用于硅基液晶投影显示器LCOS的空间交错的偏振转换器制造技术

影像投影机包括具有输入和输出微透镜阵列的空间交错的偏振转换器，和可在其上透射光线成为转换的线性偏振光线。影像投影机还包括透镜单元和具有像素阵列且能反射该转换光的投影机组件。该输出微透镜阵列，透镜单元和投影机组件形成影像系统，其将该输入透镜阵列映像至像素阵列的顶部表面。一种用于转换光成为具有单一共同的偏振状态的输出光束的方法，包括透射该光束成为多个每个都具有s偏振分量和p偏振分量的微光子束，分离每个微光子束成为透射的p偏振微光子束和反射的s偏振微光子束，转换每个p偏振微光子束为第一s偏振输出微光子束，并在空间上交错该s偏振微光子束与该第一s偏振输出微光子束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与硅基液晶投影显示器(LCOS)有关，且具体地说，用于LCOS显示器的偏振转换器。
技术介绍
LCOS显示器是用于消费性电子产品，如手持式投影机和近眼显示器，并且还具有在光通讯技术上的应用。LCOS显示器包括反射由照明器所发射的宽带可见光所产生的光源照明入射其上的一个LCOS面板。在一个包括LCOS面板的手持式投影机，由LCOS面板反射的光线是透射通过投影机组件和被投射到一个表面上。这样的电池供电的LCOS为基础的组件的效用部分取决于它们的小尺寸和光源照明的有效利用。
技术实现思路
本文所揭露的空间交错的偏振转换器可使电池供电的LCOS组件能够有效地利用光源的照度，同时保持小尺寸。空间交错的偏振转换器具有光学组件，包括一个输入微透镜阵列、第一双通四分之一波延迟器、第二双通四分之一波延迟器、偏振光束分离器(PBS)以及波延迟器阵列。该输入微透镜阵列具有相应的透镜光轴平行的多个输入微透镜。该半波延迟器阵列有具有平行于透镜光轴的平行的各个波延迟器光轴的不连续的多个半波延迟器；该偏振光束分离器PBS具有位于(a)该输入微透镜阵列和波延迟器阵列之间和(b)该第一双通四分之一波延迟器和第二双通四分之一波延迟器之间的平面分束器；该光学组件被配置为将输入光束转换成具有多个第一s偏振微光子束与多个第二s偏振微光子束交错的输出光束。在一个实施例中，影像投影机包括具有包含输入微透镜阵列和输出微透镜阵列的光学组件的空间交错的偏振转换器。该影像投影机是可在其上透射入射光成为具有共同偏振态的转换光。该影像投影机还包括透镜单元和具有像素阵列且能反射该转换光的投影机组件。该输出微透镜阵列，该透镜单元和该投影机组件形成成像系统，其映像该输入微透镜阵列到像素阵列的顶部表面。在一个实施例中，一种用于将具有多个线性偏振状态的输入光束转换成具有单一的共同极化状态的输出光束的方法。该方法包括透射该多个输入光束，每个具有s偏振分量和p
偏振分量，分离每个微光子束成为透射的p偏振微光子束和反射的s偏振微光子束，转换每个p偏振的微光子束为第一s偏振输出微光子束，并在空间上交错该反射的s偏振微光子束与第一s偏振输出微光子束，导致输出光束。附图说明图1在一个实施例中说明了在手持影像投影机内用于照明器其照射偏振转换器和投影机组件的一个示范性的使用情境。图2在一个实施例中是图1的LCOS显示器的照明器和投影机组件的详细视图。图3在一个实施例中包括在影像投影机内运作的空间交错的偏振转换器的第一说明性的例子。图4说明图3的偏振转换器的放大视图。图5在一个实施例中包括在影像投影机内运作的空间交错的偏振转换器的第二说明性的例子。图6说明图5的偏振转换器的放大视图。图7在一个实施例中是一个流程图来说明用于转换输入光束成为具有单一的共同极化状态的输出光束的方法。图8在一个实施例中是示范性的空间交错的偏振转换器的剖视图。图9在一个实施例中是与图8的偏振转换器的微透镜的表面有相同的形状的凸透镜表面的剖视图。图10在一个实施例中是与图8的偏振转换器的凹面反射镜的表面具有相同形状的凸透镜表面的剖视图。