TWI452347B - 偏振光轉換裝置 - Google Patents

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TWI452347B
TWI452347B TW100111774A TW100111774A TWI452347B TW I452347 B TWI452347 B TW I452347B TW 100111774 A TW100111774 A TW 100111774A TW 100111774 A TW100111774 A TW 100111774A TW I452347 B TWI452347 B TW I452347B
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Eun Sung Seo
Seung Man Jeong
Hyun Ho Choi
Sang Hun Lee
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Lg Innotek Co Ltd
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Description

偏振光轉換裝置
本發明係主張關於2010年04月05日申請之韓國專利案號10-2010-0030840之優先權，藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種偏振光轉換裝置的配置以轉換非偏振光成為偏振光。
投影光學系統包括投影器(projectors)和投射系統(projection systems)，其使用液晶顯示器(LCD)面板和矽基液晶(Liquid-Crystal-On-Silicon，LCOS)微顯示器，而由於LCD面板和LCOS微顯示器本身的運作原理而需要偏振光。
由於實際上，一般光源產生的是非偏振光，因此如投影器和投射系統的投影光學系統，其使用LCD面板和LCOS微顯示器需要一光學裝置來產生偏振光。而一從光源簡單地產生偏振光的方法是使用一偏振板。然而，應被注意的是，雖然可使用穿越偏振板的偏振光，但垂直於透射偏振的偏振光由於反射而被吸收或損失。因此，這種類型的方法會有50%的光損。
因此，藉由發展能再利用於使用LCD面板和LCOS微顯示器的投影光學系統所浪費的這些偏振光的偏振光轉換裝置被嘗試用來克服這些缺點。所以，所謂的偏振光轉換裝置得以被使用來克服效率損失，這些效率損失起因於在需要偏振光照射的系統中，使用非偏振光源所導致的。
本發明係藉由轉換非偏振光成為偏振光來解決上述的缺點。
本發明所欲解決的技術問題並不限於上述，而其它未提及的技術問題從將可從以下描述而使熟知此技藝者清楚地體會。
在本發明的一考量面提供一種偏振光轉換裝置，該裝置包括：一第一光學裝置能角度轉換(angle-converting)入射的非偏振光以一偏振方向射出成為相互不同的一第一線性偏振光和一第二線性偏振光；一蠅眼透鏡(Fly eye lens，FEL)包括排列有多個第一微透鏡和多個第二微透鏡的一第一微透鏡陣列(Micro lens arrays)和一第二微透鏡陣列，其中入射在該些第一微透鏡上的該第一光學裝置的該第一線性偏振光和該第二線性偏振光係被分成和聚集在該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之上側和底側；以及一第二光學裝置轉換聚集在該蠅眼透鏡中的該第二微透鏡陣列上側或底側的該第一線性偏振光和該第二線性偏振光成為該第一線性偏振光和該第二線性偏振光的任何一者，並且射出該偏振光。
較佳者，該第一光學裝置包括一角度轉換被動元件，該角度轉換被動元件分離該入射的非偏振光成為角度轉換右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，並且射出該角度轉換的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光、以及一光學轉換元件將被該角度轉換被動元件轉換的該角度轉換的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光為該第一線性偏振光和該第二線性偏振光，並且射出該第一線性偏振光和該第二線性偏振光。
較佳者，該角度轉換被動元件係為一全像元件。
較佳者，該光學轉換元件係為一1/4波片。
較佳者，該角度轉換被動元件係與該光學轉換元件接觸。
較佳者，該光學轉換元件係插設在該角度轉換被動元件和該蠅眼透鏡之間。
較佳者，該光學轉換元件係相對於該些第一微透鏡排列。
較佳者，該第一線性偏振光係聚集於該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之每一上側，而該第二線性偏振光係聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡底側。
