CN113874775A - 用于空间光调制器的分离棱镜照明器 - Google Patents
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Abstract
一种光学设备包括被定位在第一取向上的第一偏振选择性反射器，使得第一偏振选择性反射器：接收第一方向的第一光；将第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向；以及接收第三方向的第二光并透射第二光的第一部分。第二偏振选择性反射器被定位在不平行于第一取向的第二取向上，并邻近第一偏振选择性反射器，使得第二偏振选择性反射器：接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；以及接收第六方向的第四光，并且透射第四光的具有第二偏振的第一部分。
Description
相关申请
本申请要求2019年5月20日提交的美国临时专利申请第62/850,473号、2020年5月14日提交的美国专利申请第16/874,099序列号、2020年5月14日提交的美国专利申请第16/874,115序列号、2020年5月14日提交的美国专利申请第16/874,259序列号、2020年5月14日提交的美国专利申请第16/874,134序列号和2020年5月14日提交的美国专利申请第16/874,265序列号的优先权。所有这些申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及头戴式显示设备，且更具体地说，涉及头戴式显示设备中使用的光学部件。
背景
头戴式显示设备(在本文中也称为头戴式显示器)作为向用户提供视觉信息的手段越来越受欢迎。
然而，传统头戴式显示设备的尺寸和重量限制了头戴式显示设备的应用。
概述
因此，需要更加紧凑和轻量的头戴式显示设备。紧凑的头戴式显示设备也将提高用户对这种设备的满意度。
所公开的设备、系统和方法减少或消除了缺陷和其他问题。
根据一些实施例，一种光学设备包括位于第一取向上的第一偏振选择性反射器，使得第一偏振选择性反射器接收第一方向的第一光，将第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向；并且接收第三方向的第二光，并且透射第二光的具有第二偏振的第一部分，该第二偏振与第一偏振正交。该光学设备包括：第二偏振选择性反射器，其被定位在不平行于第一取向的第二取向上，并且邻近第一偏振选择性反射器，使得第二偏振选择性反射器接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；并且接收第六方向的第四光，并且透射第四光的具有第二偏振的第一部分。
在一些实施例中，第二方向垂直于第一方向，并且第五方向垂直于第三方向。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器还被配置成透射第一光的具有第二偏振的第二部分；并且第二偏振选择性反射器还被配置成接收和透射第一光的具有第二偏振的第二部分。
在一些实施例中，光学设备还包括第三反射器，该第三反射器被配置为从第二偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将第一光的第二部分作为第二光重定向回第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，光学设备还包括被配置为输出具有第一偏振的第一光的光源。
在一些实施例中，光学设备还包括光学积分器，该光学积分器被配置为接收第一光并重定向第一光，使得由光学积分器透射的第一光具有比入射到光学积分器上的第一光更小的发散度。在一些实施例中，光学设备还包括与第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，该菲涅耳反射器被配置为接收由光源输出的第一光，并将第一光朝向第一偏振选择性反射器重定向。在一些实施例中，菲涅耳反射器被配置成扩展第一光的光束尺寸。
在一些实施例中，光学设备还包括设置在第三反射器和第二偏振选择性反射器之间的波片。在一些实施例中，波片被配置成将线性偏振光转换成圆偏振光，并将圆偏振光转换成线性偏振光(例如，四分之一波片)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器还被配置成在不同于第三方向的第七方向上反射第二光的具有第一偏振的第二部分；并且第二偏振选择性反射器还被配置为在不同于第六方向的第八方向上反射第四光的具有第一偏振的第二部分。
在一些实施例中，光学设备还包括与第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器光学耦合的反射空间光调制器，反射空间光调制器被配置为：在反射空间光调制器的第一区域上接收第一光的具有第一偏振的第一部分，并将第一光的第一部分反射为第二光。反射空间光调制器还被配置为在反射空间光调制器的与第一区域相邻的第二区域上接收第三光的具有第一偏振的第一部分，并将第三光的第一部分反射为第四光。
在一些实施例中，反射空间光调制器包括反射表面和多个像素，多个像素中的相应像素具有相应的调制元件。在一些实施例中，将第一光的第一部分反射为第二光并将第三光的第一部分反射为第四光包括由相应的调制元件调制第一光的第一部分和第三光的第一部分的偏振。
在一些实施例中，反射空间光调制器是硅上液晶(LCoS)显示器。
在一些实施例中，第一取向上的第一偏振选择性反射器和第二取向上的第二偏振选择性反射器限定了大约90度的角度。在一些实施例中，该角度大于或小于90度。第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器彼此耦合。
在一些实施例中，光学设备还包括限定第一面和第二面的棱镜。第一偏振选择性反射器被设置在第一面上，第二偏振选择性反射器被设置在第二面上。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器选自由以下项组成的组：线栅偏振器、双折射光学膜反射偏振器、胆甾型反射偏振器和MacNeille偏振器。
在一些实施例中，光学设备还包括第一光源，其被配置为输出具有第一偏振的第一光；以及第二光源，其被配置为输出具有第一偏振的第三光。
在一些实施例中，光学设备还包括第一菲涅耳反射器，其与第一偏振选择性反射器光学耦合，被配置为：接收由第一光源输出的第一光；并且在第一方向上朝向第一偏振选择性反射器重定向第一光。光学设备还包括第二菲涅耳反射器，其与第二偏振选择性反射器光学耦合，被配置为接收由第二光源输出的第三光，并且在第四方向上朝向第二偏振选择性反射器重定向第三光。
在一些实施例中，第四方向基本上平行于第一方向。在一些实施例中，第五方向基本上平行于第二方向。在一些实施例中，第五方向不平行于第二方向。
根据一些实施例，一种方法包括利用被定位在第一取向上的第一偏振选择性反射器接收第一方向的第一光；将第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向。该方法包括接收第三方向的第二光，透射第二光的具有与第一偏振正交的第二偏振的第一部分。该方法还包括，利用被定位在不平行于第一取向的第二取向上并且邻近第一偏振选择性反射器的第二偏振选择性反射器，接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；以及接收第六方向的第四光，透射第四光的具有第二偏振的第一部分。
根据一些实施例，一种制造光学组件的方法包括将第一偏振选择性反射器放置在第一取向上；以及将第二偏振选择性反射器放置在与第一取向不平行且相邻的第二取向上。在一些实施例中，光学组件包括偏振分束器。
根据一些实施例，一种光学设备包括：第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器；以及第三反射器。第一偏振选择性反射器被配置成接收第一光并重定向第一光的具有第一偏振的第一部分，并透射第一光的具有与第一偏振正交的第二偏振的第二部分。第二偏振选择性反射器被配置为从第一偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将其透射到第三反射器。第三反射器被配置为从第二偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将其重定向回第二偏振选择性反射器；并且第二偏振选择性反射器还被配置成接收来自第三反射器的光并且重定向至少一部分光，被重定向的部分具有第一偏振。
根据一些实施例，一种光学设备包括相对于空间光调制器定位的第一偏振选择性反射器；以及相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一光，并将第一光的具有第一偏振的至少一部分作为第二光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二光，并将第二光的至少一部分作为具有第二偏振的第三光导向第一偏振选择性反射器。第二偏振不同于第一偏振。
在一些实施例中，空间光调制器被定位在第一偏振选择性反射器的第一方向上，并且第一反射组件被定位在第一偏振选择性反射器的第二方向上。在一些实施例中，照明光沿第一偏振选择性反射器的第三方向进入光学设备；并且波导被定位在第一偏振选择性反射器的第四方向上。第一方向和第二方向彼此不同。
在一些实施例中，第一方向垂直于第三方向；并且第二方向垂直于第四方向。在一些实施例中，空间光调制器和第一反射组件位于第一偏振选择性反射器的相对的方向上。在一些实施例中，第二方向垂直于第三方向；并且第一方向垂直于第四方向。在一些实施例中，波导和第一反射组件位于第一偏振选择性反射器的相对的方向上。
在一些实施例中，光学设备还包括第一反射器。第一反射器限定开口，并且第一反射器相对于空间光调制器定位，使得空间光调制器接收已经(i)穿过第一反射器的开口并且(ii)随后从第一反射器反射离开的光。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器邻近波导设置。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同(例如，正交)的偏振的光。
在一些实施例中，光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定(例如，包含第一偏振选择性反射器)的第一平面与由空间光调制器限定(例如，包含空间光调制器)的第二平面以第一锐角相交。
在一些实施例中，第一反射组件包括偏振延迟器和反射透镜。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。在一些实施例中，投影的高度大于投影的宽度，使得空间光调制器沿着高度维度的视场大于沿着宽度维度的视场。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器相对于由空间光调制器限定的平面基本上成45度角。该光学设备包括第一棱镜和第二棱镜。
在一些实施例中，第一棱镜的至少一部分具有梯形横截面，其具有第一边、第二边、第三边、第四边。第一边垂直于第二边；第二棱镜是具有斜边的直角棱镜；并且第一偏振选择性反射器被设置在第一棱镜和第二棱镜之间，平行于第二棱镜的斜边和第一棱镜的第四边。在一些实施例中，斜边的长度等于第三边的长度。
在一些实施例中，第一反射组件相对于空间光调制器定位，使得第一偏振选择性反射器通过透射第二光来将第二光导向第一反射组件。
在一些实施例中，第一反射组件相对于空间光调制器定位，使得第一偏振选择性反射器通过反射具有第一偏振的第二光来将第二光导向第一反射组件。
在一些实施例中，第一反射组件包括反射器和邻近反射器设置的偏振延迟器。
在一些实施例中，偏振延迟器包括四分之一波片。在一些实施例中，偏振延迟器被设置在透镜的第一表面上，并且反射器包括设置在透镜的相对的第二表面上的反射涂层。
根据一些实施例，一种方法包括使用第一偏振选择性反射器将来自空间光调制器的第一光导向第一反射器组件。该方法包括使用第一反射器组件接收第一光，并将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该方法还包括使用第一偏振选择性反射器接收第二光，并将第二光的至少一部分导向波导(例如，作为第三光)。第一光具有第一偏振，并且第二光具有不同于第一偏振的第二偏振(例如，第二偏振与第一偏振正交)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器朝向第一反射器组件透射第一光。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器将第一光朝向第一反射器组件反射。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器，第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将第一光(例如，照射在第一偏振选择性反射器上并具有第一偏振)导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该光学设备包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将从第二偏振选择性反射器接收的第二光的至少一部分作为第三光导向第一反射器，并且第一反射器将第三光的至少一部分导向(例如，导向回)第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一反射器是非球面的。
在一些实施例中，第一反射器是非球面的，以在空间光调制器处提供均匀的照明。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成将来自第一反射器的第三光的部分导向空间光调制器。在一些实施例中，光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第二反射器，使得来自空间光调制器的光被第一偏振选择性反射器导向第二反射器，并且第二反射器将来自空间光调制器的光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器。在一些实施例中，第二反射器投射来自空间光调制器的光的至少一部分。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上平行于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第一取向上。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同(例如，正交)的偏振的光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过透射第一光(具有第一偏振)来将第一光导向第二偏振选择性反射器。在一些实施例中，由第二偏振选择性反射器导向第一偏振选择性反射器的第二光透射通过第一偏振选择性反射器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过反射来自第一反射器的第三光的部分，将第三光的部分导向空间光调制器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，第一反射器面向第一表面，并且第二偏振选择性反射器面向第二表面。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上正交于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第二取向上。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射与由第一偏振选择性反射器反射的光具有相同偏振的光。在一些实施例中(例如，图14E)，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，第一反射器和第二偏振选择性反射器都面向第一表面。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过将第一光(具有第一偏振)朝向第二偏振选择性反射器反射，将第一光导向第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，由第二偏振选择性反射器导向第一偏振选择性反射器的第二光的部分被第一偏振选择性反射器朝向第一反射器反射。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过透射来自第一反射器的第三光的部分，将第三光的部分导向空间光调制器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，并且第一偏振选择性反射器的第一表面面向第一反射器和第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一反射器包括被配置为散射被导向第一偏振选择性反射器的第三光的部分的结构。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定(例如，包含第一偏振选择性反射器)的第一平面以第一锐角与由第二偏振选择性反射器限定(例如，包含第二偏振选择性反射器)的第二平面相交，并且以第二锐角与由第一反射器限定(例如，包含第一反射器)的第三平面相交。
在一些实施例中，光学设备还包括邻近第一反射器设置的第一偏振延迟器。
在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得由第一偏振选择性反射器接收到的第一光已经穿过第一开口。
在一些实施例中，一种照明系统包括本文所述的任何光学设备、光源、被配置为调节来自光源的光作为输出光的均化设备(homogenizing device)。该照明系统包括转向光学器件，该转向光学器件被定位成将输出光通过第一开口引导到光学设备中。
在一些实施例中，第一偏振延迟器限定了与第一反射器的第一开口对齐的第二开口。
根据一些实施例，一种方法包括使用第一偏振选择性反射器将第一光导向第二偏振选择性反射器。该方法包括使用第二偏振选择性反射器接收第一光，并将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该方法包括使用第一偏振选择性反射器接收第二光，并将第二光的至少一部分作为第三光导向第一反射器。该方法还包括使用第一反射器接收第三光，并将第三光的至少一部分作为第四光导向第一偏振选择性反射器。该方法包括使用第一偏振选择性反射器接收第四光，并且引导第四光的至少一部分来照射空间光调制器。
根据一些实施例，一种光学设备包括：第一偏振选择性反射器；第二偏振选择性反射器，其相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将(从第二偏振选择性反射器接收的)第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向第一反射器。在一些实施例中，第一反射器将第三光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器或第二偏振选择性反射器是包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料的偏振元件。
在一些实施例中，第一反射器将第三光的具有第一非平面偏振的至少一部分导向第一偏振选择性反射器，并且第一偏振选择性反射器被配置为将来自第一反射器的第三光的部分导向空间光调制器作为照明光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，基于液晶的偏振选择元件包括偏振体全息元件(polarization volume hologram)(参考图16A-图16D所描述的)。在一些实施例中，基于液晶的偏振选择元件包括胆甾型液晶。
在一些实施例中，该光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一成像光，并将第一成像光的具有第三非平面偏振的至少一部分作为第二成像光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二成像光，并将第二成像光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器，作为具有第四非平面偏振的第三成像光。第三非平面偏振不同于第四非平面偏振。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上平行于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第一取向上，并且第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一锐角与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，并且以第二锐角与由第一反射器限定的第三平面相交。
在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得由第一偏振选择性反射器接收到的第一光已经穿过第一开口。
在一些实施例中，一种照明系统包括本文描述的任何光学设备；光源；均化设备，其被配置为将来自光源的光调节为输出光；以及转向光学器件，其被定位成将输出光通过第一开口引导到光学设备中。
根据一些实施例，一种光学设备包括相对于空间光调制器定位的第一偏振选择性反射器；以及相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一光，并将第一光的具有第一非平面偏振的至少一部分作为第二光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二光，并将第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向第一偏振选择性反射器。第二非平面偏振不同于第一非平面偏振。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是偏振元件，其包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一反射器。在一些实施例中，第一反射器限定开口。第一反射器相对于空间光调制器定位，使得空间光调制器接收已经(i)穿过第一反射器的开口并且(ii)随后从第一反射器反射离开的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器，该第一偏振选择性反射器被定位在第一取向上，使得第一偏振选择性反射器：接收第一方向的第一光；将第一光的具有第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向。第一偏振选择性反射器接收第三方向的第二光，并透射第二光的具有第二非平面偏振的第一部分，该第二非平面偏振与第一非平面偏振正交。该光学设备包括：第二偏振选择性反射器，其被定位在不平行于第一取向的第二取向上，使得第二偏振选择性反射器：接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；并且接收第六方向的第四光，并且透射第四光的具有第二非平面偏振的第一部分。在一些实施例中，第一取向邻近第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，该光学设备还包括第三反射器，该第三反射器被配置为从第二偏振选择性反射器接收由第一偏振选择性反射器透射的第一光的第二部分，并将第一光的第二部分作为第二光重定向回第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，该光学设备还包括与第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，该菲涅耳反射器被配置为：接收由第一光源输出的第一光；并将第一光朝向第一偏振选择性反射器重定向。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器；以及第二偏振选择性反射器，其相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将具有第一偏振的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将具有第二偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交。
在一些实施例中，第二光是第一光的一部分。
在一些实施例中，第一角度是锐角，并且第一角度是从引导第一光的第一平面的一部分到引导第二光的第二平面的一部分测量的。
在一些实施例中，第一角度大约为45°。
