CN111158159B - 用于投影系统的偏振复用器件 - Google Patents

Abstract

一种用于投影系统的偏振复用器件，用于将非偏振光转换成具有同一偏振态的偏振光。该偏振复用器件包括一组偏振复用单元。所有的该偏振复用单元以端对端的方式排列，其中每该偏振复用单元具有一入射面和与该入射面相对的出射面，并包括一光转换元件、一光分束组件以及一光反射组件。该光转换元件用于将第一偏振光转换成第二偏振光。该光分束组件位于该光转换元件的一侧，用于将自该入射面射入的该非偏振光分离成自该出射面射出的第二偏振光和射向该光转换元件的第一偏振光。该光反射组件位于该光转换元件的另一侧，用于反射通过该光转换元件转换成的第二偏振光以使该第二偏振光射自该出射面射出。

Description

用于投影系统的偏振复用器件

技术领域

本发明涉及光学投影技术领域，特别是涉及一用于投影系统的偏振复用器件。

背景技术

在基于LCOS，HTPS等液晶显示的投影系统中，为满足其偏振光照明条件，通常在投影系统中采用偏振器件将光源系统发射的非偏振光转换为偏振光。但由于在偏振光转换的过程中，该投影系统将有至少一半的光能损失，无疑降低了该投影系统的光能利用率，甚至无法满足投影系统高亮度、低功耗的成像要求。因此，为提高投影系统光能利用率，通常采用偏振复用器件将光源系统发出的非偏振光转化为具有同一偏振态的偏振光。

目前，如图1所示，现有的偏振复用器件10P最常见的是在偏光分束阵列11P后粘贴1/2波片12P，其中该偏光分束阵列11P是由设有偏光分束膜112P和反射膜113P的棱镜111P周期性组成。这样，当入射的光束(非偏振光)进入相对应的该棱镜111P时，由于该偏光分束膜112P透P态偏振光反S态偏振光的特性，则该非偏振光中的P态偏振光直接透过该偏光分束膜112P，而该非偏振光中的S态偏振光被反射到相邻的该反射膜113P，在被二次反射之后再通过该1/2波片被转换为P态偏振光。因此，最后从该现有的偏振复用器件10P中射出的所有光均为P态偏振光。

然而，虽然现有的该偏振复用器件10P能够达到将非偏振光转换成同一偏振态的偏振光的目的，为进一步提高投影系统的能量利用率打下了基础。但在现有技术中的该偏振复用器件10P中，为了使经过该偏振复用器件10P输出的光具有一致的偏振态，该1/2波片12P的尺寸和位置必须与在该偏光分束阵列11P的出射面上所获得的相互分离的光束阵列的尺寸和位置完全匹配。这无疑极大地增大了该偏振复用器件10P的加工制造难度。特别是对将该1/2波片12P与该偏光分束阵列11P周期性对位的准确度的要求极高。一旦出现该1/2波片与该偏光分束阵列11P的出射偏振光区域存在偏差，就会降低自该偏振复用器件10P出射的偏振光的纯度，并会降低投影系统的亮度，进而影响该投影系统的成像质量。

此外，针对该现有的偏振复用器件10P的结构，目前的制造工艺无法达到小尺寸水平，无法满足目前微小型微投影系统小体积的发展要求，极难应用于当今发展火热的增强现实(Augmented reality,AR)、近眼显示(Near-eye display，NED)、可穿戴等领域。

发明内容

本发明的一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其能够有效地将光源系统发出的非偏振光转化为具有同一偏振态的偏振光。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其能够提高经过所述偏振转换系统出射的偏振光的纯度。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其能够提高所述投影系统的亮度。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其能够提高所述投影系统的成像质量。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件解决了在现有的偏振复用器件中存在的1/2波片与偏光分束阵列的对位难的问题，有助于降低所述偏振转换系统的制造难度。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件的制造工艺被简化，有助于降低所述偏振转换系统的制造成本。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件能够容易地将光转换元件与被分离出来的第一偏振光精确地对准，有助于将所有的第一偏振光转换成第二偏振光，以提高经过所述偏振复用器件出射的该第二偏振光的纯度。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件能够提高所述投影系统的光能利用率。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件能够提高系统光能利用率的基础上，具有小尺寸特征，有利于减小所述投影系统的体积，以满足行业需求。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，在本发明的一实施例中，所述偏振复用器件尤其适用于增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域的应用和普及。

本发明的另一目的在于提供一用于投影系统的偏振复用器件，其中，为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一简单的用于投影系统的偏振复用器件，同时还增加了所述用于投影系统的偏振复用器件的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一偏振复用器件，用于将非偏振光转换成具有同一偏振态的偏振光，其中所述偏振复用器件包括：

