CN106932966A - 一种偏振光照明系统及偏振光照明调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种偏振光照明系统及偏振光照明调制方法，所述偏振光照明系统包括微波无极灯、二次曲面反射罩壳、偏振光转换器件以及线栅起偏组件，所述微波无极灯位于所述二次曲面反射罩壳的焦点处，所述偏振光转换器件以及线栅起偏组件依次位于所述微波无极灯的正下方。本发明采用微波无极灯拼接实现大视场的偏振光照射视场，利用无微波无极灯光强的可调节性提高照明系统的静态均匀性和积分均匀性；同时采用偏振光转换器件对偏振光照明系统的光线偏振方向进行调制，提高能量利用率，从而实现大视场、高照度的偏振光照明。

Description

一种偏振光照明系统及偏振光照明调制方法
技术领域
本发明涉及光学配向设备领域，特别涉及一种偏振光照明系统及偏振光照明调制方法。
背景技术
光学配向设备是一类利用偏振UV光入射在TFT或CF基板的光敏配向膜上，使得仅与UV线偏振方向一致或垂直的光敏层发生光化学反应(光致交联、光致分解以及光致异构等)，使配向膜产生各向异性，进而利用产生的定向锚定能(主要是转角锚定能)诱导液晶分子在配向膜所在平面内按照一定角度统一取向的设备。随着液晶面板尺寸的增大，配向膜的尺寸也越来越大，对配向设备的出射光斑尺寸也提出大型化的要求。照明光学系统是光学配向设备的核心模块，是设备的能量源，照明系统的照度输出决定了设备工作面的光强数值，是设备产率的重要参数；此外，照明系统的照度均匀性决定了配向膜入射光强的均匀度，决定了设备加工过程中的剂量控制精度。
采用二次曲面反射罩壳，将棒状光源发射的光收集并使用线栅起偏元件对光源出射光进行起偏是光学配向设备的照明方案之一。如图1所示，其主要由棒状光源11、二次曲面反射罩壳12、线栅偏振起偏器13构成，由棒状光源11出射的光经二次曲面反射罩壳12收集后经线栅偏振起偏器13起偏后照射到工件14表面的配向膜14a上，基板台15载动配向膜14a沿偏振方向(图中箭头方向)移动，配向膜14a被线偏振光照射起到光学配向的目的。上述设备在线栅起偏过程中，入射光在与栅格长度方向平行的偏振光(S光)大部分被反射或吸收，仅有与栅格长度方向垂直(P光)的偏振成分透射被后续光学系统利用，造成了大量的能量损失。此外，对于大尺寸的液晶偏光膜加工，上述方案的棒状光源11尺寸通常要达到1.5m以上，长的棒状光源11在加工制造和装调过程中引入了高的成本和少的系统调整自由度，造成设备成本和整机性能的装调风险。
采用高压汞灯作为光源，将光源发出的光收集准直、起偏后供后续系统使用是配向光学系统的另一种光学方案。如图2所示的偏振光照明装置，主要由泡状高压汞灯21、曲面球状反射罩壳22、起偏组件24和准直镜组26组成。泡状高压汞灯21出射的非偏振光经曲面球状反射罩壳22收集，第一反射镜23反射后进入起偏组件24，经第二反射镜25折转光路后被准直镜组26准直后传递至配向膜表面。该方案采用两个反射镜补偿的方法可以在一定程度上矫正配向膜偏振光入射角度的偏差。但对于大视场的偏振光配向设备，系统反射镜和准直镜头的尺寸将很大，极大地提高了系统加工制造成本和装调难度。
四分之一波片是一种重要的光学元件，利用其相位延迟特性，可以实现光束偏振态的转换。图3所示为一种偏振态纯化装置，使用一组波片堆31、四分之一波片32、第一反射镜33和第二反射镜34来实现光束偏振态的调整，使光束的偏振方向与预期偏振方向一致，提高光学系统的能量利用率。但是经四分之一波片32调制后的偏振光照明系统仍然存在照度均匀性差的问题。
发明内容
本发明提供一种偏振光照明系统及偏振光照明调制方法，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种偏振光照明系统，包括微波无极灯、二次曲面反射罩壳、偏振光转换器件以及线栅起偏组件，所述微波无极灯位于所述二次曲面反射罩壳的焦点处，所述偏振光转换器件以及线栅起偏组件依次位于所述微波无极灯的正下方。
较佳地，所述微波无极灯与所述线栅起偏组件之间还依次设有石英窗口保护玻璃和滤波片，所述偏振光转换器件设于所述微波无极灯与所述石英窗口保护玻璃之间，或者设于所述石英窗口保护玻璃与所述滤波片之间，或者设于所述滤波片与所述线栅起偏组件之间。
