專利名稱：蠅眼積分器偏振轉(zhuǎn)換器的制作方法
蠅眼積分器偏振轉(zhuǎn)換器相關(guān)專利串請(qǐng)本專利申請(qǐng)涉及以引用方式并入的下述美國(guó)專利申請(qǐng)“CompactOpticalIntegrator”，美國(guó)序列號(hào)為61/292574 (代理人案卷號(hào)65902US002)，提交于2010年I月6日;以及“Compact Illuminator”(代理人案卷號(hào)66360US002)和“Polarized ProjectionIlluminator”(代理人案卷號(hào)66249US002)，其均與本文同一日提交。
背景技術(shù)：
用于將圖像投影到屏幕上的投影系統(tǒng)可使用多色光源，例如發(fā)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(shè)置若干光學(xué)元件，用于將來(lái)自LED的光混合并轉(zhuǎn)移到圖像顯示單元。圖像顯示單元可以使用多種方法來(lái)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(tǒng)可以使用被構(gòu)造用于從數(shù)字微反射鏡(DMM)陣列中進(jìn)行影像反射的白光，該數(shù)字微反射鏡陣列例如為用于德州儀器(TexasInstruments)的數(shù)字光處理器(DLP’顯示器中的陣列。在DLP￥顯示器中，數(shù)字微鏡陣列內(nèi)的各反射鏡表示投影圖像的各像素。當(dāng)對(duì)應(yīng)的反射鏡傾斜以使得入射光導(dǎo)向到投影的光路時(shí)，顯示像素被照明。安置在光路內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)色輪被定時(shí)為對(duì)來(lái)自數(shù)字微鏡陣列的光進(jìn)行反射，從而使得反射的白光經(jīng)過(guò)濾來(lái)投影與像素對(duì)應(yīng)的顏色。數(shù)字微反射鏡陣列然后切換到下一個(gè)需要的像素顏色，并且這個(gè)過(guò)程以非常迅速的速度繼續(xù)進(jìn)行，從而使得整個(gè)投影的顯示內(nèi)容看起來(lái)被持續(xù)照亮。數(shù)字微鏡投影系統(tǒng)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(tǒng)的重要參數(shù)。彩色光源的亮度以及將集光、組合光、均質(zhì)化光及將光遞送到圖像顯示單元的效率均會(huì)影響亮度。由于現(xiàn)代投影儀系統(tǒng)的尺寸減小，因此在將彩色光源產(chǎn)生的熱保持在低水平(可以在小型投影儀系統(tǒng)中消散)的同時(shí)需要保持足夠的輸出亮度水平。需要以更高效率組合多個(gè)彩色光的光組合系統(tǒng)，以提供具有足夠亮度水平的輸出光，而不會(huì)使光源的功耗過(guò)大。此類電子投影儀通常包括用于光學(xué)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?qū)挾?取較大者)的5倍的長(zhǎng)度。實(shí)心通道通常由于折射效應(yīng)(effects of refraction)而比中空隧道長(zhǎng)。微型投影儀(Pico and pocket projectors)對(duì)光積分器或勻化器的可用空間有限。然而，來(lái)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)器件的有效和均勻光輸出可能需要緊湊和有效的積分器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常涉及一種光學(xué)元件、包括該光學(xué)元件的光投影儀以及包括該光學(xué)元件的圖像投影儀。具體地講，所述光學(xué)元件通過(guò)用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來(lái)提高光均勻度。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件，其包括具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光。光學(xué)元件還包括偏振轉(zhuǎn)換器，其被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光。光學(xué)元件還包括具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光。與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)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(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合。在另一方面,本發(fā)明提供一種光投影儀,其包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被設(shè)置為輸出來(lái)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(xué)元件。所述光學(xué)元件包括具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收所述組合非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光；偏振轉(zhuǎn)換器，其被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光；具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光。與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)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(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合。在另一方面，本發(fā)明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(shè)置為輸出來(lái)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(xué)元件、被設(shè)置為將圖像賦予所述發(fā)散偏振光的空間光調(diào)制器、以及投影光學(xué)器件。所述光學(xué)元件包括具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收所述組合非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光；偏振轉(zhuǎn)換器，其被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光；具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光。與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)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(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合。上述發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明的每個(gè)公開(kāi)實(shí)施例或每種實(shí)施方案。以下附圖和具體實(shí)施方式