一组偏振复用单元，其中所有的所述偏振复用单元以端对端的方式排列，其中每所述偏振复用单元具有一入射面和与所述入射面相对的出射面，并包括：

一光转换元件，其中所述光转换元件用于将第一偏振光转换成第二偏振光；

一光分束组件，其中所述光分束组件位于所述光转换元件的一侧，用于将自所述入射面射入的该非偏振光分离成自所述出射面射出的第二偏振光和射向所述光转换元件的第一偏振光；以及

一光反射组件，其中所述光反射组件位于所述光转换元件的另一侧，用于反射通过所述光转换元件转换成的第二偏振光以使该第二偏振光射自所述出射面射出。

在本发明一实施例中，每所述偏振复用单元的所述光分束组件包括一第一分束棱镜、一第二分束棱镜以及一光分束元件，其中所述光分束元件被设置于所述第一分束棱镜和第二分束棱镜之间，用于允许该非偏振光中的第一偏振光透过，并阻止该非偏振光中的第二偏振光透过以将该第二偏振光反射至所述光转换元件。

在本发明一实施例中，所述第一和第二分束棱镜为一直角棱镜，并且所述光分束元件被设置于所述第一和第二分束棱镜的斜面之间，以形成具有矩形结构的所述光分束组件。

在本发明一实施例中，所述光分束元件为一偏振分束膜。

在本发明一实施例中，所述光转换元件为一1/2波片。

在本发明一实施例中，每所述偏振复用单元的所述光转换元件与所述光分束元件之间的夹角为40～50度。

在本发明一实施例中，所述第一和第二分束棱镜的横截面均为等腰直角三角形。

在本发明一实施例中，所述光反射组件包括一第一反射棱镜、一第二反射棱镜以及一光反射元件，其中所述光反射元件被设置于所述第一反射棱镜和第二反射棱镜之间，用于反射被所述光转换元件转换成的第二偏振光。

在本发明一实施例中，所述第一和第二反射棱镜为一直角棱镜，并且所述光反射元件被设置于所述第一和第二反射棱镜的斜面之间，以形成具有矩形结构的所述光反射组件。

在本发明一实施例中，所述光反射元件为一反射膜。

在本发明一实施例中，每所述偏振复用单元的所述光转换元件与所述光反射元件之间的夹角为40～50度。

在本发明一实施例中，所述第一和第二反射棱镜的横截面均为等腰直角三角形。

在本发明一实施例中，所述光反射元件平行于所述光分束元件。

在本发明一实施例中，任一所述偏振复用单元的所述光分束组件的所述第二分束棱镜与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件的所述第二反射棱镜相粘接。

在本发明一实施例中，任一所述偏振复用单元的所述光分束组件的所述第二分束棱镜与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件的所述第二反射棱镜一体地连接，以通过所述第二分束棱镜和所述第二反射棱镜相结合而形成具有平行四边形横截面的共用棱镜。

在本发明一实施例中，该第一偏振光为S偏振光，并且该第二偏振光为P偏振光。

在本发明一实施例中，该第一偏振光为P偏振光，并且该第二偏振光为S偏振光。

在本发明一实施例中，所述的偏振复用器件，还包括至少一减反射元件，其中所述减反射元件被设置于所述偏振复用单元的所述入射面和所述出射面，用于减少所述入射面和所述出射面分别对该非偏振光和该第二偏振光的反射。

在本发明一实施例中，所述减反射元件为分别被镀于所述偏振复用单元的所述入射面和所述出射面的减反射膜。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了现有的偏振复用器件的示意图。

图2是根据本发明的一第一较佳实施例的一投影系统的系统示意图。

图3是根据本发明的所述第一较佳实施例的所述投影系统的一偏振复用器件立体示意图。

图4是根据本发明的所述第一较佳实施例的所述偏振复用器件的局部放大剖视示意图。

图5是根据本发明的所述第一较佳实施例的所述偏振复用器件的一偏振复用单元的立体示意图。

图6是根据本发明的所述第一较佳实施例的所述偏振复用单元的爆炸示意图。

图7示出了根据本发明的所述第一较佳实施例的所述偏振复用器件的一个变形实施方式。

图8是根据本发明的一第二较佳实施例的一偏振复用器件的立体示意图。

图9是根据本发明的所述第二较佳实施例的所述偏振复用器件的局部放大剖视示意图。

图10是根据本发明的所述第二较佳实施例的所述偏振复用器件的一分束反射单元的立体示意图。

图11是根据本发明的所述第二较佳实施例的所述分束反射单元的爆炸示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

近年来，随着LCOS，HTPS等液晶显示技术的出现，使得投影系统得以朝向小型化和高分辨率的方向快速发展。为了满足基于LCOS，HTPS等液晶显示的投影系统的偏振光照明条件，现有的投影系统通常需要采用偏振器件将光源系统发射的非偏振光转化为偏振光。但在偏振光转换的过程中，该现有的投影系统将有至少一半的光能损失，这无疑降低了投影系统的光能利用率，甚至无法满足投影系统的高亮度、低功耗的成像要求。

