用于显示系统的紧凑型投影仪

交叉引用的申请

本申请要求于2021年10月18日提交的美国临时申请No.63/262,671和于2022年6月21日提交的美国临时申请No.63/366,735的优先权，这些美国临时申请的公开内容通过引用整体并入。

技术领域

本发明一般涉及投影仪系统，并且更具体地涉及并入到合并了基于波导的显示器的头戴式增强现实显示器中的投影仪系统。

背景技术

波导可以被称为具有限制和引导波(即-限制波可以传播的空间区域)的能力的结构。一个子类包括光波导，其是可以引导电磁波(通常是可见光谱中的电磁波)的结构。波导结构可以被设计为使用多个不同的机制来控制波的传播路径。例如，平面波导可以被设计为利用衍射光栅对入射光进行衍射并将其耦合到波导结构中，使得处于耦合的光可以经由全内反射(TIR)在平面结构内继续行进。

波导的制造可以包括允许在波导内或表面上对全息光学元件的记录的使用的材料系统。一类这样的材料包括聚合物分散液晶(PDLC)混合物，该聚合物分散液晶混合物是包含可光聚合单体和液晶的混合物。这样的混合物的另一子类包括全息聚合物分散液晶(HPDLC)混合物。诸如体积相位光栅的全息光学元件可以通过用两个相互相干的激光束照亮材料被记录在这样的液体混合物中。在记录处理期间中，单体聚合，并且混合物经历光聚合诱导的相分离，创建了由液晶(LC)微滴密集填充的区域，其中散布有透明聚合物区域。交替的富含液晶和耗尽液晶的区域形成光栅的边缘平面。

诸如上面描述的那些的波导光学器件可被考虑用于显示系统和传感器应用的范围。在许多应用中，可以使用各种波导架构和材料系统来实现包含编码多个光学功能的一个或多个光栅层的波导，从而实现用于增强现实(AR)和虚拟现实(VR)的近眼显示器、用于航空和道路运输的紧凑型平视显示器(HUD)以及用于生物识别和激光雷达(LIDAR)应用的传感器中的新创新。由于这些应用中的许多应用是针对消费品的，因此存在对大批量制造全息波导的高效低成本手段的越来越大的需求。

在近眼显示器和显示设备中，包括波导和投影仪的整个系统是紧凑且轻量可能是有益的，以使得用户能够舒适地佩戴近眼显示器并且使得用户能够在用户移动的环境中执行不同的任务。

发明内容

各种实施例针对一种用于显示图像的投影仪设备，包括：光源；第一反射型偏振器；反射型图像调制器；一组一个或多个透镜，沿着第一光轴被定位在第一反射型偏振器和反射型图像调制器之间；以及显示系统。光源可以输出照明光，该照明光至少部分地穿过第一反射型偏振器并且被该组一个或多个透镜聚焦以将具有窄锥角的远心照明提供到反射型图像调制器上。照明光可以被反射型图像调制器反射以形成由该组一个或多个透镜聚焦的包含图像的光，并且其中包含图像的光被第一反射型偏振器反射以提供对显示系统的输入。

在各种其它实施例中，照明光穿过该组一个或多个透镜以聚焦到反射型图像调制器上，并且包含图像的光返回穿过该组一个或多个透镜以提供聚焦的图像作为对显示系统的输入。

在又各种其它实施例中，光源包括一个或多个LED，每个LED具有小于+/-15度的锥角。

在又各种其它实施例中，光源包括一个或多个激光器。

在又各种其它实施例中，光源包括漫射器以增加照明光的锥角以在反射型偏振器处匹配包含图像的光的锥角。

在又各种其它实施例中，漫射器是全息漫射器。

在又各种其它实施例中，全息漫射器是提供矩形照明图案的平顶漫射器。

在又各种其它实施例中，照明图案基本上与反射型图像调制器的活动区域匹配。

在又各种其它实施例中，光源包括具有多个光源的合色棱镜，这些多个光源由合色棱镜引导以在反射型偏振器处对所有光源提供照明光的共用路径和共用锥角。

在又各种其它实施例中，多个光源是红色LED、绿色LED和蓝色LED，并且合色棱镜包括二向色涂层。

在又各种其它实施例中，投影仪设备包括顺次地操作LED以提供反射型图像调制器的顺次的红色、绿色和蓝色照明的控制器。

在又各种其它实施例中，控制器调整LED的亮度和工作周期以产生由用户感知的与图像的部分相关联的颜色。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器是线栅偏振器。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器被定向为与光源和反射型图像调制器之间的共用光轴成45度，从而折叠包含图像的光的光路。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器在反射侧面向反射型图像调制器的情况下被定向。

在又各种其它实施例中，显示系统包括波导。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括在第一反射型偏振器和显示系统之间沿着用于包含图像的光的折叠光路上的第二光轴定位的一组一个或多个输出透镜。

在又各种其它实施例中，该组一个或多个透镜和该组一个或多个输出透镜一起准直来自所述反射型图像调制器的包含图像的光并将从反射型图像调制器的每个像素反射的光投影到显示的FOV的唯一部分中。

在又各种其它实施例中，第一光轴和第二光轴彼此垂直。

在又各种其它实施例中，该组一个或多个透镜和该组一个或多个输出透镜包括选自球面表面、非球面表面和衍射光学表面的组中的至少一个。

在又各种其它实施例中，第一反射型偏振器反射第一偏振的光并透射第二偏振的光，并且其中反射型图像调制器将光从第二偏振的光变换为与图像内容对应的第一偏振的光。

在又各种其它实施例中，光源输出具有P偏振的光，第一反射型偏振器透射P偏振光，反射型图像调制器将P偏振光变换为由第一反射型偏振器反射的与图像内容对应的S偏振光。

在又各种其它实施例中，光源输出具有S偏振的光，第一反射型偏振器透射S偏振光，反射型图像调制器将S偏振光变换为由第一反射型偏振器反射的与图像内容对应的P偏振光。

在又各种其它实施例中，光源被配置为输出红色光、绿色光和蓝色光。

在又各种其它实施例中，光源包括红色LED、绿色LED和蓝色LED。

在又各种其它实施例中，光源还包括光组合器，并且其中红色LED、绿色LED和蓝色LED被定位为将不同颜色的光输出到光组合器的不同面上。

在又各种其它实施例中，光组合器是合色棱镜。

在又各种其它实施例中，组合的不同颜色的光从光组合器的唯一面输出为白色光。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括定位在光组合器和第一反射型偏振器之间的漫射器。

在又各种其它实施例中，漫射器被附接到光组合器的输出面。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括部署在光组合器的输出面上的吸收型偏振器。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括：四分之一波片，定位在第一反射型偏振器和光组合器之间；第一镜子，定位在第一反射型偏振器上方；以及多个镜子，以对应于红色LED、绿色LED和蓝色LED的定位的光圈围绕光组合器。光可以：在四分之一波片内旋转，至少部分地从第一反射型偏振器反射，其中第一反射型偏振器透射第一线性偏振光并反射第二线性偏振光，从第一镜子反射，再次从第一反射型偏振器反射，在四分之一波片内旋转成圆偏振光，重新进入光组合器，其中光从反转圆偏振光的方向的多个镜子中的至少一个反射，在四分之一波片内旋转成第二线性偏振光并透射通过第一反射型偏振器。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括：膜堆叠，包括：漫射器、第二反射型偏振器、以及定位在光组合器与第一反射型偏振器之间的四分之一波片；以及多个镜子，以对应于红色LED、绿色LED和蓝色LED的定位的光圈围绕光组合器。光可以：在四分之一波片内旋转，至少部分地从第二反射型偏振器反射，其中第二反射型偏振器被配置为透射第一线性偏振光并反射第二线性偏振光，在四分之一波片内旋转成圆偏振光，重新进入光组合器，其中光从反转圆偏振光的方向的多个镜子中的至少一个反射，在四分之一波片内旋转成第一线性偏振光，透射通过第二反射型偏振器，漫射通过漫射器，并且穿过第一反射型偏振器。

