TW201632951A - 用於ｌｃｏｓ顯示器之空間交錯的偏振轉換器 - Google Patents

用於ｌｃｏｓ顯示器之空間交錯的偏振轉換器 Download PDF

Info

Publication number
TW201632951A
TW201632951A TW105105733A TW105105733A TW201632951A TW 201632951 A TW201632951 A TW 201632951A TW 105105733 A TW105105733 A TW 105105733A TW 105105733 A TW105105733 A TW 105105733A TW 201632951 A TW201632951 A TW 201632951A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
polarized
micro
output
array
input
Prior art date
Application number
TW105105733A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI579596B (zh
Inventor
劉怡緯
Original Assignee
豪威科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 豪威科技股份有限公司 filed Critical 豪威科技股份有限公司
Publication of TW201632951A publication Critical patent/TW201632951A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI579596B publication Critical patent/TWI579596B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G02B27/285—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining comprising arrays of elements, e.g. microprisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources

Abstract

一影像投影機包括一具有輸入和輸出微透鏡陣列的空間交錯的偏振轉換器，和可在其上透射光線成為轉換的線性偏振光線。影像投影機還包括一個透鏡單元和具有像素陣列和能反射該轉換的光之投影機組件。該輸出微透鏡陣列，透鏡單元和投影機組件形成一影像系統，其將該輸入透鏡陣列映像至一像素陣列的頂部表面。一種用於轉換光成為具有單一共同的偏振狀態之輸出光束的方法，包括透射該光束成為複數個每個都具有s偏振分量和p偏振分量的微光子束，分離每個微光子束成為一個透射的p偏振微光子束和反射的s偏振微光子束，轉換每個p偏振微光子束為第一s偏振輸出微光子束，並在空間上交錯該s偏振微光子束與該第一s偏振輸出微光子束。