在一些实施例中，该光学设备还包括棱镜组件。第一偏振选择性反射器沿着棱镜组件的对角线(例如，内对角线)设置。在一些实施例中，对角线是棱镜组件的内对角线。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜，第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，并且光在平行于第一表面的第二表面处进入光学设备。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜。第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，并且光在垂直于第一表面的第二表面处进入第一棱镜。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影是矩形的。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器相对于空间光调制器定位，以沿着第一方向将具有不同于第一偏振的第三偏振的第三光导向空间光调制器，并且第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，以沿着第一方向将具有第三偏振的第四光导向空间光调制器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有第一宽度。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器的高度大于第一宽度，并且该高度正交于第一宽度。
在一些实施例中，第一角度大约为90度。在一些实施例中，该角度大于或小于90度。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜。第一偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，并且第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第二表面上。
在一些实施例中，该光学设备还包括第二棱镜和第三棱镜。第二棱镜与第二偏振选择性反射器接触，并且第三棱镜与第一偏振选择性反射器接触。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器或第二偏振选择性反射器中的至少一个是(i)基于液晶的偏振选择元件，或(ii)包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料的偏振选择元件。
在一些实施例中，第一角度是锐角，第一角度是从引导第一光的第一平面的一部分到引导第二光的第二平面的一部分测量的，并且第一偏振选择性反射器沿着光学设备的对角线设置。
根据一些实施例，一种方法包括将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器，使得由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，使得第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一偏振的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器包括将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第一表面上，并将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第二表面上。在一些实施例中，第一角度大约为90度；并且第一偏振与第二偏振相同。在一些实施例中，该角度大于或小于90度。
在一些实施例中，将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器包括将第一偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第一表面上，并将第二偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第二表面上。第一角度是锐角，并且该方法还包括将第二棱镜附接到第一棱镜的第一表面，使得第一偏振选择性反射器沿着包括第一棱镜和第二棱镜的棱镜组件的对角线设置。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器包括选自由以下项组成的组的元件：线栅偏振器、MacNeille偏振器、基于液晶的偏振选择元件和包括超表面、谐振结构或手性层的偏振元件。
因此，所公开的实施例提供了提供更加紧凑和轻量的头戴式显示设备的设备和方法。
附图简述
为了更好地理解所描述的各个实施例，应当结合以下附图来参考下面的实施例的描述，在所有附图中，相似的附图标记指的是相对应的部件。
图1是根据一些实施例的显示设备的透视图。
图2是根据一些实施例的包括显示设备的系统的框图。
图3是根据一些实施例的显示设备的等轴视图(isometric view)。
图4A是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图4B是示出图4A的照明系统中来自空间光调制器的光的光路的示意图。
图4C是根据一些实施例的照明系统的示意图。
图4D是比较根据一些实施例的偏振选择性反射器的尺寸的示意图。
图5是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图6是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图7A-图7C示出了根据一些实施例的用于形成第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器的方法。
图8A是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图8B是示出图8A的照明系统的透视图的示意图。
图9是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图10A是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图10B是示出根据一些实施例的照明系统的示意图。
图11A是示出根据一些实施例的投影系统的示意图。
图11B是示出根据一些实施例的投影系统的示意图。
图12是示出根据一些实施例的投影系统的示意图。
图13A是示出根据一些实施例的投影系统的示意图。
图13B是比较根据一些实施例的不同投影系统的侧视图和俯视图的示意图。
图14A是示出根据一些实施例的具有照明系统的紧凑空间光调制器的示意图。
图14B是示出根据一些实施例的穿过第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器的照明光的光路的示意图。
图14C是示出根据一些实施例的穿过第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器的照明光的光路的示意图。
图14D是示出根据一些实施例的到空间光调制器的照明光的光路的示意图。
图14E是示出根据一些实施例的到空间光调制器的照明光的光路的示意图。
图15A是示出根据一些实施例的具有照明系统的紧凑的空间光调制器的示意图。
图15B是示出根据一些实施例的具有照明系统的紧凑的空间光调制器的示意图。
图16A-图16D是示出根据一些实施例的偏振体全息光栅的示意图。
除非另有说明，否则这些图不是按比例绘制的。
详细描述
现在将参考实施例，其示例在附图中示出。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对各种所描述的实施例的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施各种所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的方面。
还应当理解，尽管在某些情况下，术语第一、第二等在本文被用于描述各种元素，但这些元素不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，第一区域可以被称为第二区域，并且类似地，第二区域可以被称为第一区域，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一区域和第二区域都是区域，但它们不是同一个区域。
在本文各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施例的描述和所附权利要求中所使用的，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还应当理解，本文使用的术语“和/或”指的是并包括一个或更多个相关联的列出项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprises)”和/或“包含(comprising)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。术语“示例性的”在本文中是在“用作示例、实例或说明”的意义上使用的，而不是在“代表同类中最好”的意义上使用的。
本文描述的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，真实世界)内容组合地生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，并且它们中的任何一个都可以在单个通道或多个通道中呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用(例如在人工现实中执行活动)。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
图1示出了根据一些实施例的显示设备100。在一些实施例中，显示设备100被配置成佩戴在用户的头上(例如，通过具有如图1所示的眼镜(spectacles)或眼镜(eyeglasses)的形式)，或者作为用户要佩戴的头盔的一部分被包括。当显示设备100被配置成佩戴在用户的头上或者作为头盔或头戴式装置(headset)的一部分被包括时，显示设备100被称为头戴式显示器。替代地，显示设备100被配置用于在固定位置处放置在用户的一只或两只眼睛附近，而不是头戴式的(例如，显示设备100被安装在诸如汽车或飞机的交通工具中，用于放置在用户的一只或两只眼睛前面)。如图1所示，显示设备100包括显示器110。显示器110被配置用于向用户呈现视觉内容(例如，增强现实内容、虚拟现实内容、混合现实内容或其任意组合)。
在一些实施例中，显示设备100包括下面参考图2描述的一个或更多个部件。在一些实施例中，显示设备100包括图2中未示出的附加部件。
图2是根据一些实施例的系统200的框图。图2所示的系统200包括显示设备205(其对应于图1所示的显示设备100)、成像设备235和输入接口240，它们各自耦合到控制台210。虽然图2示出了包括一个显示设备205、成像设备235和输入接口240的系统200的示例，但在其他实施例中，系统200中可以包括任何数量的这些部件。例如，可以有多个显示设备205，每个显示设备205具有相关联的输入接口240，并且由一个或更多个成像设备235监控，其中每个显示设备205、输入接口240和成像设备235都与控制台210通信。在替代配置中，不同部件和/或附加部件可以被包括在系统200中。例如，在一些实施例中，控制台210经由网络(例如，互联网)连接到系统200，或者作为显示设备205的一部分是独立的(self-contained)(例如，物理上位于显示设备205内部)。在一些实施例中，显示设备205用于通过添加真实环境的视图来创建混合现实。因此，这里描述的显示设备205和系统200可以传递虚拟现实、混合现实和增强现实。
在一些实施例中，如图1所示，显示设备205是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由显示设备205呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频、触觉、或它们的某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机(headphone))来呈现音频，该外部设备从显示设备205、控制台210或两者接收音频信息并基于该音频信息来呈现音频数据。在一些实施例中，显示设备205使用户沉浸在虚拟环境中。
在一些实施例中，显示设备205还充当增强现实(AR)头戴式装置。在这些实施例中，显示设备205可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音、触觉等)来增强物理真实世界环境的视图。此外，在一些实施例中，显示设备205能够在不同类型的操作之间循环。因此，基于来自应用引擎255的指令，显示设备205作为虚拟现实(VR)设备、AR设备、眼镜或其某种组合(例如，没有光学校正的眼镜、为用户光学校正的眼镜、太阳镜或其某种组合)来操作。
显示设备205包括电子显示器215、一个或更多个处理器216、眼睛跟踪模块217、调整模块218、一个或更多个定位器220、一个或更多个位置传感器225、一个或更多个位置照相机222、存储器228、惯性测量单元(IMU)230或其子集或超集(例如，具有电子显示器215、一个或更多个处理器216和存储器228而没有任何其他列出的部件的显示设备205)。显示设备205的一些实施例具有不同于这里描述的那些模块的模块。类似地，功能可以以不同于这里描述的方式在模块之间分配。
一个或更多个处理器216(例如，处理单元或核心)执行存储在存储器228中的指令。存储器228包括高速随机存取存储器，例如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器设备；并且可以包括非易失性存储器，例如一个或更多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器228或者替代地在存储器228内的非易失性存储器设备包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器228或存储器228的计算机可读存储介质存储程序、模块和数据结构、和/或用于在电子显示器215上显示一个或更多个图像的指令。
电子显示器215根据从控制台210和/或处理器216接收的数据来向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器215可以包括单个可调整电子显示器元件或多个可调整电子显示器元件(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。
在一些实施例中，显示元件包括一个或更多个发光器件以及发射强度阵列(emission intensity array)的对应阵列。发射强度阵列是电光像素阵列、光电像素阵列、动态调节每个设备发射的光量的某个其他设备的阵列或它们的某种组合。这些像素被放置在一个或更多个透镜的后面。在一些实施例中，发射强度阵列是LCD(液晶显示器)中基于液晶的像素的阵列。发光器件的示例包括：有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管、发光二极管、能够放置在柔性显示器中的某种类型的器件、或它们的某种组合。发光器件包括能够生成用于图像生成的可见光(例如，红色、绿色、蓝色等)的器件。发射强度阵列被配置成选择性地衰减单独的发光器件、发光器件组或它们的某种组合。替代地，当发光器件被配置成选择性地衰减单独的发射器件和/或发光器件组时，显示元件包括这种发光器件的阵列，而没有单独的发射强度阵列。
一个或更多个透镜将来自发光器件阵列的光(可选地通过发射强度阵列)引导到每个视窗(eyebox)内的位置，并最终到达用户视网膜的背面。视窗是位于显示设备205附近的用户(例如，佩戴显示设备205的用户)的眼睛所占据的区域，用于观看来自显示设备205的图像。在某些情况下，视窗被表示为10mm×10mm的正方形。在一些实施例中，一个或更多个透镜包括一个或更多个涂层，例如抗反射涂层。
在一些实施例中，显示元件包括红外(IR)检测器阵列，该IR检测器阵列检测从观看用户的视网膜、从角膜的表面、眼睛的晶状体或它们的某种组合逆反射(retro-reflect)的IR光。IR检测器阵列包括一个IR传感器或多个IR传感器，该多个IR传感器中的每一个对应于观看用户的眼睛的瞳孔的不同位置。在替代实施例中，也可以采用其他眼睛跟踪系统。
眼睛跟踪模块217确定用户眼睛的每个瞳孔的位置。在一些实施例中，眼睛跟踪模块217指示电子显示器215用IR光(例如，经由显示元件中的IR发射器件)照射视窗。
发射的IR光的一部分将穿过观看用户的瞳孔，并从视网膜朝向IR检测器阵列逆反射，该IR检测器阵列用于确定瞳孔的位置。替代地，离开眼睛表面的反射也被用于确定瞳孔的位置。IR检测器阵列扫描逆反射，并在检测到逆反射时识别出哪些IR发射器件是活跃的。眼睛跟踪模块217可以使用跟踪查找表和所识别的IR发射器件来确定每只眼睛的瞳孔位置。跟踪查找表将IR检测器阵列上接收到的信号映射到每个视窗中的位置(对应于瞳孔位置)。在一些实施例中，跟踪查找表是经由校准过程生成的(例如，用户看着图像中的各个已知参考点，并且眼睛跟踪模块217将在看着参考点时用户的瞳孔的位置映射到在IR跟踪阵列上接收到的相应信号)。如上面所提及的，在一些实施例中，系统200可以使用除了上述嵌入式IR眼睛跟踪系统之外的其他眼睛跟踪系统。
调整模块218基于所确定的瞳孔位置生成图像帧。在一些实施例中，这将离散图像发送到显示器，使得显示器将子图像平铺在一起，因此连贯的拼接图像将出现在视网膜的背面。调整模块218基于检测到的瞳孔位置调整电子显示器215的输出(即，生成的图像帧)。调整模块218指示电子显示器215的一些部分将图像光传递到所确定的瞳孔位置。在一些实施例中，调整模块218还指示电子显示器不要将图像光传递到除了所确定的瞳孔位置之外的位置。调整模块218可以例如，阻挡和/或停止其图像光落在所确定的瞳孔位置外部的发光器件、允许其他发光器件发射落入所确定的瞳孔位置内的图像光、平移和/或旋转一个或更多个显示元件、动态调整透镜(例如，微透镜)阵列中的一个或更多个有源透镜的曲率和/或屈光力(refractive power)、或者这些操作的某种组合。
可选的定位器220是相对于彼此并且相对于显示设备205上的特定参考点位于显示设备205上特定位置的对象。定位器220可以是发光二极管(LED)、锥体棱镜(corner cubereflector)、反射标记(reflective marker)、与显示设备205的操作环境形成对比的一种类型的光源、或它们的某种组合。在定位器220是有源的(即，LED或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器220可以发射在可见光波段(例如，约400nm至750nm)中、在红外波段(例如，约750nm至1mm)中、在紫外波段(约100nm至400nm)中、电磁波谱的某个其他部分或其某种组合的光。
在一些实施例中，定位器220位于显示设备205的外表面下面，该外表面对于由定位器220发射或反射的光的波长是透光的，或者足够薄而基本上不减弱由定位器220发射或反射的光的波长。此外，在一些实施例中，显示设备205的外表面或其他部分在光的波长的可见光波段中是不透光的。因此，定位器220可以在外表面下发射在IR波段中的光，该外表面在IR波段中是透光的，但在可见光波段中是不透光的。
IMU 230是基于从一个或更多个位置传感器225接收的测量信号来生成校准数据的电子设备。位置传感器225响应于显示设备205的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器225的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一合适类型的传感器、用于IMU 230的误差校正的一种类型的传感器、或者它们的某种组合。位置传感器225可以位于IMU 230的外部、IMU 230的内部或它们的某种组合。
基于来自一个或更多个位置传感器225的一个或更多个测量信号，IMU 230生成第一校准数据，该第一校准数据指示相对于显示设备205的初始位置的显示设备205的估计位置。例如，位置传感器225包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 230对测量信号进行快速采样，并从采样的数据计算显示设备205的估计位置。例如，IMU 230在时间上对从加速度计接收的测量信号进行积分以估计速度向量，并在时间上对速度向量进行积分以确定显示设备205上参考点的估计位置。替代地，IMU 230向控制台210提供所采样的测量信号，控制台210确定第一校准数据。参考点是可以用来描述显示设备205的位置的点。尽管参考点通常可以被定义为空间中的点；然而，在实践中，参考点被定义为显示设备205内的点(例如，IMU 230的中心)。
在一些实施例中，IMU 230从控制台210接收一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或更多个校准参数用于保持对显示设备205的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU 230可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参数使得IMU 230更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差(drift error))导致参考点的估计位置随着时间的推移而“漂移”离开参考点的实际位置。
成像设备235根据从控制台210接收的校准参数来生成校准数据。校准数据包括显示定位器220的被观察到的位置的一个或更多个图像，这些位置可由成像设备235检测。在一些实施例中，成像设备235包括一个或更多个静止照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获包括一个或更多个定位器220的图像的任何其他设备、或它们的某种组合。此外，成像设备235可以包括一个或更多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。可选地，成像设备235被配置为在成像设备235的视场中检测从定位器220发射或反射的光。在定位器220包括无源元件(例如，逆反射器(retroreflector))的实施例中，成像设备235可以包括照射一些或所有定位器220的光源，这些定位器朝着成像设备235中的光源逆反射光。第二校准数据从成像设备235被传递到控制台210，并且成像设备235从控制台210接收一个或更多个校准参数以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
输入接口240是允许用户向控制台210发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入接口240可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、来自大脑信号的数据、来自人体其他部位的数据、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台210的任何其他合适的设备。由输入接口240接收到的动作请求可以被传送到控制台210，控制台210执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，输入接口240可以根据从控制台210接收到的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，提供触觉反馈，或者控制台210向输入接口240传送指令，使输入接口240在控制台210执行动作时生成触觉反馈。
控制台210根据从成像设备235、显示设备205和输入接口240中的一个或更多个接收的信息来向显示设备205提供媒体以呈现给用户。在图2所示的示例中，控制台210包括应用储存器245、跟踪模块250和应用引擎255。控制台210的一些实施例具有与结合图2描述的模块不同的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以以不同于这里描述的方式在控制台210的部件之间分配。
当应用储存器245被包括在控制台210中时，应用储存器245存储由控制台210执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当由处理器执行时被用来生成用于呈现给用户的内容。由处理器基于应用生成的内容可以响应于经由显示设备205的移动或输入接口240而从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
当跟踪模块250被包括在控制台210中时，跟踪模块250使用一个或更多个校准参数来校准系统200，并且可以调整一个或更多个校准参数以减少在显示设备205的位置的确定中的误差。例如，跟踪模块250调整成像设备235的焦点以获得在显示设备205上的被观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块250执行的校准还考虑从IMU 230接收到的信息。此外，如果失去对显示设备205的跟踪(例如，成像设备235失去至少阈值数量的定位器220的视线)，则跟踪模块250重新校准系统200的部分或全部。