在又各种其它实施例中，第一反射型偏振器和第二反射型偏振器被配置为透射相同的偏振光。

在又各种其它实施例中，第一反射型偏振器和第二反射型偏振器被配置为反射相同的偏振光。

在又各种其它实施例中，第二反射型偏振器是弯曲的并且漫射器被共形地涂覆到弯曲的第二反射型偏振器。

在又各种其它实施例中，反射型图像调制器包括硅上液晶(LCoS)空间光调制器。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括定位在光源和第一反射型偏振器之间的吸收型偏振器。

在又各种其它实施例中，吸收型偏振器被定位在第一反射型偏振器的面向光源的表面上。

在又各种其它实施例中，第一反射型偏振器和吸收型偏振器被配置为透射相同的偏振光。

在又各种其它实施例中，投影仪设备还包括吸收型偏振器，该吸收型偏振器被定位在被第一反射型偏振器反射的包含图像的光的路径中。

在又各种其它实施例中，吸收型偏振器被配置为透射与反射型偏振器被配置为反射的相同的偏振光。

在又各种其它实施例中，显示系统包括波导，该波导包括被配置为将包含图像的光输入到波导内的全内反射的输入光栅。

各种进一步的实施例针对一种用于提供偏振光的设备，该设备包括：输出非偏振光的光源；与光源相关联的反射表面，该反射表面也至少部分地去偏振；以及反射型偏振器。来自光源的非偏振光的第一部分可以包括由反射型偏振器透射的第一偏振态，并且非偏振光的第二部分包括由反射型偏振器反射的第二偏振态。反射的第二部分然后可以被反射表面反射并去偏振以形成包括具有第一偏振态和第二偏振态两者的回收光。回收光的部分然后可以与它们的偏振态对应地被反射型偏振器透射和反射，从而增加具有第一偏振态的透射光。

在各种其它实施例中，设备还包括光源和反射型偏振器之间的偏振转换膜。

在又各种其它实施例中，偏振转换膜是四分之一波膜。

在又各种其它实施例中，偏振转换膜是去偏振膜。

在又各种其它实施例中，光源是LED。

在又各种其它实施例中，设备还包括透镜。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器被定位在光源和透镜之间。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器被定位在透镜上方。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器是弯曲的。

在又各种其它实施例中，弯曲是简单弯曲。

在又各种其它实施例中，弯曲是球面弯曲。

在又各种其它实施例中，弯曲是非球面弯曲。

在又各种其它实施例中，透镜是复合抛物面反射器。

在又各种其它实施例中，光源和透镜是接合的光组件并且光源相对于透镜对准。

在又各种其它实施例中，透镜是双折射的。

在又各种其它实施例中，透镜是折反射透镜。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器被定位在光源的100微米内。

在又各种其它实施例中，反射表面具有大于100埃的表面粗糙度。

在又各种其它实施例中，反射型偏振器具有大于100:1的消光比。

附图的简要说明

参考以下附图和数据图将更全面地理解本描述，这些附图和数据图被呈现为本公开的各种实施例并且不应被解释为对本公开的范围的完整叙述，其中：

图1图示了根据本发明的实施例的投影仪的示意图。

图2图示了结合图1描述的投影仪的操作。

图3图示了根据本发明的实施例的与波导集成的投影仪的示意图。

图4图示了根据本发明的实施例的光源的放大示意图。

图5图示了根据本发明的实施例的包括漫射器的投影仪。

图6图示了根据本发明的一个或多个实施例的包括一个或多个净化偏振器(cleanup polarizer)的投影仪。

图7图示了根据本公开的实施例的集成在头戴式基于波导的显示器内的上述投影仪的示意图。

图8图示了光源输出非偏振光的投影仪的操作。

图9示意性地图示了根据本发明的各种实施例的偏振光回收系统的操作。

图10示意性地图示了根据本发明的实施例的具有偏振光回收系统的投影仪。

图11示意性地图示了根据本发明的实施例的投影仪。

图12示意性地图示了根据本发明的实施例的LED组件。

图13A-图13G图示了包括光回收系统的LED组件的各种实施例。

图14图示了集成到具有多个LED的投影仪中的偏振回收系统。

图15图示了根据本发明的实施例的包括偏振光回收系统的投影仪的示意图。

图16A图示了根据本发明的实施例的包括光回收系统的投影仪的示意图。

图16B图示了根据本发明的实施例的光回收系统。

具体实施方式

头戴式显示设备可以包括投影仪设备，该投影仪设备将光注入到一个或多个波导中，该一个或多个波导将包括图像内容的图像光输出到用户的眼睛中。投影仪具有小的形状因数可能是有利的，以允许头戴式显示设备舒适地佩戴在用户的头上，尤其是当用户移动时。然而，通常，显示设备占据一定量的空间，这可能使得显示设备庞大且笨重。因此，投影仪具有小的形状因数是有利的。

所公开的技术的各种实施例涉及一种小形状因数投影仪，该投影仪利用折叠的光路来减小投影仪的整体大小。折叠的光路由来自反射型偏振器和反射型图像调制器的反射提供。沿着折叠的光路，来自光源的光穿过将照明光聚焦到反射型图像调制器上以提供远心照明的一个或多个透镜。照明光以图像内容被引入从而提供图像光的这样的方式被反射型图像调制器反射。然后，图像光返回穿过对图像光进行聚焦以用于呈现到波导的一个或多个透镜。这样，一个或多个透镜首先作用于照明光以提供反射型图像调制器的远心照明，然后其次作用于图像光以聚焦图像光以用于呈现到波导。通过提供反射型图像调制器的远心照明，当图像光由波导呈现到用户的眼睛时，在图像光内高对比度被确保，同时跨视场具有良好均匀性。通过使光路折叠并通过使用一个或多个透镜作用于照明光和图像光两者，投影仪的形状因数可以被大幅减小。

此外，所公开的技术的各种实施例包括定位在波导和反射型偏振器之间的一组一个或多个输出透镜。该组一个或多个输出透镜进一步聚焦图像光，从而使得更多的光功率能够被施加并且使得视场能够被扩大。一个或多个输出透镜可以是双合透镜或三合透镜，以减少表面反射损失以提高效率，并且还能够实现颜色校正以用于具有减少的颜色伪影的提高的图像质量。

所公开的技术的各种实施例还包括偏振回收。偏振回收增加了照明系统的效率，该照明系统利用非偏振光源(诸如LED)向需要偏振光的图像源(诸如LCOS显示系统)提供偏振照明光。可以提供>20％的效率提高。偏振回收可以发生在照明系统内的照明光被准直并且面积大的位置处，使得反射的回收的光被返回到大的散射层。对光进行准直并使用大面积减少了反射的回收的光到照明系统的侧壁的损失。因此，照明系统可以包括在偏振回收系统之前馈送到准直系统中的光源。然而，照明系统的该配置可能是大的。高亮度LED通常不包括透镜，因此与发射表面的锥角可能为100-140度。本发明的各种实施例包括通过将偏振回收与LED组件相关联而紧凑的偏振回收系统。