较佳地，所述偏振光转换器件采用四分之一波片、二分之一波片或者消偏振组件。
较佳地，所述微波无极灯由多根光管沿横向和纵向拼接而成。
较佳地，每根所述光管的出光功率可调。
较佳地，每根所述光管的位置在沿横向的方向上可调。
为解决上述技术问题，本发明提供一种偏振光照明调制方法，包括如下步骤：
设置微波无极灯于二次曲面反射罩壳的焦点处，用于发射照明光束并通过所述二次曲面反射罩壳反射，形成反射光束；
进一步，设置偏振光转换器件，对所述反射光束进行起偏调制，形成S偏振光和P偏振光；
进一步，设置线栅起偏组件，使上述P偏振光通过，上述S偏振光反射。
其中，所述S偏振光反射后经过上述偏振光转换器件，通过所述二次曲面反射罩壳反射，通过所述偏振光转换器件作用后，部分地转换为P偏振光透过所述线栅起偏组件。
与现有技术相比，本发明提供的偏振光照明系统及偏振光照明调制方法，所述偏振光照明系统包括微波无极灯、二次曲面反射罩壳、偏振光转换器件以及线栅起偏组件，所述微波无极灯位于所述二次曲面反射罩壳的焦点处，所述偏振光转换器件以及线栅起偏组件依次位于所述微波无极灯的正下方。本发明采用微波无极灯拼接实现大视场的偏振光照射视场，利用无微波无极灯光强的可调节性提高照明系统的静态均匀性和积分均匀性；同时采用偏振光转换器件对偏振光照明系统的光线偏振方向进行调制，提高能量利用率，从而实现大视场、高照度的偏振光照明。
附图说明
图1为现有的光学配向设备的结构示意图；
图2为现有的偏振光照明装置的结构示意图；
图3为现有的偏振态纯化装置的结构示意图；
图4为本发明一具体实施例方式中偏振光照明系统的结构示意图；
图5为本发明一具体实施例方式中四分之一波片调制偏振光束偏振态的示意图；
图6为本发明一具体实施例方式中多只灯管拼接视场的示意图；
图7为本发明一具体实施例方式中多排灯管相对移动补偿积分均匀性示意图；
图8为本发明一具体实施例方式中偏振光照明系统的均匀性调整曲线。
图1中：11-棒状光源、12-二次曲面反射罩壳、13-线栅偏振起偏器、14-工件、14a-配向膜、15-基板台；
图2中：21-泡状高压汞灯、22-曲面球状反射罩壳、23-第一反射镜、24-起偏组件、25-第二反射镜、26-准直镜组；
图3中：31-波片堆、32-四分之一波片、33-第一反射镜、34-第二反射镜；
图4-7中：100-微波无极灯、200-二次曲面反射罩壳、300-偏振光转换器件、400-线栅起偏组件、500-石英窗口保护玻璃、600-滤波片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的偏振光照明系统，如图4和图5所示，包括微波无极灯100、二次曲面反射罩壳200、偏振光转换器件300以及线栅起偏组件400，所述微波无极灯100位于所述二次曲面反射罩壳200的焦点处，所述偏振光转换器件300以及线栅起偏组件400依次位于所述微波无极灯100的正下方。具体地，本实施例中，所述微波无极灯100发出的光经过二次曲面反射罩壳200汇聚后在二次曲面反射罩壳200的正下方汇聚，经所述偏振光转换器件300后改变栅起偏组件400反射光的偏振态，使线栅起偏组件400反射的S偏振光经二次曲面反射罩壳200和偏振光转换器件300的两次作用后部分地转换为P偏振光透过线栅起偏组件400，从而提高偏振光照明系统的能量利用效率；另一方面，利用无微波无极灯100光强的可调节性，提高照明系统的静态均匀性和积分均匀性。
请重点参考图5，所述线栅起偏组件400反射的S偏振光经偏振光转换器件300后，转换为包含S和P偏振光的椭圆偏振光，该椭圆偏振光经二次曲面反射罩壳200反射后的椭圆偏振光经偏振光转换器件300后仍然为椭圆偏振光，带有P偏振光分量的椭圆偏振光经过线栅起偏组件400后透过其中的P偏振光分量，从而提高了偏振光照明系统的能量利用率。经初步仿真分析，采用偏振光转换器件300矫正偏振方向方案下，系统的偏振光出射总能量比无偏振光转换器件300方案的照度提高了13％。
较佳地，请重点参考图4，所述微波无极灯100与所述线栅起偏组件400之间还依次设有石英窗口保护玻璃500和滤波片600，所述偏振光转换器件300设于所述微波无极灯100与所述石英窗口保护玻璃500之间，或者设于所述石英窗口保护玻璃500与所述滤波片600之间，或者设于所述滤波片600与所述线栅起偏组件400之间，具体地，所述石英窗口保护玻璃500用以实现光路中污染物拒止；所述滤波片600用以滤出需求波段的照明光。
