[发明专利]折射型偏振转换器以及偏振合色器

说明书

背景技术

用于将图像投影到屏幕上的投影系统可以使用多色光源，例如发光二极管(LED)，它们具有不同的颜色以生成照明光。LED与图像显示单元之间设置若干光学元件，用于将来自LED的光组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赋予光。例如，如同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。

用于将图像投影到屏幕上的其他投影系统可以使用白光，白光被设定成按图像从数字微镜(DMM)阵列反射，例如德州仪器(Texas Instruments)的数字光处理器(DLP)显示器中使用的阵列。在DLP显示器中，数字微镜阵列内的各个反射镜表示投影图像的各个像素。当对应的反射镜倾斜以使得入射光导入投影的光路时，显示像素被照亮。安置在光路内部的旋转色轮被定时，以对来自数字微镜阵列的光进行反射，使得反射的白光得以过滤，从而投影对应于像素的颜色。然后，数字微镜阵列切换到下一个所需的像素颜色，并且这个过程会继续非常迅速地进行，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的像素化阵列部件较少，这可形成尺寸较小的投影仪。

图像亮度是投影系统的重要参数。颜色光源的亮度以及收集光、组合光、匀化光并且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，在将颜色光源产生的热保持在小型投影仪系统中可以消散的低水平的同时，需要保持足够的输出亮度水平。需要一种以更高的效率组合多种颜色光的光组合系统，以提供亮度水平足够的光输出，同时不会使光源的功耗过大。

液晶显示器通常只使用一种光偏振，并且通常使用产生非偏振光的光源。已使用若干种用于将非偏振光转换成偏振光的装置来产生偏振光，所述装置包括偏振分束器以及双折射棱镜或偏振棱镜的阵列。这些系统可能需要相当大的体积，尤其在考虑到集光光学系统和积分系统的情况下。若干种显示器(包括手持式装置、微投影系统，以及头盔式显示器)均要求具有紧凑性和高效率。

微型投影仪和袖珍投影仪中可用于有效合色器、光积分器和/或匀化器的空间有限。因此，来自这些投影仪(诸如合色器和偏振转换器)中使用的光学装置的有效且均匀的光输出可能需要紧凑有效的光学设计。

发明内容

本发明一般地涉及折射型偏振转换器、使用所述折射型偏振转换器的偏振合色器，特别地涉及可以用于袖珍投影仪等小型投影仪中的使用所述折射型偏振转换器的偏振合色器。本发明所公开的折射型偏振转换器包括至少一个双折射棱镜，所述双折射棱镜可以将非偏振光束分离成具有正交偏振方向的发散的偏振光束。

在一个方面，本发明提供一种偏振转换器，所述偏振转换器包括：第一集光光学系统，其具有光输入表面以及光轴；非偏振光源，其能够沿着平行于所述光轴的第一传播方向，将非偏振光束注入所述光输入表面；以及光学装置，其包括双折射棱镜，所述光学装置被设置成面向所述第一集光光学系统并且与所述光输入表面相对。所述偏振转换器还包括反射器，所述反射器被设置成可将第一偏振光束和第二偏振光束往回反射，使之穿过所述光学装置和所述第一集光光学系统而朝向所述光输入表面。所述光学装置能够将所述非偏振光束分离成具有正交偏振态的第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和第二偏振光束中的至少一者偏离所述第一传播方向。所述第一偏振光束在偏离于所述非偏振光源的第一位置穿过所述光输入表面，而所述第二偏振光束在偏离于所述第一位置和所述非偏振光源的第二位置穿过所述光输入表面。在另一方面，所述偏振转换器包括半波延迟器，所述半波延迟器被设置成邻近所述光输入表面，能够将所述第一偏振光束的第一偏振态转换成第二偏振态，使得组合偏振输出光在所述第二偏振态下偏振。在又一方面，所述偏振转换器还包括被设置成接受所述第一偏振光束和所述第二偏振光束的光学积分器。