CN113874769A

CN113874769A - 倾斜表面的偏振补偿器

Info

Publication number: CN113874769A
Application number: CN202080038940.3A
Authority: CN
Inventors: 加里.夏普
Original assignee: Gary Sharp Innovations Inc
Current assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2021-12-31
Also published as: WO2020210814A1; EP3953750A1; US20200379155A1; EP3953750A4; US11573360B2; JP2022526184A

Abstract

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。

Description

倾斜表面的偏振补偿器

交叉引用

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。

背景技术

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。

正是针对该背景开发了本文所述的技术。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

图1示出示例性光学系统，用于演示倾斜表面对SOP的影响。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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发明限制为所公开的特定形式，而是本发明涵盖由权利要求书所限定的本发明的实施例的所有修改、等同和替代例。参考附图描述本公开，其中同样附图标记实质上表示相同元件。

描述了与相对于入射光倾斜的表面一起使用的偏振补偿器，其使得在光学系统中的光线角度和/或光线位置的范围上保持SOP可行。补偿器可以用在包含多个平表面的光学系统，这些平表面可以适应宽范围的入射角(例如会聚光或发散光)。补偿器还可以用在实质上准直但包含非平表面的光学系统，诸如折射元件。该系统可以包含每个诸如包含高能力折射元件的低f数偏振保持光学系统中的元件。所公开的技术还可以与诸如几何相位透镜的具有圆本征偏振的衍射光学部件组合使用。表面可以是未涂覆的电介质、多层电介质(例如反射器或部分反射器)、吸收层(例如金属或半导体)或这些的混合。一个或多个倾斜表面可以产生相位差、幅度差或两者的畸变，这使用所描述的结构进行补偿。

图1示出了展示问题的透射光学系统的示例。产生光线角度的角度分布(并且可能是波长的分布)的(例如)点光源入射在理想的圆偏振器上。也就是说，对于每个光线和波长而言离开CP的SOP的椭圆度是统一的，其中椭圆度定义为椭圆场比的幅度，具有分母中较大的分量。注意到，这需要在第一CP的出口面和第二CP的入口处实现零反射，以便保持偏振。输出端是理想的正交圆偏振分析器，然后是光接收器，该接收器在角度范围内收集来自光源的光。后者可以是眼睛、平方律检测器、数码相机或附加(例如中继)光学件。在该示例性情况下，圆偏振器完美地生成/分析SOP，使得没有光离开系统，并且没有光功率入射在接收器上。这可以视作具有无限对比度的光学系统。输出还可以表示为琼斯矢量，其解析平行/垂直于线性分析偏振器的SOP。在圆偏振器之间的空气空间中，可以插入元件来展示来自倾斜表面的椭圆度变化以及得到的对对比度的影响。

在包含局部POI的笛卡尔坐标系中，沿出口偏振器解析的透射矢量可以由下式给出：

这是输入圆矢量、倾斜表面的琼斯矩阵和用于分析四分之一波延迟器的琼斯矩阵的乘积。倾斜表面可以是具有公共表面法线的一个或多个界面(例如多层涂层)，其可以由P偏振功率透射T_p、S偏振功率透射T_s以及由Γ＝(φ_p-φ_s)给出的相位差(或延迟)来表示。

然后由下式给出得到的功率透射矢量：

每个矢量中的第一项是由于双向衰减引起的SOP变化产生的，该SOP变化是由P和S偏振之间的透射差引起的偏振变化。图2图示了倾斜表面与分析圆偏振器之间的SOP，这是由于双向衰减和延迟的独立贡献。如图所示，双向衰减导致具有包含局部POI的取向的圆形输入的椭圆度发生变化。每个矢量中的第二项是由于延迟或P和S偏振之间的相位差而导致SOP变化的结果。延迟趋向于关于POI以±45°取向引入椭圆度，如图2所示。对于示例系统，泄漏项(|t_s|²)可以作为这些效应中每一个效应的叠加给出。重要的是要注意，在该系统中椭圆的取向不重要，泄漏仅取决于引入的椭圆度。

