KR102057353B1 - 복굴절 바디, 빔 결합 어셈블리, 및 복굴절 바디의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복굴절 바디, 복굴절 바디의 제조 방법, 및 복소값 화소(PK)를 형성하기 위한 광학 빔 결합 어셈블리(BC)에 관한 것이다. 본 발명의 과제는 경제적으로 제조 가능하며, 큰 면 적용을 위해 사용될 수 있는 복굴절 바디, 및 대형 디스플레이를 위해 필요한 치수 및 균일성으로 실시될 수 있는 장면의 3차원 표시를 위한 복소 값 화소(PK)를 형성하기 위한 광학 빔 결합 어셈블리(BC)를 제공하는 것이다. 상기 과제는 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디에 의해, 매트릭스 기본 재료가 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과 혼합되고, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 혼합물 중에서 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되며, 상기 매트릭스 기본 재료가 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 컴포넌트들을 포함하여 고화되는 방법에 의해, 그리고 본 발명에 따른 복굴절 바디(SP)를 포함하는 복굴절 평판을 구비한 광학 빔 결합 어셈블리(BC)에 의해 달성된다.

Description

복굴절 바디, 빔 결합 어셈블리, 및 복굴절 바디의 제조 방법{BIREFRINGENT BODY, BEAM-COMBINING ASSEMBLY, AND METHOD FOR PRODUCING A BIREFRINGENT BODY}

본 발명은 복굴절 바디, 복굴절 바디의 제조 방법, 및 화소의 배치를 갖는 광 변조 장치, 광학 지연 소자, 복굴절 평판 및 편광 소자를 포함하는 복소값 화소를 형성하기 위한 광학 빔 결합 어셈블리에 관한 것이다.

복굴절은 광학 이방성 재료의 특성이다. 복굴절은, 복굴절 재료로 광의 수직 입사 시에 소위 보통의 빔이 복굴절 재료 내에서 방향 변화 없이 재료를 통해 움직이게 한다. 이에 반해, 특별한 빔의 포인팅 벡터는, 광축이 입사 빔에 대해 평행하지도 수직이지도 않은 경우, 복굴절 재료로 수직 입사 시에 방향 변화된다. 보통의 빔과 특별한 빔은 편광 방향, 즉 그 편광 상태, 즉 전기장의 진동에 의해 구별된다. 이러한 특성은 여러가지 광학적 적용에 사용될 수 있다. 적용 분야는 3D 디스플레이, 즉 장면(scene)의 3차원 표시를 위한 디스플레이용 광학 소자들이다.

공지된 복굴절 재료들은 방해석 또는 석영이다. 그러나, 큰 복굴절 바디, 일반적으로 큰 평판을 필요로 하는 용도에서는, 방해석 또는 석영 판을 제조하는 것이 어렵다. 합성 방해석 결정들은 충분한 순도로 300 ㎜ 보다 큰 직경으로 제조될 수 있지만, 제조 비용이 매우 높다. 직접층 디스플레이 크기의 상기 합성 방해석 결정 판이 향후 10년 내에 대량 제품화될 수 없을 것으로 기대된다.

3차원 표시를 위한 디스플레이용 복굴절 평판은 예를 들면 광학 빔 결합 어셈블리를 이용한 홀로그래픽 방법에서 복소 화소를 광 변조 장치(Spatial Light Modulator)의 2개의 위상 화소로 형성하기 위해 사용된다. 이를 위해, 예를 들면 광 변조 장치의 상이한 위상의 2개의 화소부터 나온 TE 파동장(수직으로 편광된 광) 및 TM 파동장(평행하게 편광된 광) - 또는 적어도 상이한 편광의 파동장 - 이 포개어져 이동됨으로써, 2개의 위상 화소로 복소값 화소를 형성하는 것을 허용하는 빔 결합이 이루어진다.

