KR20010043606A

KR20010043606A - 편광선 발생용 편광 장치

Info

Publication number: KR20010043606A
Application number: KR1020007012752A
Authority: KR
Inventors: 더글라스피. 한센; 존 군터
Original assignee: 목스테크
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2001-05-25
Also published as: JP2002514778A; US6108131A; US6710921B2; NO20005735D0; AU3980699A; CN1306626A; NO20005735L; KR100607737B1; EP1078286A1; US6452724B1; WO1999059005A1; US20020101659A1; CN1192254C; EP1078286A4

Abstract

편광 시스템은 광원(23) 및 편광 장치(10)를 가진다. 편광 장치는 기층(18)을 가지고, 기층내에 또는 기층에 구성된 다수의 평행한 얇은 연장 요소(12)를 가진다. 제 1 편광을 가지는 투과 광선(24)을 투과시키고 제 2 편광을 가지는 반사 광선(26)을 반사시키기 위해 편광 장치는 비편광 원시 광선(22)에 구성된다.

Description

편광선 발생용 편광 장치{POLARIZER APPARATUS FOR PRODUCING A GENERALLY POLARIZED BEAM OF LIGHT}

편광은 예를 들어 액정 표시장치(LCD) 및 프로젝션(projection) 시스템과 같은 다양한 분야에 사용된다. 액정 표시장치는 랩탑(laptop) 컴퓨터의 표시장치로 사용되고, 시계 및 계산기와 같은 다른 정보 표시장치에 사용된다. 액정 프로젝터(projector)도 정보를 표시하기 위해 사용되나, 원거리 스크린에 정보 또는 영상을 투사시킨다. 상기 프로젝터는 고유의 강력한 광원을 가진다.

상기 프로젝터내의 액정 표시장치는, 명화소(light pixel) 및 암화소(dark pixel)의 패턴을 발생시켜 원하는 영상을 형성하기 위해 선택적으로 광을 투과 또는 흡수하는 액정 요소의 특성과 함께 편광 장치를 사용한다. 광 개폐의 능력으로 인해 상기 액정 요소는 액정 광밸브(light valve)로 명명된다. 적합하게 구성되고 정렬될 때 광의 편광을 회전시키는 액정 재료를 이용하여 상기 액정 요소가 기능을 수행하고, 상기 정렬은 외부 전기장에 의해 변화될 수 있다.

통상적으로, 2개의 편광 장치가 사용되고, 액정 요소의 각 측면에 구성되며, 광밸브 조립체를 형성한다. 편광 장치의 목적은 액정 요소에 편광을 제공하는 것이고, 액정 요소에 의해 통과된 광을 분해하며, 원하지 않는 편광의 광을 차단하는 것이다.

액정 요소에 광을 제공하는 제 1 편광 장치는 액정 요소에 바로 근접하여 구성될 필요는 없다. 그러나, 고품질의 강대조(high contrast) 영상을 제공하기 위해, 액정 요소에 도달되는 광은 고편광면에 구성되어야 한다. 따라서, 액정 요소로부터 이격된 거리에서 편광 장치에 의해 발생된 편광선은 상기 제 1 편광 장치로서 기능을 수행한다. 물론, 과학 장비 및 조명 시스템에 사용되는 바와 같이, 다른 분야에 편광선이 사용될 수 있다.

용어 "편광된" 또는 "편광"은 유사하게 방향구성된 전자기파에 의해 형성된 단일 선형 또는 2차원 편광을 가지는 광선을 의미한다. 자연광선은 편광되지 않거나, 또는 광원으로부터 방출된 전자기파에 의해 형성되는 다수의 편광면을 가진다. 상기의 비편광 자연광선은 2개의 직교 선형(2차원) 편광으로 구성되는 특징을 이룬다.

특정 편광 또는 방향의 전자기파는 비편광 광원으로부터 분리될 수 있고, 특정 편광 및 직교 편광을 포함한다. 특정 편광을 분리시키는 장치는 편광기로 명명되고, 단일 편광 또는 선형 편광을 가지는 광선을 형성하는데 사용될 수 있다.

편광의 개념 및 편광 장치는 1세기에 걸쳐 제시되었다. 최신의 가장 진보된 편광의 적용도 여전히 30년 전과 기본적으로 변화된 것이 없는 편광기를 사용한다. 상기 편광기가 대부분의 분야에 이상적인 편광기를 제공하지 못하는 기본 물리적 메카니즘으로 인해 상기 상황은 매우 의외이다. 상기 성능 제한으로 인해 광학 시스템 설계의 유연성, 광학 효율, 시스템 비용 및 전체 성능이 제한된다. 다른 특징의 덜 제한적인 성능을 이루도록, 상기 제한의 결과는 편광기 성능을 개선하기 위한 여러 시도가 성능을 하나 또는 하나 이상의 특징과 절충하는 방법으로 수행되도록 한다.

편광선을 발생시키기 위한 편광기 및 광학 시스템에서의 상기 편광기 사용에 대한 연혁을 조사해 보면, 편광선의 사용이 하나 또는 하나 이상의 다음 특징, 비효율, 색상 의존성 성능 변화, 고시준 광(highly collimated light)에 대한 요구 및 정밀 광학 시스템을 나타내는지에 대해 왜 편광기 부품이 가장 중요한 이유가 되는지 알 수 있다.

공지된 제 1 편광기는 방해석 크리스탈로 형성된 복굴절 편광기이다. 현재 복굴절 편광기는 여러 크리스탈 및 인장 폴리머로 제작될 수 있다. 비록 광학 인덱스(optical index)의 상이도가 광색과 함께 변화되더라도, 한 방향으로 상이한 광학 인덱스를 가지는 재료로 복굴절 편광기가 형성된다. 비록 분리가 작은 각편향으로 구성되더라도, 상기의 상이한 광학 인덱스는 한 선형 편광선을 다른 편광선과 분리시키는데 사용될 수 있다. 상기 좁은 분리는 정교한 광학장치의 사용을 필요로 할 수 있다. 대량의 재료를 통한 또는 연장구성된 광경로에 걸쳐 광이 이동될 것을 요구하고, 대형의 광학 요소 또는 설계를 야기시킨다. 최종적으로, 좁은 분리는 양 편광의 사용을 어렵게 하고, 광의 절반은 흡수 또는 다른 수단을 통해 폐기됨을 의미한다.

복굴절 편광기의 사용은 비효율, 색상 의존성 성능 변화, 고시준 광에 대한 요구 및 복잡한 광학 시스템의 특징을 이룬다. 대형 광학장치 및 연장구성된 광경로는 추가 성능 및 설계의 단점을 발생시킨다. 상기 이유로, 복굴절 편광기는 영상 프로젝터와 같은 광학 시스템에 사용되지 않는다.

1930년대에 개발되고 랩탑 컴퓨터 표시장치에 여전히 주요 편광기로 사용되는 다른 형태의 편광기는 이색성 편광기이다. 이색성 편광기는 한 편광을 흡수하고 다른 한 편광은 통과시키는 편광 장치이다. 많은 형태의 이색성 편광기가 개발되었으나, 가장 일반적인 형태는 폴리머 시이트(sheet)로 구성되고, 상기 폴리머 시이트는 분자를 방향구성하기 위해 인장되었으며, 방향구성된 분자가 한 방향의 편광을 흡수하도록 요오드 및/또는 다른 재료로 처리된다.

이색성 편광기의 가장 중요한 문제점은 광의 흡수라는 점이다. 인장 폴리머 시이트 편광기는 한 편광의 전부와 원하는 또는 통과된 편광의 15% 이상을 흡수하고, 광의 비효율적인 사용을 초래한다. 모든 폴리머 편광기는 낮은 내열성 및 화학 변화에 의해 유도된 광자에 대한 민감도와 같은 다른 문제점을 가지고, 상기 화학 변화는 재료를 황색으로 변화시키거나 사용 및 노후에 따라 파손되기 쉽도록 한다. 상기 문제점은 광학 시스템의 광도가 증가됨에 따라 중요해진다. 가장 일반적인 폴리머 시이트 편광기의 환경적(열 및 광) 민감도와 함께 모든 이색성 편광기의 비효율은 많은 문제점을 가진다.

다른 기본적 편광기 기술은 박막 편광기이다. 상기 박막 편광기는 브루스터 효과(Brewster's effect)를 사용하고, 상기 브루스터 효과에서 브루스터 각(45°부근)으로 유리 또는 다른 매체의 표면과 충돌하는 광은 2개의 편광선으로 변환되며, 하나는 투과되고, 다른 하나는 반사된다. 브루스터 각을 이용한 편광은 매우 좁은 각 범위에서만 효율적으로 이루어질 수 있다. 상기 형태의 편광은 MacNeille에게 허여된 미국 특허 2,403,731에 개시되어 있다. 비록 수용각 범위가 대부분의 장치에서 여전히 제한되지만, MacNeille은 상기 형태의 편광기에 대해 수용각 범위를 확장시키는 다수의 층을 포함시켰다. MacNeille 프리즘은 두 웨지(wedge)의 대형면 사이에 구성된 편광 박막으로 제작되고, 필름으로 입방체를 형성하며, 상기 필름은 입방체에 대각선 방향으로 구성된다. 따라서, 입방체의 폭 및 깊이는 동일하다.

MacNeille 프리즘은 브루스터 각이 색상에 따라 다소 변화되기 때문에 색상 의존성 성능을 나타내고, 광대역 가시광 분야에 대해 편광기의 효율을 감소시킨다. MacNeille 편광기 및 관련 편광 장치의 다른 제한은 통과되지 않은 편광이 시스템의 광축에 대해 직각으로 측면을 향해 반사된다는 점이다. 상기는 비사용 광을 방해하는 위치이고, 상기 형태의 편광기에 대한 유용성을 크게 제한한다. 마지막으로, 입방체 필름의 각 배열로 인해 폭 또는 개구부가 증가됨에 따라 MacNeille 편광기의 깊이가 증가되기 때문에, 적절한 개구부를 형성하기 위해 상기 형태의 편광기는 매우 대형으로 구성된다. 선택적으로, 더 소형이고 덜 깊이가 깊은 MacNeille 편광기는 더 넓은 면적을 구성하기 위해 또는 더 넓은 개구부를 형성하기 위해 나란히 구성된 다수의 소형 입방체로 형성될 수 있다. 그러나, 상기는 제작하기에 어렵고 비용이 많이 소요되는 복잡한 조립체를 필요로 한다.

상기 종래 편광기의 제한을 개선하는데 실패했기 때문에, 1960년대에 콜레스테릭 편광기(cholesteric polarizer)의 분야에 노력이 경주되었다. 이전처럼 2개의 선형 편광을 직접 분리시키는 것보다 콜레스테릭 편광기는 원형 편광을 발생시킨다. 콜레스테릭 편광기는 원형 편광을 발생시키기 위해 광과 상호작용하는 분자 구조의 특수 재료 및 화학 제품을 사용한다. 콜레스테릭 편광기는 한 원형 편광의 광을 반사하고, 직교 원형 편광을 투과시킨다.

콜레스테릭 편광기의 한 문제점은 원형 편광이 일반적으로 유용하지 않고 선형 편광으로 변환되어야 한다는 점이다. 상기 편광기의 다른 문제점은 큰 각도 또는 넓은 범위의 입사각에서 양호하게 작동되지 않는다는 점이다. 또 다른 문제점은 콜레스테릭 편광기가 광대역이 아니거나 제한된 광학 대역폭을 가진다는 점이다. 콜레스테릭 편광기의 개발에 대한 노력은 종래 편광기의 결점을 암시하고, 많은 노력이 개선점을 발견하는데 경주되었다.

최근 10년 동안, 인장 폴리머 시이트가 복굴절로 제작되는 편광기가 개발되었다. 예를 들어 미국 특허 5,612,820을 참조하라. 상기 인장 시이트는 한 편광을 반사하고 다른 한 편광을 통과시킨다. 상기 형태의 편광기에 대한 한 문제점은 약 15의 낮은 소광비(extinction ratio)를 가진다는 점이다. 일부 분야에 사용시, 상기 소광비는 제 2 편광기의 사용없이 영상 분야에 불충분하고, 상기 장치의 기본 물리적 특성은 상기 특징이 현저하게 개선될 수 있는가에 대한 의구심을 발생시킨다. 또한, 상기 형태의 편광기는 전술된 환경적인 문제점을 가진다.