較佳者，聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之每一上側的該第一線性偏振光係藉由該第二光學裝置轉換和被射出該第二線性偏振光，而聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡每一底側的該第二線性偏振光無需被轉換而穿越該第二光學裝置。
較佳者，該第二光學裝置包括具有該第一線性偏振光或該第二線性偏振光45度角之光軸之一1/2波片圖樣(wave plate pattern)、以及一透明基板形成有該1/2波片圖樣。
較佳者，該1/2波片圖樣係插設在該透明基板和該蠅眼透鏡之間。
較佳者，該1/2波片圖樣係相對於該些第一微透鏡排列。
較佳者，該第一線性偏振光或該第二線性偏振光係轉換成為線性偏振光，該線性偏振光的偏振方向係相互地垂直於該1/2波片圖樣，而該第一線性偏振光或該第二線性偏振光穿越未形成該1/2極板圖樣的該透明基板。
較佳者，該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣。
較佳者，該條紋圖樣的每一寬度和間距係為該第二微透鏡陣列的每一微透鏡的1/2尺寸。
較佳者，該第一微透鏡陣列和該第二微透鏡陣列係排列成一矩陣形狀其由該些複數個微透鏡以列(rows)與行(columns)排列。
較佳者，該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣形成在該微透鏡陣列的該些微透鏡的一行方向。
較佳者，該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣形成在該微透鏡陣列的該些微透鏡的一列方向。
發明的其它優點、目的和特徵將在隨後的說明書中闡述，對熟知此技藝者說明書內容將變得顯而易見，或者通過實施本發明而瞭解。本發明的目的和其它優點，可透過說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現及獲得。
應當理解上述的說明與後續本發明的詳細描述係為範例和說明，且旨在進一步提出作為權利宣告的解釋。
<有利效益>
根據本發明的偏振光轉換裝置其具有之優點在於入射在本發明的偏振光轉換裝置的非偏振光可轉換成第一和第二線性偏振光並且被射出。
根據本發明的偏振光轉換裝置其具有之優點在於該裝置可安裝及有效地被使用於一需要單一偏振光的光學系統。
根據本發明的偏振光轉換裝置其具有之優點在於入射的非偏振光可被轉換為單一偏振光且不會造成損失進而增加光量。
附圖係用來提供本發明實施例和配置的進一步的瞭解和納入作為本申請案的部份。在後續的圖示中，相同的元件符號代表相同的元件。
在後文中，本發明的示範實施例將伴隨圖示進行說明。為清楚與方便說明，圖示中構成元件的尺寸或形狀可能被加以誇大。
特定名稱將根據發明者所認為之最佳方式用來定義所揭露的內容。因此，在說明書和權利宣告的特定名稱或文字的意義不應受限於字義或一般常識，而是建構在符合所揭露的精神和範圍。這些名稱的定義因此可由說明書全文內容來決定。首字母縮略字(acromyms)係廣泛使地使用於說明書全文中以避免過長的描述句子。從描述的內容將使其內涵將更加清楚。
圖1係為根據本發明的一偏振光轉換裝置示意圖。
根據本發明的偏振光轉換裝置包括：一第一光學裝置100可角度轉換(angle-converting)入射的非偏振光以一偏振方向射出成為相互不同的一第一線性偏振光和一第二線性偏振光；一蠅眼透鏡(FEL)200包括排列有多個第一和多個第二微透鏡的第一和第二微透鏡陣列(MLAs)210、220，其中入射在該些第一微透鏡的第一光學裝置100的第一和第二線性偏振光係被分成和聚集在第二微透鏡陣列220的該些第二微透鏡之上側和底側；以及一第二光學裝置300轉換於蠅眼透鏡(FEL)200上聚集在第二微透鏡陣列220之上側或底側的第一和第二線性偏振光為第一和第二線性偏振光的任何一者並射出該偏振光。
在偏振光轉換裝置中，當非偏振光入射在第一光學裝置100上時，第一光學裝置100角度轉換成為每一垂直於其他(each perpendicular to the other)的第一和第二線性偏振光，並射出該些偏振光。
也就是說，如圖1所示，第一光學裝置100可包括一角度轉換被動元件110，其用以分離入射的非偏振光成為角度轉換右旋圓偏振光(angle-converted right-circular polarization)和左旋圓偏振光(left-circular polarization)，並射出該角度轉換右旋圓偏振光和左旋圓偏振光、以及一光學轉換元件120藉由角度轉換被動元件110轉換該角度轉換右旋圓偏振和左旋圓偏振成為第一和第二線性偏振光並射出該第一和第二線性偏振光。