虽然，如图1所示，现有的偏振复用器件10P利用偏光分束阵列11P和1/2波片12P之间的配合能够将非偏振光转换成具有同一偏振态的偏振光(如P态偏振光)，但是该1/2波片12P的尺寸和位置必须与在该偏光分束阵列11P的出射面上所获得的相互分离的光束阵列的尺寸和位置完全匹配。这无疑极大地增大了该偏振复用器件10P的加工制造难度，特别是对将该1/2波片12P与该偏光分束阵列11P周期性对位的准确度的要求极高，使得市场上的偏振复用器件10P具有较高的制造成本和尺寸，无法在增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域应用和普及。因此，急需一种新的偏振复用器件来降低其制造难度，以便适用于增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域的需求。

参考附图之图2至图6所示，根据本发明的一第一较佳实施例的一用于投影系统的偏振复用器件被阐明。如图2所示，所述投影系统1包括一偏振复用器件10、一光源系统20以及一投影成像系统30。所述光源系统20用于发射非偏振光200。所述偏振复用器件10被设置于所述光源系统20和所述投影成像系统30之间，用于将通过所述光源系统20所发射的所述非偏振光200转换成具有同一偏振态的偏振光。所述投影成像系统30用于基于所述具有同一偏振态的偏振光来生成并投射图像。

本领域技术人员可以理解的是，所述光源系统20所发射的该非偏振光200可以是自然光或部分偏振光，通常所述非偏振光200由P态偏振光和S态偏振光组成。为了便于描述，在本发明中，如图2所示，所述非偏振光200包括第一偏振光201和第二偏振光202，并且在本发明的不同实施例中所述第一和第二偏振光201、202可以分别被实施为P态偏振光或S态偏振光中的一种。例如，在本发明的所述较佳实施例中，所述第一偏振光201被实施为S态偏振光，并且所述第二偏振光202被实施为P态偏振光；而在本发明的一些其他示例中，所述第一偏振光201被实施为P态偏振光，并且所述第二偏振光202被实施为S态偏振光。

在根据本发明的所述较佳实施例中，如图3和图4所示，所述偏振复用器件10包括一组以端对端的方式排列的偏振复用单元11，其中每所述偏振复用单元11具有一入射面1101和一与所述入射面1101相对的出射面1102，并包括一光分束组件111、一光反射组件112以及一光转换元件113。所述光分束组件111位于所述光转换元件113的一侧，用于将自所述入射面1101射入的该非偏振光200分离成自所述出射面1102射出的第二偏振光202和射向所述光转换元件113的第一偏振光201。所述光转换元件113用于将来自所述光分束组件111的所述第一偏振光201转换成射向所述光反射组件112的第二偏振光202。所述光转换组件112位于所述光转换元件113的另一侧，用于反射通过所述光转换元件113转换成的所述第二偏振光202以使所述第二偏振光202自所述出射面1102射出，从而实现将所述非偏振光200转换成具有同一偏振态的偏振光(即第二偏振光202)。

换句话说，如图4所示，所述光转换元件113被设置于所述光分束组件111和所述光反射组件112之间，使得通过所述光分束组件111从所述非偏振光200中分离出的所述第一偏振光201先被所述光转换元件113转换成所述第二偏振光202，再被所述光反射组件112反射以自所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出，从而将自所述偏振复用单元11的所述入射面1101射入的所述非偏振光200全部转换成自每所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出的所述第二偏振光202，有助于提高所述投影系统1的光能利用率。

值得注意的是，由于所述光转换元件113被设置于所述光分束组件111和所述光反射组件112之间，因此不需要像现有的该偏振复用器件10P那样，要求该现有的偏振复用器件10P的该1/2波片12P的尺寸和位置必须与在该偏光分束阵列11P的所述出射面上所获得的相互分离的光束阵列的尺寸和位置完全匹配。这无疑极大地降低了所述偏振复用器件10的加工制造难度，有助于制造出体积较小、偏振光纯度较高的所述偏振复用器件10。

值得一提的是，每所述光转换元件113可以但不限于被实施为一1/2波片，用于将所述第一偏振光201转换成所述第二偏振光202。这里，在本发明的所述第一较佳实施例中，每所述光转换元件113可以用于将所述S偏振光转换成所述P偏振光。当然，在本发明的一些其他实施例中，所述光转换元件113也可以将所述P偏振光转换成所述S偏振光。

示例性地，如图4所示，每所述偏振复用单元11的所述入射面1101位于相应的所述偏振复用器件10的左侧；每所述偏振复用单元11的所述出射面1102位于相应的所述偏振复用器件10的右侧；每所述偏振复用单元11的所述光分束组件111位于相应的所述偏振复用单元11的下侧；每所述偏振复用单元11的所述光反射组件112位于相应的所述偏振复用单元11的上侧。所有的所述偏振复用单元11以端对端的方式被纵向设置以排成一列，并且每所述偏振复用单元11的所述光分束组件111与相邻的所述偏振复用单元11的所述光反射组件112相对。每所述光转换元件113分别被黏贴于所述偏振复用单元11的所述光分束组件111和所述光反射组件112之间，以形成具有一体式结构的所述偏振复用器件10，便于将所述偏振复用器件10组装至所述投影系统1。

