本發(fā)明整體涉及光學(xué)投影系統(tǒng)，具體地涉及小尺寸的此類(lèi)系統(tǒng)，例如，尺寸足夠小使得投影系統(tǒng)的所有光學(xué)部件均可裝配在人的手掌內(nèi)，或使得投影系統(tǒng)可結(jié)合到可由使用者佩戴的裝置或設(shè)備中，諸如頭盔、眼鏡或其它頭帶物。本發(fā)明還涉及與此類(lèi)投影系統(tǒng)相關(guān)的部件，諸如緊湊型偏振照明器、緊湊型偏振分束器以及相關(guān)制品、系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

投影系統(tǒng)和部件諸如照明器和分束器，包括偏振照明器和偏振分束器，都是已知的。然而，許多此類(lèi)系統(tǒng)和部件未被設(shè)計(jì)成在適用于緊湊型應(yīng)用的小物理尺寸中提供高效率或高亮度，緊湊型應(yīng)用諸如可佩戴或口袋大小的電光裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

我們已研發(fā)出非常適合用于緊湊型應(yīng)用的新型投影系統(tǒng)及相關(guān)部件，諸如偏振照明器和偏振分束器。在一些情況下，通過(guò)使用如設(shè)置在反射腔或分束器中的折疊光路來(lái)實(shí)現(xiàn)或促進(jìn)微型化。在一些情況下，通過(guò)使用在投射在空間光調(diào)制器上的位置處會(huì)聚的照明束來(lái)促進(jìn)微型化。在一些情況下，通過(guò)使用包括顯著不同大小的相對(duì)棱鏡的分束器來(lái)促進(jìn)微型化。在一些情況下，通過(guò)其傾斜設(shè)置的部分反射體限定第一矩形參考空間并且其中光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分設(shè)置在此類(lèi)第一矩形參考空間內(nèi)的分束器來(lái)促進(jìn)微型化。在一些情況下，通過(guò)其中第一矩形參考空間與第二矩形參考空間的面積比在30％至70％的范圍內(nèi)并且其中第二矩形參考空間恰好足夠大以包圍投影儀的光學(xué)部件的系統(tǒng)來(lái)舉例說(shuō)明微型化。在一些情況下，通過(guò)使用與空間光調(diào)制器相比較小的投影儀透鏡來(lái)促進(jìn)微型化，例如，投影儀透鏡和/或其單個(gè)透鏡中的一個(gè)或多個(gè)的側(cè)向尺寸可能不超過(guò)空間光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)側(cè)向尺寸的30％或50％或70％。

我們公開(kāi)了例如包括分束器、光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡的緊湊型投影儀。分束器包括反射偏振片，該反射偏振片被傾斜地設(shè)置以限定第一矩形參考空間的對(duì)角線。光源被設(shè)置成靠近反射偏振片，并且被構(gòu)造成朝向反射偏振片發(fā)射輸入光束?？臻g光調(diào)制器被設(shè)置成接收來(lái)源于輸入光束的輸出照明束，空間光調(diào)制器適于選擇性地反射輸出照明束以提供圖案化光束，投影儀透鏡適于接收?qǐng)D案化光束。分束器、光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡被第二矩形參考空間包圍。第一矩形參考空間具有面積a1，并且第二矩形參考空間具有面積a2，并且30％<a1/a2<70％。

我們公開(kāi)了包括反射偏振片、光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡的投影儀。反射偏振片被傾斜地設(shè)置以限定第一矩形參考空間的對(duì)角線。光源被設(shè)置成靠近反射偏振片，并且被構(gòu)造成朝向反射偏振片發(fā)射輸入光束?？臻g光調(diào)制器被設(shè)置成接收來(lái)源于輸入光束的輸出照明束，并且適于選擇性地反射輸出照明束以提供圖案化光束。投影儀透鏡適于接收?qǐng)D案化光束。光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

我們公開(kāi)了分束器，該分束器包括具有第一棱鏡的第一棱鏡主體、具有第二棱鏡的第二棱鏡主體、以及夾置在第一棱鏡主體與第二棱鏡主體之間的反射偏振片。第一棱鏡顯著小于第二棱鏡。

我們公開(kāi)了照明器，該照明器包括反射體以及被設(shè)置成與反射體一起形成反射腔的反射偏振片。照明器還包括設(shè)置在反射腔內(nèi)的延遲膜，以及被設(shè)置成穿過(guò)反射體中的孔將偏振輸入光束發(fā)射到反射腔中的光源。反射體、反射偏振片和延遲膜被構(gòu)造成從輸入光束產(chǎn)生輸出照明束，并且輸出照明束被偏振。

我們公開(kāi)了照明器，該照明器包括反射體、相對(duì)于反射體傾斜地設(shè)置的反射偏振片、以及設(shè)置在反射體與反射偏振片之間的延遲膜、以及被設(shè)置成穿過(guò)反射偏振片朝向反射體發(fā)射第一偏振態(tài)的輸入光束的光源。反射體、反射偏振片和延遲膜被構(gòu)造成從輸入光束產(chǎn)生輸出照明束，并且輸出照明束具有正交于第一偏振態(tài)的第二偏振態(tài)。

我們還公開(kāi)了包括前述照明器的投影儀。

本文還討論了相關(guān)的方法、系統(tǒng)和制品。

本申請(qǐng)的這些方面和其它方面通過(guò)下文的具體實(shí)施方式將顯而易見(jiàn)。然而，在任何情況下都不應(yīng)將上述發(fā)明內(nèi)容理解為是對(duì)要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅由如在審查期間可以進(jìn)行修改的所附權(quán)利要求書(shū)限定。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1為緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖；

圖2為圖1的投影系統(tǒng)中所用反射體的示意性前視圖；

圖3為圖1的投影系統(tǒng)中所用空間光調(diào)制器的示意性前視圖；

圖4為緊湊型投影系統(tǒng)的一部分的示意性側(cè)視圖，其中緊湊型照明器包括“實(shí)心腔”型反射腔；

圖5為緊湊型投影系統(tǒng)的一部分的示意性側(cè)視圖，其中緊湊型照明器包括“中空腔”型反射腔；

圖6a為用作緊湊型照明器的反射腔的光學(xué)主體的示意透視圖，并且圖6b、6c和6d為該光學(xué)主體的示意性后視圖、側(cè)視圖和俯視圖；

圖7為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；

圖8為用作緊湊型照明器的反射腔的光學(xué)主體的示意性側(cè)視圖，其中一個(gè)表面被粗糙化以促進(jìn)光散射并且使輸出照明束更加空間均勻；

圖9a為輻射度對(duì)照明束輸出平面處的位置的曲線圖，其中表面粗糙度提供0.01度的高斯散射角；

圖9b為與圖9a類(lèi)似的曲線圖，但其中表面粗糙度提供0.1度的高斯散射角；

圖9c為與圖9a類(lèi)似的曲線圖，但其中表面粗糙度提供1度的高斯散射角；

圖9d為與圖9a類(lèi)似的曲線圖，但其中表面粗糙度提供2度的高斯散射角；

圖9e為與圖9a類(lèi)似的曲線圖，但其中表面粗糙度提供4度的高斯散射角；

圖10a為圖9c的復(fù)制；

圖10b為與圖9a類(lèi)似的曲線圖，但其中反射腔采用中空腔，并且表面粗糙度提供1度的高斯散射角；

圖11為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖或側(cè)視圖，此投影儀具有使用顯著不同大小的棱鏡的偏振分束器的照明器；

圖11a為與圖11相同的示意圖，但具有疊加在投影儀上的兩個(gè)矩形參考空間；

圖11b為與圖11相同的示意圖，但繪出了具有穿過(guò)偏振態(tài)的軸向和偏軸成像光線以顯示其通過(guò)系統(tǒng)的傳播；

圖11c為與圖11相同的示意圖，但繪出了具有阻擋偏振態(tài)的軸向和偏軸成像光線以顯示其通過(guò)系統(tǒng)的傳播；

圖12為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖或側(cè)視圖，此投影儀還具有使用顯著不同大小的棱鏡的偏振分束器的照明器；

圖13為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖或側(cè)視圖，此投影儀還具有使用顯著不同大小的棱鏡的偏振分束器的照明器；

圖14為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖或側(cè)視圖，此投影儀具有使用反射腔和顯著不同大小的棱鏡的偏振分束器兩者的照明器；

圖14a為圖14中的光學(xué)主體的外表面上的反射層和延遲層的放大示意圖；

圖14b為與圖14相同的示意圖，但具有疊加在投影儀上的兩個(gè)矩形參考空間；

圖15為另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性俯視圖或側(cè)視圖，此投影儀具有使用反射腔和偏振分束器兩者的照明器，該投影系統(tǒng)還包括檢測(cè)器裝置；

圖15a為與圖15相同的示意圖，但具有疊加在投影儀上的兩個(gè)矩形參考空間；并且

圖16為另一投影系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。

在附圖中，類(lèi)似的附圖標(biāo)號(hào)指示類(lèi)似的元件。

具體實(shí)施方式

如上所述，我們已研發(fā)出非常適合微型化的新型投影系統(tǒng)及其部件。這些系統(tǒng)和部件可使用以下特征中的一個(gè)或多個(gè)：折疊的光路，如在反射腔或(例如，偏振)分束器中；照明束，該照明束在投射在空間光調(diào)制器上的位置處會(huì)聚；分束器，該分束器使用顯著不同大小的相對(duì)棱鏡；分束器，該分束器的傾斜設(shè)置的部分反射體限定第一矩形參考空間，并且其中光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分設(shè)置在此類(lèi)第一矩形參考空間內(nèi)；系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，第一矩形參考空間與第二矩形參考空間的面積比在30％至70％或40％至70％的范圍內(nèi)，其中第二矩形參考空間恰好足夠大以包圍投影儀的光學(xué)部件，諸如分束器、光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡；系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，投影儀透鏡比空間光調(diào)制器的有效區(qū)域小，例如，投影儀透鏡和/或其單個(gè)透鏡中的一個(gè)或多個(gè)的側(cè)向尺寸可能不超過(guò)空間光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)側(cè)向尺寸的30％或50％或70％；系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，投影儀透鏡的收集效率在空間光調(diào)制器的面積上基本上均勻。

隨后轉(zhuǎn)到圖1，我們看到緊湊型投影儀110的示意性俯視圖。出于參考目的，投影儀110在笛卡爾xyz坐標(biāo)系的背景中繪制，其中假設(shè)xz平面限定水平平面并且y軸是豎直軸線，但也可使用其它約定。投影儀110包括照明器140、空間光調(diào)制器150和投影儀透鏡160。假設(shè)坐標(biāo)系的z軸平行于投影儀110及其組成部件的光軸142。照明器140產(chǎn)生投射在空間光調(diào)制器150上的輸出照明束172。在示例性實(shí)施方案中，輸出照明束172在此類(lèi)調(diào)制器150的整個(gè)有效區(qū)域上基本上空間均勻，使得投影圖像的亮度也基本上均勻。

常規(guī)的電子控制器(未示出)聯(lián)接到空間光調(diào)制器150，并且以成像方式控制單個(gè)元件(像素元件)152的狀態(tài)。像素元件152通常以行和列的網(wǎng)格布置以提供矩形有效區(qū)域。給定的像素元件152就單色顯示器而言可具有“接通”或“斷開(kāi)”兩個(gè)狀態(tài)，或可具有紅色、綠色和藍(lán)色子元件以提供全彩圖像。還可以想到空間光調(diào)制器150的其它常規(guī)構(gòu)造。在圖1的實(shí)施方案中，空間光調(diào)制器150為透射型調(diào)制器。因此，空間光調(diào)制器150將輸出照明束172轉(zhuǎn)換成經(jīng)透射的圖案化光束174，其包含來(lái)自電子控制器的成像或空間圖案化信息。調(diào)制器150可為非偏振透射裝置，諸如微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)，或可為基于液晶的調(diào)制器。在后一種情況下，調(diào)制器150選擇性地旋轉(zhuǎn)離開(kāi)像素陣列的光的偏振，并且還在該情況下，在空間光調(diào)制器從“斷開(kāi)”像素濾除“接通”像素之后，將偏振片(未示出)插入投影儀110中。