Description

用於LCOS顯示器之空間交錯的偏振轉換器
本發明與矽基液晶投影顯示器(LCOS)有關，且具體地說，用於LCOS顯示器的偏振轉換器。
LCOS顯示器是用於消費性電子產品，如手持式投影機和近眼顯示器，並且還具有在光通訊技術上的應用。LCOS顯示器包括反射由照明器所發射的寬帶可見光所產生的光源照明入射其上之一個LCOS面板。在一個包括一LCOS面板之手持式投影機，由LCOS面板反射的光線是透射通過一投影機組件和被投射到一個表面上。這樣的電池供電的LCOS為基礎的元件的效用部分取決於它們的小尺寸和光源照明的有效利用。
本文所揭露的空間交錯的偏振轉換器可使電池供電的LCOS元件能夠有效地利用光源的照度，同時保持小尺寸。
一空間交錯的偏振轉換器具有光學元件，包括一個輸入微透鏡陣列、一第一雙通四分之一波延遲器、一第二雙通四分之一波延遲器、一偏振光束分離器(PBS)以及一個波延遲器陣列。該輸入微透鏡陣列具有相應的透鏡光軸平行的複數個輸入微透鏡。該半波延遲器陣列具有與透鏡光軸平行之不連續的複數個各個波延遲器光軸平行的半波延遲器；該偏振光束分離器PBS具有位於一平面分束器位在(a)該輸入微透鏡陣列和波延遲器陣列之間和(b)該第一雙通四分之一波延遲器和第二雙通四分之一波延遲器之間；該光學元件是被配置為將輸入光束轉換成具有複數個第一s偏振微光子束與複數個第二s偏振微光子束交錯的輸出光束。
在一個實施例中，一影像投影機包括一空間交錯的偏振轉換器，而該偏振轉換器具有的光學元件又包含一輸入微透鏡陣列和一輸出微透鏡陣列。該影像投影機是可在其上透射入射光成為具有一共同偏振態的轉換光。 該影像投影機還包括一個透鏡單元和具有像素陣列和能反射該轉換光的投影機組件。該輸出微透鏡陣列，該透鏡單元和該投影機組件形成一成像系統，其映像該輸入微透鏡陣列到一像素陣列的頂部表面。
在一實施例中，一種用於將具有多個線性偏振狀態的輸入光束轉換成具有單一的共同極化狀態的輸出光束的方法。該方法包括透射該複數個輸入光束，每個具有s偏振分量和p偏振分量，分離每個微光子束成為一個透射的p偏振微光子束和反射的s偏振微光子束，轉換每個p偏振的微光子束為第一s偏振輸出微光子束，並在空間上交錯該反射的s偏振微光子束與第一s偏振輸出微光子束，並產生輸出光束。
100‧‧‧偏振轉換器
110‧‧‧照明器
140‧‧‧影像投影機
141‧‧‧投影機組件
150‧‧‧屏幕
160‧‧‧影像
160‧‧‧影像
202‧‧‧透鏡
204‧‧‧藍色發光二極體
205‧‧‧綠色發光二極體
206‧‧‧紅色發光二極體
211‧‧‧色彩合併器立方體
214s‧‧‧s偏振照明
215p‧‧‧p偏振照明
216s‧‧‧s偏振照明
225‧‧‧距離
252‧‧‧LCOS面板
254‧‧‧偏振光束分離器(PBS)立方體
256‧‧‧投影透鏡
274‧‧‧聚光透鏡
290‧‧‧白光輸出光束
290p‧‧‧p偏振分量
290s‧‧‧s偏振分量
291s‧‧‧s偏振光束
292s‧‧‧s偏振光束
293s‧‧‧轉換光束
299‧‧‧p偏振輸出照明299
300‧‧‧空間交錯的偏振轉換器
311‧‧‧楔形棱鏡
321‧‧‧輸入微透鏡陣列
322‧‧‧分束器
323‧‧‧四分之一波延遲器
324‧‧‧反射鏡陣列
325‧‧‧四分之一波延遲器
326‧‧‧反射鏡陣列
327‧‧‧輸出微透鏡陣列
328‧‧‧半波延遲器陣列
329(1-7)‧‧‧二分之一波延遲器
330‧‧‧偏振光束分離器立方體
331‧‧‧立方體邊長
331‧‧‧立方體邊長
332‧‧‧區域
332‧‧‧區域
333‧‧‧距離
333‧‧‧距離
340‧‧‧影像投影機
340‧‧‧影像投影機
347‧‧‧雙通四分之一波延遲器
347‧‧‧雙通四分之一波延遲器
350‧‧‧座標軸
350‧‧‧座標軸
351‧‧‧雙通四分之一波延遲器
351‧‧‧雙通四分之一波延遲器
352‧‧‧間隙
352‧‧‧間隙
361‧‧‧微透鏡
361‧‧‧微透鏡
364‧‧‧反射鏡
364‧‧‧反射鏡
366‧‧‧反射鏡
366‧‧‧反射鏡
367‧‧‧微透鏡
367‧‧‧微透鏡
371‧‧‧像素陣列
371‧‧‧像素陣列
372‧‧‧頂部表面
372‧‧‧頂部表面
374‧‧‧透鏡單元
375‧‧‧分束表面
390‧‧‧入射光束
395‧‧‧微光子束
395(1-7)‧‧‧微光子束
395p‧‧‧p偏振微光子束
395s‧‧‧s偏振微光子束
396s‧‧‧第一s偏振輸出微光子束
398p‧‧‧中間態p偏振微光子束
399s‧‧‧第二s偏振輸出微光子束
500‧‧‧空間交錯的偏振轉換器
524‧‧‧平面反射鏡陣列
540‧‧‧影像投影機
547‧‧‧雙通四分之一波板
564‧‧‧棱鏡
574‧‧‧反射表面
590‧‧‧入射光束
595‧‧‧微光子束
595p‧‧‧p偏振微光子束
595s‧‧‧s偏振微光子束
596s‧‧‧第一s偏振輸出微光子束
599s‧‧‧第二s偏振輸出微光子束
800‧‧‧空間交錯的偏振轉換器
821‧‧‧輸入微透鏡陣列
822‧‧‧分束器
824‧‧‧偏心反射鏡陣列
826‧‧‧反射鏡陣列
827‧‧‧輸出微透鏡陣列
828‧‧‧半波延遲器陣列
829‧‧‧二分之一波延遲器
830‧‧‧偏振光束分離器立方體
831‧‧‧表面
842‧‧‧表面
848‧‧‧表面
861‧‧‧微透鏡
863‧‧‧光軸
864‧‧‧反射鏡
866‧‧‧反射鏡
867‧‧‧微透鏡
867‧‧‧微透鏡
869‧‧‧光軸
869‧‧‧光軸
871‧‧‧彎曲表面
871‧‧‧彎曲表面
874‧‧‧彎曲表面
874‧‧‧彎曲表面
874(4)‧‧‧表面
874(4)‧‧‧表面
876‧‧‧彎曲表面
876‧‧‧彎曲表面
877‧‧‧彎曲表面
877‧‧‧彎曲表面
892‧‧‧高度
892‧‧‧高度
893‧‧‧間隙
893‧‧‧間隙
894‧‧‧厚度
894‧‧‧厚度
894‧‧‧厚度
894‧‧‧厚度
896‧‧‧偏心距離
896‧‧‧偏心距離
898‧‧‧座標軸
900‧‧‧雙凸形
902‧‧‧表面
904‧‧‧光軸
911‧‧‧寬度
912‧‧‧表面
971‧‧‧框
977‧‧‧框
1000‧‧‧雙凸形
1002‧‧‧表面
1004‧‧‧光軸
1012‧‧‧高度
1074‧‧‧框
1076‧‧‧框
1374(4)‧‧‧點
1390(1)‧‧‧光線
1390(4)‧‧‧光線
1390(7)‧‧‧光線
1390p‧‧‧光線
1390p(1)‧‧‧光線
1390p(4)‧‧‧光線
1390p(7)‧‧‧光線
1390s(1)‧‧‧光線
1390s(4)‧‧‧光線
1390s(7)‧‧‧光線
1400‧‧‧空間交錯的偏振轉換器
1424‧‧‧平面反射鏡陣列
1435‧‧‧寬度
1474‧‧‧反射表面
1476‧‧‧距離
1490s(1)‧‧‧光線
1490s(4)‧‧‧光線
1490s(7)‧‧‧光線
圖1在一實施例中說明了在一手持影像投影機內用於一照明器其照射一偏振轉換器和一投影機組件的一個示範性的使用情境。
圖2在一實施例中是為圖1的LCOS顯示器的照明器和投影機組件的一詳細視圖。
圖3在一實施例中包括在影像投影機內運作的空間交錯的偏振轉換器的一第一說明性的例子。
圖4說明圖3的偏振轉換器的一放大視圖。
圖5在一實施例中包括在影像投影機內運作的空間交錯的偏振轉換器的一第二說明性的例子。
圖6說明圖5的偏振轉換器的一放大視圖。
圖7在一實施例中是為一流程圖說明用於轉換一輸入光束成為具有單一的共同極化狀態的輸出光束的方法。
圖8在一實施例中是為一示範性的空間交錯的偏振轉換器的剖視圖。
圖9在一實施例中是為一與圖8的偏振轉換器的微透鏡的表面有相同的形狀的凸透鏡表面之剖視圖。
圖10在一實施例中是為一個與圖8的偏振轉換器的凹面反射鏡的表面具有相同形狀的凸透鏡表面之剖視圖。
圖11在一實施例中是為圖8的空間交錯的偏振轉換器的輸入微透鏡陣列的平面圖。
圖12在一實施例中是為圖8的空間交錯的偏振轉換器的輸出微透鏡陣列的平面圖。
圖13是為通過圖8的空間交錯的偏振轉換器的一示例性光線軌跡。
圖14是為以反射平面鏡取代選擇性的凹面反射鏡通過圖8的空間交錯的偏振轉換器的一示例性光線軌跡。