上述矢量还可以表示为系统对比度，或

在引入双向衰减和延迟很小的情况下，对比度可以表示为：

其中T_p＝(T₀+ΔT/2)和T_s＝(T₀-ΔT/2)。

和T₀是S和P光的平均透射。以上示出了延迟和双向衰减对系统对比度的损失做出了实质上独立的贡献。

表面表示(复数)折射率的任何变化，诸如玻璃/聚合物的板坯、基板上的多层涂层、蒸发/溅射金属等。对于透射中倾斜的电介质板坯的简单情况，相位差为零，并且仅存在双向衰减。相对于法线，P和S透射之间的差异(ΔT)随着AOI增加而增加，直至布儒斯特角。P透射率总体上随着AOI增加而增加，而S透射率下降，直至布儒斯特角。

图3示出了在空气中折射率为1.52的未涂覆(例如玻璃)各向同性板坯的单通对比度。在图1的圆偏振系统中，对比度在大于20°时仍然非常高，但在27°时降至5000:1、在38°时降至1000:1、在45°时降至500:1、在53°时降至200:1，以及在60°时为100:1。在这个系统中，对比度可以实质上独立于POI的方位角。

当倾斜表面是多层涂层并产生双向衰减和延迟两者时，对比度的损失会变得更加严重。此外，经由源特征和/或表面轮廓(例如透镜)生成大量局部表面正态分布的系统可能会加剧问题。对于(例如球面凸)透镜，局部AOI包含来自相对于光轴的光线角度以及来自透镜表面相对于光轴的倾斜的贡献。在某些系统中，倾斜具有方位角无关性(诸如沿着公共轴线对准的透镜)，而其他系统可以具有较大的偏置角。例如，波长的分离带的二向色分离器(例如用于3面板的RGB投射)可以相对于光轴高度倾斜。在任一情况下，公开的技术允许对偏振畸变进行适当补偿。

一些涂层(诸如抗反射涂层)可以通过将P和S反射率都驱动到非常低的值来改进双向衰减。但是多层AR涂层可以具有增加的C平板延迟，这可以表示折衷。在光学系统中可能需要更复杂的多层涂层设计，以实现功能需求的特定集合。这可以是在波长和角度的范围内创建特定的反射率轮廓。这样的涂层可以大幅增加双向衰减、延迟或两者。总体而言，在透射/反射中保持SOP的宽带、广角涂覆设计在实践中一直难以捉摸。公开的技术的一些配置可以用于减少这两种效应，这对于增强多层设计工具是有用的。

考虑将凸面各向同性表面(例如球面部分反射器)放置到图1中的情况，如图4所示。这样的配置在现有技术中描述的基于三通偏振的广角镜头中是有用的。优化的设计也在共同未决的美国专利申请No.16/289,335中描述，其题为“用于偏振基矢量转换的延迟器堆叠对(RETARDER STACK PAIRS FOR POLARIZATION BASIS VECTOR TRANSFORMATIONS)”，其内容通过引用并入本文。在这种情况下，诸如显示装置的扩展源可能非常接近，其中相关联的图像被镜头放大。对于近眼系统，观察者将眼睛靠近镜头的相对侧。该图示出了可能来自轴线上像素的光。凸表面上的宽带部分反射器涂层通过大约50％的入射圆偏振光。理想情况下，该光通过第二个四分之一波长延迟器在所有波长和所有入射角下回到原始SOP。然而，不垂直于透镜表面的光线可能受到偏振畸变，并且如上定义的对比度可能减低。在这样的配置中，分析器是反射式偏振器，其理想地返回所有(图像)光以用于腔体的附加往返。腔体由部分反射器和反射偏振器来界定。在第一次通过中穿过反射偏振器泄漏的任何光(由于与反射轴线正交的SOP的非零投射)都折衷对比度。在第二次通过后，部分反射器再次将图像光减半，这理想地允许在第三次通过后完全穿过反射偏振器通行。

图5示出了在仅由涂层引入延迟时图4的镜头的对比度。这是由先前对比度等式(其中T_p＝T_s＝T₀)给出的。由于与部分反射器的第二次相遇，该对比度也被减半以解决图像光的损失。因此延迟对比度为

图5示出了需要4nm的延迟才能将对比度减少到1000:1，而13nm产生100:1的对比度。

图6示出了在仅由涂层引入双向衰减时图4的镜头的对比度。这是由下式给出的：前面的对比度等式(其中Γ＝0)或者

对比度计算假设法向入射透射(T₀)是50％并且与入射角的偏离，ΔT＝(T_p-T_s))关于此是对称的。图6示出了需要4.4％的透射差将对比度减少到1000:1，而14％的差产生100:1的对比度。