圖案化光束174隨后被投影儀透鏡160攔截以產(chǎn)生投影輸出束176。輸出束176可產(chǎn)生真實(shí)圖像，例如可在相對(duì)于投影儀110較遠(yuǎn)設(shè)置的實(shí)體表面或基底上顯示的圖像，或該輸出束可產(chǎn)生虛擬圖像，例如可通過(guò)使用者的眼睛直接觀察的圖像。投影儀透鏡160通常但并非在所有情況下為包括串聯(lián)布置的多個(gè)單個(gè)透鏡的模塊。在圖1的實(shí)施方案中，投影儀透鏡160包括單個(gè)透鏡161,162,163,164和165。這些透鏡示意性地繪制，但讀者應(yīng)理解，單個(gè)透鏡具有曲面、合適的厚度并且由合適的光學(xué)玻璃或塑料制成，以提供高質(zhì)量光學(xué)性能。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，投影儀透鏡為五元件模塊，包括下文另外提供的表格中列出的五個(gè)單個(gè)透鏡。在替代實(shí)施方案中，可通過(guò)從參考五元件投影儀透鏡省略第五透鏡(透鏡5)來(lái)獲得四元件投影儀透鏡。投影儀透鏡160及其單個(gè)透鏡各自具有顯著小于空間光調(diào)制器150的對(duì)應(yīng)側(cè)向尺寸的側(cè)向尺寸(例如，平行于x軸，或平行于y軸，或沿著空間光調(diào)制器150的對(duì)角線)，從這種意義來(lái)說(shuō)，圖1的比例是準(zhǔn)確的。這通過(guò)輸出照明束172為會(huì)聚束的事實(shí)而變得可能。例如，投影儀透鏡160和/或其單個(gè)透鏡中的一個(gè)或多個(gè)的側(cè)向尺寸可能不超過(guò)空間光調(diào)制器150的對(duì)應(yīng)側(cè)向尺寸的30％或50％或70％。在基于下文另外提供的投影儀透鏡表格的示例性實(shí)施方案中，(五元件)投影儀透鏡的側(cè)向尺寸為2.88mm，并且5:4空間光調(diào)制器的對(duì)角線的長(zhǎng)度為6mm，百分比為48％。最靠近空間光調(diào)制器的單個(gè)透鏡的側(cè)向尺寸為2.8mm，百分比為47％。

照明器140的用途是照明空間光調(diào)制器150的有效區(qū)域，使得可產(chǎn)生光學(xué)圖像或圖案。在許多但并非所有情況下，希望輸出照明束172為在投射在空間光調(diào)制器150上的位置處的會(huì)聚光束，如通過(guò)光線144所表明。通常還希望輸出照明束172的亮度在空間光調(diào)制器150的有效區(qū)域上相對(duì)均勻。此外，通常希望以較小并且使用高效率的高亮度光源以便保持較少熱生成和較小裝置尺寸的實(shí)體封裝實(shí)現(xiàn)此照明。對(duì)于高效率的高亮度光源，合理的選擇是一個(gè)或多個(gè)離散的固態(tài)光源，諸如發(fā)光二極管(led)。然而，也可使用其它合適的光源。

就這一點(diǎn)而言，“發(fā)光二極管”或“l(fā)ed”是指發(fā)光的二極管，不管發(fā)出的是可見(jiàn)光、紫外光還是紅外光，但在大多數(shù)實(shí)際實(shí)施方案中，發(fā)出的光具有例如約400至700nm的可見(jiàn)光譜內(nèi)的峰值波長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)led包括作為“l(fā)ed”(不論是常規(guī)型還是超輻射型)銷(xiāo)售的非相干的封閉或封裝的半導(dǎo)體器件、以及相干半導(dǎo)體器件(諸如激光二極管，包括但不限于垂直腔表面發(fā)射激光器(vcsel))?！發(fā)ed晶?！笔亲罨拘问降膌ed，即為通過(guò)半導(dǎo)體加工方法制備的單個(gè)部件或芯片的形式。例如，led晶?？捎梢环N或多種iii族元素的組合和一種或多種v族元素的組合形成(iii-v半導(dǎo)體)。部件或芯片可包括適用于施加電力以使裝置通電的電觸點(diǎn)。示例包括引線結(jié)合、卷帶式自動(dòng)接合(tab)或倒裝芯片結(jié)合技術(shù)。部件或芯片的各個(gè)層和其它功能元件通常以晶片級(jí)形成，并且然后可將加工好的晶片切成單個(gè)元件以生產(chǎn)大量的led晶粒。led晶?？杀粯?gòu)造用于表面安裝、芯片直接貼裝或其它已知的安裝配置。一些封裝的led通過(guò)在led晶粒和相關(guān)聯(lián)的反射杯上形成聚合物封裝劑而制成。一些封裝的led還包括一種或多種熒光粉材料，所述材料被紫外或短波長(zhǎng)可見(jiàn)led晶粒激發(fā)，并且在可見(jiàn)光譜內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)下發(fā)出熒光。就本專(zhuān)利申請(qǐng)而言，“l(fā)ed”還應(yīng)被視為包括通常稱(chēng)為oled的有機(jī)發(fā)光二極管。

照明器140的中心是光源120，其可包括一個(gè)或多個(gè)led，在一些情況下包括一個(gè)或多個(gè)激光二極管。可將若干此類(lèi)led組合以產(chǎn)生期望的光譜分布。例如，可將發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光的led的輸出組合以提供標(biāo)稱(chēng)白光，或可替代地或另外使用發(fā)白光的led。或者，可使用具體非白色的一個(gè)或多個(gè)led產(chǎn)生彩色(非白色)照明，例如，紅色或綠色或藍(lán)色照明，在這種情況下，投影圖像將為單色的而非全彩的。在圖1的示意圖中，光源120被繪制為設(shè)置在偏振片124后方的單個(gè)led晶粒122。假設(shè)光源120發(fā)白光，與其中l(wèi)ed晶粒發(fā)藍(lán)光或uv光并且被發(fā)黃光或白光的熒光粉的薄涂層(未示出)覆蓋的情況相同。偏振片124可為任何合適的偏振片，包括吸收型線性偏振片、多層聚合物反射偏振片或反射型偏振片和吸收型偏振片層合體，該偏振片主要透射僅一種偏振態(tài)的光，從而導(dǎo)致由源120發(fā)射的光被偏振。在替代實(shí)施方案中，可將光導(dǎo)、透鏡或合色器插入在led晶粒122與偏振片124之間，從而能夠遠(yuǎn)離偏振片安裝led晶粒(或其它有源光源，如果需要的話)。在其它替代實(shí)施方案中，可省略偏振片124，使得通過(guò)光源120發(fā)射的光為非偏振的。在其它情況下，可保留偏振片124，并且可在偏振片124頂部添加延遲膜，諸如四分之一波長(zhǎng)延遲片，使得光源120發(fā)射旋轉(zhuǎn)偏振(圓偏振或橢圓偏振)的光。然而，在圖1中示出的具體實(shí)施方案中，光源120發(fā)射偏振光，因?yàn)樵趌ed晶粒122的前部中包括偏振片124。箭頭170示意性地表示由光源120發(fā)射到反射腔中的輸入光束，該反射腔也是照明器140的一部分，并且將在下文進(jìn)一步討論。假設(shè)輸入光束170包括寬帶(并且偏振的)白光，并且假設(shè)輸入光束覆蓋傳播方向的分布，例如，以光軸142為中心的角度的高斯分布。為了進(jìn)行示意性的說(shuō)明，所示的代表性光線144源自光源120并且穿過(guò)投影儀110傳播。第一光線部分144a是輸入光束170的一部分，并且顯示為由于偏振片124而具有偏振態(tài)p1。

輸入光束170發(fā)射到由反射偏振片134和反射體132形成的反射腔130中。對(duì)于在輸入光束170的光譜范圍內(nèi)的光并且對(duì)于所有偏振態(tài)，反射體132具有高光譜反射率(例如，在一些情況下為至少70％，或至少80％，或至少90％，或至少95％)，并且在一些情況下，反射體還基本上在反射光線中保持入射光線的偏振程度。可使用可提供這些特性的任何已知結(jié)構(gòu)或材料。出于此目的，可使用金屬涂層、光學(xué)增強(qiáng)的金屬涂層、多層界面結(jié)構(gòu)或膜，而不論是交替無(wú)機(jī)材料的堆疊，還是經(jīng)適當(dāng)取向或處理以在一定角度范圍內(nèi)和在所關(guān)注光譜范圍內(nèi)針對(duì)所有偏振提供高反射率的共擠出聚合物的堆疊。例如，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5,882,774(jonza等人)?；蛘?，在一些情況下，可將單一金屬涂層諸如鋁層或銀層用于反射體132。反射偏振片134為在所關(guān)注光譜范圍內(nèi)的一種偏振態(tài)的光提供高反射率(例如，在一些情況下為至少70％，或至少80％，或至少90％)，同時(shí)還為在此光譜范圍內(nèi)的正交偏振態(tài)的光提供低反射率(例如，在一些情況下為小于30％，或小于20％，或小于10％)和對(duì)應(yīng)的高透射率。可使用可提供這些特性的任何已知結(jié)構(gòu)或材料。線柵偏振片、膽甾型反射偏振片或多層聚合物反射偏振膜(包括經(jīng)適當(dāng)取向或處理來(lái)為一種偏振態(tài)提供高反射率并且為正交偏振態(tài)提供低反射率的共擠出聚合物的干涉堆疊)可用于反射偏振片134。作為具體示例，購(gòu)自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3m公司(3mcompany,st.paul,mn)的高級(jí)偏振膜(apf)可用于反射偏振片134。給定適合的反射體132和反射偏振片134，一種偏振態(tài)的光可在反射腔130內(nèi)來(lái)回反射，如通過(guò)光線144所示。在例示的實(shí)施方案中，反射偏振片134被取向成為第一偏振態(tài)p1的光提供高反射率，并且因此為正交的第二偏振態(tài)p2的光提供低反射率和高透射率。

為了使通過(guò)光源120發(fā)射的偏振光從照明器140出現(xiàn)，偏振態(tài)應(yīng)從第一偏振態(tài)p1(被反射偏振片134高度反射)旋轉(zhuǎn)到正交的第二偏振態(tài)p2(被反射偏振片134高度透射)。為了實(shí)現(xiàn)此旋轉(zhuǎn)，我們將延遲膜136包括在反射腔130中。延遲膜136可位于反射體132附近，并且可與該反射體大致共延，如圖所示，但延遲膜136可替代地位于反射腔130中的其它地方?；诖┻^(guò)延遲膜的代表性光線的次數(shù)來(lái)選擇通過(guò)延遲膜136提供的延遲量，以提供期望的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)。在所示的實(shí)施方案中，光穿過(guò)延遲膜兩次，這將導(dǎo)致人們?yōu)檠舆t膜136選擇四分之一光波長(zhǎng)(單程)延遲。因此，參考光線144，在反射偏振片134處反射時(shí)，在反射光線部分144b中維持第一偏振態(tài)p1。此光線部分144b穿過(guò)延遲膜136，并且在反射體132處被反射。所得的反射光線部分144c再次穿過(guò)延遲膜136，在這之后，該反射光線部分由于穿過(guò)延遲膜兩次而獲得第二偏振態(tài)p2(與狀態(tài)p1正交)。此光線部分144c因此被反射偏振片134高度透射，并且作為光線部分144d從照明器140出現(xiàn)，從而仍具有第二偏振態(tài)p2。光線部分144c是構(gòu)成上文討論的輸出照明束172的許多光線中的一個(gè)。