圖1表示投射一影像160到一屏幕150上之一手持式影像投影機140內的偏振轉換器100的一個示例性使用。一個照明器110產生由偏振轉換器100透射和由投影機組件141投射的光線。偏振轉換器100可以替代地被運用在不同的顯示裝置，例如在一透視型頭戴式顯示器系統中。
圖2是為偏振轉換器100，照明器110和投影機組件141的詳圖。在圖2中，s偏振和p偏振參考電場分量分別垂直於該圖平面，和平行於該圖平面。投影機組件141包括一個LCOS面板252、一偏振光束分離器(PBS)立方體254以及一投影透鏡256。影像投影機140還可以包括在偏振轉換器100和投射器組件141之間的聚光透鏡274。
照明器110包括一色彩合併器立方體211、一藍色LED 204、一綠色LED 205和一紅色LED 206。藍色LED 204，綠色LED 205和紅色LED 206分別發射光源的照明214、215和216其是分別被每個相應的透鏡202平行校準。合併器立方體211反射照明214s和216s，它們是分別為照明214和照明216的s偏振分量。合併器立方體211透射照明215p，它是為照明215的p偏振分量。合併器立方體211結合照明214s、215p和216s以形成白光輸出光束290，其可包括的s偏振分量290s及p偏振分量290p中的至少一個。色彩合併器立方體211是為例如是本領域已知的如“X-立方體”或一交叉二向分色棱鏡，商用上可購自日東光學工業株式會社(Nitto Optical Co.Ltd.)。不同的色彩合併器立方體係可被使用而不脫離本發明的範圍。
輸出光束290是入射到位於照明器110和投影機組件141之間的轉換器100。偏振轉換器100透射輸出光束290成為一轉換的光束293s，其包括兩個s偏振光束291s和292s。
轉換光束293s通過聚光透鏡274傳播，且入射在偏振光束分離器 立方體254上，它只反射了s偏振光到LCOS面板252。偏振光束分離器立方體254反射轉換光293s至LCOS面板252，其空間調變和反射轉換光293s成為p偏振輸出照明299，其是通過偏振光束分離器立方體254透射和由投影鏡頭256投射。
偏振轉換器100能夠有效地利用輸出光束290，如沒有偏振轉換器100，p偏振分量290p不會到達LCOS面板252(如同偏振光束分離器立方體254僅反射s偏振光)，且並非輸出照明299的一部分。現有技術的偏振轉換器的一個問題是為s偏振光束291s和292s是空間分離的，如由一個距離225說明，這導致轉換光束293s比入射光束290更寬。該增加的光束寬度增大投影器組件141的最小尺寸，以容納該加寬的光束。
圖3包括在一影像投影機340內的空間交錯的偏振轉換器300運作的一說明性範例。圖4示出一空間交錯的偏振轉換器300的放大圖。影像投影機340和空間交錯的偏振轉換器300是分別為影像投影機140和偏振轉換器100的實施例。影像投影機340可以包括一個透鏡單元374，其可以類似於聚光透鏡274，並且可以包括一個或複數個透鏡。在下面的描述中，圖3和4最好一起觀看。
空間上交錯的偏振轉換器300包括偏振光束分離器立方體330、一個輸入微透鏡陣列321、輸出微透鏡陣列327、四分之一波延遲器323和325、反射鏡陣列324和326以及一個半波延遲器陣列328。偏振光束分離器立方體330是可以由帶有一個分束器元件322的兩個棱鏡之間形成。分束器元件322是例如為一薄膜塗層。四分之一波延遲器323和反射鏡陣列324可以形成一個雙通四分之一波延遲器347。四分之一波延遲器325和反射鏡陣列326可以形成一個雙通四分之一波延遲器351。
可以變化雙通四分之一波延遲351的光學元件的順序而不脫離本發明的範圍。例如，反射鏡陣列326係可由一個微透鏡陣列類似於輸入微透鏡陣列321和平面反射鏡，與四分之一波延遲器325在其間所取代。
微透鏡陣列321和327是為二維的和各自包括數量分別為Nl=Nx×Ny的微透鏡361和367。微透鏡361和367是被佈置在具有Ny行和Nx列的陣列，其中x和y是為座標軸350的方向。微透鏡陣列321和327可以類似於那些在科勒積分器中所使用，用於空間上均勻化一光源，如在“雷射光束均勻化：限制和 約束”國際光電工程學會專刊7102期Proc.SPIE 7102，由Voelke and Weible所著中說明。
在一個實施例中，每個輸入微透鏡361是為與相應的輸出微透鏡367(a)同軸和(b)共焦中的至少一個。在不同的實施例中，每個輸入微透鏡361具有一自由空間焦距，使得當配置在空間交錯偏振轉換器300內並給予偏振光束分離器立方體330一折射率，每個輸入微透鏡361聚焦入射光在一位於偏振光束分離器立方體330的表面343和半波延遲陣列328之間的區域332。
LCOS面板252包括具有頂部表面372的像素陣列371。在一影像投影機340的實施例中，輸出微透鏡陣列327、透鏡單元374和分束表面375是被佈置成映像輸入微透鏡陣列321至頂表面372之上。在不同的影像投影機340的實施例中，透鏡單元374是不存在，且輸出微透鏡陣列327和分束表面375是被佈置成映像輸入微透鏡陣列321至頂表面372之上。輸入微透鏡陣列321可以被映像到平行於頂表面372相交LCOS面板252的平面，而不脫離本發明的範圍。
反射鏡陣列324和326分別包括一數量N1的反射鏡364和366。每個反射鏡364和366是可為凹面反射鏡。在一個實施例中，每一個反射鏡364是與對應的反射鏡366(a)同軸和(b)共焦的至少一個。在一不同的實施例中，每個反射鏡鏡364具有一焦距超過立方體邊長331和小於反射鏡陣列324和326的外表面之間的距離333。
輸入微透鏡陣列321包括一個數量N1相互平行的光軸每個對應於一個相應的微透鏡361。同樣地，微透鏡陣列327包括一個數量N1相互平行的光軸每個對應於一個相應的微透鏡367。輸入微透鏡陣列321的光軸實質上平行於輸出微透鏡陣列327的光軸。這裡，“大致平行”指的是軸平行於在±5°內。
在一實施例中，半波延遲器陣列328包括至少一個數量Ny的半波延遲器329，且每個半波延遲器對應於輸出微透鏡陣列327的鏡片的一透鏡行。半波延遲器329具有相互平行的光軸與其是實質上平行微透鏡367的光軸。半波延遲器329是為不連續的，例如，半波延遲器329(1)和329(2)是由一間隙352分隔開。
在一個不同的實施方案中，半波延遲器陣列328是可由具有空間上變化的雙折射輪廓的連續光學元件形成。實例包括普克爾斯盒(Pockels cell)、一全像光學元件或配置成具有之空間上變化的雙折射輪廓的液晶單元與 其模仿半波片的陣列類似於半波延遲陣列328。
輸入微透鏡陣列321透射一入射光束390為複數個每個對應於輸入微透鏡陣列321的各個透鏡的微光子束395(1-7)。為了清楚說明，圖3和4顯示出微光子束395(1-7)中之一的微光子束395(4)通過空間交錯的偏振轉換器300傳播。微光子束395以相對於法線的入射角θ2≠45°入射到光束分離元件322上，如圖4中所示。在此，一微光子束相對於一表面的入射角是為微光子束的主光線垂直於該表面的入射角。
分束器單元322以一個角度θ322=45°相交表面342(圖4)。從入射光束390而來之微光子束395的入射角θ2是相對於偏振光束分離器立方體330的一個表面342為非垂直入射(θ1≠0°)。在圖3中，楔形棱鏡311引導和透射輸出光束290成為具有入射角θ1的入射光束390。可替代地，可以藉由改變照明器110和空間上交錯的偏振轉換器300的相對方向使得輸出光束290以具有相對於表面342之入射角θ1被透射。在空間交錯的偏振轉換器300的一不同實施例中，當θ1=0度時，角度θ322≠45°，使得入射角θ2≠45°時。
微光子束395各自包括一個s偏振分量和一個p偏振分量。為響應微光子束395(1-7)入射在光束分離元件322上，空間交錯的偏振轉換器300輸出相應的第一s偏振輸出微光子束396s(1-7)和第二s偏振輸出微光子束399s(1-7)，如圖4中所示。例如，s偏振微光子束396s(4)和399s(4)是由微光子束395(4)形成。