图11在一个实施例中是图8的空间交错的偏振转换器的输入微透镜阵列的平面图。图12在一个实施例中是图8的空间交错的偏振转换器的输出微透镜阵列的平面图。图13是通过图8的空间交错的偏振转换器的示例性光线轨迹。图14是以反射平面镜取代选择性的凹面反射镜通过图8的空间交错的偏振转换器的示例性光线轨迹。具体实施方式图1表示投射影像160到屏幕150上的手持式影像投影机140内的偏振转换器100的一个示例性使用。照明器110产生由偏振转换器100透射和由投影机组件141投射的光线。偏振转换器100可以替代地被运用在不同的显示设备，例如在透视型头戴式显示器系统中。图2是偏振转换器100，照明器110和投影机组件141的详图。在图2中，S偏振和p偏振参
考电场分量分别垂直于该图平面，和平行于该图平面。投影机组件141包括LCOS面板252、偏振光束分离器(PBS)立方体254以及投影透镜256。影像投影机140还可以包括在偏振转换器100和投射器组件141之间的聚光透镜274。照明器110包括色彩合并器立方体211、蓝色LED 204、绿色LED 205和红色LED 206。蓝色LED 204，绿色LED 205和红色LED 206分别发射光源的照明214、215和216其是分别被每个相应的透镜202平行校准。合并器立方体211反射照明214s和216s，它们是分别为照明214和照明216的s偏振分量。合并器立方体211透射照明215p，它是照明215的p偏振分量。合并器立方体211结合照明214s、215p和216s以形成白光输出光束290，其可包括的s偏振分量290s及p偏振分量290p中的至少一个。色彩合并器立方体211是例如本领域已知的如“X-立方体”或交叉二向分色棱镜，商用上可购自日东光学工业株式会社(Nitto Optical Co.Ltd.)。是可使用不同的色彩合并器立方体而不脱离本专利技术的范围。输出光束290是入射到位于照明器110和投影机组件141之间的转换器100。偏振转换器100透射输出光束290成为转换的光束293s，其包括两个s偏振光束291s和292s。转换光束293s通过聚光透镜274传播，和入射在偏振光束分离器立方体254上，它只反射了s偏振光到LCOS面板252。偏振光束分离器立方体254反射转换光293s至LCOS面板252，其空间调变和反射转换光293s成为p偏振输出照明299，其是通过偏振光束分离器立方体254透射和由投影镜头256投射。偏振转换器100能够有效地利用输出光束290，如没有偏振转换器100，p偏振分量290p不会到达LCOS面板252(如同偏振光束分离器立方体254仅反射s偏振光)，且不是输出照明299的一部分。现有技术的偏振转换器的一个问题是s偏振光束291s和292s是空间分离的，如由一个距离225说明，这导致转换光束293s比入射光束290更宽。该增加的光束宽度增大投影器组件141的最小尺寸，以容纳该加宽的光束。图3包括在影像投影机340内的空间交错的偏振转换器300运作的说明性范例。图4示出空间交错的偏振转换器300的放大图。影像投影机340和空间交错的偏振转换器300分别是影像投影机140和偏振转换器100的实施例。影像投影机340可以包括一个透镜单元374，其可以类似于聚光透镜274，并且可以包括一个或多个透镜。在下面的描述中，图3和4最好一起观看。空间上交错的偏振转换器300包括偏振光束分离器立方体330、输入微透镜阵列321、输出微透镜阵列327、四分之一波延迟器323和325、反射镜阵列324和326以及半波延迟器阵列328。偏振光束分离器立方体330可以由其间带有一个分束器组件322的两个棱镜形成。分束器组件322例如是薄膜涂层。四分之一波延迟器323和反射镜阵列324可以形成一个双通四分之一波延迟器347。四分之一波延迟器325和反射镜阵列326可以形成一个双通四分之一波延