일부 전술된 바와 같이, 종래 편광 장치의 문제점은 편광의 적용과 밀접한 관계를 가진다. 예를 들어, 낮은 광효율은 영상 프로젝션과 같은 많은 분야에서 바람직하지 않고, 상기 영상 분야에서 전력이 고가이거나 전력의 폐기가 고가이며, 원하지 않는 결과를 발생시킨다. 광 자체의 발생은 비효율적인 과정이다. 전기 에너지를 광 에너지로 변환시키는 가장 효율적인 것은 형광이고, 상기 형광은 약 40%의 효율을 가진다. 그러나, 형광은 광학적으로 밝은 광원이 아니다. 아크 램프 및 금속 할라이드 램프와 같은 밝은 광원은 광 발생에 덜 효율적이고, 10% 이하의 효율을 가진다. 또한, 아크 램프와 같은 밝은 광원은 고가의 전력 조절기를 필요로 한다. 광 에너지 발생의 비효율성으로 인해, 발생된 광의 효율적 사용은 중요하다.

비편광 자연광은 2개의 직교 선형 편광으로 구성되기 때문에, 기본적인 편광 과정은 원하는 편광에서 발생된 광의 50%만을 제공할 수 있다. 흡수하거나 원하지 않는 편광을 무용한 것으로 하는 편광기는 광학 시스템에 현저한 성능 결함을 초래한다. 따라서, 에너지 효율을 증가시키기 위해 원하지 않는 편광이 사용되도록 하는 편광기를 가지는 것이 바람직하다.

광을 발생시키기 위한 전력 비용 외에, 비효율적인 편광기는 또한 다른 고가의 원하지 않는 결과를 가진다. 예를 들어, 많은 광이 폐기되기 때문에 비효율적인 편광기는 제공된 분야에 대해 여분의 광이 발생되는 것을 필요로 한다. 더 강력한 광원은 더 많은 열을 발생시키고, 더 큰 중량 및 크기로 구성된다. 열을 소산시키기 위해 팬(fan)이 요구되고, 상기 팬은 전력을 필요로 하며, 중량, 크기, 비용 및 소음이 추가되고, 진동을 발생시킨다. 따라서, 비효율적인 편광기는 시스템의 제작 및 사용에 고가의 비용이 소요되고, 무거운 중량, 대형화 및 소음이 발생된다. 광학 설계의 주요 개발 중의 하나는 광을 효율적으로 이용하도록 하는 것이고, 상기 목적은 종래 편광기로는 이루기 어렵다. 상기 효율의 유용한 측정법은 시감효율(luminous efficiency)(시감도로도 명명됨)이고, 상기 시감효율은 광원에 제공된 전력에 대한 영상에 전달된 광의 전력비이다.

광 에너지를 흡수 또는 폐기시키는 것외에 다른 중요 광학 제한이 존재한다. 주요 변수는 광이 정확히 편광되도록 편광 장치와 상호작용할 수 있는 입사각의 범위이다. 상기 특성은 개구수, 원뿔각, 에텐듀(etendue) 또는 광학 속도와 같이 다수의 용어로 기술될 수 있다. 상기 용어의 전부는 광학 설계 및 이론의 다양한 환경에서 광학 구성요소가 수용될 수 있는 각의 폭에 대해 논의한다. 수용각에 대해 논의가 이루어질 것이고, 상기 수용각은 광이 가질 수 있고 장치에 의해 정확하게 편광될 수 있는 편광 장치에 대한 법선으로부터의 최대각을 의미한다.

영상 프로젝션 시스템 또는 편광선의 다른 적용에 대해, 더 밝은 광선이 바람직하다. 편광선의 광도는 여러 인자에 의해 결정된다. 물론, 제 1 인자는 광원 자체이다. 더 소형이고 더 강력한 광원이 더 밝은 광선을 제공한다. 다른 주요 인자는 광원으로부터 광을 집광시키고 상기 광을 유용 광선으로 형성하는 광학 시스템의 성능이다. 비편광 자연광에 대해, 상기 성능은 광학 시스템의 수용각에 따라 결정된다. 좁은 또는 제한된 수용각을 가진 편광기를 사용하는 시스템은, 광폭의 또는 넓은 수용각을 가진 편광기를 사용하는 시스템에 비해 제공된 확산 광원으로부터 많은 양의 광을 집광시키지 못한다. 넓은 수용각의 다른 장점은 소형의 광학 시스템, 저가 및 저전력의 광원으로 구성할 수 있다는 점이고, 이유는 제공된 광원으로부터 더 많은 양의 광을 사용할 수 있기 때문이다.

넓은 수용각의 다른 장점은 상기 수용각으로 인해 자유로운 광학 설계가 이루어진다는 점이다. 예를 들어, 좁은 수용각을 가진 편광 장치는 광축에 대한 제한된 범위의 위치 및 각도내에서 광학 시스템내에 구성되어야만 한다. 상기 제한의 결과는 MacNeille 프리즘의 경우에서 알 수 있고, 상기 MacNeille 프리즘에서 폐기된 광의 재포획은 광학 시스템의 면 외측에서 발생되어야 한다. 상기 위치는 바람직하지 않고, 전 시스템의 크기 및 폭을 증가시키며, 광을 유용한 편광선으로 재형성하기 위한 추가 구성요소가 요구된다. 물론, 상기 모든 제한은 광학 시스템의 비용 및 유용성에 영향을 미친다. 반면에, 넓은 수용각은 폐기된 광이 광학 시스템의 설계에 대해 가장 편리한 위치에 구성되도록 편광 장치가 배열되도록 하고, 광학 엔지니어의 선택 및 가능성을 제공한다.

비흡수 및 넓은 수용각의 상기 두 주요 특징은 종래 편광기에 있어서 상호 배타적이다. 넓은 수용각을 가진 편광기는 설계의 유연성을 가능하게 하고, 이유는 편광기가 원시광에 대한 좁은 범위의 수용각내에 구성되어야 할 필요가 없기 때문이다. 또한, 넓은 수용각의 편광기는 확산형 원시광을 사용할 수 있다. 반면에, 비흡수 편광기는 더 효율적이고, 이유는 폐기된 편광이 복귀되기 때문이다. 그러나, 상기 두 특징은 효율적이고 유연한 설계의 편광 장치에 대해 필요하다.

편광선의 발생에 대한 더 양호한 성능을 위해 많은 노력이 종래 편광기를 개선시키는데 경주되었다. 상기 노력에 의해 대부분 콜레스테릭형 편광기 및 MacNeille 프리즘형 편광기인 다수의 특허가 출원되었다. 미국 특허 5,135,752; 5,200,843; 5,283,600; 5,295,009; 5,357,370; 5,422,756; 5,555,186; 5,570,215; 5,579,138; 5,626,408 및 5,653,520을 참조하라. 대부분의 경우에, 상기 장치의 효율은 폐기된 편광면을 광원으로 복귀시킴으로써 또는 편광면을 회전시켜 재구성함으로써 증가된다. 일부 시스템은 두 편광을 분리시키고, 각 편광에 영상의 일부를 발생시키며, 각 편광으로부터 최종 영상을 조합한다. 광선의 양 편광을 사용하거나 복구시키는 광학 시스템의 기재에 사용되는 용어는 편광 구제, 편광 복구 및 편광 재순환이다.

그러나, 편광 복구에 대한 다양한 설계를 수행하는 편광 장치에 대해 많은 특허가 부여되었다 하더라도, 현재 시장에서 매매되는 상업적 장치는 몇 가지 되지 않는다. 상기 장치는 미국 특허 5,555,186에 개시되어 있다. 제 1 장치는 MacNeille 프리즘을 사용하고, 전술된 제한을 처리하기 위해 복잡한 설계를 이용한다. 상기 장치는 다수의 MacNeille 프리즘과 결합되고, 상기 MacNeille 프리즘은 프리즘 사이에 형성된 공간을 가지고 배열에 구성된다. 광원으로부터의 광은 다중렌즈 광학 배열에 의해 프리즘으로 지향된다. 한 편광은 프리즘을 통해 직접 통과되고, 다른 한 편광은 프리즘 사이의 공간을 향해 측면으로 지향된다. 상기 공간에 구성된 거울은 다른 한 편광을 다시 유용 광선으로 재형성한다. 공간에 구성된 파동판은 다른 한 편광이 통과된 편광과 동일하도록 다른 한 편광을 회전시킨다. 상기 장치는 전술된 MacNeille 프리즘과 동일한 문제점을 가지고, 다른 한 편광을 광축에 대한 직교 방향 또는 프리즘 측면의 외부로 지향시키는 제한을 가진다. 또한, 수용각이 좁고, 광원에 대한 선택의 폭이 좁으며, 수백 와트 이상의 출력을 제공할 수 없는 고가의 아크 램프를 사용한다. 다른 문제점은 정밀 광학장치는 오정렬될 수 있고, 성능에 영향을 미친다.

상기 장치는 효율을 개선시키기 위해 종래 편광기의 배열 및 조종의 정도로만 예시적이다. 또한, 편광기의 제한으로 인해 시스템에 구성된 설계 제한에 대해 예시적이다. 예를 들어, MacNeille 프리즘에 의해 수용된 좁은 범위의 수용각은 원시광이 비확산형일 것을 요구하고, 원시광 및 편광기가 서로에 대해 구성 및 방향설정될 것을 요구한다. 또한, 폐기된 편광은 광축에 대해 직교방향으로 지향되고, 다른 광학 요소의 방향 및 위치를 요구한다. 상기 경우에, 거울은 폐기된 편광의 재포획을 위해 복잡한 조립체의 부품으로서 프리즘 사이의 공간에 구성되도록 요구된다.

편광기의 효율을 개선시키기 위한 덜 복잡한 방법 및 장치는 확산 반사기를 사용한다. 상기 개념은 랩탑 컴퓨터와 같은 평판 표시장치에 현재 사용된다. 폐기된 편광은 후방으로 확산 반사기로 반사되고, 상기 확산 반사기는 광을 소산시키며, 편광을 혼동시킨다. 다음에 광은 편광기로 재지향된다. 상기 방법은 단일 패스(pass)에 대해 75% 이상의 효율을 가질 수 없다. 또한, 광의 소산은 영상 프로젝션과 같은 일부 적용에 특히 바람직스럽지 않다.

전술된 바와 같이, 가시광 편광기의 장기 연혁에도 불구하고, 효율적이고 유연성 있는 편광기 개발의 노력은 실패로 마감되었다. 일부 변경사항이 종래 장치의 효율을 개선시키는데 성공하기는 하였으나, 상기 변경사항은 복잡하고 설계를 현저히 제한시킨다. 다른 편광기는 상대적으로 더 유연성을 가지나, 효율적인 편광작용을 수행할 수 없다. 따라서 원시 광선을 효율적으로 편광선으로 변환시키는 특징을 가지는 편광기는 개발되지 않았다.

요구되는 제 1 특징은 편광기가 원시 광선을 광의 손실이 거의 없이 직교 편광의 두 광선으로 분할시키는 것이다. 따라서, 예를 들어 편광기는 하나 또는 2개의 광선을 흡수, 소산 또는 오지향시키지 않는다. 상기는 한 편광을 흡수하는 이색성 편광기의 문제점이고, 한 편광을 소산시키는 확산 반사기를 이용하는 시스템의 문제점이다.

요구되는 다른 특징은 편광기가 다른 한 편광으로부터 한 편광을 효율적으로 분리시키는 것이다. 즉, 각 광선의 광은 양호하게 편광되어야 한다. 상기는 소광비로 명명되고, 상기 소광비는 원하지 않는 편광의 양에 대한 원하는 편광의 양의 비이다. 수용가능한 소광비의 기준은 적용에 따라 변화된다. 예를 들어, 현 표시장치는 적어도 100:1의 비율을 요구하나, 상기는 1000:1의 비율로 급속하게 증가된다. 3;1의 낮은 소광비는 유용하나, 추가 처리가 요구된다. 소광비는 액정 표시장치 및 프로젝터의 대조에 영향을 미치고, 더 높은 소광비는 더 양호한 대조를 제공한다. 어느 경우든, 편광기 자체로 높은 소광비를 이루는 것이 바람직하고, 추가 처리의 필요성을 제거할 수 있다. 상기는 복굴절 및 콜레스테릭 편광기의 문제점이다.

요구되는 또 다른 특징은 편광기가 가시 스펙트럼에 걸쳐 무색성이거나, 450nm 내지 700nm의 파장에 대해 무색성일 것이 요구된다. 물론, 상기는 양 광선에 대해 적용된다. 무색 성능은 편광기 성능이 색상 의존성이 아니고 특정 색상에 대해서만 작동되는 것을 의미한다. 종래 편광기는 색상 의존성 성능 변화를 나타낸다. 상기는 특히 콜레스테릭, 복굴절 및 MacNeille 편광기에 대한 문제점이다.