角度轉換被動元件110和光學轉換元件120可相互接觸，其中光學轉換元件120可被插設在角度轉換被動元件110和蠅眼透鏡(FEL)200之間，光學轉換元件120與該些第一微透鏡相對而設，且角度轉換被動元件110可以一全像元件(hologram element)實現。
之後，藉由第一光學裝置100轉換的第一和第二線性偏振光入射在於蠅眼透鏡(FEL)200的第一微透鏡陣列210的該些第一微透鏡上，和第一微透鏡陣列210將第一和第二線性偏振光分開地(divisively)聚集在第二微透鏡陣列220的該些第二微透鏡之上側和底側。
接著，第二光學裝置300轉換聚集於蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列之上側和底側的該第一和該第二線性偏振光為該第一和第二線性偏振光中的任何一偏振光，並射出該偏振光。
也就是說，根據本發明，偏振光轉換裝置將穿越第一光學裝置100的非偏振光分成第一線性偏振光和第二線性偏振光。
此刻，被第一光學裝置100角度轉換的第一線性偏振光穿越蠅眼透鏡(FEL)200被聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡上側，而被第一光學裝置100角度轉換的第二線性偏振光被聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡底側。
聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡上側的第一線性偏振光係藉由第二光學裝置300轉換成第二線性偏振光並被射出，而聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡底側的第二線性偏振光穿越第二光學裝置300，其中該第二線性偏振光係從第二光學裝置300被射出。
這種情況下，第二光學裝置300允許聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡上側的第一線性偏振光穿越，以及聚集在蠅眼透鏡(FEL)200的第二微透鏡陣列220之該些第二微透鏡底側的第二線性偏振光藉由第二光學裝置300被轉換並射出。
因此，根據本發明，入射在偏振光轉換裝置的非偏振光可被有助於被轉換成為第一或第二線性偏振光。而本發明的另一優點在於偏振光轉換裝置可被安裝在需要單一偏振光以有效使用的一光學系統。本發明的再一優點在於偏振光轉換裝置可轉換所有的單一偏振光而不會有任何損失，藉此增加光量。
同時，第二光學裝置300可包括一1/2波片圖樣(wave plate pattern)310，其具有該第一線性偏振光或該第二線性偏振光的45度角之光軸、以及一透明基板320形成有該1/2波片圖樣310。該第一線性偏振光或該第二線性偏振光係藉由1/2波片圖樣310經轉以使偏振方向相互線性垂直(mutully-orthogonal linear orthogonal to polarization direction)，且該第一線性偏振光或該第二線性偏振光穿越未形成1/2波片圖樣的透明基板320。
較佳者，1/2波片圖樣310係藉由一條紋圖樣(stripe pattern)來實現。再者，1/2波片圖樣310可被插設在該透明基板和該蠅眼透鏡(FEL)之間，且該1/2波片圖樣與該些第一微透鏡相對排列。
更進一步，型態為一條紋圖樣的1/2波片圖樣310的每一寬度W1和間距(gap)W2可以是該第二微透鏡陣列的每一微透鏡1/2的尺寸。前述的光學元件轉換非偏振光成為偏振光，其中該偏振光，舉例而言，係為一線性偏振光。
圖2a和圖2b係繪示根據本發明在偏振光轉換裝置中的角度轉換被動元件之功能的概念示意圖。
如上所述，偏振光轉換裝置的第一光學裝置用來進行角度轉換入射的非偏振光以分成第一線性偏振光和第二線性偏振光，其偏振方向係為相互垂直，及射出該第一和該第二線性偏振光。
這種情況下，第一光學裝置100可包括一角度轉換被動元件110其作用(function)在於分離入射的非偏振光成為角度轉換右旋圓偏振光(right-circular polarization)和左旋圓偏振光(left-circular polarization)。該角度轉換被動元件110可選擇兩種作用中的其中一者。
也就是說，如圖2a所示，該左旋圓偏振光係轉被換成為右旋圓偏振光，其具有一向上彎折的預定角度，並且被射出，而該右旋圓偏振光係被轉換成為左旋圓偏振光，其具有一向下彎折的預定角度，並且被射出。
請參閱圖2b，該右旋圓偏振光係被轉換成為左旋圓偏振光，其具有一向上彎折的預定角度，並且被射出，而該左旋圓偏振光係被轉換成為右旋圓偏振光，其具有一向下彎折的預定角度，並且被射出。因此，當非偏振光係入射在角度轉換被動元件110上時，該非偏振光係被分成右旋圓偏振光和左旋圓偏振光、被角度轉換、以及被射出。