现在转向附图，图1图示了根据本发明的实施例的投影仪的示意图。投影仪包括向反射型偏振器104提供光的光源102。反射型偏振器104可以是诸如可从Moxtek(Orem,UT)获得的线栅偏振器，或者是诸如可从3M(Saint Paul,MN)获得的多层膜。反射型偏振器104被配置为透射第一偏振光并反射第二偏振光。第一偏振光和第二偏振光可以是正交偏振。来自光源102的光可以包括包含第一偏振和第二偏振两者的光(也被称为非偏振光)，其中第一偏振光透射通过反射型偏振器104到一个或多个透镜106。例如，反射型偏振器104可被配置为反射S偏振光并透射P偏振光。透射的第一偏振光穿过一个或多个透镜106以照亮反射型图像调制器108，该反射型图像调制器108通过将光按程度地从第一偏振转换为与图像内容相关的第二偏振来反射照明光。例如，反射型图像调制器108可以将P偏振光转换成包含图像数据的S偏振光。

一个或多个透镜106被定位在反射型偏振器104与反射型图像调制器108之间。可以存在定位在反射型偏振器104与波导之间的一个或多个输出透镜110。一个或多个透镜106首先接收来自光源102的已透射通过反射型偏振器104的光，其中一个或多个透镜106对光进行聚焦以向反射型图像调制器108提供具有窄锥角的远心照明光。一个或多个透镜106与一个或多个输出透镜110协作以形成投影透镜，该投影透镜对来自反射型光调制器108的每个像素的光进行准直并将来自每个像素的准直光投影到显示视场(FOV)的唯一部分中。

在一些实施例中，当一个或多个透镜106足以准直来自反射型光调制器108的光时，一个或多个输出透镜110可以不存在。然而，这可能导致减小的光功率以及因此较小的视场和用于将投影仪连接到波导的不足的空间。另一后果可能是一个或多个输出透镜106中的透镜元件的数量可能需要增加以校正透镜像差。

如先前所描述的，照明光然后被反射型图像调制器108反射以创建图像光。然而，通常通过吸收型偏振器、反射型偏振器、LCOS和偏振涂层的偏振的转换可能对光的入射角敏感。因此，照明光的偏振到与图像内容相关的图像光的偏振的转换更加均匀，因为由于照明是远心的，照明光线束具有均匀的中心角，并且光束内的角度变化减小，因为照明光具有窄锥角(例如小于+/-10度)。

如可以看到的，在图1中，第一偏振的照明光被反射型偏振器104透射，然后此光被反射型图像调制器108反射以形成由第一偏振和与图像内容相关的第二偏振的混合组成的图像光。具有第二偏振的图像光然后被反射型偏振器104反射，使得图像光行进通过输出透镜110并且朝向波导。由此，如图3中所示，图像光可以被一个或多个透镜106和一个或多个输出透镜110两者聚焦，以向波导提供图像光，该图像光具有高对比度并且被准直至波导内有效束传播所需的水平。在一些实施例中，反射型图像调制器108可以是硅上液晶(LCoS)空间光调制器。在一些实施例中，反射型图像调制器108可以包括基于MEMS的显示设备，诸如数字光处理(DLP)。当反射型图像调制器108是基于MEMS的显示设备时，反射型图像调制器108可以包括更多的棱镜元件以在MEMS显示设备中产生投影路径和照明的角度分离。

如先前所讨论的，在被反射型偏振器104反射之后，具有第二偏振的图像光可以穿过一个或多个输出透镜110。一个或多个输出透镜110可以包括多个元件，诸如双合透镜或三合透镜。一个或多个输出透镜110中的多个元件可以如图1中所示结合在一起，以消除透镜元件之间的空气间隙，从而减少由于表面反射而造成的损失。一个或多个输出透镜110的添加允许投影仪向图像光施加更多的光功率，使得较大的视场可以被提供在用户看到的显示图像中。此外，通过在输出透镜110中包括多个元件，可以通过使用具有不同折射率和不同色散水平的不同材料来校正与颜色相关的伪影。一个或多个输出透镜110可包括折射表面、非球面表面和衍射表面。在一些实施例中，一个或多个输出透镜110可以包括多个透镜元件，该多个透镜元件可用于校正可能影响准直的单色像差和诸如几何畸变的其它光学像差。在一些实施例中，一个或多个衍射光学表面可以被包括在一个或多个输出透镜110，以减少校正颜色和单色像差所需的元件数量。

图2图示了结合图1描述的投影仪的操作。光源102输出照明光202。照明光202可以包括第一偏振光。照明光202透射通过反射型偏振器104并被一个或多个透镜106聚焦，该一个或多个透镜106具有被设计为提供反射型光调制器108的远心照明的有效焦距。然后，光202被反射型光调制器108调制进入包括第一偏振光和与图像内容对应的第二偏振光的混合的图像光204。然后，图像光204被一个或多个透镜106聚焦，并且图像光204的作为第二偏振光的部分被反射型偏振器104反射为图像光206。反射型偏振器104可以与由光源102和反射型图像调制器108共享的共用光轴光成45度定向。如图2中可看到的，光202、204、206所遵循的光路被折叠多次，从而减小了投影仪的整体大小。通过反射图像光204，反射型偏振器104使输出的图像光206的光轴垂直于图像光204的光轴。在一些实施例中，图像光206然后穿过一个或多个输出透镜110。如图2中所呈现的和本文所述，一个或多个透镜106作用于照明光202和图像光204，而一个或多个输出透镜110仅作用于图像光206。此外，反射型偏振器允许照明光202和图像光204共享共用光轴，同时沿由一个或多个输出透镜110和显示系统的输入共享的垂直光轴重定向图像光206。

从光源102输出的光202还可以包括可以被反射型偏振器104反射的第二偏振光。下面描述包括具有第二偏振的光202的部分的回收的各种实施例。

对于图2中所示的反射型偏振器104，光202的入射角在大约45°+/-25°之间。在一些实施例中，反射型偏振器104可以是线栅偏振器，因为此类型的偏振器可以处理宽范围的入射角。而且，如可以在图2看到的，反射型偏振器104可以被定位使得反射侧位于面向反射型图像调制器108的一侧，以避免引入由因反射型偏振器104的厚度导致的图像光204的光路长度的变化而导致的像散伪影。像散伪像在由光源102产生的光202中不是问题，因为此光不具有图像内容。