在一些实施例中，跟踪模块250使用来自成像设备235的第二校准数据来跟踪显示设备205的移动。例如，跟踪模块250使用被观察的定位器根据第二校准数据和显示设备205的模型来确定显示设备205的参考点的位置。在一些实施例中，跟踪模块250还使用来自第一校准数据的位置信息来确定显示设备205的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块250可以使用第一校准数据、第二校准数据或其某种组合的部分来预测显示设备205的未来位置。跟踪模块250向应用引擎255提供显示设备205的估计位置或预测的未来位置。
应用引擎255执行在系统200内的应用，并从跟踪模块250接收显示设备205的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，应用引擎255确定要提供给显示设备205用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则应用引擎255生成用于显示设备205的内容，该内容反映用户在虚拟环境中的移动。另外，应用引擎255响应于从输入接口240接收到的动作请求来在控制台210上执行的应用内执行动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由显示设备205的视觉或听觉反馈或者经由输入接口240的触觉反馈。
图3是根据一些实施例的显示设备300的等轴视图。在一些其他实施例中，显示设备300是某个其他电子显示器(例如，数字显微镜等)的一部分。在一些实施例中，显示设备300包括发光器件阵列310和一个或更多个透镜330。在一些实施例中，显示设备300还包括发射强度阵列和IR检测器阵列。
发光器件阵列310朝向观看用户发射图像光和可选的IR光。发光器件阵列310可以是例如，LED阵列、微LED阵列、OLED阵列或它们的某种组合。发光器件阵列310包括发射在可见光中的光的发光器件320(并且可选地包括发射在IR中的光的器件)。在一些实施例中，微LED包括LED，该LED具有由100μm或更小(例如，50μm、20μm等)的代表性尺寸(例如，直径、宽度、高度等)表征的发射区域。在一些实施例中，微LED具有圆形或矩形的发射区域。
发射强度阵列被配置成选择性地衰减从发光器件阵列310发射的光。在一些实施例中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光器件组、或它们的某种组合组成。每个液晶单元(或者在一些实施例中，液晶单元组)是可寻址的，以具有特定的衰减水平。例如，在给定时间，一些液晶单元可以被设置为无衰减，而其他液晶单元可以被设置为最大衰减。以这种方式，发射强度阵列能够控制从发光器件阵列310发射的图像光的哪一部分被传递到一个或更多个透镜330。在一些实施例中，显示设备300使用发射强度阵列来促进向用户的眼睛340的瞳孔350的位置提供图像光，并且最小化向视窗中的其他区域提供的图像光的量。
一个或更多个透镜330从发射强度阵列(或直接从发光器件阵列310)接收经修改的图像光(例如，衰减光)，并被一个或更多个光束移位器360移位，并将移位后的图像光导向瞳孔350的位置。
可选的IR检测器阵列检测已经从眼睛340的视网膜、眼睛340的角膜、眼睛340的晶状体或其某种组合逆反射的IR光。IR检测器阵列包括单个IR传感器或多个IR敏感检测器(例如光电二极管)。在一些实施例中，IR检测器阵列与发光器件阵列310分离。在一些实施例中，IR检测器阵列被集成到发光器件阵列310中。
在一些实施例中，发光器件阵列310和发射强度阵列构成显示元件。替代地，显示元件包括发光器件阵列310(例如，当发光器件阵列310包括可单独调整的像素时)，而不包括发射强度阵列。在一些实施例中，显示元件另外包括IR阵列。在一些实施例中，响应于所确定的瞳孔350的位置，显示元件调整发射的图像光，使得显示元件输出的光被一个或更多个透镜330朝向所确定的瞳孔350的位置(而不是朝向视窗中的其他位置)折射。
图4A是示出根据一些实施例的照明系统400的示意图。在一些实施例中，照明系统400被包括在头戴式显示设备中。
在图4A中，照明系统400包括第一偏振选择性反射器410、第二偏振选择性反射器420、反射镜430(例如逆反射器)和相位延迟器440(例如偏振延迟器或波片，例如四分之一波片)。照明系统400与具有第一部分454和第二部分456的空间光调制器452光学耦合(例如，相对于空间光调制器452定位)，使得照明系统400照射空间光调制器452。在一些实施例中，照明系统400被定位成接收来自一个或更多个光源408的光。在一些实施例中，照明系统400包括一个或更多个光源408。
在一些实施例中，照明系统400与投影系统450(例如，投影透镜、投影透镜组件)光学耦合(例如，相对于投影系统450定位)，使得投影系统450接收从照明系统400输出的光(例如，图像光)并将光投射(例如，投射到头戴式显示设备的用户的视窗)。在一些实施例中，耦合光学器件(coupling optics)(例如，波导、透镜等)用于将投影系统450的输出耦合到视窗。
在一些实施例中，偏振选择性反射器410和420中的一个或更多个是部分反射器。“部分反射器”包括完全反射(例如，反射率大于90％、95％或99％)一种偏振的光(例如，反射偏振器)同时透射具有正交偏振的光的至少一部分(例如，至少10％、20％、50％、70％、80％或90％)的光学元件。在一些实施例中，一个或更多个光源408提供具有正交偏振分量(例如，s偏振分量和p偏振分量的组合)的光462。例如，光462可以是对角偏振的、圆偏振的、椭圆偏振的或非偏振的。
在图4A中，光462包括电场位于x-z平面中的第一偏振分量(为了便于参考，在本文中称为“垂直偏振”或“具有垂直偏振”)，以及电场位于z-y平面中的第二偏振分量(为了便于参考，在本文中称为“水平偏振”或“具有水平偏振”)。
第一偏振选择性反射器410定位在第一取向上(例如，相对于z-y平面成锐角，例如相对于z-y平面成45度角)，并在第一方向上(例如，沿着+z方向)接收光462。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410被配置成反射水平偏振的光并透射垂直偏振的光。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410包括线栅偏振器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410包括MacNeille偏振器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410包括基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，偏振元件包括超表面、谐振结构或手性层。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410将光462的具有第一偏振(例如，水平偏振)的第一部分(例如，光464)重定向到不平行于第一方向(例如，+z方向)的第二方向(例如，-x方向)。例如，第一偏振选择性反射器410被定位成将光462的第一部分(例如，水平偏振的部分)作为光464朝向空间光调制器452反射。在一些实施例中，第二方向(例如-x方向)与第一方向(例如+z方向)正交。
在一些实施例中，空间光调制器452接收光464，并且根据空间光调制器452的特定位置(例如，像素)的设置，修改光464(或者照射在空间光调制器452的特定位置上的光464的至少一部分)，并且朝向第一偏振选择性反射器410提供(例如，反射)修改后的光作为具有与光464的偏振不同的偏振的光482。例如，水平偏振的光464被空间光调制器452修改成垂直偏振的光482。尽管光482在光464撞击空间光调制器452的位置处或附近从空间光调制器452反射，但是在图4A中，为了便于参考，光482被示为在z方向上偏离光464。第一偏振选择性反射器410接收第三方向(例如+x方向)上的第二光(例如光482)，并透射第二光的至少第一部分(例如光484)，该第一部分具有与第一偏振(例如水平偏振)正交的第二偏振(例如垂直偏振)。被导向第一偏振选择性反射器410的垂直偏振光482由于其偏振而作为光484透射通过第一偏振选择性反射器410。具有垂直偏振的光484然后进入投影系统450。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410还被配置成透射第一光的具有第二偏振(例如，垂直偏振)的第二部分(例如，光466)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410将光462的第二部分(例如，垂直偏振的部分)作为光466朝向第二偏振选择性反射器420透射。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器420被配置(例如，定位)成接收第一光的具有第二偏振(例如，垂直偏振)的第二部分(例如，光466)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420都反射具有水平偏振的光并透射具有垂直偏振的光。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器420被配置(例如，定位)为透射第一光的具有第二偏振(例如，垂直偏振)的第二部分(例如，光466)。例如，第二偏振选择性反射器420可以包括以下中的一个或更多个：线栅偏振器、MacNeille偏振器、基于液晶的偏振选择元件、或包括超表面、谐振结构或手性层的偏振元件。在一些实施例中，垂直偏振光466透射通过第二偏振选择性反射器420，并保持其垂直偏振作为光468。
在一些实施例中，光468(例如，线性偏振光，例如垂直偏振光)以特定入射角(例如，0°)入射到相位延迟器440上。在一些实施例中，相位延迟器440是四分之一波片，其被配置成将线性偏振光468转换成圆偏振光470(例如，左旋圆偏振光)，并将圆偏振光470朝向反射镜430透射。通常，相位延迟器可以包括不同类型的波片，但是在下文中，四分之一波片被用作相位延迟器440的示例。四分之一波片440的快轴被取向成使得垂直偏振光468的第一部分相对于垂直偏振光468的第二部分累积90°的相移，从而产生圆偏振光470。
在一些实施例中，照明系统400包括第三反射器(例如，反射镜430)，其被配置为从第二偏振选择性反射器420接收第一光的第二部分(例如，光468)，并将第一光的第二部分重定向回第二偏振选择性反射器420作为第二光(例如，光474)。例如，在具有相位延迟器440(例如，四分之一波片)的配置中，反射镜430将圆偏振光470作为光472朝向相位延迟器440反射。当圆偏振光470被反射镜430反射时，圆偏振光470的电场矢量旋转的方向被反转。因此，圆偏振光472(例如，左旋圆偏振光)具有与圆偏振光470(例如，右旋圆偏振光)相反的旋向性。当圆偏振光472穿过相位延迟器440时，相位延迟器440将圆偏振光472转换成线性偏振光474，并将线性偏振光474朝向第二偏振选择性反射器420透射。在一些实施例中，(例如，水平偏振的)线性偏振光474的振动平面垂直于(例如，垂直偏振的)线性偏振光466的振动平面，并且第二偏振选择性反射器420将线性偏振光474作为光476朝向空间光调制器452反射。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器420被定位在与第一取向不平行的第二取向上(例如，相对于z-y平面成锐角，例如相对于z-y平面成45度角)，并且邻近第一偏振选择性反射器410(例如，第二偏振选择性反射器420的一端与第一偏振选择性反射器410的一端接触)。第二偏振选择性反射器420接收第四方向(例如-z方向)上的第三光(例如光474)，将第三光的具有第一偏振的第一部分(例如，水平偏振光)(例如光476)重定向到不平行于第四方向(-z方向)的第五方向(例如-x方向)。
空间光调制器452改变水平偏振光476的偏振，以提供垂直偏振的光478，并将光478导向第二偏振选择性反射器420。第二偏振选择性反射器420接收第六方向(例如+x方向)上的第四光(例如光478)，并透射第四光的具有第二偏振(例如垂直偏振)的至少第一部分(例如光480)。然后，具有与光484相同偏振(例如，垂直偏振)的光480进入投影系统450。
从第一偏振选择性反射器410反射的光(例如，光464)入射到空间光调制器452的第一部分454上。相反，透射通过第一偏振选择性反射器410的光的至少一部分(例如，光476)入射到空间光调制器452的第二部分456上。因此，在一些实施例中，空间光调制器452的第一部分454被配置为仅修改或操纵光462的具有第一偏振(例如，水平偏振)的分量，而空间光调制器452的第二部分456被配置为仅修改或操纵光462的具有第二偏振(例如，垂直偏振)的分量。在一些实施例中，光462被选择性地编码成具有一定比例的垂直偏振光和水平偏振光(例如，垂直偏振分量和水平偏振分量具有一定的强度比)。
在一些实施例中，空间光调制器452改变被空间光调制器452反射的至少一部分光的偏振状态，并且反射光的至少一部分被第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420透射(例如，分别作为光484和光480)，并且被投影系统450成像。在一些实施例中，投影透镜450将光(例如，光480和光484)导向图像组合器，例如部分反射表面、反射偏振器、(参照图16A-图16D描述的)偏振体全息元件、或全息光学元件。
在一些实施例中，空间光调制器452是硅上液晶(LCoS)空间光调制器。在一些实施例中，LCoS基于液晶。在一些实施例中，LCoS基于铁电液晶。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420反射的光的至少一部分被重定向回照明源。在一些实施例中，重定向的光被再循环(recycle)以提高照明系统400的效率。
在一些情况下，照明图案的不均匀性(例如，空间光调制器452上的照明强度的不均匀性)导致由空间光调制器452提供的图像中的不均匀性(或不规则性)。在一些实施例中，通过基于例如针对由空间光调制器452创建的图像的查找图案(look-up pattern)来调整空间光调制器452的操作(例如，反射率或相位延迟的幅度)以补偿照明强度的变化，从而减少图像中的不均匀性。
尽管图4A将光462示出为单条光线，以免模糊图4A的其他方面，但是在一些实施例中，光462沿着x方向具有等于或小于第一偏振选择性反射器410的高度402的光束高度。在x方向上具有对应于高度402的光束高度的光束可以基本上遍及空间光调制器452的第一部分454。在一些实施例中，代替具有对应于高度402的光束高度的单个光束，一个或更多个光源408朝向第一偏振选择性反射器410提供沿着x方向偏离的一个或更多个光束。在一些实施例中，一个或更多个光束基本上彼此平行。在一些实施例中，沿着y方向，光462的光束宽度等于或小于第一偏振选择性反射器410的宽度。在y方向上具有对应于第一偏振选择性反射器410的宽度的光束宽度的光束可以基本上遍及空间光调制器452的第一部分454。在一些实施例中，代替具有对应于第一偏振选择性反射器410的宽度的光束宽度的单个光束，一个或更多个光源408朝向第一偏振选择性反射器410提供沿着y方向偏离的一个或更多个光束。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420被包括在两个分束器块中(例如，第一偏振选择性反射器410被包括在第一分束器块中，第二偏振选择性反射器420被包括在第二分束器块中)。
在一些实施例中，每个分束器块具有矩形棱镜的形状(例如，长方体)。在一些实施例中，矩形棱镜具有正方形横截面。在一些实施例中，偏振选择性反射器被对角地嵌入每个矩形棱镜中。
在一些实施例中，每个分束器块具有三棱镜的形状。在一些实施例中，三棱镜具有直角三角形横截面。在一些实施例中，偏振选择性反射器位于每个三棱镜的斜面(对应于直角三角形横截面的斜边)上。
在一些实施例中，使用折射率小于分束器材料(例如玻璃)的0.05(例如，小于分束器材料的0.05、小于分束器材料的0.04、小于分束器材料的0.03、小于分束器材料的0.02或小于分束器材料的0.01)的光学耦合层将两个分束器块结合在一起。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420位于具有三棱镜形状的分束器块的斜面上，如图8B所示。在一些实施例中，三棱镜具有等腰横截面。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420(或分束器块)具有有效均匀的折射率。在一些情况下，有效均匀的折射率意味着第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420的折射率相差小于0.05(例如，小于0.04、小于0.03、小于0.02或小于0.01)。具体而言，该术语包括第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420(或分束器块)的折射率没有差异的情况，使得第一偏振选择性反射器410或第二偏振选择性反射器420不会引起(例如，与第一偏振选择性反射器410或第二偏振选择性反射器420成大约45°的角度)照射在第一偏振选择性反射器410或第二偏振选择性反射器420上的光的折射或全内反射。
图4B是示出图4A的照明系统中来自空间光调制器的光的光路的示意图。如参考图4A所述，当反射空间光调制器452被照射时，空间光调制器452改变入射到其上的光的偏振，并朝向第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420提供(例如，反射)具有改变后的偏振的光。在一些实施例中，当由空间光调制器452提供的光(例如，光483和479)具有正交偏振的分量时，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420透射入射到其上的光的部分并反射入射到其上的光的部分。
例如，空间光调制器452的第一部分454将具有垂直偏振光和水平偏振光的混合的光483(不同于图4A中的光482，光482是垂直偏振的)导向第一偏振选择性反射器410。第一偏振选择性反射器410将光483的水平偏振分量作为光486朝向一个或更多个光源408反射，以再循环光并提高照明系统的效率。光483的垂直偏振分量作为光485透射通过第一偏振选择性反射器410，并作为垂直偏振光进入投影系统450。空间光调制器452的第二部分456将具有垂直偏振光和水平偏振光的混合的光479(不同于图4A中的光478，光478是垂直偏振的)导向第二偏振选择性反射器420。光479的垂直偏振分量作为光481透射通过第二偏振选择性反射器420，并作为垂直偏振光进入投影系统450。第二偏振选择性反射器420将光479的水平偏振分量作为光488朝向相位延迟器440反射。当光488从第二偏振选择性反射器420反射时，它保持其水平偏振。相位延迟器440(在一些实施例中为四分之一波片)将线性偏振光488转换成圆偏振光489，并将光489朝向反射镜430透射。反射镜430将圆偏振光489反射回相位延迟器440作为光491。当圆偏振光489被反射镜430反射时，圆偏振光489的电场矢量旋转的方向被反转。因此，朝向相位延迟器440被传送的圆偏振光491具有与圆偏振光489(例如，左旋圆偏振光)相反的旋向性(例如，右旋圆偏振光)。当圆偏振光491穿过相位延迟器440时，相位延迟器440将圆偏振光491转换成线性偏振光490(例如，具有垂直偏振)并朝向第二偏振选择性反射器420透射光490。在一些实施例中，(例如，垂直偏振的)线性偏振光490的振动平面垂直于(例如，水平偏振的)线性偏振光488的振动平面，并且第二偏振选择性反射器420将线性偏振光490作为光492朝向第一偏振选择性反射器410透射。第一偏振选择性反射器410将光492作为垂直偏振光494朝向一个或更多个光源408透射，用于光的再循环。
在一些实施例中，如图4A所示，由第一偏振选择性反射器410限定的第一平面和由第二偏振选择性反射器420限定的第二平面以角度406相交。在一些实施例中，角度406大致为90°(例如，在80°和100°之间、在85°和95°之间、在87°和93°之间或者在89°和91°之间)。在一些实施例中，角度406是90°。
图4C示出了相对于第二偏振选择性反射器422以角度407定位的第一偏振选择性反射器412，其中角度407不同于图4A所示的角度406。在一些实施例中，角度407大于90°。在一些实施例中，角度407小于90°。
尽管图4A示出了具有45°入射角的光464，但是来自一个或更多个光源408的光可以具有除45°以外的入射角。在图4C中，光462以大于45°的入射角入射到第一偏振选择性反射器412上，并且光464以不同于法向入射的角度入射到空间光调制器452上(例如，光464具有不同于0°的入射角，0°是法向入射)。类似地，被第二偏振选择性反射器422反射的光476以不同于法向入射的角度入射到空间光调制器452上。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器412不与第二偏振选择性反射器422直接接触。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器412独立于第二偏振选择性反射器422被机械支撑。
图4D示出了与使用单个偏振选择性反射器的照明系统相比，第一偏振选择性反射器(例如410)和第二偏振选择性反射器(例如420)的组合如何通过减小光学部件(例如偏振分束器)的体积和高度来实现更紧凑的照明系统。当第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420(这两者之间具有90°，同时每个偏振选择性反射器相对于空间光调制器452倾斜45°)被用来照射沿z方向具有长度404的空间光调制器452时，第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420具有高度402。相比之下，当单个偏振选择性反射器490(相对于空间光调制器452倾斜45°)被用来照射具有相同长度404的空间光调制器452时，单个偏振选择性反射器490需要具有大于高度402的高度493。事实上，不管角度的大小，只要单个偏振选择性反射器和一对偏振选择性反射器相对于空间光调制器452倾斜相同的角度(例如，当第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420形成120°角，并且单个偏振选择性反射器490以及第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420中的每一个相对于空间光调制器452倾斜30°)，高度493是高度402的两倍。因此，用一对第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420代替单个偏振选择性反射器490允许将光学部件的高度降低一半。
此外，在各个偏振选择性反射器由一对直角三棱镜夹在中间并支撑的配置中，嵌入单个偏振选择性反射器490的直角三棱镜的总体积将是嵌入第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420的三棱镜的总体积的两倍。因此，用一对第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420代替单个偏振选择性反射器490也允许将光学部件的总重量减少一半。
图5示出了照明系统500，除了照明系统500包括第一偏振选择性反射器414和第二偏振选择性反射器424而不是第一偏振选择性反射器410和第二偏振选择性反射器420以外，其类似于照明系统400。第一偏振选择性反射器414反射垂直偏振光，并透射水平偏振光，这与反射水平偏振光并透射垂直偏振光的第一偏振选择性反射器410不同。
如以上关于图4A所解释的，光462包含正交偏振分量。例如，光462可以是对角偏振的、圆偏振的、椭圆偏振的或非偏振的。
第一偏振选择性反射器414将入射在第一偏振选择性反射器414上的光462的第一部分(例如，垂直偏振的部分)作为光502朝向空间光调制器452反射。空间光调制器452接收光502，并且根据空间光调制器452的特定位置(例如，像素)的设置，改变光502(或者照射在空间光调制器452的特定位置上的光502的一部分)，并且朝向第一偏振选择性反射器414提供(例如，反射)改变后的光作为具有与光502的偏振不同的偏振的光504。例如，垂直偏振的光502被空间光调制器452改变成水平偏振的光504。类似于图4A，在图5中，即使光504在光502撞击空间光调制器452的位置处或附近从空间光调制器452反射，光502也被示为沿着z方向偏离光504。被导向第一偏振选择性反射器414的水平偏振光504作为光506透射通过第一偏振选择性反射器414(因为第一偏振选择性反射器414被配置为透射水平偏振光)。光506然后进入投影系统450。
