JP6726110B2 - 光学素子、及び回折光学素子 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年7月31日に出願されかつ「Bragg Liquid Crystal Polarization Gratings」と題する米国仮特許出願第62/031,260号に対する優先権を主張し、その出願の開示内容は、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:
ブラッグ条件に従って、内部を通過する光の伝播の方向を変更するように構成されている、複数の積層複屈折副層を備え、
前記積層複屈折副層は、それぞれ、それぞれの格子周期を画定するように該積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備える、光学素子。
請求項2:
前記積層複屈折副層は、前記光の波長未満のそれぞれの厚さを有する、請求項1に記載の光学素子。
請求項3:
前記それぞれの厚さは、前記積層複屈折副層の前記局所光軸によって画定される前記それぞれの格子周期未満であり、前記それぞれの厚さの合計を含む合計した厚さは、前記それぞれの格子周期より大きい、請求項2に記載の光学素子。
請求項4:
前記光の前記波長は波長λを含み、前記それぞれの格子周期は該光学素子の周期Λを画定し、前記合計した厚さは厚さdを含み、前記積層複屈折副層の平均屈折率は、Q=2πλd/Λ2nである場合、Qが前記波長λに対して1より大きいような屈折率nを含む、請求項3に記載の光学素子。
請求項5:
前記積層複屈折副層は、約0.4未満の複屈折を有する材料を備える、請求項4に記載の光学素子。
請求項6:
前記積層複屈折副層は、前記局所光軸を画定する液晶分子配向を有する液晶副層をそれぞれ含む、請求項5に記載の光学素子。
請求項7:
前記積層複屈折副層のうちの1つ又は複数の前記局所光軸は、該積層複屈折副層の前記それぞれの厚さにわたって回転してそれぞれのねじれ角を画定する、請求項4に記載の光学素子。
請求項8:
前記それぞれのねじれ角及び/又はそれぞれの厚さのうちの幾つかは、前記積層複屈折副層の間で異なる、請求項7に記載の光学素子。
請求項9:
前記複数の積層複屈折副層は、前記光を、該光の入射偏光とは異なる、実質的に同じ偏光を有する0次ビーム及び1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項10:
前記複数の積層複屈折副層は、ブラッグ角におよそ等しい入射角の前記光を受け取ることに応答して、前記光を、約94%以上の回折効率で1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項11:
0次ビーム及び前記1次ビームの伝播の角度の差は、前記ブラッグ角におよそ等しい前記入射角で前記光を受け取ることに応答して、約45度より大きい、請求項10に記載の光学素子。
請求項12:
前記0次ビーム及び前記1次ビームの前記実質的に同じ偏光は、同じ掌性の少なくとも略円偏光を含む、請求項9に記載の光学素子。
請求項13:
前記積層複屈折副層から出力される0次ビーム及び/又は1次ビームを受け取り、該0次ビーム及び/又は該1次ビームを該積層複屈折副層に戻るように反射するように配置された反射素子、
を更に備える、請求項2に記載の光学素子。
請求項14:
前記反射素子は、前記積層複屈折副層から前記0次ビーム及び/又は前記1次ビームを受け取ることに応じて、複数の異なる偏光を有する光を出力するように構成されている、請求項13に記載の光学素子。
請求項15:
前記積層複屈折副層の前記それぞれの格子周期は、前記光の波長未満である、請求項1に記載の光学素子。
請求項16:
前記複数の積層複屈折副層に光学的に結合された透明基板を更に備え、
前記複数の積層複屈折副層は、前記透明基板内の全反射(TIR)に対する臨界角より大きい角度で、前記光を1次ビームに回折するように構成されている、請求項15に記載の光学素子。
請求項17:
前記複数の積層複屈折副層は、それぞれの第1の格子周期を有する第1の複屈折副層を含み、かつ、前記ブラッグ条件に従って、内部を通過する第1の波長の前記光の伝播の方向を変更するように構成されており、前記光学素子は、
前記第1の複屈折副層の上にあり、前記ブラッグ条件に従って、内部を通過する第2の波長の前記光の伝播の方向を変更するようにそれぞれ構成された、複数の積層された第2の複屈折副層を更に備え、
前記第2の複屈折副層は、それぞれの第2の格子周期を画定するように、それらの間のそれぞれの境界面に沿って変化するそれぞれの局所光軸を有し、
前記第1の複屈折副層及び前記第2の複屈折副層は、前記第1の波長及び前記第2の波長の前記光をそれぞれ、それぞれの1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項18:
