用于激光照射系统的基于延迟器的去散斑器件.pdf

本发明提供用于在激光照射系统中抑制散斑的方法和装置，其中使用去散斑器件，该去散斑器件包括为从激光照射系统中的相干激光器发射的光提供实质上半波延迟的奇数倍的光学延迟器，近半波光学延迟器具有实质上不变的延迟和在空间上变化的慢轴。在空间上变化的慢轴对光束强加相位掩模，该相位掩模对探测器上的分辨光斑提供光学亚分辨相位调制。近半波光学延迟器被机械或电子地启动，以在探测器的积分时间内改变亚分辨光学相位调制。

1.  一种在激光照射系统中抑制散斑的方法，其包括：
在光束中插入去散斑器件，所述光束包括从所述激光照射系统中的相干激光器发射的光，所述去散斑器件包括用于为从所述相干激光器发射的光提供实质上半波延迟的奇数倍的光学延迟器，所述光学延迟器具有实质上不变的延迟和在空间上变化的慢轴，所述在空间上变化的慢轴用于对所述光束强加相位掩模，所述相位掩模用于对探测器上的分辨光斑提供光学亚分辨相位调制；
以及启动所述光学延迟器，使得所述光学亚分辨相位调制在所述探测器的积分时间内变化，并使得从一个被探测的分辨光斑到另一个被探测的分辨光斑的强度不均匀性减小。

2.  如权利要求1所述的方法，其中启动所述光学延迟器的所述步骤包括旋转或振动所述光学延迟器，使得所述光束的横截面的子截面在所述探测器的所述积分时间内对所述相位掩模的多个区域采样。

3.  如权利要求1所述的方法，其中启动所述光学延迟器的所述步骤包括电子地启动液晶单元，使得所述单元内的局部慢轴方向在所述探测器的所述积分时间内在所述单元的平面内旋转。

4.  一种用于在激光照射系统中抑制散斑的装置，所述装置包括：
去散斑器件，其包括用于为从所述激光照射系统中的相干激光器发射的光提供实质上半波延迟的奇数倍的光学延迟器，所述光学延迟器具有实质上不变的延迟和在空间上变化的慢轴，所述在空间上变化的慢轴用于对所述光束强加相位掩模，所述光束包括从所述相干激光器发射的光，所述相位掩模用于对探测器上的分辨光斑提供光学亚分辨率相位调制；以及
致动器，其用于启动所述光学延迟器，使得所述光学亚分辨率相位调制在所述探测器的积分时间内变化，并使得从一个被探测的分辨光斑到另一个被探测的分辨光斑的强度不均匀性减小。

5.  如权利要求4所述的装置，其中所述去散斑器件包括布置在所述光学延迟器的第一侧上的第一四分之一波片，用于将光束从具有第一偏振的线偏振光转换成具有第一旋向的圆偏振光，所述第一四分之一波片相对于所述第一偏振在实质上±45度处轴定向。

6.  如权利要求5所述的装置，其中所述去散斑器件包括布置在所述光学延迟器的第二相对侧上的第二四分之一波片，用于将具有第二相反旋向的圆偏振光转换成具有第二偏振的线偏振光，所述第二四分之一波片相对于所述第一偏振在实质上±45度处轴定向，所述第二偏振为垂直于或平行于所述第一偏振，由此具有在空间上变化的慢轴的所述光学延迟器根据所述光学延迟器的局部慢轴方向将具有第一旋向的圆偏振光转换成具有第二旋向的圆偏振光，使得所述光学亚分辨相位调制是几何相位调制。

7.  如权利要求6所述的装置，其中所述第一四分之一波片和第二四分之一波片是消色差四分之一波片。

8.  如权利要求4到7中任一项所述的装置，其中所述光学延迟器包括被置于第一板和第二板之间的液晶，且其中所述致动器包括用于在所述液晶的区域横穿施加电压的多个压花电极，所施加的电压用于在其中的平面中旋转所述液晶的局部慢轴方向并提供变化的光学亚分辨相位调制。

9.  如权利要求4到7中任一项所述的装置，其中所述在空间上变化的慢轴是固定的，且其中所述致动器包括用于移动所述光学延迟器的电机，使得所述光束的横截面的子截面对所述相位掩模的多个区域采样，并提供变化的光学亚分辨相位调制。