第一偏振选择性反射器414将光462的第二部分(例如，水平偏振的部分)作为光508朝向第二偏振选择性反射器424透射。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器414和第二偏振选择性反射器424都反射具有垂直偏振的光，并且透射具有水平偏振的光。水平偏振光508透射通过第二偏振选择性反射器424，并保持其水平偏振作为光510。在一些实施例中，线性偏振光510以特定入射角(例如，小于10°或5°，例如0°)入射到相位延迟器440上。在一些实施例中，相位延迟器440是四分之一波片，其被配置成将线性偏振光510转换成圆偏振光512(例如，右旋圆偏振光)，并将圆偏振光512朝向反射镜430透射。例如，四分之一波片可以使其快轴取向成使得垂直偏振光510的第一部分相对于垂直偏振光510的第二部分累积90°的相移，从而产生圆偏振光512。
反射镜430将圆偏振光512作为光514朝向相位延迟器440反射。当圆偏振光512被反射镜430反射时，圆偏振光514的电场矢量旋转的方向被反转。因此，朝向相位延迟器440传送的圆偏振光514具有与圆偏振光512(例如，右旋圆偏振)相反的旋向性(例如，左旋圆偏振)。当圆偏振光514穿过相位延迟器440时，相位延迟器440将圆偏振光514转换成线性偏振光516，并将线性偏振光516朝向第二偏振选择性反射器424透射。在一些实施例中，(例如，垂直偏振的)线性偏振光516的振动平面垂直于(例如，水平偏振的)线性偏振光510的振动平面，并且第二偏振选择性反射器424将线性偏振光516作为光518朝向空间光调制器452反射。空间光调制器452改变垂直偏振光518的偏振，以形成水平偏振的光520，并将光520导向第二偏振选择性反射器424。水平偏振光520作为光522透射通过第二偏振选择性反射器424，光522保持其水平偏振。水平偏振的光522然后进入投影系统450。
除了平面偏振光(plane-polarized light)(例如，线性偏振光、具有平面偏振的光)之外，在一些实施例中，第一和第二偏振选择性反射器透射和反射圆偏振光。
图6示出了头戴式显示设备的照明系统600，除了包括第一偏振选择性反射器416和第二偏振选择性反射器426而不是第一偏振选择性反射器412和第二偏振选择性反射器422，以及不包括相位延迟器440之外，该照明系统600包括与照明系统400类似的部件。
在一些实施例中，一个或更多个光源提供具有偏振的光662，该偏振可以表示为两个圆偏振分量(例如，线偏振、椭圆偏振或非偏振)的组合。
具有圆偏振态的光是指具有两个正交的组成波(例如，在y-z平面中振荡的第一组成波和在x-z平面中振荡的第二组成波)的光，这两个组成波具有相等的幅度和相差90°的倍数的相对相位差。在这种情况下，光波的标量振幅是恒定的，但是光波的电场矢量以顺时针(例如，右旋圆偏振光)或逆时针(例如，左旋圆偏振光)方式旋转。
在图6中，光662包括第一圆偏振分量(例如，右旋圆偏振分量)和第二圆偏振分量(例如，左旋圆偏振分量)。
光662入射到第一偏振选择性反射器416上。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器416将光662的第一部分(例如，右旋圆偏振的部分)作为光664朝向空间光调制器452反射，并将光662的第二部分(例如，左旋圆偏振的部分)作为光667透射。空间光调制器452接收光664，并且根据空间光调制器452的特定位置(例如，像素)的设置，改变光664(或者照射在空间光调制器452的特定位置上的光664的一部分)，并且朝向第一偏振选择性反射器416提供(例如，反射)具有与光664的偏振不同的偏振的光682。例如，右旋圆偏振的光664被空间光调制器452改变成左旋圆偏振的光682。虽然在图6中，为了清楚起见，光664被示为沿着z方向偏离光682，但是光682在光664撞击空间光调制器452的位置处或附近从空间光调制器452反射。被导向第一偏振选择性反射器416的左旋圆偏振光682作为光684透射通过第一偏振选择性反射器416，同时保持其左旋圆偏振。光684然后进入投影系统450。
如上面所解释的，第一偏振选择性反射器416将光662的第二部分(例如，左旋圆偏振的部分)作为光667朝向第二偏振选择性反射器426透射。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器416和第二偏振选择性反射器426都反射具有右旋圆偏振的光，并且透射具有左旋圆偏振的光。左旋圆偏振光667透射通过第二偏振选择性反射器426，并保持其左旋圆偏振作为光668。在一些实施例中，左旋圆偏振光668以特定入射角(例如，以小于10°或5°(例如0°)的入射角)入射到反射镜430上。
反射镜430将圆偏振光668作为光674朝向第二偏振选择性反射器426反射(例如，逆反射)。当圆偏振光668被反射镜430反射时，圆偏振光668的电场矢量旋转的方向被反转。因此，朝向第二偏振选择性反射器426反射的圆偏振光674具有与圆偏振光668(例如，左旋圆偏振光)相反的旋向性(例如，右旋圆偏振光)。第二偏振选择性反射器426将右旋圆偏振光674作为光676朝向空间光调制器452反射，同时保持其右旋圆偏振。
空间光调制器452改变右旋圆偏振光676的偏振，以形成左旋圆偏振的光678，并将光678导向第二偏振选择性反射器426。左旋圆偏振光678作为光680透射通过第二偏振选择性反射器426，同时保持其左旋圆偏振。然后，左旋圆偏振的光680进入投影系统450。
虽然图6中的第一偏振选择性反射器416和第二偏振选择性反射器426被描述为能够反射右旋圆偏振光并透射左旋圆偏振光，但是在一些实施例中，使用了被配置为反射左旋圆偏振光并透射右旋圆偏振光的第一偏振选择性反射器416和第二偏振选择性反射器426。
虽然图4A、图4C、图5和图6示出了照明系统，其中第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器都被配置成反射具有第一偏振的光并透射具有不同于第一偏振的第二偏振的光，但是照明系统可以被配置成具有两个偏振选择性反射器，这两个偏振选择性反射器被配置成反射具有不同偏振的光(并透射具有不同偏振的光)。因此，在一些实施例中，照明系统包括(i)被配置(例如，定位和/或取向)为反射具有第一偏振的光并透射具有第二偏振的光的第一偏振选择性反射器，以及(ii)被配置(例如，定位和/或取向)为反射具有第二偏振的光并透射具有第一偏振的光的第二偏振选择性反射器。例如，第一偏振选择性反射器可以反射具有水平偏振的光并透射具有垂直偏振的光，第二偏振选择性反射器可以反射具有垂直偏振的光并反射具有水平偏振的光。在另一示例中，第一偏振选择性反射器可以反射具有垂直偏振的光并透射具有水平偏振的光，第二偏振选择性反射器可以反射具有水平偏振的光并反射具有垂直偏振的光。在这样的实施例中，照明系统包括偏振延迟器(例如，半波片)。在一些实施例中，偏振延迟器位于第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器之间。在一些实施例中，偏振延迟器位于第一偏振选择性反射器或第二偏振选择性反射器上(例如，偏振延迟器与第一偏振选择性反射器集成)。在一些实施例中，偏振延迟器将来自第一偏振选择性反射器的垂直偏振光转换成水平偏振光，反之亦然。
图7A-图7C示出了将第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器形成为整体光学部件的方法700。
在一些实施例中，棱镜702用于形成整体光学部件。在一些实施例中，棱镜702是直角棱镜。在一些实施例中，棱镜702具有等腰三角形形状的基部。在一些实施例中，棱镜702是直角棱镜，其基部是等腰直角三角形。在一些实施例中，棱镜702由玻璃制成，包括具有高折射率的玻璃。在一些实施例中，棱镜702由聚合物制成，例如，具有低双折射的聚合物。在一些实施例中，具有高折射率的玻璃具有大于1.52的折射率。
合适的聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、环状聚烯烃、由低聚物制成的聚合物以及能够形成具有低双折射的光学部件的其他聚合物。
在一些实施例中，偏振选择膜704用于形成整体光学部件。在一些实施例中，偏振选择膜704是线栅偏振器膜、双折射光学膜、胆甾型偏振选择膜或其任意组合。
在一些实施例中，棱镜702和/或偏振选择膜704涂覆有粘合剂和/或底漆(primer)。在一些实施例中，棱镜702的两个侧表面涂覆有粘合剂和/或底漆。在一些实施例中，底漆是底涂层，其是放置在棱镜702或偏振选择膜704上的预备涂层。在一些实施例中，涂覆底漆允许更好地粘附到棱镜702的表面。在一些实施例中，涂覆底漆允许更好地粘附到偏振选择膜704的表面。更好的粘附增加了耐用性，并且为棱镜702和/或偏振选择膜704提供了额外的保护。在一些实施例中，粘合剂和底漆是光学透明的(例如，至少对于可见光是透明的)。
在一些实施例中，整体光学部件包括第一棱镜，并且第一偏振选择性反射器710被设置在第一棱镜702的第一表面上，第二偏振选择性反射器720被设置在第一棱镜702的第二表面上。
在一些实施例中，制造偏振选择性反射器的方法包括用粘合剂将两个偏振分束器结合在一起。在一些实施例中，粘合剂在感兴趣的波长上具有与棱镜702或偏振选择性反射器膜704相似的折射率。在一些实施例中，感兴趣的波长横跨350nm到900nm之间。在一些实施例中，感兴趣的波长在红色、绿色或蓝色光谱中的每一个处横跨一个或更多个较短的范围(例如，对于红色为564-580nm；对于绿色为534-545nm；以及对于蓝色为420-440nm)。
在一些实施例中，代替使用粘合剂或底漆，偏振选择膜704简单地与棱镜702贴合。在一些实施例中，使膜704贴合包括稍微拉伸或加热膜704，这允许表面上的一些电子从膜704上移除，产生正负静电荷的贴片。当膜704是良好的绝缘体时，该电荷持续足够长的时间，以在另一表面(例如，棱镜702)中诱发相反的电荷，从而使膜704贴合棱镜702。
在膜704和棱镜702粘合地或贴合地结合使得膜704覆盖棱镜702的两个表面之后，棱镜702的第一表面用作第一偏振选择性反射器710，而棱镜702的第二表面用作第二偏振选择性反射器720。第一偏振选择性反射器710和第二偏振选择性反射器720在它们之间限定了角度714。在一些实施例中，角度714是直角。
图7C示出了与配合棱镜(mating prisms)730和740耦合的棱镜702。在一些实施例中，配合棱镜730和740分别附接到第一偏振选择性反射器710和第二偏振选择性反射器720。在一些实施例中，配合棱镜730和740使用合适的树脂铸造和固化。合适的树脂包括具有低双折射的聚合物，例如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、环状聚烯烃、由低聚物制成的聚合物以及形成具有低双折射的光学部件的其他聚合物。在一些实施例中，与偏振选择性反射器集成的配合棱镜730和740(例如，配合棱镜730与第一偏振选择性反射器710耦合，配合棱镜740与第二偏振选择性反射器720耦合)附接到棱镜702，以形成整体光学部件。
在一些实施例中，分束器组件包括第二棱镜(例如，配合棱镜740)和第三棱镜(例如，配合棱镜730)。第二棱镜与第二偏振选择性反射器(例如，第二偏振选择性反射器720)接触，并且第三棱镜与第一偏振选择性反射器(例如，第一偏振选择性反射器710)接触。
在一些实施例中，制造偏振分束器的方法包括提供具有等腰直角三角形轮廓的棱镜(例如棱镜702)，将反射偏振器施加到两个等腰角面(例如偏振选择膜704)，以及将棱镜浸入材料中以形成近似矩形的轮廓(例如模制具有嵌入的偏振选择性反射器710和720的矩形棱镜)。
图8A示出了根据一些实施例的照明系统800的平面图。在图8A中，照明系统800包括光源810、锥形积分器820、第一反射镜822、菲涅耳反射器830、第一偏振选择性反射器840和第二偏振选择性反射器850。在一些实施例中，菲涅尔反射器包括一系列长的、窄的、浅曲率的(shallow-curvature)(或甚至平坦的)反射镜，以将光朝向第一偏振选择性反射器840引导(例如聚焦、准直)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器840是偏振分束器。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器850是偏振分束器。在图8A中，照明系统800还包括相位延迟器440(当光源810发射具有平面偏振的光时)和反射镜430。
在一些实施例中，由光源810发射的光812被锥形积分器820部分地准直和均化。光812在锥形积分器820的较宽端从第一反射镜822反射。在一些实施例中，第一反射镜822包括设置在锥形积分器820的较宽端的表面上的反射涂层。光812在第一反射镜822处反射为光814，并且光814在菲涅耳反射器830的表面832处再次被反射为光816。在一些实施例中，光814相对于光812成直角。在一些实施例中，光816相对于光814成直角，使得光816在与光812的传播方向相反的方向上传播(例如，光816与光812反向平行)。在一些实施例中，光812、814和816位于同一y-z平面中。
在一些实施例中，光源810具有发散度，并且在从光源810发射时发射不平行于光812的光813。在从积分器820的侧表面反射之后，光813基本上平行于光812。因此，积分器820准直从光源810发射的光。在光813被第一反射镜822反射为光815之后，光815基本上平行于光814。光815在从菲涅耳反射器830的表面834反射之后变成光817，该光817基本上平行于光816。
在一些实施例中，光816遵循与图4A所示的垂直偏振光466相似的光路。
在一些实施例中，光825遵循图4B中描述的垂直偏振光494或光486的光路。光825被引导回光源810，用于照明光的再循环。光的中间路径(例如，在光被引导为光825之前，光被反射器430、第一偏振选择性反射器840或第二偏振选择性反射器850反射)没有在图8A中示出，以免模糊照明系统800的其他方面。
在一些实施例中，照明系统800与空间光调制器452光学耦合(图8A中未示出)。当照明系统800与空间光调制器452光学耦合时，空间光调制器452可以被定位成位于图8A的绘图平面下方的y-z平面上，例如如图4A所示。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器840和第二偏振选择性反射器850不是如图7B所示被设置在同一直角棱镜上。更确切地说，第一偏振选择性反射器840被设置在第一棱镜(例如，图7C的配合棱镜730)上，并且第二偏振选择性反射器850被设置在与第一棱镜分离的第二棱镜(例如，图7C的配合棱镜740)上。
在一些实施例中，未被第一偏振选择性反射器840朝向空间光调制器反射的光(例如，图4A中的光466，其被朝向第二偏振选择性反射器420透射)将在自由空间中传播，而不是通过棱镜(例如，图7B中的棱镜702)传播。在一些实施例中，被第一偏振选择性反射器840反射的光在其照射空间光调制器452之前穿过第一棱镜(例如，配合棱镜730)。
图8B以透视图示出了照明系统800。光源810发射光812，光812传播通过锥形积分器820。光812从第一反射镜822反射为光814。光814在菲涅耳反射器830的表面832处再次被反射为光816。
在一些实施例中，光816包括两个正交的平面偏振分量(例如，垂直偏振光和水平偏振光)。第一偏振选择性反射器840朝向第二偏振选择性反射器850透射垂直偏振光818，并沿-x方向朝向空间光调制器(未示出)反射水平偏振光821。
垂直偏振光818透射通过第二偏振选择性反射器850，并照射在相位延迟器440上，相位延迟器440是四分之一波片，其被配置为将线性(例如，垂直)偏振光818转换成圆偏振光(例如，左旋圆偏振光)并将圆偏振光朝向反射镜430透射。反射镜430反射圆偏振光并反转圆偏振光的旋向性。当圆偏振光穿过相位延迟器440时，相位延迟器440将圆偏振光转换成线性偏振光823，并将线性偏振光823朝向第二偏振选择性反射器850透射。在一些实施例中，(例如，水平偏振的)线性偏振光823的振动平面垂直于(例如，垂直偏振的)线性偏振光818的振动平面，并且第二偏振选择性反射器850沿着-x方向将线性偏振光823作为光824朝向空间光调制器(未示出)反射。
在一些实施例中，如图9所示，照明系统900包括两个光源810和910。由光源910发射的光912遵循与由光源810发射的光812相似的路径。光912进入第二积分器920，从第二菲涅耳反射器930反射，并首先入射到第二偏振选择性反射器850上，而不是入射到第一偏振选择性反射器840上。这种配置消除了对图8A中所示的反射器和相位延迟器的需要。
在一些实施例中，定向背光体或其他装置向第一偏振选择性反射器840和第二偏振选择性反射器850提供合适的照明。在一些实施例中，光源发射偏振光(例如，光源是被配置为提供偏振光的激光器)。在一些实施例中，光源发射非偏振光，并且由两个偏振选择性反射器透射的具有偏振的光被相对的光源再循环。在一些实施例中，反射偏振器或吸收偏振器被放置在光源与第一或第二偏振选择性反射器之间的光路中，以改变光的偏振。在一些实施例中，使用额外的反射镜涂层和可选的四分之一波延迟器，这可以进一步提高系统900的效率。
在一些实施例中，由空间光调制器452(例如，LCoS)反射的光的至少25％被照明系统再循环。
图10A示出了根据一些实施例的系统1000。系统1000包括光源1002。在一些实施例中，光源1002发射具有两个正交的偏振分量的光。在一些实施例中，光源1002发射非偏振光。在一些实施例中，光源是LED。光1022代表具有水平偏振的示例光线，而光1020代表具有垂直偏振的示例光线。在图10A中，为了清楚起见，光1020和1022被示为从光源1002沿不同的方向传播。光1020和光1022穿过透镜1004，透镜1004准直和/或均化光。光1020和光1022都照射在第一偏振选择性反射器1006上。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1006朝向空间光调制器1012选择性地反射水平偏振光，而垂直偏振光1020通过第一偏振选择性反射器1006朝向第二偏振选择性反射器1008透射。反射镜和四分之一波片组合1010接收来自第二偏振选择性反射器1008的光1020，并将水平偏振光反射回第二偏振选择性反射器1008。第二偏振选择性反射器1008将水平偏振光朝向空间光调制器1012反射。
图10B示出了系统1030。系统1030包括光源1032和光导1034。在一些实施例中，光导1034具有小尺寸，这实现了紧凑的照明系统。光导1034具有多个提取特征1036。提取特征1036允许在光导1034内传播的光的部分离开光导1034。在一些实施例中，光导1034提供定向照明以匹配投影仪(例如，投影系统450)的成像F数。
边耦合(edge-coupled)到光导1034的光源1032发射光1040，光1040沿着光导1034(例如，经由全内反射)被引导。在一些实施例中，光源1032是LED光源。在一些实施例中，当光1040照射到提取特征1036之一上时，提取特征将光1040转向为光1042，使得光1042离开光导1034(例如，光1042在光导1034的相对表面上不满足全内反射条件，并且离开光导1034照射到第一偏振选择性反射器1006上)。照明是定向的，并由提取特征的形状进行调整。在一些实施例中，使用其他定向光导，例如，具有浅棱镜提取器的光导，其中光以掠射入射角漏出。在一些实施例中，浅棱镜提取器与转向膜(turning film)结合以提供定向且均匀的照明。在一些实施例中，光1042遵循类似于光1022或光1020的路径(取决于光1042的偏振)，如参考图10A所述。
许多照明配置与系统1030兼容。在一些实施例中，具有第一偏振选择性反射器1006和第二偏振选择性反射器1008的“分离棱镜”配置的系统1030与传统的蝇眼均化器照明(fly’s eye homogenizer illumination)耦合。在一些实施例中，LED阵列与锥形阵列(taper array)或微透镜阵列结合使用。
在下文中，“分离棱镜”配置指的是第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器的(例如，V形)布置，例如，如图4A-图10B所示。
在一些实施例中，图4A-图10B中描述的“分离棱镜”布置中的偏振选择性反射器是偏振体全息元件，而不是反射偏振器。例如，在一些实施例中，第一PVH被定位在第一取向上，第二PVH被定位在不平行于第一取向的第二取向上，并且邻近第一偏振选择性反射器。
图11A是示出根据一些实施例的投影系统的示意图。
在图11A中，投影系统1100从一个或更多个光源(类似于光源810，图11A中未示出)接收照明光。投影系统1100包括第一偏振选择性反射器1110、投影透镜1130、设置在投影透镜1130的第一表面(例如，比投影透镜1130的相反的第二表面更靠近空间光调制器1152的表面)上的相位延迟器1132、设置在投影透镜1130的第二表面(例如，比第一表面更远离空间光调制器1152的表面)上的反射涂层1134。在一些实施例中，投影系统1100光学耦合到空间光调制器(SLM)1152，用于传输来自空间光调制器的光。在图11A中，投影系统1100还被配置为照射空间光调制器1152。在一些实施例中，投影系统1100还包括光学器件1140(例如，一个或更多个透镜)，该光学器件将光引导至波导(未示出)，该波导用于将从投影系统1100输出的光耦合到用户的视窗中。在一些实施例中，投影系统1100中没有光学器件1140。在一些实施例中，投影系统1100包括盖玻片(cover glass)1120。在一些实施例中，盖玻片1120位于第一偏振选择性反射器1110和空间光调制器1152之间。在一些实施例中，投影系统1100中没有盖玻片1120。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1110沿着分束器组件1116的对角线设置。分束器组件1116包括第一棱镜1112和第二棱镜1114。在一些实施例中，第一棱镜1112是具有斜边(或斜面)的直角棱镜。在一些实施例中，第二棱镜1114是具有斜边(或斜面)的直角棱镜。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1110被设置在第一棱镜1112和第二棱镜1114之间，平行于第一棱镜1112的斜边(或斜面)和第二棱镜1114的斜边(或斜面)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1110与第一棱镜1112的斜面和第二棱镜1114的斜面接触。
在一些实施例中，投影系统1100包括一个或更多个偏振过滤元件。在一些实施例中，至少一个偏振过滤元件位于第一偏振选择性反射器1110和一个或更多个光源之间(例如，邻近分束器组件1116的远离光学器件1140的表面)，用于减少具有特定偏振的光(或其分量)的透射(例如，投影系统1100被配置为以垂直偏振光作为输入来操作，偏振过滤元件用于减少水平偏振光进入分束器组件1116的透射)。在一些实施例中，至少一个偏振过滤元件位于分束器组件1116和光学器件1140之间，用于减少具有特定偏振的光的透射(例如，当投影系统1100被配置为提供具有垂直偏振的光时，偏振过滤元件用于减少从分束器组件1116输出的水平偏振光的透射)。在一些实施例中，偏振过滤元件是偏振选择性反射器，其被配置为反射具有与第二偏振(例如，期望的垂直偏振)正交的第一偏振(例如，不期望的水平偏振)的光，并且透射第二偏振的光。
在一些实施例中，一个或更多个光源提供具有单一偏振态的光1162。在一些实施例中，单一偏振态是平面偏振态。在一些实施例中，光1162是垂直偏振的，并且第一偏振选择性反射器1110被配置成反射垂直偏振光。第一偏振选择性反射器1110将光1162的至少一部分朝向空间光调制器1152反射为光1164，同时光1164保持其垂直偏振。在投影系统1100包括盖玻片1120的一些实施例中，光1164在照射到空间光调制器1152上之前穿过盖玻片1120。
空间光调制器1152接收光1164，并且根据空间光调制器1152的特定位置(例如，像素)的设置，改变光1164(或者照射在空间光调制器1152的特定位置上的光1164的一部分)，并且朝向第一偏振选择性反射器1110提供(例如，反射)改变后的光作为具有与光1164的偏振(例如，垂直偏振)不同的偏振(例如，水平偏振)的光1166。
在一些实施例中，光1166是水平偏振的。第一偏振选择性反射器1110朝向投影透镜1130引导水平偏振光1166(例如，透射水平偏振光1166)。相位延迟器1132改变光1166的偏振。例如，在相位延迟器1132是四分之一波片的配置中，四分之一波片将光1166变成圆偏振光1168，并将光1168朝向反射涂层1134透射。反射涂层1134将圆偏振光1168作为圆偏振光1170朝向相位延迟器1132反射。当圆偏振光1168被反射涂层1134反射时，圆偏振光1168的电场矢量旋转的方向被反转。因此，朝向相位延迟器1132反射的圆偏振光1170具有与圆偏振光1168(例如，右旋圆偏振光)相反的旋向性(例如，左旋圆偏振光)。当圆偏振光1170穿过相位延迟器1132时，相位延迟器1132将圆偏振光1170转换成线性偏振光1172，并将其朝向第一偏振选择性反射器1110透射。在一些实施例中，(例如，垂直偏振的)线性偏振光1172的振动平面垂直于(例如，水平偏振的)线性偏振光1166的振动平面，并且第一偏振选择性反射器1110将线性偏振光1172作为光1174朝向光学器件1140反射。
