Поляризатор света
Изобретение относится к оптике. Поляризатор света выполнен в виде соединенных между собой прямоугольного параллелепипеда и направляющей призмы, причем параллелепипед имеет три усеченных угла в форме призм, равнобедренные треугольные основания которых принадлежат взаимно перпендикулярным сторонам параллелепипеда, а одна из боковых граней каждой призмы является секущей плоскостью, которая формирует одну из трех рабочих поверхностей поляризатора. Рабочие поверхности расположены таким образом, что выполняется условие полного внутреннего отражения для падающего на них луча света. Технический результат - отсутствие цветовых искажений при малых размерах поляризатора. 1 ил.
Изобретение относится к оптическим элементам, а более конкретно к поляризаторам света для поляризации света в одном направлении, и может быть использовано в проекционных дисплеях и других оптических приборах.
Во многих проекционных оптических системах, предназначенных для проецирования изображения на экран, входящий луч света должен быть линейно поляризован для улучшения эффективности использования света.
В настоящее время известны различные решения, которые преобразовывают неполяризованный свет в линейно поляризованный и при этом используют практически весь входящий неполяризованный свет. В таких решениях сначала преобразовывают входящий луч неполяризованного света в два линейно поляризованных луча света, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (например, с помощью поляризационных светоделительных элементов), а затем один из лучей пропускают через вращатель плоскости поляризации, который изменяет направление поляризации луча на 90°. Таким образом, весь входящий луч света преобразовывают в два одинаково поляризованных выходящих луча.
Как правило, в качестве вращателя плоскости поляризации применяют полуволновые пластины.
В патенте Китая №1470903 [1] описан световод для преобразования плоскости поляризации, в котором вместо двух поляризаторов света используют один поляризатор света и четвертьволновую пластину.
Наиболее близкий к заявляемому изобретению преобразователь поляризации с полуволновой пластиной описан в патенте Японии №SHO 63-168622 [2], в котором поляризационная светоделительная пластина расположена сразу за источником света, для разделения неполяризованного света, испускаемого источником света, на два луча линейно поляризованного света, плоскости поляризации которых пространственно сдвинуты на 90°. Затем плоскость поляризации одного из данных поляризованных лучей света поворачивается на 90° при прохождении через жидкокристаллическую (ЖК) панель на основе электрооптического твист-эффекта, которая функционирует как вращатель плоскости поляризации, и направление распространения света становится тем же, что и у другого луча с неповернутой плоскостью поляризации. Таким образом, получают комбинированный линейно поляризованный свет, который затем проецируют на ЖК панель, которая формирует изображение. Данное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения. К недостаткам данного устройства можно отнести слишком крупные размеры.
Общие недостатки описанных выше аналога и прототипа заявленного изобретения заключаются в том, что светоделительные элементы и элементы для вращения плоскости поляризации изготавливают из дорогих оптических кристаллов. Кроме того, разность фаз между Р и S поляризационными компонентами света, который проходит через полуволновую светоделительную пластину, существенно меняется в зависимости от длины волны света, в результате при использовании данных полуволновых пластин в преобразователях поляризации в проекционных системах дисплеев в проецируемом изображении могут возникнуть искажения цвета.
Задачей заявляемого изобретения является создание поляризатора света, который имеет низкую себестоимость изготовления, малые размеры и не вносит цветовых искажений.
Поставленная задача решена путем создания поляризатора света, который включает в себя прямоугольный параллелепипед с тремя усеченными углами и направляющую призму, которые изготовлены из оптически прозрачного материала и соединены между собой через поляризационный слой с образованием оптического контакта, причем прямоугольный параллелепипед имеет три усеченных угла в форме призм, равнобедренные треугольные основания которых принадлежат взаимно перпендикулярным сторонам параллелепипеда, а одна из боковых граней каждой призмы является секущей плоскостью, которая формирует одну из трех рабочих поверхностей поляризатора света, причем рабочие поверхности расположены таким образом, что выполняется условие полного внутреннего отражения для падающего на них луча света, при этом первая рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает оба основания, большую боковую грань и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают большая и меньшая грани параллелепипеда, вторая рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает верхнее основание, меньшую боковую грань и две больших боковые грани параллелепипеда, а третья рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает обе меньшие боковые грани, большую боковую грань, не отсекаемую первой рабочей поверхностью, и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают нижнее основание и большая боковая грань, причем первая рабочая поверхность покрыта поляризующим слоем, а боковая грань направляющей призмы соединена с первой рабочей поверхностью через поляризующий слой с образованием оптического контакта, причем входящий неполяризованный луч света попадает в параллелепипед нормально к его большей боковой грани, отсеченную третьей рабочей поверхностью, и падает на первую рабочую поверхность, первая рабочая поверхность выполнена с возможностью пропускания части входящего неполяризованного луча через поляризующий оптический слой в направляющую призму, которая выполнена с возможностью направления поляризованного луча на свою боковую грань и тем самым формирования первого выходящего луча, а также с возможностью отражения остальной части входящего луча на вторую рабочую поверхность, вторая рабочая поверхность выполнена с возможностью отражения луча света на третью рабочую поверхность, а третья рабочая поверхность с возможностью отражения луча света на большую боковую грань, отсеченную первой рабочей поверхностью, и тем самым формирования второго выходящего луча, при этом выходящие лучи коллинеарны, одинаково направлены и имеют одинаковую поляризацию.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение себестоимости изготовления, уменьшение размеров, повышение оптической эффективности на выходе и устранение цветовых искажений за счет создания призмы из прозрачного оптического материала с тремя отражающими поверхностями, расположенными определенным образом.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующим чертежом, на котором показана схема поляризатора света, выполненная согласно изобретению.
