倾斜表面的偏振补偿器制造技术

在基于偏振的光学系统中，可能需要在规定范围的入射角和波长内保持偏振状态(SOP)。局部法线相对于入射光线倾斜的光学材料可以引入不期望的偏振不均匀性，该不均匀性可以使用本文公开的补偿器进行实质校正。补偿器可以包括单轴延迟器和z部分偏振器(ZPP)。ZPP可以包括具有垂直于基板的吸收轴线的单轴材料。括具有垂直于基板的吸收轴线的单轴材料。括具有垂直于基板的吸收轴线的单轴材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】倾斜表面的偏振补偿器
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求于2019年4月11日提交的美国临时专利申请No.62/832,824的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术介绍

[0003]当遇到在输入与输出之间包含的一个或多个反射或吸收表面时，某些光学系统需要精确控制偏振状态(SOP)。这些表面可能产生偏振不均匀性，这取决于系统中的射线位置和/或方向。例如，法向入射在凸透镜上的平面波可以将SOP保持在轴线上，但是可能会随着光线偏离轴线移位而出现偏振畸变的增加。在入射在平表面上的点源的情况下，可能会出现类似的结果。在无涂覆的各向同性电介质(例如玻璃)的情况下，菲涅耳等式给出了平行(P)和垂直(S)于入射平面(POI)偏振的光的透射/反射。入射角(AOI)是射线方向与局部表面法线之间的。在AOI为零时，SOP可能会保持不变，但是偏振畸变的程度典型地随着AOI的增加而增加，而影响输出的质量。在某些实例中，例如直视式/投影液晶显示器、直视式/投影有机发光二极管显示器、基于宽带偏振的隔离器和基于偏振的三通广角准直镜头(即煎饼镜头)，对角度(并且通常是波长)的准确偏振控制可以确定诸如动态范围和对比度等因素。在某些实例中，微小的偏振畸变在没有精确控制时可能导致显示对比度骤降。
[0004]正是针对该背景开发了本文所述的技术。