在一些实施例中，投影透镜1130具有光焦度(例如，投影透镜1130的第一表面和第二表面中的至少一个是弯曲的)。例如，投影透镜1130的第一表面和第二表面中的至少一个可以是凸表面。附加地或替代地，投影透镜1130的第一表面和第二表面中的至少一个可以是凹表面。在一些实施例中，投影透镜1130投射来自空间光调制器1152的光，以在像平面处形成图像。在一些实施例中，投影透镜1130没有光焦度(例如，投影透镜1130用平坦的基板代替)。
图11B是示出根据一些实施例的投影系统1102的示意图。投影系统1102类似于投影系统1100，除了在投影系统1102中，空间光调制器1152和反射涂层1134不位于分束器组件的相对侧，而在投影系统1100中，空间光调制器1152和反射涂层1134位于分束器组件1116的相对侧。
投影系统1102从一个或更多个光源(未示出)接收照明光1163。投影系统1102被布置成使得第一偏振选择性反射器113将光1163导向(例如，将光1163透射到)空间光调制器1152(如果投影系统1102中包括盖玻片1120，则通过盖玻片1120)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1113沿着分束器组件1117的对角线设置。
在一些实施例中，一个或更多个光源提供具有单一偏振态的光1163。在一些实施例中，光1163具有单一平面偏振态(例如，线性偏振)。在一些实施例中，光1163是垂直偏振的，并且第一偏振选择性反射器1113被配置为朝向空间光调制器1152透射垂直偏振光。在具有盖玻片1120的一些实施例中，光1163在照射到空间光调制器1152上之前穿过盖玻片1120。
空间光调制器1152接收光1163，并且根据空间光调制器的特定位置(例如，像素)的设置，改变光1163(或光1163的一部分)，并且朝向第一偏振选择性反射器1113提供(例如，反射)改变后的光作为具有与光1163的偏振(例如，垂直偏振)不同的偏振(例如，水平偏振)的光1165。
第一偏振选择性反射器1113将水平偏振光1165的至少一部分反射为水平偏振光1167，并将光1167导向投影透镜1130。相位延迟器1132(在一些实施例中为四分之一波片)将光1167变成圆偏振光1169，并将圆偏振光1169朝向反射涂层1134透射。反射涂层1134将圆偏振光1169作为圆偏振光1171朝向相位延迟器1132反射。当圆偏振光1169被反射涂层1134反射时，圆偏振光1169的电场矢量旋转的方向被反转。因此，朝向相位延迟器1132反射的圆偏振光1171具有与圆偏振光1169(例如，左旋圆偏振)相反的旋向性(例如，右旋圆偏振)。当圆偏振光1171穿过相位延迟器1132时，相位延迟器1132将圆偏振光1171转换成线性偏振光1173，并将线性偏振光1173朝向第一偏振选择性反射器1113透射。在一些实施例中，(例如，垂直偏振的)线性偏振光1173的振动平面垂直于(例如，水平偏振的)线性偏振光1167的振动平面，并且第一偏振选择性反射器1113将线性偏振光1173朝向可选的光学器件1140透射。
图11A和图11B中所示的投影系统对来自空间光调制器1152的光利用折叠光路，与不利用折叠光路的投影系统相比，这消除了对用于投射来自空间光调制器的光的长直线路径的需要，并且实现紧凑的投影系统。此外，分束器组件便于以法向入射角(或接近法向入射角)照射空间光调制器，并以法向收集角(或接近法向收集角)收集来自空间光调制器的光，这提高了图像质量。
虽然图11A和图11B示出投影透镜1130具有设置在投影透镜1130的第一表面上的相位延迟器1132和设置在投影透镜1130的第二表面上的反射涂层1134，但是在一些实施例中，相位延迟器1132和反射涂层1134中的至少一个与投影透镜1130分离。例如，可以使用与投影透镜1130分离的相位延迟器1132和反射涂层1134来代替具有相位延迟器1132和反射涂层1134的单个集成投影透镜。
图12是示出根据一些实施例的投影系统1200的示意图。除了投影系统1200与波导1142光学耦合之外，投影系统1200类似于投影系统1100。
在一些实施例中，投影系统1200从一个或更多个光源(未示出)接收照明光1210。在一些实施例中，投影系统1200与各种类型的空间光调制器(SLM)结合使用。在一些实施例中，空间光调制器是硅上液晶(LCoS)，并且在这种情况下，投影系统1200被称为LCoS投影系统。空间光调制器1152(例如，LCoS)基于照明光1210照射在LCoS上的像素的设置来反射照明光。
图12示出了来自空间光调制器1152的光线。在图12中，对于空间光调制器1152上的三个不同像素1212、1214和1216中的每一个，示出了三条光线作为示例。
图12示出了来自像素1216的第一光线1218-1、第二光线1218-2和第三光线1218-3。第一光线1218-1相对于第二光线1218-2成角度1218-1a，并且第三光线1218-3相对于第二光线1218-2成角度1218-3a。光线1218-1、1218-2和1218-3首先被投影透镜1130的第二表面上的反射涂层1134反射，然后在照射到波导1242上之前被第一偏振选择性反射器1110反射。图12还示出了来自像素1212的三条光线1220-1、1220-2和1220-3。光线1220-3相对于光线1220-2成角度1220-3a。光线1220-1、1220-2和1220-3被投影透镜1130的第二表面上的反射涂层1134反射，然后在照射到波导1242上之前被第一偏振选择性反射器1110反射。类似地，来自像素1214的光线也被投影透镜1130的第二表面上的反射涂层1134反射，然后在照射到波导1242上之前被第一偏振选择性反射器1110反射。
在图12中，来自像素1216的光线1218-3和来自像素1212的光线1220-3都照射在波导1242的位置1244处，并且来自像素1216的光线1218-1和来自像素1212的光线1220-1都照射在波导1242的位置1248上。类似地，来自三个像素1212、1214和1216中的每一个的中间光线(例如，1218-2、1220-2)照射在波导1242的位置1246处。
在一些实施例中，角度1218-3a的大小等于角度1220-3a的大小。波导1242上的位置1244接收来自不同像素(例如，像素1212和像素1216)的光线，这些光线以相同的角度从空间光调制器1152(例如，LCoS)反射。
从不同像素反射的光线被投影透镜1130中继到波导1242上的相同位置。在一些实施例中，空间光调制器1152和波导1242都位于对应于投影透镜1130的焦距的光路长度处。这允许投影透镜1130对接收的光提供傅立叶变换效果。例如，空间光调制器1152处的角度信息被投影透镜1130转换成波导1242上的位置信息。
在图12中，包括空间光调制器1152(例如LCoS)和投影透镜1130的投影系统1200沿y方向的尺寸由双头箭头1230标记。在一些实施例中，由箭头1230表示的尺寸在4mm至15mm之间(例如，尺寸为4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm)。
在一些实施例中，投影系统的视场沿两个正交的方向(例如，x方向和z方向)不同。
图13A示出了根据一些实施例的减小投影系统的体积的另一种方式。投影系统1300使用与第二棱镜1314相比具有不同尺寸和不同形状的第一棱镜1312。在一些实施例中，沿着第二棱镜1314的y-z平面的横截面是直角梯形，而沿着第一棱镜1312的y-z平面的横截面保持直角棱镜。在一些实施例中，第一棱镜1312是具有第一侧1316a、第二侧1316b和斜边1316c的直角棱镜，其中第一侧1316a与第二侧1316b成直角。在一些实施例中，第二棱镜1314是具有第一侧1318a、第二侧1318b、第三侧1318c和第四侧1318d的直角梯形。在一些实施例中，第二棱镜1314的第四侧1318d具有与第一棱镜1312的斜边1316c相同的长度。
在一些实施例中，图12中的第二棱镜1114的区域1260没有被光学地使用(例如，由空间光调制器1152反射的照明光1210没有穿过区域1260)。因此，在一些实施例中，通过沿线1262截断第一棱镜1112和第二棱镜1114来形成第一棱镜1312和第二棱镜1314。与图12所示的实施例相比，这些实施例中的投影系统1300具有相似的视场，而投影系统1300的体积比投影系统1200的体积小得多(例如，小30％、40％、50％、60％、70％)。
在一些实施例中，角度范围1340描述了当使用具有两个相同棱镜的分束器(类似于图12所示的分束器)时，由空间光调制器1152上的三个像素1350、1352和1354提供的视场的角度的扩展。通过使用两个不同尺寸的棱镜(例如，第一棱镜1312和第二棱镜1314)，视场增加了角度范围1342，即由附加像素1356相对于像素1350提供的视场的角度的扩展。在一些实施例中，角度范围1340在20度到40度之间(例如，角度范围1340的值是20度、25度、30度、35度或40度)。在一些实施例中，角度范围1342在5度到20度之间(例如，角度范围1342的值是5度、10度、15度或20度)。源自像素1356的所有三条光线被投影系统1300中的光学器件(例如，第二棱镜1314、投影透镜1130)接收。
在一些实施例中，投影系统1300的拐角1360仅最低限度地被任何光学光穿过(如果有的话)。因此，拐角1360不需要严格地为直角，与在由侧1318b和侧1318c形成的拐角处相比，在拐角1360处，与直角的一些偏差是更容易接受的。
在一些实施例中，投影系统1300的宽度的值D2在2mm到15mm之间(例如，值D2是4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm)。
在一些实施例中，投影透镜1130是旋转对称的。
来自四个像素1350、1352、1354、1356中的每一个的中间光线照射在波导(未示出)的位置1362处。来自四个像素1350、1352、1354、1356中的每一个的右光线(例如，从特定像素发射的每束光中的在投影透镜1130处具有最小z值的光线)照射在波导(未示出)的位置1364处。来自四个像素1350、1352、1354、1356中的每一个的左光线(从特定像素发射的每束光中的在投影透镜1130处具有最大z值的光线)照射在波导(未示出)的位置1361处。
图13B示出了图12的分束器组件(左)和图13A的分束器组件1301(右)的侧视图和俯视图。
光发射器具有尺寸和展度(spread)。光学扩展量(etendue)是光发射器面积和光束立体角的乘积，描述了光束在穿过光学系统时的尺寸和角展度。光束角度越大或光源尺寸越大，光学扩展量就越大。光学扩展量是熵的光学等价物：当光束穿过光学系统时，光束的光学扩展量不会降低。例如，由于散射导致的损耗增加了光学扩展量；更有用的光能具有更小的光学扩展量值。
当具有均匀且低光学扩展量的光照射空间光调制器时，照射空间光调制器的系统表现得更好。提供这种均匀且低光学扩展量的照明通常涉及大的光学部件，这可能添加相当大的重量和体积。
图14A示出了具有照明系统1400的紧凑的空间光调制器，照明系统1400具有光源1402。照明系统1400使用偏振分束器1412来提供扩展的照明路径。在一些实施例中，光源1402是发光二极管(LED)、SLED(超发光LED)、RCLED(谐振腔LED)、激光二极管或波长转换器件。波长转换器件的一个示例是与泵浦光源结合的量子点或量子阱发射器。在一些实施例中，照明系统1400包括积分器棒(integrator rod)1404，积分器棒1404部分地准直和均化由光源1402发射的光。在一些实施例中，透镜系统或透镜与积分器棒的组合部分地准直由光源1402发射的光。在一些实施例中，锥形光纤或锥形光纤阵列至少部分地准直由光源1402发射的光。
在一些实施例中，照明系统1400包括单个光源。在一些实施例中，照明系统1400包括光源的线性阵列。在一些实施例中，照明系统1400包括二维光源阵列。在一些实施例中，光源被选择性地供电以提供分区照明。分区照明是照射目标区域(例如，空间光调制器1430)的一个或更多个区域(或分区)的空间选择性方式。
在一些实施例中，照明系统1400包括转向光学器件1406。转向光学器件1406用于减少照明系统1400的占用区(footprint)。在一些实施例中，转向光学器件1406是被配置成将入射的光束1420转向某个角度(例如，从基本上沿着x方向传播的光1420转向90度为基本上沿着-z方向传播的光1422)的棱镜。在一些情况下，传送到偏振分束器1412的光被偏振。在一些实施例中，吸收偏振器用于使传送到偏振分束器1412的光偏振。在一些实施例中，使用偏振选择性反射器，并且偏振选择性反射器将具有特定偏振的光分量反射回光源1402。在一些配置中，具有特定偏振的光分量被再循环。在一些实施例中，偏振转换器用于使光偏振。在一些实施例中，使用吸收偏振器、偏振选择性反射器或偏振转换器中的一个或更多个的组合。光在光源1402和偏振分束器1412之间的任何位置处被偏振。
光1422穿过反射镜1408和四分之一波片1409的孔(aperture)1410(例如，延伸穿过反射镜1408和四分之一波片1409两者的公共孔)，并进入偏振分束器1412。在一些实施例中，照明系统1400包括单个反射镜1408和单个四分之一波片1409，尽管由于孔1410的存在，每个元件(例如，反射镜1408或四分之一波片1409)在图14中被示为两个单独的部分。在一些实施例中，反射镜1408和四分之一波片1409被一体形成。
偏振选择性反射器1414接收光1422并朝向偏振选择性反射器1416引导光1422(取决于其偏振)。在一些实施例中，引导光1422包括将光1422透射通过偏振选择性反射器1414。偏振选择性反射器1416将光1422反射为光1424，并将光1424导向偏振选择性反射器1414。偏振选择性反射器1414朝向反射镜1408和四分之一波片1409引导光1424(取决于其偏振)。
四分之一波片1409与反射镜1408相邻。四分之一波片1409和反射镜1408的组合接收光1424并将光1424反射为光1426。四分之一波片1409导致光1426(例如，反射光)具有与光1424正交的偏振态(例如，光1424在照射到四分之一波片1409之前具有第一偏振态，而光1426在穿过四分之一波片1409之后具有与第一偏振态正交的第二偏振态；光1424是水平偏振的，而光1426是垂直偏振的；或者光1424是垂直偏振的，而光1426是水平偏振的)。在一些实施例中，分束器1412的顶表面与抗反射涂层耦合，以减少当光1424离开分束器1412时的光学损耗。附加地或替代地，在一些情况下，光1424以接近于零的入射角撞击分束器1412的顶表面，使得分束器1412的顶表面的反射减少。在一些实施例中，反射镜1408和/或相邻的光学材料对光1424的路径具有预选程度的散射或随机化。例如，在一些实施例中，反射镜1408具有使光散射的精细结构。在一些实施例中，反射镜1408导致光1424的路径的受控扭曲(例如，反射镜1408具有非平坦表面，例如弯曲表面)。在一些实施例中，使用精细结构和/或受控扭曲的组合。在一些实施例中，使光1424散射或扭曲基本上不会使其去偏振。在一些实施例中，反射镜1408具有非球面形状，其中用于优化和创建非球面形状的参数之一是在空间光调制器处的照明均匀性(例如，非球面形状改善了提供给空间光调制器的光的均匀性)。
在一些实施例中，反射镜1408具有分布在反射镜1408的区域上的多个孔。
由于光1426具有与光1424的偏振态正交的偏振态，所以光1426不是透射通过偏振选择性反射器1414，而是被偏振选择性反射器1414反射，并作为光1428被导向空间光调制器(SLM)1430。在一些实施例中，照明系统1400包括SLM窗口1418(在分束器1412和空间光调制器1430之间)。在一些实施例中，光1428透射通过SLM窗口1418并照射到空间光调制器1430上。空间光调制器1430对光1428进行空间调制。在一些实施例中，空间光调制器1430是LCoS或硅上铁电液晶(FLCoS)成像器，其在单个像素分辨率上调制光的偏振态。在一些实施例中，空间光调制器1430包括与四分之一波片组合的微机电系统(MEMS)，使得照射在选定像素上的光(例如，当像素被开启时)被转换成正交的偏振态。剩余的光线路径和分量类似于与图11A相关的描述(例如，光1432类似于光1166；光1434类似于光1172；光1436类似于光1174；透镜1440类似于投影透镜1130)。在一些实施例中，照明系统1400包括光学器件1442，其类似于图11A所示的光学器件1140。
如以上参考图11A和图11B所解释的，照明系统1400可以被配置成使得偏振选择性反射器1414透射进入分束器1412的光(如图14A所示)或者反射进入分束器1412的光。参考图14B-图14E描述了这些的示例。
图14B示出了偏振分束器1450，其具有包含第一偏振选择性反射器1454的立方体1452。在一些实施例中，立方体1452由第一直角棱镜1496和第二直角棱镜1498组成。立方体1452具有第一侧面1453a、第二侧面1453b、第三侧面1453c和第四侧面1453d。第二偏振选择性反射器1456邻近立方体1452，平行于且最靠近立方体1452的第三侧面1453c。对于偏振分束器1450，光进入的表面(例如，第一侧面1453a)基本上平行于第二偏振选择性反射器1456。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1454反射具有第一偏振(例如，垂直偏振)的光，并且第二偏振选择性反射器1456反射具有不同于第一偏振的第二偏振(例如，水平偏振)的光。
被第一偏振选择性反射器1454阻挡的光的偏振与被第二偏振选择性反射器1456阻挡(或反射)的光的偏振正交。例如，在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1454和第二偏振选择性反射器1456的透射轴(transmission axis)被配置成使得进入立方体1452的偏振光1462透射通过第一偏振选择性反射器1454，并被第二偏振选择性反射器1456反射。透射轴的这种取向被称为“正交偏振轴”，其是指第一偏振器透射具有第一偏振态的光而第二偏振器基本阻挡(或反射)具有第一偏振态的光的配置。正交偏振轴对于线性偏振器和圆偏振器都是可能的。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器(例如，1456)被设置在第一棱镜(例如，第二棱镜1498)的第一表面(例如，第三侧面1453c)上，并且光(例如，1462)在平行于第一表面(例如，第三侧面1453c)的第二表面(例如，第一侧面1453a)处进入光学设备。
图14C示出了偏振分束器1451，其具有包含第一偏振选择性反射器1458的立方体1455。在一些实施例中，立方体1455由第一直角棱镜1492和第二直角棱镜1494组成。立方体1455具有第一侧面1457a、第二侧面1457b、第三侧面1457c和第四侧面1457d。第二偏振选择性反射器1456邻近立方体1455，平行于并且最靠近立方体1455的第四侧面1457d。对于偏振分束器1451，光进入的表面(例如，第一侧面1457a)基本上垂直于第二偏振选择性反射器1456。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1454和第二偏振选择性反射器1456都反射具有第一偏振的光。
被第一偏振选择性反射器1458阻挡(或反射)的光的偏振平行于被第二偏振选择性反射器1456阻挡(或反射)的光的偏振。例如，在一些实施例中，第一偏振选择性反射器1458和第二偏振选择性反射器1456的透射轴被配置成使得进入偏振分束器1451的偏振光1464被第一偏振选择性反射器1458和第二偏振选择性反射器1456反射。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器1456被设置在第一棱镜(例如，第一棱镜1492)的第一表面(例如，第四侧面1457d)上，并且光在垂直于第一表面的第二表面(例如，第一侧面1457a)处进入第一棱镜。
如上所示，本文描述的照明系统可以被配置成透射进入分束器的光(如图14B所示)或者反射进入分束器的光(如图14C所示)。为简洁起见，没有示出所有可能的配置，但是本领域中的普通技术人员将理解，一种配置(例如，图14B所示的配置)可以被用来代替另一种配置(例如，图14C所示的配置)，反之亦然。
除了图14D和图14E所示的照明系统包括反射镜1408和相位延迟器(例如，四分之一波片1409)的组合以进一步延伸光路以外，图14D和图14E所示的照明系统类似于图14B和图14C所示的照明系统。
图14D示出了照明系统1470。光1472穿过反射镜1408(和四分之一波片1409)中的孔1410，并进入具有第一偏振选择性反射器1454的立方体1452。光1472具有第一偏振，并穿过第一偏振选择性反射器1454。光1472被第二偏振选择性反射器1456反射，形成反射光1474。保持第一偏振的反射光1474穿过第一偏振选择性反射器1454，并离开立方体1452。光1474穿过四分之一波片1409，并且反射镜1408将已经穿过四分之一波片1409一次的光1474反射为反射光1476。反射光1476再次穿过四分之一波片1409，并且具有与第一偏振正交的偏振。反射光1476再一次进入立方体1452，并且第一偏振选择性反射器1454将光1476反射为光1478。第一偏振选择性反射器1454将具有不同于第一偏振的第二偏振的光1478导向空间光调制器。
图14E示出了照明系统1471。光1482穿过反射镜1408(和四分之一波片1409)中的孔1410进入立方体1455，立方体1455具有第一偏振选择性反射器1458。光1482具有第二偏振，并且被第一偏振选择性反射器1458和第二偏振选择性反射器1456反射，以形成反射光1484。光1484在反射离开第一偏振选择性反射器1458之后，离开立方体1455，穿过四分之一波片1409，并且反射镜1408将已经穿过四分之一波片1409一次的光1484反射为光1486。反射光1486再次穿过四分之一波片1409，以与第二偏振正交的偏振出现。反射光1486进入立方体1455，并且第一偏振选择性反射器1458将光1486作为光1488透射。第一偏振选择性反射器1458将光1488导向空间光调制器。
在一些实施例中，照明系统和图像投影系统被配置成使得偏振选择性反射器是偏振体全息元件(参照图16A-图16D所描述的)而不是反射偏振器。
图15A示出了类似于图14A中描述的紧凑的照明系统1400的系统1500。系统1500和照明系统1400之间的区别在于，第一偏振体全息元件(PVH)1514被放置在紧凑的照明系统1400中的第一偏振选择性反射器1414的位置处，代替第一偏振选择性反射器1414。在一些实施例中，紧凑的照明系统1400中的第二偏振选择性反射器1416被系统1500中的第二PVH1516代替。光源1402朝向转向光学器件1406发射光1520。来自转向光学器件1406的光1522可以被部分准直。来自转向光学器件1406的光1522进入系统1500的偏振分束器1502。在一些实施例中，光1522是偏振的。在一些实施例中，光1522具有非平面偏振。非平面偏振是指任何非线性偏振的偏振(例如，椭圆偏振光和圆偏振光)。在一些情况下，光1522是圆偏振的。图15A示出了光1522是左旋圆偏振的实施例。然而，本领域中的普通技术人员将理解，系统可以被配置用于具有右旋圆偏振的入射光。穿过这种系统的圆偏振光的旋向性将与图15A所示的相反。为简洁起见，此处不再重复这种系统的细节。
根据配置(例如，PVH中液晶的旋向性)，PVH透射第一圆偏振光(例如，左旋圆偏振光)并反射与第一圆偏振光正交的第二圆偏振光(例如，右旋圆偏振光)，反之亦然。在图15A中，第一PVH 1514朝向第二PVH 1516引导光1522(例如，透射光1522)，第二PVH 1516将光1522反射为光1524。光1524保持左旋圆偏振。第一PVH 1514将光1524朝向反射镜1408引导出偏振分束器1502(例如，透射光1524)，使得反射镜1408将光1524反射为反射光1526。在图15中，系统1500不包括四分之一波片1409，因为光1526具有与光1524的圆偏振(例如，左旋圆偏振)正交的圆偏振(例如，右旋圆偏振)，而不必穿过任何四分之一波片。
第一PVH 1514将光1526反射为反射光1528，同时保持反射光1528的右旋圆偏振。反射光1528离开偏振分束器1502，并朝向空间光调制器1430传播。在一些实施例中，该系统包括在分束器1502和空间光调制器1430之间的SLM窗口1418(或盖玻片)。
空间光调制器1430创建反射光1530的空间调制图案，改变反射光1530的偏振，使得反射光1530(或其一部分)穿过第一PVH 1514(例如，空间光调制器1430将光1530的偏振转换为与光1528的偏振正交)。第一PVH 1514将光1530导向反射透镜组件1541，反射透镜组件1541将光1530折射和反射为光1532。反射透镜组件1541与反射透镜组件1440的不同之处在于，反射透镜组件在组件中不包括四分之一波片(或不与四分之一波片耦合)。光1532具有与光1530的偏振(例如，左旋圆偏振)正交的偏振(例如，右旋圆偏振)。第一PVH 1514将光1532反射为光1534，同时将光1534保持为右旋圆偏振的。右旋圆偏振的光1534穿过可选的光学器件1442，并离开分束器1502。在一些实施例中，光1534进入波导1444。