图3图示了根据本发明的实施例的与波导集成的投影仪的示意图。投影仪包括光源102。光源102可以包括第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c。第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c可以具有不同的颜色，诸如绿色、红色和蓝色。第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c可以是具有窄束输出的窄束LED。第一LED 402a、第二LED402b和第三LED 402c将光输出到光组合器404中。光组合器404可以是立方体形状的。光组合器404可以是合色棱镜(X-cube)，该合色棱镜可以组合第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c的光以产生具有组合颜色的组合光，该组合颜色可以取决于LED 402a、402b和402c的相对亮度。组合光包括具有组合颜色的单个光束202，该组合颜色可以是彩虹中的任何颜色，包括白色。合色棱镜可以包括四个棱镜，这些四个棱镜被粘合在一起以形成两个不同的相交的内平面，内平面上具有二向色涂层，该二向色涂层被设计为透射一个色带同时反射另一个色带。例如，一个二向色涂层可以被设计为透射绿色(例如500nm至570nm)并反射红色(例如610nm至675nm)，而另一个二向色涂层可被设计为透射绿色并反射蓝色(例如450nm至475nm)。当这两个二向色涂层被施加到合色棱镜中的相交的内平面并且如图3中所示地布置LED时，合色棱镜将透射来自绿色LED 402a的光并反射来自红色和蓝色LED 402b和402c的光使得由来自所有三个LED的组合光组成的组合的单个光束202被形成。

来自投影仪的图像光206可以输出到波导302中。波导302可以包括输入光栅302a，该输入光栅302a可以重定向来自投影仪的图像光206，使得图像光206在波导302内经历全内反射。在一些实施例中，输入光栅302a可以包括被配置为将光耦合到波导中的棱镜。在许多实施例中，棱镜可以提供更高效的耦合。

图4图示了根据本发明的实施例的光源102的放大示意图。如图所示，光源102可以包括分离的红色源、蓝色源和绿色源，它们在光组合器404内组合成组合的颜色光(例如白色)，该组合的颜色光以单个束离开光组合器404。虽然LED被描述和图示，但是应当理解，红色光源、蓝色光源和绿色光源也可以是其它类型的光源，诸如激光光源。第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c可以全部定位在光组合器404的不同侧。组合光可以在光组合器404的唯一侧离开。

在一些实施例中，当使用反射型图像调制器108来提供倍增颜色图像时，照明光202可以随时间顺次地调制，使得一系列单独的颜色图像被呈现给用户的眼睛。投影仪可以包括被配置为控制第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c以随时间顺次地调制输出的控制器。只要调制速率足够快，用户就可能无法检测到单独的颜色图像，并且相反感知由单独的颜色图像的重叠组合组成的组合图像。对于图3中所示的情况，LED(402a、402b和402c)可以顺次地被用于照亮反射型图像调制器108，从而向波导302产生顺次的绿色、红色和蓝色单独的颜色图像光206，并且每个LED将仅在总时间的一部分(例如，每个颜色的总帧时间的1/3)提供光。为了使用户感知组合图像，单独的颜色图像的调制速率可以每秒大于60次。在一些实施例中，组合图像或帧可以以每秒大于30次的速率呈现，并且单独的颜色图像或子帧可以使用单独的颜色图像中的每个的多个副本以更快的速率呈现。例如，红色(指定为R)、绿色(指定为G)和蓝色(指定为B)中的单独的颜色图像可以各自顺次地呈现两次以形成组合图像1、2和3：帧1中的R1-G1-B1-R1-G1-B1；帧2中的R2-G2-B2-R2-G2-B2；帧3中的R3-G3-B3-R3-G3-B3；等等；在此情况下，图4中所示的光输出表示用户感知到的组合图像的颜色，并且白色是以3:7:1的相对R:G:B感知亮度产生的感知颜色的示例，其中感知亮度可以是从单独的LED发射的光的实际亮度和单独的LED在单独的颜色图像中的每个中提供光的相对时间(也称为工作周期)或在子帧中的每个中提供光的相对时间的组合。在一些实施例中，如题为“Apparatus for condensing light from multiple source using Bragggratings”并且于2009年4月3日提交的美国专利No.8,634,120所公开的，布拉格光栅可用于提供用于收集来自LED的照明的紧凑且高效的布置，该美国专利出于所有目的通过引用并入本文。

由LED发射的光可以是基本上非偏振的，并且因此发射的光包括基本上等量的两种偏振。合色棱镜涂层可以被设计为仅反射或透射一个偏振，或者涂层可以被设计为相等地反射或透射两种偏振，使得偏振不被影响。

有利地，光组合器404将来自LED(402a、402b和402c)中的每一个的光朝向反射型图像调制器108引导，因此来自LED中的每个的光基本上照亮反射型图像调制器108的相同部分。这样，由用户感知的组合图像按颜色具有均匀的亮度图案，并且根据正在被显示的图像内容跨视场具有对应的均匀颜色。

另外，通过包括光组合器404，超亮单色LED可被用于实现更亮的组合图像。用于三个LED中的两个(例如如图3所示的LED 402b和402c)的光组合器404内部的光路的折叠使得投影仪能够更紧凑。此外，使用提供窄光锥(也被称为窄视角(例如在+/-15°之间))的单色LED减小相交的内平面上的二向色涂层需要被设计为的入射角范围，这提高了跨光锥的涂层的反射率和透射率的均匀性，以提高用户看到的组合图像中跨视场的亮度均匀性。此外，使用具有窄光锥的LED可以减小光组合器404的大小，这进一步减小了投影仪的大小。

图5图示了根据本发明的实施例的包括漫射器的投影仪。此投影仪与结合图1-图4描述的投影仪共享许多特征。上面这些特征的描述也适用于此投影仪并将不再重复。如上面所讨论的，光源102可以包括光组合器404。漫射器502可以被定位在光源102和反射型偏振器104之间。在一些实施例中，漫射器502可以被涂覆到或附接到光组合器404的表面上。有利地，漫射器502可用于在到达反射型偏振器104之前散射来自光组合器404的光，从而增加入射在反射型偏振器104上的光202的锥角。在一些实施例中，如图5中所示，漫射器502被选择以增加光202的锥角以基本上匹配反射型偏振器104处的图像光204的锥角。在一些实施例中，漫射器502可以是全息漫射器并且具有窄锥角的LED的使用使得LED能够与被设计为窄锥角光源(诸如激光)一起使用的全息漫射器有效工作。在一些实施例中，漫射器502是跨光202的锥角提供均匀的亮度的顶帽漫射器。在一些实施例中，漫射器502是提供矩形光图案的全息顶帽漫射器，使得光202以均匀的亮度完全照亮反射型图像调制器108的活动区域，同时减少活动区域外部的反射型图像调制器108的部分的照明。当使用提供矩形光图案的全息顶帽漫射器时，使用具有窄锥角(例如小于+/-15°或小于+/-10°)的LED以使得光组合器404能够更紧凑是有利的，其中LED的窄锥角可以由具有与其关联的聚焦LED光的微透镜的LED产生。

通过选择漫射器502来增加光202的锥角以基本上匹配反射型偏振器104处的图像光204的锥角，光202的光线的路径可以回溯从反射型偏振器104到反射型图像调制器108的图像光204的光线的路径。这允许一个或多个透镜106被设计为在成像光204中提供具有窄锥形的远心成像。光源102和漫射器502可以与反射型偏振器104处的图像光204的光线的角度匹配，从而在反射型图像调制器108处在光202中提供具有窄锥形的远心照明。具有窄锥形的远心照明可以减少由提供给反射型图像调制器108的角度效应导致的偏振的有效分布。该具有窄锥角的远心方法可以基本上提高呈现给用户的图像中跨视场的图像均匀性和图像对比度，因为反射型图像调制器108提供的偏振均匀性被提高。替代地，由于与反射型图像调制器108相关联的补偿器的需要可能不需要用于校正入射角的宽分布以提高偏振均匀性，因此反射型图像调制器108的成本可以通过该远心方法来降低。