更具體地舉例說(shuō)明了示例性實(shí)施例。


整個(gè)說(shuō)明書(shū)中都參考了附圖，在附圖中，類似的附圖標(biāo)號(hào)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(xué)元件的橫截面示意圖；圖3示出光學(xué)元件的橫截面示意圖；圖4示出光學(xué)元件的橫截面示意圖；和圖5示出偏振轉(zhuǎn)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(biāo)號(hào)是指類似部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，使用標(biāo)號(hào)來(lái)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(hào)標(biāo)記的部件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明整體涉及圖像投影儀，具體地講，涉及通過(guò)用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來(lái)提高光均勻度的圖像投影儀。在一個(gè)具體實(shí)施例中，用于圖像投影儀的照明器包括光源，其中發(fā)射的非偏振光被引導(dǎo)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(gè)軸線上聚焦，來(lái)自小透鏡陣列的會(huì)聚光束被傳輸?shù)狡褶D(zhuǎn)換器中。偏振轉(zhuǎn)換器將光分離到兩個(gè)路徑中，每一路徑一種偏振態(tài)。兩個(gè)偏振態(tài)中每一個(gè)的路徑長(zhǎng)度近似相等，會(huì)聚光束到達(dá)靠近第二透鏡陣列的焦點(diǎn)。第二透鏡陣列可使得光束發(fā)散，然后光束被引導(dǎo)以(例如)利用賦予光束圖像的空間光調(diào)制器以及在屏幕上顯示圖像的投影光學(xué)器件來(lái)進(jìn)一步處理。在一些情況下，光學(xué)投影儀使用非偏振光源(例如，發(fā)光二極管(LED)或放電燈)、偏振選擇元件、第一偏振空間調(diào)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(fā)射的50%的光，偏振選擇型投影儀的效率常常會(huì)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(shù)是在光源和第一偏振選擇元件之間增·加偏振轉(zhuǎn)換器。通常有兩種方式來(lái)設(shè)計(jì)本領(lǐng)域中所用的偏振轉(zhuǎn)換器。第一種方式是將從光源發(fā)射的光部分準(zhǔn)直，使部分準(zhǔn)直的光束穿過(guò)透鏡陣列，并將偏振轉(zhuǎn)換器陣列定位于每一焦點(diǎn)處。偏振轉(zhuǎn)換器通常具有偏振分束器，其具有偏振選擇型傾斜膜(例如，麥克尼爾偏振器、線柵偏振器或雙折射光學(xué)膜偏振器)，其中反射的偏振被傾斜反射鏡反射，使得反射光束平行于傾斜偏振選擇膜所透射的光束傳播。任一偏振光束穿過(guò)半波延遲器，使得光束均具有相同的偏振態(tài)。另一種將非偏振光束轉(zhuǎn)換為具有單種偏振態(tài)的光束的技術(shù)是使整個(gè)光束穿過(guò)傾斜偏振選擇器，分裂的光束通過(guò)反射鏡和半波延遲器來(lái)調(diào)節(jié)，使得發(fā)射單種偏振態(tài)。用偏振轉(zhuǎn)換器直接對(duì)偏振選擇型空間光調(diào)制器進(jìn)行照明會(huì)導(dǎo)致照度和顏色的不均勻。在一個(gè)具體實(shí)施例中，偏振轉(zhuǎn)換器可采用蠅眼陣列以勻化投影系統(tǒng)中的光。偏振轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)包括一個(gè)或多個(gè)透鏡以聚焦入射光。偏振轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)所包括的透鏡數(shù)量是輸入側(cè)的兩倍，其中輸出側(cè)的每一透鏡近似以輸入側(cè)的匹配透鏡的焦點(diǎn)為中心。透鏡可為圓柱形、雙凸形、球形或非球形。在一些情況下，球面透鏡可能是優(yōu)選的；然而，在許多情況下，可使用柱形透鏡。蠅眼積分器和偏振轉(zhuǎn)換器可顯著提高投影儀的照度和顏色均勻度。透鏡和小透鏡陣列可與偏振轉(zhuǎn)換器輸入和輸出表面相鄰設(shè)置，或者可粘結(jié)至棱鏡。作為另外一種選擇，透鏡可通過(guò)在膜上微復(fù)制塑料透鏡加工而成，所述膜可被切割，對(duì)齊并粘結(jié)到偏振轉(zhuǎn)換器。另一種替代形式是以透鏡作為單一單元用玻璃或塑料模制一個(gè)或多個(gè)棱鏡，并將其粘結(jié)至反射型偏振器、四分之一波片和反射膜。對(duì)于需要半波延遲器以將一種偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種偏振態(tài)的那些情況，半波延遲器可粘結(jié)至偏振轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)，或粘結(jié)至諸如會(huì)聚透鏡或偏振分束器(PBS)的其他光學(xué)元件。偏振轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出面上所使用的小透鏡陣列可由單軸透鏡(例如，柱形透鏡)或具有兩條折射軸的透鏡(例如，球面透鏡)制成。輸入面上的透鏡數(shù)量可涵蓋從單個(gè)透鏡，單維透鏡陣列，至二維透鏡陣列。