前記それぞれの1次ビームは、実質的に同じ伝播方向を有する、請求項17に記載の光学素子。
請求項19:
前記第2の格子周期、前記第2の複屈折副層の合計した厚さ、及び/又は前記第2の複屈折副層の平均屈折率は、前記第1の複屈折副層のものとは異なる、請求項17に記載の光学素子。
請求項20:
前記光の前記波長は、約400ナノメートル(nm)〜約1700nmである、請求項2に記載の光学素子。
請求項21:
前記それぞれの格子周期は、約1000ナノメートル(nm)以下であり、前記それぞれの厚さは、約100nm〜約300nmである、請求項20に記載の光学素子。
請求項22:
回折光学素子であって、
厚さd、平均屈折率nを有する少なくとも1つの液晶層であって、Q=2πλd/Λ2nである場合、変数Qが光の動作波長λに対して1より大きいような、該回折光学素子の格子周期Λを画定するように、該液晶層の表面に沿った方向に変化する液晶分子配向を備える、液晶層、
を備える、回折光学素子。
請求項23:
前記少なくとも1つの液晶層は、複数の積層重合ネマティック液晶副層を備え、該積層重合液晶副層のそれぞれの厚さは、前記光の前記動作波長λ未満である、請求項22に記載の回折光学素子。
請求項24:
前記積層重合液晶副層の前記それぞれの厚さは、該回折光学素子の前記格子周期Λ未満であり、前記積層重合ネマティック液晶副層の前記それぞれの厚さは、該回折光学素子の前記格子周期Λ及び前記光の前記動作波長λより大きい厚さdをまとめて画定する、請求項23に記載の回折光学素子。
請求項25:
前記積層重合ネマティック液晶副層のうちの1つ又は複数の前記液晶分子配向は、それぞれのねじれ角φを画定するようにその前記それぞれの厚さにわたって回転し、該それぞれのねじれ角φ及び/又は該それぞれの厚さは、前記積層重合ネマティック液晶副層の間で異なる、請求項23に記載の回折光学素子。
請求項26:
前記回折光学素子の前記格子周期Λは、前記光の前記動作波長λ未満である、請求項22に記載の回折光学素子。
Claims (29)
- ブラッグ条件に従って、光の伝播の方向を変更するように構成されている、複数の積層複屈折副層を備え、
前記積層複屈折副層は、それぞれ、それぞれの格子周期を画定するように該積層複屈折副層の隣接するものの間のそれぞれの境界面に沿って変化する局所光軸を備え、
前記複数の積層複屈折副層は、前記光を1次ビームに回折するように構成され、0次ビーム及び前記1次ビームの伝播の角度の差は、ブラッグ角に等しい入射角で前記光を受け取ることに応答して、45度より大きい、光学素子。 - 前記複数の積層複屈折副層はモノリシック構造を画定し、前記複数の積層複屈折副層は前記光の波長未満のそれぞれの厚さを有する、請求項1に記載の光学素子。
- 前記それぞれの厚さは、前記積層複屈折副層の前記局所光軸によって画定される前記それぞれの格子周期未満であり、前記それぞれの厚さの合計を含む合計した厚さは、前記それぞれの格子周期より大きい、請求項2に記載の光学素子。
- 前記光の前記波長は波長λを含み、前記それぞれの格子周期は該光学素子の周期Λを画定し、前記合計した厚さは厚さdを含み、前記積層複屈折副層の平均屈折率は、Q=2πλd/Λ2nである場合、Qが前記波長λに対して1より大きいような屈折率nを含む、請求項3に記載の光学素子。
- 前記積層複屈折副層は、0.4未満の複屈折を有する材料を備える、請求項4に記載の光学素子。
- 前記積層複屈折副層は、前記局所光軸を画定する液晶分子配向を有する液晶副層をそれぞれ含む、請求項5に記載の光学素子。
- 前記複数の積層複屈折副層のうちの1つ又は複数の積層複屈折副層はキラル層を備え、前記複数の積層複屈折副層のうちの前記1つ又は複数の積層複屈折副層の前記局所光軸は、該積層複屈折副層の前記それぞれの厚さにわたって回転してそれぞれのねじれ角を画定する、請求項4に記載の光学素子。
- 前記それぞれのねじれ角及び/又はそれぞれの厚さのうちの幾つかは、前記積層複屈折副層の間で異なる、請求項7に記載の光学素子。
- 前記複数の積層複屈折副層は、前記光を、該光の入射偏光とは異なる、同じ偏光を有する前記0次ビーム及び前記1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記複数の積層複屈折副層は、前記ブラッグ角に等しい入射角の前記光を受け取ることに応答して、前記光を、94%以上の回折効率で前記1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記0次ビーム及び前記1次ビームの前記同じ偏光は、同じ掌性の円偏光を含む、請求項9に記載の光学素子。
