偏振投影照明器制造技術

本發明專利技術整體涉及一種光學元件、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。FEA被設置為在非偏振輸入光被轉換為單一偏振態之后勻化偏振組合光。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】偏振投影照明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”(緊湊光學積分器)，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“Compactllluminator”(緊湊照明器)(代理人案卷號66360US002)和“Fly EyeIntegrator Polarization Converter”(妮眼積分器偏振轉換器)(代理人案卷號66247US002)，均與本文提交于同一天。
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1^,&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射與像素對應的顏色。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 ofrefraction)而比中空隧道長。微型投影儀(Pico and pocket projector)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
本專利技術整體涉及一種光學元件、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兀件，其包括偏振轉換器，所述偏振轉換器被設置為接收非偏振光并輸出偏振光。光學元件還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。所述第一小透鏡陣列和所述第二小透鏡陣列為整體陣列，并且與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的偏振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重合。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。所述光學元件包括偏振轉換器，其被設置為接收所述組合非偏振光并輸出偏振光；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。所述第一小透鏡陣列和所述第二小透鏡陣列為整體陣列，并且 與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的偏振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重合。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。所述光學元件包括偏振轉換器，其被設置為接收所述組合非偏振光并輸出偏振光；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。所述第一小透鏡陣列和所述第二小透鏡陣列為整體陣列，并且與所述第一多個透鏡中的第一透鏡的光軸重合的偏振光線與所述第二多個透鏡中的第二透鏡的光軸重入口 O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；和圖4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，緊湊偏振照明系統包括偏振轉換系統(PCS)和模制的整體蠅眼陣列(FEA)積分器。偏振轉換器與低雙折射整體FEA的組合可在緊湊系統中同時獲得高效率和良好的均勻度。FEA積分器包括模制于兩個相對表面上的凸透鏡陣列，從而使得進入PCS的約85%以上的非偏振光以單一偏振從FEA出射。基于LCoS的便攜式投影系統由于低成本和高分辨率LCoS面板的出現而變得普遍。LED照明的LCoS投影儀中的元件列表可包括LED光源、可選的合色器、可選的預偏振系統、中繼光學器件、PBS、LCoS面板和投影透鏡單元。對于基于LCoS的投影系統，投影儀的效率和對比度與進入PBS的光的偏振程度直接關聯。至少出于這一原因，常常需要利用反射/循環光學器件或偏振轉換光學兀件的預偏振系統。利用偏振分束器和半波延遲器的偏振轉換方案是向PBS中提供偏振光的最有效方式之一。偏振轉換光的一個難題在于，其可能遭受空間不均勻，從而導致顯示的圖像中的 偽影。因此，在具有偏振轉換器的系統中，勻化系統是可取的。傳統投影系統中常見的是使用由一對薄玻璃微型小透鏡陣列板組成的FEA來勻化光，所述板通過空氣間隙分離開。在手持投影儀中，這樣的成對FEA系統的缺點通常在于其厚度較大，并且對齊公差更富挑戰性。最近，針對非常緊湊的投影系統已采用單元件整體模制的塑料或玻璃FEA單元。然而，這樣模制的整體單元通常具有50nm或更大的最大雙折射，并且延遲量和光本文檔來自技高網...

【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：菲利普·E·沃森，贠智省，安德魯·J·烏德科克，程曉輝，陳金良，安德魯·T·蒂奧，
申請(專利權)人：三M創新有限公司，
類型：
國別省市：