10.  如权利要求9所述的装置，其中所述电机提供所述光学延迟器的线性平移或旋转平移。

11.  如权利要求9所述的装置，其中所述光学延迟器包括液晶聚合物。

12.  如权利要求11所述的装置，其中所述液晶聚合物被涂覆在取向层上，所述取向层为未对齐的、随机排列的和准随机排列的取向层的其中一种。

13.  如权利要求12所述的装置，其中所述取向层包括线性可聚合的聚合物。

14.  如权利要求4到7中任一项所述的装置，其中所述在空间上变化的慢轴包括多个慢轴方向，每个慢轴方向实质上平行于所述光学延迟器的平面。

用于激光照射系统的基于延迟器的去散斑器件
技术领域
[01]本发明一般涉及散斑抑制(speckle reduction)，尤其是涉及用于在激光照射系统中抑制散斑的基于延迟器的方法和装置。
发明背景
[02]激光照射系统通常被用在投影显示中，以提供高功率照射和饱和色。然而，虽然激光器提供具有良好色泽的明亮图像，但是图像质量可能由于散斑而降低。
[03]散斑在相干光从粗糙或积满灰尘的表面反射时产生，或通过具有随机折射率变化的介质传播。更具体地，它在反射光在探测器(例如，人眼或平方律光电探测器)处干涉时产生，该反射光包括具有大于光波长的微分时滞的多个光束。该干涉提供通常被称为散斑图样的不均匀、随机、波动的光强度。
[04]在投影显示中，散斑通常在光从显示屏反射时引起，该显示屏一般具有大于激光波长的四分之一的表面粗糙度。因而形成的被反射的激光的随机空间干涉产生明显降低图像质量(例如，使它呈现为粒状和/或较不清楚)的散斑图样。此外，根据视点，散斑图样可由于在给定方向上相对相位延迟的不同特性而变化。作为结果，被观察的图像随着视点变化，且光学系统不能可靠地再现高保真图像。
[05]散斑一般由散斑对比度量化。现有技术描述了用于抑制散斑和/或抑制散斑对比度的各种技术。例如，一种方法是增加激光纵模的数量，以便来自多个波长的散斑图样平均成平滑的分布。另一方法是平铺显示(tile)相干激光二极管(LD)的阵列，以提供在空间上非相干的照射。不幸的是，该方法昂贵，且并不总是实际可行的，因为很多微型投影仪依赖于单LD芯片来输出数十个阈限的照射。又一方法是在激光照射中产生偏振分集。例如，一个激光束可分成两个偏振，第一偏振被允许通过偏振分束器(PBS)，而第二偏振被延迟了大于激光的相干长度的量(例如，见美国专利号3,633,999和4,511,220)。通常，该方法庞大且具有有限的散斑对比度抑制。此外，这种方法在激光相干长度非常长的情况下不是理想的。
[06]除了改变LD布置(空间)或操纵激光器件特性(偏振和纵模)来减少激光束的空间和时间相干以外，另一方法是产生很多变化的沸腾散斑(boiling speckle)图样，这些沸腾散斑图样允许时间平均(例如，通过人眼或光电探测器)来减少强度非均匀性。例如，一种方法是使显示屏振动。不幸的是，对于大投影屏，这不是很实际。因此，更普遍的方法是使用外部光学元件，例如扩散器(例如见J.W.Goodman等人的“Specklereduction by a moving diffuser in laser projection displays”，Annual Meeting of the OpticalSociety of America，Rhode Island，2000)、相位板(例如见美国专利号US Pat.Nos.6,323,984和6,747,781)、或随机衍射光学元件(例如见L.Wang等人的“Speckle reductionin laser projection systems by diffractive optical element，”Appl.Opt.37，pp.177-1775，1998)，该光学外部元件被振动或旋转，以随着时间的过去产生多个相位延迟。在另一方法中，超声调制器被用于移动干涉条纹。
[07]虽然产生很多变化的沸腾散斑图样来提供时间平均的更普遍使用的方法在抑制光谱对比度时相当成功，但它们通常被现有技术扩散器/相位板中物理蚀刻/模压的表面图样所限制。例如，这些凸起的表面图样被证实明显降低激光束的质量。
发明内容
[08]本发明涉及使用可操作的波片元件来产生很多变化的沸腾散斑图样的方法。在一个实施方式中，沸腾散斑图样连同从光学元件的折射率不均匀性和/或投影屏粗糙度产生的静态/可变散斑图样一起随着时间的过去在图像平面处被显示给探测器(例如，人眼、光电探测器)。这些不相关的或部分相关的散斑图样在探测器积分区间内被不相干地求和(例如，被时间平均)。这些时间平均的散斑图样通过在没有散斑时从所需的图像强度减少任何观察像素的偏移来抑制散斑对比度。
[09]可操作的波片元件通过提供由近半波光学延迟器的机械搅动和/或电子切换产生的可变相位调制来产生变化的散斑图样。更具体地，具有在空间上变化的慢轴的近半波光学延迟器的机械搅动和/或电子切换对激光束的不同区域引入几何相移。
[10]根据一个实施方式，可操作的波片元件是包括两个或多个级的波片组件。在第一级中，单层四分之一波片(QWP)或多层消色差的(A)QWP被定向成使得其光轴(也是慢轴，SA)在±π/4(45度)方位角偏移处对准从激光源输出的偏振光。作为结果，从激光器输出的线偏振光从第一线偏振转换成圆偏振的第一旋向。在第二级中，近半波片(HWP)元件将第一圆偏振(即，具有第一旋向)转换成第二圆偏振(即，具有第二相反的旋向)。近HWP具有变化的慢轴分布(即，慢轴方向在以预定的或随机的图样的光学延迟器的整个平面内变化)。在第三光学级中，第二QWP或AQWP将第二圆偏振转换成第二线偏振。如果第一级QWP和第三级QWP的延迟器轴平行地对齐，则第二线偏振平行于第一线偏振。然而，如果这两个QWP级沿交叉轴对齐，则第一线偏振与第二线偏振垂直。如果省略第三级QWP，则圆偏振被输出并传递到适当的光学调制器(例如，具体多个微镜)。值得注意的是，该偏振转换在邦加球(PoincareSphere)上形成闭环轨迹，以引入依赖于第二级近HWP的光轴方向的几何相移。因为近HWP包括变化的光轴分布，该波片组件起去散斑器件的作用，该去散斑器件强加于相干激光束以空间上和/或时间上变化的相位掩模，因而抑制所察觉的散斑，同时仍然以所需的输出偏振态维持高程度的输入功率。
[11]根据本发明的一个方面，提供了在激光照射系统中抑制散斑的方法，该方法包括：在光束中插入去散斑器件，光束包括从激光照射系统中的相干激光器发射的光，去散斑器件包括用于为从相干激光器发射的光提供实质上半波延迟的奇数倍的光学延迟器，该光学延迟器具有实质上不变的延迟和在空间上变化的慢轴，该在空间上变化的慢轴用于对光束强加相位掩模，该相位掩模用于对探测器上的分辨光斑提供光学亚分辨相位调制；以及启动光学延迟器，使得光学亚分辨相位调制在所述探测器的积分时间内变化，且使得从一个被探测的分辨光斑到另一个分辨光斑的强度不均匀性减小。
[12]根据本发明的另一方面，提供了在激光照射系统中抑制散斑的装置，该装置包括：去散斑器件，其包括用于为从激光照射系统中的相干激光器发射的光提供实质上半波延迟的奇数倍的光学延迟器，该光学延迟器具有实质上不变的延迟和在空间上变化的慢轴，该在空间上变化的慢轴用于对光束强加相位掩模，激光束包括从相干激光器发射的光，相位掩模用于对探测器上的分辨光斑提供光学亚分辨率相位调制；以及致动器，其用于启动光学延迟器，使得光学亚分辨率相位调制在探测器的积分时间内变化，且使得从一个被探测的分辨光斑到另一个分辨光斑的强度不均匀性减小。
附图说明
[13]结合附图理解，从下面的详细描述中本发明的进一步的特征和优点将变得明显，其中：
[14]图1是包括有去散斑器件的基于激光器的投影显示器的示意图；
[15]图2是探测器的分辨光斑内的单元的示意图，其示出具有变化的相位值的单元分区；
[16]图3是基线投影系统的示意图；
[17]图4(a)示出具有三级调制的物体强度图的例子；
[18]图4(b)示出被探测的强度图像的例子，其中由于高达±π的随机相位调制所造成的散斑被应用于物体波阵面；
[19]图5是示出产生沸腾散斑图样以使强度变化最终达到平衡的示意图；
[20]图6是示出3级Pancharatnam相位调制的示意图；
[21]图7示出由Q/H/Q波片偏振转换获得的Pancharatnam相移；
[22]图8示出使用Q/H(θ)/Q3级偏振转换系统的多个几何相移；
[23]图9A和图9B示出为以引发Pancharatnam相移的Q/H(θ)/Q3级偏振转操的示意性布局；
[24]图10(a)示出在460nm波长通过Q/H(θ)/Q波片的偏振转换；
[25]图10(b)示出在520nm波长通过Q/H(θ)/Q波片的偏振转换；
[26]图10(c)示出在635nm波长通过Q/H(θ)/Q波片的偏振转换；
[27]图11是示出从3级Q/H(θ)/Q器件的多个XY位置获得的计算出的几何相移的曲线图，所述3级Q/H(θ)/Q器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[28]图12是示出在3级Q/H(θ)/Q器件的多个XY位置处沿着输入线偏振(H偏振)的计算出的强度组分的曲线图，所述3级Q/H(θ)/Q器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[29]图13是示出在3级Q/H(θ)/Q器件的多个XY位置处计算出的椭圆偏振长轴角和椭圆角的曲线图，所述3级Q/H(θ)/Q器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[30]图14是示出在垂直入射时双层AQWP设计的计算出的单程延迟特性的曲线；
[31]图15是示出在垂直入射时双层AQWP设计的计算出的双程延迟特性的曲线；
[32]图16(a)示出在460nm波长通过H/Q/H(θ)/Q/H波片的偏振转换；
[33]图16(b)示出在520nm波长通过H/Q/H(θ)/Q/H波片的偏振转换；
[34]图16(c)示出在635nm波长通过H/Q/H(θ)/Q/H波片的偏振转换；
[35]图17是示出从5级H/Q/H(θ)/Q/H器件的多个XY位置获得的计算出的几何相移的曲线图，所述5级H/Q/H(θ)/Q/H器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[36]图18是示出在5级H/Q/H(θ)/Q/H器件的多个XY位置处沿着输入线偏振(H偏振)的计算出的强度组分的曲线图，所述5级H/Q/H(θ)/Q/H器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[37]图19是示出在5级H/Q/H(θ)/Q/H器件的多个XY位置处的计算出的椭圆偏振长轴角和椭圆角的曲线，所述5级H/Q/H(θ)/Q/H器件具有HWP慢轴方向在±π之间的整个范围；
[38]图20(a)是根据本发明的一个实施方式的去散斑器件的示意图，该去散斑器件包括可电子切换的HWP和两个QWP；
[39]图20(b)是图20(a)中所示的去散斑器件的分解图，其示出可电子切换的HWP和两个QWP的慢轴方向(为了清楚起见而省略了基底)；
[40]图20(c)是根据本发明的一个实施方式的去散斑器件的示意图，该去散斑器件包括可电子切换的HWP；
[41]图20(d)是图20(c)中所示的去散斑器件的分解图，其示出可电子切换的HWP的慢轴方向(为了清楚起见而省略了基底)；
[42]图21(a)是根据本发明的一个实施方式的去散斑器件的示意图，该去散斑器件包括具有固定的在空间上变化的慢轴的近HWP和两个QWP；
[43]图21(b)是图21(a)中所示的去散斑器件的分解图，其示出所述两个QWP的慢轴方向；
[44]图21(c)是示出本发明的一个实施方式的示意图，其中图21(a)中所示的近HWP被旋转以在探测器积分区间内产生可变的相位调制；