较佳地，所述偏振光转换器件300可以采用四分之一波片、二分之一波片或者消偏振组件，能够改变线栅起偏组件400反射光的偏振态即可。
较佳地，请重点参考图6和图7，所述微波无极灯100由多根光管沿横向和纵向拼接而成，具体地，经过多个小光管的照明视场拼接，可以实现大的照明视场。
较佳地，每根所述光管的出光功率可调。当照明视场局部光强较强或者较弱时可以通过调整单个光管的工作功率实现区域的照度调整，从而将照明系统的静态均匀性由单根光管的15％调整至7％以内。
较佳地，请重点参考图7，每根所述光管的位置在沿横向的方向上可调，也就是说，当单排光管(即沿图7中横向方向排列的多根光管)积分均匀性出现局部偏高或者偏低状况时，可以通过在横向方向移动光管的相对位置实现积分均匀性调节。如图8所示，通过横向方向整排移动光管的相对位置的方式，可以将系统的扫描积分均匀性控制在3％以内。
本发明还提供了一种偏振光照明调制方法，包括如下步骤：
步骤1、设置微波无极灯100于二次曲面反射罩壳200的焦点处，用于发射照明光束并通过所述二次曲面反射罩壳200反射，形成反射光束；
步骤2、设置偏振光转换器件300，对所述反射光束进行起偏调制，形成S偏振光和P偏振光；
步骤3、设置线栅起偏组件400，使上述P偏振光通过，上述S偏振光反射。
其中，所述S偏振光反射后经过上述偏振光转换器件300，通过所述二次曲面反射罩壳200反射，通过所述偏振光转换器件300作用后，部分地转换为P偏振光透过所述线栅起偏组件400。
综上所述，本发明提供的偏振光照明系统及偏振光照明调制方法，所述偏振光照明系统包括微波无极灯100、二次曲面反射罩壳200、偏振光转换器件300以及线栅起偏组件400，所述微波无极灯100位于所述二次曲面反射罩壳200的焦点处，所述偏振光转换器件300以及线栅起偏组件400依次位于所述微波无极灯100的正下方。本发明采用微波无极灯100拼接实现大视场的偏振光照射视场，利用无微波无极灯100光强的可调节性提高照明系统的静态均匀性和积分均匀性；同时采用偏振光转换器件300对偏振光照明系统的光线偏振方向进行调制，提高能量利用率，从而实现大视场、高照度的偏振光照明。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种偏振光照明系统，其特征在于，包括微波无极灯、二次曲面反射罩壳、偏振光转换器件以及线栅起偏组件，所述微波无极灯位于所述二次曲面反射罩壳的焦点处，所述偏振光转换器件以及线栅起偏组件依次位于所述微波无极灯的正下方。
2.如权利要求1所述的偏振光照明系统，其特征在于，所述微波无极灯与所述线栅起偏组件之间还依次设有石英窗口保护玻璃和滤波片，所述偏振光转换器件设于所述微波无极灯与所述石英窗口保护玻璃之间，或者设于所述石英窗口保护玻璃与所述滤波片之间，或者设于所述滤波片与所述线栅起偏组件之间。
3.如权利要求1或2所述的偏振光照明系统，其特征在于，所述偏振光转换器件采用四分之一波片、二分之一波片或者消偏振组件。
4.如权利要求1所述的偏振光照明系统，其特征在于，所述微波无极灯由多根光管沿横向和纵向拼接而成。
5.如权利要求4所述的偏振光照明系统，其特征在于，每根所述光管的出光功率可调。
6.如权利要求4所述的偏振光照明系统，其特征在于，每根所述光管的位置在沿横向的方向上可调。
7.一种偏振光照明调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设置微波无极灯于二次曲面反射罩壳的焦点处，用于发射照明光束并通过所述二次曲面反射罩壳反射，形成反射光束；
步骤2、设置偏振光转换器件，对所述反射光束进行起偏调制，形成S偏振光和P偏振光；
步骤3、设置线栅起偏组件，使上述P偏振光通过，上述S偏振光反射；
步骤4、所述S偏振光反射后经过上述偏振光转换器件，通过所述二次曲面反射罩壳反射，通过所述偏振光转换器件作用后，部分地转换为P偏振光透过所述线栅起偏组件。
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