如对比度等式所示，透镜的整体对比度由来自延迟和双向衰减贡献的能力的独立叠加给出。在上文中，在特定AOI下产生4nm延迟和4.4％双向衰减的透镜因此具有500:1的对比度，以及在特定AOI下产生13nm延迟和14％双向衰减的透镜具有50:1的对比度。

在具有以轴线为中心的球面部分反射器的图4的系统中，从(例如)轴线上的点源引入的椭圆度变化可能实质上对方位角不敏感。由于局部倾斜表面的延迟和双向衰减，该椭圆度变化在轴线上(即在法向入射时)可以为零。透镜上的入射角包括光线角和透镜表面法线相对于光轴的贡献。该组合很容易超过20°，在高屈光力光学系统(high poweroptical system)中，可以超过30°甚至40°。

基于对偏振畸变的AOI和方位角相关性的描述，提出补偿方案，该方案在法向入射时具有最小影响，同时引入了对这两种现象的补偿效果。补偿的幅度随着AOI协同倾斜表面的影响而增加。在该补偿与由部分反射器引入的相等和相反的程度上，组合可以潜在地消除椭圆度变化并保持引入到第二QW延迟器的均匀SOP。该补偿器可以在部分反射器之前或之后。如先前讨论的，所需的补偿对于每种效果都不相同。

当需要独立于方位角的补偿时，本文公开的补偿结构可以独立地管理双向衰减和延迟二者的效应。这可以使用两层或补偿这两种现象的单层来完成。对于与方位角无关的补偿，可以使用光轴垂直于基板(又名C平板)的单轴延迟器。可以根据需要选择延迟的符号(正或负各向异性)以抵消由涂层引入的延迟。厚度方向上的延迟(R_th)被选择为消除由部分反射器引入的延迟(Γ)。第二层是具有垂直于基板的吸收轴线的单轴材料。该层用作吸收轴线沿光轴的部分偏振器，使得在垂直入射时发生最小吸收。这被称为z部分偏振器(ZPP)。ZPP的光学密度被选择为降低P偏振光的透射，以匹配离轴的(off-normal)S偏振的透射。当这些匹配良好时，双向衰减的效应可以忽略不计。

ZPP的AOI相关性可以通过在法线表面等式中引入复数折射率来确定(例如参见Yeh的《分层介质中的光学波(Optical Waves in Layered Media)》第230页)。对于具有垂直于基板的光轴的单轴材料，主要介电常数为

其中ε₀是自由空间介电常数，n_o是寻常折射率，并且n_e是非寻常的折射率。在仅沿着z方向吸收的情况下，非寻常折射率是复数的。对于具有弱吸收的单轴材料，如(例如)Born和Wolf，第709-711页中描述的，寻常和非寻常折射率的实部之差给出了厚度方向上的延迟(R_th)，或C平板延迟。虚部导致衰减(像是延迟)取决于k矢量的z分量。ZPP的功率透射可以通过下式来表示

其中κ是消光系数，d是层厚度，并且θ是AOI。

原理上，单层可以被设计为提供期望的C平板补偿以校正延迟，并且光学密度可以被选择为校正由倾斜表面引入的双向衰减。替代地，可以堆叠两层，一层是非吸收性C平板延迟器，另一层是ZPP。ZPP可以具有非零R_th，这可以通过对C平板进行适当的调整来抵消。

回到产生零延迟的倾斜板坯的示例，插入ZPP，该ZPP具有平面内零吸收率且在Z方向上规定的吸收率。图7示出了在ZPP与入射角相比的情况下组合的倾斜板坯的对比度。选择0.19的消光系数，其在约46°时给出对比度峰值。消光系数的减少(增加)使峰值移动到较长(较短)的入射角。通过比较，补偿示例的对比度在50°AOI范围内保持在100k:1以上，但如图2所示，该角度时的对比度仅为274:1。

在此公开的ZPP还可以添加到图4的三通透镜示例。对于法向入射，双向衰减对比度在理论上是无穷大的。离轴时，随ΔT增加，对比度以取决于涂层设计和光学系统设计的速率降低。