为了确保光源102提供的照明覆盖反射型图像调制器108的整个活动区域，光源102连同漫射器502可以被定位在距反射型偏振器104一定距离处。在一些实施例中，反射型偏振器104和漫射器502之间距离是跨光202的锥形的截面的面积与反射型偏振器104处的图像光204的锥形的面积匹配的点。在图5中，照明光202的光线被示出为在反射型偏振器处的角度和面积方面两者基本上匹配后续的图像光204的光线(注意，由于基底的折射效应，当光202穿过反射型偏转器104时，存在光202的轻微偏差)。

图6图示了根据本发明的一个或多个实施例的包括一个或多个净化偏振器的投影仪。此投影仪与结合图1-图4描述的投影仪共享许多特征。上面这些特征的描述也适用于此投影仪并将不再重复。光源102可以包括光组合器404。一个或多个吸收型偏振器602a和602b可被定位在光组合器404和反射型偏振器104之间以确保光202在入射在反射型图像调制器108时其基本上包括一个偏振。在一些实施例中，吸收型偏振器602a可以被定位在光组合器404的离开表面上。在一些实施例中，吸收型偏振器602b可以被定位在反射型偏振器104的面向光源102的表面上。一个或多个吸收型偏振器602a、602b被配置为使反射型偏振器104被配置为透射并且反射型图像调制器108被设计为反射的偏振透过。吸收型偏振器602a、602b吸收另一个偏振，使得由投影仪内部具有另一个偏振的光的反射和散射导致的杂散光减少，从而增加显示图像的对比度。呈现仅具有一个偏振的照明光202还减少了来自图像光的未被反射型偏振器104反射的部分的杂散光，使得图像光206包括具有一个偏振和与图像内容对应的变化强度的光。

在一些实施例中，投影仪可以在已经被反射型偏振器104反射的图像光206的路径中包括另一吸收型偏振器602c。吸收型偏振器602c可以被配置为使与反射型偏振器104被配置为反射的相同的偏振光透过。吸收型偏振器602c可以吸收具有反射型偏振器104未被配置为反射的偏振的任何光。反射型偏振器的消光比通常为50:1，而吸收性偏振器的消光比通常为10000:1，因此呈现给用户的图像的对比度可以通过一个或多个吸收型偏振器602a、602b、602c的添加来提高。

图7图示了根据本公开的实施例的集成在头戴式基于波导的显示器内的上述投影仪的示意图。如上面所讨论的，投影仪包括光源102和反射型图像调制器108。光源102可以包括可以是8.9mm的尺寸704。波导302可以容纳在框架702内。波导302接收来自光源102的光。

包括光回收系统的实施例

在一些投影仪系统中，光源102可以输出非偏振光，使得反射型偏振器104透射一个偏振光并反射一个偏振光。反射的偏振光可能被浪费。图8图示了光源输出非偏振光的投影仪的操作。如图所示，光源102输出非偏振光852。非偏振光852可以包括第一偏振光和第二偏振光。非偏振光852的第一部分光202a透射通过反射型偏振器104。第一部分光202a可以包括第一偏振光。然后，第一偏振光202a被反射光调制器108调制成包括第一偏振光和与图像内容对应的第二偏振光的混合的图像光204。图像光204的作为第二偏振光的部分被反射型偏振器104反射为可以被传递到波导的图像光206。结合图2描述了适用于图8的投影仪的此操作的原理。此外，图1-图7描述了可以适用于图8的投影仪的投影仪的附加特征和组件。非偏振光852的第二部分光854被反射型偏振器104反射。此第二部分光854可能被浪费。第二部分光854可以包括第二偏振光。

图9示意性地图示了根据本发明的各种实施例的偏振光回收系统的操作。如结合图8所讨论的，反射型偏振器104可以拆分入射的非偏振光852的偏振态(图示为第一部分光202a和第二部分光854)。入射光的第一部分光202a可以透射通过反射型偏振器104，而入射光的第二部分光854可以被反射型偏振器反射。为了执行回收，第二部分光854可以被偏振转换器856转换成转换光854a。转换光可以具有与第一部分光202a相同的偏振。第二部分854可以通过成像光学器件被重定向。转换光854a可以被引导入射在反射型偏振器104上，该反射型偏振器104可在其与第一部分光202a接合的地方透射转换光854a。结果，由于回收的转换光854a添加到照亮反射型图像调制器108的入射光的最初透射的第一部分光202a，因此亮度可以增加。偏振转换器856可以是四分之一波膜，当光854的一部分被光源的表面反射时，该四分之一波膜直接从一个偏振态转换到另一个偏振态。类似地，在一些实施例中，偏振转换器856可以是去偏振器。

图10示意性地图示了根据本发明的实施例的具有偏振光回收系统的投影仪。此投影仪与图1和图3的投影仪共享许多相同标记的组件并且这些组件的描述将不再被详细重复。在此实施例中，添加位于光源(例如LED 402a、402b、402c)和反射型偏振器104之间的任何位置的附加的用于偏振回收的反射型偏振器。箭头1002指示用于安置反射型偏振器的位置。回收光通过漫射器502和光组合器404反射回LED 402a、402b、402c，在LED 402a、402b、402c处回收光被朝向反射型偏振器104反射回。在一些实施例中，可以沿着路径包括偏振转换器，诸如四分之一波片。替代地，LED 402a、402b、402c可以包括可以是去偏振反射器的粗糙表面。粗糙表面可以被用于使被回收的光去偏振。如图所示，存在用于可被用于偏振回收的一个或多个反射型偏振器的许多位置。

图11示意性地图示了根据本发明的实施例的投影仪。此投影仪与图1和图3的投影仪共享许多相同标记的组件并且这些组件的描述将不再被详细重复。如图所示，光源102可以输出具有锥角的光1102。在一些示例中，锥角可以是50度。照明光的光点大小可以沿着光路进一步增加。为了减少照明的扩散，回收可以尽可能靠近LED 402a、402b、402c被执行。如图所示，LED 402a、402b、402c可以包括定位在LED上方的微透镜(图12中所示)，LED和微透镜是分离的组件。结果，一些实施例在LED的表面处执行回收。

图12示意性地图示了根据本发明的实施例的LED组件。LED组件402可适用于LED402a、402b、402c。LED组件402在LED 1204上方包括微透镜1202。LED 1204输出非偏振光。非偏振光可以包括第一偏振光和第二偏振光。回收反射型偏振器1206可以被定位在LED 1204和微透镜1202之间。回收反射型偏振器1206可以透射与反射型偏振器104相同的偏振光，并且可以反射与反射型偏振器104相同的偏振光。回收反射型偏振器1206可以反射第二偏振光并透射第一偏振光。反射的第二偏振光可以至少部分地被转换为第一偏振光，然后被重定向回到回收反射型偏振器1206以被透射。