这样，当所述投影系统1工作时，所述光源系统20所发射的所述非偏振光200首先自每所述偏振复用单元11的所述入射面1101射入所述偏振复用单元11的所述光分束组件111；接着，所述非偏振光200被所述光分束组件111分离成射向所述偏振复用单元11的所述光转换元件113的所述第一偏振光201和自所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出的所述第二偏振光202；之后，射向所述光转换元件113的所述第一偏振光201进入所述光转换元件113，以被所述光转换元件113转换成射向所述光反射组件112的所述第二偏振光202；最后，被转换成的所述第二偏振光202被所述偏振复用单元11的所述光反射组件112反射以自所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出，以将自所述偏振复用单元11的所述入射面1101射入的所有所述非偏振光200全部转换成自所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出的所述第二偏振光202。

进一步地，如图4和图5所示，每所述偏振复用单元11的所述光分束组件111包括一第一分束棱镜1111、一第二分束棱镜1112以及一光分束元件1113，其中所述光分束元件1113被设置于所述第一分束棱镜1111和所述第二分束棱镜1112之间，以制成具有一体式结构的所述光分束组件111。这样，当所述非偏振光200自所述偏振复用单元11的所述第一分束棱镜1111射入以被所述光分束元件1113分离成所述第一偏振光201和所述第二偏振光202时，被分离出的所述第二偏振光202透过所述光分束元件1113以穿过所述第二分束棱镜1112而射出；被分离出的所述第一偏振光201被所述光分束元件1113反射以在射出所述第一分束棱镜1111后被所述光转换元件113转换成所述第二偏振光202。

示例性地，如图5和图6所示，在每所述偏振复用单元11中，所述光分束组件111的所述第一分束棱镜1111和所述第二分束棱镜1112均为直角棱镜，即均具有直角三角形的横截面，其中所述光分束元件1113被设置于所述第一分束棱镜1111的斜面11111和所述第二分束棱镜1112的斜面11121之间，以形成具有矩形横截面的所述光分束组件111。这样，所述第一分束棱镜1111的一直角面11112形成所述偏振复用单元11的所述入射面1101的一部分，并且所述第一分束棱镜1111的另一直角面11112对应于所述光转换元件113；所述第二分束棱镜1112的一直角面11122形成所述偏振复用单元11的所述出射面1102的一部分，并且所述第二分束棱镜1112的另一直角面11122对应于相邻的所述偏振复用单元11的所述光反射组件112。

优选地，如图4所示，在所述偏振复用单元11中，所述光分束元件1113与所述光转换元件113之间的夹角θ₁为40-50度。

更优选地，所述光分束组件111的所述第一和第二分束棱镜1111、1112的横截面均被实施为等腰直角三角形，以使所述光分束元件1113与所述光转换元件113之间的夹角θ₁为45度。

值得一提的是，在本发明的所述第一较佳实施例中，所述光分束元件1113可以但不限于被实施为一偏振分束膜(简称PBS膜)，用于允许P偏振光透过，并阻挡S偏振光透过以反射所述S偏振光，从而将所述非偏振光202中的所述P偏振光和所述S偏振光分离开。当然，在本发明的一些示例中，所述光分束元件1113也可以被实施为诸如偏振分束片、偏振分束块等等之类的偏振分束件，只要能够将所述非偏振光200中的所述P偏振光和所述S偏振光分离开即可，本发明对此不作进一步限制。此外，在本发明的一些其他示例中，所述光分束元件1113也可以被实施为用于允许S偏振光透过，并阻挡P偏振光透过以发射所述P偏振光的其他分束膜。

值得注意的是，所述偏振分束膜可以通过诸如镀膜或黏贴等等方式被设置于所述第一分束棱镜1111的斜面11111和所述第二分束棱镜1112的斜面11121之间，本发明对此不作进一步限制。

根据本发明的所述第一较佳实施例，如图4和图5所示，每所述偏振复用单元11的所述光反射组件112包括一第一反射棱镜1121、一第二反射棱镜1122以及一光反射元件1123，其中所述光反射元件1123被设置于所述第一反射棱镜1121和所述第二反射棱镜1122之间，以制成具有一体式结构的所述光反射组件112。这样，当所述第一偏振光201被所述光转换元件113转换成所述第二偏振光202时，被转换成的所述第二偏振光202射入所述第一反射棱镜1121，以被所述光反射元件1123反射而射出所述第一反射棱镜1121。

