[发明专利]偏振投影照明器

说明书

相关专利申请

本专利申请涉及以引用方式并入的下述美国专利申请：“CompactOptical Integrator”（紧凑光学积分器），美国序列号为61/292574(代理人案卷号：65902US002)，提交于2010年1月6日；以及“CompactIlluminator”（紧凑照明器）(代理人案卷号：66360US002)和“Fly EyeIntegrator Polarization Converter”（蝇眼积分器偏振转换器）(代理人案卷号：66247US002)，均与本文提交于同一天。

背景技术

用于将图像投影到屏幕上的投影系统可使用多色光源，例如发光二极管（LED），其具有不同颜色以生成照明光。在LED和图像显示单元之间设置若干光学元件，用于将来自LED的光混合并转移到图像显示单元。图像显示单元可以使用多种方法来将图像施加到光上。例如，如透射型或反射型液晶显示器一样，图像显示单元可以利用偏振。

用于将图像投影在屏幕上的其它投影系统可以使用被构造用于从数字微反射镜(DMM)阵列中进行影像反射的白光，该数字微反射镜阵列例如为用于德州仪器(Texas Instruments)的数字光处理器显示器中的阵列。在显示器中，数字微镜阵列内的各反射镜表示投影图像的各像素。当对应的反射镜倾斜以使得入射光导向到投影的光路时，显示像素被照明。安置在光路内部的旋转色轮被定时为对来自数字微镜阵列的光进行反射，从而使得反射的白光经过滤来投射与像素对应的颜色。数字微反射镜阵列然后切换到下一个需要的像素颜色，并且这个过程以非常迅速的速度继续进行，从而使得整个投影的显示内容看起来被持续照亮。数字微镜投影系统需要较少的像素化阵列部件，这可形成较小尺寸的投影仪。

图像亮度是投影系统的重要参数。彩色光源的亮度以及将集光、组合光、均质化光及将光递送到图像显示单元的效率均会影响亮度。由于现代投影仪系统的尺寸减小，因此在将彩色光源产生的热保持在低水平（可以在小型投影仪系统中消散）的同时需要保持足够的输出亮度水平。需要以更高效率组合多个彩色光的光组合系统，以提供具有足够亮度水平的输出光，而不会使光源的功耗过大。

此类电子投影仪通常包括用于光学均化光束以提高投影于屏幕上的光的亮度和色均匀度的器件。两种常用的器件为积分隧道和蝇眼匀化器。蝇眼匀化器可非常紧凑，并且为此成为常用器件。积分隧道可在均化上效率更高，但中空通道总体上需要通常为高度或宽度（取较大者）的5倍的长度。实心通道通常由于折射效应(effects ofrefraction)而比中空隧道长。

微型投影仪(Pico and pocket projector)对光积分器或匀化器的可用空间有限。然而，来自这些投影仪（诸如合色器和偏振转换器）中使用的光学器件的有效和均匀光输出可能需要紧凑和有效的积分器。

发明内容

本发明整体涉及一种光学元件、包括该光学元件的光投影仪以及包括该光学元件的图像投影仪。具体地讲，所述光学元件通过用小透镜阵列，例如“蝇眼阵列”(FEA)匀化光来提高光均匀度。在一个方面，本发明提供一种光学元件，其包括偏振转换器，所述偏振转换器被设置为接收非偏振光并输出偏振光。光学元件还包括具有第一多个透镜的第一小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述偏振光并输出会聚偏振光。光学元件还包括具有第二多个透镜的第二小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述会聚偏振光并输出发散偏振光。所述第一小透镜阵列和所述第二小透镜阵列为整体阵列，并且与所述第一多个透镜中的第一透镜的光轴重合的偏振光线与所述第二多个透镜中的第二透镜的光轴重合。

在另一方面，本发明提供一种光投影仪，其包括第一非偏振光源和第二非偏振光源、被设置为输出来自所述第一非偏振光源和所述第二非偏振光源的组合非偏振光的合色器、以及光学元件。所述光学元件包括：偏振转换器，其被设置为接收所述组合非偏振光并输出偏振光；具有第一多个透镜的第一小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述偏振光并输出会聚偏振光；具有第二多个透镜的第二小透镜阵列，所述透镜被设置为接收所述会聚偏振光并输出发散偏振光。所述第一小透镜阵列和所述第二小透镜阵列为整体阵列，并且与所述第一多个透镜中的第一透镜的光轴重合的偏振光线与所述第二多个透镜中的第二透镜的光轴重合。