專利名稱：偏振光照明裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種偏振光照明裝置。例如，它可應用于要求作用偏振光的空間光調(diào)制器的照亮。
背景技術(shù)：
實際上，一些裝置是利用在單個方向中線性偏振的光工作的。例如，使用液晶調(diào)制器以使信息與/或圖像顯示的液晶顯示器就是如此。
在這種系統(tǒng)中，可以采用多種解決方案?？梢允褂闷窆庠?激光)，但它必須提供很好的偏振穩(wěn)定性并提供足夠的燭光。
也可以使用一種非偏振光，但在這種情形中，所述光的兩種偏振必須被分離。在第一方向偏振的光可以被直接或幾乎直接地使用。為了避免失去在垂直于第一方向的第二方向偏振的光所攜帶的能量，從而避免僅使用一半的光源功率，該光需進行處理以旋轉(zhuǎn)其偏振90°，從而使其變得在第一方向中偏振。
為此，一種稱為λ/4極板的裝置被定位在要進行處理的光的通路上，其效果是將這種光的偏振旋轉(zhuǎn)90°。在本領域內(nèi)，已知這種λ/4極板可以采用聚合材料薄膜的形式，但這種薄膜存在受熱變型的缺點，例如對于液晶顯示器，需要相當大的能量，以觀看屏幕。這種λ/4極板也可以采用石英極板。然而，這種裝置存在消色的缺點，而對于彩色系統(tǒng)，這是一個嚴重的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有溫度穩(wěn)定特性且不導致或?qū)嶋H上不導致彩色失真的照明裝置。
因此，本發(fā)明涉及一種偏振光照明裝置，它包括
-一種發(fā)出第一光束的光源，-一個Fresnel-Rhomb(菲涅耳斜方系)型光偏振裝置，該裝置經(jīng)輸入面接受由所述光偏振裝置的至少兩個相對表面反射的第一光束，并經(jīng)過輸出面提供至少第二光束；-一個反射偏光器，其位置對著該Fresnel-Rhomb型光偏振裝置的輸出面以接受第二光束，以便使該線性偏振光在第一方向中通過而反射其它任何方式偏振的光；-一個反射裝置，其位于偏振裝置的輸入面與光源之間，以使所述第一光束穿過而反射被該反射偏光器反射的光。
根據(jù)本發(fā)明的一種示列性實施方式，該照明裝置還包括-第一光導，它具有一個設計接收所述第一光束的輸入面；一個其光軸垂直于所述輸入面、壓在Fresnel-Rhomb偏振裝置的輸入面上的輸出面；該第一光導的截面與輸入面的表面尺寸近似相同，-和一個第二光導，它具有一個壓在Fresnel-Rhomb偏振裝置的輸出面上的輸入面；和一個向所述反射偏振器發(fā)射從所述光源接收的光的輸出面；其中所述第二光導的光軸垂直于Fresnel-Rhomb偏振裝置的輸出面；且該第二光導的截面與輸入面的表面尺寸近似相同。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述光導其中之一或兩個都用作光累積器。
所述Fresnel-Rhomb偏振裝置的輸出面可以被制造具有類似于要由所述光照裝置照亮的表面的形狀。由于Fresnel-Rhomb偏振裝置具有矩形或正方形截面，所述光導優(yōu)選具有矩形或正方型截面。
以下設置也可以分開或組合使用-所述反射偏光器的定位面對所述第二光導的輸出面；-所述反射偏光器的方向相對于所述光偏振裝置的所述相對面成45。；-所述反射裝置定位于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置的輸入面或所述第一光導的輸入面上；-當一條光束穿過Fresnel-Rhomb光偏振裝置時，F(xiàn)resnel-Rhomb光偏振裝置的兩個或多個相對面會導致所述光束在S和P偏振分量之間的總相移為90°；-所述反射偏振器包括一個反射材料層，所述反射材料層包括一個允許所述第一光束穿過的非反射區(qū)域；-所述光源包括由一個光源照射并將所述光線聚焦于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置中的一個反射器；-所述第一光束的軸與所述第二光導的光軸一致；-所述第一光束是未經(jīng)校準的；-所述第一光束是會聚的。
最后，本發(fā)明適用于一種其中顯示裝置的位置面對反射偏振器以便被由所述反射偏振器透射的光照射的顯示系統(tǒng)。所述顯示裝置可以是一種液晶調(diào)制器。


結(jié)合附圖，通過對下述非限制性實例的描述，本發(fā)明的各種目的和特性將更加明顯，附圖包括圖1為根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的一個典型實施例；圖2a和2b為一個Fresnel-Rhomb偏振裝置；圖3為該裝置的一個典型實施例的更詳細的實例。
具體實施例方式
參照圖1，首先將描述根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的一個一般的示例性實施例。