在一些实施例中，第一PVH 1514限定了第一平面(例如，与图15A所示的x-y平面成45度角的平面)。在一些实施例中，第二PVH 1516限定了平行于x-y平面的第二平面。在一些实施例中，第一平面以第一锐角(例如，45度)与第二平面相交。在一些实施例中，反射镜1408限定了平行于x-y平面的第三平面。在一些实施例中，反射镜1408具有平坦表面。在一些实施例中，反射镜1408具有弯曲表面。在一些情况下，当反射镜1408不是平面的时(如图15A所示)，由反射镜1408限定的第三平面与反射镜1408的光轴垂直相交，该光轴对应于非平面反射镜1408的旋转对称轴。在一些实施例中，第一平面与第三平面相交并形成第二锐角(例如，45度)。在一些实施例中，第二PVH 1516被定位在基本上平行于反射镜1408的第一取向上(例如，第二PVH 1516基本上平行于第三平面)。
在一些实施例中，第一PVH 1514反射具有与由第二PVH 1516反射的光的偏振(例如，左旋圆偏振)不同的偏振(例如，右旋圆偏振)的光。
图15B示出了紧凑的空间光调制器成像系统1550，其具有如参考图14A所述的光源1402、积分器棒1404和转向光学器件1406。偏振分束器1551包括第一PVH 1554和第二PVH1556。左旋圆偏振光1522被第一PVH1554朝向空间光调制器1430反射。空间光调制器1430创建反射光1540的空间调制图案，改变反射光1538(或其一部分)的偏振，使得反射光1540(或其一部分)穿过第一PVH 1554(例如，将光1540的偏振变为与光1538的偏振正交)。第一PVH1554将光1540导向反射透镜组件1541，反射透镜组件1541将光1540折射和反射为光1542。光1542具有与光1540的偏振(例如，左旋圆偏振)正交的偏振(例如，右旋圆偏振)。第一PVH1554将光1542反射为光1544，同时将光1544保持为右旋圆偏振的。光1544穿过可选的光学器件1442并进入波导1444。
在一些实施例中，类似于图12B和图12C的描述，偏振分束器1551具有加长的尺寸(例如，沿着x方向)，以捕获更大的视场。在这种情况下，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器1430限定的平面上(例如，沿着z-x平面)的投影具有矩形形状。
偏振体全息元件(PVH)
图16A-图16D是示出根据一些实施例的偏振体全息元件(PVH)1600的示意图。在一些实施例中，PVH 1600是液晶PVH，其包括以螺旋结构排列的液晶层(例如，由胆甾型液晶形成的液晶)。PVH对光的圆偏振是选择性的。当圆偏振光的状态(旋向性)沿着液晶的螺旋轴时，PVH与圆偏振光相互作用，从而改变光的方向(例如，反射、折射或衍射光)。同时，在改变光的方向的同时，PVH也改变光的偏振。相比之下，PVH透射具有相反圆偏振的光，而不改变其方向或偏振。例如，PVH将右旋圆偏振(RCP)光的偏振改变为左旋圆偏振(LCP)光并同时重定向该光，然而透射LCP光而不改变其偏振或方向。在一些实施例中，PVH在波长范围和/或入射角上也是选择性的。如果入射光处于设计的波长，则RCP光被重定向并被转换成LCP光，而波长在设计的波长范围之外的RCP光被透射且其偏振没有被转换。如果入射光具有在设计的入射角范围内的入射角，则RCP光被转换成LCP光并被重定向，而入射角在设计的入射角范围之外的RCP光被透射且其偏振没有被转换。
图16A示出了PVH 1600的三维视图，入射光1604沿着z轴进入光栅。图16B示出了具有多个液晶(例如，液晶1602-1和1602-2)的PVH 1600的x-y平面图，这些液晶具有各种取向。如图16D所示，沿着x轴，沿着在A和A’之间的参考线，液晶的取向是恒定的，图16D示出了沿着参考线的液晶的详细平面图。图16C示出了PVH 1600的y-z横截面视图。在图16C中，间距1612被定义为沿着z轴的距离，在该距离处液晶的方位角已经旋转了180度，该间距在整个光栅中是恒定的。然而，在一些实施例中，间距可以沿着z轴变化。在图16C中，PVH 1600具有螺旋结构1608，螺旋轴对应于z轴对齐。然而，在一些实施例中，螺旋轴可以从z轴倾斜。螺旋结构产生具有多个衍射平面(例如，平面1610-1和1610-2)的体积光栅。PVH 1600的衍射平面横跨光栅延伸。在图16C中，衍射平面1610-1和1610-2相对于z轴倾斜。螺旋结构1608定义了PVH 1600的偏振选择性，因为具有对应于螺旋轴的圆偏振旋向性的光被衍射，而具有相反旋向性圆偏振的光不被衍射。螺旋结构1608还定义了PVH 1600的波长选择性，因为波长接近螺旋间距(例如，图16C中的螺旋间距1612)的光被衍射，而其他波长的光不被衍射。
在一些实施例中，关于图15A和图15B描述的PVH 1514、PVH 1516、PVH 1554和PVH1556是胆甾型液晶(CLC)光栅。CLC光栅具有类似于关于PVH 1600描述的光学特性。CLC和PVH都包括螺旋排列的液晶。在一些实施例中，液晶是胆甾型液晶。CLC光栅还包括光配向层(photoalignment layer)，并且CLC根据光配向层被排列成螺旋结构。相比之下，在PVH中，CLC根据全息记录(例如，没有光配向层)被排列成螺旋结构。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器(例如，第一PVH 1514)和第二偏振选择性反射器(例如，第二PVH 1516)中的至少一个是超表面。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器(例如，第一PVH 1514)或第二偏振选择性反射器(例如，第二PVH 1516)中的至少一个包括谐振结构、手性层和/或双折射材料。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器(例如，第一PVH 1514)和第二偏振选择性反射器(例如，第二PVH 1516)中的至少一个是基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，基于液晶的偏振选择元件包括胆甾型液晶。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器(例如，反射偏振器或PVH)限定第一平面(例如，与图15A所示的x-y平面成45度角的平面)。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器(例如，反射偏振器或PVH)限定了平行于x-y平面的第二平面。在一些实施例中，第一平面以第一锐角(例如，45度)与第二平面相交。在一些实施例中，反射器(例如，反射镜1408)限定平行于x-y平面的第三平面。在一些情况下，当反射器不是平面的时，第三平面被定义为与非平面反射镜的光轴垂直相交的平面。在一些情况下，非平面反射镜的光轴是其旋转对称轴(例如，沿着z轴)。与z轴垂直相交的第三平面是平行于x-y平面的平面。在一些实施例中，第一平面与第三平面相交并形成第二锐角(例如，45度)。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上平行于反射器的第一取向上。
在一些实施例中，第一角度是从引导第一光(例如光1522)的第一平面的一部分到引导第二光(例如光1524)的第二平面的一部分测量的。
在一些实施例中，偏振分束器包括棱镜组件，并且第一偏振选择性反射器沿着棱镜组件的对角线设置。在一些实施例中，对角线是内对角线(例如，第一偏振选择性反射器被夹在棱镜组件的两个棱镜之间，类似于图14B所示的立方体1452中的偏振选择性反射器1454和图14C所示的立方体1455中的偏振选择性反射器1458)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光(例如，类似于图14B中的一对偏振选择性反射器1454和偏振选择性反射器1456)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光(例如，类似于图14C中的一对偏振选择性反射器1458和偏振选择性反射器1456)。
根据这些原理，我们转向某些实施例。
根据一些实施例，一种光学设备包括定位在第一取向上的第一偏振选择性反射器，使得第一偏振选择性反射器接收第一方向的第一光，将第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向；以及接收第三方向的第二光，并且透射第二光的第一部分，该第二光的第一部分具有与第一偏振正交的第二偏振。该光学设备包括：第二偏振选择性反射器，其被定位在不平行于第一取向的第二取向上，并且邻近第一偏振选择性反射器，使得第二偏振选择性反射器接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；以及接收第六方向的第四光，并且透射第四光的具有第二偏振的第一部分(例如，图4A-图10B)。
在一些实施例中，第二方向正交于第一方向，并且第五方向正交于第三方向(例如，图4A-图10B)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器还被配置成透射第一光的具有第二偏振的第二部分；并且第二偏振选择性反射器还被配置成接收和透射第一光的具有第二偏振的第二部分(例如，图4A-图10B)。
在一些实施例中，光学设备还包括第三反射器，其被配置为从第二偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将第一光的第二部分作为第二光重定向回第二偏振选择性反射器(例如，图4A-图10B)。
在一些实施例中，光学设备还包括被配置为输出具有第一偏振的第一光的光源。
在一些实施例中，光学设备还包括光学积分器，该光学积分器被配置为接收第一光并重定向第一光，使得由光学积分器透射的第一光具有比入射到光学积分器上的第一光更小的发散度。在一些实施例中，光学设备还包括与第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，菲涅耳反射器被配置为接收由光源输出的第一光；并将第一光朝向第一偏振选择性反射器重定向。在一些实施例中，菲涅耳反射器被配置成扩展第一光的光束尺寸(例如，图8A-图9)。
在一些实施例中，光学设备还包括设置在第三反射器和第二偏振选择性反射器之间的波片。在一些实施例中，波片被配置成将线性偏振光转换成圆偏振光并将圆偏振光转换成线性偏振光(例如，四分之一波片)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器还被配置成在不同于第三方向的第七方向上反射第二光的具有第一偏振的第二部分；并且第二偏振选择性反射器还被配置为在不同于第六方向的第八方向上反射第四光的具有第一偏振的第二部分。
在一些实施例中，光学设备还包括与第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器光学耦合的反射空间光调制器，该反射空间光调制器被配置为：在反射空间光调制器的第一区域上接收第一光的具有第一偏振的第一部分，并将第一光的第一部分反射为第二光。反射空间光调制器还被配置为在反射空间光调制器的与第一区域相邻的第二区域上接收第三光的具有第一偏振的第一部分，并将第三光的第一部分反射为第四光。
在一些实施例中，反射空间光调制器包括反射表面和多个像素，多个像素中的相应像素具有相应的调制元件。在一些实施例中，将第一光的第一部分反射为第二光和将第三光的第一部分反射为第四光包括由相应的调制元件调制第一光的第一部分和第三光的第一部分的偏振。
在一些实施例中，反射空间光调制器是硅上液晶(LCoS)显示器。在一些实施例中，第一取向上的第一偏振选择性反射器和第二取向上的第二偏振选择性反射器限定了大约90度的角度。(例如，图4A、图4B和图7B)。在一些实施例中，该角度大于或小于90度(例如，图4C)。第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器彼此耦合(例如，图4A、图4B、图7B和图7C)。
在一些实施例中，光学设备还包括限定第一面和第二面的棱镜。第一偏振选择性反射器被设置在第一面上，并且第二偏振选择性反射器被设置在第二面上(图7B和图7C)。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器选自由以下项组成的组：线栅偏振器、双折射光学膜反射偏振器、胆甾型反射偏振器和MacNeille偏振器。
在一些实施例中，光学设备还包括被配置为输出具有第一偏振的第一光的第一光源；以及被配置为输出具有第一偏振的第三光的第二光源(例如，图9)。
在一些实施例中，光学设备还包括第一菲涅耳反射器，其与第一偏振选择性反射器光学耦合，被配置为：接收由第一光源输出的第一光；并且在第一方向上朝向第一偏振选择性反射器重定向第一光。光学设备还包括第二菲涅耳反射器，该第二菲涅耳反射器与第二偏振选择性反射器光学耦合，被配置为：接收由第二光源输出的第三光；并且在第四方向上朝向第二偏振选择性反射器重定向第三光。
在一些实施例中，第四方向基本上平行于第一方向。在一些实施例中，第五方向基本上平行于第二方向。在一些实施例中，第五方向不平行于第二方向。
根据一些实施例，一种方法包括：利用被定位在第一取向上的第一偏振选择性反射器，接收第一方向的第一光；将第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向。该方法包括接收第三方向的第二光，透射第二光的具有与第一偏振正交的第二偏振的第一部分。该方法还包括，利用被定位在不平行于第一取向的第二取向上并且邻近第一偏振选择性反射器的第二偏振选择性反射器，接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；以及接收第六方向的第四光，透射第四光的具有第二偏振的第一部分(例如，图4A–图10B)。
根据一些实施例，一种制造光学组件的方法包括将第一偏振选择性反射器放置在第一取向上；以及将第二偏振选择性反射器放置在与第一取向不平行且相邻的第二取向上。在一些实施例中，光学组件包括偏振分束器(例如，图4A–图10B)。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器；以及第三反射器。第一偏振选择性反射器被配置成接收第一光并重定向第一光的具有第一偏振的第一部分，并透射第一光的具有与第一偏振正交的第二偏振的第二部分。第二偏振选择性反射器被配置为从第一偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将其透射到第三反射器。第三反射器被配置为从第二偏振选择性反射器接收第一光的第二部分，并将其重定向回第二偏振选择性反射器；并且第二偏振选择性反射器还被配置成接收来自第三反射器的光并且重定向至少一部分光，被重定向的部分具有第一偏振(例如，图4A–图10B)。
根据一些实施例，一种光学设备包括相对于空间光调制器定位的第一偏振选择性反射器；以及相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一光，并将第一光的具有第一偏振的至少一部分作为第二光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二光，并将第二光的至少一部分作为具有第二偏振的第三光导向第一偏振选择性反射器。第二偏振不同于第一偏振(例如，图11A和图11B)。
在一些实施例中，空间光调制器被定位在第一偏振选择性反射器的第一方向上，并且第一反射组件被定位在第一偏振选择性反射器的第二方向上。在一些实施例中，照明光沿第一偏振选择性反射器的第三方向进入光学设备；并且波导被定位在第一偏振选择性反射器的第四方向上。第一方向和第二方向彼此不同(例如，图11A和图11B)。
在一些实施例中，第一方向垂直于第三方向；并且第二方向垂直于第四方向。在一些实施例中，空间光调制器和第一反射组件位于第一偏振选择性反射器的相对的方向上。在一些实施例中，第二方向垂直于第三方向；并且第一方向垂直于第四方向。在一些实施例中，波导和第一反射组件位于第一偏振选择性反射器的相对的方向上。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一反射器。第一反射器限定开口，并且第一反射器相对于空间光调制器定位，使得空间光调制器接收已经(i)穿过第一反射器的开口并且(ii)随后从第一反射器反射离开的光。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器邻近波导设置。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同(例如，正交)的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定(例如，包含第一偏振选择性反射器)的第一平面以第一锐角与由空间光调制器限定(例如，包含空间光调制器)的第二平面相交。第一反射组件包括偏振延迟器和反射透镜。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。在一些实施例中，投影的高度大于投影的宽度，使得空间光调制器沿着高度维度的视场大于沿着宽度维度的视场。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器相对于由空间光调制器限定的平面基本上成45度角。在一些实施例中，该光学设备包括第一棱镜和第二棱镜。在一些实施例中，第一棱镜的至少一部分具有梯形横截面，该梯形横截面具有第一边、第二边、第三边、第四边。第一边垂直于第二边；第二棱镜是具有斜边的直角棱镜；并且第一偏振选择性反射器被设置在第一棱镜和第二棱镜之间，平行于第二棱镜的斜边和第一棱镜的第四边。在一些实施例中，斜边的长度等于第三边的长度。在一些实施例中，第一反射组件相对于空间光调制器定位，使得第一偏振选择性反射器通过透射第二光来将第二光导向第一反射组件。
在一些实施例中，第一反射组件相对于空间光调制器定位，使得第一偏振选择性反射器通过反射具有第一偏振的第二光来将第二光导向第一反射组件。在一些实施例中，第一反射组件包括反射器和邻近反射器设置的偏振延迟器。
在一些实施例中，偏振延迟器包括四分之一波片。在一些实施例中，偏振延迟器被设置在透镜的第一表面上，并且反射器包括设置在透镜的相对的第二表面上的反射涂层。
根据一些实施例，一种方法包括使用第一偏振选择性反射器将来自空间光调制器的第一光导向第一反射器组件。该方法包括使用第一反射器组件接收第一光，并将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该方法还包括使用第一偏振选择性反射器接收第二光，并将第二光的至少一部分导向波导(例如，作为第三光)。第一光具有第一偏振，并且第二光具有不同于第一偏振的第二偏振(例如，第二偏振与第一偏振正交)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器朝向第一反射器组件透射第一光。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器将第一光朝向第一反射器组件反射。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器，第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将第一光(例如，照射在第一偏振选择性反射器上并具有第一偏振)导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该光学设备包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将从第二偏振选择性反射器接收的第二光的至少一部分作为第三光导向第一反射器，并且第一反射器将第三光的至少一部分导向(例如，导向回)第一偏振选择性反射器(例如，图14A)。
在一些实施例中，第一反射器是非球面的。在一些实施例中，第一反射器是非球面的，以在空间光调制器处提供均匀的照明。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成将来自第一反射器的第三光的部分导向空间光调制器。在一些实施例中，该光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第二反射器，使得来自空间光调制器的光被第一偏振选择性反射器导向第二反射器，并且第二反射器将来自空间光调制器的光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器。在一些实施例中，第二反射器投射来自空间光调制器的光的至少一部分。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上平行于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第一取向上。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同(例如，正交)的偏振的光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过透射第一光(具有第一偏振)将第一光导向第二偏振选择性反射器。在一些实施例中，由第二偏振选择性反射器导向第一偏振选择性反射器的第二光透射通过第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过反射来自第一反射器的第三光的部分，将第三光的部分导向空间光调制器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，第一反射器面向第一表面，并且第二偏振选择性反射器面向第二表面。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上正交于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第二取向上。在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射与由第一偏振选择性反射器反射的光具有相同偏振的光。在一些实施例中(例如，图14E)，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，第一反射器和第二偏振选择性反射器都面向第一表面。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过将第一光(具有第一偏振)朝向第二偏振选择性反射器反射，将第一光导向第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，由第二偏振选择性反射器导向第一偏振选择性反射器的第二光的部分被第一偏振选择性反射器朝向第一反射器反射。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器通过透射来自第一反射器的第三光的部分，将第三光的部分导向空间光调制器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，并且第一偏振选择性反射器的第一表面面向第一反射器和第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一反射器包括被配置为散射被导向第一偏振选择性反射器的第三光的部分的结构。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定(例如，包含第一偏振选择性反射器)的第一平面以第一锐角与由第二偏振选择性反射器限定(例如，包含第二偏振选择性反射器)的第二平面相交，并且以第二锐角与由第一反射器限定(例如，包含第一反射器)的第三平面相交。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近第一反射器设置的第一偏振延迟器。在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得由第一偏振选择性反射器接收到的第一光已经穿过第一开口。
在一些实施例中，一种照明系统包括光学设备、光源、被配置为调节来自光源的光作为输出光的均化设备。该照明系统包括转向光学器件，该转向光学器件被定位成将输出光通过第一开口引导到光学设备中。
在一些实施例中，第一偏振延迟器限定了与第一反射器的第一开口对齐的第二开口。
根据一些实施例，一种方法包括使用第一偏振选择性反射器将第一光导向第二偏振选择性反射器。该方法包括使用第二偏振选择性反射器接收第一光，并将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该方法包括使用第一偏振选择性反射器接收第二光，并将第二光的至少一部分作为第三光导向第一反射器。该方法还包括使用第一反射器接收第三光，并将第三光的至少一部分作为第四光导向第一偏振选择性反射器。该方法包括使用第一偏振选择性反射器接收第四光，并且引导第四光的至少一部分来照射空间光调制器。