圖3係根據本發明繪示在偏振光轉換裝置的角度轉換被動元件之作用(function)的概念示意圖，而圖4係根據本發明繪示非偏振光從偏振光轉換裝置的第一光學裝置分成第一和第二線性偏振光，然後射出之一狀態概念示意圖。
第一光學裝置100的光學轉換元件120藉將被角度轉換被動元件110分成右旋圓偏振光和左旋圓偏振光轉換為第一線性偏振光和第二線性偏振光，其偏振方向係相互垂直，並且被射出。較佳者。該光學轉換元件120係為一1/4波片。
該1/4波片轉換該右旋圓偏振光或該左旋圓偏振光10成為一線性偏振光11，其相對於光軸傾斜45度角，並且被射出。因此，穿越該1/4波片的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光係被轉換為第一線性偏振光和第二線性偏振光，其偏振方向係相互垂直，並且被射出。
接著，如圖4所示，入射在第一光學裝置100的非偏振光係藉由角度轉換被動元件110而被分成右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，而被角度轉換被動元件110轉換的該右旋圓偏振光和該左旋圓偏振光係被轉換為第一線性偏振光和第二線性偏振光，其偏振方向係相互垂直，並且被射出。
圖5係根據本發明繪示偏振光轉換裝置的蠅眼透鏡(FEL)的微透鏡陣列示意平面圖和剖面圖。
蠅眼透鏡(FEL)的微透鏡陣列係具有排列成列(rows)與行(columns)之矩陣形狀的複數個微透鏡。如圖5所示，第二微透鏡陣列220係於列A方向和行B方向上形成有複數個方形微透鏡，而該些微透鏡的每一微透鏡採透鏡形式(the shape of a lens crosswise)。
圖6a和圖6b係根據本發明的偏振光轉換裝置的第二光學裝置之1/2波片的示意圖。
該第二光學裝置可包括一1/2波片圖樣，其具有第一線性偏振光或第二線性偏振的45度角的光軸、以及一透明基板形成有該1/2波片圖樣。較佳者。該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣形成在透明基板320上。在這種情況下，該1/2波片圖樣可為一條紋圖樣310a如圖6a所示，其於列方向形成有微透鏡的微透鏡陣列。再者，該1/2波片圖樣可為一條紋圖樣310b如圖6b所示，其於行方向形成有微透鏡的微透鏡陣列。
根據本發明的偏振光轉換裝置，其具有工業利用性。因為入射在偏振光轉換裝置上的非偏振光可轉換為第一和第二線性偏振光並且被射出。而該裝置可安裝及有效地使用於需要單一偏振光的光學系統中，且該入射的非偏振光可轉換成為單一偏振光且不會造成任何損失，藉以增加光量。
本發明不應被限定於所述之實施例，且應被瞭解，從所揭露的內容與權利宣告中，足以使熟知此技藝者直接從說明書內容對本發明以均等的程序和各結構進行修改。
本發明之其他優點、目的、和特徵將於下文中詳細說明，使熟知此技藝者能在審視說明或從說明中的範例使得本發明明顯易知。本發明的其他目的和優點將可從描述的說明結構、權利宣告範圍以及圖示中得以實現或獲得。
應被理解的是前述的概要說明和後續的詳細描述僅為範例說明及作為解釋以作為權利宣告進一步的描述解釋。
10‧‧‧左旋圓偏振光
11‧‧‧線性偏振光
100‧‧‧第一光學裝置
110‧‧‧角度轉換被動元件
120‧‧‧光學轉換元件
200‧‧‧蠅眼透鏡
210‧‧‧第一微透鏡陣列
220‧‧‧第二微透鏡陣列
300‧‧‧第二光學裝置
310‧‧‧1/2波片圖樣
310a‧‧‧條紋圖樣
310b‧‧‧條紋圖樣
320‧‧‧透明基板
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧間距
圖1係為根據本發明的偏振光轉換裝置示意圖；圖2a和圖2b係繪示根據本發明在偏振光轉換裝置中的角度轉換被動元件之功能的概念示意圖；圖3係根據本發明繪示在偏振光轉換裝置的角度轉換被動元件之作用的概念示意圖；圖4係根據本發明繪示非偏振光從偏振光轉換裝置的第一光學裝置分成第一和第二線性偏振光，然後射出之一狀態概念示意圖；圖5係根據本發明繪示偏振光轉換裝置的蠅眼透鏡(FEL)的微透鏡陣列示意平面圖和剖面圖；圖6a和圖6b係根據本發明的偏振光轉換裝置的第二光學裝置之1/2波片的示意圖。
100．．．第一光學裝置
110．．．角度轉換被動元件
120．．．光學轉換元件
200．．．蠅眼透鏡
210．．．第一微透鏡陣列
220．．．第二微透鏡陣列
300．．．第二光學裝置
310．．．1/2波片圖樣
320．．．透明基板
W1．．．寬度
W2．．．間距

Claims (17)