对于弱吸收体，ZPP的指数衰减可以近似为线性。在这种条件下，可以通过将ZPP项添加到分母来修改先前的(近似的)对比度等式，

当分母在任意入射角θ₀时消失时，对比度变得无穷大。使用上述，消光系数可以由下式给出

通过插入ZPP，对比度可以在可选择第二角度(θ₀)时被驱动到实质无穷大。插入该ZPP，为了平滑变化ΔT(θ)(如在板坯示例中)，对比度轮廓因此可以类似于图7中所示的轮廓。

本发明特别适用于需要或受益于偏振保持的光学系统。图8-10示出了具有偏振输入的简化光学系统，其中可以包含双向衰减、C平板延迟或两者。尽管被图示为单个镜头，但该系统可以包括具有一个或多个组的多元件镜头系统。它可以涉及反射光学、折射光学或衍射光学。这样的系统可以需要(例如)在高吞吐量的辐射计量/光计量光学系统中在角度的范围内产生图像、中继图像或收集光。本发明特别有利于在穿过光学系统的角度范围大时在输出处需要均匀偏振的低f数应用。

图8A示出了简单光学系统，其中线性偏振器放置在输入路径中，然后是透镜。透镜产生双向衰减，其中局部S偏振的透射相对于局部P偏振较低。因为0/90°方位角表示本征偏振，这些平面中可以没有偏振畸变。然而，在±45°方位角上，沿着本征偏振投射的场振幅可以近似相等，并且因此偏振畸变的变化最大。在这种情况下，畸变表示线性偏振的旋转。图8B示出了向输入添加ZPP，其中局部P偏振的AOI相关吸收率与由于双向衰减引起的局部S偏振的渐进式过多损耗近似平衡。结果是恢复均匀的线性偏振取向的校正，如出射光瞳偏振绘图所示。总体上，双向衰减是有损变换，ZPP也是如此。因此，尽管在输出处可以实质上恢复均匀偏振态，但是可以预期系统透射将是AOI相关的。

图9A示出了简单的光学系统，其中圆偏振器放置在输入路径中，然后是透镜。透镜产生双向衰减，其中局部S偏振的透射相对于局部P偏振较低。在圆形输入的情况下，任何入射平面都可能存在偏振畸变，其中偏振椭圆的取向遵循POI。图9B示出了向输入添加ZPP，其中局部P偏振的AOI相关吸收率与由于双向衰减引起的局部S偏振的渐进式过多损耗近似平衡。结果是恢复均匀的圆偏振的校正，如图9B的出射光瞳偏振绘图所示。

图10A示出了简单的光学系统，其中圆偏振器放置在输入路径中，然后是携带功能涂层的透镜。透镜/涂层产生双向衰减和C平板延迟(R_th)。在圆形输入的情况下，任何入射平面都可能存在偏振畸变，其中偏振椭圆的取向再次遵循POI。图10B示出了向输入添加ZPP和C平板延迟器。局部P偏振的AOI相关吸收率和R_th延迟值分别与由于双向衰减引起的局部S偏振的渐进式过多损耗和涂层的R_th值近似平衡。结果是恢复均匀的圆偏振的校正，如图10B的出射光瞳偏振绘图所示。

ZPP可以使用任何各向异性材料来构建，这些材料适当地比离轴S偏振更多地耗尽P偏振的透射；以减少对SOP的双向衰减效应。尽管存在天然存在的晶体(例如电气石)，但是出于吞吐量的原因优选地将寻常透射率最大化。此外，出于成本和可扩展性的原因，晶体倾向于不太实用。或者，ZPP可以使用(例如)纳米技术(参见例如来自NanoPhoton的产品)或通过在厚度方向上取向长链分子来制造，很像典型的片状偏振器的制造。宾主型液晶还可以用于同向(homeotropically)取向吸收材料，其然后是交联的(例如反应性介晶LC)。染料的浓度和层厚度决定吸收的强度。在宾主的情况下，该层可以适当地补偿延迟和衰减。

用于实现ZPP的物理机制无需是吸收，并且可以是适当消耗P偏振的透射的任何机制，包括反射和衍射。在反射的情况下，所谓的“巨型双折射光学”((GBO)，如3M文献中所述)和相关联的设计自由度可以用于合成典型薄膜涂层可能无法实现的反射/透射特性。在该背景下，GBO部件可以平衡局部S和P偏振的透射率，从而在保留偏振的同时产生期望的功能。例如，作为各向同性50:50涂层的热成型GBO部分反射器可以是实现如前所述的三通透镜的理想光学部件，该各向同性50:50涂层呈现零R_th及S和P透射率的平衡。

