用于产生一总体上为偏振光束的偏振装置制造方法及图纸

一种具有被设置在非偏振源（４２）的光束中的一些总体上为平行排列的元件（１２）的偏振器，用于透射与这些元件垂直的偏振成分（２４），反射与这些元件平行的偏振成分（２６）。这些元件基本上可以任一入射角设置，并且基本上可以任何角度反射该反射光束。可以把这些元件置于一基片之上或嵌入一基片之中。可以把这些元件置于一弯曲的层中。基片也可以具有弯曲表面。一偏振装置还可以具有一用于改变透射或反射光束方向或重俘获的反射镜，以使它们具有相似的方向或射向一公共区域。该装置还可以具有一用于改变透射光束或反射光束偏振态的波带片，以使它们具有相同的偏振。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及可见光谱和近可见光谱中用的光学系统，该系统包括一用于从一束总体上为未偏振的源光束中产生一束总体上为偏振光束的偏振装置。更准确地说，本专利技术涉及这样的光学系统，它由一组光学元件组成，其中的一个元件含有一种偏振器，该偏振器具有一些总体上为平行排列的细长的元件，设置在源光束中，用来与源光束的电磁波相互作用，以从总体上(i)透过或通过具有与该元件长度垂直的偏振方向的光，和(ii)反射具有与该元件长度平行的偏振方向的光。2.现有技术偏振光用于各种应用领域，例如液晶显示(LCDs)和投影系统。液晶显示通常用于膝上计算机的显示和别的信息显示设备例如表和计算器。液晶投影仪也用于显示信息，但它是把这些信息或图象投影到远处的屏幕上。这样的投影仪通常带有它们自己的大功率光源。在这些投影仪中的液晶显示装置利用偏振器，并结合液晶元件的特性，以有选择性地透射或吸收光，产生一亮暗象素组成的图样，从而形成满意的图象。光的开或关的性能引起一种象液晶光阀那样的常规标志。它们起作用，是通过利用液晶材料在适当地创立和对准时能够旋转光的偏振的优点，以及这种适当的对准可以由一外电场来改变的特点。典型地是，采用两个偏振器，在该液晶元件的每一边各放一，组合起来形成一光阀。该偏振器的作用在于为该液晶元件提供偏振光，然后解析通过该液晶元件的光，并且屏幕不需要的偏振光。应当理解，为液晶元件提供光的第一偏振器不必紧邻该液晶元件。但是，为了提供一质量好、对比度高的图象，就必须要求到达该液晶元件的光是好的平面偏振光。所以，由距离该液晶元件一定间隔的偏振器产生的偏振光束可以作为第一偏振器。当然，偏振光束还有其它的应用，例如在多种科学仪器和某些型号的照明系统中均可发现。“偏振的”或“偏振光”一词是指通常具有单一线性或平面偏振的光束，该偏振由与之类似取向的电磁波限定。另一方面，一束自然光通常是非偏振的，或具有由光源发出的电磁波所限定的多个偏振平面。这种自然光或非偏振光可能以含有两个正交的线性(平面)偏振光为特征。特定的偏振态或取向的电磁波可以从其中包含该特定偏振成分和与之正交的偏振成分的非偏振源中分离出来。分出特定偏振成分的器件叫偏振片，可以用它来获得一束总体上具有单一偏振的光或线偏振光。偏振光和某些偏振器的概念已经存在一个多世纪了。但令人吃惊的是，大部分现代的和先进的偏振光应用领域仍然采用那些30多年前以来基本上未变的偏振片。这种状况令人惊讶是由于这些偏振片作用的基础物理机制不能为大部分的应用提供理想的偏振片。由此而得到的性能上的局限性严重地限制了光学系统设计上的灵活性、光学效能、系统成本和整体性能。结果，这些局限引起了提高偏振片性能的尝试，这种尝试从特别是包含在一或多个特征中的性能出发以获得在另外的特征中较少限制的性能。从考查偏振片的历史和它们在光学系统中提供偏振光束的应用中可知，偏振片组件是采用偏振光束表现出以下一或多个特征的基本的和最重要的因素，这些特征包括低效率、与颜色相关的性能变化、需要高准直性的光和复杂的光学系统。可能，已知的第一偏振片是一由方解石晶体制成的双折射偏振片。目前，双折射偏振片可以由许多种晶体也可以由某些拉伸的聚合物制成。双折射偏振片形成于那些在一个方向上具有与别的方向上不同的光学折射率的材料，尽管这种光学折射率不同的程度会随着光的颜色的改变而改变。这种不同的光学折射率可以被用于把一个线偏振的光束与别的偏振光分开，尽管这种分离常常含有一小角度的偏移。这种窄带的分离可能需要应用复杂的光学系统。它还可能需要使光在有效量的材料中传输或通过一条拉长的光路，这将导致一庞大的光学组件或设计。最终，该窄带分离很难利用两个偏振成分，这就意味着通常是光的一半被通过吸收或别的方式放弃或浪费。双折射偏振片的使用通常以低效、性能随颜色变化、需要高准直性的光和复杂的光学系统为特征。