JP6689186B2 - 偏光変換システム及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2013年3月13日に出願された米国仮特許出願第61/779,304号の優先権を主張する。この特許文献の開示は引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
[請求項1]
表面に沿って少なくとも1つの次元で非線形に変化する局所的な光軸方向を有する幾何学的位相素子と、
前記幾何学的位相素子から出力される光を受け取るように配置されたリターダ素子と、を備える偏光変換システム。
[請求項2]
前記幾何学的位相素子の光学異方性は、該幾何学的位相素子の前記表面に沿って一定の大きさを有する、請求項1に記載のシステム。
[請求項3]
前記局所的な光軸方向は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿って変化する周期性を有する複屈折パターンを規定している、請求項2に記載のシステム。
[請求項4]
前記変化する周期性は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿ってそれぞれのレンズ領域を規定する、請求項3に記載のシステム。
[請求項5]
前記幾何学的位相素子の中心部分における前記周期性は、該幾何学的位相素子の縁部分における前記周期性より大きい、請求項3に記載のシステム。
[請求項6]
前記局所的な光軸方向は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿って第1の次元及び第2の次元で変化する、請求項1に記載のシステム。
[請求項7]
前記幾何学的位相素子の前記表面の面積は、入射光によって提供される照明の面積より大きい、請求項1に記載のシステム。
[請求項8]
前記幾何学的位相素子は、間にレンズ素子を介在させることなく非偏光の光源から直接前記入射光を受け取るように配置されている、請求項7に記載のシステム。
[請求項9]
前記幾何学的位相素子は、少なくとも部分的に非偏光の入射光を、直交する偏光状態を有する第1の発散ビーム及び第2の発散ビームに回折させるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
[請求項10]
前記幾何学的位相素子は、前記第1のビームを該幾何学的位相素子に関連する焦点距離で合焦させ、該焦点距離で前記第2のビームを合焦させないように更に構成されている、請求項9に記載のシステム。
[請求項11]
前記リターダ素子は、前記幾何学的位相素子の焦点距離に又はその近くに位置付けられ、前記第1のビーム及び前記第2のビームの前記直交する偏光状態を、該第1のビーム及び該第2のビームのそれぞれの伝播方向を実質的に変更することなく同じ偏光状態に変換するように構成されている、請求項9に記載のシステム。
[請求項12]
前記第1のビーム及び前記第2のビームは、正反対の対称性の直交する円偏光状態を有し、前記リターダ素子は、前記直交する円偏光状態の各々を同じ直線偏光状態に変換するように構成されている、請求項11に記載のシステム。
[請求項13]
前記リターダ素子は、同一平面配置で横に並んで又は同心に位置付けられた第1のリタデーション領域及び第2のリタデーション領域を含み、前記幾何学的位相素子は、前記第1のビームを前記第1のリタデーション領域に向け、前記第2のビームを前記第2のリタデーション領域に向けるように構成されている、請求項11に記載のシステム。
[請求項14]
前記第1のリタデーション領域の面積は、前記幾何学的位相素子の前記焦点距離における焦点の面積に対応する、請求項13に記載のシステム。
[請求項15]
前記リターダ素子は4分の1波長板を備え、前記第1のリタデーション領域及び前記第2のリタデーション領域の光軸は約90度離れている、請求項13に記載のシステム。
[請求項16]
1つ又は複数の光源であって、該1つ又は複数の光源から出力される光が前記幾何学的位相素子に入射するように配置された、1つ又は複数の光源を更に備え、
前記光源の各々は、前記幾何学的位相素子の前記レンズ領域のうちの1つに位置合わせされる、請求項4に記載のシステム。
[請求項17]
前記それぞれのレンズ領域から出力される前記光は、前記幾何学的位相素子の焦平面において同じ偏光状態を有するそれぞれのスポットを画定する、請求項16に記載のシステム。
[請求項18]
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された偏光素子を更に備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項19]
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された光導波路であって、該光導波路の表面から該体積を通って出力される前記光の偏光を維持するように構成された光導波路を更に備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項20]
前記光導波路は1つ又は複数の光学構造体を備え、該光学構造体は、前記リターダ素子から出力される光を、該光の偏光を維持しながら該光学構造体を通るように方向付けるように構成されている、請求項19に記載のシステム。
[請求項21]
前記光学構造体は、プリズム構造体、マイクロレンズ及び/又は平面薄膜を含む、請求項20に記載のシステム。
[請求項22]
前記幾何学的位相素子と前記リターダ素子との間に配置された偏光格子を更に備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項23]
前記リターダ素子は半波長リターダ素子であり、
前記半波長リターダ素子から出力される光を受け取るように位置付けられた偏光格子と、
前記偏光格子から出力される光を受け取るように位置付けられた4分の1波長リターダ素子と、
を更に備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項24]
前記幾何学的位相素子と前記リターダ素子との間に位置付けられた透明スペーサ素子を更に備え、