[45]图21(d)是示出本发明的一个实施方式的示意图，其中图21(a)中所示的近HWP被振动以提供1D(a)或2D(b)线性转换，以在探测器积分区间内产生可变的相位调制；
[46]图22(a)是示出当近HWP包括LCP时第一、第二和第三级波片组件的光轴方向的示意图；
[47]图22(b)示出局部LCP位置的随机方向；
[48]图23是随机定向的LCP半波片的交叉偏振器微观强度图像；
[49]图24示出当m＝+1和m＝+1旋涡进行相互作用时LC指向矢(director)分布的模型；
[50]图25示出当m＝-1和m＝-1旋涡进行相互作用时LC指向矢分布的模型；
[51]图26示出当m＝-1和m＝+1旋涡进行相互作用时LC指向矢分布的模型；
[52]图27是示出使用B类工艺制造的LCPHWP的消偏振光谱的曲线；
[53]图28(a)是示出静态粗糙屏幕散斑和静态去散斑的被探测的图像；
[54]图28(b)是示出静态粗糙屏幕散斑和由去散斑器件所提供的10个随机相位掩模产生的散斑的被探测的图像；
[55]图28(c)是示出静态粗糙屏幕散斑和由去散斑器件所提供的100个随机相位掩模产生的散斑的被探测的图像；
[56]图28(d)是示出静态粗糙屏幕散斑和由去散斑器件所提供的160个随机相位掩模产生的散斑的被探测的图像；
[57]图29是作为沸腾散斑图样的数量的函数的模拟散斑对比度曲线；以及
[58]图30是示出每个亚分辨光斑的分区与显示面板像素尺寸之间的关系的示意图。
[59]应注意，在全部附图中，相似的部件由相似的参考数字标识。
具体实施方式
[60]在图1中示出基于激光器的投影仪(PJ)系统。在该系统100中，来自光源110的输出光被光学元件120均匀化并成形，以便以所需的高宽比在显示面板150上形成均匀照射的矩形。在本实施方式中，光源110包括一个联合封装的红绿蓝(RGB)激光二极管(LD)模块。在其它实施方式中，光源包括三个离散地耦合的RGB LD。如果显示面板150使用偏振调制(例如，基于液晶的显示器)，则光束成形光学元件120一般也包括偏振转换和/或恢复光学元件，在一个实施方式中，光束成形光学元件120包括高性能光导管、准直透镜或蝇眼阵列。在其它实施方式(例如，对于限制空间的毫微/皮可投影仪(nano/pico-projectors))中，光束成形光学元件120包括用于使照射臂中的矩形均匀化和成形的衍射/折射扁平光学元件。在该实施方式中，显示面板150被示为可透射显示面板(例如，扭曲向列(TN)LCD面板)。在其它实施方式中，显示面板150是反射的显示面板(例如，数字微镜(DMD)或硅基液晶(LCoS)面板)。在使用反射显示面板的实施方式中，一般提供偏振分束器(PBS)来分离照射和投影光学链。投影光学元件160一般包括将调制光投影到显示屏170上的投影透镜。从显示屏170反射的光在探测器180处被观察到。
[61]如上讨论的，光源110的内在的相干性、各种光学部件120的折射率不均匀性和/或显示屏170的粗糙度，引起导致光干涉的随机相位波动，光干涉对于观察者则显现为明亮和黑暗的图像斑点。此斑点到斑点的强度波动(例如，散斑图样)具有与探测器180分辨光斑的尺寸相同的特征颗粒尺寸。散斑图样使图像质量对于大多数成像应用来说是不可接受的。
[62]因此，去散斑器件140被插入到光路中，以消除或抑制散斑噪声。在该实施方式中，去散斑器件140被置于显示系统的照射臂中(比如，被置于光源110和显示面板150之间)，以便不会因为去散斑器件的不希望的散射和/或消偏振而劣化光学系统调制传递功能。在其它实施方式中，去散斑器件140被插入到显示系统的投影臂中(例如，在显示面板150和投影屏170之间)。
[63]去散斑器件140通过产生多个散斑图样来抑制散斑噪声，这些散斑图样在人眼或电子探测器180的一个探测区间内被各种光学部件的折射率不均匀性和/或显示屏的粗糙度产生的静态散斑图样所平均化。虽然去散斑器件140不抑制激光源的相干性，但它却会抑制散斑图样的被察觉的效应和/或抑制散斑对比度。
[64]对于使用具有织纹表面的有源扩散器/可变相位板的现有技术去散斑器件，产生多个散斑图样来抑制散斑对比度的方法已经被研究。根据J.W.Goodman，“Somefundamental properties of speckles，”J.Opt.Soc.Amer.A，66，pp.1145-1150，1976，激光照射的散斑对比度比率可通过叠加N个不相关的散斑图样来减小。散斑对比度比率被定义为不均匀图像的均方根(rms)强度偏离与中间/平均图像强度包络的比率。对于完整的解相关组，减小的量是√N的因子。不相关的散斑图样可从时间、空间、频率(波长)和偏振获得。如果N组散斑图样不是不相关的，则减小因子较小。
[65]根据J.I.Trisnadi，“Speckle contrast reduction in laser projection displays，”在Projection Displays VIII，Proc.SPIE 4657，M H Wu，Editor(Soc.Photo-Opt.Instru.Engrs.，Bellingham，WA，2002)，pp.131-137中，抑制散斑对比度的一种方法是将一个相应于强度探测器(即，人眼或电子光电探测器)的分辨光斑的单元分为多个单元分区，并将时间相位变化应用于单元分区。在图2中示出探测器的分辨光斑内的单元的示意图。
[66]在美国专利号6,747,781中，Trisnadi教导，最佳散斑对比度抑制要求必须消除在探测器处的光场的相干求和的交叉项。例如，如果有源扩散器/相位板包括分成2x2分区的单元，则原始未变化的被探测的强度由下式给出：
S₀＝|A₁₁+A₁₂+A₂₁+A₂₂|²
＝|A₁₁|²+|A₁₂|²+|A₂₁|²+|A₂₂|²                           (1)
+2A₁₁A₁₂+2A₁₁A₂₁+2A₁₁A₂₂
+2A₁₂A₂₁+2A₁₂A₂₂+2A₂₁A₂₂
其中A_ij是有源扩散器的单元内的各个单元分区的复振幅透射或反射。有源扩散器的单个单元相应于探测器分辨光斑尺寸。在这里，术语有源扩散器与有源相位板可交替地使用。从有源扩散器的特性必须在探测器积分区间内变化的意义上来说，有源扩散器是有源的。
[67]如果2x2单元被配置为Hadamard 2x2矩阵并通过探测器积分时间的4个子区间被转换，则交叉项(即，两个或多个单元分区的复振幅的乘积)被证明为被消除。期望的照射结果接着由下式给出：
S₅＝|A₁₁|²+|A₁₂|²+|A₂₁|²+|A₂₂|²                            (2)
因此，到达任何粗糙表面或任何折射率调制的光学部件的可探测的强度是各个单元分区强度的纯粹的不相干的和。导致散斑的相干干涉不出现。
[68]在上面描述的方法中，使用实质上相等的透射的Hadamard矩阵和在亚分辨光斑水平的0和π相位变化。Hadamard矩阵的维度越大，散斑对比度抑制的增益就越高。然而，必须依赖于蚀刻表面浮凸结构来提供0和π相位掩模限制了单元分区所可达到的尺寸。此外，由于小横向转换要求，很难严格地增大相应于分辨光斑的部分的每个相位分区的相等的采样区间。例如，如果微显示面板具有大约10μm像素截距，则2x2分区要求对于探测器的1/4积分区间的每个2.5x2.5μm相位分区准确地被转换成微显示像素的部分。
[69]根据本发明的一个实施方式，去散斑器件140是基于延迟器的。基于延迟器的去散斑器件140通过在各个单元分区(或更一般地，照射横截面的每个XY位置)处提供变化量的光学相移来减少探测器中交叉项的份额，同时在时间和/或空间域内保持光场的振幅恒定。
[70]通常，基于延迟器的去散斑器件140使用具有在空间上变化的慢轴的光学延迟器产生变化量的光学相移。在一个实施方式中，具有在空间上变化的慢轴的光学延迟器在探测积分时间内移动(例如，振动或旋转)，以改变通过每个单元分区(或更一般地，照射横截面的每个XY位置)透射的波阵面，使得相位调制被提供给在亚分辨光斑处的探测器。在另一实施方式中，具有在空间上变化的慢轴的光学延迟器被电子地启动，以提供相位调制。在这些实施方式中，基于延迟器的去散斑器件140通过由一个或多个光学延迟器(即，包括具有在空间上变化的慢轴方向的光学延迟器)提供的偏振转换来提供光学相移。
[71]有利地，由于光学相移由光学延迟器而不是织纹表面提供，因此激光束的质量被维持。此外，在光学延迟器的在空间上变化的轴方向以连续的方式变化的实施方式中，可给探测器提供增加数量的相位掩模，因而允许伪随机相位编码。在这种情况下，相对于具有织纹表面的现有技术扩散器/相位板所经历的分辨光斑限制，本发明的去散斑器件140没有被相位分区排列所限制。
[72]进一步参考图3描述基于延迟器的去散斑器件的功能，图3示出基线投影仪系统105。在该基线系统中，光束成形光学元件被示为理想透镜121，且省略了显示面板150，因为额外的逐像素光学调制对2D探测图像增加了复杂性。
[73]激光源110发射一系列不同地成角的光线，其中每个光线都是相干的(即，同相并具有相同的光学频率)。透镜121使来自激光源110的单个点光源准直到平坦的相平面145。更具体地，透镜121将焦点位置移动到在某个预定距离处的位置后面，在平坦的相平面产生准直的束腰。穿过该平坦的相平面的所有波阵面彼此同相地到达。来自该平坦的相平面的照射被投影到屏幕170上，其中照射通过屏幕的粗糙表面来调制。因此，由于采用不同的光路长度并到达任何给定的探测器像素(在这里，探测器像素与眼的分辨光斑交替地使用)的多个光线的干涉，观察者180看到不均匀的强度分布(例如，散斑图样)。
[74]图4(a)和4(b)示出图像上的散斑的效应。图4(a)示出被表示为三区(例如，0.1、0.5或1单位)强度图的物体。图4(b)示出同一物体的由于模拟散斑图样而劣化的图像。在模拟中，成像系统被模拟成包括在512x512计算栅格上产生的直到±π的正常分布的随机相位分布。该模型假定有产生随机相位分布的通过表面的透射。该表面代表投影仪系统中所有的散斑源，其中大部分由显示屏的表面粗糙度引起。物体波阵面和由于散斑源产生的波阵面在复振幅空间中相乘并向前传播。该传播场接着被圆形孔径乘，以在成像系统的出瞳处产生场。图像平面分布是具有出瞳分布的付利叶变换对(Fourier Transform pair)，并被用数字计算。在探测器平面，由于多个光线路径的建设性和破坏性干涉而获得不均匀图像。注意，该计算产生超过50％的散斑比率。一些探测器像素比平均图像亮度亮得多，而其它探测器像素比平均图像亮度暗得多。
[75]基于延迟器的去散斑器件140通过对去散斑器件的一系列空间和/或时间变化而产生一系列散斑图样。与从其它光学元件(即，除了去散斑器件)产生的散斑图样不相关的这些散斑图样在一个积分区间内被传送到具有由其它光学元件产生的散斑图样的探测器180，以便减少被察觉的散斑的数量。使用在探测器180积分区间内提供的一系列相位调制的模型可模拟由去散斑器件140产生的一系列散斑图样。在显示屏170处，去散斑器件140的相位调制被原始散斑的相位图乘。因而形成的波阵面接着被传播到探测器平面。这产生在积分区间内眼睛(或探测器)融合的一系列沸腾散斑图样。在此模拟中，假定1∶1成像放大率。此外，假定由于去散斑器件和投影屏产生的相位掩模本质上是无损的(即，给出一个单位复振幅场的纯相位调制)，使得因而形成的波阵面具有作为两个组成的相位图的和的相位调制。
[76]在过分简单化的分析中，在给定分辨光斑内的瞬时探测的强度是落到探测器上的所有复振幅光线的相干和。相干和在每个探测器像素处产生瞬时图像强度。在探测器积分区间内，被察觉的图像强度是所有这些图像的非相干平均。在Δt区间内的平均强度是：
S0=1ΔtΣtt+Δt|Σi,jAij(x,y;t)|2,]]>其中                        (3)