庞大的光学系统和拉长的光路将带来其它的性能上和设计上的不利。基于这些理由，双折射偏振片通常不能用于例如图象投影仪这样的光学系统中。另一种发展于20世纪30年代而仍然在膝上计算机显示中作为基本偏振器的偏振器是二向色性偏振器。二向色性偏振器是一种吸收一种偏振成分而通过另一种偏振成分的偏振器。现在已经发展了许多种二向色性偏振器，但最常见的类型由一片聚合物组成，该聚合物被拉伸以使它的分子定向，然后用碘和/或别的材料处理而使得这些定向的分子吸收一个方向的所有偏振成分。关于二向色性偏振器的最重要的问题是它们的光吸收。典型的拉伸聚合物片偏振器吸收一种偏振中几乎所有的成分和15％或更多的适宜的或通过的偏振成分，这将导致光的低效应用。所有聚合物偏振器还有其它方面的问题，例如它们的低抗热性和对光子的敏感性都会诱导化学变化，随着应用和使用年限，这些化学变化将使材料变黄或变脆。随着光学系统亮度的增加，这些问题变得日趋尖锐。所有二色性偏振器固有的低效特性以及大多数通用聚合物片偏振器对环境(热和光)的敏感性使得我们需要考虑很多的问题。还有另一种基本的偏振器技术是薄膜偏振器。它应用布儒斯特效应，其中以布儒斯特角(约45°)入射到玻璃或别的媒质表面上的光被转化成两束偏振光，一束透过而另一束被反射。利用布儒斯特角使光偏振仅可以有效地在一非常窄的角度范围内完成。这种类型偏振器的例子是1946年7月9日出版的授于MacNeilli的美国专利2,403,731。MacNeilli偏振器包括许多有助于扩大这种偏振器接收角度范围的片层结构，尽管在许多器件中该接收角度范围仍然被限制到几度。MacNeilli棱镜通常由置于两个楔子的大表面间的偏振薄膜制成，形成一具有置于该立方体对角线上的薄膜的立方体。这样，该立方体的宽和深相等。由于布儒斯特角会随着光的颜色的改变而有所改变，所以，MacNeilli棱镜也同样遇到与颜色相关的性能上的困扰，这就降低了该偏振器对于宽带可见光应用中的效率。MacNeilli偏振器和与偏振器有关的装置的另一方面的局限性在于未透过的偏振部分以与该系统的光轴成直角被反射到该系统一侧。这对于没被利用的光来说是一不便的位置，而且大大限制了这种类型偏振器的利用。结果，为了获得适当的物理孔径，这种类型的偏振器变得十分庞大，这是由于当MacNeilli偏振器的宽度或孔径增加时，深度也要随之增加，这种增加源于在立方体中薄膜的斜放。另外，体积不太庞大或深度较小的MacNeilli偏振器可以由许多并排放置的小立方体形成，以跨越一较宽的区域或产生一较大的物理孔径。然而，这需要一复杂的装配过程，这个过程对于制作来说是困难的和花费高的。由于在改善这些传统偏振器的局限性中失败，所以，到20世纪60年代这种尝试转向了胆甾型偏振器领域。不象以前那样直接把两个线性偏振成分分离，胆甾型偏振器产生圆偏振光。胆甾型偏振器采用具有一种能与光相互作用的分子结构的特殊的材料和化学成分，从而产生圆偏振。胆甾型偏振器将反射一种圆偏振光并透过与之正交的圆振光。胆甾型偏振器的一个问题是圆偏振光不总是有用的而且必须将它转化为线偏振光。这种偏振器的另一问题是它们在较大的角度范围中或在一大的入射角范围内不能有效地运行。还有一问题是胆甾型偏振器是非宽带的或具有有限的光学带宽。针对发展中的胆甾型偏振器所做的尝试暴露了传统偏振器的缺点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从一具有正交的第一和第二偏振的总体上为未偏振源光束中有效地产生一总体上为偏振光束的偏振装置，该装置包括： 一用于设置于源光束中的一些总体上为平行排列的薄而细长的元件，这些元件为与源光束的电磁波发生相互作用提供手段，以从总体上（ｉ）透射一具有与该元件垂直的偏振取向并限定一具有第一偏振的透射光束的光，和（ｉｉ）镜面反射一具有与该元件平行的偏振取向并限定一具有第二偏振的反射光束的光； 一实际上定位于距光源不同的位置上的光重俘获装置，被用来配置在反射光束中，用于截取反射光束和改变其方向，使得反射光束不射回到光源方向，这个光的重俘获装置使反射光束重定向并射回到所述排列的元件；和 一用于配置在反射光束中的偏振重定向装置，用于改变几乎所有反射光束的偏振方向，以使反射光束和透射光束总体上具有相同的偏振，因而，几乎把所有源光束都转化为单一偏振。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯P汉森，约翰冈泽，
申请(专利权)人：莫科斯泰克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]