反射體132和反射偏振片134可具有相同或類(lèi)似的側(cè)向尺寸，例如，平行于x軸，或平行于y軸，或沿著空間光調(diào)制器150的對(duì)角線。此外，反射體132和反射偏振片134可成形為具有適合聚焦來(lái)自光源的光以產(chǎn)生輸出照明束172的凸曲面或凹曲面，該輸出照明束在投射在空間光調(diào)制器150上的位置處會(huì)聚。此曲面的一個(gè)示例在圖1中示出。曲面可為簡(jiǎn)單的球形曲面，或可為非球形曲面。在一些情況下，曲面還可為變形的，即，在一個(gè)平面(例如，yz平面)上比在正交平面(例如，xz平面)上更加高度地或更強(qiáng)地彎曲。在其它情況下，曲面可圍繞光軸142旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。

為了使來(lái)自光源120的光進(jìn)入反射腔130，在反射體132中設(shè)置孔138。然而，需注意，在平行于光軸142行進(jìn)的輸入光束170內(nèi)的光線(以及在以光軸142為中心的窄角錐內(nèi)的光線)經(jīng)反射偏振片134反射，但隨后將由于在孔138的區(qū)域中缺乏反射體132而不被反射體132反射，并且此類(lèi)光因此也不變成輸出照明束172的一部分。這可在輸出照明束172中的光軸142的附近在空間光調(diào)制器150的位置處產(chǎn)生較暗區(qū)域，此類(lèi)較暗區(qū)域大致類(lèi)似于孔138的陰影。為了減小此遮蔽效應(yīng)，使孔138以及光源120盡可能小是有益的。

還可在照明器140中包括一個(gè)或多個(gè)散射元件，以幫助進(jìn)一步減小遮蔽效應(yīng)并且使輸出照明束172更加空間均勻。此類(lèi)散射元件的一個(gè)示例是被包括作為反射腔130的一部分的溝槽狀紋理化或以其它方式粗糙化的表面。到了反射腔130利用透鏡或其上施用有各種反射體或膜的其它光學(xué)主體的程度，此類(lèi)光學(xué)主體可通過(guò)單點(diǎn)金剛石車(chē)削制成，其中模具圖案產(chǎn)生朝向光軸142散射一部分入射光的一系列溝槽。散射元件的另一個(gè)示例是設(shè)置在反射腔130內(nèi)的散射材料層。此類(lèi)層可例如為或包括膜的微粒填充的膠粘劑層，和/或施用有不同折射率層的微結(jié)構(gòu)化的表面。不論使用哪種散射元件，散射元件都應(yīng)基本上保持光的偏振態(tài)，以免因所述的照明器操作而降低效果。在一些情況下，散射元件可提供空間均勻的散射，即，與作為距光軸142的徑向距離的函數(shù)相同的散射。在其它情況下，可將散射元件設(shè)計(jì)成提供空間不均勻的散射，例如，最大量的散射在光軸142處或在其附近，并且散射隨距光軸142的徑向距離增大而減小。

通過(guò)檢查圖1，人們可以看見(jiàn)，將在反射腔130內(nèi)傳播的光保持在偏振態(tài)十分重要，當(dāng)然，由延遲膜136造成的有意偏振變化除外。如果透鏡或其它光學(xué)主體基本上填滿反射體132與反射偏振片134之間的空間，并且如果此類(lèi)光學(xué)主體由具有殘余光學(xué)雙折射的材料制成，那么此類(lèi)殘余雙折射可在給定光線橫穿反射腔130時(shí)改變?cè)摻o定光線的偏振態(tài)，使得例如光線部分144a基本上不在反射偏振片134被反射，或光線部分144c基本上不在反射偏振片134處被透射。出于此原因，希望用具有極少雙折射或不具有雙折射的材料或介質(zhì)來(lái)基本上填充反射腔130的體積，使得可維持照明器140的恰當(dāng)操作。在本文中被稱(chēng)為“實(shí)心腔”的一類(lèi)示例中，腔體積的大部分(在一些情況下，為基本上整個(gè)腔體積)包括具有極低雙折射的一種或多種固體透光材料，諸如pmma、環(huán)狀聚烯烴、無(wú)機(jī)玻璃或硅酮。在本文中被稱(chēng)為“中空腔”的另一類(lèi)示例中，腔體積的大部分(在一些情況下，為基本上整個(gè)腔體積)包括空氣或真空。中空腔方法的一些優(yōu)點(diǎn)包括無(wú)可測(cè)得的雙折射、重量減輕，以及改善的遮蔽效應(yīng)掩蔽，下文將對(duì)此進(jìn)一步討論。

在圖1的實(shí)施方案中，孔138不僅設(shè)置在反射體132中，還設(shè)置在延遲膜136中。因此，當(dāng)光線144從光源120行進(jìn)到空間光調(diào)制器150時(shí)，其恰好穿過(guò)延遲膜136兩次。在替代實(shí)施方案中，可省略延遲膜136中的孔，使得延遲膜136為完整連續(xù)的，沒(méi)有中心孔。在該情況下，光線144將在光線部分144a中穿過(guò)延遲膜136一次，在光線部分144b中再穿過(guò)一次，在光線部分144c中再穿過(guò)一次，總共穿過(guò)延遲膜136三次。此類(lèi)實(shí)施方案的性能可能不是最佳的，但對(duì)于一些應(yīng)用而言可能已足夠。將基于代表性光線穿過(guò)延遲膜三次來(lái)選擇此類(lèi)實(shí)施方案中的延遲膜136的單程延遲，以提供期望的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)，這將產(chǎn)生略小于光的四分之一波長(zhǎng)的結(jié)果。

圖2從不同的角度說(shuō)明反射腔130及其組成部分的可能外邊界或形狀。具體地講，圖2是可能與反射體132相同或類(lèi)似的反射體232的前視圖，反射體232是可能與所述投影儀110相同或類(lèi)似的投影儀的一部分?？?38設(shè)置在反射體232中，孔238同樣地與圖1中的孔138相同或類(lèi)似。從圖2的角度來(lái)看，可以清楚地看見(jiàn)整個(gè)孔?？?38通常但不一定必須以反射腔的光軸242為中心。在一些情況下，反射體232可具有圓形(圓周的)外邊界或邊緣232a，這對(duì)于常規(guī)圓形透鏡是典型情況。在其它情況下，投影儀的大小和重量可通過(guò)截?cái)喾瓷潴w232以具有減小的邊界或邊緣232b來(lái)減小。圖2中繪制的邊界232b是縱橫比為約5:4的矩形。此5:4的縱橫比旨在與空間光調(diào)制器150的有效區(qū)域的縱橫比大致匹配，以便照明光學(xué)器件與空間光調(diào)制器高效匹配，但反射體232的實(shí)際長(zhǎng)度和寬度尺寸可比空間光調(diào)制器的實(shí)際長(zhǎng)度和寬度尺寸略大。需注意，盡管圖2中僅示出反射體232，但反射腔130的其它主要部件，諸如反射偏振片134和延遲膜136，也可具有匹配或大致匹配反射體232的邊界或邊緣例如邊緣232a或邊緣232b的邊界或邊緣。

圖3示意性地示出空間光調(diào)制器350的前視圖，該空間光調(diào)制器可與圖1中的空間光調(diào)制器150相同或類(lèi)似?；蛘?，空間光調(diào)制器350可代表反射型空間光調(diào)制器，如將在下面的一些實(shí)施方案中所論述。調(diào)制器350的有效區(qū)域用單個(gè)像素元件352的行和列填充，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3中僅示出一些行和列。有效區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度通常為大致矩形，并且矩形通常具有5:4的長(zhǎng)寬縱橫比。當(dāng)然，可使用其它縱橫比，但有時(shí)希望照明光學(xué)器件的相對(duì)形狀(例如，如通過(guò)縱橫比所表征)與空間光調(diào)制器的相對(duì)形狀匹配。電子控制器連接到空間光調(diào)制器350并且控制所有單個(gè)像素的狀態(tài)，如上所述?？臻g光調(diào)制器350可被構(gòu)造成使得“接通”像素與“斷開(kāi)”像素之間的差值通過(guò)出射光線的偏振旋轉(zhuǎn)和/或出射光線的角度偏轉(zhuǎn)給出。

圖4示出包括緊湊型照明器的緊湊型投影系統(tǒng)的一部分，該照明器包括如上所述的“實(shí)心腔”型反射腔。因此，在圖4中，照明器440包括光源420和反射腔430。光源420包括led晶粒422和偏振片424，但光源420可替代地為或包括上文針對(duì)光源120所述的任一個(gè)變型形式。照明器440和光源420以及空間光調(diào)制器450(具有像素元件452)沿著光軸442布置。光源將輸入光束470射入到由反射偏振片434和反射體432限定的反射腔430中。延遲膜436設(shè)置在反射腔內(nèi)。延遲膜436與反射體432相鄰定位，并且反射體和延遲膜兩者中都具有孔438。來(lái)自偏振光源420的光離開(kāi)反射腔430以作為輸出照明束472，從而照明空間光調(diào)制器450的有效區(qū)域?？臻g光調(diào)制器450將束472轉(zhuǎn)換成經(jīng)透射的圖案化光束474，束474包含成像或空間圖案化信息。圖4的實(shí)施方案的所有上述元件可與上文結(jié)合圖1所述的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似，并且圖4的實(shí)施方案可在與圖1的投影儀相同或類(lèi)似的投影儀中使用。類(lèi)似地，來(lái)自光源420的偏振光在腔430內(nèi)來(lái)回反射以及其偏振被旋轉(zhuǎn)以使得其可作為輸出照明束472出現(xiàn)的方式與照明器140的操作相同或類(lèi)似，因此在此處無(wú)需重復(fù)。

然而，反射腔430的具體構(gòu)造值得進(jìn)一步觀察。反射體432與反射偏振片434之間的空間限定腔體積，并且基本上所有腔體積都被一個(gè)或多個(gè)固態(tài)透光材料占據(jù)，具體地講，是被第一光學(xué)透鏡或主體431和第二光學(xué)透鏡或主體433占據(jù)。主體431,433沿著界面435用合適的光學(xué)膠粘劑或其它光學(xué)粘結(jié)材料粘結(jié)在一起。為了便于制造，界面435可為平坦的。主體431,433由上文詳述的合適的極低雙折射光學(xué)材料制成，并且主體可由不同的此類(lèi)光學(xué)材料或相同的光學(xué)材料制成。在替代實(shí)施方案中，兩個(gè)光學(xué)主體431,433可用其中沒(méi)有任何界面435但具有相同外表面的單個(gè)一體式光學(xué)主體替代。光學(xué)主體431具有外曲面431a，延遲膜436直接或通過(guò)合適的光學(xué)粘結(jié)材料施用于外曲面。將反射體432施用于延遲膜的頂部，使得延遲膜恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诜瓷潴w432與反射偏振片434之間。繼而將反射偏振片434施用于光學(xué)主體433的外曲面433a。反射體432和延遲膜436的中心部分經(jīng)蝕刻、切割或其它方式被移除，以限定針對(duì)光源420適當(dāng)?shù)卦O(shè)定大小的孔438。在孔438處，光學(xué)主體431的外表面431a可以暴露。

