偏振投影照明器制造技术

本发明专利技术整体涉及一种光学元件、包括该光学元件的光投影仪以及包括该光学元件的图像投影仪。具体地讲，所述光学元件通过用小透镜阵列，例如“蝇眼阵列”(FEA)匀化光来提高光均匀度。FEA被设置为在非偏振输入光被转换为单一偏振态之后匀化偏振组合光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】偏振投影照明器相关专利串请本专利申请涉及以引用方式并入的下述美国专利申请“CompactOpticalIntegrator”(紧凑光学积分器)，美国序列号为61/292574 (代理人案卷号65902US002)，提交于2010年I月6日；以及“Compactllluminator”(紧凑照明器)(代理人案卷号66360US002)和“Fly EyeIntegrator Polarization Converter”(妮眼积分器偏振转换器)(代理人案卷号66247US002)，均与本文提交于同一天。
技术介绍
用于将图像投影到屏幕上的投影系统可使用多色光源，例如发光二极管(LED)，其具有不同颜色以生成照明光。在LED和图像显示单元之间设置若干光学元件，用于将来自 LED的光混合并转移到图像显示单元。图像显示单元可以使用多种方法来将图像施加到光上。例如，如透射型或反射型液晶显示器一样，图像显示单元可以利用偏振。用于将图像投影在屏幕上的其它投影系统可以使用被构造用于从数字微反射镜(DMM)阵列中进行影像反射的白光，该数字微反射镜阵列例如为用于德州仪器(TexasInstruments)的数字光处理器(DLP,显示器中的阵列。在1^,&显示器中，数字微镜阵列内的各反射镜表示投影图像的各像素。当对应的反射镜倾斜以使得入射光导向到投影的光路时，显示像素被照明。安置在光路内部的旋转色轮被定时为对来自数字微镜阵列的光进行反射，从而使得反射的白光经过滤来投射与像素对应的颜色。数字微反射镜阵列然后切换到下一个需要的像素颜色，并且这个过程以非常迅速的速度继续进行，从而使得整个投影的显示内容看起来被持续照亮。数字微镜投影系统需要较少的像素化阵列部件，这可形成较小尺寸的投影仪。图像亮度是投影系统的重要参数。彩色光源的亮度以及将集光、组合光、均质化光及将光递送到图像显示单元的效率均会影响亮度。由于现代投影仪系统的尺寸减小，因此在将彩色光源产生的热保持在低水平(可以在小型投影仪系统中消散)的同时需要保持足够的输出亮度水平。需要以更高效率组合多个彩色光的光组合系统，以提供具有足够亮度水平的输出光，而不会使光源的功耗过大。此类电子投影仪通常包括用于光学均化光束以提高投影于屏幕上的光的亮度和色均匀度的器件。两种常用的器件为积分隧道和蝇眼匀化器。蝇眼匀化器可非常紧凑，并且为此成为常用器件。积分隧道可在均化上效率更高，但中空通道总体上需要通常为高度或宽度(取较大者)的5倍的长度。实心通道通常由于折射效应(effects ofrefraction)而比中空隧道长。微型投影仪(Pico and pocket projector)对光积分器或勻化器的可用空间有限。然而，来自这些投影仪(诸如合色器和偏振转换器)中使用的光学器件的有效和均匀光输出可能需要紧凑和有效的积分器
技术实现思路
本专利技术整体涉及一种光学元件、包括该光学元件的光投影仪以及包括该光学元件的图像投影仪。具体地讲，所述光学元件通过用小透镜阵列，例如“蝇眼阵列”(FEA)匀化光来提高光均勻度。在一个方面，本专利技术提供一种光学兀件，其包括偏振转换器，所述偏振转换器被设置为接收非偏振光并输出偏振光。光学元件还包括具有第一多个透镜的第一小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述偏振光并输出会聚偏振光。光学元件还包括具有第二多个透镜的第二小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述会聚偏振光并输出发散偏振光。所述第一小透镜阵列和所述第二小透镜阵列为整体阵列，并且与所述第一多个透镜中的第一透镜的光轴重合的偏振光线与所述第二多个透镜中的第二透镜的光轴重合。在另一方面,本专利技术提供一种光投影仪,其包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被设置为输出来自所述第一非偏振光源和所述第二非偏振光源的组合非偏振光的合色器、以及光学元件。