요구되는 또 다른 특징은 편광기가 광학적으로 신속하거나 대량의 광을 집광시키는 것이다. 상기는 편광기 수용각의 직접적인 결과이다. 첫째, 장치에 도달되는 어떤 광도 효율적으로 포획하도록 편광기는 넓은 수용각을 가져야 한다. 둘째, 편광기는 입사광을 전부 포획할 수 있도록 충분히 커야 한다. 따라서, 편광기는 넓은 수용각을 가져야 하고, 대형 개구부를 가져야 한다. 만약 편광기가 대형으로 제작되나 좁은 수용각을 가진다면 유용하지 않고, 만약 수용각은 크나 대형 편광기의 사용이 제한된다면 또한 유용하지 않다. 상기는 수용각이 통상적으로 작기 때문에 복굴절, MacNeille 및 콜레스테릭 편광기의 문제점이고, 특히 MacNeille 편광기에 대해 문제이며, 이유는 상기 수용각을 넓게 제작하는 것은 광학장치가 대형의 복잡한 장치로 구성되기 때문이다.

요구되는 또 다른 특징은 편광기가 광학 시스템의 설계에 제한을 거의 가하지 않는다는 것이다. 효율적인 시스템에 대해 편광기의 요구보다 원하는 대로 적합한 광학 장치를 구성하는 것이 가능하다. 또한, 편광기는 프로젝션 시스템 또는 다른 장치의 광학적 특징을 제한시키지 않아야 한다. 또한, 편광기는 두 직교 편광을 합리적인 초점조정도를 가지며 선택된 임의의 방향으로 지향시킬 수 있어야 한다. 상기는 종래 편광선 분리장치가 만족시키기 가장 어려운 기준이다. 전술된 모든 편광기는 입사광 및 송출광의 방향에 원하지 않는 제한을 가한다.

또 다른 특징은 편광기가 손상되기 어렵게 구성되는 것이다. 상기는 몇 가지 측면을 가진다. 첫째, 편광기는 급속한 온도 증가 및 장기간의 고온 노출에 견딜 수 있어야 하고, 섭씨 수백도의 온도에 대한 내성을 가지는 것이 바람직하다. 둘째, 편광기는 진동을 통한 손상에 저항할 수 있어야 한다. 셋째, 편광기의 성능은 열 및 조작과 같은 환경의 변화에 따라 변화되지 않아야 한다. 마지막으로, 편광기는 광화학에 의해 발생되는 성능저하가 일어나지 않아야 하고, 통과되는 광에 의해 시작되는 다른 성능저하 메카니즘이 발생되지 않아야 한다.

또 다른 특징은 편광기가 저가이고 제작하기에 용이한 것이다. 상기는 하나 이상의 광학 기능을 수행하는 분리 부품 또는 유니트로서 제작되든간에 편광기 및 관련 광학 요소 모두에 적용된다.

상기 특징 및 기준은 효율적이고 유연성 있는 설계의 편광기를 위해 요구되는 많은 중요 인자를 나열한 것이다. 현재까지 상기 특징을 성공적으로 나타내는 편광기는 없다.

와이어 격자 편광기로 명명되는 다른 편광 장치는 지금까지 기술되지 않았는데, 이유는 상기 와이어 격자 편광기는 가시광 분야에 사용되지 않았기 때문이다. 와이어 격자 편광기는 균일하게 이격된 평행 전도체의 2차원 조립체이고, 상기 전도체의 길이는 폭보다 매우 크다. 도체에 평행한 편광을 가진 파는 대부분 반사되고, 직교 편광의 파는 격자를 통해 투과 또는 통과된다.

와이어 격자 편광기가 가시광 분야에 사용되지 않았던 것은 의외의 사항이 아니다. 실제로 와이어 격자 편광기의 개발은 고주파 방출에 중점을 두었다. 예를 들어, 와이어 격자 편광기는 1880년대에 처음으로 발명되었고, 무선파로 시험되었다. 와이어 격자는 한 쌍의 분리봉 주위로 와이어를 감음으로써 제작되었다. 1920년대에, 와이어 격자 편광기는 적외선 분야에서 용도를 발견하기 시작했다. 1940년대에, 와이어 격자 편광기는 레이더 분야에서 용도를 발견하기 시작했다. 현재 와이어 격자 편광기는 레이더, 극초단파 및 적외선 분야에 주로 사용된다. 와이어 격자 편광기는 특히 장파장의 대체 장치가 거의 없기 때문에 상기 분야에 사용되었고, 상기 와이어 격자 편광기는 제작 및 사용에 용이하며, 장파장에 대한 최대의 용이성을 가진다.

상이한 개발 경로 외에, 와이어 격자 편광기 및 다른 종래 편광기가 개발되었던 분야는 상이한 목적, 전망, 필요 및 적용에 따른 특징을 이룬다. 종래 편광기는 가시광 분야 및 자외선 분야에 대해서만 개발되었고, 과학 장치는 1850년부터 편광된 가시광 및 자외선을 사용하였다. 가시 스펙트럼은 단파장의 특징을 가지고, 상기 단파장은 400nm 내지 700nm의 범위이다. 또한, 가시광은 1옥타브 이하의 좁은 스펙트럼 범위를 차지하고, 상기는 광대역폭이 가시광 편광기에서 중요하지 않음을 의미한다. 가시광의 단일성으로 인해, 상기 가시광은 단일 분야에 적용된다. 상기 적용은 영상 및 정보 전달, 조명과 눈을 이용하는 모든 것을 포함한다. 따라서, 가시 분야의 관심은 효율, 광도, 대조, 전 색상의 균일한 성능으로 집중되었고, 육안의 필요에 사용되었다.

대조적으로, 와이어 격자 편광기는 적외선, 극초단파 및 레이더 분야에 대해 개발되었다. 상기 분야는 장파장의 특징을 이루고, 상기 장파장은 1미크론 내지 10센티미터(1000nm 내지 10,000,000nm)이다. 적외선, 극초단파 및 레이더는 넓은 범위의 스펙트럼을 차지하나, 물론 보이지 않는다. 상기 파장은 가시광과 기본적으로 상이한 방법으로 물체와 상호작용하고, 매우 어렵게 적용분야에 이용된다. 따라서, 상기 분야의 관심은 서로 상이하게 그리고 가시광 분야와 상이하게 집중되었다.

와이어 격자 편광기가 가시광 분야에 이용되지 않았던 다른 이유는 상기 분야에서 와이어 격자 편광기에 대한 인지된 필요성이 없었기 때문이다. 전술된 바와 같이, 다수의 편광기는 이미 가시광 분야에 사용되었다. 따라서, 와이어 격자 편광기를 가시광의 이용에 적합하도록 개발하는 것에 대한 동일한 이유는 없다.

와이어 격자 편강기를 가시광 분야에 사용하는 것을 제한하는 가장 중요한 인자는 와이어 격자 편광기가 상대적으로 낮은 소광비를 가진다는 점이다. 가시광 분야는 통상적으로 와이어 격자 편광기가 제공하는 소광비보다 높은 소광비를 필요로 한다. 가시광 분야에서, 높은 소광비를 가진 다른 편광 장치는 유용하였다.

레이더, 극초단파 및 적외선으로 특징을 이루는 장파장에 적용된 편광 기술은 가시 스펙트럼에 사용된 편광기와 구조 및 물리적 특성에서 서로 상이하다. 상기 상황은 상기 분야의 기술 개발에 대한 상이한 연혁, 적합한 대체 기술의 유용성 및 상이한 목적의 결과이다. 상기 상이점은 현재까지 가시광용 편광 장치를 장파장용 편광 장치와 분리시킨다.

가시광 분야에서 와이어 격자 편광기의 사용은 1987년 8월 25일에 Grinberg 등에게 허여된 미국 특허 4,688,897에 개시되어 있다. Grinberg 등은 시차를 감소시키기 위해 액정 표시장치에 와이어 격자 편광기를 사용하였다. 개념은 단일 편광을 반사시키기 위한 거울로서 와이어 격자 편광기를 사용하는 것이었다. 와이어 격자 편광기는 상대적으로 얇고, 액정 재료와 화학적으로 호환성이 있다. 따라서, 화학적 간섭없이 그리고 액정 및 편광기 사이의 간격없이 상기 와이어 격자 편광기는 액정에 인접하여 구성될 수 있다. 상기 간격의 제거는 표시장치의 시차를 제거시킨다.

전술된 종래 편광기와 마찬가지로, 와이어 격자 편광기를 상기 분야에 적용시키는 문제점은 효율이다. 표시장치로 유입되는 광의 폐기된 편광만이 영상을 발생시키는데 사용된다. 광의 통과된 편광은 편광기를 통과하고 폐기된다. 상기 적용에서 와이어 격자 편광기의 목적은 편광선을 발생시키는 것이 아니라, 특정 형태의 액정 표시장치가 가지는 특정 문제점, 즉 시차 문제를 해결하는 것이었다. 또한, 와이어 격자 편광기는 기존 광학 시스템에서 단지 개선된 대체 구성요소였다.

가시광 분야에 와이어 격자 편광기를 사용하는 다른 문헌은 1995년 1월 17일에 Hegg등에게 허여된 미국 특허 5,383,053이다. Hegg등은 종래 광선 분리장치에 대한 반사/투과 효율을 개선시키기 위해 가상 영상 표시 시스템에 와이어 격자 편광기를 사용하였다. 개념은 와이어 격자 편광기를 광선 분리장치로서 사용하는 것이었다. 시스템은 처음에 영상을 광선 분리장치에 반사시키고, 광선 분리장치를 통해 후방으로 반사시킨다. 종래 광선 분리장치는 50% 이하의 입사광이 처음에 반사되고 다음에 50% 이하의 반사광이 투과되었기 때문에 비효율적이었다. 즉, 상기 시스템의 전효율은 25% 이하였다. Hegg등은 와이어 격자의 반사/투과 효율이 상대적으로 높기 때문에 편광 영상 공급원을 가진 와이어 격자 편광기를 사용하였다. 따라서, 비록 와이어 격자 편광기가 낮은 소광비를 가졌다 하더라도, 적어도 양호하게 편광된 광을 사용하여 고효율의 광선 분리장치로서 사용될 수 있었다. 또한, 상기 분야에서 와이어 격자 편광기의 목적은 편광선을 발생시키는 것이 아니라(광은 이미 편광되었다), 가상 영상 표시장치, 즉 비효율적인 광선 분리장치로 문제점을 해결하는 것이었다. 또한, 와이어 격자 편광기는 기존 광학 시스템에서 단지 대체 구성요소로서 사용되었다.

Hegg등에 의해 개시된 바와 같이, 와이어 격자는 광선 분리장치로서 사용될 수 있는 것은 공지되었다. 다른 예로서, 1971년 12월 28일에 Rogers에게 허여된 미국 특허 3,631,288에 편광 방출용 자동차 전조등이 개시되어 있다. 전조등의 목적은 전조등의 편광에 수직으로 방향구성된 바람막이에 걸쳐 편광기를 사용하여 접근하는 자동차에 대한 섬광을 감소시키고자 하는 것이다.

전조등은 밀폐부에 구성된 광원을 가지고, 상기 밀폐부는 포물형 연마금속, 반사면 및 포물형 반사 편광기로 형성된다. 제 1 편광을 가지는 광은 편광기를 통해 투과되고, 제 2 직교 편광을 가지는 광은 편광기로부터 반사된다. Roger는 편광기는 다층 복굴절 편광기이거나 유리의 와이어 격자 배열일 수 있다고 제시한다. 편광기로부터의 반사광은 금속 반사면으로 후방으로 반사되고, 상기 금속 반사면에서 상기 반사광은 편광기로 후방으로 반사된다.

또한, 금속면은 선형으로 편광된 반사광선을 타원형 편광으로 변화시킨다. 타원형 편광의 "소량"은 제 1 편광의 광이고, 편광기를 통해 투과되며, 잔여 편광은 편광기에 의해 후방 반사 금속면으로 재반사된다. 편광기 및 금속면 사이에서 광이 주기적으로 전후로 이동되는 상기 과정과 각 사이클에서 "소량"이 편광기를 통해 투과되는 것은 반복된다.

상기 장치의 한 문제점은 낮은 효율에 있다. 공지된 가장 양호한 반사 금속면인 은은 입사광의 단지 98%를 반사시킨다. 따라서, 금속면에 대한 광의 반사과정이 반복됨에 따라, 더 많은 양의 광이 손실된다.

또한, 방출 광원이 반사 밀폐부내에 구성되기 때문에, 많은 양의 반사광은 후방 방출기로 지향된다. "광원"을 광 방출기 및 방출기로부터 광을 집광시키고 상기 광을 광선으로 형성시키는 광학 요소로 정의한다.