是具有常数B的振幅和φ_ij瞬时相位项的(i，j)光流的瞬时复振幅；相位项通常是(x，y)相关的和/或可随着时间的过去而变化；Δt是探测器积分时间。对于人眼，积分时间大约为20ms(即，每秒50帧)。
[77]本质上，给探测器180提供一系列强度图像，这些强度图像从去散斑器件140所提供的相位掩模的复振幅调制和投影屏光路长度调制产生。在探测器积分时间内每个组成的图像都是散斑图样。这些由观察者积分，如图5所示。值得注意的是，如果由去散斑器件产生的散斑相应于不相关的图像，则不均匀的强度图像(例如散斑)将表现为被抑制得最多。因为系统散斑源(例如，从显示屏产生)是静态的，去散斑器件在探测器积分时间内改变散斑图像是优选的。
[78]根据本发明的一个实施方式，去散斑器件140产生一系列相位调制，以使用光路几何调制来产生不相关散斑图样的系列。通常，相移可使用光路长度调制或光路几何调制来产生。前者是熟知的技术，其一般涉及改变折射率或折射度或物理厚度，以便改变光路长度。后者较不普遍。它依赖于具有相同的光路长度，但变化路径的几何结构。几何相位是当量子态在参数空间或状态矢量空间中受到闭环绝热处理时提供给所需的相移的一般项。在光学中，此现象适用于至少两个重要的情况：圆偏振光子迁移沿着螺旋状路径的旋转-改向相移以及偏振转换沿着闭环的Pancharatnam相位。前者使用一个单位旋转的旋量，而后者将偏振转换映射在具有一半旋转单位的邦加球(PS)上。作为结果，旋转方向引入相应于被封闭的立体角的大小的几何相移，且闭环偏振转换只产生被封闭的立体角的大小的几何相移的一半。
[79]例如，考虑线性水平偏振，其由至少两个线延迟器元件转换，以便最终偏振再次为水平的(例如，包括在π/3和2π/3调准的中间线偏振态的系统)。使用在PS球上的三个点，测地三角形可通过沿着球的表面沿着最短路径连接点来形成。于是测地环所对向的立体角是2π(球的4π立体角的一半)。在此之后，几何相移是π(在Pancharatnam相位的情况下的立体角的一半)。如果使具有线性水平偏振的参考光束与也是水平偏振但通过偏振转换获得π相移的另一光束干涉，则这两个光束提供破坏性干涉。
[80]在这里采用的相位约定中，对光场E的时间干扰具有正号，而空间干扰具有负号，
E(t，z)＝Re A exp[j(ωt-kz)]                                (5)
[81]上述内容包括光以直角入射到仅仅各向同性的膜上的假定。可用矩阵方法处理不正常和双折射层。为了定义相位约定的目的，两个正交的线性场部件由下式给出：
E_x＝A_x cos(ωt-kz)
E_y＝A_y cos(ωt-kz+α)                        (6)
其中振幅和相差的比率分别是：
tan(β)=AyAx]]>
α＝φ(E_y)-φ(E_x)                            (7)
这些角的范围是：
0≤β≤π/2 and-π≤α≤π                   (8)
[82](β，α)的组合允许描述一般的椭圆偏振平面波。通过降低隐时间和空间相位相关性，偏振矢量可用更简洁的形式写出：
E=cos(β)sin(β)exp(jα)=AxAyejα---(9)]]>
[83]偏振椭圆的长轴的方位角γ及其椭圆角χ也容易从琼斯矢量(Jones vector)(β，α)角量获得：
tan(2γ)=2tan(β)cos(α)1-tan2(β),]]>-π2≤γ≤π2,]]>以及                (10)
sin(2χ)＝sin(2β)sin(α)，-π4≤χ≤π4---(11)]]>
[84]如从方程(11)明显的，椭圆角的符号由sin(α)(例如，因为始终sin(2β)≥0)的符号唯一地确定。对于sin(α)＞0或(0＜α＜π)，椭圆率为正，且椭圆根据自然术语具有左旋向。对于sin(α)＜0，椭圆率为负，且椭圆具有右旋向。对于sin(α)＝0或(α＝±π)，椭圆率为零，且光是线偏振的。
[85]在上面的表达式中，(wt-kz)被称为动态相位。当使光线穿过包括一系列双折射部件的系统时，几何相位影响相对相位，而不改变偏振。也就是说，它在x分量和y分量电场矢量上施加相同的相移。因此，接着方程(9)，输出电场由下式充分描述：
E=exp(jΦ)AxAyejα---(12)]]>
其中Φ是几何相移。对于使用分立的偏振敏感元件(例如偏转器和延迟器)的、导致闭环路径的一系列偏振转换，几何相位通常被称为Pancharatnam相移。该相移等于封闭的立体角的一半，Φ＝-Ψ/2。注意，对于一个单位弧度的球体，立体角等于曲面上的面积，Ψ＝Ω，其中Ψ是立体角，而Ω是表面积。
[86]在基于激光器的照射系统中，LD的输出是线偏振的。该线偏振可相对于光学系统的XY几何结构按需要被任意排列。因此，α相差为0或π。因此，输入线偏振被描述为：
Ein=AxAy---(13)]]>
[87]其中A_x和A_y为实数。在线偏振在闭环周围转换时，输出光场获得额外的几何相位Φ：
Eout=exp(jΦ)AxAy---(14)]]>
[88]从Pancharatnam的分析得出，闭环偏振转换产生几何相位，而不改变输出偏振。为了产生Pancharatnam相移，需要至少两个延迟器部件。进一步地，如果使用只有线性或圆延迟器部件(即，没有椭圆延迟器)，则需要用于影响偏振转换的至少三个部件。对于线延迟器级联，相对于其部分厚度，每个延迟器元件具有统一的轴方向。来自两个连续的部件的线延迟器轴(快轴和慢轴)不应被彼此平行地对齐。
[89]图6示出用于引入Pancharatnam相移的相位调制器器件。相位调制器器件200使用第一波片组件(WP1)将来自激光二极管的第一线偏振输出转换成第一圆偏振，利用第二波片组件(WP2)将第一圆偏振转换成第二正交的圆偏振，并使用第三波片组件(WP3)将第二圆偏振输出转换成第二线偏振。此三级波片配置被提议来产生可变相移。
[90]根据本发明的一个实施方式，去散斑器件140使用类似于图6所示的相位调制器器件的波片组件。特别是，在一个实施方式中，去散斑器件140包括具有相对于第一线偏振轴在±π/4处对齐的有效光轴的第一单层QWP或多层AQWP、具有作为在HWP上的XY位置的函数而变化和/或在被照射的横截面的给定XY位置处的一个探测器积分区间内变化的光轴分布的HWP、以及具有相对于第二线偏振轴在±π/4处对齐的有效光轴的第二单层QWP或多层AQWP。注意，如果光轴平行的第一和第二QWP组件被对齐，则第一和第二线偏振也是平行的。相反，如果它们垂直地对齐，则第一和第二线偏振是正交的。在任一情况下，第二QWP组件相对于期望的线偏振输出在±π/4处与其光轴对齐。第二线偏振输出可为水平的、垂直的或其间的任何其它线性状态。可独立地获得第二线偏振，而与第一线偏振无关。然而，如早些时候陈述的，除非第一和第二线偏振态平行，否则获得开环偏振转换。实际相移受几何相移和动态相移影响。引入可变几何相移的上述3级偏振转换波片组件称为Q/H(θ)/Q(即，QWP/HWP/QWP)器件，其中θ是中间级波片组件相对于参考角的方位角。
[91]Q/H(θ)/Q转换的例子由图7中的PS描述。还参考图6，点A由具有在π/4的SA的QWP映射到RHC的点B处(‘.’曲线)。具有在θ-π/4的SA方向的QWP将点B映射到点C(‘o’曲线)，在2θ方向穿过赤道。最后，点C被使用具有在π/4的SA的另一QWP再次映射到点A(‘x’曲线)。封闭的PS球的薄层是角范围中2θ弧度。因此，封闭的立体角是4θ(即，2θ/2π×4π)。几何相位是这个值的一半，被给定为Φ＝-2θ。HWP SA仅仅被唯一地限定在±π/2范围内。因此，在给定的总共为2π的范围中，最大的几何相移是±π。
[92]已规定，几何相移是无限制的。这意味着对相移的数量没有限制，这些相移可通过偏振转换从PS上的闭环得到。这暗示如果以Q/H(θ)/Q方式利用具有变化的SA方向的高级别HWP，则总相位调制可大于2π。然而，重要的是具有HWP光轴变化的相位相关性。
[93]如上讨论的，HWP的慢轴(SA)越过照射横截面的不同XY位置和/或在不同的时间间隔内变化。作为结果，一系列测地闭环在如图8所示的PS上产生，相应于不同量的相位调制。起始点是线水平偏振，其位于赤道处的PS上。两个中间点位于相对的极，且根据HWP的SA，HWP偏振转换的轨迹从一极到另一极遵循沿着PS表面的其中一条纵向线。从HWP获得的每个路径(由‘o’、‘x’和‘+’曲线示出)包围闭环。由于每个往返偏振转换，结果是封闭的区域。3级光学延迟器的所有转换遵循测地路线。几何相移再次由每个封闭的立体角的一半给出。
[94]在需要第一和第二线偏振为平行的情况下，两个QWP的光轴也平行。在这种情况下，仍然有首先将输入线偏振转换到RHC或LCH的选择，每个都要求QWP轴与π/4偏离(符号不同)对齐。QWP对齐的两种情况在图9(a)和图9(b)中给出。