技术实现思路

[0005]本文公开了光学部件，其包括具有实质上垂直于基板的光轴的各向异性材料、厚度方向的延迟(R
th
)以及厚度方向的吸收率。
[0006]法向入射的光吸收率可以是<5％或<2％。p偏振光的透射(transmission)可以小于s偏振光的透射，并且补偿器可以在透射的p偏振光与透射的s偏振光之间产生相位差。根据指数衰减函数p偏振光的透射可能下降。补偿器消光系数和厚度被选择为在规定的入射角产生p偏振光的指定非零透射。
[0007]光学部件还可以包括具有垂直于基板的光轴的非吸收各向异性材料和第二厚度方向的延迟，其中可以独立地选择组合的角度有关的吸收率和R
th
。补偿器可以包括交联的反应性介晶(cross
‑
linked reactive mesogen)。补偿器可以包括垂直排列的液晶。补偿器可以包括具有定向吸收染料的宾主型液晶。补偿器可以包括定向纳米结构。
[0008]还公开了一种用在偏振保持光学系统的补偿器，其包括具有实质上垂直于基板的光轴的各向异性材料、厚度方向的延迟(R
th
)以及厚度方向吸收率，其中补偿器的添加实质上增加偏振光瞳图的系统对比度或均匀性。
[0009]法向入射的光吸收率可以是<5％或<2％。p偏振光的透射可以小于s偏振光的透射，并且其中补偿器在透射的p偏振光与透射的s偏振光之间产生相位差。p偏振光的透射根据指数衰减函数而下降。补偿器消光系数和厚度可以选择为在规定的入
射角产生p偏振光的指定非零透射。补偿器还可以包括具有垂直于基板的光轴的非吸收各向异性材料以及第二厚度方向的延迟，其中可以独立地选择组合的角度有关的吸收率和R
th
。补偿器可以包括交联的反应性介晶。补偿器可以包括垂直排列的液晶。补偿器可以包括具有定向吸收染料的宾主型液晶。补偿器可以包括定向纳米结构。
[0010]还公开了光学系统，其包括输入偏振光、在透射中产生双向衰减的透镜以及Z部分偏振器(ZPP)，其中ZPP以实质上减少由双向衰减产生的偏振畸变的方式透射比s偏振光更少的p偏振光。
[0011]对于规定的入射角，系统可以等同地透射p偏振光和s偏振光。规定的入射角可以在30
°
和60
°
之间。ZPP可以位于会聚或发散光锥的位置。系统还可以包括具有厚度方向的延迟(R
th
)的功能性涂层以及与实质上减少净R
th
的ZPP共位的C平板。该系统还可以包括具有厚度方向的延迟(R
th
)的功能性涂层以及具有厚度方向的延迟的ZPP，使得实质上减少净厚度方向的延迟。
[0012]还公开了光学系统，其包括输入偏振器、分析偏振器和偏振器之间的功能层，使得功能层的表面相对于至少一束入射光线和Z部分偏振器(ZPP)倾斜。
[0013]功能层可以对该至少一束光线产生双向衰减，并且ZPP可以通过比s偏振光更多地衰减p偏振光来实质上补偿双向衰减。功能层还可以产生厚度方向的延迟，ZPP还可以产生厚度方向的延迟，使得实质上减少系统的净厚度方向的延迟。功能层可以是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且该系统还可以包括与ZPP共位的C平板，使得实质上减少系统的净厚度方向的延迟。
[0014]该系统还可以包括基于偏振的三通透镜，并且功能层包括复合弯曲部分反射器。功能层可以是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且ZPP可以产生厚度方向的延迟使得实质上减少系统的净厚度方向的延迟。功能层可以是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且该系统还可以包括与ZPP共位的C平板，使得实质上减少系统的净厚度方向的延迟。
附图说明
[0015]图1示出示例性光学系统，用于演示倾斜表面对SOP的影响。
[0016]图2示出了延迟和双向衰减在使圆形输入偏振畸变中的独立贡献。
[0017]图3示出了图1系统的对比度与入射角的关系，其中插入了折射率为1.52的倾斜的各向同性板坯。
[0018]图4示出了在基于偏振的三通透镜中使用的凸透镜上部分反射涂层的延迟和双向衰减效应。
[0019]图5示出了基于偏振的三通透镜的对比度与延迟的关系，其中倾斜表面仅产生延迟。
[0020]图6示出了基于偏振的三通透镜的对比度与透射差的关系，其中倾斜的表面仅产生双向衰减。
[0021]图7示出了在为了补偿板坯双向衰减而插入z部分偏振器(ZPP)的情况下图3的系统的对比度。
[0022]图8示出了包含线性偏振输入和透镜的简单光学系统。来自透镜的双向衰减使输出(8A)处的偏振畸变，而Z部分偏振器(ZPP)(8B)恢复均匀的线性偏振。
[0023]图9示出了包含圆偏振输入和透镜的简单光学系统。来自透镜的双向衰减使输出(9A)处的偏振畸变，而Z部分偏振器(ZPP)(9B)恢复均匀的圆偏振。
[0024]图10示出了简单的光学系统，其包含圆偏振输入和具有非零R
th
的涂覆的透镜。来自涂覆的透镜的双向衰减和延迟使输出(10A)处的偏振畸变，而Z部分偏振器(ZPP)和C平板(10B)恢复均匀的圆偏振。
[0025]图11示出了使用ZPP来优化几何相位可切换焦距镜头的SOP的装置。
具体实施方式
[0026]尽管本文中公开的实施例不受各种修改和替代例形式影响，但是其指定实施例已经在附图中示出作为示例并且在文中详细地描述。然而，应该理解的是不旨在将本专利技术限制为所公开的特定形式，而是本专利技术涵盖由权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学部件，包括具有实质上垂直于基板的光轴的各向异性材料、厚度方向的延迟(R
th
)以及厚度方向的吸收率。2.根据权利要求1所述的光学部件，其中，在法向入射时光的吸收率＜5％。3.根据权利要求1所述的光学部件，其中，在法向入射时光的吸收率＜2％。4.根据权利要求1所述的光学部件，其中，p偏振光的透射小于s偏振光的透射，并且其中所述补偿器在透射的p偏振光与透射的s偏振光之间产生相位差。5.根据权利要求1所述的光学部件，其中，p偏振光的透射根据指数衰减函数而下降。6.根据权利要求5所述的光学部件，其中，补偿器消光系数和厚度被选择为在规定的入射角产生p偏振光的特定非零透射。7.根据权利要求1所述的光学部件，还包括具有垂直于所述基板的光轴的非吸收各向异性材料和第二厚度方向的延迟，其中能够独立地选择组合的角度相关的吸收率和R
th
。8.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述补偿器包括交联的反应性介晶。9.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述补偿器包括垂直排列的液晶。10.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述补偿器包括具有定向吸收染料的宾主型液晶。11.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述补偿器包括定向纳米结构。12.一种用于偏振保持光学系统的补偿器，包括具有实质上垂直于基板的光轴的各向异性材料、厚度方向的延迟(R
th
)以及厚度方向的吸收率，其中所述补偿器的添加实质上增加了偏振光瞳图的系统对比度或均匀性。13.根据权利要求12所述的补偿器，其中，在法向入射时光的吸收率＜5％。14.根据权利要求12所述的补偿器，其中，在法向入射时光的吸收率＜2％。15.根据权利要求12所述的补偿器，其中，p偏振光的透射小于s偏振光的透射，并且其中所述补偿器在透射的p偏振光与透射的s偏振光之间产生相位差。16.根据权利要求12所述的补偿器，其中，p偏振光的透射根据指数衰减函数而下降。17.根据权利要求16所述的补偿器，其中，补偿器消光系数和厚度被选择为在规定的入射角产生p偏振光的特定非零透射。18.根据权利要求12所述的补偿器，还包括具有垂直于所述基板的光轴的非吸收各向异性材料和第二厚度方向的延迟，其中能够独立地选择组合的角度相关的吸收率和R
th
。19.根据权利要求12所述的补偿器，其中，所述补偿器包括交联的反应性介晶。20.根据权利要求12所述的补偿器，其中，所述补偿器包括垂直排列的液晶。21.根据权利要求12所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里夏普，
申请(专利权)人：加里夏普创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：