示例性地，如图6所示，在每所述偏振复用单元11中，所述光反射组件112的所述第一反射棱镜1121和所述第二反射棱镜1122均为直角棱镜，即均具有直角三角形的横截面，其中所述光反射元件1123被设置于所述第一反射棱镜1121的斜面11211和所述第二反射棱镜1122的斜面11221之间，以形成具有矩形横截面的所述光反射组件112。这样，所述第一反射棱镜1121的一直角面11212形成所述偏振复用单元11的所述出射面1102的另一部分，并且所述第一反射棱镜1121的另一直角面11212对应于所述光转换元件113；所述第二反射棱镜1122的一直角面11222形成所述偏振复用单元11的所述入射面1102的另一部分，并且所述第二反射棱镜1122的另一直角面11222对应于相邻的所述偏振复用单元11的所述光分束组件111。

换句话说，所述第一反射棱镜1121的一个所述直角面11212与所述第二分束棱镜1112的一个所述直角面1112一起构成所述偏振复用单元11的所述出射面1102；并且所述第二反射棱镜1122的一个所述直角面11222和所述第一分束棱镜1111的一个所述直角面11112一起构成所述偏振复用单元11的所述入射面1101，以使被分离出的所述第二偏振光202和被转换成的所述第二偏振光202均能够从所述偏振复用单元11的所述出射面1102射出。

优选地，如图4所示，在所述偏振复用单元11中，所述光反射元件1123与所述光转换元件113之间的夹角θ₂为40-50度。

更优选地，所述光反射组件112的所述第一和第二反射棱镜1121、1122的横截面均被实施为等腰直角三角形，以使所述光反射元件1123与所述光转换元件113之间的夹角θ₂为45度。

值得一提的是，在本发明的所述第一较佳实施例中，所述光反射元件1123可以但不限于被实施为一反射膜，例如P光反射膜(简称PM膜)，用于反射所述P偏振光202。当然，在本发明的一些示例中，所述光反射元件113也可以被实施为诸如反射片、反射块和反射镜等等之类的反射件，只要能够反射所述第二偏振光202即可，本发明对此不作进一步限制。可以理解的是，所述反射膜可以通过诸如镀膜或黏贴等等方式被设置于所述第一反射棱镜1121的斜面11211和所述第二反射棱镜1122的斜面11221之间，本发明对此不作进一步限制。

值得注意的是，为了确保被分离出的和被转换成的所述第二偏振光202的射出方向均保持一致，则在所述偏振复用器件10中，如图4所示，任一所述光分束元件1113平行于任一所述光反射元件113。这样，从所述非偏振光200中分离出的所述第二偏振光202将透过所述光分束元件1113以沿着所述非偏振光200的射入方向传播；而从所述非偏振光200中分离出的所述第一偏振光201先通过所述光分束元件1113的反射以射向所述光转换元件113，接着在被所述光转换元件113转换成所述第二偏振光202后再通过所述光反射元件113的反射以沿着平行于所述非偏振光200的所述射入方向传播，从而使得自所述偏振复用器件10射出的所有所述第二偏振光202的传播方向均相互平行以保持一致。

这样，当所述非偏振光200沿着垂直于所述偏振复用单元11的所述入射面1101的方向射入所述偏振复用单元11时，所有的所述第二偏振光202均沿着垂直于所述偏振复用单元11的所述出射面1102的方向射出，这样能够有效地防止所述非偏振光200在射入所述偏振复用单元11时以及所述第二偏振光202在射出所述偏振复用单元11时发生折射。

此外，如图4所示，在每所述偏振复用单元11中，所述第一分束棱镜1111的一个所述直角面11112平行于所述第一反射棱镜1121的一个所述直角面11122，使得被分离出的所述第一偏振光201与被转换成的所述第二偏振光202的传播方向保持一致，进而确保被转换成的所述第二偏振光202在被所述光反射元件1123反射后的射出方向与被分离出的所述第二偏振光202的射出方向保持一致。这样，在所述非偏振光200沿着垂直于所述入射面1101的方向射入所述偏振复用单元11后，通过所述光分束元件1113从所述非偏振光200分离出的所述第一偏振光201以及通过所述光转换元件113转换成的所述第二偏振光202均沿着垂直于所述第一分束和第一反射棱镜1111、1121的一个所述直角面11112、11212的传播方向传播，以避免因在所述偏振复用单元11的内部发生折射而导致所述第一或第二偏振光201、202提前射出所述偏振复用单元11。

进一步地，如图4所示，每所述偏振复用单元11的所述光反射元件1123与相应的所述光转换元件113相交于所述偏振复用单元11的所述入射面1101，以避免在所述光转换元件113和所述光反射元件1123之间存在不必要的间距，有利于减小所述偏振复用器件10的高度。相应地，每所述偏振复用单元11的所述光分束元件1113与相应的所述光转换元件113相交于所述偏振复用单元11的所述出射面1102，以避免在所述光转换元件113和所述光分束元件1113之间存在不必要的间距，有利于进一步减小所述偏振复用器件10的高度。