在一些实施例中，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器，第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将照射在第一偏振选择性反射器上并具有第一偏振的光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将该光的至少一部分导向(回)第一偏振选择性反射器。该光学设备包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将从第二偏振选择性反射器接收的光作为第二光导向第一反射器，并且第一反射器将第二光的至少一部分导向(回)第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成将来自第一反射器的光导向空间光调制器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器接收来自第一方向的第一光，并在第二方向上引导第一光的具有第一偏振的一部分(例如，第一光的一部分是图14A中的光1422、图14C中的光1464和图14E中的光1482)。在一些实施例中，第一方向与第二方向共线(例如，图14D中的光1472)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器接收来自第三方向的第二光，并在第四方向上引导第二光的具有第二偏振的一部分(例如，在一些实施例中，第二光是图14A中的光1434；图14E中的光1484；图14C中的光1465是“第二光的一部分在第四方向上”的示例。在一些实施例中，第三方向与第四方向共线(例如，图14D中的光1474是第二光，其中第三方向与第四方向共线)。
在一些实施例中，该光学设备包括第二偏振选择性反射器，该第二偏振选择性反射器被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第一取向上，用于接收来自第五方向的第三光并在第六方向上引导第三光的具有第三偏振的一部分。
在一些实施例中，该光学设备包括被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第二取向上的第一反射器，用于接收来自第七方向的第四光并在第八方向上引导第四光的一部分，(例如，由第一反射器接收的)第四光具有第四偏振，并且(例如，由第一反射器引导的)第四光的一部分具有第五偏振。
在一些实施例中，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器，用于接收来自第一方向的第一光，并在第二方向上引导第一光的具有第一偏振的一部分。第一偏振选择性反射器接收来自第三方向的第二光，并在第四方向上引导第二光的具有第二偏振的一部分。
在一些实施例中，该光学设备包括第二偏振选择性反射器，该第二偏振选择性反射器被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第一取向上，用于接收来自第五方向的第三光，并在第六方向上引导第三光的具有第三偏振的一部分。
在一些实施例中，该光学设备包括被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第二取向上的第一反射器，用于接收来自第七方向的第四光，并在第八方向上引导第四光的一部分。(例如，由第一反射器接收的)第四光具有第四偏振，并且(例如，由第一反射器引导的)第四光的一部分具有第五偏振。
在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得第一偏振选择性反射器接收已经穿过第一开口的光。在一些实施例中，该光学设备还包括邻近第一反射器设置的第一偏振延迟器。在一些实施例中，第一偏振延迟器限定了与第一反射器的第一开口对齐的第二开口。
在一些实施例中，第一偏振延迟器被配置为：(i)在第七方向上将具有第四偏振(例如，LCP)的第四光引导到第一反射器；(ii)从第一反射器接收在第八方向上传播的具有第五偏振(例如，RCP)的第四光的部分；以及(iii)将具有第五偏振的第四光的部分转换成具有第六偏振(例如，垂直偏振)的第五光。
根据一些实施例，一种照明系统包括光学设备、相对于光学设备定位的空间光调制器，该空间光调制器用于从第一偏振选择性反射器接收第二方向的具有第一偏振的第一光的部分。该照明系统包括相对于光学设备定位的第二反射器，用于沿着第三方向将第二光导向第一偏振选择性反射器。第四方向不平行于第三方向，并且第一偏振平行于第二偏振(例如，图14A)。
在一些实施例中，第二反射器包括反射透镜堆叠，并且反射透镜堆叠包括第二偏振延迟器。
在一些实施例中，一种照明系统包括光学设备和空间光调制器。来自第三方向的第二光是具有第六偏振的第五光。在一些实施例中，空间光调制器从第一偏振选择性反射器接收第四方向的具有第二偏振的第二光的部分。第一方向与第二方向和第五方向共线。第六方向的第三光的部分透射通过第一偏振选择性反射器，并被第一偏振延迟器作为具有第四偏振的第四光引导到第一反射器(例如，图14D)。
在一些实施例中，一种照明系统包括光学设备和空间光调制器。空间光调制器从第一偏振延迟器接收具有第六偏振的第五光。在一些实施例中，第二方向与第五方向共线。第三方向与第六方向共线。第四方向与第七方向共线，并且第一偏振平行于第二偏振(图14E)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被设置在光学设备的对角线上，并且包含第一偏振选择性反射器的第一平面：(i)以第一锐角与包含第一偏振选择性反射器的第二平面相交，并且(ii)以第二锐角与包含第一反射器的第三平面相交。
根据一些实施例，一种光学设备包括：第一偏振选择性反射器；第二偏振选择性反射器，其相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将第一光的至少一部分作为第二光导向第一偏振选择性反射器。该光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将(从第二偏振选择性反射器接收的)第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向第一反射器。在一些实施例中，第一反射器将第三光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器(例如，图15A和图15B)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器或第二偏振选择性反射器是包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料的偏振元件。
在一些实施例中，第一反射器将第三光的具有第一非平面偏振的至少一部分导向第一偏振选择性反射器，并且第一偏振选择性反射器被配置为将来自第一反射器的第三光的部分导向空间光调制器作为照明光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，基于液晶的偏振选择元件包括偏振体全息元件。在一些实施例中，基于液晶的偏振选择元件包括胆甾型液晶。
在一些实施例中，该光学设备还包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一成像光，并将第一成像光的具有第三非平面偏振的至少一部分作为第二成像光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二成像光，并将第二成像光的至少一部分导向第一偏振选择性反射器，作为具有第四非平面偏振的第三成像光。第三非平面偏振不同于第四非平面偏振。
在一些实施例中，第二偏振选择性反射器被定位在基本上平行于与第一反射器的光轴垂直相交的平面的第一取向上，并且第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一锐角与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，并且以第二锐角与由第一反射器限定的第三平面相交。
在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得由第一偏振选择性反射器接收到的第一光已经穿过第一开口。
在一些实施例中，一种照明系统包括光学设备；光源；均化设备，其被配置为将来自光源的光调节为输出光；以及转向光学器件，其被定位成将输出光通过第一开口引导到光学设备中。
根据一些实施例，一种光学设备包括相对于空间光调制器定位的第一偏振选择性反射器；以及相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射组件，使得第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一光，并将第一光的具有第一非平面偏振的至少一部分作为第二光导向第一反射组件。第一反射组件接收来自第一偏振选择性反射器的第二光，并将第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向第一偏振选择性反射器。第二非平面偏振不同于第一非平面偏振。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是偏振元件，其包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，该光学设备还包括第一反射器。在一些实施例中，第一反射器限定开口。第一反射器相对于空间光调制器定位，使得空间光调制器接收已经(i)穿过第一反射器的开口并且(ii)随后从第一反射器反射离开的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器。第二偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第二偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器，其被定位在第一取向上，使得第一偏振选择性反射器：接收第一方向的第一光；将第一光的具有第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于第一方向的第二方向。第一偏振选择性反射器接收第三方向的第二光，并透射第二光的具有第二非平面偏振的第一部分，该第二非平面偏振与第一非平面偏振正交。该光学设备包括：第二偏振选择性反射器，其被定位在不平行于第一取向的第二取向上，使得第二偏振选择性反射器接收第四方向的第三光；将第三光的具有第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于第四方向的第五方向；以及接收第六方向的第四光，并且透射第四光的具有第二非平面偏振的第一部分。在一些实施例中，第一取向邻近第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，该光学设备还包括第三反射器，该第三反射器被配置为从第二偏振选择性反射器接收由第一偏振选择性反射器透射的第一光的第二部分，并将第一光的第二部分作为第二光重定向回第二偏振选择性反射器。
在一些实施例中，该光学设备还包括与第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，该菲涅耳反射器被配置为：接收由第一光源输出的第一光；并将第一光朝向第一偏振选择性反射器重定向。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器；以及第二偏振选择性反射器，其相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将具有第一偏振的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将具有第二偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交(图4A-图10B)。
在一些实施例中，第二光是第一光的一部分。
在一些实施例中，第一角度是锐角，并且第一角度是从引导第一光的第一平面的一部分到引导第二光的第二平面的一部分测量的。在一些实施例中，第一角度大约为45°。
在一些实施例中，该光学设备还包括棱镜组件。第一偏振选择性反射器沿着棱镜组件的对角线设置。在一些实施例中，对角线是棱镜组件的内对角线。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜，第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，并且光在平行于第一表面的第二表面处进入光学设备。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成(例如，通过对第一偏振选择性反射器的偏振轴进行取向)反射具有与由第二偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜。第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，并且光在垂直于第一表面的第二表面处进入第一棱镜。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影是矩形的。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器相对于空间光调制器定位，以沿着第一方向将具有不同于第一偏振的第三偏振的第三光引导到空间光调制器，并且第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，以沿着第一方向将具有第三偏振的第四光引导到空间光调制器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有第一宽度。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器的高度大于第一宽度，并且该高度正交于第一宽度。
在一些实施例中，第一角度大约为90度。在一些实施例中，该角度大于或小于90度。
在一些实施例中，该光学设备还包括第一棱镜。第一偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第一表面上，第二偏振选择性反射器被设置在第一棱镜的第二表面上。
在一些实施例中，该光学设备还包括：第二棱镜；和第三棱镜。第二棱镜与第二偏振选择性反射器接触，并且第三棱镜与第一偏振选择性反射器接触。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振(例如，圆偏振或椭圆偏振)的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器或第二偏振选择性反射器中的至少一个是(i)基于液晶的偏振选择元件，或(ii)包括超表面、谐振结构、手性层或双折射材料的偏振选择元件。
在一些实施例中，第一角度是锐角，第一角度是从引导第一光的第一平面的一部分到引导第二光的第二平面的一部分测量的，并且第一偏振选择性反射器沿着光学设备的对角线设置。
根据一些实施例，一种方法包括将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器，使得由第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，使得第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一偏振的第一光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二偏振的第二光导向第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器包括将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第一表面上，并将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第二表面上。在一些实施例中，第一角度大约为90度；并且第一偏振与第二偏振相同。在一些实施例中，该角度大于或小于90度。
在一些实施例中，将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器包括将第一偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第一表面上，并将第二偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第二表面上。第一角度是锐角；并且该方法还包括将第二棱镜附接到第一棱镜的第一表面，使得第一偏振选择性反射器沿着包括第一棱镜和第二棱镜的棱镜组件的对角线设置。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器包括选自由以下项组成的组的元件：线栅偏振器、MacNeille偏振器、基于液晶的偏振选择元件和包括超表面、谐振结构或手性层的偏振元件。
根据一些实施例，一种方法包括通过将第一偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第一表面上并将第二偏振选择性反射器设置在第一棱镜的第二表面上，来将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器。该方法还包括将第二棱镜附接到第一棱镜的第一表面，使得第一偏振选择性反射器沿着包括第一棱镜和第二棱镜的棱镜组件的对角线设置。
在一些实施例中，将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器包括将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第一表面上，并将第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第二表面上。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器包括线栅偏振器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器包括MacNeille偏振器。在一些实施例中，第一偏振选择性反射器包括基于液晶的偏振选择元件。在一些实施例中，偏振元件包括超表面、谐振结构或手性层。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器、第二偏振选择性反射器，第二偏振选择性反射器相对于第一偏振选择性反射器定位，使得第一偏振选择性反射器将照射在第一偏振选择性反射器上并具有第一偏振的光导向第二偏振选择性反射器，并且第二偏振选择性反射器将该光的至少一部分导向(回)第一偏振选择性反射器。该光学设备包括相对于第一偏振选择性反射器定位的第一反射器，使得第一偏振选择性反射器将从第二偏振选择性反射器接收的光作为第二光导向第一反射器，并且第一反射器将第二光的至少一部分导向(回)第一偏振选择性反射器。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被配置成将来自第一反射器的光导向空间光调制器。
根据一些实施例，一种光学设备包括第一偏振选择性反射器，用于接收来自第一方向的第一光，并在第二方向上引导第一光的具有第一偏振的一部分。第一偏振选择性反射器接收来自第三方向的第二光，并在第四方向上引导第二光的具有第二偏振的一部分。
在一些实施例中，该光学设备包括第二偏振选择性反射器，该第二偏振选择性反射器被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第一取向上，用于接收来自第五方向的第三光，并在第六方向上引导第三光的具有第三偏振的一部分。
在一些实施例中，该光学设备包括被定位在不平行于第一偏振选择性反射器的第二取向上的第一反射器，用于接收来自第七方向的第四光并在第八方向上引导第四光的一部分。(例如，由第一反射器接收的)第四光具有第四偏振，并且(例如，由第一反射器引导的)第四光的一部分具有第五偏振。
在一些实施例中，第一反射器限定第一开口，使得第一偏振选择性反射器接收已经穿过第一开口的光。
在一些实施例中，该光学设备还包括邻近第一反射器设置的第一偏振延迟器。在一些实施例中，第一偏振延迟器限定了与第一反射器的第一开口对齐的第二开口。
在一些实施例中，第一偏振延迟器被配置为：(i)在第七方向上将具有第四偏振(例如，LCP)的第四光引导到第一反射器；(ii)从第一反射器接收在第八方向上传播的具有第五偏振(例如，RCP)的第四光的部分；以及(iii)将具有第五偏振的第四光的部分转换成具有第六偏振(例如，垂直偏振)的第五光。
根据一些实施例，一种照明系统包括光学设备、相对于光学设备定位的空间光调制器，该空间光调制器用于从第一偏振选择性反射器接收第二方向的具有第一偏振的第一光的部分。该照明系统包括相对于光学设备定位的第二反射器，用于沿着第三方向将第二光导向第一偏振选择性反射器。第四方向不平行于第三方向，并且第一偏振平行于第二偏振(例如，图14A)。
在一些实施例中，第二反射器包括反射透镜堆叠，并且反射透镜堆叠包括第二偏振延迟器。
根据一些实施例，一种照明系统包括光学设备和空间光调制器。来自第三方向的第二光是具有第六偏振的第五光。在一些实施例中，空间光调制器从第一偏振选择性反射器接收第四方向的具有第二偏振的第二光的部分。第一方向与第二方向和第五方向共线。第六方向的第三光的部分透射通过第一偏振选择性反射器，并被第一偏振延迟器作为具有第四偏振的第四光引导到第一反射器(例如，图14D)。
根据一些实施例，一种照明系统包括光学设备和空间光调制器。空间光调制器从第一偏振延迟器接收具有第六偏振的第五光。在一些实施例中，第二方向与第五方向共线。第三方向与第六方向共线。第四方向与第七方向共线，并且第一偏振平行于第二偏振(图14E)。
在一些实施例中，第一偏振选择性反射器被设置在光学设备的对角线上，并且包含第一偏振选择性反射器的第一平面：(i)以第一锐角与包含第一偏振选择性反射器的第二平面相交，以及(ii)以第二锐角与包含第一反射器的第三平面相交。
为了解释的目的，已经参考具体实施例描述了前面的描述。然而，上述说明性讨论并不旨在是穷举的或将权利要求的范围限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择实施例是为了最好地解释权利要求书的基本原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地使用具有各种修改的实施例，以适合预期的特定用途。
Claims (99)
1.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器，其定位在第一取向上，使得所述第一偏振选择性反射器：
接收第一方向的第一光；
将所述第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于所述第一方向的第二方向；以及
接收第三方向的第二光，并透射所述第二光的具有第二偏振的第一部分，所述第二偏振与所述第一偏振正交；以及
第二偏振选择性反射器，其定位在不平行于所述第一取向的第二取向上，并且邻近所述第一偏振选择性反射器，使得所述第二偏振选择性反射器：
接收第四方向的第三光；
将所述第三光的具有所述第一偏振的第一部分重定向到不平行于所述第四方向的第五方向；以及
接收第六方向的第四光，并透射所述第四光的具有所述第二偏振的第一部分。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器还被配置成透射所述第一光的具有所述第二偏振的第二部分；并且
所述第二偏振选择性反射器还被配置成接收和透射所述第一光的具有所述第二偏振的第二部分。
3.根据权利要求2所述的光学设备，还包括第三反射器，所述第三反射器被配置为从所述第二偏振选择性反射器接收所述第一光的第二部分，并且将所述第一光的第二部分作为所述第二光重定向回所述第二偏振选择性反射器。
4.根据权利要求3所述的光学设备，还包括：
光源，其被配置为输出具有所述第一偏振的所述第一光。
5.根据权利要求4所述的光学设备，还包括与所述第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，所述菲涅耳反射器被配置为：
接收由所述光源输出的所述第一光；以及
将所述第一光朝向所述第一偏振选择性反射器重定向。
6.根据权利要求3所述的光学设备，还包括：
波片，其被设置在所述第三反射器和所述第二偏振选择性反射器之间。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器还被配置成在不同于所述第三方向的第七方向上反射所述第二光的具有所述第一偏振的第二部分；并且
所述第二偏振选择性反射器还被配置为在不同于所述第六方向的第八方向上反射所述第四光的具有所述第一偏振的第二部分。
8.根据权利要求1所述的光学设备，还包括与所述第一偏振选择性反射器和所述第二偏振选择性反射器光学耦合的反射空间光调制器，所述反射空间光调制器被配置为：
在所述反射空间光调制器的第一区域上接收所述第一光的具有所述第一偏振的第一部分，并将所述第一光的第一部分反射为所述第二光；以及
在所述反射空间光调制器的与所述第一区域相邻的第二区域上接收所述第三光的具有所述第一偏振的第一部分，并将所述第三光的第一部分反射为所述第四光。
9.根据权利要求8所述的光学设备，其中：
所述反射空间光调制器包括反射表面和多个像素，所述多个像素中的相应像素具有相应的调制元件；并且
将所述第一光的第一部分反射为所述第二光并将所述第三光的第一部分反射为所述第四光包括：由所述相应的调制元件调制所述第一光的第一部分和所述第三光的第一部分的偏振。