[95]对于接下来的计算，我们使用相应于B、G和R激光峰值辐射的中心的一组蓝(B)、绿(G)和红(R)波长。例如，利用GaN材料系统，B和G中心波长分别大约为460和520nm。假定利用GaAs/InGaAs材料系统的传统R激光二极管具有635nm的中心波长。进一步地，假定单层QWP的自然材料色散具有大约分别为1.057和0.937的Δn(B)/Δn(G)和Δn(R)/Δn(G)的双折射比率。使用基于LC的波片容易得到这些双折射比率。通过包括波长差异的效应，在G波长处具有π/2延迟的QWP在B和R波长处分别产生大约1.195X和0.819X的延迟。使用在B、G和R波长处的延迟值的这些输入并固定在1115度(θ＝-70度)处的HWP和具有在π/4处对齐的慢轴的QWP，在图10(a)、(b)和(c)中分别对B、G和R波长描述通过Q/H(θ)/Q波片系统的斯托克司矢量(Stokesvector)演变。
[96]从图10(b)所示的PS图中很明显，两个QWP按需要在G设计波长处将线偏振转换成圆偏振，反之亦然。HWP将一个圆偏振转换成正交的圆偏振，其也由在设计波长处的π延迟给出。因此，闭环测地路径ABCA在G波长处的几何相移由-2θ或140度给出。
[97]相反，在图10(a)中示出B波长的偏振轨迹越过PS上南极位置，而R波长的偏振轨迹(例如图10(c))不到达南极位置。作为延迟高于QWP中所需的π/2和HWP中的π的结果，在B波长处，通过第三波片透射的光的偏振的转换在点D结束，而不是使点A处的环闭合。从几何相移的理论中，仍然可通过以到预期点A的假想测地路径使环闭合来提取相位因子。因为偏振没有被保持，动态相位以及几何相位都对蓝波输出的瞬时相位起作用。然而，在基于偏振的显示中，为高偏振纯度照射必须被清理。因此，偏振器一般以其透射轴平行于原始的激光输出偏振(例如，图6中的水平偏振)的方式被插入。由于在点D处的椭圆偏振态，通过只采用水平偏振分量而产生损耗。点D接着转换到具有减小的长度电场矢量的点E。假定水平偏振器是理想的并完全阻止正交的线偏振(例如，垂直偏振)。此外，假定偏振器不引入常见的透射损耗或相对相差(即，不是双折射的)。类似的处理被应用于在635nm波长处的偏振输出。
[98]为了在计算的每个波长处提取几何相位相关性，执行下列计算。首先，使用下式计算在给定波长和HWP角θ处的琼斯矢量：
V(λ,θ)=J(ΓQ(λ),π4)×J(ΓH(λ),θ-π4)×J(ΓQ(λ),π4)10---(15)]]>
[99]假定输入偏振是线性水平的。在需要的波长和慢轴方向评估QWP和HWP的延迟、Γ_Q和Γ_H。通常，电场矢量的X和Y分量两者都获得由下式给出的一些相位因子：
V(λ,θ)=AxejφxAyejφx=exp(jφx)AxAyexp(j[φy-φx])---(16)]]>
[100]使用理想的偏振器假定，获得琼斯矢量输出的点积，得到：
V′(λ,θ)=AxejφxAyejφx·10=exp(jΦ)Ax0---(17)]]>
[101]因此，来自PS上的偏振转换的任意焦点的几何相移可通过琼斯演算获得，而不必评估在PS上封闭的表面积。因而形成的电矢量现在有A_x长度，而不是单位元素。
[102]在HWP具有固定的在空间上变化的慢轴的实施方式中，对多个连续变化的方向计算几何相移。当HWP以旋转运动绕着某个垂直轴旋转时取所有可能的HWP慢轴方向，通过提取输出琼斯矢量的相位因子来计算几何相移，因而计算在每个局部XY位置处的激光束的相位调制。这些相位相关性结果在图11中示出。G通道几何相位确切地为-2θ，因为QWP和HWP两者在计算波长处都理想地是π/2和π延迟。B和R波长相对于HWP慢轴的相位调制中也大致是线性的。虽然通过Q/H(θ)/Q器件中的几何相移效应的相位调制大致与工作波长无关，通过理想偏振器的透射功率计算揭示了在B和R波长处的功率损耗。在图12中示出在水平线偏振态中剩余的光的被计算的强度。HWP SA在计算中变化了全部±π。如曲线所示，功率对HWP SA方向的第一个±20度接近于统一。G通道功率被维持，因为偏振总是在应用偏振器之前恢复到线偏振。B和R通道可在极端θ＝π/2方向引起高达33％和29％的功率损耗。
[103]在电子启动HWP(即，慢轴是可转换的)的实施方式中，SA变化一般被限制到±π/4，且所有三个通道都被预期维持大约90％的功率组分(在Q/H(θ)/Q器件中忽略AR损耗、吸收等)。较接近地看在理想偏振器之前椭圆偏振输出的长轴揭示了输出偏振在长轴中仅仅稍微偏离输入偏振。经计算的γ角度是在±π/2之间的整体范围中的±26度之内。因此，作为结果，没有输出偏振垂直于输入偏振并被检偏器阻挡的风险。然而，椭圆角在极端HWP SA方向上接近±35度。这些结果在图13中示出。
[104]增加QWP设计的光谱带宽的一种方法是使用两个或多个双折射层。例如，在一个实施方式中，两层消色差AQWP设计以从输入光侧开始的顺序包括在给定轴处对齐的第一HWP层和在第二角处对齐的第二QWP。因而形成的波片是两个延迟器的不同类级联。圆延迟以及线延迟可在所需的波长带两端被最优化，以便将线偏振转换成圆偏振，反之亦然。因而形成的线延迟器慢轴大致平分组成的HWP和QWP元件的慢轴。对于偏振转换，组成的HWP和QWP慢轴从大约±π/4对称地偏离。例如，在一个实施方式中，AQWP在λ＝510nm处由级联的HWP和QWP形成，其光轴在58度方位角处偏离。对单程的计算的线延迟幅度(a)、线延迟方向(b)和圆延迟(c)在图14中示出。在510nm的设计波长处，线延迟大约为107度，且慢轴大约为16度。圆延迟在设计波长处大约为97度。这些延迟特征组合，以提供将线偏振(即，水平偏振或垂直偏振)转换成圆偏振输出的宽波段AQWP。对不均匀延迟器的双程的计算的线延迟幅度(a)、线延迟方向(b)和圆延迟(c)在图15中示出。从这些结果很明显，在双程中的净延迟大约为180度，且慢轴大约为-45度。圆延迟几乎为零。该组合将水平偏振光转换成垂直偏振，反之亦然。所示的有效慢轴指反射RH-XYZ坐标，其中X轴被反转。因此，单程AQWP必须也在整个可见光波段内将线偏振有效地转换成圆偏振。
[105]根据本发明的一个实施方式，去散斑器件140使用类似于图6所示的相位调制器件的波片组件，其中WP1和WP3是AQWP，而WP2是HWP，其光轴分布作为HWP两端的XY位置的函数变化和/或在一个探测器积分区间内在照射横截面的给定的XY位置处变化。在2层AQWP的上述设计之后，因而形成的三级可变几何相位调制器件被配置为H/Q/H(θ)/Q/H，其中H和Q是在设计波长处的HWP和QWP的统一轴，这在所需的B、G和R激光波长处提供消色差线偏振到圆偏振转换。H和Q慢轴是固定的。具有在空间上变化的慢轴的HWP可在G激光波长处或附近被调整以适应真π延迟。在PS球上应用斯托克司矢量转换并指定可变轴HWP的SA为-70度(即，θ为从-π/4偏离-70度)以及将Q和H波片的慢轴布置为从π/4轴对称地偏离±29度，分别在图16(a)、(b)和(c)中示出在B、G和R波长处的偏振转换。首先参考G通道转换，第一固定的H波片将点A处的水平线偏振输入映射到赤道附近的点B(‘.’曲线)，第一Q波片将点B映射到南极附近的点C(‘o’曲线)，在-115度SA对准相对于X轴的变量H(θ)将南极附近(几乎是RHC)的点C映射到北极附近(几乎是LHC)的点D(‘x’曲线)，第二Q波片将点D映射到赤道附近的点E(‘+’曲线)，以及最后第二H波片将点E映射到大致是原始的输入线偏振的点F(‘□’曲线)。因此，具有5个延迟器层的3级器件形成ABCDEF的偏振轨迹。点F理想地与输入线性水平偏振相同。
[106]在利用偏振图像调制的显示系统中，偏振器采用平行于输入光束偏振的光的分量。因此，点F转换到点G，点G具有与点A相同的偏振，但具有减小的长度电场矢量。通过假定在3级器件之后的理想偏振器，得到闭环偏振转换。在这里，不直接计算封闭的表面积，以便提取在每个所需的波长处且对于每个变化的HWP轴的几何相移。如可在图16(a)和(c)中看到的，B和R通道的输入偏振被转换成具有相当大的椭圆率和长轴角相对于理想线性平行偏振输出的失调的输出。
[107]当HWP以旋转运动绕着某个轴旋转时再次取所有可能的H(θ)慢轴方向，通过提取输出琼斯矢量的相位因子来计算几何相移，因而计算在照射横截面的每个局部XY位置处的激光束的相位调制。RGB通道结果的这些相位相关性在图17中示出。
[108]在WP3的一个配置中，组成的固定方向QWP和HWP的方位角偏移产生WP1中相应的QWP和HWP的角偏移的负号。两个波片组件都从H和V偏振方向的相同的标称平分线轴偏移。在这种情况下，所引起的几何相位抵消了两堆AQWP的恒定相移。总相移是0且θ＝0。对于从0到±π/2变化的轴H(θ)，总几何相移再次为±π。