  1. 一種偏振光轉換裝置，該裝置包括：一第一光學裝置能角度轉換入射的非偏振光以一偏振方向射出成為相互不同的一第一線性偏振光和一第二線性偏振光；一蠅眼透鏡，包括排列有多個第一微透鏡和多個第二微透鏡的一第一微透鏡陣列和一第二微透鏡陣列，其中入射在該些第一微透鏡上的該第一光學裝置的該第一線性偏振光和該第二線性偏振光係被分成和聚集在該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之上側和底側；以及一第二光學裝置轉換聚集在該蠅眼透鏡中的該第二微透鏡陣列上側或底側的該第一線性偏振光和該第二線性偏振光成為該第一線性偏振光和該第二線性偏振光的任何一者，並且射出該偏振光，其中該第一光學裝置包括一角度轉換被動元件，該角度轉換被動元件分離該入射的非偏振光成為角度轉換右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，並且射出該右旋圓偏振光和該左旋圓偏振光、以及一光學轉換元件將被該角度轉換被動元件轉換的該右旋圓偏振光和該左旋圓偏振光為該第一線性偏振光和該第二線性偏振光，並且射出該第一線性偏振光和該第二線性偏振光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該角度轉換被動元件係為一全像元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該光學轉換元件係為一 1/4波片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該角度轉換被動元件係與該光學轉換元件接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該光學轉換元件係插設在該角度轉換被動元件和該蠅眼透鏡之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該光學轉換元件係相對於該些第一微透鏡排列。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一線性偏振光係聚集於該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之每一上側，而該第二線性偏振光係聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡底側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡之每一上側的該第一線性偏振光係藉由該第二光學裝置轉換和被射出該第二線性偏振光，而聚集在該蠅眼透鏡的該第二微透鏡陣列的該些第二微透鏡每一底側的該第二線性偏振光無需被轉換而穿越該第二光學裝置。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第二光學裝置包括具有該第一線性偏振光或該第二線性偏振光45度角之光軸之一1/2波片圖樣、以及一透明基板形成有該1/2波片圖樣。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該1/2波片圖樣係插設在該透明基板和該蠅眼透鏡之間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該1/2波片圖樣係相對於該些第一微透鏡排列。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該第一線性偏振光或該第二線性偏振光係轉換成為線性偏振光，該線性偏振光的偏振方向係相互地垂直於該1/2波片圖樣，而該第一線性偏振光或該第二線性偏振光穿越未形成該1/2極板圖樣的該透明基板。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中該條紋圖樣的每一寬度和間距係為該第二微透鏡陣列的每一微透鏡的1/2尺寸。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一微透鏡陣列和該第二微透鏡陣列係排列成一矩陣形狀其由該些複數個微透鏡以列(rows)與行(columns)排列。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣形成在該微透鏡陣列的該些微透鏡的一行方向。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該1/2波片圖樣係為一條紋圖樣形成在該微透鏡陣列的該些微透鏡的一列方向。
TW100111774A 2010-04-05 2011-04-06 偏振光轉換裝置 TWI452347B (zh)

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