專(zhuān)利名稱(chēng)：具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振光轉(zhuǎn)換裝置，特別是涉及一種利用反射式偏光片和光導(dǎo)管間的配合來(lái)反射并改變部份光線(xiàn)偏振態(tài)，以提高光利用率的偏振光轉(zhuǎn)換裝置。
(2)背景技術(shù)光是一種電磁波，其除了具有前進(jìn)方向、頻率、相位等特性外，還有偏振的方向，而電場(chǎng)振動(dòng)方向和磁場(chǎng)振動(dòng)方向固定的光被稱(chēng)為偏振光。其中和電場(chǎng)方向平行或垂直入射面的線(xiàn)偏光又分別被稱(chēng)為P偏振和S偏振，上述只發(fā)生在一平面內(nèi)并且容易以數(shù)學(xué)方程式來(lái)描述的偏振光容易被利用，因此在一般投影顯示系統(tǒng)中常會(huì)用偏振光轉(zhuǎn)換設(shè)備將其中一種偏振態(tài)光轉(zhuǎn)換成另一種偏振態(tài)光線(xiàn)以利于光線(xiàn)的利用。
參閱圖1、2，以往投影顯示系統(tǒng)1包括一產(chǎn)生光線(xiàn)的燈源11、一矩陣透鏡積分器12、一偏振光轉(zhuǎn)換器2、一透鏡組13和一顯示板14，其中燈源11具有一反射式燈罩111和一產(chǎn)生光線(xiàn)的燈泡112，燈罩111可將燈泡112發(fā)出的光線(xiàn)投射到矩陣透鏡積分器12，然后經(jīng)偏振光轉(zhuǎn)換器2、透鏡組13，再投射到顯示板14上。以往偏振光轉(zhuǎn)換器2具有一反射座21和數(shù)個(gè)上下間隔平行設(shè)置的1/2波板22，反射座21具有彼此平行的一入射面211、一出射面212，和介于入射面211和出射面212間的數(shù)個(gè)第一鍍膜213、數(shù)個(gè)第二鍍膜214，其中入射面211朝向矩陣透鏡積分器12，其上設(shè)有數(shù)個(gè)上下平行間隔設(shè)置的遮光區(qū)域215，而出射面212朝向顯示板14，各鍍膜213、214彼此平行由上往下傾斜，各1/2波板22是間隔平行地設(shè)在出射面212和顯示板14間，其設(shè)置的位置、長(zhǎng)度和第一鍍膜213的反射部位對(duì)應(yīng)。
當(dāng)投影顯示系統(tǒng)1采用S偏振光線(xiàn)顯像時(shí)，含有P偏振和S偏振的光線(xiàn)是由燈源11同時(shí)投向矩陣透鏡積分器12，再進(jìn)入偏振光轉(zhuǎn)換器2，當(dāng)P偏振光線(xiàn)投向未設(shè)遮光區(qū)域215的入射面211時(shí)，會(huì)直接穿透第一鍍膜213，并經(jīng)過(guò)1/2波板22，然后轉(zhuǎn)換成S偏振光線(xiàn)最后投向顯示板14。S偏振的光線(xiàn)在投向未設(shè)遮光區(qū)域215的入射面211時(shí)，是投射在第一鍍膜213，然后反射到第二鍍膜214，再經(jīng)第二鍍膜214反射，最后由出射面212上未對(duì)應(yīng)1/2波板22的位置投向顯示板14。假設(shè)投影顯示系統(tǒng)1采用P偏振光線(xiàn)時(shí)，該1/2波板22是對(duì)應(yīng)S偏振光線(xiàn)投射的位置，以下不再說(shuō)明。
以往投影顯示系統(tǒng)1為了讓投向顯示板14的光線(xiàn)具有相同的偏振態(tài)，其是在反射座21的入射面211上數(shù)置大約是二分之一入射面211面積的遮光區(qū)域215，這樣通過(guò)入射面211的光線(xiàn)才能被有效的轉(zhuǎn)換和運(yùn)用，上述設(shè)計(jì)固然可以確保投射到顯示板14的光線(xiàn)具有一致的偏振態(tài)，但此項(xiàng)設(shè)計(jì)卻使得燈源11投射出來(lái)的光線(xiàn)約有50％無(wú)法被利用，因此以往偏振光轉(zhuǎn)換器2雖可提供相同偏振態(tài)的光線(xiàn)，但其光線(xiàn)轉(zhuǎn)換效率低，所能提供的亮度也較差。