图13A-图13G图示了包括光回收系统的LED组件的各种实施例。如图所示，LED1204被定位使得LED发射表面1302被配置为朝向微透镜1202输出非偏振光。可以通过包括回收反射型偏振器来创建光回收系统。图13A-图13G图示了包括回收反射型偏振器的各种配置。图13A图示了微透镜1202和LED 1204之间的回收反射型偏振器1206。此实现类似于结合图12描述的LED组件并且将类似地操作。LED 1204可以提供120度的锥角。回收反射型偏振器1206可以被定位在LED 1204和微透镜1202之间。通过将回收反射型偏振器1206定位为与LED 1204接触，因为在被回收之前光行进的距离被减少，因此到侧面的光损失减少。因此，回收光被返回到LED发射表面1302，在LED发射表面1302处回收光可以被去偏振并重新发射。在一些实施例中，LED发射表面1302可以是粗糙表面，该粗糙表面可以使光去偏振至非偏振态，这允许返回到回收反射型偏振器1206的光被再次回收。微透镜1202在LED 1204处准直偏振回收之后的光。LED 1204、回收反射型偏振器1206和微透镜1202可以被制造为以高效率/亮度输出偏振光的对准组件。

图13B图示了定位于微透镜1202上方的回收反射型偏振器1206a，使得来自LED1204的非偏振光在入射在回收反射型偏振器1206a上之前穿过微透镜1202。非偏振光被回收反射型偏振器1206a部分反射以被转换和回收。有利地，在微透镜1202上方包括回收反射型偏振器1206a允许回收反射型偏振器1206a被改造到微透镜1202上而不从LED 1204拆卸微透镜1202。LED 1204可以提供120度的锥角。微透镜1202可以在LED 1204处准直偏振回收之后的光。将回收反射型偏振器1206a定位在微透镜1202之后可以减少到侧面的光损失，因为光更加准直(例如，较小的锥角)。这保证了大部分回收光返回到LED发射表面1302和围绕LED发射表面1302的区域，在这里该回收光可以被去偏振并重新发射。LED发射表面1302和/或围绕LED发射表面1302的区域可以是粗糙表面，该粗糙表面可以使来自回收反射型偏振器1206a的反射光去偏振。

图13C图示了类似于图13A的偏振回收系统，但是在LED 1204和回收反射型偏振器1206之间存在间隔距离1304。如图所示，随着间隔距离1304增加，侧面的光泄露可能发生。然而，如果间隔距离1304接近于零，则侧面的光泄露大大减少。因此，如图13A中所示，间隔距离1304尽可能接近于零是有利的。微透镜1202可包括低双折射，因此由回收反射型偏振器1206透射的偏振态可被保持。

图13D图示了类似于图13B的偏振回收系统的操作。当回收反射型偏振器1206a被定位在锥角减小的透镜1202之后时，光的一部分仍可被偏振回收。但一定量的光可能损失到侧面。如图所示，光线1308可以被引导远离LED发射表面1302，这可能导致回收系统中的不期望的光损失。在此系统中，透镜1202在对来自LED 1204的光进行准直越好，可以被偏振回收的光的部分就越大。将回收反射型偏振器1206a定位在透镜1202之后可以使得双折射透镜能够被使用，这可以降低成本。除了具有弯曲的反射型偏振器以外，图13E图示了类似于图13B的偏振回收系统。使用弯曲的反射型偏振器使得回收光能够被指向回到透镜1202中，使得到侧面的损失减少。弯曲的回收反射型偏振器1206b可以包括简单弯曲或球面/非球面弯曲。弯曲的回收反射型偏振器1206b可以包括复合抛物面反射器。弯曲的回收反射型偏振器1206b可以减轻结合图13D讨论的光损失。

图13F图示了具有附加的偏振转换膜1306的图13A的偏振回收系统。偏振转换膜1306可以是四分之一波膜或去偏振膜。去偏振膜的示例可以在Shizuki Sasaki、MarikoUdono和Yasuhiro Koike的“Real-color displays realized by randomizedpolarization”Appl.60,3108-3113(2021)中找到，其通过引用整体并入本文。四分之一波膜可以将回收光改变为圆偏振光，然后该圆偏振光在被LED 1204的表面反射之后被改变为相反的偏振态。去偏振膜将偏振光转换为非偏振光。

图13G图示了利用折反射透镜1202a的图13B的偏振回收系统。折反射透镜1202a可以提供高角度收集并因此提供更高的效率。折反射透镜1202a可以包括用于支持偏振分量的平面输出表面。平面输出表面可以是平坦的或具有低曲率。在折反射透镜1202a的输出表面上可以存在其它光学层。折反射透镜1202a可以包括用于透镜优化(诸如减小发射光的锥角)的折射/反射表面。折反射透镜1202a可以具有比其它透镜解决方案薄的形状因数。

图13A-图13G的至少一个中公开的概念可以被一起利用。此外，这些设备可以包括其它特征。在一些实施例中，LED发射表面1302是粗糙的，使得反射的回收光被去偏振。粗糙度可以大于10埃。在一些实施例中，围绕LED发射表面1302的表面也可以是粗糙的以去偏振，并且反射型偏振器1206b可以被包括以有效地反射回收光。LED发射面1302周围的围绕表面可以是漫射白色反射器。在一些实施例中，LED 1204可安装在反射孔(或隧道)内部以将光朝向透镜1202和LED发射表面1302反射回。反射型偏振器1206、1206a、1206b可以具有大于100:1的消光比，使得相对纯净的偏振态被提供在照明光中。反射型偏振器1206、1206a、1206b可以透射可见光谱上的90％的平行偏振。反射型偏振器1206、1206a、1206b可以具有1800:1的消光比。反射型偏振器1206、1206a、1206b可以在一侧包括用于安装和用于去偏振的粘合剂。反射型偏振器1206、1206a、1206b可以具有包括粘合剂的62μm的厚度。在一些实施例中，反射型偏振器1206、1206a、1206b可以是反射型圆偏振器。在一些实施例中，反射型偏振器1206、1206a、1206b可以是增强型图像质量偏振器，诸如由总部在美国明尼苏达州的3M公司制造的IQP-E。IQP-E可以消除吸收型偏振器的添加，从而将亮度增加大于36％。

在一些实施例中，反射型偏振器1206、1206a、1206b可以是线栅膜。线栅膜可以透射可见光谱上的90％的平行偏振。线栅膜在一侧可以是粘合剂。线栅膜可以具有含有粘合剂的100μm的厚度。线栅膜可以使LED的整体亮度增加20-25％。

图14图示了集成到具有多个LED的投影仪中的偏振回收系统。投影仪类似于结合图1-图3讨论的投影仪。为了保证所有LED 1204以相同的状态偏振并使反射型偏振器1206更容易处理，回收反射型偏振器1206可以是单个矩形件，其可用于覆盖所有3个LED 1204的背面。回收反射型偏振器1206可以包括切入到回收反射型偏振器1206中的对准特征。光源102a包括多个LED 1204、回收反射型偏振器1206和透镜1202。光源102a可以类似于结合图13A讨论的光源。光源102a还可以包括结合图13B-图13F描述的系统。例如，如结合图13B所描述的，回收反射型偏振器可以部署在透镜1202的顶部。

在一些实施例中，偏振回收可以将通过透镜1202的亮度增加20％。在反射型偏振器1206是反射型圆偏振器的实施例中，回收将亮度提高了35％，这可能是由于在LED发射表面1302处发生的去偏振。在LED 1204和透镜1202之间包括反射型偏振器1206的实施例中，照明图案可以是不变的。照明图案可以通过光组合器404而不改变。亮度增加的各种示例可以在第6、8和9页的附录A中找到。