迟器351。可以变化双通四分之一波延迟351的光学组件的顺序而不脱离本专利技术的范围。例如，反射镜阵列32本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间交错的偏振转换器，包含：光学组件，其包括输入微透镜阵列、第一双通四分之一波延迟器、第二双通四分之一波延迟器、偏振光束分离器PBS和波延迟器阵列；所述输入微透镜阵列有具有平行的各个透镜光轴的多个输入微透镜，所述波延迟器阵列有具有平行于所述透镜光轴的平行的各个波延迟器光轴的不连续的多个半波延迟器；所述偏振光束分离器具有平面光束分离组件，其位于(a)所述输入微透镜阵列和所述波延迟器阵列之间以及(b)所述第一双通四分之一波延迟器和所述第二双通四分之一波延迟器之间；所述光学组件被配置为将输入光束转换成具有与多个第二s偏振微光子束交错的多个第一s偏振微光子束的输出光束。

【技术特征摘要】
2015.02.25 US 14/631,5131.一种空间交错的偏振转换器，包含：光学组件，其包括输入微透镜阵列、第一双通四分之一波延迟器、第二双通四分之一波延迟器、偏振光束分离器PBS和波延迟器阵列；所述输入微透镜阵列有具有平行的各个透镜光轴的多个输入微透镜，所述波延迟器阵列有具有平行于所述透镜光轴的平行的各个波延迟器光轴的不连续的多个半波延迟器；所述偏振光束分离器具有平面光束分离组件，其位于(a)所述输入微透镜阵列和所述波延迟器阵列之间以及(b)所述第一双通四分之一波延迟器和所述第二双通四分之一波延迟器之间；所述光学组件被配置为将输入光束转换成具有与多个第二s偏振微光子束交错的多个第一s偏振微光子束的输出光束。2.如权利要求1所述的偏振转换器，将所述输入光束分离的所述平面光束分离组件是所述偏振转换器唯一的分束器组件。3.如权利要求1所述的偏振转换器，还包括位于所述偏振光束分离器和所述波延迟器阵列之间的输出微透镜阵列，所述偏振光束分离器在所述输入微透镜阵列和所述输出微透镜阵列之间。4.如权利要求3所述的偏振转换器，所述输入微透镜阵列和输出微透镜阵列彼此相对且是基本上平行的。5.如权利要求3所述的偏振转换器，所述输出微透镜阵列具有多个输出微透镜，其每一个具有输出微透镜表面；每个输入微透镜具有输入微透镜表面；其中所述输入微透镜表面和所述输出微透镜表面的每一个都具有相同的曲率半径和相同的二次曲线常数。6.如权利要求3所述的偏振转换器，所述偏振光束分离器为偏振光束分离器立方体，所述输入微透镜阵列在所述偏振光束分离器立方体的第一侧，所述输出微透镜阵列在相对所述第一侧的所述偏振光束分离器立方体的第二侧，所述第一双通四分之一波延迟器在所述偏振光束分离器立方体的第三侧，以及所述第二双通四分之一波延迟器在相对所述第三侧的所述偏振光束分离器立方体的第四侧。7.如权利要求1所述的偏振转换器，其中输入微透镜缺乏轴对称。8.如权利要求1所述的偏振转换器，所述平面光束分离组件相对于所述透镜光轴和延迟器光轴被定向在一个角度，所述角度介于40°和50°之间。9.如权利要求1所述的偏振转换器，所述第一和第二双通四分之一波延迟器彼此相对且基本上平行，并且正交于所述输入微透镜阵列。10.如权利要求1所述的偏振转换器，所述第一和第二双通四分之一波延迟器彼此相对且基本上平行，所述偏振光束分离器被安置在其间。11.如权利要求1所述的偏振转换器，所述光学组件被配置和排列成一个角度，所述角度相对于第一s偏振输出微光子束不超过10度，借以集体透射所述多个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘义伟，
申请(专利权)人：全视技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US