忽略由於吸收和由構成空間交錯的偏振轉換器300的光學元件的散射損失，微光子束396s和399s統括包括所有微光子束395的電磁能量。為了說明清楚，圖4示出微光子束395通過在空間交錯的偏振轉換器300透射，並轉換為微光子束396s和399s。
接下來描述空間交錯的偏振轉換器300如何將輸入的微光子束395(1-7)輸出為微光子束396s(1-7)和399s(1-7)，輸入微光子束395(4)是為一個說明性的例子。光束分離元件322分割微光子束395(4)成為一個p偏振穿透微光子束395p(4)，和s偏振反射微光子束395s(4)。p偏振光微光子束395p(4)傳播通過輸出微透鏡陣列327和半波延遲329(4)，其旋轉p偏振微光子束395p(4)的偏振，使得半波延遲329(4)發送一個s偏振微光子束396s(4)。s偏振微光子束395s(4)在兩次穿越過四分之一波延遲器347和由反射鏡陣列324的反射後成為p偏振光微光 子束398p(4)的中間態。中間態p偏振微光子束398p(4)在兩次穿越四分之一波延遲器351和由反射鏡陣列326的反射後成為s偏振微光子束399s(4)。微光子束399s(4)是入射至光束分離元件322上，其反射了微光子束399s(4)通過輸出微透鏡陣列327和相鄰的半波延遲器329之間。空間交錯的偏振轉換器300的一實施例示於圖3和4中，θ1≠0°，使得輸出微光子束396s和399s不共同傳播，並且沒有輸出微光子束399s傳播通過任何半波延遲器329。
圖5是為示例性影像投影機540的橫截面圖，其包括在照明器110和一個投影機141之間的空間交錯偏振轉換器500。影像投影機540和空間交錯的偏振轉換器500是可以分別為影像投影機140和偏振轉換器100的一實施例。空間交錯的偏振轉換器500是類似於空間交錯的偏振轉換器300，不同之處在於一個平面反射鏡陣列524取代反射鏡陣列324。平面反射鏡陣列524可以包括複數個具有反射塗層之棱鏡564。例如，平面鏡陣列524可以包括複數個棱鏡564各自具有反射表面574。
空間交錯的偏振轉換器500還包括空間交錯的偏振轉換器300的部件：偏振光束分離器立方體330、微透鏡陣列321和327、四分之一波延遲器323和325、反射鏡陣列326以及一個半波延遲陣列328。四分之一波延遲器323和平面反射鏡陣列524可以形成一個雙通四分之一波板547。
圖5包括在影像投影機540內運作的空間交錯的偏振轉換器500的一說明性範例。圖6示出空間交錯的偏振轉換器500的一放大圖。在下面的描述中，圖5和6是最好一起觀看。
輸入微透鏡陣列321透射一入射光束590成為對應於輸入微透鏡陣列321的各個透鏡的複數個微光子束595(1-7)。為了清楚說明，圖5和6顯示出微光子束595(1-7)中的一個微光子束595(4)，通過空間交錯的偏振轉換器500中傳播。如圖6中所示，微光子束595以相對於法線之入射角θ2≠45°入射到光束分離元件322上。
在圖5和6中，分束器元件322以一個角度θ322=45°相交於表面342，且從入射光束590而來的微光子束595的入射角θ2相對於偏振光束分離器立方體330的一個表面342是為非垂直入射(θ1≠0°)。在圖5中，一楔形棱鏡311引導和透射入射光束390成為具有入射角θ1的入射光束590。可替代地，輸出光束290是可通過改變照明器110和空間交錯的偏振轉換器500的相對方向被轉向到相對 於表面342具有一入射角θ1。在一空間交錯的偏振轉換器500不同的實施方式中，當θ1=0°時，角度θ322≠45°，使得入射角θ2≠45°時。
微光子束595各自包括一個s偏振分量和一個p偏振分量。為響應微光子束595(1-7)入射光束分離元件322，空間交錯的偏振轉換器500輸出相應的第一s偏振輸出微光子束596s(1-7)和第二s偏振輸出微光子束599s(1-7)，如圖6中所示。例如，s偏振微光子束596s(4)和599s(4)是由微光子束595(4)形成。
忽略由於吸收和從構成空間交錯的偏振轉換器500的光學元件的散射損失，微光子束596s和599s統括包括所有微光子束595的電磁能量。
接下來描述空間交錯的偏振轉換器500如何將輸入的微光子束595(1-7)輸出為微光子束596s(1-7)和599s(1-7)，輸入微光子束595(4)是為一個說明性的例子。光束分離元件322分離微光子束595(4)成為一個p偏振穿透微光子束595p(4)，和s偏振反射微光子束595s(4)。微光子束595p(4)透射通過輸出微透鏡陣列327和半波延遲329(4)，其旋轉微光子束595p(4)的偏振，使得半波延遲329(4)發送一個s偏振微光子束596s(4)。微光子束595s(4)在兩次穿越過四分之一波延遲器347和由平面反射鏡陣列524的反射後成為一p偏振微光子束598p(4)。微光子束598p(4)在兩次穿越四分之一波延遲器351和由反射鏡陣列326的反射後成為一s偏振微光子束599s(4)。微光子束599s(4)是入射至光束分離元件322上，其反射了微光子束599s(4)通過輸出微透鏡陣列327和相鄰的半波延遲器329之間。空間交錯的偏振轉換器500的一實施例示於圖5和6中，θ1≠0°，使得輸出微光子束596s和599s不共同傳播，並且沒有輸出微光子束599s傳播通過任何半波延遲器329。
空間上交錯偏振轉換器300和500的實施例分別在圖4和6中所示，兩次穿越過的四分之一波延遲器347和351是被放置定位成彼此相對具有偏振光束分離器立方體330在其間。在不脫離本發明的範圍下，空間交錯的偏振轉換器300和500的實施例是可配置以使得兩次穿越過的過四分之一波延遲器347和351不位於彼此相對的位置。
圖7是為說明用於將輸入光束轉換為具有單一的共同極化狀態的輸出光束的一示例性方法700的流程圖。在步驟702中，方法700透射所輸入的光束成為複數個每一個具有一s偏振分量和一p偏振分量的微光子束。在步驟702的一個例子，輸入微透鏡陣列321透射入射光束390成為複數個各自具有s偏振分 量和p偏振分量的微光子束395。
在步驟704中，方法700分離每個微光子束成為一相應的透射的p偏振微光子束和一相應的反射的s偏振微光子束。在步驟704的一實例中，光束分離元件322分離每一微光子束395成一個相應的穿透p偏振微光子束395p和一個相應的反射s偏振微光子束395s。
在步驟706中，方法700轉換每個透射的p偏振微光子束成為一個相應的第一s偏振輸出微光子束。在步驟706的一個例子中，半波延遲器陣列328轉換每個p偏振微光子束395p成為相應的第一s偏振輸出微光子束396s。
在步驟710中，方法700空間的交錯該反射s偏振微光子束與該第一s偏振微光子束輸出，成為輸出光束。在步驟710的一個例子中，雙通四分之一波延遲器351和分束器322交錯s偏振微光子束395s與第一s偏振輸出微光子束396s。
在一個方法700的實施例中，步驟710包括步驟712，714和716。在步驟712中，方法700轉換每個反射的s偏振微光子束到一個相應的中間態p偏振微光子束。在步驟714中，方法700轉換每個中間態p偏振微光子束到一個相應的第二s偏振輸出微光子束。在步驟716中，方法700在一個大致平行於第一s偏振輸出微光子束的方向上反射的每個第二s偏振輸出微光子束。在步驟710的一個例子中，其包括步驟712、714和716，雙通四分之一波延遲器347轉換各s偏振微光子束395s到一個相應的中間態p偏振微光子束398p，雙通四分之一波延遲器351轉換每個中間態p偏振微光子束398p到相應的第二s偏振輸出微光子束399s，且分束器322在大體上平行於第一s偏振光的輸出微光子束396s方向上反射每個第二s偏振輸出微光子束399s。
圖8是為空間交錯的偏振轉換器800的剖面圖。空間交錯的偏振轉換器800是為空間交錯的偏振轉換器300一個示例性的實施例。空間交錯的偏振轉換器800包括偏振光束分離器立方體830、一個輸入微透鏡陣列821、輸出微透鏡陣列827、一個偏心反射鏡陣列824、反射鏡陣列826以及一個半波延遲器陣列828，其分別類似於空間交錯的偏振轉換器300的偏振光束分離器立方體330、微透鏡陣列321、微透鏡陣列327、反射鏡陣列324和反射鏡陣列326、半波延遲器陣列328。
