例。本專利申請旨在覆蓋本文討論的特定實施例的任何改動或變型。因此，本發(fā)明應(yīng)該僅僅由權(quán)利要求及其等同形式進(jìn)行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種偏振轉(zhuǎn)換器,其包括:第一集光光學(xué)系統(tǒng)，其具有光輸入表面以及光軸；非偏振光源，其能夠沿著平行于所述光軸的第一傳播方向?qū)⒎瞧窆馐⑷胨龉廨斎氡砻?；光學(xué)裝置，其包括雙折射棱鏡，所述光學(xué)裝置被設(shè)置成面向所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)并且與所述光輸入表面相對，其中所述光學(xué)裝置能夠?qū)⑺龇瞧窆馐蛛x成具有正交偏振態(tài)的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏離所述第一傳播方向；以及反射器，其被設(shè)置成可將所述第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿過所述光學(xué)裝置和所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)而朝向所述光輸入表面，其中所述第一偏振光束在偏離于所述非偏振光源的第一位置穿過所述光輸入表面，而所述第二偏振光束在偏離于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿過所述光輸入表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，還包括半波延遲器，所述半波延遲器被設(shè)置成鄰近所述光輸入表面，能夠?qū)⑺龅谝黄窆馐牡谝黄駪B(tài)轉(zhuǎn)換成第二偏振態(tài)，使得組合偏振輸出光在所述第二偏振態(tài)下偏振。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，還包括被設(shè)置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光學(xué)積分器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括光準(zhǔn)直光學(xué)器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述光準(zhǔn)直光學(xué)器件包括單透鏡設(shè)計、雙透鏡設(shè)計、衍射光學(xué)元件，或者它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述非偏振光束、所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束各自包括光束發(fā)散角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述第一集光光學(xué)系統(tǒng)包括:第一透鏡，其具有與所述光輸入表面相對的第一凸形表面；以及第二透鏡，其具有面向所述第一凸形表面的第二表面以及與所述第二表面相對的第三凸形表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述光學(xué)裝置包括沃拉斯頓棱鏡、塞拿蒙棱鏡、尼科耳棱鏡、羅歇棱鏡、諾馬斯基棱鏡、格蘭-湯普森棱鏡、格蘭-傅科棱鏡，或者它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述反射器包括寬帶反射鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述組合偏振輸出光透射到第二集光光學(xué)系統(tǒng)，所述第二集光光學(xué)系統(tǒng)將所述組合偏振輸出光擴展成具有小發(fā)散角的擴展偏振光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述第二集光光學(xué)系統(tǒng)包括:以所述光軸為中心軸線的第三透鏡，其具有第四凸形表面以及與所述第四凸形表面相對的第二光輸入表面，能夠?qū)㈦x開所述光輸入表面的光透射到所述第二光輸入表面；以及以所述光軸為中心軸線的第四透鏡，所述第四透鏡具有面向所述第四凸形表面的第五表面以及與所述第五表面相對的第六凸形表面，其中進(jìn)入所述第二光輸入表面的光作為所述擴展偏振光束離開所述第六凸形表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述小發(fā)散角包括小于約15度的角。
13.一種偏振轉(zhuǎn)換合色器，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中所述非偏振光源包括能夠發(fā)出第一顏色光的第一顏色光源以及能夠發(fā)出第二顏色光的第二顏色光源，各光源偏離于所述光軸，并且所述反射器包括分色板。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述分色板包括:能夠反射所述第一顏色光并且透射其他顏色光的第一二向色反射器；以及能夠反射所述第二顏色光的第二反射器，其中所述第一二向色反射器和所述第二反射器各自傾斜，使得所述第一顏色光和所述第二顏色光均被反射而沿著所述光軸穿過所述光輸入表面，作為合色光束離開。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第二反射器包括寬帶反射鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第二反射器包括能夠反射所述第二顏色光并且透射其他顏色光的第二二向色反射器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，還包括第三顏色光源，所述第三顏色光源偏離于所述光軸，并且被設(shè)置成可將第三顏色光注入所述光輸入表面，其中所述分色板還包括第三反射器，所述第三反射器能夠反射所述第三顏色光以使之沿著所述光軸穿過所述光輸入表面而離開 。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第三反射器包括寬帶反射鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器，其中所述第三反射器包括能夠反射所述第三顏色光并且透射其他顏色光的第三二向色反射器。
20.一種圖像投影儀，其包括:根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振轉(zhuǎn)換器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予所述組合偏振輸出光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。
21.—種圖像投影儀，其包括:根據(jù)權(quán)利要求17所述的偏振轉(zhuǎn)換合色器；空間光調(diào)制器，其被設(shè)置成可將圖像賦予偏振的第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光；以及投影光學(xué)系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的圖像投影儀，其中所述空間光調(diào)制器包括硅基液晶(LCoS)成像器或透射型液晶顯示器(I⑶)。
【文檔編號】G03B21/14GK103460089SQ201180063694
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月29日
【發(fā)明者】A·J·烏德柯克 申請人:3M創(chuàng)新有限公司