在一些情況下，折疊型蠅眼陣列可勻化照明光。折疊型蠅眼陣列可由第一小透鏡陣列、折疊反射鏡和第二小透鏡陣列形成，其中構(gòu)成第二小透鏡陣列的透鏡近似位于構(gòu)成第一小透鏡陣列的透鏡的焦點(diǎn)處。圖I示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖像投影儀100的示意圖。圖像投影儀100包括合色器模塊110，其能夠?qū)⒔M合光輸出124注入到勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130中，在該勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊處組合光輸出124被轉(zhuǎn)換成勻化偏振光145,該偏振光從勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130出射并進(jìn)入圖像生成器模塊150。圖像生成器模塊150輸出成像光165，該成像光進(jìn)入投影模塊170，在該投影模塊處成像光165變成投影成像光180。在一個(gè)方面，合色器模塊110包括不同波長(zhǎng)光譜的輸入光源112、114和116，其通過(guò)準(zhǔn)直光學(xué)器件118輸入至合色器120。合色器120生成包括所述不同波長(zhǎng)光譜光的組合光輸出124。適用于本發(fā)明的合色器模塊110包括(例如)PCT專利公布W02009/085856 (標(biāo)題為“LightCombiner”) ,W02009/086310 (標(biāo)題為“Light Combiner”)、W02009/139798(標(biāo)題為 “Optical Element and Color Combiner，，)、W 02009/139799 (標(biāo)題為“Optical Element and Color Combiner”)；以及共同待審的PCT專利申請(qǐng)US2009/062939(標(biāo)題為“PolarizationConverting Color Combiner”)、US2009/063779 (標(biāo)題為 “High DurabilityColor Combiner”)、US2009/064927 (標(biāo)題為 “Color Combiner”)和 US2009/064931 (標(biāo)題為“Polarization Converting Color Combiner”)中所述的那些。在一個(gè)方面，接收的輸入光源112、114、116是非偏振的,組合光輸出124也是非偏振的。組合光輸出124可為包括不止一個(gè)波長(zhǎng)光譜光的多色組合光。組合光輸出124可以是每一接收光的按時(shí)間排序的輸出。在一個(gè)方面，每一不同波長(zhǎng)光譜光對(duì)應(yīng)于不同的彩色光(例如紅色、綠色和藍(lán)色)，并且組合光輸出為白光或按時(shí)間排序的紅光、綠光和藍(lán)光。為了在本文進(jìn)行說(shuō)明，“彩色光”和“波長(zhǎng)光譜光”均是指具有與人眼可見(jiàn)的特定顏色相關(guān)的波長(zhǎng)光譜范圍的光。更一般的術(shù)語(yǔ)“波長(zhǎng)光譜光”是指可見(jiàn)光和包括例如紅外光的其它波長(zhǎng)光譜光。根據(jù)一個(gè)方面，每一輸入光源(112，114，116)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)?？山Y(jié)合合適的集光器或反射器來(lái)使用各種光源，例如激光器、激光二極管、有機(jī)LED(OLED)和諸如超高壓(UHP)鹵素?zé)艋螂療糁惖姆枪虘B(tài)光源?？捎糜诒景l(fā)明的光源、光準(zhǔn)直器、透鏡和光積分器進(jìn)一步地描述于(例如)公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)US 2008/0285129中，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容以其全文并入到本文中。在一個(gè)方面，勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130包括偏振轉(zhuǎn)換器140,其能夠?qū)⒎瞧窠M合光輸出124轉(zhuǎn)換為勻化偏振光145。勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130還可包括第一多個(gè)透鏡101和第二多個(gè)透鏡102 (均在別處描述)，其可勻化并提高從勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130出射成為勻化偏振光145的組合光輸出124的均勻度。在一個(gè)方面，圖像生成器模塊150包括偏振分束器(PBS) 156、代表性成像光學(xué)器件152、154以及空間光調(diào)制器158，其協(xié)作以將勻化偏振光145轉(zhuǎn)換為像光165。合適的空間光調(diào)制器(即，圖像生成器)先前已在(例如)美國(guó)專利No. 7，362，507 (Duncan等人)、7，529，029 (Duncan 等人);美國(guó)專利公布 No. 2008-0285129-A1 (Magarill 等人);和 PCT 專利公布W02007/016015 (Duncan等人)中有所描述。在一個(gè)具體實(shí)施例中，勻化偏振光145是源自FEA的每一透鏡的發(fā)散光。在經(jīng)過(guò)成像光學(xué)器件152、154和PBS 156之后，勻化偏振光145變成成像光160,所述成像光對(duì)空間光調(diào)制器均勻照明。在一個(gè)具體實(shí)施例中,來(lái)自FEA中的每一透鏡的每一發(fā)散光線束照射空間光調(diào)制器158的大部分，以使得各個(gè)發(fā)散光線束彼此重疊。在一個(gè)方面，投影模塊170包括代表性投影光學(xué)器件172、174、176，其可用于將成像光165投影為投影光180。合適的投影光學(xué)器件172、174、176先前已描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而目是熟知的。圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)元件200的側(cè)視示意圖。光學(xué)元件200可用作圖I所示圖像投影儀100中的勻化偏振轉(zhuǎn)換 器模塊130。光學(xué)元件200包括第一小透鏡陣列210、偏振轉(zhuǎn)換器220和第二小透鏡陣列230。第一小透鏡陣列210和第二小透鏡陣列230中的每一個(gè)可稱為“蠅眼陣列”或FEA，如本領(lǐng)域已知的。在一些情況下，第一小透鏡陣列210和第二小透鏡陣列230中的每一個(gè)可包括會(huì)聚(即，正)光焦度。非偏振光250 (例如，圖I所示非偏振組合光輸出124)進(jìn)入第一小透鏡陣列210，經(jīng)過(guò)偏振轉(zhuǎn)換器220，并從第二小透鏡陣列230出射,成為發(fā)散ρ偏振光260a和260b。通常,非偏振組合光250的每一偏振態(tài)的路徑長(zhǎng)度通過(guò)光學(xué)元件200而基本上相同，這可從下面的說(shuō)明中看出。第一小透鏡陣列210包括多個(gè)透鏡中的代表性第一透鏡212，其被設(shè)置為接收非偏振光250并輸出會(huì)聚非偏振光,例如代表性第一非偏振光252、第二非偏振光254和第三非偏振光256所示。