상기 특허와 유사하게, 1971년 2월 23일에 Makas에게 허여된 미국 특허 3,566,099에 편광 방출용 전조등이 개시되어 있다. 전조등은 밀폐부에 구성된 광원을 가지고, 상기 밀폐부는 포물형 연마금속, 반사면 및 반사 편광기로 형성된다. Makas는 편광기는 확산 또는 간섭형일 수 있다고 제시한다. 1/4 파장판이 편광기의 전방에 구성된다. 제 1 편광을 가지는 광은 편광기를 통해 투과되고, 제 2 직교 편광을 가지는 광은 편광기로부터 반사된다. 반사광이 편광기 및 반사기 사이를 통하여 통과될 때, 파장판은 상기 반사광의 편광을 변화시킨다. 공지 특허와 유사하게, Makas는 반사광선이 광원을 향해 후방으로 지향됨을 제시한다.

편광기로부터 반사된 편광을 가지는 광이 광원을 향해 후방으로 통과되도록, 광원을 반사 밀폐부내에 구성시키는 것은 바람직하지 않다. 전조등과 같은 밝은 광원으로 작동되거나 현 액정 광밸브 프로젝터 시스템에 사용되는 더 밝은 광원으로 작동될 때, 반사광이 필라멘트에 의해 흡수될 수 있는 광원으로 상기 반사광을 후방으로 반사시키는 것은 바람직하지 않다. 필라멘트로 유입된 반사광은 필라멘트를 과열시키고, 광원의 조기 고장을 유발시킨다. 또한 상기 방법은 광 에너지 보존에 대해 양호하지 않은 방법이고, 이유는 필라멘트에 의해 재흡수된 광 에너지는 동일 파장의 광이 원하는 방향으로 방출될 때 재방출되지 않고 전자기 에너지가 전 방향으로 이동하는 자외선에 적외선을 스패닝(spanning)함에 따라 재방출되기 때문이다. 시준광선의 발생에 매우 바람직하며 초점에서 광원 필라멘트와 함께 포물형 반사기를 사용하는 것은 상기 문제점에 대해 특히 도움이 되고, 이유는 광원으로 후방으로 반사되는 광의 대부분을 필라멘트로 지향시키기 때문이다.

Rogers는 상기 문제점을 극복하기 위해 "이완된 코일"을 가진 필라멘트의 사용을 제시하나, 상기는 필라멘트의 폭이 확대되는 효과를 가져오고, 포물형 반사기에 의해 발생된 시준도를 감소시키며, 광원의 에너지 대 광의 변환 효율을 감소시킨다. Rogers는 또한 포물형 반사기의 초점 및 필라멘트 사이의 기하학적 관계를 변화시키는 것은 다양한 이유로 바람직하다고 제시한다. 필라멘트와 마주하는 반사광에 대해 완화시킬 목적의 상기 변화는 또한 유사하게 전 광학 시스템의 효율을 감소시킨다. 상기 및 다른 이유로, 편광 효율을 증가시키기 위해 광을 광원을 향해 후방으로 반사시키는 것은 피하는 것이 바람직하다.

상기 및 다른 이유로, 가시광의 편광에 대한 와이어 격자 편광기는 광학 엔지니어 및 장치 제작자에 의해 계속 무시되었다. 프로젝션 및 표시 분야의 숙련자는 종래 가시광 편광기의 개선을 추구함으로써 개선점을 찾고자 계속 노력해 왔다. 비록 상기 노력이 종래 편광기 시스템의 여러 독창적인 변형의 결과를 발생시켰지만, 상기 장치는 여전히 편광기 자체의 고유 제한으로 인해 구속된다.

따라서, 원시 광선의 두 직교 편광을 2개의 편광선으로 분리시키고 상기 광선을 임의의 방향으로 선택적으로 지향시키기 위해, 가시 스펙트럼 내에서 그리고 가시 스펙트럼 부근에서 작동가능한 편광 장치를 개발하는 것은 바람직하다. 또한, 설계 구속조건이 광학 시스템에 가해지지 않고 설계의 유연성이 가능하도록, 임의의 입사각으로 장치내에 구성될 수 있는 상기 장치를 개발하는 것이 바람직하다. 또한, 원시 광선의 일부를 폐기하지 않고 그리고 복잡, 정교한 광학장치의 사용없이 비편광 광원으로부터 선형 편광선을 효율적으로 발생시키는 상기 장치를 개발하는 것이 바람직하다. 또한, 상대적으로 확산형 광을 수용할 수 있는 큰 수용각을 가진 상기 장치를 개발하는 것이 바람직하다.

본 발명은 가시 스펙트럼 내의 그리고 가시 스펙트럼 부근의 광학 시스템에 관한 것이고, 상기 광학 시스템은 비편광 원시 광선으로부터 편광선을 발생시키기 위한 편광 장치를 포함한다. 특히, 본 발명은 다수의 광학 요소로 구성된 상기 광학 시스템에 관한 것이고, (ⅰ) 요소의 길이에 수직으로 방향구성된 편광을 가지는 광을 투과 또는 통과시키도록, 그리고 (ⅱ) 요소의 길이에 평행으로 방향구성된 편광을 가지는 광을 반사시키도록, 상기 광학 요소의 하나는 원시 광선의 전자기파와 상호작용하기 위해 원시 광선에 구성된 연장 요소의 배열과 평행한 편광기로 구성된다.

도 1 은 본 발명의 편광 장치의 선호되는 실시예에 대한 사시도.

도 2 는 도 1 의 선 2-2를 따른 본 발명의 편광 장치의 선호되는 실시예에 대한 단면도.

도 3 은 본 발명의 편광 장치의 선호되는 실시예에 대한 광범위의 잠재 입사각 및 광범위의 잠재 반사각이 개략적으로 도시된 도면.

도 4 는 본 발명의 편광 장치의 선호되는 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 5 는 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 6 은 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 7 은 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 8 은 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 9 는 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 10 은 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

도 11 은 본 발명의 편광 장치의 다른 실시예에 대한 일반 작동의 개략도.

*부호 설명

10...편광 장치 12...연장 요소

14...층 18...기층

20...제 1 면 21...제 2 면

22...원시 광선 23...광원

24...투과 광선 26...반사 광선

본 발명의 목적은 원시 광선의 두 직교 편광을 2개의 편광선으로 분리시키기 위한 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각각의 또는 양 편광선을 임의의 각도로 선택적으로 지향시킬 수 있는 상기 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각의 또는 양 편광선을 집광시킬 수 있는 상기 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 원시 광선에 대해 임의의 입사각으로 구성되며 적합하게 기능하는 상기 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 확산되는 광을 수용할 수 있는 큰 수용각을 가진 상기 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비편광 원시 광선으로부터 선형 편광선을 효율적으로 간단히 발생시키기 위한 편광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 영상 프로젝션 시스템, 광 프로젝션 시스템 및/또는 표시 시스템에 사용되는 상기 편광 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

상기 및 다른 목적과 본 발명의 장점은 원시 광선에 구성된 평행 연장 요소의 배열을 가지는 편광 장치로 이루어진다. (ⅰ) 요소의 길이에 수직으로 방향구성된 편광을 가지는 광을 통과시키기 위해, (ⅱ) 요소의 길이에 평행하게 방향구성된 편광을 가지는 광을 반사시키기 위해, 요소는 원시 광선의 전자기파와 상호작용한다. 통과된 광은 제 1 편광 X를 가진 통과 광선을 형성하고, 반사된 광은 제 2 편광 Y를 가진 반사광을 형성한다.

요소의 배열은 임의의 입사각으로 원시 광선에 대해 구성될 수 있다. 또한, 요소의 배열은 상대적으로 확산되는 원시광을 수용한다. 또한, 요소의 배열은 임의의 방향으로 반사 광선을 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 상기 장점으로 인해 설계 유연성의 결과가 발생되고, 편광 장치의 적용을 제한하지 않는 편광 장치가 구성된다.

요소의 배열은 기층내에 또는 기층에 구성될 수 있다. 기층은 요소를 보호하고 지지하는 기능을 수행한다. 통과 광선은 요소 및 기층을 통과한다.

편광 장치는 비편광 원시 광선으로부터 편광선을 효율적으로 그리고 탄력적으로 발생시키는데 사용될 수 있다. 원시 광선은 요소 배열로 지향되고, 상기 요소 배열은 요소에 수직인 편광을 통과시키며, 요소에 평행한 편광을 반사시킨다. 거울과 같은 재포획 광학장치는 광선의 방향을 변화시키도록 반사 및/또는 통과 광선내에 구성되어, 양 광선은 공통 영역으로 지향된다. 요소 및 광 재포획 장치의 배열은 광선이 광원으로 후방으로 지향되지 않도록 상기 광선을 지향시킨다. 파동판과 같은 편광 재방향설정 장치는 광선의 방향을 변화시키도록 반사 및/또는 통과 광선에 구성되어, 양 광선은 동일 방향 또는 편광을 가진다. 편광 재방향설정 장치는 단일 사이클에서 모든 반사 광선의 편광 방향을 변화시킨다.

요소, 재포획 광학장치, 편광 재방향설정 장치 및 다른 광학 요소는 소요되는 위치에 구성될 수 있다. 요소의 배열은 반사 광선을 재포획 광학장치 또는 편광 재방향설정 장치로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다른 광학 요소는 원하는 대로 광선을 처리할 수 있다.

요소의 배열은 반사 광선을 집중시키거나 반사 과언에 영향을 미치도록 구성될 수 있다. 요소는 실린더형, 구형, 타원형 또는 포물형 외에 더 복잡한 구성의 광학 형상과 같은 비이차원 층으로 형성될 수 있다. 또한, 기층은 통과 광선을 집중시키거나 통과 광선에 영향을 미치도록 구성될 수 있다. 기층은 실린더형, 구형, 타원형 또는 포물형 외에 더 복잡한 구성의 광학 형상과 같은 비이차원 층으로 형성될 수 있다.

요소는 파동판, 렌즈, 프리즘 등과 같은 다른 광학 요소와 결합될 수 있다. 또한, 기층은 광학 요소에 의해 형성될 수 있다.

편광 장치는 프로젝션 또는 표시 시스템의 부품일 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 장점 및 다른 특성은 본 기술분야의 숙련자라면 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참고로 명백하게 알 수 있을 것이다.

당업자가 본 발명을 실시 및 사용할 수 있도록 본 발명의 다양한 구성요소들에 부호가 주어지고 본 발명이 설명되는 도면을 참고한다.

도 1 및 도 2를 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광기장치(10)의 선호되는 실시예가 도시된다. 일반적으로 두께가 얇고 길이가 긴 요소(12)들의 평행한 배열이 상기 편광기장치(10)에 구성된다. 일반적으로 상기 요소(12)들은 도 2에서 층(14)내부에 배열된다. 상기 요소(12)들이 평면내에 배열되는 다수 평평하지 못할 수 있다. 또한 요소(12) 및 층(14)은 하기 설명과 같이 더욱 평면상태이거나 곡선형상 또는 다른 형상을 가질 수 있다.

요소(12)들은 상대적으로 길이가 길고 두께가 얇다. 요소들의 치수 및 요소배열의 크기가 이용되는 파장에 의해 결정된다. 하기 주어진 치수들은 폭이 크고 완전한 스펙트럼 가시광선을 위해 조정된다. 도 1에서 각각의 요소(12)는 길이(L)를 가지고, 일반적으로 가시광선의 파장보다 더 크다. 따라서 요소(12)들은 적어도 대략 0.7㎛(미크로미터) 또는 700nm(나노미터)의 길이를 가진다. 그러나 전형적인 길이는 훨씬 더 클 수 있다.

또한 상기 요소들은 도 2에서 요소들의 중심간거리 또는 피치(P)를 가진 평행한 배열내에 위치하고, 광선의 파장보다 크기가 더 작다. 따라서, 피치는 0.4㎛(미크로미터) 또는 400(나노미터)보다 더 작다. 피치는 광선파장의 1/3 또는 약 0.13㎛ 또는 130nm보다 작은 것이 선호된다. 또한 도 2를 참고할 때 각각의 요소(12)는 피치(P)의 10% 내지 90%에 해당하는 폭(W)을 가진다. 따라서 요소들을 분리시키는 공간은, 도 2를 참고할 때, 피치(P)의 90% 내지 10%에 대당하는 폭을 가진다. 또한 요소(12)들은 도 2를 참고할 때, 약 200Å 또는 20nm보다 큰 것이 선호되는 두께를 가진다. 또한 요소(12)들은 규칙적으로 또는 동일하게 이격되는 것이 선호된다.