10.根据权利要求8所述的光学设备，其中，所述反射空间光调制器是硅上液晶(LCoS)显示器。
11.根据权利要求1所述的光学设备，其中，在所述第一取向上的所述第一偏振选择性反射器和在所述第二取向上的所述第二偏振选择性反射器限定了大约90度的角度。
12.根据权利要求1所述的光学设备，还包括限定第一面和第二面的棱镜，其中，所述第一偏振选择性反射器被设置在所述第一面上，并且所述第二偏振选择性反射器被设置在所述第二面上。
13.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：
第一光源，其被配置为输出具有所述第一偏振的所述第一光；以及
第二光源，其被配置为输出具有所述第一偏振的所述第三光。
14.根据权利要求13所述的光学设备，还包括：
第一菲涅耳反射器，其与所述第一偏振选择性反射器光学耦合，所述第一菲涅耳反射器被配置为：
接收由所述第一光源输出的所述第一光；以及
在所述第一方向上朝向所述第一偏振选择性反射器重定向所述第一光；以及
第二菲涅耳反射器，其与所述第二偏振选择性反射器光学耦合，所述第二菲涅耳反射器被配置为：
接收由所述第二光源输出的所述第三光；以及
在所述第四方向上朝向所述第二偏振选择性反射器重定向所述第三光。
15.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述第四方向基本上平行于所述第一方向。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述第五方向基本上平行于所述第二方向。
17.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述第五方向不平行于所述第二方向。
18.一种方法，包括：
利用被定位在第一取向上的第一偏振选择性反射器：
接收第一方向的第一光；
将所述第一光的具有第一偏振的第一部分重定向到不平行于所述第一方向的第二方向；以及
接收第三方向的第二光，透射所述第二光的具有第二偏振的第一部分，所述第二偏振与所述第一偏振正交；以及
利用被定位在不平行于所述第一取向的第二取向上并邻近所述第一偏振选择性反射器的第二偏振选择性反射器：
接收第四方向的第三光；
将所述第三光的具有所述第一偏振的第一部分重定向到不平行于所述第四方向的第五方向；以及
接收第六方向的第四光，透射所述第四光的具有所述第二偏振的第一部分。
19.一种制造光学组件的方法，所述方法包括：
将第一偏振选择性反射器放置在第一取向上；以及
将第二偏振选择性反射器放置在与所述第一取向不平行且相邻的第二取向上。
20.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器，其相对于空间光调制器定位；以及
第一反射组件，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器接收来自所述空间光调制器的第一光，并将所述第一光的具有第一偏振的至少一部分作为第二光导向所述第一反射组件，并且所述第一反射组件接收来自所述第一偏振选择性反射器的所述第二光，并将所述第二光的至少一部分作为具有第二偏振的第三光导向所述第一偏振选择性反射器，其中，所述第二偏振不同于所述第一偏振。
21.根据权利要求20所述的光学设备，其中：
所述空间光调制器被定位在所述第一偏振选择性反射器的第一方向上；
所述第一反射组件被定位在所述第一偏振选择性反射器的第二方向上；
照明光沿所述第一偏振选择性反射器的第三方向进入所述光学设备；并且
波导被定位在所述第一偏振选择性反射器的第四方向上，
其中，所述第一方向和所述第二方向彼此不同。
22.根据权利要求21所述的光学设备，其中：
所述第一方向垂直于所述第三方向；并且
所述第二方向垂直于所述第四方向。
23.根据权利要求21所述的光学设备，其中：
所述第二方向垂直于所述第三方向；并且
所述第一方向垂直于所述第四方向。
24.根据权利要求21所述的光学设备，还包括第一反射器，其中：
所述第一反射器限定开口；并且
所述第一反射器相对于所述空间光调制器定位，使得所述空间光调制器接收已经(i)穿过所述第一反射器的开口并且(ii)随后从所述第一反射器反射离开的光。
25.根据权利要求24所述的光学设备，还包括邻近所述波导设置的第二偏振选择性反射器，其中，所述第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
26.根据权利要求24所述的光学设备，还包括邻近所述波导设置的第二偏振选择性反射器，其中，所述第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
27.根据权利要求20所述的光学设备，其中：
由所述第一偏振选择性反射器限定的第一平面与由所述空间光调制器限定的第二平面以第一锐角相交。
28.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述第一反射组件包括偏振延迟器和反射透镜。
29.根据权利要求20所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器在由所述空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。
30.根据权利要求29所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器相对于由所述空间光调制器限定的平面基本上成45度角。
31.根据权利要求20所述的光学设备，其中：
所述光学设备包括第一棱镜和第二棱镜；
所述第一棱镜的至少一部分具有梯形横截面，所述梯形横截面具有第一边、第二边、第三边、第四边；
所述第一边垂直于所述第二边；
所述第二棱镜是具有斜边的直角棱镜；以及
所述第一偏振选择性反射器被设置在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间，平行于所述第二棱镜的斜边和所述第一棱镜的第四边。
32.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述第一反射组件相对于所述空间光调制器定位，使得所述第一偏振选择性反射器通过透射所述第二光来将所述第二光导向所述第一反射组件。
33.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述第一反射组件相对于所述空间光调制器定位，使得所述第一偏振选择性反射器通过反射具有所述第一偏振的所述第二光来将所述第二光导向所述第一反射组件。
34.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述第一反射组件包括反射器和邻近所述反射器设置的偏振延迟器。
35.根据权利要求34所述的光学设备，其中，所述偏振延迟器包括四分之一波片。
36.根据权利要求34所述的光学设备，其中，所述偏振延迟器被设置在透镜的第一表面上，并且所述反射器包括设置在所述透镜的相对的第二表面上的反射涂层。
37.一种方法，包括：
使用第一偏振选择性反射器将来自空间光调制器的第一光导向第一反射器组件；
使用所述第一反射器组件接收所述第一光，并将所述第一光的至少一部分作为第二光导向所述第一偏振选择性反射器；以及
使用所述第一偏振选择性反射器接收所述第二光，并将所述第二光的至少一部分导向波导，其中：
所述第一光具有第一偏振，并且所述第二光具有不同于所述第一偏振的第二偏振。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述第一偏振选择性反射器朝向所述第一反射器组件透射所述第一光。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述第一偏振选择性反射器朝向所述第一反射器组件反射所述第一光。
40.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器；
第二偏振选择性反射器，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器将第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器将所述第一光的至少一部分作为第二光导向所述第一偏振选择性反射器；以及
第一反射器，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器将从所述第二偏振选择性反射器接收的所述第二光的至少一部分作为第三光导向所述第一反射器，并且所述第一反射器将第三光的至少一部分导向所述第一偏振选择性反射器。
41.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一反射器是非球面的。
42.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器被配置为将来自所述第一反射器的所述第三光的所述部分导向空间光调制器。
43.根据权利要求42所述的光学设备，还包括第二反射器，所述第二反射器相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得来自所述空间光调制器的光被所述第一偏振选择性反射器导向所述第二反射器，并且所述第二反射器将来自所述空间光调制器的所述光的至少一部分导向所述第一偏振选择性反射器。
44.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第二偏振选择性反射器被定位在第一取向上，所述第一取向基本上平行于与所述第一反射器的光轴垂直相交的平面，并且所述第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
45.根据权利要求44所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器通过透射所述第一光将所述第一光导向所述第二偏振选择性反射器。
46.根据权利要求45所述的光学设备，其中，由所述第二偏振选择性反射器导向所述第一偏振选择性反射器的所述第二光透射通过所述第一偏振选择性反射器。
47.根据权利要求46所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器通过反射来自所述第一反射器的所述第三光的所述部分，将所述第三光的所述部分导向空间光调制器。
48.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，所述第一反射器面向所述第一表面，并且所述第二偏振选择性反射器面向所述第二表面。
49.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第二偏振选择性反射器被定位在第二取向上，所述第二取向基本上正交于与所述第一反射器的光轴垂直相交的平面。
50.根据权利要求49所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器通过将所述第一光朝向所述第二偏振选择性反射器反射，将所述第一光导向所述第二偏振选择性反射器。
51.根据权利要求50所述的光学设备，其中，由所述第二偏振选择性反射器导向所述第一偏振选择性反射器的所述第二光的所述部分被所述第一偏振选择性反射器朝向所述第一反射器反射。
52.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器通过透射来自所述第一反射器的所述第三光的所述部分，将所述第三光的所述部分导向所述空间光调制器。
53.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器具有第一表面和相反的第二表面，并且所述第一偏振选择性反射器的第一表面面向所述第一反射器和所述第二偏振选择性反射器。
54.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一反射器包括被配置为散射被导向所述第一偏振选择性反射器的所述第三光的所述部分的结构。
55.根据权利要求40所述的光学设备，其中，由所述第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一锐角与由所述第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，并且以第二锐角与由所述第一反射器限定的第三平面相交。
56.根据权利要求40所述的光学设备，还包括：
邻近所述第一反射器设置的第一偏振延迟器。
57.根据权利要求40所述的光学设备，其中，所述第一反射器限定第一开口，使得由所述第一偏振选择性反射器接收到的所述第一光已经穿过所述第一开口。
58.一种照明系统，包括：
根据权利要求57所述的光学设备；
光源；
均化设备，其被配置为将来自所述光源的光调节为输出光；以及
转向光学器件，其被定位成将所述输出光通过所述第一开口引导到所述光学设备中。
59.一种方法，包括：
使用第一偏振选择性反射器将第一光导向第二偏振选择性反射器；
使用所述第二偏振选择性反射器接收所述第一光，并将所述第一光的至少一部分作为第二光导向所述第一偏振选择性反射器；
使用所述第一偏振选择性反射器接收所述第二光，并将所述第二光的至少一部分作为第三光导向第一反射器；
使用所述第一反射器接收所述第三光，并将所述第三光的至少一部分作为第四光导向所述第一偏振选择性反射器；以及
使用所述第一偏振选择性反射器接收所述第四光，并且引导所述第四光的至少一部分来照射空间光调制器。
60.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器；
第二偏振选择性反射器，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器将具有第一非平面偏振的第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器将所述第一光的至少一部分作为第二光导向所述第一偏振选择性反射器；以及
第一反射器，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器将所述第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向所述第一反射器。
61.根据权利要求60所述的光学设备，其中，所述第一反射器将第三光的具有所述第一非平面偏振的至少一部分导向所述第一偏振选择性反射器，并且所述第一偏振选择性反射器被配置为将来自所述第一反射器的所述第三光的所述部分导向空间光调制器作为照明光。
62.根据权利要求60所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。
63.根据权利要求62所述的光学设备，其中，所述基于液晶的偏振选择元件包括偏振体全息元件。
64.根据权利要求62所述的光学设备，其中，所述基于液晶的偏振选择元件包括胆甾型液晶。
65.根据权利要求60所述的光学设备，还包括：
第一反射组件，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器接收来自空间光调制器的第一成像光，并将所述第一成像光的具有第三非平面偏振的至少一部分作为第二成像光导向所述第一反射组件，并且所述第一反射组件接收来自所述第一偏振选择性反射器的所述第二成像光，并将所述第二成像光的至少一部分作为具有第四非平面偏振的第三成像光导向所述第一偏振选择性反射器，其中，所述第三非平面偏振不同于所述第四非平面偏振。
66.根据权利要求60所述的光学设备，其中，所述第二偏振选择性反射器被定位在第一取向上，所述第一取向基本上平行于与所述第一反射器的光轴垂直相交的平面，并且所述第二偏振选择性反射器被配置为反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
67.根据权利要求60所述的光学设备，其中，由所述第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一锐角与由所述第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，并且以第二锐角与由所述第一反射器限定的第三平面相交。
68.根据权利要求60所述的光学设备，其中，所述第一反射器限定第一开口，使得由所述第一偏振选择性反射器接收到的所述第一光已经穿过所述第一开口。
69.一种照明系统，包括：
根据权利要求68所述的光学设备；
光源；
均化设备，其被配置为将来自所述光源的光调节为输出光；以及
转向光学器件，其被定位成将所述输出光通过所述第一开口引导到所述光学设备中。
70.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器，其相对于空间光调制器定位；以及
第一反射组件，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器接收来自所述空间光调制器的第一光，并将所述第一光的具有第一非平面偏振的至少一部分作为第二光导向所述第一反射组件，并且所述第一反射组件接收来自所述第一偏振选择性反射器的所述第二光，并将所述第二光的具有第二非平面偏振的至少一部分作为第三光导向所述第一偏振选择性反射器，其中：
所述第二非平面偏振不同于所述第一非平面偏振。
71.根据权利要求70所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器是基于液晶的偏振选择元件。
72.根据权利要求70所述的光学设备，还包括第一反射器，其中：
所述第一反射器限定开口；以及
所述第一反射器相对于所述空间光调制器定位，使得所述空间光调制器接收已经(i)穿过所述第一反射器的所述开口并且(ii)随后从所述第一反射器反射离开的光。
73.根据权利要求72所述的光学设备，还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器，其中，所述第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
74.根据权利要求72所述的光学设备，还包括邻近波导设置的第二偏振选择性反射器，其中，所述第二偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第一偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
75.根据权利要求70所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器在由所述空间光调制器限定的平面上的投影具有矩形形状。
76.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器，其被定位在第一取向上，使得所述第一偏振选择性反射器：
接收第一方向的第一光；
将所述第一光的具有第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于所述第一方向的第二方向；以及
接收第三方向的第二光，并透射所述第二光的具有第二非平面偏振的第一部分，所述第二非平面偏振与所述第一非平面偏振正交；以及
第二偏振选择性反射器，其被定位在不平行于所述第一取向的第二取向上，使得所述第二偏振选择性反射器：
接收第四方向的第三光；
将所述第三光的具有所述第一非平面偏振的第一部分重定向到不平行于所述第四方向的第五方向；以及
接收第六方向的第四光，并透射所述第四光的具有所述第二非平面偏振的第一部分。
77.根据权利要求76所述的光学设备，还包括第三反射器，所述第三反射器被配置为从所述第二偏振选择性反射器接收由所述第一偏振选择性反射器透射的所述第一光的第二部分，并且将所述第一光的第二部分作为所述第二光重定向回所述第二偏振选择性反射器。
78.根据权利要求77所述的光学设备，还包括设置在所述第三反射器和所述第二偏振选择性反射器之间的波片。
79.根据权利要求76所述的光学设备，还包括与所述第一偏振选择性反射器光学耦合的菲涅耳反射器，所述菲涅耳反射器被配置为：
接收由第一光源输出的所述第一光；以及
将所述第一光朝向所述第一偏振选择性反射器重定向。
80.一种光学设备，包括：
第一偏振选择性反射器；以及
第二偏振选择性反射器，其相对于所述第一偏振选择性反射器定位，使得所述第一偏振选择性反射器将具有第一偏振的第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器将具有第二偏振的第二光导向所述第一偏振选择性反射器，其中：
由所述第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由所述第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交。
81.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第二光是所述第一光的一部分。
82.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一角度是锐角，并且所述第一角度是从引导所述第一光的所述第一平面的一部分到引导所述第二光的所述第二平面的一部分测量的。
83.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一角度大约为45°。
84.根据权利要求80所述的光学设备，还包括棱镜组件，其中，所述第一偏振选择性反射器沿着所述棱镜组件的对角线设置。
85.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第二偏振选择性反射器反射的光的偏振不同的偏振的光。
86.根据权利要求85所述的光学设备，还包括第一棱镜，其中，所述第二偏振选择性反射器被设置在所述第一棱镜的第一表面上，并且光在平行于所述第一表面的第二表面处进入所述光学设备。
87.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器被配置成反射具有与由所述第二偏振选择性反射器反射的光的偏振相同的偏振的光。
88.根据权利要求87所述的光学设备，还包括第一棱镜，其中，所述第二偏振选择性反射器被设置在所述第一棱镜的第一表面上，并且光在垂直于所述第一表面的第二表面处进入所述第一棱镜。
89.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影是矩形的。
90.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器相对于空间光调制器定位，以沿着第一方向将具有不同于所述第一偏振的第三偏振的第三光导向所述空间光调制器，并且所述第二偏振选择性反射器相对于所述第一偏振选择性反射器定位，以沿着所述第一方向将具有所述第三偏振的第四光导向所述空间光调制器。
91.根据权利要求80所述的光学设备，其中：
所述第一偏振选择性反射器在由空间光调制器限定的平面上的投影具有第一宽度；以及
所述第一偏振选择性反射器的高度大于所述第一宽度，并且所述高度正交于所述第一宽度。
92.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一角度大约为90度。
93.根据权利要求92所述的光学设备，还包括：
第一棱镜，其中，所述第一偏振选择性反射器被设置在所述第一棱镜的第一表面上，并且所述第二偏振选择性反射器被设置在所述第一棱镜的第二表面上。
94.根据权利要求93所述的光学设备，还包括：
第二棱镜；以及
第三棱镜，其中，所述第二棱镜与所述第二偏振选择性反射器接触，并且所述第三棱镜与所述第一偏振选择性反射器接触。
95.根据权利要求93所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振的第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向所述第一偏振选择性反射器。
96.根据权利要求80所述的光学设备，其中，所述第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一非平面偏振的第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二非平面偏振的第二光导向所述第一偏振选择性反射器。
97.根据权利要求96所述的光学设备，其中，所述第一角度是锐角，所述第一角度是从引导所述第一光的所述第一平面的一部分到引导所述第二光的所述第二平面的一部分测量的，并且所述第一偏振选择性反射器沿着所述光学设备的对角线设置。
98.一种方法，包括：
将第一偏振选择性反射器耦合到第二偏振选择性反射器，使得由所述第一偏振选择性反射器限定的第一平面以第一角度与由所述第二偏振选择性反射器限定的第二平面相交，使得所述第一偏振选择性反射器被配置为将具有第一偏振的第一光导向所述第二偏振选择性反射器，并且所述第二偏振选择性反射器被配置为将具有第二偏振的第二光导向所述第一偏振选择性反射器。
99.根据权利要求98所述的方法，其中：
将所述第一偏振选择性反射器耦合到所述第二偏振选择性反射器包括将所述第二偏振选择性反射器设置在棱镜的第一表面上，并将所述第二偏振选择性反射器设置在所述棱镜的第二表面上；
所述第一角度大约为90度；以及
所述第一偏振与所述第二偏振相同。
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