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有較佳光轉(zhuǎn)換效率，并可提高亮度的具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明的偏振光轉(zhuǎn)換裝置是被運(yùn)用在投影顯示系統(tǒng)上，以提供投影顯示系統(tǒng)顯像的光源，其特征在于該偏振光轉(zhuǎn)換裝置包括一燈源、一光導(dǎo)管、一反射板、一1/4波板和一反射式偏光片；該燈源可產(chǎn)生光線(xiàn)，產(chǎn)生的光線(xiàn)聚集通過(guò)一個(gè)焦點(diǎn)；該光導(dǎo)管是位于光線(xiàn)的行進(jìn)路徑上，其具有一圍繞壁和一由該圍繞壁界定形成的通道，在通道上具有一位于焦點(diǎn)上的光入口和一遠(yuǎn)離該光入口的光出口。該反射板是被安裝在光導(dǎo)管的光入口處，其具有一朝向燈源的外側(cè)面、一朝向光出口的內(nèi)側(cè)面和一貫穿內(nèi)、外側(cè)面并可供光線(xiàn)通過(guò)的開(kāi)口，此開(kāi)口位于光線(xiàn)的焦點(diǎn)上；該反射式偏光片位于光導(dǎo)管的光出口處，其可選擇地讓其中一種偏振態(tài)光線(xiàn)通過(guò)，讓另一種偏振態(tài)光線(xiàn)反射；該1/4波板是位于反射板和反射式偏光片間；當(dāng)燈源產(chǎn)生的光線(xiàn)經(jīng)反射板的開(kāi)口進(jìn)入光導(dǎo)管的通道時(shí)，以混合光的形式由光出口送經(jīng)1/4波板，其中一種偏振態(tài)的光線(xiàn)會(huì)穿透反射式偏光片，另一種偏振態(tài)的光線(xiàn)被反射經(jīng)1/4波板后再度受到反射板的反射，該股光線(xiàn)再次通過(guò)1/4波板并改變偏振態(tài)后穿透反射式偏光片。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1是一投影顯示系統(tǒng)的示意圖，說(shuō)明以往偏振光轉(zhuǎn)換器和投影顯示系統(tǒng)上其它設(shè)備間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖2是圖1的以往偏振光轉(zhuǎn)換器的部份放大圖。
圖3是本發(fā)明偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第一較佳實(shí)施例的示意圖。
圖4是本發(fā)明偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第二較佳實(shí)施例的示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
如圖3所示，本實(shí)施例的偏振光轉(zhuǎn)換裝置可提供同方向的偏振光線(xiàn)供運(yùn)用，所述偏振光轉(zhuǎn)換裝置包括一燈源3、一光導(dǎo)管4、一反射板5、一1/4波板6和一反射式偏光片7。該燈源3具有一產(chǎn)生光源的燈泡31和一燈罩32，在燈罩32上具有一橢圓形反射面321，以將燈泡31產(chǎn)生的光線(xiàn)集中投射通過(guò)一焦點(diǎn)33。
該光導(dǎo)管4是一可反射光線(xiàn)的中空管體或?qū)嵭闹鶢铙w，并位于光線(xiàn)投射的路徑上，本實(shí)施例以中空管體作說(shuō)明。該光導(dǎo)管4具有一沿著一中心線(xiàn)環(huán)繞的圍繞壁41和一由該圍繞壁41界定形成的通道42，在圍繞壁41上具有一朝向通道42的反射環(huán)面411，而該通道42具有一接近燈源3的光入口421和一遠(yuǎn)離該光入口421的光出口422。當(dāng)光導(dǎo)管4是實(shí)心柱狀體時(shí)，此處的通道42是一種可供光線(xiàn)通過(guò)的實(shí)心結(jié)構(gòu)。
該反射板5是被安裝在光導(dǎo)管4的光入口421上，其具有一朝向燈源3的外側(cè)面51、一朝向光出口422的內(nèi)側(cè)面52和一貫穿內(nèi)、外側(cè)面52、51的開(kāi)口53，所述開(kāi)口53正好位于光線(xiàn)的焦點(diǎn)33上，此開(kāi)口53的截面積和反射板5總截面積的比例可依照設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換效率作調(diào)整。在本實(shí)施例中，開(kāi)口53的截面積是反射板5總面積的三分之一。