특정 적용예를 위한 평광기장치의 성능을 최적화하기 위해 요소의 폭(W) 및 이격거리(S)가 선택될 수 있다. 직교 편광작용에 대한 반사율을 0%의 이상값보다 크게 증가시킬 때, 피치에 대해 요소의 폭을 증가시키면 평행 편광작용에 대한 반사율이 거의 100%까지 증가된다. 따라서(평행 편광작용이 전달되지 못하기 때문에) 이격거리에 대한 요소의 폭의 비율이 크면, 전달된 광선에 대한 흡광률이 커지지만, (직교편광작용의 일부분이 반사되기 때문에) 반드시 효율이 높지는 못하다. 반대로, 피치에 대한 요소의 폭의 비율이 작으면, 반사된 광선에 대한 흡광율이 커지지만 효율이 반드시 큰 것은 아니다. 평행광선에 대한 반사율 및 직교광선에 대한 전송율의 합에 의해 정의되는 총효율은, 피치에 대한 요소의 폭의 비율이 40% 내지 60%일 때 가장 크게 구해질 것이다.

상기 설명과 같이, 폭이 크고 완전한 스펙트럼 가시광선을 위해 상기 치수들이 조정된다. 예를들어, 가시광선의 특정 색상 또는 거의 적외선(IR)파장 및 자외선(UV)파장을 포함하는 대략 가시 스펙트럼과 같은 특정 파장들에 대해 다른 치수들이 적합할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고할 때, 요소(12)의 배열이 등배로 도시되지 않고 이해를 위해 확대도시된다. 사실상 요소들의 배열은 맨눈으로 감지하기 어렵고, 상당히 확대하지 못한채 관찰되면 부분적으로 거울면으로서 보인다. 금속과 같이 폭인 큰 스펙트럼 직물내부로 형성될 수 있는 모든 재료에 의해 상기 요소들(12)이 형성된다. 가시광선 적용을 위해 상기 재료는 은 또는 알루미늄이 선호된다.

요소(12)들의 배열을 지지하기 위한 하부층(18)이 상기 편광기장치(10)에 구성된다. 요소(12)들의 배열 또는 요소들의 층(14)이 배열되는 제 1 표면(20) 및 마주보는 측부의 제 2 표면(21)이 상기 하부층(18)에 구성된다. 요소(12)들에 대한 지지작용 및 어느정도의 보호작용이 상기 하부층(18)에 구성된다. 요소(12)들에 대한 지지작용 및 어느정도의 보호작용이 상기 하부층(18)에 의해 제공된다. 선택적으로, 요소(12)들은 두 개의 하부층들사이에 배열되거나 추가의 보호작용 및 지지작용을 위해 자체 하부층내에 형성될 수 있다. 또한 요소들은 하부층의 양족 측면상에 배열되거나 한 개 또는 두 개이상의 층내부에 배열될 수 있다. 광선이 통과할 수 있는 모든 재료에 의해 하부층(18)에 형성된다. 하기 설명을 참고할 때, 상기 재료는 광선을 투과시키거나 광선이 상호작용하는 특성을 가질 수 있다.

하부층(18)은 유리재료가 선호된다. 선택적으로 하부층은 폴리머 또는 크리스탈재료로 형성될 수 있다. 상기 설명된 원리에 부합하는 다른 재료가 이용될 수 있고 또한 본 발명의 범위내에서 고려된다.

도 1을 참고할 때, 편광기장치(10)의 선호되는 실시예의 일반적인 작동이 도시된다. 요소(12)들의 배열로 구성된 편광기장치(10)를 향하는 공급광선(22)이 광원(23)에 의해 발생된다. 도면들에서 화살표로 도시된 다양한 경로들이 공급광선(22) 및 그 브랜치(branch)들에 의해 형성된다. 일반적으로 공급광선(22)은 비편광(U)이며, 제 1 편광(X) 및 제 1 편광과 직교하는 제 2 편광(Y)을 가지는 전자기파를 포함한다. 도면의 상기 표시, (X, Y, U)는 특정광선이 가지는 편광을 나타낸다.

요소(12)들은 공급광선(22)의 전자기파와 상호작용한다. 요소들의 길이와 직교하는 편광에 의해 상기 요소(12)들은 빛을 전달 또는 통과시킨다. 제 1 편광(X)의 전달 또는 통과된 광선(24)이 상기 통과광선에 의해 형성된다. 또한 요소들의 길이와 평행한 편광에 의해 상기 요소(12)들은 광선을 유리하게 반사시킨다. 제 2 편광(Y)의 반사된 광선(26)이 상기 반사광선에 의해 형성된다. 하부층(18)에 의해 통과광선(24)이 통과될 수 있다. 따라서, 편광기장치(10)는 물리적으로 공급광선(22)의 직교하는 두 개의 편광(X, Y)들을 분리시키고, 제 1 편광(X)은 요소(12)들을 통과하며, 제 2 편광(Y)은 요소들에 의해 거울과 같이 반사된다.

요소(12)들의 배열은 특정 효율 또는 흡광률에 의해 공급광선의 두가지 편광을 분리시킨다. 즉, 요소들은 일반적으로 요소길이와 직교하는 편광을 전달하지만, 요소길이와 평행한 특정량의 편광을 통과시킬 수 있다. 요소들의 배열은 사실상 요소길이와 직교하는 모든 편광들을 전달하고, 요소길이와 평행한 모든 편광들을 반사시킨다. 따라서 광선의 대략 1/2은 전달되고, 나머지는 반사된다. 상기 설명과 같이, 적어도 부분적으로 요소들의 폭 및 이격거리에 의해 요소배열의 효율 또는 흡광률이 결정된다.

본 발명을 따르는 편광기장치(10)는, 반사작용을 제공하기 보다는 광선의 편광들중 하나를 흡수 또는 분산시키는 종래기술의 가시광선편광기보다 상당히 개선되었다. 요소(12)들의 배열이 제 2 편광(Y)을 반사하기 때문에 상기 편광은 재포착 또는 방향변환되고 이용될 수 있다. 또한, 요소배열은 거울과 같은 반사장치이기 때문에, 도 2 와 같이, 공급 광선(22)의 입사각(28)은 반사광선(26)에 대한 반사각(30)과 동일하다(요소들의 배열 또는 편광기장치와 직교하는 축(29)에 대해 입사각(28)이 측정된다).

도 3을 참고할 때, 요소(12)들의 배열 또는 편광기장치(10)가 사실상 모든 입사각(32)에서 공급광선(22)에 대해 위치설정되는 것이 유리하다.

사실상, 공급광선은 사실상 모든 각도에서 요소들의 배열과 충돌하기 때문에, 본 발명의 편광기장치(10)는 종래기술의 가시광선 편광기에 비해 상당히 개선되었다. 단지 폭이 좁은 작동차(operating window)을 제공하고, 공급광선이 편광기와 충돌하는 각도범위가 다수의 종래기술의 편광기들이 엄격하게 제한된다. 편광기가 공급광선에 대해 소요목적에 따라 방향설정되기 때문에 본 발명의 편광기장치는 설계상 융통성을 가진다. 또한 편광기장치(10)는 상대적으로 발산하는 특성의 광선을 수용하는 것이 선호된다. 상기 설명과 같이, 다수 발산하거나 수렴하는 원추형상의 광선을 형성하고 경미하게 다른 각도를 가진 개별광선에 의해 상기 공급광선(22)이 구성된다. 편광기장치는 공급광선의 입사각 이외에 광선 자체 내부에서 발산하는 광선 또는 다양한 입사각을 처리할 수 있다. 본 발명의 편광기장치(10)는, 폭이 좁게 발산하는 광선을 제외하곤 수용할 수 없는 종래기술의 가시광선 편광기들에 비해, 상당히 개선되었다. 따라서, 본 발명의 편광기장치는 더욱 발산하는 광원들을 이용할 수 있고, 상기 광원들로부터 광선을 수집하는데 더욱 효과적이다. 그결과 상대적으로 비용이 작고 동력이 작으며 진보되지 못한 광원이 동일 결과를 구하기 위해 이용될 수 있다.

또한 편광기장치(10) 또는 요소(12)들의 배열이 폭넓은 범위의 반사각들내에서 반사광선(26)들을 선택적으로 조정하는 것이 유리하다. 편광기표면에 대해 수직인면의 반대측면에서 반사각이 입사각과 대칭을 형성하도록 편광기장치가 반사된 편광을 위한 거울로서 효과적으로 작용한다. 그러나, 사실상 모든 각도에서 편광기장치(10)가 공급광선에 대해 위치설정될 수 있기 때문에, 모든 소요각도(32)로 반사광선을 조정하도록 상기 입사각이 선택될 수 있다.

잠재적인 반사 각도 범위 및 반사광선의 방향이 좁은 창으로 제한되도록 엄격히 제한하는 종래기술의 편광기들에 대해 본 발명의 편광기장치(10)는 상당히 개선되었다. 다른 광학요소들에 대해 반사광선이 소요목적에 따라 조정되기 때문에 상기 편광기장치(10)는 설계시 융통성을 제공한다. 따라서 광선재포착광학기구들이 각도범위(32)내의 모든 위치에 위치될 수 있다.

편광기장치(10)의 제 1 목적은 공급광선(22)의 직교하는 두 개의 편광(X, Y)들을 각각 제어가능하고 편광되는 두 개의 광선(24,26)들로 물리적으로 분리하는 것이다. 예를 들어, 편광기장치는 사실상 모든 방향으로 편광된 광선들중 한 개 또는 양쪽을 선택적으로 조정할 수 있다. 또한, 상기 편광기장치(10)에 의해, 공급광선(22)에 대한 장치의 배열 및 방향에 대해 또는 공급광선의 발산에 대한 부적합한 제한이 불필요하다. 현재까지 종래기술의 가시광선편광기는 공급광선에 대한 방향의 임의 선택을 엄격히 제한해왔다. 유사한 제한이 반사광선을 임의로 조정하거나 단지 폭이 좁게 발산하는 광원들을 수용하는 것에 대해 존재한다.

편광기장치(10)의 또다른 장점에 의하면, 급속온도증가 및 길어지는 고온을 수용할 수 있다. 전형적인 정료한 편광기장치에 비하여, 본 발명의 편광기장치는 견고하다. 고온 및 급속온도증가가 광선의 전달 및 반사능력을 심각하게 영향을 주지 못한다. 또한 요소들이 하부층에 고정되기 때문에 상기 장치는 진동을 견딘다. 또한 구조물내부의 광화학적 반응에 기인하여 성능저하가 없다. 상기 특징에 의해 제조 및 정비를 위한 비용이 상당히 감소되고 이전에 비실용적인, 다수의 신규적용예를 제공할 수 있다.

넓은 밴드폭의 가시광선에 대해 균일하고 일정하게 작동하는 능력이 상기 편광기장치의 또다른 장점이 된다. 가시광선내의 대부분의 편광기적용예들은 대강 450nm 내지 700nm의 파장으로부터 모든 색상 또는 파장에서 균일한 성능을 동일하게 요구한다. 일부 2색상 편광기를 제외하곤 종래기술의 편광기에 의하면, 성능의 다른 주요특성을 반감시키고 제조 및 작동비용을 증가시켜 상기 폭넓은 무색성능을 제공할 뿐이다. 본 발명의 특징을 이루는 상기 무색성능에 의해, 상기 장치는 최소한의 최적화를 통해 다양한 적용예에서 작동하여, 제조비용절감 및 효율을 제공한다.

상기 특성이외에, 하기 설명과 같이 상기 편광기장치(10)는 전달광선 및 반사광선을 조정가능하다. 또한 상기 편광기장치(10)는 전달광선 및/또는 반사광선의 촛점을 맞출 수 있다. 전달광선 및 반사광선의 조정작업 및 촛점조절작용에 의해 본 발명을 따르는 편광기의 광학적 처리능력이, 종래기술을 따르는 가시광선편광기로부터 제공되지 못한 적용예로 확대될 수 있다. 따라서, 투사 및 표시시스템과 같이 편광된 광선을 필요로 하는 다른 적용예들을 위해 상기 편광된 광선(24,26)들이 추가로 처리될 수 있다.

편광기장치(40)의 선호되는 실시예에 관한 일반적인 작동이 도 4에 도시된다. 특히 상기 장치는 투사 및 표시시스템에 양호하게 적용된다. 광원공급원(23)에 의해 공급광선(22)이 발생된다. 특정 적용예의 필요 및 요구조건을 충족시키기 위해 광선공급원(23)이 선택된다. 물리적으로 크기가 더 작은 광원(실제로 광선을 발생시키는 구조물의 크기와 관련하여)은 본래 광학적 장점을 제공하기 때문에, 선호되더라도, 투사시스템과 같이, 상재적으로 더 큰 전원을 필요로 하는 적용예에 대해서 상대적으로 더 큰 광원이 필요할 수 있다. 선택적으로, 백열전구, 레이저, 백열방출기등과 같은 다른 광원이 이용될 수 있다.