前記幾何学的位相素子、前記スペーサ素子及び前記リターダ素子は、モノリシック構造を提供するように積層されている、請求項1に記載のシステム。
[請求項25]
前記リターダ素子は、少なくとも1つのキラル液晶層を含む、請求項1に記載のシステム。
[請求項26]
前記少なくとも1つのキラル液晶層は第1のキラル液晶層及び第2のキラル液晶層を備え、該第1のキラル液晶層及び該第2のキラル液晶層は、該第1のキラル液晶層及び該第2のキラル液晶層のそれぞれの厚さにわたって異なるねじれ角だけ回転するそれぞれの分子配向を有し、前記ねじれ角のうちの少なくとも一方が非ゼロである、請求項25に記載のシステム。
[請求項27]
前記システムはプロジェクタに含まれ、該プロジェクタは、
前記幾何学的位相素子に入射する少なくとも部分的にコリメートされた光を提供するように構成された光源と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置されたマイクロディスプレイと、
前記マイクロディスプレイから出力される光を受け取るように配置された投影レンズと、
を備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項28]
前記システムは直視型ディスプレイの照明ユニットに含まれ、該直視型ディスプレイは、
前記幾何学的位相素子に入射する非偏光の光を提供するように構成された発光素子と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された導波路と、
を備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項29]
前記システムは電気通信システムに含まれ、該電気通信システムは、
前記幾何学的位相素子に入射する赤外光を提供するように構成された赤外光源と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように構成された光ファイバ素子と、
を備える、請求項1に記載のシステム。
[請求項30]
表面に沿って少なくとも1つの次元で非線形に変化する局所的な光軸方向を備えた光学異方性を有する幾何学的位相素子を準備するステップと、
前記幾何学的位相素子から出力される光を受け取るようにリターダ素子を配置するステップと、
を含む、偏光変換システムを製造する方法。
Claims (29)
- 少なくとも部分的に非偏光の入射光を、同じ偏光状態を有する光に変換する偏光変換システムであって、
表面に沿って少なくとも1つの次元で非線形に変化する局所的な光軸方向を有する幾何学的位相素子であって、前記幾何学的位相素子は、少なくとも部分的に非偏光の入射光を、直交する偏光状態を有する第1のビーム及び第2のビームに回折させ、前記第1のビームを該幾何学的位相素子に関連する焦点距離で合焦させ、該焦点距離で前記第2のビームを合焦させないように構成される幾何学的位相素子と、
前記幾何学的位相素子から出力される光を受け取るように配置されるリターダ素子であって、前記リターダ素子は前記第1のビームを第1のリタデーション領域で受け取るように構成され、前記リターダ素子は前記第2のビームを第2のリタデーション領域で受け取るように構成され、前記リターダ素子は前記第1のリタデーション領域が前記第2のリタデーション領域に隣接して配置されるように構成され、前記リターダ素子は、前記第1のリタデーション領域及び前記第2のリタデーション領域において、前記第1のビーム及び前記第2のビームの前記直交する偏光状態を、該第1のビーム及び該第2のビームのそれぞれの伝播方向を変更することなく、それぞれ同じ偏光状態に変換するように構成され、前記リターダ素子は、前記第1のリタデーション領域と前記第2のリタデーション領域が、異なるリタデーションを有するように構成されている、リターダ素子と、
を備える偏光変換システム。 - 前記幾何学的位相素子の光学異方性は、該幾何学的位相素子の前記表面に沿って一定の大きさを有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記局所的な光軸方向は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿って変化する周期性を有する複屈折パターンを規定している、請求項2に記載のシステム。
- 前記変化する周期性は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿ってそれぞれのレンズ領域を規定する、請求項3に記載のシステム。
- 前記幾何学的位相素子の中心部分における前記周期性は、該幾何学的位相素子の縁部分おける前記周期性より大きい、請求項3に記載のシステム。
- 前記局所的な光軸方向は、前記幾何学的位相素子の前記表面に沿って第1の次元及び第2の次元で変化する、請求項1に記載のシステム。
- 前記幾何学的位相素子の前記表面の面積は、入射光によって提供される照明の面積より大きい、請求項1に記載のシステム。
- 前記幾何学的位相素子は、間にレンズ素子を介在させることなく非偏光の光源から直接前記入射光を受け取るように配置されている、請求項7に記載のシステム。
- 前記幾何学的位相素子は、前記少なくとも部分的に非偏光の入射光を、前記直交する偏光状態を有する第1の発散ビーム及び第2の発散ビームに回折させるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記リターダ素子は、前記幾何学的位相素子の焦点距離に又はその近くに位置付けられる、請求項9に記載のシステム。
- 前記第1のビーム及び前記第2のビームは、正反対の対称性の直交する円偏光状態を有し、前記リターダ素子は、前記直交する円偏光状態の各々を同じ直線偏光状態に変換するように構成されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記リターダ素子は、同一平面配置で横に並んで又は同心に位置付けられた前記第1のリタデーション領域及び前記第2のリタデーション領域を含み、前記幾何学的位相素子は、前記第1のビームを前記第1のリタデーション領域に向け、前記第2のビームを前記第2のリタデーション領域に向けるように構成されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記第1のリタデーション領域の面積は、前記幾何学的位相素子の前記焦点距離における焦点の面積に対応する、請求項12に記載のシステム。