광학 빔 결합 어셈블리에 사용되는 복굴절 평판에 대한 대안은 상응하는 광이 이를 위해 합성된 상기 부피 격자의 격자 평면에서 회절되도록 형성된 소위 부피 격자이다. 복굴절 평판의 효과를 달성하기 위해, 결합될 화소들의 간격에 의존하는 규정된 두께의 2개의 상기 부피 격자가 규정된 간격으로 사용되어야 한다. 광학 빔 결합 어셈블리로서 상기 (회절의 의미에서 광학적으로 액티브한) 부피 격자와 같은 복굴절 평판의 사용은 WO 2010/149588 A1에 상세히 설명된다. 그러나, 광학적으로 액티브한, 즉 회절 부피 격자의 제조는 그 두께와 관련해서 제한되며, 종종 그 제조를 위한 정렬 층들이 필요하다. 또한, 2개의 부피 격자 사이에 필요한 스페이서는, 2개의 위상 화소를 에러 없이 또는 적은 에러로 결합하여 홀로그래픽 표시를 위해 유용한 복소값 화소를 형성하기 위해, 높은 정밀도로 실시되어야 한다.

복굴절 소자의 "저장"에 의해 광학적으로 액티브한 부피 격자를 최적화하려는 시도 또는 - 이들이 스위칭 가능하게 실시되면("Multiplexed holographic transmission gratings recorded in holographic polymer-dispersed liquid crystals: static and dynamic studies", Sebastien Massenot, Jean-Luc Kaiser, Maria Camacho Perez, Raymond Chevallier, and Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Applied Optics, 제 44권, Issue 25, 페이지 5273-5280(2005))- 추가의 광학 상태를 얻으려는 시도는 매우 높은 복잡도를 야기하는데, 그 이유는 각각 소정의 회절 조건을 달성하기 위해 그리고 동시에 소정 용도를 위한 복굴절 소자와 광학적으로 액티브한 부피 격자의 상호 작용을 조절하기 위해, 부피 격자 및 그 제조 방법에 대한 높은 정밀도가 요구되기 때문이다.

특히, 광학 빔 결합 어셈블리에는 편광이 요구된다. 상기 편광의 선행 기술은 예를 들면 λ/2보다 훨씬 작은 주기를 가진 미세한 금속 격자이다. 금속 선 내부에 있는 전자들은 상기 선을 따라 자유로이 이동될 수 있지만, 쌍극 진동의 의미에서 이것에 대해 수직으로는 거의 이동될 수 없다.

상기 이방성 전자 이동도는 금속 선에 대해 평행하게 진동하는 전기장이 전자의 높은 유효 횡단면에 기초가 되는 결과를 초래하고, 그로 인해 전자들이 쌍극 진동을 일으킬 수 있어서 입사 광선의 반사를 야기한다. 이에 반해, 금속 선에 대해 수직으로 진동하는 전기장은 전자의 낮은 유효 횡단면에 기초가 되는데, 그 이유는 상기 전기장이 쌍극 진동을 일으킬 수 없어서 입사 광선을 매우 낮은 반사로 통과시키기 때문이다. 상기 편광 소자의 설정 편광의 투과의 전형적인 값은 0.98 이고, 이것에 대해 수직인 편광의 반사의 값은 > 0.95 이다. 그러나, 이러한 금속 격자의 제조는 비교적 복잡하다. 대안적 편광 소자는 경제적으로 실시될 수 있는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 과제는 상기 문제점들을 극복하는 복굴절 바디, 복굴절 바디의 제조 방법 및 복소값 화소를 형성하기 위한 광학 빔 결합 어셈블리 및 편광 소자를 제공하고 개선하는 것이다. 특히, 경제적으로 그리고 큰 치수로 제조되며, 광학 소자로서 장면의 3차원 표시를 위한 디스플레이와 같은 큰 면의 용도에 사용될 수 있는 복굴절 바디가 제공되어야 한다. 또한, 큰 디스플레이, 즉 45 인치보다 큰 디스플레이에 필요한 치수로 그리고 필요한 균일성으로 실시될 수 있는, 장면의 3차원 표시를 위한 복소값 화소를 형성하기 위한 광 빔 결합 어셈블리가 제공되어야 한다.

상기 과제는 청구항 제 1 항의 사상에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예 및 개선예는 상기 청구항에 후속하는 종속 청구항에 제시된다.

복굴절 바디는 광학적으로 이방성의, 따라서 복굴절의 재료의 컴포넌트들을 포함한다. 컴포넌트들은 여기서 개별 소자, 입자 또는 공간적으로 제한된, 규정된 구성 부분을 의미한다.