值得一提的是，当所述非偏振光200射入所述偏振复用器件10的所述偏振复用单元11时，所述非偏振光200因所述偏振复用单元11的的所述入射面1101的反射而导致所述非偏振光200产生光能损失，这就会降低所述偏振复用器件10的光能利用率，进而影响所述投影系统1的亮度和成像质量。

因此，为了提高所述偏振复用器件10的光能利用率，附图7示出了根据本发明的所述较佳实施例的所述偏振复用器件的一个变形实施方式，其中所述偏振复用器件10还包括一减反射元件12，其中每所述减反射元件12被设置于每所述偏振复用单元11的所述入射面1101，用于减少所述偏振复用单元11的所述入射面1101对所述非偏振光200的反射，以提高所述偏振复用器件10对所述非偏振光200的光能利用率。

相应地，由于当所述第二偏振光202射出所述偏振复用单元11时，所述第二偏振光202则会因所述偏振复用单元11的所述出射面1102的反射而导致所述第二偏振光202产生光能损失，这也会降低所述偏振复用器件10的光能利用率以影响所述投影系统1的亮度和成像质量。因此，在本发明的所述较佳实施例中，如图7所示，所述偏振复用器件10还包括另一减反射元件12，其中所述减反射元件12被设置于每所述偏振复用单元11的所述出射面1102，用于减少所述偏振复用单元11的所述出射面1102对所述第二偏振光202的反射，以提高所述偏振复用器件10对所述第二偏振光202的光能利用率。

值得注意的是，所述减反射元件12可以但不限于被实施为分别被设置于所述偏振复用单元11的所述入射面1101和所述出射面1102的减反射膜(简称AR膜)，用于进一步减小光能损失，以提高所述偏振复用器件10的光能利用率。可以理解的是，所述减反射膜可以但不限于被镀于所述偏振复用单元11的所述入射面1101和所述出射面1102，也可以被黏贴于所述偏振复用单元11的所述入射面1101和所述出射面1102，本发明对此不作进一步限制。

此外，在本发明的一些示例中，所述减反射材料也可以镀于每所述偏振复用单元11的所述第一和第二分束棱镜1111、1112的直角面以及所述第二和第二反射棱镜1121、1122的直角面，以形成包覆于每所述偏振复用单元11的全部外表面的减反射膜，不仅有利于减小所述入射面1101对所述非偏振光200的反射和所述出射面1102对所述第二偏振光202的反射，而且还有助于减小所述第一分束棱镜1111对所述第一偏振光201的反射以及所述第一反射棱镜1121对被转换成的所述第二偏振光202的反射，以最大限度地降低因反射而造成的光能损失，从而进一步提高所述偏振复用器件10的光能利用率。

值得注意的是，在现有的该偏振复用器件10P中，由于该1/2波片12P被周期地设置于该偏光分束阵列11P的出射面，使得该1/2波片12P的尺寸和位置必须与在该偏光分束阵列11P的所述出射面上所获得的相互分离的光束阵列的尺寸和位置完全匹配，因此，这无疑极大地增大了该偏振复用器件10P的加工制造难度，导致该现有的偏振复用器件10P存在体积较大或所转换成的偏振光的纯度不高等等问题。

而在本发明的所述较佳实施例中，当制造所述偏振复用器件10时，可先使用了大片的1/2波片与所述光分束组件111和所述光反射组件112黏贴，再进行统一分割，以制成所述偏振复用单元11；最后将一组所述偏振复用单元11周期性地粘接成一列，以制成所述偏振复用器件10。这样不仅可以免去在该现有的偏振复用器件10P的制造中对大片的1/2波片单独分割和单独黏贴的过程，以简化所述偏振复用器件10的制造工艺并降低所述偏振复用器件10的制造难度和制造成本，而且还可以使所述偏振复用器件10在尺寸较小的情况下也具有可加工性的能力，以获得较小尺寸的所述偏振复用器件10，适用于微小型的投影系统，满足增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域的需求。此外，通过统一切割的方式，又能够大大提高所述光转换元件113与所述偏振复用单元11之间的对位精度，将加工精度控制在极高的水平之上，有助于提高通过所述偏振复用器件10转换成的偏振光的纯度和亮度，进而提高所述投影系统1的成像质量。