空間交錯的偏振轉換器800的元件具有以下尺寸和規格。偏振 光束分離器立方體830具有邊長Lx=Ly=Lz=10毫米和是可由一材料(例如Schott N-SF57玻璃)所形成，其具有在自由空間波長λ0=525奈米時n=1.85的折射率。偏振光束分離器立方體830包括一個分束器822，它類似於分束器322。半波延遲器陣列828包括複數個不連續的波延遲器829。相鄰的半波延遲器829是由一間隙893隔開。每個半波延遲829具有在x方向上的側邊長度Lx的和在y方向上一高度892等於0.71毫米，其中x、y和z是為坐標軸898的方向，x軸是垂直於z-y平面。
微透鏡陣列821和827是均分別為偏心輸入微透鏡861和輸出微透鏡867的連續陣列。偏心反射鏡陣列824和反射鏡陣列826是均分別為偏心反射鏡864和反射鏡866的連續陣列。微透鏡陣列821和827可以由一材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的材料形成，即在自由空間波長λ0=525奈米時有n=1.49的折射率。反射鏡陣列826是可以由一微透鏡陣列形成，例如由具有反射塗層在其間的PMMA形成。偏心反射鏡陣列824是可以平面鏡陣列524替換，而不脫離本發明的範圍。
微透鏡861和867以及反射鏡864和866每個具有一厚度894等於0.5毫米。每個微透鏡861和微透鏡867在自由空間波長λ0=525奈米時，具有6.5毫米的自由空間焦距(和一對應的6.0毫米的後焦距)。每個反射鏡864和866在自由空間波長λ0=525奈米時具有3.0毫米的自由空間焦距。
微透鏡861和867具有各自的彎曲表面871和877其是為在圖9中所示的雙凸形900的表面902的每個部分。表面902具有一曲率中的半徑R9=3.16mm毫米和二次曲線常數C9=-0.42。框971和977包括雙凸形900的光軸904。框971具有一高度912和包圍的表面902的部分相對應彎曲表面871。框977具有一高度912和包圍的表面902的部分相對應彎曲表面877。
反射鏡864和866具有各自的彎曲表面874和876，其是為在圖10中所示的雙凸形1000的表面1002的各部分。表面1002具有一曲率中的半徑R10=9.0毫米和二次曲線常數C10=0.30。框1074和1076包括雙凸形1000的光軸1004。框1074具有高度1012和包圍的表面1002相對應於彎曲表面874的部分。框1076具有高度1012和包圍的表面1002相對應於彎曲表面876的部分。高度1012是可以等於高度912。在空間交錯偏振的轉換器800的一實施例中，(a)曲率的半徑R9等於曲率R10的半徑和(b)圓錐常數C9等於圓錐常數C10中的至少一個為真。
參考圖8，每個偏心輸入微透鏡861的一光軸863是在y方向上從相應輸出微透鏡867的一光軸869偏移一個偏心距離896等於0.71毫米。在一實施例中，光軸863是為相互平行的，光軸869是為相互平行的，和每個光軸863是平行於每個光軸869。光軸863是可為正交於偏振光束分離器立方體830的一個表面842。光軸869是可為正交於偏振光束分離器立方體830的一個表面848。
圖11是為在一個平行於坐標軸898的xy平面的平面之輸入微透鏡陣列821的平面圖。圖12是為在一個平行於坐標軸898的xy平面的平面之輸入微透鏡陣列827的平面圖。微透鏡陣列821和827分別包括91個微透鏡861和91個微透鏡867，排列成13乘7的陣列。
每個輸入微透鏡861和輸出微透鏡867具有以下橫向尺寸：高度912=1.42毫米，寬度911=0.8毫米。反射鏡864和反射鏡866的一個或兩個可以具有相同的橫向尺寸如微透鏡861和867。這些橫向尺寸對應於16：9的寬高比。這種寬高比可以對應於(a)像素陣列371像素的高寬比，以及(b)像素陣列371的寬高比中的一個或兩者，在這種情況下，像素陣列371是可為一個寬超級視頻圖形陣列(WSVGA)顯示器。在每個微透鏡陣列821和827中，一個具有尺寸M×M的子陣列，其中M是為小於或等於7，也具有一個寬高比等於像素陣列371的寬高比。
圖13是為空間交錯的偏振轉換器800以Zemax®追蹤穿越其中的光線1390的剖視圖。在材料界面的折射角是當自由空間波長λ0=525nm時基於各自材料的折射率來計算。輸入光線1390是以相對於垂直入射於表面842的一個角度θ13=5°入射到空間交錯的偏振轉換器800。但是應當理解的是，光線1390通過在空間交錯的偏振轉換器800的路徑取決於空間交錯的偏振轉換器800的上述幾何和光學性質，並且變更所述屬性將導致路徑的改變。
為了清楚的說明圖13包括三組在輸入光線，光線1390(1)、1390(4)和1390(7)，而不是通過輸入每個輸入微透鏡861的光線。分束器822透射入射光線1390(1)、1390(4)和1390(7)的各自的p偏振分量成為p偏振光線1390p(1)、1390p(4)和1390p(7)分別，其透射通過相應的輸出微透鏡867和一個相應的半波延遲器829。光束分離元件822反射各自s偏振光線1390(1)、1390(4)和1390(7)，分別成為光線1390s(1)、1390s(4)和1390s(7)。每條光線1390s反射在偏心反射鏡陣列824的一偏心反射鏡864，朝向一反射鏡866，和朝向分束器822 回射，其反射每條光線1390s朝向各自的輸出小透鏡867，使得沒有s偏振的光線1390s傳播通過半波延遲器829。
輸入微透鏡861聚焦入射光線1390當通過PBS立方830的表面848傳播時使得p偏振光線1390p是會聚和會聚到在輸出微透鏡867的表面877的一個焦點。輸入微透鏡861聚焦入射光線1390，使得每個s偏振光線1390s收斂到偏心鏡864的表面874的一個焦點。反射鏡866再聚焦s偏振光線1390s，使得從分束器822反射之後，每條光線1390s收斂到在輸出微透鏡867的表面877的一個焦點。雖然圖13不顯示四分之一波長延遲323和325，光線1390s通過空間交錯的偏振轉換器800傳播，如同他們都存在。光線1390穿過一個共同的微透鏡(以光線1390(4)為例)在往各自的輸出微透鏡867之前或之後收斂到一個焦點，而不脫離本發明的範圍。
圖14是為空間交錯的偏振轉換器1400以Zemax®追蹤穿越其中的光線1490s的剖視圖。在材料界面的折射角是當自由空間波長λ0=525nm時基於各自材料的折射率來計算。空間交織偏振轉換器1400是相同於空間交錯的偏振轉換器800，不同之處在於偏心反射鏡陣列824置換為平面反射鏡陣列1424，其中包括7個反射棱鏡1464(未標出)。平面反射鏡陣列1424是類似的平面反射鏡陣列524，圖5。為了說明清楚，圖14表示7個的偏心輸入微透鏡861中的三個、輸出微透鏡867和反射棱鏡1464對應於輸入光線1490(1)、1490(4)和1490(7)。
在圖14的空間交錯的偏振轉換器1400的實施例中，每個反射棱鏡1464具有基底寬度1435等於1.42毫米和一反射表面1474可具有反射塗層在其上。反射表面1474與偏振光束分離器立方體830的面831形成角度θ1434=3.35°。參照坐標軸898，反射棱鏡1464可具有在x方向，等於偏振光束分離器立方體830的邊長的長度，例如數十毫米。
只要角度θ1434和距離1476保持恆定，空間交錯的偏振轉換器1400可包括大於或少於7個反射棱鏡1464。
輸入光線1490是相對於垂直入射於表面8420以一個角度θ14=5°入射到空間交錯的偏振轉換器140。在空間交錯的偏振轉換器1400中，分束器822分別反射光線1490s(1)、1490s(4)和1490s(7)。每條光線1490s反射到一個反射棱鏡1464，朝向一反射鏡866，和朝向分束器822回射，其反射每條光線1490s朝向各自的輸出小透鏡867，使得沒有s偏振的光線1490s傳播通過半波延 遲器829。
比較圖13和圖14揭示光線1390s和1490s通過各自的空間交錯的偏振轉換器800和1400的路徑非常相似。也就是說，光線1390s(1)、1390s(4)和1390s(7)的路徑分別非常類似於光線1490s(1)、1490s(4)和1490s(7)。參考圖13，光線1390s(4)聚焦和反射在表面874(4)的一點1374(4)。光線1390s和1490s所採取的相似路徑表明，在點1374(4)的一個表面874(4)的切線與偏振光束分離器立方體830的面831形成一個角度等同於θ1434。