본 발명에 따라 상기 컴포넌트들은 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된다. 이 경우, 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된다는 것은 상기 컴포넌트들의 광축들이 소정 방향으로 정렬되는 것을 의미한다. 컴포넌트들은 광학적으로 투명한 매트릭스 내로, 즉 높은 투과율을 가진 매트릭스 내로 일반적으로 고정되어 매립된다. 따라서, 광학적으로 투명한 매트릭스는 광학적으로 이방성의 복굴절 재료의 정렬된 컴포넌트용 저장 골격으로서 사용된다. 선택적으로, 매트릭스 재료가 편광 상태에 따라 방향 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 해결책의 특별한 실시예에서, 광학 이방성 재료의 컴포넌트들은 광학적으로 인액티브한 부피 격자를 포함하는 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치되고, 이 경우 광학적으로 인액티브한 부피 격자는 사용된 광의 모든 파장에 대해 비회절 방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이는 광학적으로 인액티브한 부피 격자가 가시광선의 모든 파장 범위에 대해 비회절 방식으로 형성될 수 있는 것을 포함한다. 여기서 설명된 광학적으로 인액티브한 부피 격자는 상응하는 파장 범위에 대해 소위 "오프 브래그(off-Bragg)" 조건 하에서 사용되고, 인공 유전체를 형성한다. "오프 브래그" 조건 하에서 사용은 각도 및/또는 파장 선택성에 관련될 수 있다.

광학적으로 인액티브한 부피 격자는 사용된 광의 모든 파장에 대해 그리고 각각의 광 입사 방향에 대해 브래그 회절 조건이 충족되지 않을 수 있는 주기를 가진, 적어도 하나의 차원에서 주기적인 원거리 구조를 포함한다. 회절의 의미에서 광학적으로 인액티브한 상기 부피 격자 매트릭스는 광학적으로 이방성의 복굴절 재료의 컴포넌트들의 정렬을 지원한다. 특별한 경우, 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스만이 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트들의 광축을 정렬한다.

다른 실시예에서, 광학적으로 인액티브한 부피 격자는 2 빔 또는 다수 빔 간섭 노출에 의해 생긴 폴리머로 형성된다. 이는 간단한 수단에 의해 모노머 및/또는 올리고머의 혼합물 및 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트로, 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 복굴절 컴포넌트들을 내부에 포함하는 고화된, 투명한, 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스를 형성하는 것을 허용한다. 따라서, 정렬 층의 사용 없이 복굴절 컴포넌트들의 정렬이 가능하고, 이 경우 mm 범위 까지의 두께도 일정한 방향 설정으로 정렬될 수 있다.

다른 실시예에서, 광학적으로 투명한 매트릭스의 고화된 재료도 복굴절 특성을 갖는다. 상기 매트릭스가 갖는 방향 설정 및 고정 기능과 더불어, 복굴절 특성을 가진 상기 매트릭스 재료는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 매립된 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된, 복굴절 컴포넌트에 의해 형성된 인공 유전체의 복굴절 효과를 높인다.

상이한 굴절률을 가진 재료 내로, 예를 들면 서브 파장 크기를 가진 유리 타원체와 같은 미세 크기의 자체적으로 복굴절성을 갖지 않으며 형태가 비회전 대칭의 컴포넌트의 방향 설정된 매립은 형태 복굴절을 제공한다. 여기서, 바디의 형태 복굴절은 상기 바디의 복굴절의 특성이 매트릭스 재료 또는 상기 매트릭스 내에 포함된 컴포넌트들에 내재된 복굴절 특성에 의해 생기지 않고, 매트릭스 내의 컴포넌트의 기하학적 형태, 내부 구조 및 배치 또는 매트릭스 자체를 복굴절하는 특성에 의해 생기는 것을 의미한다. 상이한 굴절률을 가진 주기적으로 구조화된 재료 내로, 예를 들면 서브 파장 크기를 가진 유리 입자와 같은 미세 크기의 자체적으로 복굴절성을 갖지 않는 컴포넌트의 매립도 형태 복굴절을, 즉 공간적 분리에 의해 그리고 예를 들면 구형일 수 있는 매립된 입자의 추가의 방향 설정 없이 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 형태 복굴절 바디로 광학적 적용을 실시할 수 있기 위해서는, 상기 바디가 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된 복굴절 재료의 컴포넌트를 포함하는 본 발명에 따른 복굴절 바디보다 훨씬 더 큰 두께로 형성되어야 한다.