在一些情況下，第一小透鏡陣列210中的每一透鏡可為(例如)柱形透鏡，并且可排列成陣列，使得圓柱體的長(zhǎng)軸垂直于圖2所示的橫截面。在一些情況下，第一小透鏡陣列210中的每一透鏡可為(例如)球面透鏡，并且可排列成矩形陣列。第一小透鏡陣列210中的每一透鏡具有第一光軸211和出射表面214，所述出射表面通常為平坦表面。第一小透鏡陣列210可由玻璃或聚合物形成，并且可包括與出射表面214重合的基底，或者可以是由單一材料形成的整體小透鏡陣列取代。在一些情況下，高折射率玻璃可用于小透鏡陣列。另外，含鉛的高折射率玻璃往往具有低應(yīng)力光學(xué)成分(SOC)，其可帶來(lái)優(yōu)選的低雙折射率。然而，會(huì)難以在玻璃中模制小的透鏡特征。結(jié)果，小透鏡陣列構(gòu)造優(yōu)選聚合物材料，包括(例如)諸如聚碳酸酯(PC)、環(huán)烯烴聚合物(C0P)、環(huán)烯烴共聚物(COC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物。示例性聚合物材料包括(例如)環(huán)烯烴聚合物材料，例如ZeonexK;(如，E48R、330R、340R、480R等，可得自肯塔基州路易維爾的瑞翁公司(ZeonChemicals L. P. , Louisville, KY));環(huán)烯烴共聚物，例如 APL5514ML、APL5014DP 等(可得自日本三井化學(xué)公司(Mitsui Chemicals, Inc. JP))；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,例如WF100(可得自日本三菱麗陽(yáng)技術(shù)(Mitsubishi RayonTechnologies, JP))和Acrypef VHOOl (可得自中國(guó)廣東廣州市宏塑貿(mào)易有限公司)；以及聚碳酸酯、聚酯或聚苯硫醚材料。通常，小于50nm、或小于30nm、或甚至小于20nm的雙折射率是優(yōu)選的(550nm的標(biāo)稱波長(zhǎng)下)。在一些情況下，可使用更廣范圍的材料，例如，在第一小透鏡陣列210設(shè)置在光學(xué)元件200中時(shí)，當(dāng)FEA勻化部件設(shè)置在照明源之后，光偏振之前，例如更高雙折射率的材料變得可接受，例如雙折射率為約50nm或更大的那些材料。偏振轉(zhuǎn)換器220被設(shè)置為接收會(huì)聚非偏振光(例如代表性第一非偏振光252、第二非偏振光254和第三非偏振光256所),并輸出會(huì)聚偏振光，如下所述。偏振轉(zhuǎn)換器220包括第一棱鏡222，其具有第一面223和第二面228 ;第二棱鏡224，其具有第三面221和第四面227 ;以及第三棱鏡226，其具有第二面228 (與第一棱鏡222共用)、第五面225和對(duì)角面229。反射型偏振器240設(shè)置在第一棱鏡222和第二棱鏡224之間的對(duì)角線上。反射型偏振器240可為任何已知的反射型偏振器，例如麥克尼爾偏振器、線柵偏振器、多層光學(xué)膜偏振器或諸如膽留型液晶偏振器之類的圓偏振器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，多層光學(xué)膜偏振器可為優(yōu)選反射型偏振器。通常，反射型偏振器240可以是笛卡爾反射型偏振器或非笛卡爾反射型偏振器。非笛卡爾反射型偏振器可包括多層無(wú)機(jī)膜，例如麥克尼爾偏振器，所述多層無(wú)機(jī)膜例如為通過(guò)無(wú)機(jī)電介質(zhì)順序沉積制備的那些薄膜。笛卡爾反射型偏振器具有偏振軸方向，并且包括例線柵偏振器和聚合物多層光學(xué)薄膜，所述聚合物多層光學(xué)薄膜例如可通過(guò)對(duì)多層聚合層合物進(jìn)行擠出并且隨后進(jìn)行拉伸制備。在一個(gè)實(shí)施例中，反射型偏振器240經(jīng)對(duì)齊，以使得一個(gè)偏振軸平行于第一偏振方向，并垂直于第二偏振方向。在一個(gè)實(shí)施例中，第一偏振方向可為s偏振方向,第二偏振方向可為ρ偏振方向。笛卡爾反射型偏振膜形成偏振分束器，該偏振分束器能夠使沒(méi)有完全準(zhǔn)直以及從中心光束軸發(fā)散或偏斜的輸入光線通過(guò)。笛卡爾反射型偏振膜可包括聚合物型多層光學(xué)薄膜，該聚合物型多層光學(xué)薄膜包括多層電介質(zhì)或聚合物材料。使用介電膜的優(yōu)點(diǎn)在于低光衰減量、高透光率。多層光學(xué)膜可以包括聚合物多層光學(xué)膜，例如在美國(guó)專利5，962，114 (Jonza等人)或美國(guó)專利6，721, 096 (Bruzzone等人)中描述的那些。偏振轉(zhuǎn)換器220還包括偏振旋轉(zhuǎn)反射器，其包括設(shè)置在第四面227上的四分之一波長(zhǎng)延遲器242和寬帶反射鏡244。偏振旋轉(zhuǎn)反射器在別處有所描述，例如在PCT公布W02009/085856 (English等人)中。偏振旋轉(zhuǎn)反射器將光的傳播方向反向，并根據(jù)偏振旋轉(zhuǎn)反射器中的分量及其取向來(lái)改變偏振分量的大小。偏振旋轉(zhuǎn)反射器通常包括反射器和延遲器。在一個(gè)實(shí)施例中，反射器可以是寬帶反射鏡，其通過(guò)反射來(lái)阻擋光的透射。延遲器可提供任何所需的延遲，例如八分之一波長(zhǎng)延遲器、四分之一波長(zhǎng)延遲器等等。在本文所述的實(shí)施例中，使用四分之一波長(zhǎng)延遲器和相關(guān)的反射器會(huì)具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)線偏振光穿過(guò)關(guān)于光偏振軸成45°角的四分之一波長(zhǎng)延遲器時(shí),線偏振光變成圓偏振光。從反射型偏振器和四分之一波長(zhǎng)延遲器/反射器的反射導(dǎo)致從偏振轉(zhuǎn)換器的有效光輸出。相反，當(dāng)其穿過(guò)其他延遲器和取向時(shí)，線偏振光改變?yōu)閟偏振和ρ偏振中間的偏振態(tài)(橢圓偏振或線偏振)，并可造成偏振轉(zhuǎn)換器的低效率。優(yōu)選地，四分之一波長(zhǎng)延遲器242包括與第一偏振方向成+/-45°對(duì)齊的四分之一波長(zhǎng)偏振方向。在一些實(shí)施例中，四分之一波長(zhǎng)偏振方向可與第一偏振方向成任意角度取向?qū)R，例如從逆時(shí)針?lè)较?0°到順時(shí)針?lè)较?0°。如所述使延遲器成大約+/-45°取向是有利的，這是因?yàn)楫?dāng)線偏振光穿過(guò)如此對(duì)齊至偏振方向的四分之一波長(zhǎng)延遲器時(shí)產(chǎn)生圓偏振光。四分之一波長(zhǎng)延遲器的其它取向可導(dǎo)致當(dāng)從反射鏡反射時(shí)，s偏振光沒(méi)有完全轉(zhuǎn)變成P偏振光，并且P偏振光沒(méi)有完全轉(zhuǎn)變成s偏振光，從而導(dǎo)致如別處所述的效率降低。第二寬帶反射鏡246與第三棱鏡226的對(duì)角線229相鄰設(shè)置。