該1/4波板6被安裝在光導(dǎo)管4的光出口422外側(cè)，其是一種具有雙折射性質(zhì)的光學(xué)組件，功能在于調(diào)整光的相位，當(dāng)線(xiàn)偏振光線(xiàn)入射1/4波板6時(shí)，如果偏振方向和1/4波板6光軸的夾角是45°，通過(guò)的光線(xiàn)將變成圓偏振態(tài)。相反，當(dāng)圓偏振態(tài)的光線(xiàn)入射1/4波板6時(shí)，如果通過(guò)的光線(xiàn)和1/4波板6光軸的夾角是45°時(shí)，通過(guò)的光線(xiàn)將變成線(xiàn)偏振光線(xiàn)。運(yùn)用此原理，使線(xiàn)偏振光線(xiàn)入射1/4波板6并在其后放置一個(gè)反射鏡面，圓偏振光經(jīng)反射后再次經(jīng)過(guò)1/4波板6，將可得到和入射前偏振方向垂直的線(xiàn)偏振光。本發(fā)明是以此原理為基礎(chǔ)，所以1/4波板6的光軸和下述反射式偏光片7的偏振方向必需有45°的夾角。
該反射式偏光片7是安裝在1/4波板6的前方，并和光導(dǎo)管4呈左右對(duì)應(yīng)地位于1/4波板6兩側(cè)，功能在于選擇性地讓P偏振光線(xiàn)通過(guò)，而S偏振的光線(xiàn)反射。
當(dāng)燈源3的燈泡31產(chǎn)生光線(xiàn)時(shí)，光線(xiàn)會(huì)由橢圓形反射面321反射投向反射板5的開(kāi)口53，并進(jìn)入光導(dǎo)管4的通道42內(nèi)進(jìn)行混合，最后由光導(dǎo)管4的光出口422送出，然后經(jīng)1/4波板6通過(guò)反射式偏光片7。此時(shí)，光線(xiàn)中大約有50％P偏振光線(xiàn)和50％的S偏振光線(xiàn)，其中約有90％的P偏振光線(xiàn)會(huì)穿透反射式偏光片7，大約占全部光線(xiàn)的45％，而光線(xiàn)中約50％的S偏振光線(xiàn)和5％的P偏振光線(xiàn)(也就是P偏振光線(xiàn)中的10％)在遇到反射式偏光片7時(shí)，會(huì)反射經(jīng)1/4波板6再度進(jìn)入光導(dǎo)管4的通道42。
當(dāng)S偏振光線(xiàn)被反射進(jìn)入光導(dǎo)管4中時(shí)，受到反射板5的反射，會(huì)有部份比例的S偏振光線(xiàn)由反射板5反射到光出口422，然后第二次通過(guò)1/4波板6，在S偏振光線(xiàn)第二次通過(guò)1/4波板6時(shí)，原本S偏振光線(xiàn)就會(huì)改變偏振軸夾角，并由初始的S偏振轉(zhuǎn)換成P偏振，然后90％的P偏振光線(xiàn)可穿透反射式偏光片7，也就是原本50％的S偏振態(tài)光線(xiàn)在反射第二次通過(guò)光導(dǎo)管4時(shí)，會(huì)有部分轉(zhuǎn)換成P偏振并穿透反射式偏光片7，此光線(xiàn)穿透率的計(jì)算式為0.5(原本S偏振光線(xiàn))×2/3(假設(shè)反射板5可反射的面積比例)×0.9(90％P偏振光線(xiàn)可穿透反射式偏光片7)＝0.3。
而原本被反射的5％P偏振光線(xiàn)中，經(jīng)二次反射會(huì)有約2％的P偏振光線(xiàn)經(jīng)反射式偏光片7穿透出來(lái)，其計(jì)算的公式為0.05×2/3×2/3×0.9＝0.02(2％)，因此由燈源3產(chǎn)生的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)本實(shí)施例的反射和轉(zhuǎn)換，其實(shí)際穿過(guò)的P偏振光線(xiàn)是0.45(原本P偏振光)+0.3(原本S偏振光經(jīng)二次反射后改變成P偏振光的比例)+0.02(被反射P偏振光經(jīng)二次轉(zhuǎn)換后的量)＝0.77，所述光的穿透率明顯高于以往的0.5，因此本發(fā)明該項(xiàng)設(shè)計(jì)可有效地提高光利用率，其光利用率提高的幅度是0.77/0.5＝1.54倍。