該裝置包括-一個發(fā)出非偏振光光束10的光源1，-光積分/偏振裝置(light integrating/polarizing device)3/4/5；-一個將經(jīng)適當定向以允許線性偏振光在偏振方向通過的反射偏光器6；-一個定位于光源1和積分/偏振裝置之間的反射裝置44，該反射裝置可使光束10穿過進入積分/偏振裝置，而以下述方式反射來自反方向的光；
-一個希望由偏振光照亮的物體2。一方面，積分/偏振裝置3/4/5的作用在于由非矩形光源得到均勻的統(tǒng)一的矩形光；另一方面，如將在下面進行描述的那樣偏振所述光。該積分/偏振裝置3/4/5在其中央部分主要包括本領域已知的一個Fresnel-Rhomb偏振裝置3，這種裝置的描述可在Eugene HECHT的OPTICS(光學)-第二版(1987)(Addison-WesleyPublishing Company，Inc.)-中找到。
這種裝置具有對輸入光束至少進行兩次反射的至少兩個面。例如，如圖2a和2b所示，它可以設計成平行六面體，其側(cè)面35和36為平面。裝置3的輸入面30與側(cè)面成某一角度，以便經(jīng)輸入面30以某一近法線入射角(a near normal angle of incidence)進入光導的光束，經(jīng)反射面35上的第一反射，然后在第一反射對面的側(cè)面36上經(jīng)第二反射，指向輸出面31上。優(yōu)選地，該輸出面與輸出光線的方向近似成直角，因此與輸入面30平行。該裝置相對于輸入光束的入射方向的傾角的計算是根據(jù)裝置5的材料的折射率計算得出的，以使在上述裝置內(nèi)進行兩次反射而實現(xiàn)下述操作。
這種Fresnel-Rhomb裝置的操作基于通過表面30進入的光的兩次反射，其中對于大致垂直于輸入面30的平均光線(average ray)而言，P和S偏振之間的每次全反射的相移約為45°。因此，在進入裝置3的通道上，P和S之間的總相移為90°。根據(jù)入射光束的偏振，其結(jié)果是裝置3的作用如下-對于+45°的線性輸入光的偏振(P和S的振幅相同而P和S之間的相移為0)，輸出偏振將為右圓(right circular)；-對于-45°的線性偏振(P和S的振幅相同而P和S之間的相移為180°)，輸出偏振將為左圓(left circular)；-對于右圓偏振(P和S的振幅相同而P和S之間的相移為90°)，輸出偏振將為以-45°線性的；-對于左圓偏振(P和S的振幅相同而P和S之間的相移為-90°)，輸出偏振將為以45°線性的；-對于水平線性偏振，最終的偏振將不發(fā)生變化；-對于垂直線性偏振，最終的偏振將不發(fā)生變化；
-對于任何線性偏振(零相移)，輸出偏振將為橢圓的而不是圓的。
因此，對于非偏振入射光束(燈1提供的光束)，第一次進入裝置3的光經(jīng)過表面31離開時主要為非偏振的。反射偏光器6經(jīng)適當?shù)貙蛞栽试S偏振光在偏振方向通過。例如，反射偏振器6的方向相對于裝置3的反射面35，36優(yōu)選地成45°。未透射的光被以45度沿某一方向返回線性偏振光的反射偏振器6反射。在這些情況中，反射偏振器必須被定向，以便反射光的偏振方向與表面36上的入射平均平面大約成45°角。
從圖2a可以看出，線性偏振光束經(jīng)第一反射(在表面36)將其偏振轉(zhuǎn)換為橢圓偏振，然后經(jīng)第二反射(在表面35)轉(zhuǎn)換為圓偏振。然后，該光束被反射裝置44以反向圓偏振朝向裝置3內(nèi)部反射。在裝置3中，被裝置44反射的光又被表面35在反方向以橢圓偏振反射，然后經(jīng)表面36以線性偏振反射，現(xiàn)在線性偏振就垂直于以前由反射偏振器6反射的光的偏振。然后，該光穿過反射偏振器6。
圖1顯示了偏振裝置3位于分別附于裝置3的輸入表面30與輸出表面31上的兩個光導4和5之間。根據(jù)圖1中的示例性實施例，分別在要進行處理的光束的軸的輸入與輸出方向，光導4的輸入面41和光導5的輸出面52大致垂直。光導4和5具有以積分器(integrator)方式工作的特性，它們的形狀優(yōu)選平行立方體。如圖1所示，其截面分別與裝置3的輸入和輸出面30和31具有大致相同的尺寸。
如果不強制要求這一點，裝置3的長度就需要進行計算，以便對于經(jīng)表面30中央進入該裝置的光束10的平均光線(average ray)，該平均光線的輸出區(qū)域優(yōu)選地大致位于輸出面31的中部。
此外，在必須由正在被處理的光束照明的圖1中的裝置2為矩形空間光調(diào)制器的情況中，所述光導5的截面將被有利地以一個更大或更小的位似比例(homothetic ratio)制造成空間光調(diào)制器的形狀。