이러한 형태 복굴절 바디가 충분히 큰 층 두께를 제공하고, 이러한 바디가 사용되어야 하는 장치가 충분한 장소를 제공하면, 광학적 용도에 따라 예를 들면 빔 결합을 실시하기 위해 순수한 형태 복굴절로 동작될 수 있다.

그러나, 광학적 적용을 위해, 예를 들면 광학적 빔 결합을 위해 필요한 복굴절 바디의 두께를 가능한 한 작게 유지하기 위해, 높은 복굴절의 입자들이 매립될 수 있어서, 결과하는 복굴절은 예를 들면 회절의 의미에서 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스에 의해, 즉 상기 매트릭스 자체에 의해 또는 상기 매트릭스 내로, 자체적으로 복굴절성을 갖지 않으며 비 회전 대칭의 컴포넌트의 방향 설정된 매립에 의해 도입될 수 있는 형태 복굴절보다 훨씬 우위에 있다.

본 발명에 따른 해결책의 다른 실시예에서, 매트릭스 내로 매립된 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트들, 일반적으로 미세 크기의 컴포넌트들은 중합 가능한 모노머 및/또는 올리고머, 특히 중합 가능한 액정(liquid crystal: LC)를 포함한다.

비대칭 폴리머 체인에 대해 중합되는, 또는 우선 방향을 형성하는 부피 격자 매트릭스가 존재하는 경우, 비대칭 폴리머 체인에 대해 중합되는 경향을 가진, 중합 가능한 액정 및 일반적으로 모노머 및 올리고머는 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된, 매립된 컴포넌트용 특히 바람직한 복굴절 재료이다.

상기 복굴절 컴포넌트가 자체 중합될 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면 상이한 재료의, 즉 예를 들면 상이한 유전 재료 또는 금속, 특히 탄소 나노 튜브의 타원형 나노 입자가 매립될 수도 있다.

표면에 대해 경사지게 놓인 분자에 액정 모노머, 액정 올리고머 및/또는 액정 폴리머의 정렬 또는 자외선의 전기장에 액정 모노머, 액정 올리고머 및/또는 액정 폴리머의 정렬과 더불어, 상응하는 복굴절 컴포넌트들이 더 두꺼운 층들 내에서도 공간적으로 동일한 방식으로 정렬될 수 있는, 즉 그 광축이 더 두꺼운 층들 또는 더 두꺼운 바디 내에서도 소정 방향으로 방향 설정될 수 있는 것이 바람직하고, 디스플레이 용도에서 상기 층 두께는 예를 들면 d = 50 ㎛ 내지 d = 500 ㎛일 수 있다.

본 발명에 따른 해결책의 특별한 실시예에서, 광학적으로 투명한 매트릭스의 재료 및 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트는 복굴절의 효과가 최대화되고 산란 광의 양이 최소화되도록 선택된다. 이는 특히 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트와 매트릭스 재료의 혼합 가능성이 높은 경우이다.

광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트의 복굴절 특성이 제어 또는 조절 소자에 의해 변화될 수 있는, 본 발명에 따른 해결책의 다른 실시예가 바람직하다. 상응하는 제어 또는 조절 소자를 통해 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트의 복굴절 특성에 영향을 줄 수 있는 가능한 제어 변수 또는 조절 변수는 예를 들면 자기장, 전기장, 방사선장, 특히 UV 조명, 또는 복굴절 바디에 가해지는 압력이다. 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트의 복굴절 특성이 전기장에 의해 변화될 수 있어야 하면, 상응하는 제어 또는 조절 소자가 복굴절 바디에 배치된, 바람직하게는 광학적으로 투명하게 형성된 제어 가능한 전극에 의해 실시될 수 있다. 이러한 제어 또는 조절 소자에 의해 입사광의 편향이 복굴절 바디에 의해 변화될 수 있어서, 예를 들면 복굴절 바디의 소정 두께의 변동이 보상될 수 있거나 또는 입사광의 변화된 파장에 대해 반응한다.