偏振轉(zhuǎn)換器的部件，包括棱鏡、反射型偏振器、四分之一波長(zhǎng)延遲器、反射鏡以及任何其他部件，都可通過(guò)合適的光學(xué)粘合劑粘結(jié)在一起。用于將這些部件粘結(jié)在一起的光學(xué)粘合劑的折射率可低于光組合器中采用的棱鏡的折射率。完全粘結(jié)在一起的偏振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)包括組裝、處理和使用過(guò)程中的對(duì)齊穩(wěn)定性。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，棱鏡面221、223、225、227、229為拋光外表面，其與折射率“η/’小于棱鏡222、224和226的折射率“η2”的材料接觸。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，偏振轉(zhuǎn)換器220的所有外表面(包括端面，未示出)是在偏振轉(zhuǎn)換器220內(nèi)提供斜射光線的TIR的拋光面。這些拋光外表面與折射率“η/’小于棱鏡222、224和226的折射率“η2”的材料接觸。尤其在導(dǎo)入偏振轉(zhuǎn)換器220中的光未沿中心軸準(zhǔn)直，即入射光為會(huì)聚或發(fā)散時(shí)，TIR會(huì)提高偏振轉(zhuǎn)換器220中的光利用率。第二小透鏡陣列230包括代表性第二透鏡232a和第三透鏡232b，其被設(shè)置為接收會(huì)聚偏振光(例如代表性第一至第六會(huì)聚P偏振光262-267所),并輸出發(fā)散P偏振光260a和260b。在一些情況下，第二小透鏡陣列230中的每一透鏡可為(例如)柱形透鏡，并且可排列成陣列，使得圓柱體的長(zhǎng)軸垂直于圖2所示的橫截面。在一些情況下，第二小透鏡陣列230中的每一透鏡可為(例如)球面透鏡，并且可排列成矩形陣列。第二小透鏡陣列230中的每一透鏡具有第二光軸231和入射表面234，所述入射表面通常為平坦表面。第二小透鏡陣列230可由玻璃或聚合物形成，并且可包括與入射表面234重合的基底，或者可以是由單一材料形成的整體小透鏡陣列取代。 與第一透鏡212的第一光軸211重合的非偏振光線250變成第一會(huì)聚非偏振光線252，通過(guò)第二棱鏡224的第三面221進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換器220，并與反射型偏振器240相交，在那里其分裂成第一 P偏振會(huì)聚光線262和第一 S偏振會(huì)聚光線253。以類似方式,在與第一光軸211分離的位置進(jìn)入第一透鏡212的另一非偏振光線250變成第二會(huì)聚非偏振光線
254,并分裂成第二 ρ偏振會(huì)聚光線264和第二 s偏振會(huì)聚光線255。以另一類似方式,在與第一光軸211分離的第二位置進(jìn)入第一透鏡212的另一非偏振光線250變成第三會(huì)聚非偏振光線256,并分裂成第三ρ偏振會(huì)聚光線266和第三s偏振會(huì)聚光線257。第一、第二和第三ρ偏振會(huì)聚光線262、264、266穿過(guò)反射型偏振器240，從寬帶反射鏡246反射,并通過(guò)第三棱鏡226的第五面225從偏振轉(zhuǎn)換器220出射。第一、第二和第三P偏振會(huì)聚光線262、264、266的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列230附近，使得與第一透鏡212的第一光軸211重合的第一非偏振光線252變成與第二透鏡232b的第二光軸231重合的第一 P偏振會(huì)聚光線262。通常，第一小透鏡陣列210的每一透鏡(例如，第一透鏡212)的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列230的每一透鏡(例如，第二透鏡232b)的第一主平面處。總體上，代表性第一、第二和第三ρ偏振會(huì)聚光線262、264、266在其穿過(guò)第二小透鏡陣列230的第二透鏡232b時(shí)變成第一 ρ偏振發(fā)散光260b。第一、第二和第三s偏振會(huì)聚光線253、255、257從反射型偏振器240反射,通過(guò)第四面227從第二棱鏡出射，在其穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)延遲器242時(shí)改變?yōu)閳A偏振會(huì)聚光，從寬帶反射鏡244反射從而改變圓偏振的方向，并在其再次穿過(guò)四分之一波長(zhǎng)延遲器242時(shí)變成第四、第五和第六P偏振會(huì)聚光263、265、267。第四、第五和第六ρ偏振會(huì)聚光263、265、267穿過(guò)反射型偏振器240，通過(guò)第一棱鏡222的第一面223從偏振轉(zhuǎn)換器220出射。第四、第五和第六P偏振會(huì)聚光線263、265、267的焦點(diǎn)設(shè)置在第二小透鏡陣列230附近，使得與第一透鏡212的第一光軸211重合的第一非偏振光線252變成與第二小透鏡陣列230的第三透鏡232a的第二光軸231重合的第四ρ偏振會(huì)聚光線263。通常,第一小透鏡陣列210的每一透鏡(例如，第一透鏡212)的焦點(diǎn)設(shè)置在第二小透鏡陣列230的每一透鏡(例如，第三透鏡232a)的第一主平面上。總體上,代表性第四、第五和第六ρ偏振會(huì)聚光線263、265,267在其穿過(guò)第二小透鏡陣列230的第三透鏡232a時(shí)變成第二 ρ偏振發(fā)散光260a。P偏振發(fā)散光260a和260b穿過(guò)圖I所示投影系統(tǒng)的剩余部分，均勻度提高。
在一些情況下，四分之一波長(zhǎng)延遲器242可改為與反射型偏振器240相鄰地設(shè)置在寬帶反射鏡244和反射型偏振器240 (未示出)之間，并且可穿過(guò)偏振轉(zhuǎn)換器220追蹤類似的光路，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在一些情況下，包括四分之一波長(zhǎng)延遲器242和寬帶反射鏡244的偏振旋轉(zhuǎn)反射器可改為設(shè)置在第三面221上，并且非偏振輸入光線250可通過(guò)第四面227進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換器220，并且可穿過(guò)偏振轉(zhuǎn)換器220追蹤類似的光路，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在一個(gè)具體實(shí)施例中，將會(huì)影響穿越蠅眼陣列(FEA)的光束的雙折射效應(yīng)的量最小化包括選擇具有低應(yīng)力光學(xué)系數(shù)(SOC)且薄的FEA材料。低SOC表現(xiàn)為在基底的兩個(gè)表面結(jié)構(gòu)化/模制成匹配小透鏡陣列之后，F(xiàn)EA的基底中引起的雙折射率低。實(shí)現(xiàn)低雙折射率的第二方面在于減小基底材料中的光路。這需要小透鏡具有短焦距設(shè)計(jì)。第一小透鏡陣列的焦點(diǎn)投射到第二小透鏡陣列的主表面上。短焦距使得每一小透鏡元件的曲率半徑較小。結(jié)果，每一小透鏡的橫向尺寸通常減小，以便保持每一小透鏡元件的孔徑(即，陣列無(wú)平坦區(qū)域，沒(méi)有光焦度)。因此，所得每陣列的小透鏡的數(shù)量增加，這可改善光束勻化性。