Поляризатор света 1 включает в себя прямоугольный параллелепипед 2 с тремя усеченными углами и направляющую призму 3, которые изготовлены из оптически прозрачного материала и соединены между собой через поляризующий слой 10 с образованием оптического контакта. Прямоугольный параллелепипед имеет три усеченных угла 4-6 в форме призм, равнобедренные треугольные основания которых принадлежат взаимно перпендикулярным сторонам параллелепипеда, а одна из боковых граней каждой призмы является секущей плоскостью, которая формирует одну из трех рабочих поверхностей 7-9 поляризатора света. Первая рабочая поверхность 7 сформирована секущей плоскостью, которая пересекает оба основания, большую боковую грань и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают большая и меньшая грани параллелепипеда. Вторая рабочая поверхность 8 сформирована секущей плоскостью, которая пересекает верхнее основание, меньшую боковую грань и две больших боковые грани параллелепипеда. Третья рабочая поверхность 9 сформирована секущей плоскостью, которая пересекает обе меньшие боковые грани, большую боковую грань, не отсеченную первой рабочей поверхностью 7, и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают нижнее основание и большая боковая грань. Первая рабочая поверхность 7 покрыта поляризующим слоем 10, а боковая грань направляющей призмы 3 соединена с первой рабочей поверхностью 7 через поляризующий слой 10 с образованием оптического контакта. Входящий неполяризованный луч света 11 попадает в параллелепипед нормально к ее большей боковой грани, отсеченной третьей рабочей поверхностью 9, и падает на первую рабочую поверхность 7. Первая рабочая поверхность 7 пропускает часть входящего неполяризованного луча 11 через поляризующий оптический слой 10 в направляющую призму 3, которая направляет поляризованный луч на свою боковую грань и тем самым формирует первый выходящий луч 12. Кроме того, первая рабочая поверхность 7 отражает остальную часть входящего луча 11 на вторую рабочую поверхность 8. Вторая рабочая поверхность 8 отражает луч света на третью рабочую поверхность 9, а третья рабочая поверхность отражает луч света на большую боковую сторону, пересекаемую первой рабочей поверхностью 7, и тем самым формирует второй выходящий луч 13, при этом выходящие лучи 12, 13 коллинеарны, одинаково направлены и имеют одинаковую поляризацию.
Заявленный поляризатор света выполнен из изотропного материала. Вращение плоскости поляризации в нем зависит только от общего пространственного угла прохождения луча и не зависит от длины волны света. Благодаря высокой эффективности полного внутреннего отражения (˜100%) эффективность заявленного поляризатора высока.
Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
Поляризатор света, выполненный в виде соединенных между собой прямоугольного параллелепипеда и направляющей призмы, при этом параллелепипед и призма изготовлены из оптически прозрачного материала и соединены между собой через поляризационный слой с образованием оптического контакта, причем прямоугольный параллелепипед имеет три усеченных угла в форме призм, равнобедренные треугольные основания которых принадлежат взаимно перпендикулярным сторонам параллелепипеда, а одна из боковых граней каждой призмы является секущей плоскостью, которая формирует одну из трех рабочих поверхностей поляризатора света, причем рабочие поверхности расположены таким образом, что выполняется условие полного внутреннего отражения для падающего на них луча света, при этом первая рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает оба основания, большую боковую грань и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают большая и меньшая грани параллелепипеда, вторая рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает верхнее основание, меньшую боковую грань и две большие боковые грани параллелепипеда, а третья рабочая поверхность сформирована секущей плоскостью, которая пересекает обе меньшие боковые грани, большую боковую грань, не отсекаемую первой рабочей поверхностью, и ребро параллелепипеда, вдоль которого примыкают нижнее основание и большая боковая грань, причем первая рабочая поверхность покрыта поляризующим слоем, а боковая грань направляющей призмы соединена с первой рабочей поверхностью через поляризующий слой с образованием оптического контакта, причем входящий неполяризованный луч света попадает в параллелепипед нормально к его большей боковой грани, отсеченной третьей рабочей поверхностью, и падает на первую рабочую поверхность, первая рабочая поверхность выполнена с возможностью пропускания части входящего неполяризованного луча через поляризующий оптический слой в направляющую призму, которая выполнена с возможностью направления поляризованного луча на свою боковую грань и тем самым формирования первого выходящего луча, а также с возможностью отражения остальной части входящего луча на вторую рабочую поверхность, вторая рабочая поверхность выполнена с возможностью отражения луча света на третью рабочую поверхность, а третья рабочая поверхность с возможностью отражения луча света на большую боковую грань, отсеченную первой рабочей поверхностью, и тем самым формирования второго выходящего луча, при этом выходящие лучи коллинеарны, одинаково направлены и имеют одинаковую поляризацию.