圖5示出類(lèi)似于圖4但針對(duì)相反情況的緊湊型投影系統(tǒng)的一部分，在該相反情況下，照明器包括中空腔而非實(shí)心腔型反射腔。因此，在圖5中，照明器540包括光源520和反射腔530。光源520包括led晶粒522和偏振片524，但光源520可替代地為或包括上文針對(duì)光源120所述的任一個(gè)變型形式。照明器540和光源520以及空間光調(diào)制器550(具有像素元件552)沿著光軸542布置。光源將輸入光束570射入到由反射偏振片534和反射體532限定的反射腔530中。延遲膜536設(shè)置在反射腔內(nèi)。延遲膜536與反射體532相鄰定位，并且反射體和延遲膜兩者中都具有孔538。來(lái)自偏振光源520的光離開(kāi)反射腔530以作為輸出照明束，從而照明空間光調(diào)制器550的有效區(qū)域?？臻g光調(diào)制器550將照明束轉(zhuǎn)換成經(jīng)透射的圖案化光束574，束574包含成像或空間圖案化信息。圖5的實(shí)施方案的所有上述元件可與上文結(jié)合圖1所述的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似，并且圖5的實(shí)施方案可在與圖1的投影儀相同或類(lèi)似的投影儀中使用。類(lèi)似地，來(lái)自光源520的偏振光在腔530內(nèi)來(lái)回反射以及其偏振被旋轉(zhuǎn)以使得其可作為輸出照明束出現(xiàn)的方式與照明器140的操作相同或類(lèi)似，因此在此處無(wú)需重復(fù)。

然而，反射腔530的具體構(gòu)造值得進(jìn)一步觀察。反射體532與反射偏振片534之間的空間限定腔體積，并且基本上所有腔體積被空氣、真空而非任何固態(tài)透光材料占據(jù)。這通過(guò)將相對(duì)的反射體和延遲膜支撐在彼此間隔開(kāi)的兩個(gè)光學(xué)主體的面向內(nèi)的主表面上而變得可能。具體地講，第一光學(xué)透鏡或主體531具有面向第二光學(xué)透鏡或主體533的彎曲的主表面531a，并且第二主體533具有面向第一主體531的彎曲的主表面533a。主體531,533可通過(guò)附接到主體外邊緣的合適基底或框架而牢固穩(wěn)定地保持其相對(duì)位置。主體531,533可由合適的透明光學(xué)材料制成，以允許來(lái)自光源520的光穿過(guò)主體531，并且離開(kāi)反射腔530的光穿過(guò)主體533。主體531,533還可由雙折射相對(duì)較低的光學(xué)材料制成，使得穿過(guò)主體531的光的偏振態(tài)以及穿過(guò)主體533的光的偏振態(tài)不明顯旋轉(zhuǎn)。但由于穿過(guò)主體531,533的光線的光路長(zhǎng)度顯著短于穿過(guò)主體431,433的光線的光路長(zhǎng)度，因此在主體531,533中可耐受的雙折射量顯著大于主體431,433可耐受的雙折射量。這一結(jié)果得益于能夠?qū)⒅黧w531,533設(shè)計(jì)成具有顯著小于反射腔530的軸向厚度的厚度(沿著z軸測(cè)得的尺寸)。光學(xué)主體531具有內(nèi)曲面531a，延遲膜532直接或通過(guò)合適的光學(xué)粘結(jié)材料施用于內(nèi)曲面。將反射體536施用于延遲膜的頂部，使得當(dāng)恰當(dāng)?shù)匕惭b光學(xué)主體531,533時(shí)，延遲膜恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诜瓷潴w532與反射偏振片534之間。繼而將反射偏振片534施用于光學(xué)主體533的內(nèi)曲面533a。反射體532和延遲膜536的中心部分經(jīng)蝕刻、切割或其它方式被移除，以限定針對(duì)光源520適當(dāng)?shù)卦O(shè)定大小的孔538。在孔538處，光學(xué)主體531的內(nèi)表面531a可以暴露。

中空腔型照明器的一些優(yōu)點(diǎn)可包括以下各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)：重量減輕；在反射腔中無(wú)可測(cè)得的雙折射，包括無(wú)由熱誘發(fā)應(yīng)力引起的雙折射，實(shí)心光學(xué)主體中可能出現(xiàn)這種情況；曲面531a,533a可通過(guò)微復(fù)制形成于薄基底上，從而減少雜散雙折射問(wèn)題并且減少吸收損耗；以及改善的遮蔽效應(yīng)掩蔽，即，輸出照明束的空間均勻性得到改善，如下文結(jié)合圖10a和10b所論證。

圖6a至6d示出已被證實(shí)可用于所公開(kāi)的緊湊型照明器和投影儀中至少一些的具體光學(xué)主體637的不同視圖。圖6a是光學(xué)主體637的透視圖，圖6b是后視圖，圖6c是側(cè)視圖，并且圖6d是頂視圖。圖6a至6d至少大約關(guān)于各種所示特征的相對(duì)長(zhǎng)度、寬度和厚度進(jìn)行縮放。光學(xué)主體637由沿著平坦界面635附接到第二光學(xué)主體633的第一光學(xué)主體631構(gòu)成。主體631,633類(lèi)似于圖4的主體432,433，并且圖4的那些光學(xué)主體可如此處結(jié)合光學(xué)主體637所述的那樣精確地設(shè)計(jì)。

假設(shè)第一光學(xué)主體631和第二光學(xué)主體633由雙折射極低的光學(xué)材料制成，具體地講，由在550nm的可見(jiàn)波長(zhǎng)處折射率為約1.49的經(jīng)退火的pmma制成。第一光學(xué)主體631具有外主凸表面631a，并且第二光學(xué)主體633具有外主凹表面633a，這些表面彎曲都沿著光學(xué)主體637的同一光軸642取向。這兩個(gè)表面的彎曲各自也是非球形的，但關(guān)于光軸642旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)(省略主體637,631,633的矩形外邊界或邊緣)。

表面631a具有11.156mm的曲率半徑、0.11055的二次曲線常數(shù)，以及以下多項(xiàng)式非球面系數(shù)：

4階非球面系數(shù)：0.00012286；

6階非球面系數(shù)：-1.3845e-06；以及

8階非球面系數(shù)：5.2850e-08，

其中對(duì)具有較小量值的數(shù)使用指數(shù)計(jì)數(shù)。與表面631a(和633a)的彎曲相關(guān)的非球面系數(shù)和其它信息在本文中使用lighttools^tm照明設(shè)計(jì)軟件的命名法提供。

表面633a具有58.562mm的近軸曲率半徑、29.052的二次曲線常數(shù)，以及以下多項(xiàng)式非球面系數(shù)：

4階非球面系數(shù)：2.2997e-05；

6階非球面系數(shù)：1.2025e-05；以及

8階非球面系數(shù)：7.0933e-08。

光學(xué)主體637及其部件主體631,633的總長(zhǎng)度(沿著x軸的尺寸)和寬度(沿著y軸的尺寸)分別為9.2毫米和7.4毫米。9.2mm的長(zhǎng)度和7.4mm的寬度大致為5:4的比例。光學(xué)主體637的軸向厚度，即，在光軸642處測(cè)得的光學(xué)主體637的物理厚度(沿著z軸的尺寸)為4.38毫米。

采用光學(xué)主體637(在實(shí)施方案中類(lèi)似于圖4的光學(xué)主體)的緊湊型投影系統(tǒng)的性能用商用光學(xué)建模軟件來(lái)建模。此類(lèi)建模在下文結(jié)合圖8和9a至9e論述。

圖7是另一個(gè)緊湊型投影系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，該系統(tǒng)使用具有類(lèi)似于圖5的中空腔型反射腔的照明器。在圖7中，投影儀包括緊湊型照明器740、空間光調(diào)制器750(具有像素元件752)和投影儀透鏡760(具有單個(gè)透鏡761,762,763,764和765的透鏡模塊)。照明器740包括光源720和反射腔730。光源720包括led晶粒722和偏振片724，但光源720可替代地為或包括上文針對(duì)光源120所述的任一個(gè)變型形式。照明器740和光源720以及空間光調(diào)制器750和投影儀透鏡760沿著光軸742布置。光源將輸入光束770射入到由反射偏振片734和反射體732限定的反射腔730中。延遲膜736設(shè)置在反射腔內(nèi)。延遲膜736與反射體732相鄰定位，并且反射體和延遲膜兩者中都具有孔738。來(lái)自偏振光源720的光離開(kāi)反射腔730以作為輸出照明束，從而照明空間光調(diào)制器750的有效區(qū)域?？臻g光調(diào)制器750將照明束轉(zhuǎn)換成經(jīng)透射的圖案化光束774，束774包含成像或空間圖案化信息。圖7的實(shí)施方案的所有上述元件可與上文結(jié)合圖1和5所述的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似。類(lèi)似地，來(lái)自光源720的偏振光在腔730內(nèi)來(lái)回反射以及其偏振被旋轉(zhuǎn)以使得其可作為輸出照明束出現(xiàn)的方式與照明器140的操作相同或類(lèi)似。簡(jiǎn)單地講，參考代表性光線744：第一光線部分744a為輸入光束770的一部分，其具有偏振態(tài)p1；第二光線部分744b通過(guò)從反射偏振片734進(jìn)行反射而產(chǎn)生；第三光線部分744c通過(guò)從反射體732進(jìn)行反射而產(chǎn)生，并且由于光線穿過(guò)延遲膜736兩次而具有經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第二偏振態(tài)p2；第四光線部分744d為輸出照明束的一部分，其也具有第二偏振態(tài)p2并投射在空間光調(diào)制器750上；第五光線部分744e根據(jù)光束穿過(guò)的具體像素752是處于“接通”還是“斷開(kāi)”狀態(tài)而由調(diào)制器750進(jìn)行空間調(diào)制。如果假設(shè)光線部分744e穿過(guò)調(diào)制器750，那么其將接著被投影儀透鏡760捕獲并發(fā)射到較遠(yuǎn)表面或使用者。

類(lèi)似于圖5的實(shí)施方案，圖7的投影儀和照明器采用中空腔型反射腔730。第一光學(xué)透鏡或主體731具有面向第二光學(xué)透鏡或主體733的彎曲的主表面731a，并且第二主體733具有面向第一主體731的彎曲的主表面733a。這些主體731,733類(lèi)似于上文所述的光學(xué)主體531,533，不同的是相應(yīng)主表面的曲率已改變。相對(duì)于圖5的實(shí)施方案，表面731a的曲率減小(曲率半徑較大)，并且表面733a的曲率從凸翻轉(zhuǎn)成凹。就這一點(diǎn)而言，在選擇形成所公開(kāi)實(shí)施方案中的反射腔(中空腔型和實(shí)心腔型兩者)的反射體的曲率方面存在較大的設(shè)計(jì)靈活性，并且可使用甚至非彎曲的或平坦的形狀。但在許多情況下，仍希望選擇的一組曲率將產(chǎn)生在投射在空間光調(diào)制器上的位置處會(huì)聚的照明束。

如上所述，采用光學(xué)主體637的緊湊型投影系統(tǒng)的性能用商用光學(xué)建模軟件來(lái)建模。作為建模的一部分而被研究的一個(gè)添加的特性是將表面粗糙度添加在光學(xué)主體的其中一個(gè)彎曲外表面上，將在圖8中對(duì)此大致說(shuō)明，以引起可控量的光散射。在該圖中，光學(xué)主體837由第一光學(xué)主體831和第二光學(xué)主體833構(gòu)成，這連個(gè)光學(xué)主體沿著平坦的界面835接合并且沿著光軸842對(duì)準(zhǔn)。第一光學(xué)主體831具有外曲面831a，第二光學(xué)主體833具有外曲面833a。為了便于說(shuō)明，圖8省略掉反射體、反射偏振片和延遲膜，但讀者應(yīng)當(dāng)理解，此類(lèi)光學(xué)元件以與其如上文所述的施用于相應(yīng)曲面431a,433a相同的方式施用于表面831a,833a，以使用光學(xué)主體837形成反射腔。具體地講，將延遲膜和反射體(具有合適的孔)施用于曲面831a，并且將反射偏振片施用于曲面833a。具有l(wèi)ed晶粒822和偏振片824的光源820將輸入光束870射到反射腔中，輸出照明束872從反射腔的另一側(cè)出現(xiàn)以照明空間光調(diào)制器，空間光調(diào)制器在圖8中用參考標(biāo)號(hào)854示意性地表示。光在反射腔內(nèi)的來(lái)回傳播大致如圖1中所述。