小透鏡橫向尺寸較小需要第一小透鏡陣列中的每一小透鏡元件的光軸與第二小透鏡陣列中的對(duì)應(yīng)小透鏡光軸高精度對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，例如，LED照明器中所用的FEA可具有大約O. 6mmX O. 9mm的小透鏡孔徑,對(duì)于30_50um的典型機(jī)械定位公差,源自未對(duì)齊的光串?dāng)_將很嚴(yán)重。對(duì)低雙折射FEA元件的需求促成了小且薄的小透鏡元件設(shè)計(jì)。小的小透鏡元件推動(dòng)了對(duì)整體FEA加工的需求，以保持所需的對(duì)齊精度。較薄的小透鏡基底確保對(duì)于基底中引起的相同量的應(yīng)力，雙折射極少。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)元件300的側(cè)視示意圖。光學(xué)元件300可用作圖I所示圖像投影儀100中的勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130。光學(xué)元件300包括第一小透鏡陣列210、偏振轉(zhuǎn)換器220和第二小透鏡陣列230。圖3中所示的元件210-263中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖2中所示的此前已描述的類似標(biāo)記元件210-263。在圖3中，第一小透鏡陣列210緊鄰第二棱鏡224設(shè)置，使得第一小透鏡陣列210的出射表面214和第二棱鏡224的第三面221重合。以類似方式，第二小透鏡陣列230緊鄰第一棱鏡222設(shè)置，使得第二小透鏡陣列230的平坦表面234和第二棱鏡224的第一面223重合(另外，第二小透鏡陣列230的平坦表面234和第三棱鏡226的第五面225也重合)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，第一小透鏡陣列210和第二小透鏡陣列230可利用本領(lǐng)域已知的光學(xué)粘合劑附著到其相應(yīng)的棱鏡面。在一個(gè)具體實(shí)施例中，第一小透鏡陣列210和第二小透鏡陣列230可通過(guò)以下方式直接模制到其相應(yīng)的棱鏡面上，例如利用模具以與相應(yīng)的小透鏡陣列同時(shí)形成棱鏡；利用模具以在已經(jīng)形成的棱鏡上形成小透鏡陣列，如用熱塑性或熱固性聚合物；或者通過(guò)加熱在形成的棱鏡上壓印小透鏡陣列；等。在圖3中示出穿過(guò)偏振轉(zhuǎn)換器220追蹤的與第一光軸211重合的單個(gè)非偏振光線252。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，圖2中對(duì)應(yīng)繪制的各種會(huì)聚和發(fā)散光線以類似方式穿過(guò)圖3所示實(shí)施例。然而，由于相比于圖2所示，小透鏡陣列與其相應(yīng)棱鏡面之間的間距改變，所以如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，每一透鏡的焦距也會(huì)不同。這樣，進(jìn)入光學(xué)元件300的非偏振光350作為第一 ρ偏振發(fā)散光360b和第二 ρ偏振發(fā)散光360a離開(kāi)。應(yīng)該理解,第一和第二小透鏡陣列210、230中的任一者或兩者可緊鄰相應(yīng)的棱鏡面。圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)元件300的側(cè)視示意圖。光學(xué)元件400可用作圖I所示圖像投影儀100中的勻化偏振轉(zhuǎn)換器模塊130。光學(xué)元件400包括第一小透鏡陣列410、偏振轉(zhuǎn)換器420和第二小透鏡陣列430。圖4中所示的元件410-446中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖2中所示的此前已描述的類似標(biāo)記元件210-246。例如，圖4中的第三棱鏡426對(duì)應(yīng)于圖2中的第三棱鏡226，等等。在圖4中，與圖2中的反射型偏振器240的位置相比，反射型偏振器440的相對(duì)位置改變,結(jié)果,在圖4所不構(gòu)型中非偏振輸入光450的每一分量的路徑長(zhǎng)度不同，這可從圖中看出。通常，每一偏振分量的路徑長(zhǎng)度優(yōu)選為相同的；然而，光學(xué)元件400將用作勻化偏振轉(zhuǎn)換器的替代實(shí)施例。與第一透鏡412的第一光軸411重合的非偏振光線450變成第一會(huì)聚非偏振光線452，通過(guò)第二棱鏡424的第三棱鏡面421進(jìn)入偏振轉(zhuǎn)換器420，并與反射型偏振器440相交，在該處其分裂成第一 P偏振會(huì)聚光線462和第一 s偏振會(huì)聚光線453。以類似方式,在與第一光軸411分離的位置進(jìn)入第一透鏡412的另一非偏振光線450變成第二會(huì)聚非偏振光線454,并分裂成第二 ρ偏振會(huì)聚光線464和第二 s偏振會(huì)聚光線455。以另一類似方式，在與第一光軸411分離的第二位置進(jìn)入第一透鏡412的另一非偏振光線450變成第三會(huì)聚非偏振光線456,并分裂成第三ρ偏振會(huì)聚光線466和第三s偏振會(huì)聚光線457?！さ谝?、第二和第三ρ偏振會(huì)聚光線462、464、466穿過(guò)反射型偏振器440，從寬帶反射鏡446反射，并通過(guò)第三棱鏡426的第五棱鏡面425從偏振轉(zhuǎn)換器420出射。然后，第一、第二和第三P偏振會(huì)聚光線462、464、466穿過(guò)半波延遲器448，并改變?yōu)榈谒摹⒌谖搴偷诹鵶偏振會(huì)聚光線472、474、476。第四、第五和第六s偏振會(huì)聚光線472、474、476的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列430附近，使得與第一透鏡412的第一光軸411重合的第一非偏振光線452變成與第二透鏡432b的第二光軸431重合的第四s偏振會(huì)聚光線472。通常，第一小透鏡陣列410的每一透鏡(例如，第一透鏡412)的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列430的每一透鏡(例如，第二透鏡432b)的第一主平面處?？傮w上，代表性第四、第五和第六s偏振會(huì)聚光線472、474、476在其穿過(guò)第二小透鏡陣列430的第二透鏡432b時(shí)變成第一 s偏振發(fā)散光 460b。第一、第二和第三s偏振會(huì)聚光線453、455、457從反射型偏振器440反射,并通過(guò)第三棱鏡面423從第二棱鏡424出射。