参考附图8至图11所示，根据本发明的一第二较佳实施例的一偏振复用器件被阐明。相比于根据本发明的上述第一较佳实施例，根据本发明的所述第二较佳实施例的所述偏振复用器件10A的不同之处在于：在所述偏振复用器件10A中，任一所述偏振复用单元11A的所述光分束组件111A的所述第二分束棱镜1112A与相邻的所述偏振复用单元11A的所述光反射组件112A的所述第二反射棱镜1122A一体地连接，以使所述第二分束棱镜1112A和所述第二反射棱镜1122A共同构成一具有平行四边形横截面的共用棱镜1100A，也就是说，所述第二分束棱镜1112A是所述共用棱镜1100A的一部分，并且所述第二反射棱镜1122A是所述共用棱镜1100A的另一部分。这样，在制造所述偏振复用器件10A时，就不需要额外将所述第二分束棱镜1112A和所述第二反射棱镜1122A粘接在一起，有助于简化所述偏振复用器件10A的制造工艺。

换句话说，如图8和图9所示，任一所述偏振复用单元11A的所述光分束组件111A与相邻的所述偏振复用单元11A的所述光反射组件112A相互结合，以构成具有一体式结构的分束反射单元110A，其中每所述偏振复用单元11A的所述光转换元件113位于相邻的所述分束反射单元110A之间，以形成所述偏振复用器件10A。

具体地，如图10和图11所示，每所述分束反射单元110A包括所述第一分束棱镜1111、所述光分束元件1113、所述共用棱镜1100A、所述光反射元件1123以及所述第一反射棱镜1121，其中所述光分束元件1113位于所述第一分束棱镜1111的斜面和所述共用棱镜1100A的上侧面之间，并且所述光反射元件1123位于所述第一反射棱镜1121的斜面和所述共用棱镜1100A的下侧面之间，以形成具有一体式结构的所述分束反射单元110A，有助于将多组所述分束反射单元110A与一组大片的1/2波片相粘接，以制成偏振复用器件半成品。之后，通过切割所述大片的1/2波片，以制成所述偏振复用器件10A。

值得注意的是，在现有的该偏振复用器件10P中，由于该1/2波片12P被周期地设置于该偏光分束阵列11P的出射面，使得该1/2波片12P的尺寸和位置必须与在该偏光分束阵列11P的所述出射面上所获得的相互分离的光束阵列的尺寸和位置完全匹配，因此，这无疑极大地增大了该偏振复用器件10P的加工制造难度，导致该现有的偏振复用器件10P存在体积较大或所转换成的偏振光的纯度不高等等问题。

而在本发明的所述第二较佳实施例中，当制造所述偏振复用器件10A时，先将大片的1/2波片设置于相邻的所述分束反射单元110A之间，再进行统一分割。这样不仅可以免去在该现有的偏振复用器件10P的制造中对1/2波片单独分割和单独黏贴的过程，以简化所述偏振复用器件10A的制造工艺并降低所述偏振复用器件10A的制造难度和制造成本，而且还可以使所述偏振复用器件10A在尺寸较小的情况下也具有可加工性的能力，以获得较小尺寸的所述偏振复用器件10A，适用于微小型的投影系统，满足增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域的需求。此外，通过统一切割的方式，又能够大大提高所述光转换元件113与所述分束反射单元110A之间的对位精度，将加工精度控制在极高的水平之上，有助于提高通过所述偏振复用器件10A转换成的偏振光的纯度和亮度，进而提高所述投影系统的成像质量。

值得一提的是，在本发明的一示例中，将一减反射材料分别镀于每所述偏振复用单元11A的所述入射面1101和所述出射面1102，以在每所述偏振复用单元11A的所述入射面1101和所述出射面1102形成所述减反射元件12(如AR膜)，用于减小所述入射面1101和所述出射面1102的反射，以降低因反射而造成的光能损失，从而提高所述偏振复用器件10A的光能利用率。

可以理解的是，在本发明的一些其他示例中，也可以在黏贴所述1/2波片之前，将所述减反射材料镀于每所述分束反射单元110A的外表面，以形成包覆于每所述分束反射单元110A的外表面的AR膜，不仅有利于减小所述入射面1101对所述非偏振光200的反射和所述出射面1102对所述第二偏振光202的反射，而且还有助于减小所述分束反射单元110A中所述第一分束棱镜1111对所述第一偏振光201的反射以及所述分束反射单元110A中所述第一反射棱镜1121对被转换成的所述第二偏振光202的反射，以最大限度地降低因反射而造成的光能损失，从而进一步提高所述偏振复用器件10A的光能利用率。

值得注意的是，在本发明的所述第二较佳实施例中，除了上述结构不同之外，所述偏振复用器件10A的其他结构与根据本发明的所述第一较佳实施例的所述偏振复用器件10的结构相同，并且所述偏振复用器件10A也具有与所述第一较佳实施例的所述偏振复用器件10的各种变形实施方式相似或相同的变形实施方式，在此不再赘述。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (21)