전형적으로, 광원(23)은 편광되지 못하지만, 레이저와 같은 예에서 부분적으로 편광될 수 있다. 투사시스템 또는 표시시스템에서 이용되는 편광장치의 선호되는 실시예를 위하여, 만족스런 영상품질 및 색상범위를 형성하는 파장스펙트럼이 광원(23)에 의해 형성되어야 한다. 선택적으로 단색광원 및 다색광원이 다른 적용예들에 대해 충분할 수 있다. 또한 허용할 수 없는 광선내의 음영, 반짝거림 및 다른 인공물들을 제거하거나 감소시키도록 (도시되지 못한)지지체 및 전원공급접촉점들은 자강야 하고 배열 및 설계되어야 한다.

전형적으로 (도시되지 못한) 용기내에 배열된 광선발생요소(42)가 상기 광원(23)에 구성된다. 또한 소요시준량에 의해 소요 출력광선(22)내부로 향하는 광선량을 증가시키기 위해 반사장치(44,46)들은 전형적으로 요소(42)주위에 배열된다. 영상투사기 및 다른 용도를 위한 소요 시준작용 및 방향설정작용에 의해 광선을 빔으로 형성하도록 계산된 곡선 또는 형상이 반사장치(44,46)에 주어질 수 있다. 최소한의 구속부분들의 광원에 배열되어야 한다. 필요에 맞게 충분한 광학적 밝기를 제공하고 충분히 시준되며 적합한 색상혼합상태의 광선의 빔(beam) 또는 콘(cone)을 형성하는 것이 광원의 기능이다.

상기 설명과 같이, 공급광선(22) 및 다양한 브랜치들은 다양한 경로들을 가진다. 상기 경로들이 도면에서 화살표로 도시된다. 일반적으로 공급광선(22)은 편광되지 못한 광선(U)이고, 제 1 편광(X) 및 제 1 편광과 직교하는 제 2 편광(Y)을 가진 전자기파를 포함한다.

광선이 편광기장치상에 입사되도록, 공급광선(22)내에 배열된 편광기장치(10)가 편광기장치(40)에 구성되는 것이 유리하다. 앞서 설명한 형태의 편광기장치(10)는 공급광선의 직교편광을 전달 및 반사하기 위해 일반적으로 평행한 요소들의 배열을 가진다. 상기 설명과 같이, 직교상태의 편광(X)이 통과되고, 통과 또는 전달된 광선(24)을 형성하며, 평행한 편광(Y)이 반사되고, 반사광선(26)을 형성한다. 따라서 광선의 대략 1/2이 전달되고, 나머지는 반사된다. 반사광선(26)을 향하는 잠재적인 입사각범위내에서 요소(12)들의 배열이 공급광선(22)에 대해 방향설정된다.

또한 반사광선을 포착하기 위해 반사 광선(26)의 경로내에 배열된 재포착광학기구(50)가 편광장치(40)에 구성된다. 또한 재포착광학기구(50)는 반사광선(26)을 소요방향으로 방향설정한다. 재포착광학기구(50)가 반사광선(24)과 동일한 방향으로 반사광선(26)의 방향을 설정하거나 양자 광선들이 동일 영역을 향한다. 선택적으로 도 5을 참고할 때, 반사광선(26)과 동일방향으로 전달광선(24)의 방향을 설정하도록 전달광선(24)을 포착하기 위해 광선재포착광학기구는 광학적 경로내에 배열될 수 있다. 재포착광학기구(50)는 거울이 선호되지만, 렌즈, 프리즘, 광선안내장치, 섬유광학기구등을 포함한 적합한 광학적 요소로 구성될 수 있다. 광선들이 동일영역을 향하거나 두 개의 광선들이 재결합될 수 있도록, 재포착광학기구(5)는 반사광선(26)을 포착하고 방향설정한다. 반사되고 전달된 광선(24,26)들이 동심축을 이루거나, 분리된후 광선들의 일부분이 동심축을 형성하도록, 상기 광선들은 재결합되는 것이 선호된다. 또한, 상기 광선들은 동일한 발산특성을 가지는 것이 선호된다. 선택적으로, 상기 광선들이 단일 광선을 형성하기 위해 서로 근접하고 평행하도록 방향설정되는 것이 선호된다. 선택적으로, 하나의 광선은 다른 광선의 검은 스폿(spot)을 채울 수 있다. 물론 다른 유용한 배열이 형성될 수 있다.

광원(23)이 반사장치(44,46)를 반사광선(26)이 향하지 않아야 한다. 반사광선(26)이 광원(23)을 향하지 못하도록 일정방향으로 편광기장치(10)는 반사광선(26)내에 배열된다. 따라서, 반사광선이 광원(42)에 의해 재흡수되지 못하고, 분산되지 못하며 편광이 제거된다. 반사광선(26)이 통과광선(24)을 향해 후방으로 귀환되는 것으로서 재포착광학기구(50)가 도시되더라도, 재포착광학기구(50)는 반사광선(26)을 편광기장치(10) 및 요소(12)들의 배열을 향해 후방으로 방향설정할 수 있다. 요소(12)들의 배열과 관련한 재포착광학기구(50)를 이용하면, 반사된 편광을 포착 및 이용하여, 거부된 편광을 흡수 또는 포기하는 종래기술의 편광장치를 상당히 개선시킨다.

재포착광학기구(50)가 광원(23) 또는 광원(23)의 반사장치(44,46)들로부터 분리된다. 물리적으로 재포착광학기구(50)는 광원(23)으로부터 서로다른 위치에 배열된다. 따라서, 반사광선(26)은 반사장치(44,46)내부를 향해 후방으로 반사되지 못하고, 따라서 광선요소(42)내부로 반사되지 못한다.

여기서, 반사 및 전달된 광선(24,26)들은 직교하는 편광들을 가진다. 그러나 요소(12)들과 평행하고, 편광(Y)으로부터 반사된 광선(26)의 편광을 상기 요소들과 직교하고, 전달광선(24)의 편광과 동일한 편광(X)까지 회전시키기 위해 반사광선(26)내부에 배열된 편광 방향재설정장치(52)가 편광장치(40)에 구성된다. 편광방향재설정장치(52)는 파동판 또는 유사한 위상지연광학기구인 것이 선호된다. 이 경우 파동판은 반파동판이고, 반사광선이 파동판을 통과함을 따라 반사광선(26)의 방향을 편광(Y)으로부터 편광(X) 까지 회전시킨다.

사실상 원형 또는 타원형 편광과 반대로, 편광방향재설정수단은 편광방향을 한 개의 선형편광으로부터 직교하는 선형편광으로 변화시킨다. 예를들어, 편광방향재설정수단은 사실상 반사광선의 편광방향을 제 2 편광(Y)으로부터 제 1 편광(X)으로 변화시킨다. 또한, 편광방향재설정수단을 통과하는 광선을 계속적으로 싸이클링시키는 것과 반대로, 편광방향재설정수단을 통과한 광선이 1회통과 또는 2회통과시, 모든 광선들의 편광방향이 편광방향재설정수단에 의해 변화되는 것이 선호된다. 예를들어, 반사광선이 편광방향재설정수단을 통과할 때, 광선이 1회 또는 2회통과시, 모든 광선들의 편광방향이 제 2 편광으로부터 제 1 편광으로 변화된다.

요약하면, 본 발명의 상기 장치는 종래기술의 편광기들에 비해 상당히 개선되었다. 일반적으로 편광되지 못한 광선으로부터 편광장치는 편광을 효율적이고 유연성있게 발생시킨다. 상기 장치는 효율적이고, 편광들중 하나를 포기하거나 흡수하지 못한다. 도한 여러 가지 광학기구요소들의 배열 및 방향설정과 같은 장치의 설계는 유연성을 가진다. 반사광선을 재포착광학기구를 향하도록, 광범위한 잠재적인 각도내에서 편광기장치가 배열될 수 있다. 소요광선을 구하기 위해 재포착광학기구및 편광방향재설정장치는 유연성있게 배열되고 방향설정될 수 있다. 상기 유연성을 통해 광학기구장치의 크기가 작아지고 무게가 감소되며 더 큰 출력 및 광효율이 구해지며 시스템내부의 광학기구요소들의 갯수가 감소되는 장점이 구해진다. 상기 장점의 일부가 선호되는 실시예들에 도시된다.

도 4를 참고할 때, 편광방향재설정장치(52)가 재포착광학기구(50)다음의 반사광선내에 배열된다. 그러나 편광방향재설정장치(52)는 재포착광학기구(50)의 전에서 반사광선내에 배열될 수 있다. 또한, 재포착광학기구(50)전후에서 반사광선(26)이 장치(52)를 통과하도록, 편광방향재설정장치(52)는 반사빔내부에 배열될 수 있다. 편광방향재설정장치(52)가 파동판이면, 재포착광학기구(50)전후에서 반사광선(26)이 쿼터(quarter)파동판을 통과하도록 쿼터파동판이 이용 및 배열될 수 있다.

반사광선(26)이 편광방향재설정장치(52)를 통과한 후에, 반사광선은 통과된 광선(24) 또는 편강(X)과 동일한 편광을 가진다. 모든 공급광선(22)이 단일편광(X)으로 변환되도록, 반사광선(26)이 최종 광선의 동일방향 및 동심부분으로서 통과된 광선(24)과 재결합되는 것이 유리하다. 도 4를 참고할 때, 반사광선(26)은 편광방향재설정장치(52)에 의해 편광(X)으로 방향이 재설정되고, 재포착광학기구(50)에 의해 통과된 광선(24)을 향해 후방을 향할 수 있다. 모든 반사광선(26)의 편광방향이 1회통과 또는 2회통과시 편광(Y)으로부터 편광(X)으로 변화되기 때문에, 반사광선(26)은 편광장치(10)를 향해 후방으로 향할 필요는 없다.

재포착광학기구(50)전후에 반사광선(26)이 장치(52)를 통과하도록 편광방향재설정장치(52)가 반사빔내에 배열되는 경우에, 반사광선(26)은 사실상 편광방향재설정장치(52)를 통해 2회통과한다. 제 1 통과시, 반사광선의 편광은 타원형 편광으로 변화되고, 다음에 제 2 통과시, 직교하는 선형편광으로 변화된다. 반사광선(26)이 2회통과하도록 편광방향재설정장치(52)의 위치가 설정되기 때문에, 편광방향재설정장치(52)는 1회통과시 제 1 선형편광으로부터 제 2 직교편광으로 편광을 변화시킬 수 없고, 광선은 필수적으로 불변상태를 유지한다.

편광장치(10)로부터 재포착광학기구(50)로 그리고 전달광선(24)을 향해 후방을 향하는 반사광선(26)의 경로가 단일 싸이클을 형성하고, 상기 싸이클에서, 모든 반사광선(26)의 편광방향이 제 1 선형편광(Y)으로부터 제 2 직교편광(Y)으로 변화된다. 반사광선(26)은 편광방향재설정장치(52)를 통해 단지 2회 또는 그 이후 횟수의 통과를 가지거나 단일 싸이클을 형성하는 것이 선호된다.

그러나 반사광선이 타원형으로 편광된 광선들중에서 선형으로 편광된 광선의 작은 부분을 임의로 형성하기 위해 여러번 연속적으로 통과하거나 싸이클을 형성하는 시스템과 상기 구성은 다르다. 따라서, 반사광선이 2회 통과해야만 하도록 편광방향재설정장치(52)의 위치를 재설정하는 것은 단지 단일 싸이클로 간주되고, 반복되는 매 싸이클시 최소량의 소요편광을 구하도록 연속적으로 광선을 싸이클형성하지 않고도, 광선의 모든 편광방향이 제 1 선형편광으로부터 제 2 직교편광으로 변화되는 본 발명의 원리와도 일치된다.

또한 반사광선(26)은 편광장치(10)를 향해 후방을 향한다. 반사광선(26)의 방향이 편광(X)으로 재설정되기 때문에, 편광(X)의 통과광선(24)과 같이, 반사광선(26)은 요소(12)의 배열을 통과한다. 모든 경우에서, 특정 편광을 포기하거나 흡수하지 않고도, 공급광선(22)은 사실상 단일편광으로 변환된다. 따라서 본 발명의 편광장치(40)는 종래기술의 장치보다 효율이 더 크다.