如上所述特點以及與下面專利範圍可以以各種方式合併，而不脫離本發明的範圍。以下實施例說明一些可能的，非限制性的組合：
(A1)一空間交錯的偏振轉換器可以具有光學元件，包括一個輸入透鏡陣列、一第一雙通四分之一波延遲、一第二雙通四分之一波延遲器、偏振光束分離器(PBS)和一波延遲陣列。輸入微透鏡陣列具有與各個透鏡的光軸平行的複數個輸入微透鏡。該該半波延遲器陣列具有與透鏡光軸平行之不連續的複數個各個波延遲器光軸平行的半波延遲器；該偏振光束分離器PBS具有位於一平面分束器位在(a)該輸入微透鏡陣列和波延遲器陣列之間和(b)該第一雙通四分之一波延遲器和第二雙通四分之一波延遲器之間；該光學元件是被配置為將輸入光束轉換成具有與複數個第二s偏振微光子束交錯的複數個第一s偏振微光子束的輸出光束。
(A2)在標記為(A1)在空間交錯的偏振轉換器中，該平面光束分離元件是可為將輸入光束分離之偏振轉換器的唯一分束器(光束分離元件)。
(A3)在標記為(A1)和(A2)在空間交錯的偏振轉換器的任一個或二者還可以包括在PBS中，波延遲器陣列的輸出微透鏡陣列，該PBS是位在輸入微透鏡陣列和輸出微透鏡陣列之間。
(A4)在標記為(A3)的空間交錯的偏振轉換器中，輸入微透鏡陣列和輸出微透鏡陣列可以彼此相對，並且可以實質上是平行的。
(A5)在標記為(A3)和(A4)在空間交錯的偏振轉換器的任一個或兩者，該輸出微透鏡陣列可具有複數個輸出微透鏡各自具有一個輸出微透鏡表面。每個輸入微透鏡可以有一個輸入微透鏡表面上；其中該輸入微透鏡表面和輸出微透鏡表面各自具有曲率半徑和相同的圓錐常數。
(A6)在標記為(A3)到(A5)的空間交錯的偏振轉換器的任一之 中，該PBS是可為偏振光束分離器立方體，輸入微透鏡是可在偏振光束分離器立方體的第一側，而輸出微透鏡陣列是可以在偏振光束分離器立方體的相對第一側的第二側。第一雙通四分之一波延遲器是可在偏振光束分離器立方體的第三側。第二雙通四分之一波延遲器是可在偏振光束分離器立方體相對第三側的第四側。
(A7)在標記為(A1)到(A6)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，一輸入微透鏡可能缺乏軸對稱。
(A8)在標記為(A1)到(A7)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，平面光束分離元件是可相對於透鏡光軸和延遲器光軸被以一角度轉向，該角度是為40度和50度之間。
(A9)在標記為(A1)到(A8)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，該第一和第二雙通四分之一波延遲器可彼此相對，是可實質上平行的，和是可正交到輸入微透鏡陣列。
(A10)在標記為(A1)到(A9)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，該第一和第二雙通四分之一波延遲器是可彼此相對並且可以是實質平行的，該PBS是被放置於其間。
(A11)在標記為(A1)到(A10)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，該光學元件是可以被配置並佈置成一角度相對於第一s偏振輸出微光子束不超過10度，以集體透射各所述複數個第二s偏振輸出微光子束。
(A12)在標記為(A1)到(A11)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，光學元件是可以被配置並佈置成一角度相對於該輸入光束不超過10度，以集體透射每個所述複數個第一s偏振輸出微光子束。
(A13)在標記為(A1)到(A12)的空間交錯的偏振轉換器的任一之中，該第一和第二雙通四分之一波延遲器中的至少一個可以包括至少一個平面反射鏡的和一凹面反射鏡。
(B1)一影像投影機可以包括(1)具有光學元件，包括一個輸入透鏡陣列和一個輸出透鏡陣列的空間交錯的偏振轉換器，並能透射入射其上的光成為具有單一的共同極化的狀態的轉換光，和(2)具有一個像素陣列的投射器組件，並且能夠反射該轉換的光。輸出微透鏡陣列和投影機組件可以是成像系統的一部分，其映射輸入微透鏡陣列到像素陣列的頂部表面。
(B2)在標記為(B1)的在影像投影機中，該光學元件可以進一步包括一第一雙通四分之一波延遲器、一第二雙通四分之一波延遲器、偏振光束分離器(PBS)和一波延遲器陣列。輸入微透鏡陣列具有複數個各個透鏡的光軸平行的輸入的微透鏡。該半波延遲器陣列具有與透鏡光軸平行之不連續的複數個各個波延遲器光軸平行的半波延遲器；該偏振光束分離器PBS具有位於一平面分束器位在(a)該輸入微透鏡陣列和波延遲器陣列之間和(b)該第一雙通四分之一波延遲器和第二雙通四分之一波延遲器之間；該光學元件是被配置為將輸入光束轉換成具有與複數個第二s偏振微光子束交錯的複數個第一s偏振微光子束的輸出光束。
(B3)在標記為(B1)和(B2)的影像投影機中至少一個，該成像系統還可以包括在輸出微透鏡陣列和投影機組件之間的透鏡單元。
(B4)在標記為(B1)和(B3)的影像投影機中的任一個可進一步包括能夠產生入射的光的照明器。
(B5)在標記為(B1)和(B3)的影像投影機中的任一個，一個或兩個輸入透鏡陣列和一個在其中的微透鏡的子陣列可具有的寬高比等於像素陣列的寬高比。
(C1)一種用於將具有複數個線性偏振狀態的輸入光束轉換成到具有單一的共同極化狀態的輸出光束的方法可以包括(a)透射輸入光束為複數個分別具有s偏振分量和p偏振分量的微光子束，(b)分割各微光子束成為一各別的穿透p偏振微光子束和一各別的反射s偏振微光子束，(c轉換)每個穿透p偏振微光子束成為相應的第一s偏振輸出微光子束，和(d)在空間上交錯反射s偏振微光子束與第一s偏振微光子束，導致輸出光束。
(C2)標記為(C1)的方法中，在空間上交錯的步驟可包括轉換的每個反射的s偏振微光子束到一個相應的中間態p偏振微光子束，轉換每個中間p偏振微光子束成為相應的第二s偏振輸出微光子束；和在一個大致平行於至少一個第一s偏振輸出微光子束的方向上反射每個第二s偏振輸出微光子束。
是可在上述方法和系統做變化而不脫離本發明的範圍。因此應當指出的是，包含在上述描述和示出在附圖中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的。下面的權利要求旨在覆蓋本文中所描述的通用和具體的特徵，以及本發明的系統和方法的所有陳述，其中，因為語言的關係，是可說落入其 間的範圍。
110‧‧‧照明器
141‧‧‧投影機組件
202‧‧‧透鏡
204‧‧‧藍色發光二極體
205‧‧‧綠色發光二極體
206‧‧‧紅色發光二極體
211‧‧‧色彩合併器立方體
214s‧‧‧s偏振照明
215p‧‧‧p偏振照明
216s‧‧‧s偏振照明
252‧‧‧LCOS面板
254‧‧‧偏振光束分離器(PBS)立方體
256‧‧‧投影透鏡
290‧‧‧白光輸出光束
290s‧‧‧s偏振分量
290p‧‧‧p偏振分量
299‧‧‧p偏振輸出照明299
300‧‧‧空間交錯的偏振轉換器
311‧‧‧楔形棱鏡
321‧‧‧輸入微透鏡陣列
322‧‧‧分束器
323‧‧‧四分之一波延遲器
324‧‧‧反射鏡陣列
325‧‧‧四分之一波延遲器
326‧‧‧反射鏡陣列
327‧‧‧輸出微透鏡陣列
328‧‧‧半波延遲器陣列
329‧‧‧二分之一波延遲器
330‧‧‧偏振光束分離器立方體
340‧‧‧影像投影機
347‧‧‧雙通四分之一波延遲器
350‧‧‧座標軸
351‧‧‧雙通四分之一波延遲器
361‧‧‧微透鏡
371‧‧‧像素陣列
372‧‧‧頂部表面
374‧‧‧透鏡單元
375‧‧‧分束表面
390‧‧‧入射光束
395‧‧‧微光子束
395s‧‧‧s偏振微光子束
395p‧‧‧p偏振微光子束
396s‧‧‧第一s偏振微光子束
398p‧‧‧中間態p偏振微光子束
399s‧‧‧第二s偏振輸出微光子束