光學(xué)建模能夠沿著曲面831a形成可控量的表面粗糙度，同時(shí)另外維持該表面的原始標(biāo)稱(chēng)曲率。相同的可控表面粗糙度還將轉(zhuǎn)移到反射體(參見(jiàn)，例如圖4中的反射體432)，假設(shè)該反射體施用于此類(lèi)表面。建模假設(shè)上文針對(duì)圖6的光學(xué)主體637所述的曲率、厚度和材料特性。光學(xué)建模還假設(shè)：

·反射體(再次參考圖4中的反射體432)對(duì)光的所有偏振都具有100％的反射率；

·反射偏振片(例如，參考圖4中的反射偏振片434)對(duì)第一偏振態(tài)具有100％的反射率，并且對(duì)正交的第二偏振態(tài)具有0％的反射率(100％透射)；

·孔(例如，參考圖4中的孔438)的大小為0.3毫米乘0.5毫米；

·空間光調(diào)制器具有5:4的長(zhǎng)寬縱橫比，并且對(duì)角線測(cè)得為6.0毫米；

·投影儀透鏡模塊包括五個(gè)串聯(lián)布置的單個(gè)透鏡，如下表中所示，其中透鏡1是指距空間光調(diào)制器最遠(yuǎn)的單個(gè)透鏡，并且透鏡5是指最靠近空間光調(diào)制器的單個(gè)透鏡，其中負(fù)半徑(r1,r2)表示凹曲率，正半徑表示凸曲率，ct表示中心厚度，r1ch表示r1中心高度，并且dia表示透鏡直徑：

從表中注意到，投影儀透鏡的總側(cè)向尺寸(直徑)為僅2.88毫米，并且最靠近空間光調(diào)制器的單個(gè)透鏡(透鏡1)的直徑為僅2.8mm。

隨著通過(guò)投影儀透鏡成像到遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)器平面上，光學(xué)建模模擬通過(guò)輸出照明束產(chǎn)生的光分布，并且根據(jù)位置計(jì)算該遠(yuǎn)場(chǎng)圖像的亮度或強(qiáng)度(輻射度)。針對(duì)曲面831a上的不同表面粗糙度大小重復(fù)該建模，結(jié)果示于圖9a至9e中。在圖9a、9b、9c、9d和9e中，假設(shè)分別對(duì)應(yīng)于0.01度、0.1度、1度、2度和4度高斯漫射角的表面粗糙度。在圖中，實(shí)曲線902a,902b,902c,902d和902e表示在遠(yuǎn)場(chǎng)平面中沿著水平或x軸的計(jì)算出的輻射度對(duì)位置曲線，虛曲線904a,904b,904c,904d和904e表示在遠(yuǎn)場(chǎng)平面中沿著豎直或y軸的計(jì)算出的輻射度對(duì)位置曲線。對(duì)圖9a至9e的研究和比較確認(rèn)，增大的表面粗糙度和光散射產(chǎn)生更加均勻的輻射度分布并且在圖像中心處產(chǎn)生較不明顯的暗點(diǎn)或陰影。

隨后再次使用光學(xué)建模軟件在實(shí)心腔型照明器與中空腔型照明器之間建立比較。圖9a至9e的結(jié)果都假設(shè)實(shí)心腔型照明器。通過(guò)以下方式來(lái)模擬中空腔型照明器：對(duì)建模軟件編程以用空氣(折射率＝1)替代反射腔內(nèi)所有經(jīng)退火的pmma材料，但保持其它參數(shù)包括曲率、距離、反射率等不變。針對(duì)對(duì)應(yīng)于1度高斯漫射角的表面粗糙度的情況進(jìn)行此比較。實(shí)心腔型系統(tǒng)的結(jié)果在圖9c中示出，并且為了便于比較在圖10a中復(fù)制。對(duì)應(yīng)的中空腔型系統(tǒng)的結(jié)果在圖10b中示出，其中實(shí)曲線1002b表示在遠(yuǎn)場(chǎng)平面中沿著水平或x軸的計(jì)算出的輻射度對(duì)位置曲線，并且虛曲線1004b表示在遠(yuǎn)場(chǎng)平面中沿著豎直或y軸的計(jì)算出的輻射度對(duì)位置曲線。圖10a和10b的比較確認(rèn)如下結(jié)論：用于緊湊型照明器的中空腔設(shè)計(jì)提供輸出照明束的改進(jìn)的遮蔽效應(yīng)掩蔽和改進(jìn)的空間均勻性。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11，我們?cè)诖颂幙吹讲煌?lèi)型的緊湊型照明器和投影儀1110。投影儀1110使用偏振分束器1180而非圖1中所示的反射腔構(gòu)造，并且分束器使用顯著不同大小的相對(duì)棱鏡。投影儀還包括：光源1120，其包括led晶粒1122和偏振片1124；空間光調(diào)制器1150(見(jiàn)圖11a)，其包括像素元件1152；以及投影儀透鏡1160，其包括單個(gè)透鏡1161,1162,1163,1164。光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡可與在前述實(shí)施方案中所述的各種光源、空間光調(diào)制器和投影儀相同或類(lèi)似，不同的是投影儀1110中的空間光調(diào)制器被設(shè)計(jì)成以反射而非透射方式操作。因此，空間光調(diào)制器1150可例如為或包括硅上液晶(lcos)裝置。此類(lèi)裝置可為平坦的(如示意性地圖示)，或可包括在一個(gè)或多個(gè)軸上彎曲的彎曲反射體陣列。

光源1120朝向傾斜設(shè)置的反射偏振片1184將偏振輸入光束1170發(fā)射到分束器1180中。反射偏振片1184可與在前述實(shí)施方案中所述的反射偏振片相同或類(lèi)似，不同的是反射偏振片1184可能(如果需要的話)針對(duì)傾斜角性能進(jìn)行優(yōu)化并且處于浸沒(méi)構(gòu)造(被諸如玻璃或塑料等固態(tài)透光光學(xué)材料圍繞)。反射偏振片夾置在兩個(gè)相對(duì)的棱鏡主體之間以形成分束器1180。第一此類(lèi)棱鏡主體1190包括限定相對(duì)較小棱鏡1192的兩個(gè)小平面1192a,1192b。輸入光束1170穿過(guò)小平面1192a進(jìn)入分束器1180，并且來(lái)自空間光調(diào)制器(如下文所述)的空間圖案化光則穿過(guò)小平面1192b離開(kāi)分束器。出于大小比較目的，可通過(guò)將小平面1192a,1192b延伸至反射偏振片1184以分別限定標(biāo)記點(diǎn)c和b來(lái)確定小棱鏡1192的邊界。第三點(diǎn)a位于小平面1192a,1192b的交匯處，在小棱鏡1192的頂點(diǎn)處。因此，可將該組點(diǎn)a、b、c視為限定小棱鏡1192的角部。

與第一棱鏡主體1190相對(duì)的另一個(gè)棱鏡主體是相對(duì)較大的棱鏡1195。清楚地看見(jiàn)此棱鏡1195的角部為標(biāo)記點(diǎn)d、e和f。具有彎曲外表面的透鏡或其它光學(xué)主體附接到棱鏡1195的側(cè)表面。在替代實(shí)施方案中，這些光學(xué)主體中的一個(gè)或兩個(gè)可在一體式棱鏡主體中與棱鏡1195組合。

反射體1182施用于這些彎曲外表面中的一個(gè)，如圖11中所示，并且延遲膜1186設(shè)置在反射體1182與反射偏振片1184之間。反射體1182可與上文所述的反射體132,232,432,532,732相同或類(lèi)似，例如，對(duì)于在輸入光束1170的光譜范圍內(nèi)的光并且針對(duì)所有偏振態(tài)，反射體1182可具有高光譜反射率(例如，在一些情況下為至少70％，或至少80％，或至少90％，或至少95％)，并且在一些情況下，反射體還基本上在反射光線中保持入射光線的偏振態(tài)。延遲膜1186可與在前述實(shí)施方案中所述的延遲膜相同或類(lèi)似。

光源1120結(jié)合分束器1180充當(dāng)照明器。如將針對(duì)代表性光線1144所述，來(lái)自光源1120的光在分束器1180內(nèi)傳播，直至該光作為輸出照明束1172出現(xiàn)。輸出照明束1172照明空間光調(diào)制器1150的有效區(qū)域(見(jiàn)圖11a)，使得可產(chǎn)生光學(xué)圖像或圖案。在許多但并非所有情況下，希望輸出照明束1172為在投射在空間光調(diào)制器1150上的位置處的會(huì)聚光束。通常還希望輸出照明束1172的亮度在空間光調(diào)制器1150的有效區(qū)域上相對(duì)均勻。

參考光線1144，第一光線部分1144a是穿過(guò)小平面1192a進(jìn)入分束器1180的輸入光束1170的一部分。偏振片1124使得光線部分1144a具有第二偏振態(tài)p2。反射偏振片1184被構(gòu)造并且取向成高度透射第二偏振態(tài)p2的光，并且高度反射正交的第一偏振態(tài)p1的光。因此，在遇到反射偏振片1184之后，光線部分1144a通過(guò)反射偏振片1184高度透射到棱鏡1195中而變成光線部分1144b，從而仍具有第二偏振態(tài)p2。光線隨后穿過(guò)延遲膜1186而變成光線部分1144c，被反射體1182反射而變成光線部分1144d，然后再次穿過(guò)延遲膜1186而變成光線部分1144e。由于兩次穿過(guò)延遲膜1186，因此光線部分1144e具有正交于初始第二偏振態(tài)p2的第一偏振態(tài)p1。在遇到反射偏振片1184之后，光線部分1144e被高度反射而變成光線部分1144f，并且最終從照明器的較低曲面出現(xiàn)而作為光線部分1144g，該光線部分可被視為輸出照明束1172的一部分。

空間光調(diào)制器1150(見(jiàn)圖11a)置于在照明器輸出處的輸出照明束1172中，并且該空間光調(diào)制器以成像方式選擇性地反射入射光。例如，處于“接通”狀態(tài)的像素元件1152可能將反射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，而處于“斷開(kāi)”狀態(tài)的像素元件1152可能不產(chǎn)生此類(lèi)偏振旋轉(zhuǎn)，或反之亦然。在任一種情況下，空間光調(diào)制器1150將輸出照明束1172轉(zhuǎn)換成反射圖案化光束174，從而透射穿過(guò)同一分束器1180、穿過(guò)小平面1192b至投影儀透鏡1160，如下文所述。投影儀透鏡1160隨后將反射圖案化光束轉(zhuǎn)化成投影輸出束1176，類(lèi)似于在前述實(shí)施方案中所述的投影輸出束。

結(jié)合分束器1180的操作，人們可以看到，保持在分束器內(nèi)傳播的光的偏振態(tài)同樣重要，由延遲膜1186造成的有意偏振變化除外。因此，希望構(gòu)成棱鏡1192,1195以及連接到棱鏡的其它光學(xué)主體的固態(tài)透光光學(xué)材料由如上文所述的極低雙折射材料制成。