1.一用于投影系统的偏振复用器件，用于将非偏振光转换成具有同一偏振态的偏振光，其特征在于，其中所述偏振复用器件包括：

一组偏振复用单元，其中所有的所述偏振复用单元以端对端的方式被纵向设置以排成一列，其中每所述偏振复用单元具有一入射面和与所述入射面相对的出射面，并包括：

一光转换元件，其中所述光转换元件用于将第一偏振光转换成第二偏振光；

一光分束组件，其中所述光分束组件位于所述光转换元件的一侧，用于将自所述入射面射入的该非偏振光分离成自所述出射面射出的第二偏振光和射向所述光转换元件的第一偏振光；以及

一光反射组件，其中所述光反射组件位于所述光转换元件的另一侧，用于反射通过所述光转换元件转换成的第二偏振光以使该第二偏振光射自所述出射面射出，使得所述光转换元件被设置于所述光分束组件和所述光反射组件之间，并且每个所述偏振复用单元的所述光分束组件与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件相对，用于将自所述偏振复用单元的所述入射面射入的所有该非偏振光全部转换成自所述偏振复用单元的所述出射面射出的该第二偏振光。

2.如权利要求1所述的偏振复用器件，其中，每所述偏振复用单元的所述光分束组件包括一第一分束棱镜、一第二分束棱镜以及一光分束元件，其中所述光分束元件被设置于所述第一分束棱镜和第二分束棱镜之间，用于允许该非偏振光中的第一偏振光透过，并阻止该非偏振光中的第二偏振光透过以将该第二偏振光反射至所述光转换元件。

3.如权利要求2所述的偏振复用器件，其中，所述第一和第二分束棱镜为一直角棱镜，并且所述光分束元件被设置于所述第一和第二分束棱镜的斜面之间，以形成具有矩形结构的所述光分束组件。

4.如权利要求3所述的偏振复用器件，其中，所述光分束元件为一偏振分束膜。

5.如权利要求4所述的偏振复用器件，其中，所述光转换元件为一1/2波片。

6.如权利要求5所述的偏振复用器件，其中，每所述偏振复用单元的所述光转换元件与所述光分束元件之间的夹角为40～50度。

7.如权利要求6所述的偏振复用器件，其中，所述第一和第二分束棱镜的横截面均为等腰直角三角形。

8.如权利要求1所述的偏振复用器件，其中，所述光反射组件包括一第一反射棱镜、一第二反射棱镜以及一光反射元件，其中所述光反射元件被设置于所述第一反射棱镜和第二反射棱镜之间，用于反射被所述光转换元件转换成的第二偏振光。

9.如权利要求2至7中任一所述的偏振复用器件，其中，所述光反射组件包括一第一反射棱镜、一第二反射棱镜以及一光反射元件，其中所述光反射元件被设置于所述第一反射棱镜和第二反射棱镜之间，用于反射被所述光转换元件转换成的第二偏振光。

10.如权利要求9所述的偏振复用器件，其中，所述第一和第二反射棱镜为一直角棱镜，并且所述光反射元件被设置于所述第一和第二反射棱镜的斜面之间，以形成具有矩形结构的所述光反射组件。

11.如权利要求10所述的偏振复用器件，其中，所述光反射元件为一反射膜。

12.如权利要求11所述的偏振复用器件，其中，每所述偏振复用单元的所述光转换元件与所述光反射元件之间的夹角为40～50度。

13.如权利要求12所述的偏振复用器件，其中，所述第一和第二反射棱镜的横截面均为等腰直角三角形。

14.如权利要求13所述的偏振复用器件，其中，所述光反射元件平行于所述光分束元件。

15.如权利要求14所述的偏振复用器件，其中，任一所述偏振复用单元的所述光分束组件的所述第二分束棱镜与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件的所述第二反射棱镜相粘接。

16.如权利要求14所述的偏振复用器件，其中，任一所述偏振复用单元的所述光分束组件的所述第二分束棱镜与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件的所述第二反射棱镜一体地连接，以通过所述第二分束棱镜和所述第二反射棱镜相结合而形成具有平行四边形横截面的共用棱镜。

17.如权利要求9所述的偏振复用器件，其中，任一所述偏振复用单元的所述光分束组件的所述第二分束棱镜与相邻的所述偏振复用单元的所述光反射组件的所述第二反射棱镜一体地连接，以通过所述第二分束棱镜和所述第二反射棱镜相结合而形成具有平行四边形横截面的共用棱镜。

18.如权利要求1至8中任一所述的偏振复用器件，其中，该第一偏振光为S偏振光，并且该第二偏振光为P偏振光。

19.如权利要求1至8中任一所述的偏振复用器件，其中，该第一偏振光为P偏振光，并且该第二偏振光为S偏振光。

20.如权利要求1至8中任一所述的偏振复用器件，还包括至少一减反射元件，其中所述减反射元件被设置于所述偏振复用单元的所述入射面和所述出射面，用于减少所述入射面和所述出射面分别对该非偏振光和该第二偏振光的反射。

21.如权利要求20所述的偏振复用器件，其中，所述减反射元件为分别被镀于所述偏振复用单元的所述入射面和所述出射面的减反射膜。

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