此外，為了制造反射裝置44，光導4的輸入面41或裝置3的輸入面30可以被制造為反射由反射偏光器6返回的光。一個非反射區(qū)域43設置用作入射光束10的通路。在圖1中的實例中，光導4的表面41被制造得可以反光。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的一個更詳細的示例性實施例。該裝置包括由光源11照射并被用于將光入射入光導4的一面鏡子12。該鏡子可以是拋物線形，而光源11位于該鏡子的焦點處。表面41被處理得可以反射或設置一個表面44以反射由反射偏振器6反射的光，它包括一個未處理區(qū)域43以允許由光源11和鏡子12提供的光束通過。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選示例性實施例，被射入到光導4中的光束10是未經(jīng)校準的或不平行，特別地，它能夠被匯聚，從而它可以經(jīng)未處理區(qū)域43被射入到裝置3中。光束10的軸可以根據(jù)輸入光導4的光軸進行定向，但這一點并不是強制要求的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的照明裝置被用于在單一方向提供線性偏振光，而無需擔心在本說明書開始描述的加熱和色度的問題。此外，使用光導4和5積分具有非校準或非平行入射光束10的光，可以提供一種均勻的輸出光，并使入射光束的形狀適合要被照射的表面。特別地，輸出光導的截面可以具有一種適合于要被照射的表面的形狀。
在上述描述中，并在附圖中，均假設在裝置3內(nèi)部發(fā)生反射的表面35和36是平行的。然而，根據(jù)一個不同的實施例，它們可以被做得并不平行，但它們各自的方向必須是這樣的在兩個表面35和36上的反射連續(xù)產(chǎn)生的相移總計為90°(當光通過時)。此外，在上述描述中，在通道上，經(jīng)過裝置3，光被反射了兩次(在相對面35和36上)；但并不背離本發(fā)明的精神，也可以設置多次反射，目的是在通道上，對光的S和P偏振產(chǎn)生90°相移。在這些情況中，裝置3也可以不是平行六面體-表面35和36可以是不平行的；-裝置3在裝置中可包括反射光的更多數(shù)量的表面。
此外，反射偏振器6可以壓在光導5的外表面52上，以形成一個更緊湊的裝置。
根據(jù)一種不同的實施例，照亮的對象2也可以壓在反射偏振器6上。在對象2是一種空間光調(diào)制器(例如由透射照亮的液晶顯示屏)的單選通(single-valve)顯示系統(tǒng)的情況中，光導5的輸出面51的尺寸可以與被照射的液晶顯示屏的部分的尺寸匹配以得到一種緊湊的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種包括發(fā)射第一光束(10)的光源(1)的偏振光光學照明裝置，其特征在于包括Fresnel-Rhomb型光偏振裝置(3)，該光偏振裝置經(jīng)輸入面(30)接收由所述光偏振裝置的至少兩個相對面(35，36)反射至少兩次的第一光束(10)，并經(jīng)輸出面(31)提供至少第二光束；反射偏光器(6)，其定位為朝向所述Fresnel-Rhomb偏振裝置的所述輸出面(31)以接收所述第二光束，以便允許所述線性偏振的光沿第一方向通過并反射任何其它偏振的光；反射裝置(44)，其位于所述偏振裝置(3)的所述輸入面(30)與所述光源(1)之間，以便允許所述第一光束(10)經(jīng)過而反射被所述反射偏光器(6)返回的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學照明裝置，其特征在于其包括-第一光導(4)，它具有設計接收所述第一光束(10)的輸入面(41)；其光軸(40)垂直于所述輸入面(30)、壓在所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的輸入面(30)上的輸出面(42)；所述第一光導的橫截面與所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的所述輸入面(30)的表面尺寸大致相同，-和第二光導(5)，它具有壓在所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的輸出面(31)上的輸入面(51)；和向所述反射偏振器(6)發(fā)出從所述光源(1)接收的光的輸出面；所述第二光導的光軸(50)垂直于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的所述輸出面(31)；而所述第二光導的橫截面與所述Fresnel-Rhomb偏振裝置的所述輸出面(31)的表面尺寸大致相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學照明