Claims (20)

  1. 一空間交錯的偏振轉換器，包含：一光學元件，其包括一輸入微透鏡陣列、一第一雙通四分之一波延遲器、一第二雙通四分之一波延遲器、一偏振光束分離器(PBS)和一波延遲器陣列；該輸入微透鏡陣列具有複數個與各個透鏡光軸平行的輸入微透鏡，該波延遲器陣列具有與該透鏡光軸平行之不連續的複數個與各個波延遲器光軸平行的半波延遲器；該偏振光束分離器具有一平面光束分離元件，其是位在(a)該輸入微透鏡陣列和該波延遲器陣列之間以及(b)該第一雙通四分之一波延遲器和該第二雙通四分之一波延遲器之間；該光學元件是被配置為將一輸入光束轉換成具有與複數個第二s偏振微光子束交錯的複數個第一s偏振微光子束的一輸出光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，將該輸入光束分離的該平面光束分離元件是為該偏振轉換器唯一的分束器元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，還包括位在該偏振光束分離器和該波延遲器陣列之間的一輸出微透鏡陣列，該偏振光束分離器是在該輸入微透鏡陣列和該輸出微透鏡陣列之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的偏振轉換器，該輸入微透鏡陣列和輸出微透鏡陣列彼此相對且是實質上平行的。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的偏振轉換器，該輸出微透鏡陣列具有複數個輸出微透鏡，其每一者具有一輸出微透鏡表面；每個輸入微透鏡具有一輸入微透鏡表面；其中該輸入微透鏡表面和該輸出微透鏡表面的每一者具有一相同的曲率半徑和相同的圓錐常數。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的偏振轉換器，該偏振光束分離器是為一偏振光 束分離器立方體，該輸入微透鏡陣列是在該偏振光束分離器立方體的一第一側，該輸出微透鏡陣列是在相對於該偏振光束分離器立方體之第一側的一第二側，該第一雙通四分之一波延遲器是在該偏振光束分離器立方體的一第三側，以及該第二雙通四分之一波延遲器是在相對於該偏振光束分離器立方體之第三側的一第四側。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，其中一輸入微透鏡是缺乏軸對稱。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，該平面光束分離元件相對於該透鏡光軸和延遲器光軸是被定向在一角度，該角度是介於40°和50°之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，該第一和第二雙通四分之一波延遲器是為彼此相對且實質上平行，且係正交於該輸入微透鏡陣列。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，該第一和第二雙通四分之一波延遲器是為彼此相對且實質上平行，該偏振光束分離器是被安置在其間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，該光學元件是被配置和排列成一角度以集體透射該複數個第二s偏振輸出微光子束之每一者，該角度相對於一第一s偏振輸出微光子束不超過10度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，該光學元件是被配置和排列成一角度以集體透射該複數個第一s偏振輸出微光子束之每一者，該角度相對於該輸入光束不超過10度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的偏振轉換器，其中該第一和第二雙通四分之一波延遲器中的至少一者包括一平面鏡和一凹面鏡中的至少一者。
  14. 一種影像投影機，包含：一空間交錯的偏振轉換器，其具有之光學元件包括一輸入微透鏡陣列和一輸出微透鏡陣列，以及能讓透射其上的入射光成為具有一單一共同偏振態的轉換光；和 一投影機組件，其具有一像素陣列且能夠反射該轉換光；該輸出微透鏡陣列和該投影機組件是為一成像系統的一部分，該成像系統映像該輸入微透鏡陣列至該像素陣列的一頂部表面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的影像投影機：該光學元件進一步包括一第一雙通四分之一波延遲器、一第二雙通四分之一波延遲器、一偏振光束分離器(PBS)和一波延遲陣列；該輸入微透鏡陣列具有複數個與各個透鏡光軸平行之輸入微透鏡，該波延遲器陣列具有與各個波延遲器光軸平行的不連續的複數個半波延遲器，該波延遲器光軸與該透鏡光軸平行；該偏振光束分離器具有一平面光束分離元件，其位在(a)該輸入微透鏡陣列和該波延遲器陣列之間以及(b)該第一雙通四分之一波延遲器和該第二雙通四分之一波延遲器之間；以及該光學元件被配置為將一輸入光束轉換成具有複數個第一s偏振微光子束的一輸出光束，該複數個第一s偏振微光子束與複數個第二s偏振微光子束交錯。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的影像投影機，該成像系統還包括在該輸出微透鏡陣列和該投影機組件之間的一透鏡單元。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的影像投影機，進一步包括能夠產生該入射光的一照明器。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的影像投影機，該輸入微透鏡陣列和在其中的微透鏡子陣列中的一者或兩者具有之寬高比等於該像素陣列的一寬高比。
  19. 一種用於將具有複數個線性偏振狀態的輸入光束轉換到具有單一的共同極化狀態的輸出光束之方法，包括：透射該輸入光束成為複數個微光子束，其每一者具有一s偏振分量和一p偏振 分量；分離每個微光子束成為一相應的透射p偏振微光子束和一相應的反射s偏振微光子束；轉換每個透射的p偏振微光子束為一相應的第一s偏振輸出微光子束；和以該第一s偏振輸出微光子束空間交錯該反射s偏振微光子束，導致該輸出光束。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，該空間交錯的步驟包含：轉換每個反射的s偏振微光子束成為一相應的中間p偏振微光子束；轉換每個中間p偏振微光子束成為一相應的第二s偏振輸出微光子束；和反射每個第二s偏振輸出微光子束在一個實質上平行於至少一第一s偏振輸出微光子束的方向上。
TW105105733A 2015-02-25 2016-02-25 用於ｌｃｏｓ顯示器之空間交錯的偏振轉換器及用於將具有複數線性偏振狀態的輸入光束轉換到具有單一共同極化狀態的輸出光束之方法 TWI579596B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/631,513 US9448415B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Spatially interleaved polarization converter for LCOS display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201632951A true TW201632951A (zh) 2016-09-16
TWI579596B TWI579596B (zh) 2017-04-21

