蠅眼積分器偏振轉換器制造技術

本發明專利技術整體上涉及一種光學元件、包括所述光學元件的光投影儀以及包括所述光學元件的圖像投影儀。具體地講，所述光學元件通過用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來提高光的均勻度。第一FEA被設置為在非偏振組合光被轉換為單一偏振態之前攔截并會聚所述光，第二FEA被設置為攔截并發散具有單一偏振態的會聚光。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】蠅眼積分器偏振轉換器相關專利串請本專利申請涉及以引用方式并入的下述美國專利申請“CompactOpticalIntegrator”，美國序列號為61/292574 (代理人案卷號65902US002)，提交于2010年I月6日;以及“Compact Illuminator”(代理人案卷號66360US002)和“Polarized ProjectionIlluminator”(代理人案卷號66249US002)，其均與本文同一日提交。
技術介紹
用于將圖像投影到屏幕上的投影系統可使用多色光源，例如發光二極管(LED)，其具有不同顏色以生成照明光。在LED和圖像顯示單元之間設置若干光學元件，用于將來自LED的光混合并轉移到圖像顯示單元。圖像顯示單元可以使用多種方法來將圖像施加到光上。例如，如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。 用于將圖像投影在屏幕上的其它投影系統可以使用被構造用于從數字微反射鏡(DMM)陣列中進行影像反射的白光，該數字微反射鏡陣列例如為用于德州儀器(TexasInstruments)的數字光處理器(DLP’顯示器中的陣列。在DLP￥顯示器中，數字微鏡陣列內的各反射鏡表示投影圖像的各像素。當對應的反射鏡傾斜以使得入射光導向到投影的光路時，顯示像素被照明。安置在光路內部的旋轉色輪被定時為對來自數字微鏡陣列的光進行反射，從而使得反射的白光經過濾來投影與像素對應的顏色。數字微反射鏡陣列然后切換到下一個需要的像素顏色，并且這個過程以非常迅速的速度繼續進行，從而使得整個投影的顯示內容看起來被持續照亮。數字微鏡投影系統需要較少的像素化陣列部件，這可形成較小尺寸的投影儀。圖像亮度是投影系統的重要參數。彩色光源的亮度以及將集光、組合光、均質化光及將光遞送到圖像顯示單元的效率均會影響亮度。由于現代投影儀系統的尺寸減小，因此在將彩色光源產生的熱保持在低水平(可以在小型投影儀系統中消散)的同時需要保持足夠的輸出亮度水平。需要以更高效率組合多個彩色光的光組合系統，以提供具有足夠亮度水平的輸出光，而不會使光源的功耗過大。此類電子投影儀通常包括用于光學均化光束以提高投影于屏幕上的光的亮度和色均勻度的器件。兩種常用的器件為積分隧道和蠅眼勻化器。蠅眼勻化器可非常緊湊，并且為此成為常用器件。積分隧道可在均化上效率更高，但中空通道總體上需要通常為高度或寬度(取較大者)的5倍的長度。實心通道通常由于折射效應(effects of refraction)而比中空隧道長。微型投影儀(Pico and pocket projectors)對光積分器或勻化器的可用空間有限。然而，來自這些投影儀(諸如合色器和偏振轉換器)中使用的光學器件的有效和均勻光輸出可能需要緊湊和有效的積分器。
技術實現思路
本專利技術通常涉及一種光學元件、包括該光學元件的光投影儀以及包括該光學元件的圖像投影儀。具體地講，所述光學元件通過用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來提高光均勻度。在一個方面，本專利技術提供一種光學元件，其包括具有第一多個透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收非偏振光并輸出會聚非偏振光。光學元件還包括偏振轉換器，其被設置為接收所述會聚非偏振光并輸出會聚偏振光。光學元件還包括具有第二多個透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收所述會聚偏振光并輸出發散偏振光。與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過所述偏振轉換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線，并且所述第一偏振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重合，并且所述第二偏振光線與所述第二多個透鏡中的第三透鏡的光軸重合。在另一方面,本專利技術提供一種光投影儀,其包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被設置為輸出來自所述第一非偏振光源和所述第二非偏振光源的組合非偏振光的合色器、以及光學元件。所述光學元件包括具有第一多個透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收所述組合非偏振光并輸出會聚非偏振光；偏振轉換器，其被設置為接收所述會聚非偏振光并輸出會聚偏振光；具有第二多個透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收所述會聚偏振光并輸出發散偏振光。與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過所述偏振轉換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線，并且所述第一偏 振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重合，并且所述第二偏振光線與所述第二多個透鏡中的第三透鏡的光軸重合。在另一方面，本專利技術提供一種圖像投影儀，其包括包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被設置為輸出來自所述第一非偏振光源和所述第二非偏振光源的組合非偏振光的合色器、光學元件、被設置為將圖像賦予所述發散偏振光的空間光調制器、以及投影光學器件。所述光學元件包括具有第一多個透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收所述組合非偏振光并輸出會聚非偏振光；偏振轉換器，其被設置為接收所述會聚非偏振光并輸出會聚偏振光；具有第二多個透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設置為接收所述會聚偏振光并輸出發散偏振光。與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過所述偏振轉換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線，并且所述第一偏振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重合，并且所述第二偏振光線與所述第二多個透鏡中的第三透鏡的光軸重合。上述
技術實現思路
并非意圖描述本專利技術的每個公開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。附圖說明整個說明書中都參考了附圖，在附圖中，類似的附圖標號表示類似的元件，并且其中圖I示出圖像投影儀的示意圖；圖2示出光學元件的橫截面示意圖；圖3示出光學元件的橫截面示意圖；圖4示出光學元件的橫截面示意圖；和圖5示出偏振轉換器的橫截面示意圖。附圖未必按比例繪制。附圖中所使用的類似標號是指類似部件。然而，應當理解，使用標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號標記的部件。具體實施例方式本專利技術整體涉及圖像投影儀，具體地講，涉及通過用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來提高光均勻度的圖像投影儀。在一個具體實施例中，用于圖像投影儀的照明器包括光源，其中發射的非偏振光被引導到透鏡陣列中，所述透鏡陣列將所述光聚焦。所述光可在至少一個軸線上聚焦，來自小透鏡陣列的會聚光束被傳輸到偏振轉換器中。偏振轉換器將光分離到兩個路徑中，每一路徑一種偏振態。兩個偏振態中每一個的路徑長度近似相等，會聚光束到達靠近第二透鏡陣列的焦點。第二透鏡陣列可使得光束發散，然后光束被引導以(例如)利用賦予光束圖像的空間光調制器以及在屏幕上顯示圖像的投影光學器件來進一步處理。在一些情況下，光學投影儀使用非偏振光源(例如，發光二極管(LED)或放電燈)、偏振選擇元件、第一偏振空間調制器和第二偏振選擇元件。由于第一偏振選擇元件阻隔從非偏振光源發射的50%的光，偏振選擇型投影儀的效率常常會低于非偏振裝置。增大偏振選擇型投影儀的效率的一種技術是在光源和第一偏振選擇元件之間增·加偏振轉換器。通常有兩種方式來設計本領域中所用的偏振轉換器。第一種方式是將從光源發射的光部分準直，使部分準直的光束穿過透鏡陣列，并將偏振轉換器陣列定位于每一焦點處。偏振轉換器通常具有偏振分束器，其具有偏振選擇型傾斜膜(例如，麥克尼爾偏振本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德魯·J·烏德科克，贠智省，程曉輝，陳金良，
申請(專利權)人：三M創新有限公司，
類型：
國別省市：