第一、第二和第三s偏振會(huì)聚光線453、455、457的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列430附近,使得與第一透鏡412的第一光軸411重合的第一非偏振光線452變成與第二小透鏡陣列430的第三透鏡432a的第二光軸431重合的第三s偏振會(huì)聚光線453。通常，第一小透鏡陣列410的每一透鏡(例如，第一透鏡412)的焦點(diǎn)位于第二小透鏡陣列430的每一透鏡(例如，第三透鏡432a)的第一主平面處?？傮w上，代表性第一、第二和第三s偏振會(huì)聚光線453、455、457在其穿過(guò)第二小透鏡陣列430的第三透鏡432a時(shí)變成第二 s偏振發(fā)散光460a。應(yīng)當(dāng)理解，第一小透鏡陣列410和第二小透鏡陣列430中的每一個(gè)可以與圖3所示類似的方式緊鄰相應(yīng)的棱鏡面(或者作為另外一種選擇，緊鄰設(shè)置于棱鏡面和第二小透鏡陣列430之間的半波延遲器，如圖4所示)設(shè)置。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換器520的橫截面示意圖。偏振轉(zhuǎn)換器520可取代已經(jīng)描述的任何偏振轉(zhuǎn)換器來(lái)使用，例如，光學(xué)元件200中的偏振轉(zhuǎn)換器220 ;光學(xué)元件400中的偏振轉(zhuǎn)換器420 ;以及如光學(xué)元件300中所述，其中偏振轉(zhuǎn)換器可包括一體的小透鏡陣列。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，小透鏡陣列已從圖5移除，將僅描述穿過(guò)偏振轉(zhuǎn)換器520的光的路徑。然而，應(yīng)當(dāng)理解，圖I的偏振轉(zhuǎn)換器模塊130包括偏振轉(zhuǎn)換器520和任何相關(guān)的小透鏡陣列(類似于圖2-4所描述的那些)。圖5中所示的元件520-546中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖2中所示的此前已描述的類似標(biāo)記元件220-246。例如，圖5的第三棱鏡526對(duì)應(yīng)于圖2的第三棱鏡226，等等。在圖5中，與圖2中的反射型偏振器240的位置相比，反射型偏振器540的相對(duì)位置改變，結(jié)果，在圖5所示構(gòu)型中非偏振輸入光552的每一分量的路徑長(zhǎng)度不同，這可從圖中看出。通常，每一偏振分量的路徑長(zhǎng)度優(yōu)選為相同的；然而，偏振轉(zhuǎn)換器520將用作勻化偏振轉(zhuǎn)換器的替代實(shí)施例。在圖5所示的一個(gè)具體實(shí)施例中，第二棱鏡524具有可選的延伸棱鏡面523的長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)部分“P”。棱鏡面523的延伸長(zhǎng)度可用于增加非偏振輸入光552的路徑長(zhǎng)度，結(jié)果，增加了非偏振輸入光552的勻化，如例如共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 61/292574(提交于2010 年 I 月 6 日，標(biāo)題為 “Compact Optical Integrator”(代理人案卷號(hào)65902US002))中所述。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，偏振轉(zhuǎn)換器520包括設(shè)置在第一棱鏡522和第三棱鏡526之間的半波延遲器548，如圖5所示。在一個(gè)具體實(shí)施例中，半波延遲器548可以改為與圖4所示半波延遲器448類似的方式與棱鏡面525相鄰設(shè)置。在一些情況下，半波延遲器可設(shè)置在透射穿過(guò)反射型偏振器540的光的光路內(nèi)的任何地方，使得透射光的偏振態(tài)改變?yōu)榉瓷涔獾钠駪B(tài)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，相反，半波延遲器可與棱鏡面523、540、548、525和529中的任一個(gè)相鄰。中心非偏振光束552進(jìn)入第一棱鏡面521并與反射型偏振器540相交,在該處其分裂成透射P偏振光束562和反射第一 s偏振光束553。然后，反射第一 s偏振光束553通過(guò)第二棱鏡面523從偏振轉(zhuǎn)換器520出射。透射ρ偏振光束562從第二棱鏡522出射，穿過(guò)半波延遲器548從而改變?yōu)榈诙?s偏振光束572，從寬帶反射器546反射，然后通過(guò)第五棱鏡面525從偏振轉(zhuǎn)換器520出射。除非另外指明，否則在說(shuō)明書(shū)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(yǔ)“約”來(lái)修飾。因此，除非有相反的指示，否則在上述說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，其可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本申請(qǐng)所公開(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。本文中所引用的所有參考文獻(xiàn)及出版物以引用方式明確地全文并入本文中，但與本發(fā)明直接沖突的部分除外。盡管本文示出和描述了特定實(shí)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/或等效實(shí)施方式可替換所示和所述的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文討論的特定實(shí)施例的任何改動(dòng)和變型。因此，本發(fā)明應(yīng)該僅僅由權(quán)利要求及其等同物進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，包括 具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述第一多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光； 偏振轉(zhuǎn)換器，被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光；和 具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述第二多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光， 其中與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線， 并且其中所述第一偏振光線與所述第二多個(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一小透鏡陣列的第一橫截面積為所述第二小透鏡陣列的第二橫截面積的1/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第二多個(gè)透鏡所包括的透鏡是所述第一多個(gè)透鏡的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一偏振光線和所述第二偏振光線具有相等的光路長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第二多個(gè)透鏡包括在550nm的標(biāo)稱波長(zhǎng)下雙折射率小于約30nm的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡中每一個(gè)的焦點(diǎn)位于所述第二多個(gè)透鏡的第一主平面處。