图15图示了根据本发明的实施例的包括偏振光回收系统的投影仪的示意图。此投影仪与结合图1-图4描述的投影仪共享许多特征。上面这些特征的描述也适用于此投影仪并将不再重复。光源可以包括光组合器404以及定位在光组合器404的不同面上的第一LED402a、第二LED 402b和第三LED 402c。镜子802可以被定位在光组合器404的与LED 402a、402b和402c相关联的面的每个面上。镜子802可以以与第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c的定位对应的光圈802a围绕光组合器404，使得来自LED的光可以进入光组合器404以提供光202。投影仪还包括定位在光组合器404和反射型偏振器104之间的四分之一波片804。投影仪还可以包括定位在反射型偏振器104上方的镜子806。

在图15所示的实施例中，由光源102中的LED提供的光808是非偏振的，使得当它离开光组合器404时，它不因穿过四分之一波片804而被影响。反射型偏振器104反射一个偏振同时透射另一个偏振，其中这两个偏振是线性偏振。然后，光808的反射部分被镜子806反射以形成光810，该光810再次被反射型偏振器104反射，使得光810返回穿过四分之一波片804。在穿过四分之一波片804时，光810被转换至圆偏振。圆偏振光810基于其颜色被光组合器404中的二向色涂层反射或透射，使得它被引导朝向产生光808的LED。然后镜子802反射反转圆偏振的光810。然后，具有反转的圆偏振的光根据颜色被光组合器404中的二向色涂层再次反射或透射，使得它返回穿过四分之一波片804。在穿过四分之一波片804时，偏振从圆偏振转换为线偏振，但具有与偏振光810相反的偏振，使得它被反射型偏振器104透射。结果，光808的具有最初不被反射型偏振器104透射的偏振的部分被转换为被透射的偏振并且光源的效率被增强。在一些实施例中，光组合器404中的二向色涂层可以是多层堆叠，其可以取决于入射角对从镜子802反射的光的偏振具有一些影响。由于入射光具有相当窄的角度束，因此效果应该不太显著。

图16A图示了根据本发明的实施例的包括光回收系统的投影仪的示意图。投影仪与结合图1-图4描述的投影仪共享许多特征。上面这些特征的描述也适用于此投影仪并将不再重复。光源可以包括光组合器404以及定位在光组合器404的不同面上的第一LED402a、第二LED 402b和第三LED 402c。镜子802可以定位在光组合器404的面的每个面上。镜子802可以以与第一LED 402a、第二LED 402b和第三LED 402c的定位对应的光圈802a围绕光组合器404，使得来自LED的光可以进入光组合器404。光学堆叠900被定位在光组合器404和第一反射型偏振器104之间。光学堆叠900可以包括四分之一波片902、第二反射型偏振器904和漫射器906。在本发明的优选实施例中，第二反射型偏振器904被定位在四分之一波片902和漫射器906之间，其中四分之一波片902被定位为最靠近光组合器404。

光源102中的LED(402a、402b和402c)提供非偏振的光。非偏振光910穿过四分之一波片902而不被影响。然后，第二反射型偏振器904反射光908的一个偏振同时透射光的另一个偏振，其中这两个偏振是线性的。然后，反射的线偏振光908返回穿过四分之一波片902并且被转换为圆偏振光。圆偏振光被光组合器404中的二向色涂层反射或透射，使得光被引导朝向产生光的LED。圆偏振光被镜子802反射并在过程中被转换成反转的圆偏振。反转的圆偏振光根据颜色被二向色涂层反射或透射，因此然后光返回穿过四分之一波片902。在穿过四分之一波片时，光从圆偏振光转换为线偏振光。但是，由于光是反转的圆偏振，所以线偏振是相反的偏振，使得它被第二反射型偏振器904透射。这样，来自光源102的最初被反射型偏振器104反射并且本来将被浪费的光现在被回收并且光源102的效率被增强。通过在堆叠900中将漫射器906定位在反射型偏振器904之后，光被防止穿过漫射器两次并且光202的锥角被保持。

图16B图示了根据本发明的实施例的光回收系统。此投影仪与结合图16A描述的投影仪共享许多特征。上面这些特征的描述也适用于此投影仪并将不再重复。与图16A一样，光回收系统可以包括定位在光组合器404和第一反射型偏振器104之间的光学堆叠900a。光学堆叠900a可以包括四分之一波片902、第二反射型偏振器904a和漫射器906a。第二反射型偏振器904a可以被定位在四分之一波片902和漫射器906a之间，其中四分之一波片902被定位为最靠近光组合器404。如图所示，第二反射型偏振器904a可以是弯曲的并且漫射器906a可以被共形地涂覆在弯曲的第二反射型偏振器904a上，这可以最小化菲涅耳表面损失。有利地，弯曲的第二反射型偏振器904a可以聚焦回收光，从而减小回收光的锥角。

尽管仅已详细描述了本发明的几个实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以许多其它形式来实现本发明。例如，设想诸如下面列举的实施例：

项目1.一种用于显示图像的投影仪设备，包括：

光源；

第一反射型偏振器；

反射型图像调制器；

一组一个或多个透镜，沿着第一光轴被定位在第一反射型偏振器和反射型图像调制器之间；以及

显示系统，

其中光源输出照明光，该照明光至少部分地穿过第一反射型偏振器并且被该组一个或多个透镜聚焦以将具有窄锥角的远心照明提供到反射型图像调制器上，以及

其中照明光被反射型图像调制器反射以形成由该组一个或多个透镜聚焦的包含图像的光，并且其中包含图像的光被第一反射型偏振器反射以提供对显示系统的输入。

项目2.项目1的投影仪设备，其中照明光穿过该组一个或多个透镜以聚焦到反射型图像调制器上，并且包含图像的光返回穿过该组一个或多个透镜以提供聚焦的图像作为对显示系统的输入。

项目3.项目1的投影仪设备，其中光源包括一个或多个LED，每个LED具有小于+/-15度的锥角。

项目4.项目1的投影仪设备，其中光源包括一个或多个激光器。

项目5.项目1的投影仪设备，其中光源包括漫射器以增加照明光的锥角以在反射型偏振器处匹配包含图像的光的锥角。

项目6.项目5的投影仪设备，其中漫射器是全息漫射器。

项目7.项目6的投影仪设备，其中全息漫射器是提供矩形照明图案的平顶漫射器。

项目8.项目7的投影仪设备，其中照明图案基本上与反射型图像调制器的活动区域匹配。

项目9.项目1的投影仪设备，其中光源包括具有多个光源的合色棱镜，这些多个光源由合色棱镜引导以在反射型偏振器处对所有光源提供照明光的共用路径和共用锥角。

项目10.项目9的投影仪设备，其中多个光源是红色LED、绿色LED和蓝色LED，并且合色棱镜包括二向色涂层。

项目11.项目10的投影仪设备，其中投影仪设备包括顺次地操作LED以提供反射型图像调制器的顺次的红色、绿色和蓝色照明的控制器。

项目12.项目11的投影仪设备，其中控制器调整LED的亮度和工作周期以产生由用户感知的与图像的部分相关联的颜色。

项目13.项目1的投影仪设备，其中反射型偏振器是线栅偏振器。

项目14.项目1的投影仪设备，其中反射型偏振器被定向为与光源和反射型图像调制器之间的共用光轴成45度，从而折叠包含图像的光的光路。

项目15.项目14的投影仪设备，其中反射型偏振器在反射侧面向反射型图像调制器的情况下被定向。

项目16.项目1的投影仪设备，其中显示系统包括波导。

项目17.项目1的投影仪设备，还包括在第一反射型偏振器和显示系统之间沿着用于包含图像的光的折叠光路上的第二光轴定位的一组一个或多个输出透镜。

项目18.项目17的投影仪设备，其中该组一个或多个透镜和该组一个或多个输出透镜一起准直来自所述反射型图像调制器的包含图像的光并将从反射型图像调制器的每个像素反射的光投影到显示的FOV的唯一部分中。