[109]对于WP3具有与WP1相同的HWP和QWP角偏移符号的可选AQWP配置，对具有5个延迟器层的3级器件获得总的恒定几何相移(在这里没有示出结果)。由于HWP轴θ＝0度，对G通道的所引起的几何相位大约为-118度。在从-π/4轴变化到±π/2H(θ)轴期间，可变几何相位范围从62度到-298度。可变几何相移确切地为-2θ，且最大相位调制对±π/2θ范围的最大值为±π。在θ＝0度处的额外相移有助于几何相移的无限制性质和3级H/Q/H(θ)/Q/H器件中额外的波片的使用。对可选配置的B和R波长在相位调制与HWP慢轴的关系曲线中也大致是线性的。由于波片的色散效应，在θ＝0处的相移不同于G通道相移。这再次表明，在H/Q/H(θ)/Q/H器件中通过几何相移效应的相位调制大致与工作波长无关。
[110]在图18中示出在水平线偏振态中剩余的光在通过H/Q/H(θ)/Q/H器件的被计算的强度。通过理想偏振器的透射功率揭示了在B和R波长处少得多的强度损耗。HWPSA在计算中变化了整个±π。如在曲线中示出的，G通道对水平偏振光维持至少99％的强度，而B和R通道产生水平偏振光的在88％和94％之间的输入强度。具有5个延迟器层的3级器件提供了以大θ旋转的提高的功率。使用具有5个延迟器层的3级器件设计，使理想偏振器之前的椭圆偏振输出的长轴和椭圆角更接近于线性平行输入偏振的特征。对于在±π/2之间的θ的全部范围和对于所有三个通道，被计算的γ角在±20度内。椭圆角对所有SA方向小于±20度。这些结果在图19中示出。
[111]参考图20(a)和20(b)，示出了根据本发明的一个实施方式的去散斑器件300。在该实施方式中，去散斑器件300包括由有源LC延迟器组成的近HWP 310。LC延迟器310包括共面转换(IPS)材料312，例如夹在两个平行板314、316之间的平面排列向列LC。在器件的输入侧上，第一QW层(或多层AQWP)324耦合到第一平行板314，其有效光轴325相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐。在器件的输出侧上，第二QW层(或多层AQWP)326耦合到第二平行板316，使得其有效光轴327相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐。在一个实施方式中，外部QWP延迟器层324、326使用沉积技术被覆盖在LC单元基底314、316上。在其它实施方式中，通过有机箔材料的叠层提供外部QWP延迟器层324、326。近半波延迟器310是可操纵的，以有在空间上和在时间上变化的光轴(例如，光轴或慢轴越过延迟器和/或照射横截面的XY位置的函数变化)。更具体地，近半波延迟器310包括被独立地控制以提供可变慢轴的多个单元分区或像素。多个LC像素形成图案以相对于探测器和/或图像形成器件(未示出)的分辨率获得亚分辨光斑分区。
[112]致动器320被设置成在一个探测器积分区间内积极地改变以随机或预定图案的每个LC像素的慢轴(例如，以在光学延迟器的平面内转换慢轴的方向)。在一个实施方式中，致动器320通过将电压施加到布置在基底314和防护玻璃罩316上的多个ITO电极来电子地控制各个LC像素。更具体地，致动器320包括界定LC像素的像素化的透明电极基底。例如，在一个实施方式中，LC通过边缘场转换来转换。在另一实施方式中，LC是铁电LC(FLC)。在这些实施方式中，有源HWP的慢轴将在-π/4和+π/4之间或在+π/4和3π/4之间连续转换。π/2的范围由于市场上可买得到的共面转换LC材料的当前限制而被引用。例如，FLC例如CHISSO 2004可在LC器件的平面内旋转π/2。通过横向电极转换的向列IPS LC类似地被限制到π/2旋转角。
[113]在操作中，激光输入光束(例如，水平偏振)穿过其中它变成圆偏振(例如，具有第一旋向)的第一QW层324，穿过其中旋向改变为相反的方向(例如，具有第二相反的旋向)的HWP310，并穿过其中它再次变成线偏振(例如，水平偏振，因为QWP慢轴是平行的)的第二QW层326。注意，HWP 310的每个像素将为所有启动的状态(例如，不管是否它转换到-π/4或+π/4)提供闭环偏振转换。如上讨论的，该闭环偏振转换提供用于产生相位调制的几何相移，该相位调制产生不相关的散斑图样。由于转换范围被限制到π/2，由可电子地转换的HWP和两个共同操作的QWP获得的最大几何相位调制深度是π(最大为2θ＝2*π/2或π)。
[114]参考图20(c)和20(d)，示出了根据本发明的另一实施方式的去散斑器件300a。在该实施方式中，去散斑器件300a包括由有源LC延迟器组成的近HWP 310a。LC延迟器包括共面转换(IPS)材料312a，例如夹在两个平行板314a、316a之间的平面排列向列LC。近半波延迟器310a是可被操纵的，以有作为XY位置的函数变化的可变光轴分布。更具体地，近半波延迟器310a包括多个单元分区或像素，其慢轴是可独立地被控制的。多个LC像素形成图案以相对于探测器和/或图像形成器件(未示出)的分辨率提供亚分辨光斑分区。
[115]致动器320a设置成在一个探测器积分区间内积极地改变以随机或预定图案的每个LC像素的慢轴(例如，以在光学延迟器的平面内转换慢轴的方向)。在一个实施方式中，致动器320a通过将电压施加到布置在基底314a和防护玻璃罩316a上的多个ITO电极来电子地控制各个LC像素。更具体地，致动器320a包括界定LC像素的像素化的透明电极基底。例如，在一个实施方式中，LC通过边缘场转换来转换。在另一实施方式中，LC是铁电LC(FLC)。通常，慢轴将在0和π之间或在0和-π之间转换(例如，相对于线偏振输入光)。
[116]在操作中，激光输入光束(例如，水平偏振)穿过HWP 310a。如果LC像素被操纵，以使其慢轴平行于水平输入，则穿过其的光将旋转180度(例如，水平偏振)。如果LC像素被操纵，以使其慢轴垂直于水平输入，则穿过其的光将旋转0度(例如，水平偏振)。换句话说，双态转换LC轴强加0或π相位调制，同时维持相同的线偏振输出。
[117]有利地，关于图20(a)和20(c)讨论的实施方式不需要可变HWP的机械扰动，因而对抑制散斑对比度提供低噪声和紧凑的解决方案(例如，这对嵌入式便携式器件中的基于激光器的投影仪非常有用)。
[118]进一步有利地，上面讨论的LC延迟器310、310a利用共面转换材料。因此，LC器件调节光轴的方位角，同时保持倾角固定在离器件平面的0度处或附近。这与仅相位调制器相反，其使用LC延迟器材料，通过调节LC的倾角来操作，同时保持方位角固定。除了提供上述几何相移以外，共面转换LC器件还提供快速的转换时间。
[119]参考图21(a)和21(b)，示出了根据本发明的另一实施方式的去散斑器件400。在该实施方式中，去散斑器件400包括机械扰动的近半波延迟器410。更具体地，去散斑器件400包括布置在近半波延迟器410的输入侧上的第一QWP(或多层AQWP)424，其有效光轴425相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐，以及布置在近半波延迟器410的输出侧上的第二QWP(或多层AQWP)426，其有效光轴427相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐。在该实施方式中，近半波延迟器410是半波片或多级半波片，其在所关心的波长处提供实质上半波延迟(例如，1HW、3HW、5HW等)的奇数倍。近半波延迟器410具有在空间上变化的慢轴，其在一个实施方式中包括平行于半波片的表面的多个慢轴方向。更具体地，近半波延迟器具有作为XY位置的函数变化(例如，慢轴方向在光学延迟器的整个平面内以预定或随机图案变化)的慢轴分布。通常，慢轴变化设计成使得近半波延迟器的子截面展示局部一致的延迟器轴(例如，在微观水平)，该子截面比去散斑平面上的相应分辨光斑小得多。
[120]致动器420提供近半波延迟器410的机械扰动，同时保持QWP424、426固定。在一个实施方式中，致动器包括用于使近半波片绕着旋转轴旋转的电机。例如，在图21(c)所示的实施方式中，近HWP410被安装成从光束轴偏移。在另一实施方式中，致动器包括用于提供线性平移(即，使近半波片振动)的压电制动器。例如，参考图21(d)，致动器410可提供一维(1D)或两维(2D)平移。有利地，包括提供1D或2D线性平移的致动器的去散斑器件不要求近HWP与包括提供旋转平移的致动器的去散斑器件一样大。例如，包括提供1D或2D线性平移的致动器的去散斑器件只要求近HWP比照射区域(例如，其在使用传统光管的情况下为大约7x4.4mm)稍微大一点，而使用提供旋转平移的致动器的去散斑器件长达超过两倍。