可以將以上的實(shí)施例公式化如下假設(shè)入射光導(dǎo)管4的P和S偏光強(qiáng)度各為1單位，Tp、Ts、Rp、Rs為P和S偏光的穿透率和反射率，A、Am為光導(dǎo)管4總截面積和反射面積，該光導(dǎo)管4的出射面的偏光利用率是Tp+2×Rs×Am×TpA]]>參閱圖4，本發(fā)明第二實(shí)施例的必要組件和第一實(shí)施例相同，而包括燈源3、光導(dǎo)管4、反射板5、1/4波板6和反射式偏光片7，本實(shí)施例和第一實(shí)施例的差別是該1/4波板6設(shè)在光導(dǎo)管4的通道42內(nèi)，并且和反射板5緊靠，通過(guò)前述1/4波板6安裝位置的改變，同樣可以達(dá)到相同的功效。也就是說(shuō)，本發(fā)明的1/4波板6只要位于光導(dǎo)管4的光入口421和反射式偏光片7間，就可以達(dá)到預(yù)期的功效。
由以上說(shuō)明可知，本發(fā)明的偏振光轉(zhuǎn)換裝置不僅未曾見(jiàn)于同類(lèi)產(chǎn)品，該項(xiàng)設(shè)計(jì)還可使光的利用率提升到以往者的1.54倍或更高，間接提升了搭配系統(tǒng)的亮度。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該偏振光轉(zhuǎn)換裝置包括一可產(chǎn)生光線(xiàn)的燈源，產(chǎn)生的光線(xiàn)聚集通過(guò)一焦點(diǎn)；一光導(dǎo)管，位于光線(xiàn)的行進(jìn)路徑上，具有一圍繞壁和一由該圍繞壁界定形成的通道，該通道具有一位于焦點(diǎn)上的光入口和一遠(yuǎn)離該光入口的光出口；一反射板，被安裝在光導(dǎo)管的光入口處，具有一朝向燈源的外側(cè)面、一朝向光出口的內(nèi)側(cè)面和一貫穿內(nèi)、外側(cè)面并可供光線(xiàn)通過(guò)的開(kāi)口，此開(kāi)口位于光線(xiàn)的焦點(diǎn)上；一反射式偏光片，位于光導(dǎo)管的光出口處，可選擇地讓其中一種偏振態(tài)光線(xiàn)通過(guò)，讓另一種偏振態(tài)光線(xiàn)反射；以及一1/4波板，位于反射板和反射式偏光片間；當(dāng)燈源產(chǎn)生的光線(xiàn)經(jīng)反射板的開(kāi)口進(jìn)入光導(dǎo)管的通道時(shí)，以混合光的形式由光出口送經(jīng)1/4波板，其中一種偏振態(tài)的光線(xiàn)穿透反射式偏光片，另一種偏振態(tài)的光線(xiàn)被反射經(jīng)1/4波板后再度受到反射板的反射，該股光線(xiàn)會(huì)再次通過(guò)1/4波板，并改變偏振態(tài)后穿透該反射式偏光片。
2.如權(quán)利要求1所述具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于反射板的開(kāi)口截面積是該反射板總截面積的三分之一。
3.如權(quán)利要求1所述具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該1/4波板位于光導(dǎo)管的光出口和反射式偏光片間。
4.如權(quán)利要求1所述具有光導(dǎo)管的偏振光轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該1/4波板是位于光導(dǎo)管的通道內(nèi)，并且鄰靠反射板。
全文摘要
一種偏振光轉(zhuǎn)換裝置，它包括一燈源、一光導(dǎo)管、一反射板、一1/4波板和一反射式偏光片，其中光導(dǎo)管具有一圍繞壁和由圍繞壁界定形成的一通道，在通道上具有一朝向燈源并安裝反射板的光入口，以及一遠(yuǎn)離光入口的光出口，而1/4波板介于光導(dǎo)管的光入口和反射式偏光片間，在反射板上設(shè)置一供燈源的光線(xiàn)投入的開(kāi)口。當(dāng)光線(xiàn)由反射板的開(kāi)口進(jìn)入光導(dǎo)管的通道時(shí)，S偏振光線(xiàn)會(huì)被反射通過(guò)1/4波板兩次改變成P偏振再穿透反射式偏光片，以提高光的可利用率和亮度。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1431540SQ02101588
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2002年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月7日
發(fā)明者張世遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:大億科技股份有限公司