投影儀1110的促進(jìn)微型化的一個(gè)設(shè)計(jì)特征是棱鏡1192,1195具有顯著的大小差距。通過(guò)使棱鏡1192顯著小于另一個(gè)棱鏡，可將光源1120和/或投影儀透鏡1160更靠近反射偏振片1184，因此減小投影儀的總體大小。然而，還需注意，小棱鏡1192不必在大小方面相對(duì)于較大棱鏡為微小的；相反，小棱鏡1192足夠大，使得穿過(guò)第一棱鏡主體1190的光主要或大部分還透射穿過(guò)小棱鏡1192。相對(duì)棱鏡的相對(duì)大小可以其斜邊長(zhǎng)度和/或其棱鏡高度來(lái)表征?？煞Q(chēng)為hl1的小棱鏡1192的斜邊長(zhǎng)度是點(diǎn)b與c之間的距離，并且可稱(chēng)為hl2的另一個(gè)棱鏡1195的斜邊長(zhǎng)度是點(diǎn)d與f之間的距離?？煞謩e稱(chēng)為h1和h2的棱鏡1192,1195的棱鏡高度在圖11中說(shuō)明為相對(duì)于反射偏振片1184測(cè)得。為了表征相對(duì)棱鏡的大小差距，可以規(guī)定比值hl1/hl2在40％至70％的范圍中，和/或比值h1/h2類(lèi)似地在40％至70％的范圍中。

圖11a是圖11的基本復(fù)制，其中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)指代類(lèi)似的元件，不再另述，不同的是上文所述的反射型空間光調(diào)制器1150現(xiàn)在示出為在其合適的位置以攔截輸出照明束1172。疊加在圖上的是兩個(gè)矩形參考空間1103,1105。第一參考空間1103是由傾斜取向的反射偏振片1184限定的矩形空間。更具體地講，參考空間1103是對(duì)角線為反射偏振片1184的矩形。這大致對(duì)應(yīng)于由常規(guī)分束器占據(jù)的矩形空間。另一方面，第二參考空間1105可描述為包圍投影儀的光學(xué)部件(不包括任何機(jī)械安裝五金等)的最小矩形空間。對(duì)于投影儀1110，那些光學(xué)部件是分束器1180、光源1120、空間光調(diào)制器1150和投影儀透鏡1160。

由于我們?cè)谖⑿突矫娴呐Γ队皟x1110和/或其它所公開(kāi)的投影儀可滿足若干新型關(guān)系。

例如，光源1120的至少一部分或投影儀透鏡1160的至少一部分設(shè)置在第一矩形參考空間1103內(nèi)。在一些情況下，光源1120的至少一部分和投影儀透鏡1160的至少一部分都設(shè)置在第一矩形參考空間1103內(nèi)。在一些情況下，光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分但并非兩者設(shè)置在第一矩形參考空間1103內(nèi)。第一矩形參考空間1103可沿著反射偏振片1184的對(duì)角線劃分成兩個(gè)部分。當(dāng)如此劃分時(shí)，光源1120的至少一部分或投影儀透鏡1160的至少一部分設(shè)置在第一矩形參考空間1103的一個(gè)此類(lèi)部分內(nèi)。此外，光源的至少一部分和投影儀透鏡的至少一部分可都設(shè)置在第一矩形參考空間1103的此類(lèi)部分內(nèi)。如果光源1120包括led晶粒1122，則led晶粒1122可完全設(shè)置在第一矩形參考空間1103內(nèi)。如果投影儀透鏡1160包括多個(gè)單個(gè)透鏡1161,1162,1163,1164，則單個(gè)透鏡中的至少一者可完全設(shè)置在第一矩形參考空間1103內(nèi)。

另外，可將投影儀微型化到一定程度，使得投影儀的光學(xué)部件(不包括任何機(jī)械安裝五金件等)可裝配在僅略大于由該投影儀的常規(guī)分束器所占據(jù)空間的空間內(nèi)。換句話說(shuō)，如果a1是第一矩形參考空間1103的面積，并且a2是第二矩形參考空間1105的面積，則a1/a2之比可在30％至70％或40％至70％的范圍中。

上述涉及參考空間、此類(lèi)空間內(nèi)外元件的位置、此類(lèi)空間面積的比較等的關(guān)系可通過(guò)參考圖11和11a以合理的精度來(lái)確定，盡管這些圖本質(zhì)上為示意性的。盡管為示意性的，但這些圖中相關(guān)系統(tǒng)部件的相對(duì)大小和位置被認(rèn)為適當(dāng)?shù)乇硎敬祟?lèi)部件在實(shí)際比例圖中將呈現(xiàn)的樣子。對(duì)于下面的至少圖14、14b、15和15a也是如此?；趫D11a，參考空間1103的面積對(duì)參考空間1105的面積的比(a1/a2)為至少60％。

提供圖11b和11c以另外說(shuō)明在輸出照明束1172被空間光調(diào)制器1150反射之后，光穿過(guò)投影儀1110。圖11b涵蓋被調(diào)制器1150的“接通”像素反射的光的情況，圖11c則涵蓋被調(diào)制器的“斷開(kāi)”像素反射的光的情況。另外，在這些圖中，與圖11和11a中的參考標(biāo)號(hào)類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)指代類(lèi)似的元件，無(wú)需另外說(shuō)明。

在圖11b中，來(lái)自輸出照明束1172的光被軸向像素1152a和偏軸像素1152b反射，假設(shè)這兩個(gè)像素都處于“接通”狀態(tài)，使得反射光具有經(jīng)旋轉(zhuǎn)的偏振，即，反射光具有第二偏振態(tài)p2而非偏振態(tài)p1。此偏振態(tài)p2的光被反射偏振片1184高度透射。因此，被“接通”像素反射的光透射穿過(guò)反射偏振片1184，并且穿過(guò)棱鏡1192的小平面1192b離開(kāi)分束器1180，然后被投影儀透鏡1160收集以最終形成投影輸出束1176。

另一方面，在圖11c中，來(lái)自輸出照明束1172的光同樣被軸向像素1152a和偏軸像素1152b反射，但現(xiàn)在假設(shè)這些像素處于“斷開(kāi)”狀態(tài)，使得反射光不具有經(jīng)旋轉(zhuǎn)的偏振，即，反射光具有第一偏振態(tài)p1。此偏振態(tài)p1的光被反射偏振片1184高度反射。因此，被“斷開(kāi)”像素反射的光被反射偏振片1184反射，之后被反射體1182朝向分束器1180的左側(cè)反射，在分束器中此類(lèi)光線可被吸收或以其它方式損失。被“斷開(kāi)”像素反射的光因此不被投影儀透鏡1160收集，并且實(shí)際上并不貢獻(xiàn)于投影輸出束1176。

圖12和13表示對(duì)投影儀1110的修改，其中第一棱鏡主體1190被替代的棱鏡主體取代。這些取代并不限制改變光在光源、空間光調(diào)制器和投影透鏡之間傳播的方式，因此不針對(duì)這些圖重復(fù)所述描述。

在圖12中，投影儀1210使用具有顯著不同大小的相對(duì)棱鏡的偏振分束器1280。投影儀1210還包括光源1220、具有像素元件1252的空間光調(diào)制器1250，以及具有單個(gè)透鏡的投影儀透鏡1260，并且所有這些元件都可與投影儀1110中的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似。

分束器1280包括夾置在兩個(gè)相對(duì)棱鏡主體之間的傾斜設(shè)置的反射偏振片1284：第一此棱鏡主體1290包括用于限定相對(duì)較小棱鏡1292的兩個(gè)小平面1292a,1292b，并且另一個(gè)棱鏡主體是相對(duì)較大的棱鏡1295。來(lái)自光源1220的偏振光穿過(guò)小平面1292a進(jìn)入分束器1280，并且來(lái)自空間光調(diào)制器1250的空間圖案化光則穿過(guò)小平面1292b離開(kāi)分束器。小棱鏡1292的邊界可通過(guò)將小平面1292a,1292b延伸到反射偏振片1284以分別限定標(biāo)記點(diǎn)c和b來(lái)確定，并且第三點(diǎn)a位于小平面1292a,1292b的交匯處。清楚地看見(jiàn)較大棱鏡1295的角部為標(biāo)記點(diǎn)d、e和f。具有彎曲外表面的透鏡或其它光學(xué)主體附接到棱鏡1295的側(cè)表面。反射體1282施用于這些彎曲外表面中的一個(gè)，并且延遲膜1286設(shè)置在反射體1282與反射偏振片1284之間。反射體1282和延遲膜1286可與投影儀1110的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似。光源1220結(jié)合分束器1280充當(dāng)照明器。被空間光調(diào)制器的“接通”像素反射的光透射穿過(guò)反射偏振片1284，并且穿過(guò)棱鏡1292的小平面1292b離開(kāi)分束器1280，然后被投影儀透鏡1260收集以最終形成投影輸出束1276。

在該實(shí)施方案中，第一棱鏡主體1290覆蓋反射偏振片1284的僅一部分，并且第一棱鏡主體1290不包括除棱鏡1292之外的棱鏡。點(diǎn)a、b、c、d、e、f的位置可與投影儀1110中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)大致相同，因此，棱鏡尺寸h1、h2、hl1、hl2及其各種比值可滿足與上文所述相同的條件。

在圖13中，投影儀1310使用具有顯著不同大小的相對(duì)棱鏡的偏振分束器1380。投影儀1310還包括光源1320、具有像素元件1352的空間光調(diào)制器1350，以及具有單個(gè)透鏡的投影儀透鏡1360，并且所有這些元件都可與投影儀1110中的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似。

分束器1380包括夾置在兩個(gè)相對(duì)棱鏡主體之間的傾斜設(shè)置的反射偏振片1384：第一此棱鏡主體1390包括用于限定相對(duì)較小棱鏡1392的兩個(gè)小平面1392a,1392b，并且另一個(gè)棱鏡主體是相對(duì)較大的棱鏡1395。來(lái)自光源1320的偏振光穿過(guò)小平面1392a進(jìn)入分束器1380，來(lái)自空間光調(diào)制器1350的空間圖案化光則穿過(guò)小平面1392b離開(kāi)分束器。小棱鏡1392的邊界可通過(guò)將小平面1392a,1392b延伸到反射偏振片1384以分別限定標(biāo)記點(diǎn)c和b來(lái)確定，并且第三點(diǎn)a位于小平面1392a,1392b的交匯處。清楚地看見(jiàn)較大棱鏡1395的角部為標(biāo)記點(diǎn)d、e和f。具有彎曲外表面的透鏡或其它光學(xué)主體附接到棱鏡1395的側(cè)表面。反射體1382施用于這些彎曲外表面中的一個(gè)，并且延遲膜1386設(shè)置在反射體1382與反射偏振片1384之間。反射體1382和延遲膜1386可與投影儀1110的對(duì)應(yīng)元件相同或類(lèi)似。光源1320結(jié)合分束器1380充當(dāng)照明器。

在該實(shí)施方案中，第一棱鏡主體1390覆蓋基本上整個(gè)反射偏振片1384，并且第一棱鏡主體1390包括除棱鏡1392之外的兩個(gè)棱鏡，即棱鏡390和棱鏡396。點(diǎn)a、b、c、d、e、f的位置可與投影儀1110中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)大致相同，因此，棱鏡尺寸h1、h2、hl1、hl2及其各種比值可滿足與上文所述相同的條件。

圖14示出另一個(gè)緊湊型投影儀1410和照明器。該投影儀結(jié)合圖1中所示的反射腔構(gòu)造，并使用具有顯著不同大小的相對(duì)棱鏡的偏振分束器。