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡和所述第二多個(gè)透鏡中的至少一者分別附著到所述偏振轉(zhuǎn)換器的輸入表面和輸出表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡和所述第二多個(gè)透鏡中的至少一者分別集成到所述偏振轉(zhuǎn)換器的輸入表面和輸出表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡和所述第二多個(gè)透鏡中的至少一者包括柱形透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡和所述第二多個(gè)透鏡中的至少一者包括雙凸透鏡、球面透鏡或非球面透鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述第一多個(gè)透鏡中的每一個(gè)和所述第二多個(gè)透鏡中的每一個(gè)具有正光焦度。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)元件，其中所述偏振轉(zhuǎn)換器包括偏振分束器(PBS)和偏振旋轉(zhuǎn)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其中所述PBS包括麥克尼爾偏振器、麥克尼爾偏振器陣列、線柵偏振器、s偏振反射型偏振器或ρ偏振反射型偏振器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其中所述偏振旋轉(zhuǎn)器包括四分之一波長(zhǎng)延遲器、半波延遲器、液晶或液晶聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，還包括寬帶反射器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件，其中所述寬帶反射器包括具有全內(nèi)反射(TIR)表面的棱鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件，其中所述寬帶反射器包括反射鏡。
18.一種光投影儀，包括 第一非偏振光源和第二非偏振光源； 合色器，被設(shè)置為輸出來(lái)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； 光學(xué)元件，包括 具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述第一多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收所述組合非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光； 偏振轉(zhuǎn)換器，被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光； 具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述第二多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光， 其中與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線， 并且其中所述第一偏振光線與所述第二多個(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合。
19.一種圖像投影儀，包括 第一非偏振光源和第二非偏振光源； 合色器，被設(shè)置為輸出來(lái)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； 光學(xué)元件，包括 具有第一多個(gè)透鏡的第一小透鏡陣列，所述第一多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收所述組合非偏振光并輸出會(huì)聚非偏振光； 偏振轉(zhuǎn)換器，被設(shè)置為接收所述會(huì)聚非偏振光并輸出會(huì)聚偏振光； 具有第二多個(gè)透鏡的第二小透鏡陣列，所述第二多個(gè)透鏡被設(shè)置為接收所述會(huì)聚偏振光并輸出發(fā)散偏振光， 其中與所述第一多個(gè)透鏡中的第一透鏡的光軸重合的非偏振光線穿過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)換器，并變成第一偏振光線和第二偏振光線， 并且其中所述第一偏振光線與所述第二多個(gè)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(gè)透鏡中的第三透鏡的光軸重合； 空間光調(diào)制器，被設(shè)置為將圖像賦予所述發(fā)散偏振光；和 投影光學(xué)器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19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)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像投影儀，其中來(lái)自所述第二透鏡陣列的每一透鏡的發(fā)散偏振光照射所述空間光調(diào)制器的大部分。
全文摘要
本發(fā)明整體上涉及一種光學(xué)元件、包括所述光學(xué)元件的光投影儀以及包括所述光學(xué)元件的圖像投影儀。具體地講，所述光學(xué)元件通過(guò)用小透鏡陣列，例如“蠅眼陣列”(FEA)勻化光來(lái)提高光的均勻度。第一FEA被設(shè)置為在非偏振組合光被轉(zhuǎn)換為單一偏振態(tài)之前攔截并會(huì)聚所述光，第二FEA被設(shè)置為攔截并發(fā)散具有單一偏振態(tài)的會(huì)聚光。
文檔編號(hào)G02B27/18GK102906625SQ201180024734
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者安德魯·J·烏德科克, 贠智省, 程曉輝, 陳金良 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司