裝置，其特征在于所述光導其中任一個或兩個都作為光積分器操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學照明裝置，其特征在于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的所述輸出面(31)具有類似于要被所述照明裝置照亮的表面的形狀的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的光學照明裝置，其特征在于由于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置具有矩形或正方型橫截面，因此所述光導具有矩形或正方型橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學照明裝置，其特征在于所述反射偏光器(6)定位為朝向所述第二光導(5)的所述輸出面(52)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學照明裝置，其特征在于所述反射偏光器(6)的方位為相對于所述光偏振裝置(3)的所述相對面(35，36)約成45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學照明裝置，其特征在于所述反射裝置(44)位于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)的輸入面(30)上或所述第一光導(4)的所述輸入面(41)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學照明裝置，其特征在于所述反射裝置(44)包括反射材料層，所述反射材料層包括允許所述第一光束(10)通過的非反射區(qū)域(43)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學照明裝置，其特征在于所述光偏振裝置(3)的兩個或多個相對面(35、36)在光束上在所述光束的S和P偏振分量之間引起90°的總相移。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學照明裝置，其特征在于所述光偏振裝置(3)的兩個所述相對面(35，36)是平行的。
12.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的光學照明裝置，其特征在于光源(1)包括由光源(11)照射并將所述光聚焦于所述Fresnel-Rhomb偏振裝置(3)中的反射器(12)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學照明裝置，其特征在于所述第一光束(10)的軸與所述第一光導(4)的光軸一致或重合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、2或11所述的光學照明裝置，其特征在于所述第一光束不是校準的或不是平行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學照明裝置，其特征在于所述第一光束(10)是會聚的。
16.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的光學照明裝置，其特征在于其包括顯示裝置(2)，所述顯示裝置(2)朝向所述反射偏光器(6)定位，以便被所述反射偏光器透射的光照亮。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學照明裝置，其特征在于所述顯示裝置是液晶調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種偏振光照明裝置，特別地包括一個光源(1)；一個從光源(1)接受光線(10)并在至少兩個相對表面(35，36)上將其至少反射兩次的Fresnel－Rhomb型光偏振裝置(3)；一個反射偏光器(6)，其位置對著該Fresnel－Rhomb偏振裝置的輸出面(31)以接受該反射光，以便使線性偏振光在第一方向中通過并反射任何其它偏振的光；一個反射裝置(44)，其位于所述偏振裝置(3)與所述光源(1)之間，以使光線(10)通過而反射由反射偏光器(6)反射的光。本發(fā)明適用于液晶顯示器，用于照亮液晶管。
文檔編號G02F1/13357GK1662840SQ03814962
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者帕斯卡·伯努瓦, 瓦爾特·德拉日奇, 哈立德·薩拉伊迪內(nèi) 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司