在這種情況下，光源1420將輸入光束射到由反射體1432和反射偏振片1434形成的反射腔1430中。延遲膜1436設(shè)置在腔中，并且反射體1432和延遲膜1436中都具有孔1438。反射體1432、反射偏振片1434和延遲膜1436可如圖所示施用于光學(xué)透鏡或主體1431的外表面，并且可在其它方面與圖4中反射腔430的對(duì)應(yīng)部件相同或類(lèi)似。離開(kāi)反射腔1430的光進(jìn)入偏振分束器1480。

分束器1480包括夾置在兩個(gè)相對(duì)棱鏡主體之間的傾斜設(shè)置的反射偏振片1484：第一此棱鏡主體1490包括用于限定相對(duì)較小棱鏡1492的兩個(gè)小平面1492a,1492b，并且另一個(gè)棱鏡主體是相對(duì)較大的棱鏡1495。離開(kāi)反射腔1430的偏振光穿過(guò)棱鏡1495的小平面進(jìn)入分束器1480，然后被反射偏振片1484反射，使得偏振光離開(kāi)分束器1480并投射在空間光調(diào)制器1450上。其偏振被空間光調(diào)制器1450的“接通”像素旋轉(zhuǎn)的光重新進(jìn)入分束器1480并且現(xiàn)在穿過(guò)反射偏振片1484，橫穿小棱鏡1492，然后穿過(guò)小平面1492b離開(kāi)分束器1480。小棱鏡1492的邊界可通過(guò)將小平面1492a,1492b延伸到反射偏振片1484以分別限定標(biāo)記點(diǎn)c和b來(lái)確定，并且第三點(diǎn)a位于小平面1492a,1492b的交匯處。清楚地看見(jiàn)較大棱鏡1495的角部為標(biāo)記點(diǎn)d、e和f。具有可任選地聚焦或會(huì)聚離開(kāi)照明束的彎曲外表面的透鏡或其它光學(xué)主體附接到棱鏡1495的下部側(cè)表面。在該實(shí)施方案中，分束器1480無(wú)需包括除反射偏振片1484之外的任何延遲膜或反射體。

如圖所示，棱鏡1492、1495具有相應(yīng)的棱鏡高度h1和h2，這些參數(shù)以及相應(yīng)的斜邊長(zhǎng)度hl1和hl2及其各種比值可滿足與上文所述相同的條件。

參考代表性光線1444，第一光線部分1444a具有基本上被反射偏振片1434反射的第一偏振態(tài)p1，使得反射光線部分1444b穿過(guò)延遲膜1436并且被反射體1432反射。此反射產(chǎn)生再次穿過(guò)延遲膜1436的光線部分1444c，從而獲得被反射偏振片1434高度透射的第二偏振態(tài)p2。因此，光線部分1444c穿過(guò)反射偏振片1434以提供光線部分1444d，該光線部分進(jìn)入分束器1480并且被反射偏振片1484反射以產(chǎn)生反射光線部分1444e。此光線離開(kāi)分束器1480以作為光線部分1444f，從空間光調(diào)制器1450的“接通”像素反射(因此將偏振態(tài)從p2旋轉(zhuǎn)回到p1)以作為光線部分1444g，重新進(jìn)入分束器1480以作為光線部分1444h(仍具有偏振態(tài)p1)，現(xiàn)在穿過(guò)反射偏振片1484，橫穿棱鏡1492以作為光線部分1444i，然后在至投影儀透鏡1460的途中于小平面1492b處離開(kāi)分束器1480。由投影儀透鏡1460收集的此類(lèi)光最終形成投影儀1410的投影輸出束1476。

圖14a是在光學(xué)主體1431的外表面1431a上的反射體1432和延遲膜1436的放大視圖。

圖14b是圖14的基本復(fù)制，其中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)指代類(lèi)似的元件，不再另述，并且其中矩形參考空間1403,1405疊加在圖上。第一參考空間1403是由傾斜取向的反射偏振片1484限定的矩形空間。更具體地講，參考空間1403是對(duì)角線為反射偏振片1484的矩形。第二參考空間1405是包圍投影儀的光學(xué)部件的最小矩形空間，光學(xué)部件即分束器1480、光源1420、空間光調(diào)制器1450和投影儀透鏡1460。上文結(jié)合圖11所述的針對(duì)對(duì)應(yīng)矩形參考空間的關(guān)系被認(rèn)為至少部分也適用于投影儀1410的參考空間1403、1405。具體地講，參考空間1403的面積對(duì)參考空間1405的面積的比(a1/a2)為至少45％。

圖15的投影儀1510在也結(jié)合圖1中所示反射腔構(gòu)造并使用偏振分束器的范圍內(nèi)類(lèi)似于圖14的投影儀。然而，投影儀1510還通過(guò)添加檢測(cè)器裝置來(lái)使用分束器的未使用側(cè)，使得投影儀1510也能夠用作相機(jī)。

光源1520將輸入光束射到由反射體1532和反射偏振片1534形成的反射腔1530中。延遲膜1536設(shè)置在腔中，并且反射體1532和延遲膜1536中都具有孔1538。反射體1532、反射偏振片1534和延遲膜1536可如圖所示施用于光學(xué)透鏡或主體1531的外表面，并且可在其它方面與圖4中反射腔430的對(duì)應(yīng)部件相同或類(lèi)似。離開(kāi)反射腔1530的光進(jìn)入偏振分束器1580。

偏振分束器1580包括夾置在兩個(gè)相對(duì)棱鏡主體之間的傾斜設(shè)置的反射偏振片1584：第一棱鏡主體1590和第二棱鏡主體或棱鏡1595。離開(kāi)反射腔1530的偏振光穿過(guò)棱鏡1595的小平面進(jìn)入分束器1580，然后被反射偏振片1584反射，使得偏振光離開(kāi)分束器1580并投射在空間光調(diào)制器1550上。其偏振被空間光調(diào)制器1550的“接通”像素旋轉(zhuǎn)的光重新進(jìn)入分束器1480并且現(xiàn)在穿過(guò)反射偏振片1584，橫穿小棱鏡1590，然后在大小適于配合投影儀透鏡1560的至少一部分的井凹或孔中離開(kāi)分束器1580。具有可任選地聚焦或會(huì)聚離開(kāi)照明束的彎曲外表面的透鏡或其它光學(xué)主體附接到棱鏡1595的下部側(cè)表面。在該實(shí)施方案中，分束器1580無(wú)需包括除反射偏振片1584之外的任何延遲膜或反射體。

參考代表性光線1544，第一光線部分1544a具有基本上被反射偏振片1534反射的第一偏振態(tài)p1，使得反射光線部分1544b穿過(guò)延遲膜1536并且被反射體1532反射。此反射產(chǎn)生再次穿過(guò)延遲膜1536的光線部分1544c，從而獲得被反射偏振片1534高度透射的第二偏振態(tài)p2。因此，光線部分1544c穿過(guò)反射偏振片1534以提供光線部分1544d，該光線部分進(jìn)入分束器1580并且被反射偏振片1584反射以產(chǎn)生反射光線部分1544e。此光線離開(kāi)分束器1580以作為光線部分1544f，從空間光調(diào)制器1550的“接通”像素反射(因此將偏振態(tài)從p2旋轉(zhuǎn)回到p1)以作為光線部分1544g，重新進(jìn)入分束器1580以作為光線部分1544h(仍具有偏振態(tài)p1)，現(xiàn)在穿過(guò)反射偏振片1584，橫穿棱鏡主體1590以作為光線部分1544i，然后在至投影儀透鏡1560的途中離開(kāi)分束器1580。由投影儀透鏡1560收集的此類(lèi)光最終形成投影儀1510的投影輸出束。

入射光線1545表示來(lái)源于投影儀外部的主體但穿過(guò)投影儀透鏡1545的光。第一光線部分1545a進(jìn)入投影儀透鏡1560，離開(kāi)透鏡1560以作為光線部分1545b，然后進(jìn)入分束器1580以作為光線部分1545c。假設(shè)光線部分1545a為初始非偏振的，則光線部分1545c將也為非偏振的，并且將包括第一偏振態(tài)p1和第二偏振態(tài)p2兩種組成，如圖所示。當(dāng)光線部分1545c遇到反射偏振片1584時(shí)，p1偏振態(tài)將被透射成光線部分1545d，并且p2偏振態(tài)將被反射成光線部分1545e，該光線部分隨后在分束器1580的放置有檢測(cè)器裝置1596的未使用小平面處離開(kāi)分束器。所示的檢測(cè)器裝置1596為具有檢測(cè)器元件的陣列，諸如電荷耦合器件(ccd)檢測(cè)器陣列，但也可使用其它已知檢測(cè)器陣列或甚至單個(gè)檢測(cè)器元件。通過(guò)在投影儀1510中包括檢測(cè)器裝置1596，用于將圖像投影到較遠(yuǎn)位置的同一投影儀透鏡1560還可用于從較遠(yuǎn)位置收集光并且捕獲該光以作為相機(jī)圖像等。此類(lèi)檢測(cè)器裝置還可通過(guò)以下方式結(jié)合到圖14的投影儀1410中：將相同或類(lèi)似的陣列置于未使用的小平面1492a處，或置于距其間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)透鏡或其它光學(xué)元件的此類(lèi)小平面1492a一定間距的位置處。

圖15a是圖15的基本復(fù)制，其中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)指代類(lèi)似的元件，不再另述，并且其中矩形參考空間1503、1505疊加在圖上。第一參考空間1503是由傾斜取向的反射偏振片1584限定的矩形空間。更具體地講，參考空間1503是對(duì)角線為反射偏振片1584的矩形。第二參考空間1505是包圍投影儀的光學(xué)部件的最小矩形空間，光學(xué)部件即分束器1580、光源1520、空間光調(diào)制器1550、投影儀透鏡1560和檢測(cè)器裝置1596。上文結(jié)合圖11所述的針對(duì)對(duì)應(yīng)矩形參考空間的關(guān)系被認(rèn)為至少部分也適用于投影儀1510的參考空間1503、1505。具體地講，參考空間1503的面積對(duì)參考空間1505的面積的比(a1/a2)為至少40％。

圖16示意性地示出另一個(gè)投影儀和照明系統(tǒng)。投影儀1610不需要反射腔或分束器。相反，來(lái)自光源1620的光，如由代表性光線1644的光線部分1644a表示，簡(jiǎn)單地由一對(duì)透鏡l1、l2收集，但可使用超過(guò)兩個(gè)或少于兩個(gè)透鏡。透鏡使光聚焦以產(chǎn)生會(huì)聚的輸出照明束，由光線部分1644b表示。該束投射在透射型空間光調(diào)制器1650上，從而產(chǎn)生空間圖案化束，如由光線部分1644c表示?？臻g圖案化束隨后被投影儀透鏡1660收集并投影到較遠(yuǎn)位置。由于會(huì)聚的照明束，投影儀透鏡1660或其單個(gè)組成透鏡中的至少一者可具有最大側(cè)向尺寸ld1(例如，如沿著x軸或沿著y軸或沿著空間光調(diào)制器1650的對(duì)角線所測(cè)得)，該最大側(cè)向尺寸小于空間光調(diào)制器1650的對(duì)應(yīng)側(cè)向尺寸ld2或滿足關(guān)系30％<ld1/ld2<70％。