项目19.项目17的投影仪设备，其中第一光轴和第二光轴彼此垂直。

项目20.项目17的投影仪设备，其中该组一个或多个透镜和该组一个或多个输出透镜包括选自球面表面、非球面表面和衍射光学表面的组中的至少一个。

项目21.项目1的投影仪设备，其中第一反射型偏振器反射第一偏振的光并透射第二偏振的光，并且其中反射型图像调制器将光从第二偏振的光变换为与图像内容对应的第一偏振的光。

项目22.项目1的投影仪设备，其中光源输出具有P偏振的光，第一反射型偏振器透射P偏振光，反射型图像调制器将P偏振光变换为由第一反射型偏振器反射的与图像内容对应的S偏振光。

项目23.项目1的投影仪设备，其中光源输出具有S偏振的光，第一反射型偏振器透射S偏振光，反射型图像调制器将S偏振光变换为由第一反射型偏振器反射的与图像内容对应的P偏振光。

项目24.项目1的投影仪设备，其中光源被配置为输出红色光、绿色光和蓝色光。

项目25.项目24的投影仪设备，其中光源包括红色LED、绿色LED和蓝色LED。

项目26.项目25的投影仪设备，其中光源还包括光组合器，并且其中红色LED、绿色LED和蓝色LED被定位为将不同颜色的光输出到光组合器的不同面上。

项目27.项目26的投影仪设备，其中光组合器是合色棱镜。

项目28.项目27的投影仪设备，其中组合的不同颜色的光从光组合器的唯一面输出为白色光。

项目29.项目26的投影仪设备，还包括定位在光组合器与第一反射型偏振器之间的漫射器。

项目30.项目29的投影仪设备，其中漫射器被附接到光组合器的输出面。

项目31.项目26的投影仪设备，还包括部署在光组合器的输出面上的吸收型偏振器。

项目32.项目26的投影仪设备，还包括：

四分之一波片，定位在第一反射型偏振器和光组合器之间；

第一镜子，定位在第一反射型偏振器上方；以及

多个镜子，以对应于红色LED、绿色LED和蓝色LED的定位的光圈围绕光组合器，

其中光：

在四分之一波片内旋转；

至少部分地从第一反射型偏振器反射，其中第一反射型偏振器透射第一线性偏振光并反射第二线性偏振光；

从第一镜子反射；

再次从第一反射型偏振器反射；

在四分之一波片内旋转成圆偏振光；

重新进入光组合器，其中光从反转圆偏振光的方向的多个镜子中的至少一个反射；

在四分之一波片内旋转成第二线性偏振光；以及

透射通过第一反射型偏振器。

项目33.项目26的投影仪设备，还包括：

膜堆叠，包括：漫射器、第二反射型偏振器、以及定位在光组合器与第一反射型偏振器之间的四分之一波片；以及

多个镜子，以对应于红色LED、绿色LED和蓝色LED的定位的光圈围绕光组合器，

其中光：

在四分之一波片内旋转；

至少部分地从第二反射型偏振器反射，其中第二反射型偏振器被配置为透射第一线性偏振光并反射第二线性偏振光；

在四分之一波片内旋转成圆偏振光；

重新进入光组合器，其中光从反转圆偏振光的方向的多个镜子中的至少一个反射；

在四分之一波片内旋转成第一线性偏振光；

透射通过第二反射型偏振器；

漫射通过漫射器，以及

穿过第一反射型偏振器。

项目34.项目33的投影仪设备，其中第一反射型偏振器和第二反射型偏振器被配置为透射相同的偏振光。

项目35.项目33的投影仪设备，其中第一反射型偏振器和第二反射型偏振器被配置为反射相同的偏振光。

项目36.项目33的投影仪设备，其中第二反射型偏振器是弯曲的并且漫射器被共形地涂覆到弯曲的第二反射型偏振器。

项目37.项目1的投影仪设备，其中反射型图像调制器包括硅上液晶(LCoS)空间光调制器。

项目38.项目1的投影仪设备，还包括定位在光源和第一反射型偏振器之间的吸收型偏振器。

项目39.项目38的投影仪设备，其中吸收型偏振器被定位在第一反射型偏振器的面向光源的表面上。

项目40.项目38的投影仪设备，其中第一反射型偏振器和吸收型偏振器被配置为透射相同的偏振光。

项目41.项目1的投影仪设备，还包括吸收型偏振器，该吸收型偏振器被定位在由第一反射型偏振器反射的包含图像的光的路径中。

项目42.项目41的投影仪设备，其中吸收型偏振器被配置为透射与反射型偏振器被配置为反射的相同的偏振光。

项目43.项目1的投影仪设备，其中显示系统包括波导，该波导包括被配置为将包含图像的光输入到波导内的全内反射的输入光栅。

项目44.一种用于提供偏振光的设备，包括：

光源，输出非偏振光；

反射表面，与光源相关联，该反射表面也至少部分地去偏振；以及

反射型偏振器，

其中来自光源的非偏振光的第一部分包括由反射型偏振器透射的第一偏振态，并且非偏振光的第二部分包括由反射型偏振器反射的第二偏振态，

其中反射的第二部分然后被反射表面反射并去偏振以形成包括具有第一偏振态和第二偏振态两者的回收光，以及

其中回收光的部分然后与它们的偏振态对应地被反射型偏振器透射和反射，从而增加具有第一偏振态的透射光。

项目45.项目44的设备，还包括光源和反射型偏振器之间的偏振转换膜。

项目46.项目45的设备，其中偏振转换膜是四分之一波膜。

项目47.项目45的设备，其中偏振转换膜是去偏振膜。

项目48.项目44的设备，其中光源是LED。

项目49.项目44的设备，还包括透镜。

项目50.项目49的设备，其中反射型偏振器被定位在光源与透镜之间。

项目51.项目49的设备，其中反射型偏振器被定位在透镜上方。

项目52.项目51的设备，其中反射型偏振器是弯曲的。

项目53.项目52的设备，其中弯曲是简单弯曲。

项目54.项目52的设备，其中弯曲是球面弯曲。

项目55.项目52的设备，其中弯曲是非球面弯曲。

项目56.项目49的设备，其中透镜是复合抛物面反射器。

项目57.项目49的设备，其中光源和透镜是接合的光组件并且光源相对于透镜对准。

项目58.项目51的设备，其中透镜是双折射的。

项目59.项目49的设备，其中透镜是折反射透镜。

项目60.项目44的设备，其中反射型偏振器被定位在光源的100微米内。

项目61.项目44的设备，其中反射表面具有大于100埃的表面粗糙度。

项目62.项目44的设备，其中反射型偏振器具有大于100:1的消光比。

等同原则

尽管以上描述包含本发明的许多具体实施例，但这些不应被解释为对本发明范围的限制，而应被视为本发明的一个实施例的示例。因此，应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明可以以除了具体描述的方式之外的方式来实践。因此，本发明的实施例在所有方面都应当被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围不应由所示实施例确定，而是由所附权利要求及其等同物确定。