Family

ID=56693546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105105733A TWI579596B (zh) 2015-02-25 2016-02-25 用於ｌｃｏｓ顯示器之空間交錯的偏振轉換器及用於將具有複數線性偏振狀態的輸入光束轉換到具有單一共同極化狀態的輸出光束之方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9448415B2 (zh)
CN (1) CN105911804B (zh)
TW (1) TWI579596B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI676049B (zh) * 2017-09-08 2019-11-01 英商杜阿里特斯有限公司 全像式投影機
TWI759508B (zh) * 2018-07-11 2022-04-01 美商菲絲博克科技有限公司 近眼顯示器之可調式透鏡

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6743811B2 (ja) * 2015-04-30 2020-08-19 ソニー株式会社 投射型表示装置
CN110161789B (zh) * 2015-08-04 2021-02-02 深圳光峰科技股份有限公司 投影系统
JP2018072598A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
JP7081256B2 (ja) * 2018-03-27 2022-06-07 セイコーエプソン株式会社 光学ユニット、および表示装置
KR20200042582A (ko) * 2018-10-15 2020-04-24 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그의 제조 방법
CN109188700B (zh) * 2018-10-30 2021-05-11 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统及ar/vr显示装置
DE102020114077A1 (de) * 2020-05-26 2021-12-02 Limo Display Gmbh Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht und Anordnung einer Mehrzahl derartiger Vorrichtungen
CN114114509B (zh) * 2020-08-31 2023-07-25 宁波激智科技股份有限公司 一种保偏光学膜、一种解干涉保偏微透镜膜及其制备方法
CN114114507B (zh) * 2020-08-31 2023-07-25 宁波激智科技股份有限公司 一种保偏光学膜、一种解干涉保偏微透镜膜及其制备方法
CN114650401A (zh) * 2020-12-21 2022-06-21 中强光电股份有限公司 投影装置
CN112596332B (zh) * 2020-12-23 2022-03-11 广景视睿科技（深圳）有限公司 一种投影系统及投影仪
CN116560171A (zh) * 2022-01-28 2023-08-08 苏州佳世达光电有限公司 光源模组

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757547A (en) 1995-04-24 1998-05-26 Polycom, Inc. High efficiency homogeneous polarization converter
JP3188411B2 (ja) 1996-10-18 2001-07-16 キヤノン株式会社 反射型液晶装置用画素電極基板、該画素電極基板を用いた液晶装置及び該液晶装置を用いた表示装置
JP3298437B2 (ja) * 1996-12-18 2002-07-02 セイコーエプソン株式会社 光学素子、偏光照明装置および投写型表示装置
US6310713B2 (en) * 1997-04-07 2001-10-30 International Business Machines Corporation Optical system for miniature personal displays using reflective light valves
US6411437B1 (en) * 2000-06-28 2002-06-25 Corning Precision Lens, Incorporated Integrating polarization conversion system
CN1553232A (zh) * 2003-06-05 2004-12-08 台达电子工业股份有限公司 影像投影装置及其光学偏光模组
JP2005195919A (ja) * 2004-01-08 2005-07-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 偏光インテグレータ
EP1610566A1 (en) 2004-06-25 2005-12-28 Sony Deutschland GmbH Imaging unit for color projection engine comprising reflective displays
US7206132B2 (en) 2004-08-06 2007-04-17 Visx, Incorporated Lenslet array for beam homogenization
CN101169520A (zh) * 2006-11-16 2008-04-30 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于液晶投影显示的偏振光转换装置
US20080225257A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Nikon Corporation Optical integrator system, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
TWI341955B (en) * 2007-10-05 2011-05-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Transmissive liquid crystal panel and projector using the same
CN102906625A (zh) * 2010-05-19 2013-01-30 3M创新有限公司 蝇眼积分器偏振转换器
CN202693864U (zh) * 2012-05-09 2013-01-23 上海波汇通信科技有限公司 一种光电接收模块结构
CN105136298B (zh) * 2014-04-15 2017-03-29 哈尔滨工业大学 一种差分快照式成像方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI676049B (zh) * 2017-09-08 2019-11-01 英商杜阿里特斯有限公司 全像式投影機
TWI759508B (zh) * 2018-07-11 2022-04-01 美商菲絲博克科技有限公司 近眼顯示器之可調式透鏡

Also Published As

Publication number Publication date
CN105911804A (zh) 2016-08-31
US20160246068A1 (en) 2016-08-25
CN105911804B (zh) 2017-09-01
US9448415B2 (en) 2016-09-20
TWI579596B (zh) 2017-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI579596B (zh) 用於ｌｃｏｓ顯示器之空間交錯的偏振轉換器及用於將具有複數線性偏振狀態的輸入光束轉換到具有單一共同極化狀態的輸出光束之方法
TW293882B (zh)
US9551917B2 (en) Light source unit and projection display system using same
US6229646B1 (en) Plate-like polarizing element, a polarizing conversion unit provided with the element, and a projector provided with the unit
US6104536A (en) High efficiency polarization converter including input and output lenslet arrays
KR100431426B1 (ko) 프로젝터
EP1120682B1 (en) Liquid crystal projector with polarization conversion element
JP5263031B2 (ja) 投写型表示装置
JP5950939B2 (ja) 屈折型偏波変換器及び偏光色合成器
TWI424200B (zh) 色彩分離光學元件以及所應用的影像裝置
US20130057786A1 (en) Polarized projection illuminator
TW201207547A (en) Compact illuminator
WO2016189871A1 (ja) 光源ユニット及び投影装置
TW523609B (en) Illumination optical system and projector using the same
TW434444B (en) Projection display and illuminating optical system for it
US9151956B2 (en) Light source system for stereoscopic projection
JP3610835B2 (ja) 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置
JP3657347B2 (ja) 液晶スクリーンの照明装置
US7301701B2 (en) Compact polarization conversion system for optical displays
JP2011090036A (ja) 光学素子および光源装置
JPH03223811A (ja) 光源用偏光変換素子
US20140204459A1 (en) High efficiency light combination module of projection system
US20040190149A1 (en) Image projection system and polarizing beam splitter
TW201327014A (zh) 偏斜雙色偏光之色彩結合器
JP2005326575A (ja) 偏光回転素子、偏光変換素子、照明装置及び画像表示装置