除非另外指明，否則本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中用來(lái)表示數(shù)量、特性量度等的所有數(shù)字都應(yīng)被理解為由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。因此，除非有相反的指示，否則本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可以根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本專(zhuān)利申請(qǐng)的教導(dǎo)內(nèi)容想要獲得的所需特性而改變。并且不旨在將等同原則的應(yīng)用限制在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)，至少應(yīng)該根據(jù)所記錄的有效數(shù)位的數(shù)目和通過(guò)應(yīng)用慣常的四舍五入法來(lái)解釋每個(gè)數(shù)值參數(shù)。雖然給出本發(fā)明寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但就任何數(shù)值均在本文所述的具體示例中列出來(lái)說(shuō)，這些近似值都是按盡量合理的精確程度記錄的。然而，任何數(shù)值可以很好地包括與測(cè)試或測(cè)量限制相關(guān)聯(lián)的誤差。

以下為本發(fā)明的實(shí)施方案。

實(shí)施方案1為緊湊型投影儀，包括：包括反射偏振片的分束器，該反射偏振片傾斜地設(shè)置以限定第一矩形參考空間的對(duì)角線；靠近反射偏振片設(shè)置的光源，該光源被構(gòu)造成朝向反射偏振片發(fā)射輸入光束；被設(shè)置成接收來(lái)源于輸入光束的輸出照明束的空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器適于選擇性地反射輸出照明束以提供圖案化光束；以及適于接收?qǐng)D案化光束的投影儀透鏡；其中分束器、光源、空間光調(diào)制器和投影儀透鏡被第二矩形參考空間包圍；并且其中第一矩形參考空間具有面積a1，并且第二矩形參考空間具有面積a2，并且其中30％<a1/a2<70％。

實(shí)施方案2為實(shí)施方案1所述的投影儀，其中40％<a1/a2<70％。

實(shí)施方案3為實(shí)施方案1所述的投影儀，其中分束器包括設(shè)置在反射偏振片的相對(duì)側(cè)上的第一棱鏡和第二棱鏡。

實(shí)施方案4為實(shí)施方案3所述的投影儀，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一斜邊長(zhǎng)度和第二斜邊長(zhǎng)度hl1和hl2，并且其中40％<hl1/hl2<70％。

實(shí)施方案5為實(shí)施方案3所述的投影儀，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一棱鏡高度和第二棱鏡高度h1和h2，并且其中40％<h1/h2<70％。

實(shí)施方案6為實(shí)施方案1所述的投影儀，其中投影儀透鏡具有最大側(cè)向尺寸ld1，并且空間光調(diào)制器具有最大側(cè)向尺寸ld2，并且其中l(wèi)d1小于ld2。

實(shí)施方案7為實(shí)施方案6所述的投影儀，其中30％<ld1/ld2<70％。

實(shí)施方案8為實(shí)施方案1所述的投影儀，其中光源包括led晶粒和偏振片，并且其中輸入光束被偏振。

實(shí)施方案9為實(shí)施方案1所述的投影儀，其中投影儀還包括檢測(cè)器，以接收源自投影儀外部的主體、穿過(guò)投影儀透鏡的光。

實(shí)施方案10為緊湊型投影儀，包括：傾斜地設(shè)置以限定第一矩形參考空間的對(duì)角線的反射偏振片；靠近反射偏振片設(shè)置的光源，該光源被構(gòu)造成朝向反射偏振片發(fā)射輸入光束；被設(shè)置成接收來(lái)源于輸入光束的輸出照明束的空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器適于選擇性地反射輸出照明束以提供圖案化光束；適于接收?qǐng)D案化光束的投影儀透鏡；其中光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

實(shí)施方案11為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中光源的至少一部分和投影儀透鏡的至少一部分均設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

實(shí)施方案12為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中光源的至少一部分和投影儀透鏡的至少一部分中的僅一者設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

實(shí)施方案13為實(shí)施方案11所述的投影儀，其中反射偏振片將第一矩形參考空間劃分成第一部分和第二部分，并且其中光源的至少一部分或投影儀透鏡的至少一部分設(shè)置在第一矩形參考空間的第一部分內(nèi)。

實(shí)施方案14為實(shí)施方案13所述的投影儀，其中光源的至少一部分和投影儀透鏡的至少一部分均設(shè)置在第一矩形參考空間的第一部分內(nèi)。

實(shí)施方案15為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中光源包括led晶粒，并且其中l(wèi)ed晶粒完全設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

實(shí)施方案16為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中投影儀透鏡包括串聯(lián)的多個(gè)單個(gè)透鏡，并且其中單個(gè)透鏡中的至少一者完全設(shè)置在第一矩形參考空間內(nèi)。

實(shí)施方案17為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中反射偏振片是分束器的一部分，分束器還包括設(shè)置在反射偏振片的相對(duì)側(cè)上的第一棱鏡和第二棱鏡。

實(shí)施方案18為實(shí)施方案17所述的投影儀，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一斜邊長(zhǎng)度和第二斜邊長(zhǎng)度hl1和hl2，并且其中40％<hl1/hl2<70％。

實(shí)施方案19為實(shí)施方案17所述的投影儀，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一棱鏡高度和第二棱鏡高度h1和h2，并且其中40％<h1/h2<70％。

實(shí)施方案20為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中投影儀透鏡具有最大側(cè)向尺寸ld1，并且空間光調(diào)制器具有最大側(cè)向尺寸ld2，并且其中l(wèi)d1小于ld2。

實(shí)施方案21為實(shí)施方案20所述的投影儀，其中30％<ld1/ld2<70％。

實(shí)施方案22為實(shí)施方案10所述的投影儀，其中投影儀還包括檢測(cè)器，以接收源自投影儀外部的主體、穿過(guò)投影儀透鏡的光。

實(shí)施方案23為偏振分束器，包括：包括第一棱鏡的第一棱鏡主體；包括第二棱鏡的第二棱鏡主體；以及夾置在第一棱鏡主體與第二棱鏡主體之間的反射偏振片；其中第一棱鏡顯著小于第二棱鏡。

實(shí)施方案24為實(shí)施方案23所述的分束器，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一斜邊長(zhǎng)度和第二斜邊長(zhǎng)度hl1和hl2，并且其中40％<hl1/hl2<70％。

實(shí)施方案25為實(shí)施方案23所述的分束器，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一棱鏡高度和第二棱鏡高度h1和h2，并且其中40％<h1/h2<70％。

實(shí)施方案26為實(shí)施方案23所述的分束器，其中分束器被構(gòu)造成使得穿過(guò)第一棱鏡主體的光主要穿過(guò)第一棱鏡。

實(shí)施方案27為實(shí)施方案26所述的分束器，其中反射偏振片包括面向第一棱鏡主體的第一主表面，并且其中第一棱鏡主體覆蓋第一主表面的大部分。

實(shí)施方案28為實(shí)施方案27所述的分束器，其中第一棱鏡主體覆蓋基本上整個(gè)第一主表面。

實(shí)施方案29為實(shí)施方案23所述的分束器，其中第一棱鏡主體包括除第一棱鏡之外的至少一個(gè)棱鏡。

實(shí)施方案30為實(shí)施方案23所述的分束器，其中第一棱鏡主體不包括除第一棱鏡之外的棱鏡。

實(shí)施方案31為緊湊型偏振照明器，包括：反射體；被設(shè)置成與反射體一起形成反射腔的反射偏振片；設(shè)置在反射腔內(nèi)的延遲膜；以及被設(shè)置成穿過(guò)反射體中的孔將偏振輸入光束發(fā)射到反射腔中的光源；其中反射體、反射偏振片和延遲膜被構(gòu)造成從輸入光束產(chǎn)生輸出照明束，并且其中輸出照明束被偏振。

實(shí)施方案32為實(shí)施方案31所述的照明器，其中反射體和反射偏振片中的至少一者是彎曲的，并且其中輸出照明束是會(huì)聚的。

實(shí)施方案33為實(shí)施方案31所述的照明器，其中光沿著從光源到輸出照明束的光路，包括穿過(guò)孔、從反射偏振片反射、從反射體反射、穿過(guò)反射偏振片，以及穿過(guò)延遲膜至少兩次。

實(shí)施方案34為實(shí)施方案31所述的照明器，其中反射腔限定腔體積，并且腔體積的大部分包括至少一種固體透光材料。

實(shí)施方案35為實(shí)施方案31所述的照明器，其中反射腔限定腔體積，并且腔體積的大部分包括空氣或真空。

實(shí)施方案36為實(shí)施方案31所述的照明器，其中延遲膜靠近反射體，并且孔也在延遲膜中。

實(shí)施方案37為實(shí)施方案31所述的照明器，其中照明器還包括散射元件，以使輸出照明束更加空間均勻。

實(shí)施方案38為實(shí)施方案37所述的照明器，其中散射元件包括粗糙化表面，并且粗糙化表面是反射腔的一部分。

實(shí)施方案39為實(shí)施方案37所述的照明器，其中散射元件包括在反射腔內(nèi)的散射材料層。

實(shí)施方案40為實(shí)施方案31所述的照明器，其中光源包括led和偏振片。

實(shí)施方案41為緊湊型偏振照明器，包括：反射體；相對(duì)于反射體傾斜地設(shè)置的反射偏振片；設(shè)置在反射體與反射偏振片之間的延遲膜；以及被設(shè)置成穿過(guò)反射偏振片朝向反射體發(fā)射第一偏振態(tài)的輸入光束的光源；其中反射體、反射偏振片和延遲膜被構(gòu)造成從輸入光束產(chǎn)生輸出照明束，并且其中輸出照明束具有正交于第一偏振態(tài)的第二偏振態(tài)。

實(shí)施方案42為實(shí)施方案41所述的照明器，其中反射偏振片是分束器的一部分，分束器還包括設(shè)置在反射偏振片的相對(duì)側(cè)上的第一棱鏡和第二棱鏡。

實(shí)施方案43為實(shí)施方案42所述的照明器，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一斜邊長(zhǎng)度和第二斜邊長(zhǎng)度hl1和hl2，并且其中40％<hl1/hl2<70％。

實(shí)施方案44為實(shí)施方案42所述的照明器，其中第一棱鏡和第二棱鏡具有相應(yīng)的第一棱鏡高度和第二棱鏡高度h1和h2，并且其中40％<h1/h2<70％。

實(shí)施方案45為投影儀，包括：實(shí)施方案31的偏振照明器；被設(shè)置成攔截輸出照明束以便產(chǎn)生空間圖案化束的空間光調(diào)制器；以及用于接收空間圖案化束的投影儀透鏡。

實(shí)施方案46為實(shí)施方案45所述的投影儀，其中空間光調(diào)制器為透射型空間光調(diào)制器。

實(shí)施方案47為實(shí)施方案45所述的投影儀，其中空間光調(diào)制器為反射型空間光調(diào)制器。

實(shí)施方案48為實(shí)施方案45所述的投影儀，其中投影儀透鏡具有最大側(cè)向尺寸ld1，并且空間光調(diào)制器具有最大側(cè)向尺寸ld2，并且其中l(wèi)d1小于ld2。

實(shí)施方案49為實(shí)施方案45所述的投影儀，其中投影儀還包括檢測(cè)器，以接收源自投影儀外部的主體且穿過(guò)投影儀透鏡的光。

實(shí)施方案50為投影儀，包括：實(shí)施方案41的偏振照明器；被設(shè)置成攔截輸出照明束以便產(chǎn)生空間圖案化束的空間光調(diào)制器；以及用于接收空間圖案化束的投影儀透鏡。

實(shí)施方案51為實(shí)施方案50所述的投影儀，其中空間光調(diào)制器為反射型空間光調(diào)制器。

實(shí)施方案52為實(shí)施方案50所述的投影儀，其中投影儀透鏡具有最大側(cè)向尺寸ld1，并且空間光調(diào)制器具有最大側(cè)向尺寸ld2，并且其中l(wèi)d1小于ld2。

實(shí)施方案53為實(shí)施方案50所述的投影儀，其中投影儀還包括檢測(cè)器，以接收源自投影儀外部的主體且穿過(guò)投影儀透鏡的光。

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