所述光学元件包括偏振转换器，其被设置为接收所述组合非偏振光并输出偏振光；具有第一多个透镜的第一小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述偏振光并输出会聚偏振光；具有第二多个透镜的第二小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述会聚偏振光并输出发散偏振光。所述第一小透镜阵列和所述第二小透镜阵列为整体阵列，并且 与所述第一多个透镜中的第一透镜的光轴重合的偏振光线与所述第二多个透镜中的第二透镜的光轴重合。在另一方面，本专利技术提供一种图像投影仪，其包括包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被设置为输出来自所述第一非偏振光源和所述第二非偏振光源的组合非偏振光的合色器、光学元件、被设置为将图像赋予所述发散偏振光的空间光调制器、以及投影光学器件。所述光学元件包括偏振转换器，其被设置为接收所述组合非偏振光并输出偏振光；具有第一多个透镜的第一小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述偏振光并输出会聚偏振光；具有第二多个透镜的第二小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述会聚偏振光并输出发散偏振光。所述第一小透镜阵列和所述第二小透镜阵列为整体阵列，并且与所述第一多个透镜中的第一透镜的光轴重合的偏振光线与所述第二多个透镜中的第二透镜的光轴重入口 O上述
技术实现思路
并非意图描述本专利技术的每个公开实施例或每种实施方案。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明了示例性实施例。附图说明整个说明书中都参考了附图，在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，并且其中图I示出图像投影仪的示意图；图2示出光学元件的横截面示意图；图3示出光学元件的横截面示意图；和图4示出偏振转换器的横截面示意图。附图未必按比例绘制。附图中所使用的类似标号是指类似部件。然而，应当理解，使用标号来指代给定附图中的部件并非意图限制另一附图中使用相同标号标记的部件。具体实施方式本专利技术整体涉及图像投影仪，具体地讲，涉及通过用小透镜阵列，例如“蝇眼阵列”(FEA)匀化光来提高光均匀度的图像投影仪。在一个具体实施例中，紧凑偏振照明系统包括偏振转换系统(PCS)和模制的整体蝇眼阵列(FEA)积分器。偏振转换器与低双折射整体FEA的组合可在紧凑系统中同时获得高效率和良好的均匀度。FEA积分器包括模制于两个相对表面上的凸透镜阵列，从而使得进入PCS的约85%以上的非偏振光以单一偏振从FEA出射。基于LCoS的便携式投影系统由于低成本和高分辨率LCoS面板的出现而变得普遍。LED照明的LCoS投影仪中的元件列表可包括LED光源、可选的合色器、可选的预偏振系统、中继光学器件、PBS、LCoS面板和投影透镜单元。对于基于LCoS的投影系统，投影仪的效率和对比度与进入PBS的光的偏振程度直接关联。至少出于这一原因，常常需要利用反射/循环光学器件或偏振转换光学兀件的预偏振系统。利用偏振分束器和半波延迟器的偏振转换方案是向PBS中提供偏振光的最有效方式之一。偏振转换光的一个难题在于，其可能遭受空间不均匀，从而导致显示的图像中的 伪影。因此，在具有偏振转换器的系统中，匀化系统是可取的。传统投影系统中常见的是使用由一对薄玻璃微型小透镜阵列板组成的FEA来匀化光，所述板通过空气间隙分离开。在手持投影仪中，这样的成对FEA系统的缺点通常在于其厚度较大，并且对齐公差更富挑战性。最近，针对非常紧凑的投影系统已采用单元件整体模制的塑料或玻璃FEA单元。然而，这样模制的整体单元通常具有50nm或更大的最大双折射，并且延迟量和光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·E·沃森，贠智省，安德鲁·J·乌德科克，程晓辉，陈金良，安德鲁·T·蒂奥，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：