상기 설명과 같이, 반사광선(26)의 촛점을 맞추거나 영향을 주도록, 요소(12)들의 층(14)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 원통형, 구형, 타원형 또는 포물선형상 또는 다른 복잡한 광학적 형상과 같은 비평면구조의 형상으로 상기 층(14)이 구성될 수 있다. 곡선형상의 편광기를 이용하면, 일반적으로, 필름 및 프리즘과 같이 평면형상으로 제한되는 종래기술의 편광기보다 상당히 개선된다. 종래기술의 편광기들이 가지는 입사각제한이 평면이외의 형상으로 종래기술의 편광기들을 구성하는 것을 제한하였다.

상기 설명과 같이, 전달광선(24)이 촛점을 맞추거나 영향을 주기위해 하부층(18)이 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 원통형, 구형, 타원형 또는 포물선형상 및 더욱 복잡한 광학적형상과 같이 하부층(18)이 비평면구조로 형성될 수 있다. 따라서, 반사광선 및 전달광선(24,26)이 소요목적에 따라 촛점형성되거나 처리될 수 있다.

또한, 단일 요소에 의해 여러 기능들이 수행되도록, 파동판, 렌즈 또는 프리즘과 같은 다른 광학요소들과 층(14)이 결합될 수 있다. 요소(12)들의 층(14)이 배열되는 하부층이 광학요소들에 의해 형성된다. 광선들이 와이어 그리드(wire grid)편광기와 충돌하는 일련과정이 보존되도록 파동판의 표면상에 요소들의 층(14)이 배열될 수 있다. 또한 요소(12)들의 층(14)은 광학요소들내부에 배열되거나 요소들의 양측에 배열될 수 있다.

본 발명의 편광장치에 관한 일반작동이 설명 및 도시되었다. 렌즈 및 거울과 같은 광학요소들이, 편광변환의 효율을 증가시키거나 간단하고 편리하도록, 발생된 광선의 광학적 품질을 추가로 개선하도록 추가될 수 있다. 또한 광학경로가 수정되거나 다르게 형성될 수 있다. 소요광선을 형성하기 위해 요소(12)들을 배열에 관한 여러 가지 수정예들이 광학경로의 여러 가지 형상 및 추가 광학요소들과 결합될 수 있다. 하기 선택적 실시예들에서 일부 상기 가능성이 설명된다.

도 5를 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광기장치(60)의 선택적 실시예가 도시된다. 재포착광학기구(62)가 반사광선(26)을 제외한 전달광선(24)을 포착하도록 재 포착광학기구(62)가 전달광선내에 배열된다는 점만 제외하면, 상기 실시예는 도 4 의 실시예와 유사하다. 또한 반사광선(26)제외한 전달광선(24)의 방향을 제 1 편광(X)으로부터 제 2 편광(Y)으로 변화시키기 위해 편광방향재설정수단(64)이 전달광선내에 배열된다. 전달광선(26)이 광원(23)내부로 향하지 못하도록 재포착광학기구(62)의 방향이 정해진다.

도 6을 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광기장치(70)의 선택적 실시예에 관한 일반작동이 도시되고, 요소들의 곡선형 또는 형상층 및/또는 하부층(72)이 이용된다. 요소들의 층 또는 요소들의 배열이 하부층의 곡선면상에 배열된다. 하부층의 비노출표면(73)이 도면에서와 같이 곡선으로 구성되거나 평면구조로 구성될 수 있다. 또한 층(72)에 도달하기 전에 공급광선(22)이 통과하고, 재포착광학기구(76)전후에서 반사광선(26)이 통과하도록 쿼터파동판(74)이 공급광선내에 배열되고, 편광방향재설정장치내로서 이용된다. 또한 도 4 및 도 5를 참고할 때, 반사장치(46)의 기능을 충족시키기 위해 재포착광학기구(76)가 동시에 이용된다. 상기 목적을 위해 광학기구(76)의 두 개의 표면들에 서로 다른 곡률을 제공할 수 있다. 재포착광학기구(76)의 한쪽면이 광원(23)을 위한 반사장치로서 작용하고, 다른면은 재포착광학기구로서 작용한다. 따라서, 동일 구조부재의 서로다른 측면들상에 표면들이 형성될지라도, 반사광선(26)이 요소(42)내부를 향하지 못하기 때문에, 재포착광학기구(76)가 광원(23)으로부터 분리된다.

공급광선(22)이 쿼터파동판(74)을 통과하고, 요소(72)들의 층과 충돌한다. 상기 설명과 같이, 편광(X)이 배열요소들과 직교하기 때문에, 통과광선(24)을 형성하면서, 공급광선(22)의 편광(X)이 요소(72)들을 통과한다. 반사광선(26)을 형성하면서 공급광선(22)의 편광(Y)이 요소(72)들로부터 떨어져 반사된다. 요소(72)들의 층이 곡선형상이기 때문에, 오목거울로부터 예상되는 작용과 유사한 방법으로 반사광선(26)이 반사되고, 볼록거울을 이루는 재포착광학기구(76)상에 촛점형성된다.

재포착광학기구(76)에 도달하기 전에, 반사광선(26)이 쿼터파동판(74)을 통과하고, 편광(Y)을 타원형편광(E)으로 변환시킨다. 타원형편광(E)에 의하면, 편광벡터가 시간의 함수로서 공간내에서 회전하도록 편광들사이에서 상기 광선(26)은 위상지체를 가진 편광(X, Y)들을 포함한다. 재포착광학기구(76)는 타원편광(E)의 반사광선(26)을 요소들의 배열을 향해 반사 및 재시준한다. 재포착광학기구(76)로부터 반사시, 타원형 편광(E)은 핸디드니쓰(handedness)가 역전되고 회전방향이 역전된다. 반사광선(26)은 다시 쿼터파동판(74)을 통과하고, 타원형 편광(E)은 편광(X)으로 변환되며, 이어서 요소(72)들의 배열을 통과한다.

도 7을 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광장치(80)의 선택적 실시예에 관한 일반적작용이 도시되고, 재포착광학기구는 복수개의 광학기구(82,84)들로 구성된다. 또한 요소(86)들의 층이 공급광선(22)에 대해 비스듬한 각도를 이루며 공급광선내에 배열된다. 다시말해, 소요목적대로 반사광선(26)의 방향을 정하도록 공급광선의 고아학적 축에 대해 요소(86)들의 배열이 경사구조를 형성한다. 이 경우, 반사광선은 오목거울과 같은 재포착광학기구(82)를 향하고, 오목거울과 같은 또다른 재포착광학기구(84)를 향해 반사광선(26)을 반사시키고 촛초점형성하도록 설계되며, 반사광선(26)을 반사 및 시준한다.

공급광선(22)이 경사구조의 편광기장치(86) 또는 요소들의 배열을 향한다. 광학축에 대해 요소(86)들의 층이 경사구조를 형성하기 때문에, 상기 설명과 같이, 거울로부터 예상되는 작용과 유사한 방법으로 반사광선(26)이 반사되고, 재포착광학기구(82,84)를 향한다. 재포착광학기구(82,84)로부터 반사된후에, 1/2파동판과 같은 편광방향재설정장치(88)를 통해 반사광선(26)이 통과한다. 반사광선(26)이 연속적으로 요소(86)들의 배열을 연속적으로 통과한다.

도 8을 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광장치(90)의 선택적실시예에 관한 일반적 작용이 도시되고, 요소들의 곡선 배열과 유사한 광학적 특성을 나타내지만 제조하기 덜 어렵고 비용이 적게드는 장치를 구성하기 위하여, 특히 렌즈와 같은 굴절광학기구와 상기 요소(92)들의 배열이 결합된다. 광학요소들을 요소들의 배열과 결합하는 것이외에, 요소들의 배열이 광학요소들사이에 배열되거나 박혀질 수 있다. 이경우에, 평철렌즈(94) 및 평요렌즈(96)내에 요소(92)들의 배열이 구성되거나 박혀질 수 있다. 요소들의 배열 또는 요소들의 층이 평철렌즈 또는 평요렌즈중 한 개의 평면상에 배열되고, 다른 한 개의 표면은 곡선구조를 가진다.

편광기요소(92)들의 배열 및 광학요소(94,96)들을 향해 광선(22)이 배열된다. 순광학출력이 영이되도록 상기 렌즈(94,96)들이 설계되고, 다른 소요값들이 선택될 수 있다. 순수 광학출력이 영이면, 상당한 변화없이도 전달광선이 요소(92)들의 배열 및 렌즈(94,96)들을 통과한다. 평철렌즈(94)에 기인하여, 대략 두배의 광학출력을 가진 이중 볼록렌즈로부터 예상되는 작용과 유사한 방법으로 반사광선(26)이 반사 및 굴절된다. 쿼터파동판 및 반사광선을 반사하고 시준하도록 설계된 광선과 같은 재포착광학기구(100)와 같은 편광방향재설정장치(98)상에 반사광선(26)의 촛점이 형성된다.

요소(92)들의 배열이 보호를 위해 렌즈(94,96)들사이에 배열될 수 있다. 또한 렌즈들의 순수효과가 시준광선이 아닌 발산 또는 수렴하는 편광광선을 형성하는 것이 되도록 렌즈(94,96)들의 광학적출력이 설계될 수 있다. 또한 적합한 광학적위상지체기능을 가진 평철렌즈의 볼록표면을 은도금하거나 평철렌즈의 평면에 쿼터파동판을 고착시키고 볼록표면을 은도금하여 편광방향재설정장치(98) 및 재포착광학기구(100)가 결합될 수 있다.

도 9를 참고할 때, 본 발명을 따르는 편광장치(110)의 선택적 실시예의 일반작용이 도시되고, 영상투사시스템을 이용하기에 특히 적합하다. 세그먼트구조의 거울(15)내부에서 복수개의 구멍(114)들에서 촛점을 형성하는 공급광선의 다중영상을 형성하기 위해 공급광선은 먼저 제 1 렌즈배열(112)를 통과한다. 다음에 공급광선(22)은 제 2 렌즈배열(116) 및 쿼터파동판과 같은 편광방향재설정장치(118)와 충돌한다. 광학적 축에 대해 경미한 경사를 가진 광학경로내에 요소(120)들의 배열이 구성된다. 따라서 반사광선(26)이 세그먼트 거울(115)의 거울투시부분을 향한다. 쿼터파동판(118)에 의해 타원형판광(E)으로 직접 변환된 제 2 편광(Y)이 반사광선(26)에 형성된다. 제 2 렌즈배열(116)에 의해 반사광선(26)은 세그먼트 거울(115)의 거울투시부분들 위에 촛점을 형성한다.

요소(120)들의 배열이 경사구조를 형성하기 때문에, 반사광선(26)은 구멍(114)을 제외한 세그먼트구조의 거울(115)의 거울투시부분들을 향한다. 거울(115)은 반사광선(26)을 쿼터파동판(118)을 통해 반사시키고, 그 편광은 제 1 편광(X)으로 변화되고, 이어서 요소(120)들의 배열을 통과한다.

도 10을 참고할 때, 본 발명의 편광장치(130)의 선택적 실시예에 관한 일반적 작동이 도시되고, 필드렌즈(field lens)(132)를 가진 영상투사시스템과 이용하기에 특히 적합하다. 세그먼트 거울 및 제 3 거울 배열의 기능이 결합되고, 제 2 렌즈배열의 기능이 필드렌즈(132)에 형성되는 점을 제외하면, 상기 실시예는 도 9의 실시예와 유사하다. 다시 제 1 렌즈배열(112)는 공급광선의 복수개의 영상들을 형성하고, 제 2 렌즈배열(134)에서 평면배열점들로서 광선의 촛점들을 형성한다. 광선이 쿼터파동판과 같은 편광바향재설정장치(136)를 통과하기전에, 필드렌즈(132)는 광선을 시준한다. 또한 반사광선(26)을 제 2 렌즈배열(134)을 향하도록 광학적축에 대해 요소(138)들의 배열(138)이 경미하게 경사구조를 이룬다. 반사광선을 필드렌즈를 통해 반사시키기 위해 렌즈배열(134)은 은도금부분들을 가진다. 반사광선(26)이 필드렌즈(132)를 통과할 때, 필드렌즈는 반사광선(26)을 제 1 렌즈배열(112)에 의해 형성된 최초영상의 복사물내부로 촛점을 형성한다. 요소(138)들의 배열이 경사구조를 이루기 때문에, 상기 복사영상들은 제 1 영상들사이의 공간내에서 제 1 영상들로부터 이동된다.