- 前記リターダ素子は4分の1波長板を備え、前記第1のリタデーション領域及び前記第2のリタデーション領域の光軸は約90度離れている、請求項12に記載のシステム。
- 1つ又は複数の光源であって、該1つ又は複数の光源から出力される光が前記幾何学的位相素子に入射するように配置された、1つ又は複数の光源を更に備え、
前記光源の各々は、前記幾何学的位相素子の前記レンズ領域のうちの1つに位置合わせされる、請求項4に記載のシステム。 - 前記それぞれのレンズ領域から出力される前記光は、前記幾何学的位相素子の焦平面において同じ偏光状態を有するそれぞれのスポットを画定する、請求項15に記載のシステム。
- 前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された偏光素子を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された光導波路であって、該光導波路の表面から該体積を通って出力される前記光の偏光を維持するように構成された光導波路を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記光導波路は1つ又は複数の光学構造体を備え、該光学構造体は、前記リターダ素子から出力される光を、該光の偏光を維持しながら該光学構造体を通るように方向付けるように構成されている、請求項18に記載のシステム。
- 前記光学構造体は、プリズム構造体、マイクロレンズ及び/又は平面薄膜を含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記幾何学的位相素子と前記リターダ素子との間に配置され、直線的に変化する局所的な光軸方向を有する偏光格子を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記リターダ素子は半波長リターダ素子であり、
前記半波長リターダ素子から出力される光を受け取るように位置付けられ、直線的に変化する局所的な光軸方向を有する偏光格子と、
前記偏光格子から出力される光を受け取るように位置付けられた4分の1波長リターダ素子と、
を更に備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記幾何学的位相素子と前記リターダ素子との間に位置付けられた透明スペーサ素子を更に備え、
前記幾何学的位相素子、前記スペーサ素子及び前記リターダ素子は、モノリシック構造を提供するように積層されている、請求項1に記載のシステム。 - 前記リターダ素子は、少なくとも1つのキラル液晶層を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのキラル液晶層は第1のキラル液晶層及び第2のキラル液晶層を備え、該第1のキラル液晶層及び該第2のキラル液晶層は、該第1のキラル液晶層及び該第2のキラル液晶層のそれぞれの厚さにわたって異なるねじれ角だけ回転するそれぞれの分子配向を有し、前記ねじれ角のうちの少なくとも一方が非ゼロである、請求項24に記載のシステム。
- 前記システムはプロジェクタに含まれ、該プロジェクタは、
前記幾何学的位相素子に入射する少なくとも部分的にコリメートされた光を提供するように構成された光源と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置されたマイクロディスプレイと、
前記マイクロディスプレイから出力される光を受け取るように配置された投影レンズと、
を備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記システムは直視型ディスプレイの照明ユニットに含まれ、該直視型ディスプレイは、
前記幾何学的位相素子に入射する非偏光の光を提供するように構成された発光素子と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように配置された導波路と、
を備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記システムは電気通信システムに含まれ、該電気通信システムは、
前記幾何学的位相素子に入射する赤外光を提供するように構成された赤外光源と、
前記リターダ素子から出力される光を受け取るように構成された光ファイバ素子と、
を備える、請求項1に記載のシステム。 - 少なくとも部分的に非偏光の入射光を、同じ偏光状態を有する光に変換する偏光変換システムを製造する方法であって、
表面に沿って少なくとも1つの次元で非線形に変化する局所的な光軸方向を備えた光学異方性を有する幾何学的位相素子を準備するステップであって、前記幾何学的位相素子は、少なくとも部分的に非偏光の入射光を、直交する偏光状態を有する第1のビーム及び第2のビームに回折させ、前記第1のビームを該幾何学的位相素子に関連する焦点距離で合焦させ、該焦点距離で前記第2のビームを合焦させないように構成される幾何学的位相素子である、幾何学的位相素子を準備するステップと、
前記幾何学的位相素子から出力される光を受け取るようにリターダ素子を配置するステップであって、前記リターダ素子は前記第1のビームを第1のリタデーション領域で受け取るように構成され、前記リターダ素子は前記第2のビームを第2のリタデーション領域で受け取るように構成され、前記リターダ素子は、前記第1のリタデーション領域が前記第2のリタデーション領域に隣接して配置されるように構成され、前記リターダ素子は、前記第1のリタデーション領域及び前記第2のリタデーション領域において、前記第1のビーム及び前記第2のビームの前記直交する偏光状態を、該第1のビーム及び該第2のビームのそれぞれの伝播方向を変更することなく、それぞれ同じ偏光状態に変換するように構成され、前記リターダ素子は、前記第1のリタデーション領域と前記第2のリタデーション領域が、異なるリタデーションを有するように構成されている、リターダ素子を配置するステップと、
を含む、偏光変換システムを製造する方法。
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