需要偏振管理的系统并不少见，特别是在成像方面。先前讨论的广角准直器需要对波长和角度的仔细(圆形)偏振管理，以最小化杂散光和伪影。圆偏振器还与具有圆本征态的偏振光学件结合使用，诸如胆甾型液晶和几何相位衍射光学元件(例如透镜和束导向器)。圆偏振器还用于双通偏振隔离器，其中隔离度取决于在入射角的范围内镜面反射表面处的椭圆度。这些可以是无源或有源系统，诸如AR/VR应用中按需可切换焦距的液晶。图11示出了观看者穿过可切换焦距镜头观察场景。输入圆偏振器(CP)提供输入SOP。可在各向同性SOP与半波延迟SOP之间切换的LC装置可以切换圆形状态的旋向性，或保持其不变。几何相位透镜结构可以提供以左旋圆形SOP编码的一种光学能力和以右旋圆形SOP编码的另一种光学能力。因此，切换LC装置可以改变观看者的焦距。ZPP(可能具有附加的C平板延迟)可以校正偏振，使得均匀的圆形SOP在宽范围的角度内入射在GP镜头结构上。通过在光瞳图上提供均匀偏振态，可以以最小的串扰实现焦距切换。

偏振用于立体3D投影系统、显微镜和一般偏振计量/偏振成像。偏振可以是计算机视觉(例如对象分类)、医学诊断、生物研究和军事检测/监视中使用的成像应用中的信息承载。偏振还可以用在非成像应用，诸如高吞吐量辐射计量术/光计量术。本发明的原理可以应用于宽范围的电磁波谱，包括UV、可见光、近红外和红外。

尽管已经在附图和前述描述中详细地图示和描述了本发明的实施例，但是这样的图示和描述被认为在描述上是示例而不是限制性的。例如，上文描述的某些实施例可以与其他描述的实施例组合和/或以其他方式布置(例如，可以以其他顺序执行过程元素)。因此，应当理解，仅示出和描述了示例实施例及其变型。

Claims

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所述的补偿器，其中，所述补偿器包括具有定向吸收染料的宾主型液晶。

22.根据权利要求12所述的补偿器，其中，所述补偿器包括定向纳米结构。

23.一种光学系统，包括输入偏振光、在透射中产生双向衰减的透镜和Z部分偏振器(ZPP)，其中所述Z部分偏振器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。

24.根据权利要求23所述的光学系统，其中，对于规定的入射角，所述系统等同地透射p偏振光和s偏振光。

25.根据权利要求23所述的光学系统，其中，所述规定的入射角在30°和60°之间。

26.根据权利要求23所述的光学系统，其中，所述Z部分偏振器位于会聚或发散光锥的位置。

27.根据权利要求23所述的光学系统，还包括具有厚度方向的延迟(R_th)的功能涂层和与实质上减少净R_th的所述Z部分偏振器共位的C平板。

28.根据权利要求23所述的光学系统，还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Z部分偏振器，使得实质上减少净厚度方向延迟。

29.一种光学系统，包括输入偏振器、分析偏振器和偏振器之间的功能层，使得所述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。

30.根据权利要求29所述的光学系统，其中，所述功能层对所述至少一束光线产生双向衰减，并且其中所述Z部分偏振器通过比s偏振光更多地衰减p偏振光来实质上补偿所述双向衰减。

31.根据权利要求29所述的光学系统，其中，所述功能层还产生厚度方向的延迟，并且其中所述Z部分偏振器还产生厚度方向的延迟，使得实质上减少所述系统的净厚度方向的延迟。

32.根据权利要求29所述的光学系统，其中，所述功能层是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且所述系统还包括与所述Z部分偏振器共位的C平板，使得实质上减少所述系统的所述净厚度方向的延迟。

33.根据权利要求29所述的光学系统，还包括基于偏振的三通透镜，并且所述功能层包括复合弯曲部分反射器。

34.根据权利要求33所述的光学系统，其中，所述功能层是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且所述Z部分偏振器产生厚度方向的延迟使得实质上减少所述系统的所述净厚度方向的延迟。

35.根据权利要求33所述的光学系统，其中，所述功能层是产生厚度方向的延迟的部分反射器，并且所述系统还包括与所述Z部分偏振器共位的C平板，使得实质上减少所述系统的所述净厚度方向的延迟。