도 11을 참고할 때, 길이가 긴 요소(152)들의 평면형상이 이용되고, 본 발명을 따르는 편광장치(150)의 선택적 실시예에 관한 일반적 작동이 도시된다. 필요에 따라 렌즈와 같은 광학요소위 또는 내부에 요소들의 배열이 구성될 수 있다. 요소들사이에서 각도(θ)의 평면거울(154)앞에서 요소(152)들의 배열이 구성된다. 광선(156)의 전파벡터에 대해 일정각을 이루며 요소(152)들의 배열 및 거울(154)이 광선(156)의 시준되고 편광되지 않은 빔내에 놓인다. 광선의 편광되지 않은 특성은 U자로 표시된다. 상기 광선(156)이 광원(42) 및 반사장치(44)의 조합에 의해 발생되고, 종래기술로 공지된 다른 광학적 형성을 통해, 도시된 것과 같이, 반사장치(44)가 이용될 수 있다.

하기 방법에 따라 거울(154) 및 요소(152)들의 배열이 광선(156)상에 작용한다. 요소(152)들의 배열은 광선(156)을 편광(X)의 전달광선(24) 및 편광(Y)의 반사광선(26)으로 분리시킨다. 편광(Y)의 반사광선(26)이 사실상 소요목적대로 방향설정되도록, 요소(152)들의 배열이 공급광선(156)내에 배열된다. 두 개의 편광된 광선(24,26)이 공간내에서 전파됨에 따라, 광선들이 물리적으로 분리되록, 편광(X)의 전달광선(24)이 거울(154)로부터 반사광선(26)을 제외한 다른 방향으로 반사된다. 물리적인 분리작용이 크기 및 위치에 대해 충분한 정도에서, 편광(X)의 편광벡터가 편광(Y)의 반사광선(26)의 편광벡터와 정렬되도록, 편광 X인 전달광선(24)의 편광벡터를 회전시키기 위해 파동판과 같은 편광회전장치(158)가 위치한다.

통과광선이 반사광선(26)과 동일한 방향으로 이동하도록, 반사광선(26)의 방향이외의 다른 방향으로 전파되는 통과광선(24)이 또한 상기 위치를 향한다. 프리즘(160)이 전달광선(24)의 방향재설정을 위해 이용되고, 다른 수단이 또한 이용될 수 있다. 또한 전달광선(24)은 일부 공통영역에서 반사광선(26)과 충첩되거나 광학적으로 유용한 다른 방향으로 방향재설정된다.

물론 전달광선(24)이 편광방향재설정장치(158) 및 프리즘(160)과 충돌하는 횟수는 상호 변화될 수 있다. 또한 편광(X)의 전달광선(24)과 정렬되도록 편광(Y)으로부터 반사광선(26)의 편광벡터를 회전시키도록, 편광방향재설정장치(158)가 반사광선(26)내부에 배열될 수 있다. 또한 한 개의 광선이 방향재설정된 전자벡터를 가지고, 다른 한 개의 광선이 회전된 전파벡터를 가지도록, 프리즘(160) 및 편광방향재설정장치(158)은 광선(24) 또는 광선(26)내에 배열될 수 있다.

영상투사시스템, 광선투사시스템 또는 영상표시시스템과 같은 소요시스템으로서 작동하도록, 상기 편광장치의 여러 가지 실시예들이 영상투사요소들, 광선투사요소들, 영상표시요소들과 같은 다른 요소들과 광학적으로 연결될 수 있다.

상기 도시 및 설명된 여러 가지 실시예들에 의해 설명된 것과 같이 광학적 일련 구성요소들 및 광학요소들에 관한 다수의 서로 다른 배열이 이용될 수 있다. 또한 본 발명을 따르는 편광기장치자체에 의해서 반사 및/또는 전달된 광선들의 방향이 설정되고 촛점이 형성될 수 있다. 또한, 편광기장치의 위치에 의해 광학적 일련구성요소들의 위치 및 방향 및/또는 광학요소들의 형상에 대한 설계상 유연성이 허용된다.

본 발명의 상기 실시예들이 다수의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예들은 종래기술의 와이어그리드편광기보다 더욱 포괄적이고, 단지 편광기들의 상기 형태로 국한되어서는 안된다. 예를들어, 종래기술의 와이어그리드편광기는 평면이외의 형상을 이루는 평행요소들의 분포를 제공하지 못하고, 성능 및 제조시 유리하도록, 제어상태에서 상기 분포가 단일층이라기 보다는 복수개의 층들을 가질 수 있거나 분포가 두께 또는 표면을 가로지르는 위치에 따라 변화할 수 있다.

상기 본 발명의 상기 실시예들은 단지 예로 든것이고, 그 수정예는 당업자에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 반사된 편광이 광원으로 귀환되고, 광원과 상호작용하거나 재흡수될 수 있는 예가 구체적으로 제공되지 못하더라도, 상기 실시예에 의해 자명할 수 있다. 분명히, 일정 환경하에서 발생된다면 일부 효율 또는 다른 장점들이 구해질 수 있다. 본 발명에 의해 구해지는 종래기술에 대한 설계상 융통성이 상당히 증가되면서 다른 수정예들이 당업자들에 의해 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명은 공개된 실시예들에 국한되지 않으며 단지 청구범위에 청구된 대로 제한되어야 한다.

Claims

직교하는 제 1 및 제 2 편광을 가지고 일반적으로 편광되지 않은 공급광선으로부터 일반적으로 편광된 광선을 효율적으로 발생시키기 위한 편광기장치가,

공급광선내에서 배열하도록 형성되고 두께가 얇으며 길이가 긴 요소들의 평행한 배열을 가지고, (ⅰ) 일반적으로 요소들과 수직을 이루는 편광을 가지고 제 1 편광의 전달광선을 형성하는 광선을 전달하고, (ⅱ) 요소들과 평행한 방향을 향하고 제 2 편광의 반사광선을 형성하는 광선을 거울과 같이 반사하기 위해, 공급광선의 전자기파와 상호작용하기 위한 수단이 상기 요소들에 의해 제공되고,

반사광선이 광원내부로 향하지 못하도록, 광원으로부터 서로 다른 위치에 물리적으로 위치하고, 반사광선 또는 전달광선들중 적어도 한 개내에 위치하도록 광선재포착수단이 구성되며, 반사된 광선이 요소들의 배열내부로 향하지 못하도록, 광선재포착수단이 반사광선을 향하도록 구성되고,

반사광선 및 전달과정이 일반적으로 동일한 편광을 가지도록, 모든 광선의 편광방향을 변화시켜서 모든 공급광선을 단일편광으로 변환시키기 위하여, 전달광선 또는 반사광선중 적어도 한 개내에 위치하도록 형성된 편광방향재설정수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 전달광선을 포착 및 방향재설정을 하도록 전달광선내의 위치설정을 위한 광선재포착수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 2 항에 있어서, 광선재포착수단에 의해 전달광선이 요소들의 배열로 방향재설정되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 광선재포착수단은 적어도 두 개의 광학요소들로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 모든 입사각에서 공급광선에 대해 요소들의 배열이 방향설정되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들이 동일하게 이격되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 상기 요소들이 대략 0.4미크로미터보다 작은 피치를 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 상기 요소들이 대략 0.13미크로미터 이하의 피치를 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들이 폭 및 피치를 가지고, 폭대 피치의 비율이 대략 40% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들이 대략 0.7미크로미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들이 피치와 피치의 90% 내지 10%사이의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 평면층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 곡선형의 층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 원통형 층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 구형층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 포물선형상의 층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 타원형 층내에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 요소들의 배열이 하부층에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 18 항에 있어서, 하부층이 렌즈인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 18 항에 있어서, 하부층이 프리즘인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 18 항에 있어서, 요소들의 배열이 하부층의 제 1 평면상에 배열되고, 하부층은 곡선형상의 마주보는 제 2 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 18 항에 있어서, 요소들의 배열이 하부층의 제 1 곡면상에 배열되고, 하부층은 곡선형상의 마주보는 제 2 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 18 항에 있어서, 요소들의 배열이 하부층의 제 1 표면 및 하부층의 마주보는 제 2 표면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 반사광선의 방향설정을 위하여 요소들의 배열이 공급광선에 대해 경사구조를 이루는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 반사광선 및 전달광선이 서로 평행하도록 적어도 한 개의 광선을 방향재설정하기 위한 수단이 광선재포착수단에 포함되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 25 항에 있어서, 공선을 이루는 부분이 반사광선 및 전달광선에 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 25 항에 있어서, 반사광선 및 전달광선은 동일한 발산특성을 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 영상투사시스템으로서 작동가능하고, 편광기장치에 광학적으로 연결된 영상투사요소들이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 광선투사시스템으로서 작동가능하고, 편광기장치에 광학적으로 연결된 광선투사요소들이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 1 항에 있어서, 영상표시시스템으로서 작동가능하고, 편광기장치에 광학적으로 연결된 영상표시요소들이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
가시스펙트럼 또는 가시스펙트럼근처내의 공급광선의 직교하는 두 개의 편광들을 물리적으로 효과적으로 두 개의 편광된 광선으로 분리시키고, 광선들중 적어도 한 개의 편광을 방향재설정하기 위한 편광기장치가,

가시스펙트럼 또는 가시스펙트럼근처내에서 공급광선을 방출하기 위한 광원,

공급광선내에 배열되고 두께가 얇으며 길이가 긴 요소들의 평행한 배열을 가지고, (ⅰ) 일반적으로 요소들과 수직을 이루는 편광을 가지고 제 1 편광의 전달광선을 형성하는 광선을 전달하고, (ⅱ) 요소들과 평행한 방향을 향하고 제 2 편광의 반사광선을 형성하는 광선을 거울과 같이 반사하기 위해, 공급광선의 전자기파와 상호작용하기 위한 수단이 상기 요소들에 의해 제공되고,

반사광선이 광원내부로 향하지 못하도록, 광원으로부터 분리되고, 반사광선을 포착하고 방향재설정하기 위해 반사광선내에 배열되는 광선재포착수단이 구성되며, 반사된 광선이 요소들의 배열내부로 향하지 못하도록, 광선재포착수단이 반사광선을 향하도록 구성되고,

반사광선 및 전달과정이 일반적으로 동일한 편광을 가지도록, 모든 반사광선의 편광방향을 변화시켜서 모든 공급광선을 단일편광으로 변환시키기 위하여, 전달광선내에 위치하도록 형성된 편광방향재설정수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
가시스펙트럼 또는 가시스펙트럼근처내의 공급광선의 직교하는 두 개의 편광들을 물리적으로 효과적으로 두 개의 편광된 광선으로 분리시키고, 광선들중 적어도 한 개의 편광을 재포착하기 위한 편광기장치가,

가시스펙트럼 또는 가시스펙트럼근처내에서 공급광선을 방출하기 위한 광원,

공급광선내에 배열되고 두께가 얇으며 길이가 긴 요소들의 평행한 배열을 가지고, (ⅰ) 일반적으로 요소들과 수직을 이루는 편광을 가지고 제 1 편광의 전달광선을 형성하는 광선을 전달하고, (ⅱ) 요소들과 평행한 방향을 향하고 제 2 편광의 반사광선을 형성하는 광선을 거울과 같이 반사하기 위해, 공급광선의 전자기파와 상호작용하기 위한 수단이 상기 요소들에 의해 제공되고,

반사광선이 광원내부로 향하지 못하도록, 광원으로부터 분리되고, 모든 전달광선을 포착하고 방향재설정하기 위해 전달광선내에 일정방향으로 배열되는 광선재포착수단이 구성되며,

반사광선 및 전달과정이 일반적으로 동일한 편광을 가지도록, 모든 반사광선의 편광방향을 변화시켜서 모든 공급광선을 단일편광으로 변환시키기 위하여, 전달광선내에 위치하도록 형성된 편광방향재설정수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
공급광선의 두 개의 직교편광들을 일반적으로 편광된 두 개의 광선들로 물리적으로 분리하고, 추가로 두 개의 광선들중 적어도 한 개를 처리하기 위한 편광기장치가

공급광선내에서 위치설정하도록 구성되는 단일광학요소로 구성되고,

제 1 평면 및 제 1 평면과 마주보는 제 2 곡면을 가지는 하부층이 구성되고,

하부층의 제 1 평면상에 위치하도록 구성되고 두께가 얇으며, 길이가 긴 요소들의 평행한 배열이 구성되며, 일반적으로 (ⅰ) 요소들의 길이에 대해 수직인 편광을 가지고 전달광선을 형성하는 광선을 전달하고, (ⅱ) 요소들의 길이와 평행한 편광을 가져서 두 개의 편광된 빔들을 제공하는 광선을 반사시키도록 요소들이 공급광선의 전자기파와 상호작용하는 크기의 길이 및 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 곡선층이 포물선인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 곡선층이 타원형인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 곡선층이 원통형인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 곡선층이 구형인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 하부층이 렌즈인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 하부층이 프리즘인 것을 특징으로 하는 편광기장치.
제 33 항에 있어서, 요소들의 배열이 하부층의 제 1 표면 및 하부층의 제 2 표면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 편광기장치.