[121]在操作中，激光输入光束(例如，水平偏振)穿过其中它变成圆偏振(例如，具有第一旋向)的第一QW层424，并接着穿过近HWP410和第二QWP426。如果光穿过具有接近于π/4或-π/4的局部慢轴方向的近HWP410上(例如，如图21(b)所示)的区域，则圆偏振光将改变旋向并作为具有π的相移(即，闭环偏振转换)的线偏振光从第二QWP传输。如果光穿过具有不是π/4或-π/4的局部慢轴方向的近HWP410上的区域，则相移将小于π。换句话说，相移依赖于局部慢轴方向。多个局部慢轴方向(例如，平行于延迟器的表面延伸的慢轴方向)提供产生静态散斑图样的相位掩模。
[122]致动器420移动近HWP410，使得激光束的横截面的子截面(即，其小于去散斑平面上的分辨光斑)将在给定时间间隔内对不同的慢轴方向采样。换句话说，移动(例如旋转/振动)近HWP410改变在照射横截面的每个XY位置处的相移，使得在每个子像素分辨光斑处的干涉条件随着时间的过去而变化。因此，去散斑图样随着时间的过去并在分辨光斑上变化，结果是被抑制的散斑对比度，如在一个探测器积分区间内探测到的。
[123]在一个实施方式中，近半波片410包括具有随机定向的慢轴分布的液晶聚合物(LCP)，如在图22(a)中示意性示出的。在同一附图中还示出的是表示一致的第一和第三级波片光轴方向的(a)和(c)图。通常，分布图样设计成使得在激光照射系统中入射光束的横截面的每个子截面(例如，XY位置)将对局部一致的延迟器轴(在微观水平)和实质上相似的z轴采样。
[124]图22(b)示出由光束的部分采样的局部一致的延迟器轴。图22(b)是局部LCP位置的LC指向矢图，局部LCP位置小于显示系统的分辨光斑尺寸。在给定的XY位置，局部排列的LC分子相对于给定器件XY坐标系在θ(x，y)处定向。因为几个相邻的局部LCP位置形成显示系统的分辨光斑尺寸，近HWP410将可变量的几何相移引入照射中。
[125]在一个实施方式中，近半波片410包括如下用光固化LCP材料制成的LCP。向列型LCP先驱体(例如，ROF-5151，Rolic Technologies，Basel，CH)被覆盖在透射或反射基底(例如，玻璃、聚合物、单晶等)上。可选地，基底是首先用底漆层覆盖，以促进LCP先驱体覆层的粘附和/或湿润。如果可选的底漆层是线性可聚合的聚合物(LPP)材料，则它不被用作取向层(alignment layer)。换句话说，不使用摩擦取向或光取向工艺步骤。可选地，利用使用取向层的随机或准随机取向。当在基底上覆盖LCP先驱体膜时，LCP材料是向列相位中的液晶。在微观水平没有全局优选的方向(例如，指向矢方向)，然而，在微观水平，LCP先驱体膜将展示在不使用取向层的情况下以随机方式连续变化的慢轴方向，或在使用取向层的情况下遵循取向层的随机或准随机取向。除了在这样的小空间维度上的方向上从空间变化产生的很多奇点(漩涡)以外，在所有空间位置存在有限的方向。
[126]虽然LCP先驱体膜处于液态，如果没有提供取向层，则在微观尺度的在空间上变化的慢轴方向将随着时间的过去不断地变动。为了将膜设置成固态，LCP一般通过UV固化工艺被交联。这使上述微观地连续变化的方向和漩涡持久。
[127]为了控制LCP膜中方向变化的尺度(平均空间变化率或每单位面积的漩涡密度)，使用两种方法：
[128](类型A)为了产生低漩涡密度，LCP先驱体膜被制造成有相对高的溶剂含量，且它在接近于但小于其向列-各向同性相转变的温度处退火。这些条件允许类似方向的较大区域发展，且允许一些漩涡在彼此相遇时合并。在期望数量的退火时间之后，膜快速交联，或快速冷却并接着交联，以固定结构。可选地，固化膜接着被后烘，以移除残留的溶剂。
[129](类型B)为了产生高漩涡密度，LCP先驱体膜被制造成有相对低的溶剂含量，接着它被升高到高于其向列-各向同性相转变的温度，在该温度它变成各向同性的。膜接着被快速冷却回到室温。当它冷却一直到各向同性-向列相转变温度时，方向突然以高空间变化率在微观水平发展，且存在高密度的漩涡。交联过程立即被应用，以使该结构持久。固化膜接着可选地被后烘，以移除残留的溶剂。
[130]图23中示出具有高漩涡密度的随机定向的LCP近半波片(即，未对齐的LCP)的图像。该图像是具有1单位＝25微米的刻线标度的交叉的偏振器微观密度图像。黑粒相应于平行于偏振器或交叉轴检偏器排列的LCP指向矢。黑粒之间的连续阴影代表连续的LCP指向矢变化。很清楚，未对齐的HWP的在空间上变化的慢轴将向探测器上的分辨光斑提供亚分辨光学相位调制(例如，如果显示器件具有大约10微米的像素宽度)。更具体地，亚分辨光学相位调制将在探测器提供亚分辨强度变化(例如，静态散斑图样)。
[131]在膜中观察到的漩涡可被描述为m＝+1和m＝-1型漩涡，然而，它们通常是失真的。漩涡的m＝+/-1性质是明显的，因为有从每个漩涡出现的两个相对的暗条纹和两个相对的亮条纹。m＝+1和m＝-1漩涡的分布通常相等并良好地分散。没有观察到高级漩涡，虽然可以想象它们可能是存在的。可通过在样本在交叉偏振器之间旋转时观察条纹在哪个方向旋转来区分开m＝+1和m＝-1。条纹旋转对m＝+1是在样本旋转的相反方向上，而对于m＝-1是在样本旋转的相同方向上。
[132]一些简单的数学模型被用于描述当两个漩涡相互作用时LCP指向矢的方向分布。其结果在图24、25和26中示出，这些图示出LCP指向矢如何分别在两个附近的m＝+1漩涡、两个附近的m＝-1漩涡和附近的m＝+1和m＝-1漩涡周围表现。
[133]有利地，上述未对齐的LCP制造技术提供了具有在空间上变化的慢轴的HWP，其中慢轴变化是连续的而不是分立的。因此，LCP HWP不被分立的步骤限制，这些分立的步骤与具有透明的像素化电极结构的电子处理的LC和/或具有织纹表面的现有技术扩散器相关。此外，因为LCP HWP的连续变化的慢轴是随机或准随机分布的(例如，LCP在被固化之前在随机排列或未对齐的取向层上被覆盖)，制造不需要符合某些目标，且作为结果LCP近HWP比现有技术扩散器更容易制造。而且，LCP HWP比具有织纹表面的现有技术扩散器损耗少。
[134]进一步有利地，未对齐的LCP制造技术允许位于近HWP的XY平面内的局部慢轴在比系统的一个分辨光斑尺寸的等效物(即，在HWP被插入的地方附近)小得多的规模上变化。例如，如果近半波片位于接近于微显示器面板，则一个分辨光斑尺寸大约相应于一个LC像素尺寸。SAVG和1080p微显示器面板可具有小于10微米的像素截距。注意，在图23中刻线尺寸的一个单位之间，出现-π/2到π/2相对指向矢方向的一些完整的演变。刻线尺寸相应于在一般微显示器面板中的大约2到3个像素宽度。这意味着，结合光学线性由可变地对齐的HWP对圆偏振转换器强加的相位可变调制出现在像素宽度的非常小的部分处。因为由LCP HWP提供的在空间上变化的相位掩模具有比微显示器像素小得多的颗粒尺寸，预期有改善的散斑抑制。
[135]进一步有利地，发现LCP HWP不使输入线偏振激光混杂。对于后者，高漩涡LCP HWP漩涡的一些样本以Mueller矩阵偏振计为特征。在这些实验中，大约2mm宽度的光束以垂直入射被入射在样本上。样本的完整的Mueller矩阵数据在整个波长光谱中被收集。
[136]参考图27，示出了作为波长的函数的消偏振指数的曲线。消偏振指数(Dep指数)如下定义：
Dep(M)=1-(Σi,jmij2)-m0023m00---(18)]]>
其中M是样本的Mueller矩阵，m_ij是在(i-行，j-列)的M的矩阵元素，i和j范围都是从0到3。在这里的定义中，零单位的Dep(M)相当于未消偏振的Mueller矩阵，且一个单位相当于理想的消偏振器。
[137]图27中的其它曲线示出对于给定输入偏振消偏振(DOdP)度的结果。消偏振度被定义为给定斯托克司矢量S的偏振度的分量：
DOP(S)=Σi=1,2,3Si/S0]]>(19)
DOdP(S)=1-Σi=1,2,3Si/S0]]>
为了对一些已知的偏振计算消偏振度，所测量的样本Mueller矩阵用输入斯托克司矢量乘。曲线中的标号“H”、“V”、“P”、“M”、“L”和“R”分别相应于线性水平、线性垂直、线性π/4、线性-π/4、左旋圆和右旋圆输入偏振。使用下列表达式对所收集的样本数据应用该矩阵操作：
Sout＝M(sample)×Sin
Sin＝S_H＝[1，1，0，0]^T or
S_V＝[1，-1，0，0]^T or
S_P＝[1，0，1，0]^T or                                          (20)
S_M＝[1，0-1，0]^T or
S_L＝[1，0，0，1]^T or
S_R＝[1，0，0，-1]^T
[138]在图27所示的结果中，消偏振指数大约是平均消偏振度，假定在输入光束中存在所有的偏振态。注意，具有在空间上变化的慢轴的被制造的HWP对在设计波长处的圆偏振输入的两个旋向显示很少或没有消偏振。由于前面级QWP偏振转换，在去散斑器件中满足该圆偏振输入条件。因此，已经表明，当对一个光线输入进行闭环偏振转换时不仅LCP HWP保持输入线偏振，而且也不使输入偏振与照射直径为几毫米的区域的一束光线混杂。