- 前記積層複屈折副層から出力される前記0次ビーム及び/又は前記1次ビームを受け取り、該0次ビーム及び/又は該1次ビームを該積層複屈折副層に戻るように反射するように配置された反射素子、
を更に備える、請求項2に記載の光学素子。 - 前記反射素子は、前記積層複屈折副層から前記0次ビーム及び/又は前記1次ビームを受け取ることに応じて、複数の異なる偏光を有する光を出力するように構成されている、請求項12に記載の光学素子。
- 前記積層複屈折副層の前記それぞれの格子周期は、前記光の波長未満である、請求項1に記載の光学素子。
- 前記複数の積層複屈折副層に光学的に結合された透明基板を更に備え、
前記複数の積層複屈折副層は、前記透明基板内の全反射(TIR)に対する臨界角より大きい角度で、前記光を1次ビームに回折するように構成されている、請求項14に記載の光学素子。 - 前記複数の積層複屈折副層は、それぞれの第1の格子周期を有する第1の複屈折副層を含み、かつ、前記ブラッグ条件に従って、第1の波長の前記光の伝播の方向を変更するように構成されており、前記光学素子は、
前記第1の複屈折副層の上にあり、前記ブラッグ条件に従って、第2の波長の前記光の伝播の方向を変更するようにそれぞれ構成された、複数の積層された第2の複屈折副層を更に備え、
前記第2の複屈折副層は、それぞれの第2の格子周期を画定するように、それらの間のそれぞれの境界面に沿って変化するそれぞれの局所光軸を有し、
前記第1の複屈折副層及び前記第2の複屈折副層は、前記第1の波長及び前記第2の波長の前記光をそれぞれ、それぞれの1次ビームに回折するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。 - 前記それぞれの1次ビームは、同じ伝播方向を有する、請求項16に記載の光学素子。
- 前記第2の格子周期、前記第2の複屈折副層の合計した厚さ、及び/又は前記第2の複屈折副層の平均屈折率は、前記第1の複屈折副層のものとは異なる、請求項16に記載の光学素子。
- 前記光の前記波長は、400ナノメートル(nm)〜1700nmである、請求項2に記載の光学素子。
- 前記それぞれの格子周期は、1000ナノメートル(nm)以下であり、前記それぞれの厚さは、100nm〜300nmである、請求項19に記載の光学素子。
- 回折光学素子であって、
厚さd、平均屈折率nを有する少なくとも1つの液晶層であって、Q=2πλd/Λ2nである場合、変数Qが光の動作波長λに対して1より大きいような、該回折光学素子の格子周期Λを画定するように、該液晶層の表面に沿った方向に変化する液晶分子配向を備える、液晶層、
を備え、
前記少なくとも1つの液晶層は、前記光を1次ビームに回折するように構成され、0次ビーム及び前記1次ビームの伝播の角度の差は、ブラッグ角に等しい入射角で前記光を受け取ることに応答して、45度より大きい、回折光学素子。 - 前記少なくとも1つの液晶層は、モノリシック構造を画定する複数の積層重合ネマティック液晶副層を備え、該複数の積層重合ネマティック液晶副層のそれぞれの厚さは、前記光の前記動作波長λ未満である、請求項21に記載の回折光学素子。
- 前記積層重合ネマティック液晶副層の前記それぞれの厚さは、該回折光学素子の前記格子周期Λ未満であり、前記積層重合ネマティック液晶副層の前記それぞれの厚さは、該回折光学素子の前記格子周期Λ及び前記光の前記動作波長λより大きい厚さdをまとめて画定する、請求項22に記載の回折光学素子。
- 前記複数の積層重合ネマティック液晶副層のうちの1つ又は複数の積層重合ネマティック液晶副層はキラル層を備え、前記複数の積層重合ネマティック液晶副層のうちの前記1つ又は複数の積層重合ネマティック液晶副層の前記液晶分子配向は、それぞれのねじれ角φを画定するようにその前記それぞれの厚さにわたって回転し、該それぞれのねじれ角φ及び/又は該それぞれの厚さは、前記積層重合ネマティック液晶副層の間で異なる、請求項22に記載の回折光学素子。
- 前記回折光学素子の前記格子周期Λは、前記光の前記動作波長λ未満である、請求項21に記載の回折光学素子。
- 前記複数の積層重合ネマティック液晶副層をその上に含む基板と、
前記回析光学素子は前記光を前記1次ビームを出力するように回析し、反射するように構成されている、請求項22に記載の回折光学素子。 - 前記基板は、反射性基板を備える、請求項26に記載の回折光学素子。
- 前記複数の積層複屈折副層をその上に含む基板を更に備え、
前記光学素子は、前記光を前記1次ビームを出力するように回析し、反射するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。 - 前記基板は、反射性基板を備える、請求項28に記載の光学素子。
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