[139]为了证明通过在空间上改变HWP光轴方向产生的一系列相位掩模在抑制所察觉的散斑噪声时是有效的，执行一系列数值模拟。在包括去散斑器件和粗糙屏的基线系统中，照射通过去散斑器件的调制进一步在粗糙屏上通过光路调制来调节。在进一步包括显示器面板的全投影系统中，携带去散斑器件的相位掩模的物体波阵面进一步在振幅、相位、偏振或其组合上在显示器面板像素处被调制。该波阵面接着由粗糙屏的相位图调制。净调制图被投影到探测器。没有预期微显示器为相干照射激光波长的几倍的随机光路长度调制的源，因此没有预期微显示器产生散斑。微显示器由于像素化的结构一般包括栅格图案，该像素化结构将在利用相干激光源的投影仪系统中引起衍射效应。在这里没有模拟该效应。
[140]早些时候描述的散斑成像模型更改为包括512x512个栅格点的额外的随即相位掩模。该模拟假定静态的但随机的相位掩模在探测器积分区间内由粗糙投影屏促成。在每个计算区间，产生另一相位掩模，表示去散斑器件的功能。这两个掩模乘在一起以在探测器产生有效的复振幅光场。相位掩模转换成复振幅调制，并与3区域面板调制相乘。在图28(a)到图28(d)中为在积分区间内通过去散斑器件的多达160组ZY随机相位调制示出在积分区间内被探测的图像。参考图28(a)，很清楚，静态相位掩模在其由于屏幕与静态散斑图样相互作用之后无论如何都不帮助抑制所察觉的散斑。参考图28(b)、(c)和(d)，很清楚，当相位掩模的数量从10增加到分别100、160时，散斑颗粒变得更小，且从平均探测的强度的偏离减小了。
[141]使用一直到±π的随机相位掩模(使用具有π的一个σ的统一分布或正常(高斯)分布)，每个因而产生的瞬时图像产生大约50％的散斑对比度比率。通过对多个非相干图像求和，散斑比率开始降低。散斑对比度比率对所产生的散斑图像的相关性在图29中示出。对于给前10个图像积分的每个额外的图像，散斑对比度的降低是急剧的。对于在50图像之后积分的额外的图像，散斑对比度开始稳定。注意，对于保持比率＜10％和8％的一般要求，该模型建议需要在100和160之间的完全不相关的散斑图样。如果相位调制仅仅是部分不相关的，则对样本察觉的散斑比率相位掩模的数量增加。
[142]在上述的每个实施方式中，具有在空间上变化的慢轴的近半波延迟器(例如310、310a、410)被制造成使得在空间上变化的慢轴对穿过其的光强加相位掩模。用于使用相应于非相干散斑图样的空间干涉图样对光束编码的该相位掩模一般具有相位单元尺寸(即，具有恒定相位或局部一致的延迟器轴的不同区域的尺寸)，该相位单元尺寸比探测器的分辨光斑的尺寸(例如平方律或人眼)小得多和/或比显示器面板中的像素的尺寸小得多。通常，当具有在空间上变化的慢轴的HWP延迟器是可电子处理时，相位掩模被像素化，而当具有在空间上变化的慢轴的HWP延迟器是基于LCP的时，在相位掩模中的相位单元将被随机分布和/或不规则地成形。在每种情况下，相位掩模都可提供在0和π之间的相移的连续性(例如，对于可电子处理的HWP，中间相移在转换期间出现，而对于在空间上变化的慢轴，是基于LCP的HWP)；或可主要提供0和π相移(例如，对于转换时间比在端点状态的像素的驻留时间小得多的可电子处理的HWP，且其中所有的像素同时可选地以周期性时间间隔转换)。在每种情况下，如果相位单元尺寸比激光照射系统的分辨光斑的尺寸小得多(比探测器的分辨光斑小得多和/或币显示器面板中的像素的尺寸小得多)，则散斑对比度抑制得最多。
[143]为了估计探测器的分辨光斑，我们假定去散斑器件定位成邻近微显示器面板。不管投影仪光学元件的放大率如何，观察者一般都能够辨别由微显示器调制的图像的像素。透射和/或反射型的大部分高分辨率微显示器面板都是基于LC的，并产生大约5到10像素截距。由于对在每个像素处的微机械致动器的需要，基于DMD的微显示器一般拥有较大的像素截距。
[144]参考图31，去散斑器件140上的照射区域的覆盖区分成微显示器面板的假想的行x列分辨率。照射的横截面具有假想的I行和J列。相应于一个微显示器像素的区域被放大，以显示所需的相位分区。为了对沸腾散斑图样取平均，在每个分区内的相位值应在探测器积分区间内快速变化。
[145]通常，人眼的积分时间在大约20ms和50ms之间(例如，人眼探测变化的时间为至少20ms)。因此，如果具有在空间上变化的慢轴的近HW延迟器是基于LC的，则在探测器积分区间内的快速相位调制通过选择以适当高的速率电子转换来获得。如果具有在空间上变化的慢轴的近HW延迟器是基于LCP的，则在探测器积分区间内的快速相位调制通过以适当高的速率平移近HWP来获得。
[146]例如，考虑图21(c)所示的旋转的近半波片。通常，入射相干光束照射从旋转轴(例如旋转中心)偏离的近HWP的小区域，使得最近的照射边缘离旋转轴距离为l，并使得最远的照射边缘离旋转轴距离为L。假定每个显示器像素截距d等于10微米，以及在去散斑器件平面上的最大分辨光斑是10微米，最小旋转速度可如下计算。如果探测器具有以120Hz的双倍速率的积分区间(例如，Δt等于1/120s或8.33msec)，且如果160组相位图在一个积分区间内被平均以提供＜8％的被察觉的散斑对比度比率，则每个相位图的时间间隔Δt₁将为大约52μsec。从v＝d/Δt₁计算的最小线速度因此等于10μm/52μsec或192mm/sec。假定离轴的最小线距离l等于6mm，最小角速度ω＝v/l将等于192mm/sec/6mm或32rads/sec。根据每秒在转数(rps)，这转换成大约5rps或306rps的角速度。注意，角速度可在整个照射区域内是恒定的，局部线速度与离轴位置的距离成比例。如果照射区域的最小距离降低，则速度必须增加，以便维持被探测图像中所需的散斑比率。
[147]根据本发明的一个实施方式，上面讨论的一个去散斑器件(例如300、300a、400)用作图1所示的去散斑器件140，以便抑制从探测器180的有限孔径和有限积分时间产生的散斑效应。在一个实施方式中，去散斑器件(例如300、300a、400)被插入照射臂中。在另一实施方式中，去散斑器件(例如300、300a、400)被插入投影臂中。通常，在去散斑器件处整个激光照射平面中产生在空间上变化的和/或随机相位调制的具有在空间上变化的慢轴的近HW延迟器(例如310、310a、410)具有慢轴变化，该慢轴变化以比分辨光斑的等效物小得多空间域尺寸沿着去散斑器件被插入的地方的平面变化。如果去散斑器件定位成极接近微显示器面板150，则可假定相位调制平面上的分辨光斑大约与微显示器面板150的像素尺寸相同。在这种情况下，具有在空间上变化的慢轴的近HW延迟器(例如310、310a、410)的颗粒尺寸(即，一个分区或一个相位单元)将小于微显示器面板的像素尺寸。
[148]在关于图20(a)和21(a)讨论的实施方式中，去散斑器件300、400被示为包括第一QWP(或多层AQWP)324、424，其有效光轴相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐，以及第二QWP(或多层AQWP)326、426，其有效光轴也相对于输入激光的线偏振轴在π/4处对齐，使得输出光的偏振平行于输入光的偏振。在其它实施方式中，第二QWP(或多层AQWP)的有效光轴相对于输入激光的线偏振轴在-π/4处对齐，使得输出光的偏振垂直于输入光的偏振。在其它实施方式中，第二QWP(或多层AQWP)的有效光轴相对于输入激光的线偏振轴在某个其它角处对齐。在每种情况下，第一和第二QWP或AQWP有利地保持系统的线偏振，因而对增加基于偏振的显示系统的亮度非常有用。在其它实施方式中，省略了第二QWP。事实上，虽然第二QWP对显示器面板是基于偏振的(例如，LCD微显示器面板)实施方式有用，但它对显示器面板不是基于偏振的情况(例如，可变形的微镜器件(DMS))则用处就没那么大了。
[149]当然，上面的实施方式仅作为例子提供。本领域的普通技术人员应认识到，将使用各种更改、替换配置和/或等效形式，而不偏离本发明的范围。例如，虽然上面讨论的实施方式被描述为包括具有在空间上变化的慢轴的基于LC的近HWP(例如，电子启动的或LCP)，而在本发明的其它实施方式中，具有在空间上变化的慢轴的近HWP基于其它双折射材料。例如，在一个实施方式中，具有在空间上变化的慢轴的近HWP包括有机拉伸的聚合箔或非一致排列液晶波片。此外，虽然具有在空间上变化的慢轴的近HWP被描述为单个元件，具有在空间上变化的慢轴的近HWP耦合到其它元件也在本发明的范围内。例如，在本发明的一个实施方式中，近HWP和/或QWP覆盖有提高波片的角谱宽度的形状双折射电介薄膜涂层(例如，提供作为入射角的函数变化的相位延迟)。因此，本发明的范围因此被规定为完全由所附权利要求的范围限制。