본 발명에 따른 해결책의 특별한 실시예에서, 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들은 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 공간적으로 주기적으로 동일한 방식으로 정렬된다. 즉, 하나의 주기 내에서, 각각 상이한 정렬의 규정된 크기의 도메인들이 있거나 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트의 정렬이 하나의 주기에 걸쳐 규정된 방식으로 연속적으로 변화된다. 따라서, 복굴절 바디 내부에서 복굴절의 의도된 변조가 이루어질 수 있다. 광학적으로 이방성의 복굴절 바디의 컴포넌트의 동일한 방식의 정렬의 상기 주기적 변화는 제조 방법에 따라 단 하나의 방향으로, 다수의 방향으로 또는 모든 방향으로 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 해결책의 다른 실시예에서, 광학적으로 이방성의 복굴절 재료의 컴포넌트들은 복굴절 바디의 동일한 영역 내에서 다수의 규정된 방향으로 배치됨으로써, 그 굴절률 타원체가 의도대로 공간적으로 중첩된다. 이로부터 결과하는 굴절률 바디는 다축이다.

장치에 따른 관점에서, 상기 과제는 청구항 제 10 항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예들 및 개선예들은 상기 청구항에 후속하는 종속 청구항들에 제시된다.

화소의 배치를 갖는 광 변조 장치(Spatial Light Modulator), 광학 지연 소자, 복굴절 평판 및 편광 소자를 포함하는, 복소값 화소를 형성하기 위한 광학 빔 결합 어셈블리는 복굴절 평판이 전술한 설명의 하나의 실시예에 따른 복굴절 바디를 포함하며, 그 두께 및/또는 다른 특성은 상이한 편광의 2개의 화소의 파동장들이 복굴절 평판의 통과 후에 결합될 수 있어서 하나의 복소값 화소를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 광 변조 장치의 화소의 배치에 맞춰진 지연 구조를 포함하는 광학 지연 소자는 예를 들면 소위 구조화된 반파장 플레이트(half wave plate)에 의해 형성될 수 있고; 여기에 사용 가능한, 분석기로서 사용될 수 있는 편광 소자는 예를 들면 소위 45°편광기이다.

복굴절 평판 전방에 TE 및 TM 편광을 가진 2개의 결합될 화소의 광이 주어진다. 복굴절 평판 후방에 편광 필터(약어로 "편광기"라고 함) - 여기서는 직선 편광을 위한 - 가 배치되고, 상기 편광 필터의 최대 투과의 축은 정확히 TE 및 TM 편광의 E 필드의 각 이등분선을 형성한다. 즉, 각각 둘다에 대해 45°회전되어 있다.

상기 광학 빔 결합 어셈블리는 예컨대 WO 2010/149588 A1의 도 5, 도 10 내지 도 14, 도 17 또는 도 21에 도시되거나 설명된 바와 같은 구성을 가질 수 있다.

여기서, 광 변조 장치의 2개의 화소의 파동장들을 하나의 복소값 화소로 결합할 수 있는 가능성은 복굴절 바디의 품질, 특히 그 광학 특성 및 그 두께에 의존한다는 것을 지적한다. 상기 특성과 관련한 변동들은 경우에 따라 바디, 그에 따라 여기서는 평판의 복굴절 특성에 영향을 줄 수 있는 전술한 제어 또는 조절 소자에 의해 보상될 수 있다. 상기 영향은 전기장에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해, 제어 가능한 전극들이 복굴절 바디 상에, 광학 빔 결합 어셈블리가 삽입된 홀로그래픽 디스플레이의 코딩 방향에 대해 가능한 한 평행하게 배치된다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 다른 실시예에서, 복굴절 평판에 사용되는 복굴절 바디는, 상기 복굴절 바디의 조명이 사용된 광의 모든 파장에 대해 그리고 광의 사용된 입사 방향에 대해 비회절 방식으로 실시될 수 있게 하는, 격자 주기(Λ) 및 격자 경사각(γ)의 광학적으로 인액티브한 부피 격자를 가진 매트릭스를 포함한다. 즉, 소위 "오프 브래그" 조건 하에서만 동작된다; 광학적으로 인액티브한 부피 격자는 입사광을 회절시키지 않거나 또는 기껏해야 적은 양으로 회절시킨다.

복굴절 평판 내에 포함된 광학 인액티브 부피 격자의 격자 경사각, 즉 평판의 베이스에 대한 격자의 경사를 나타내는 각은 30°내지 50°인 것이 바람직하다. 평판의 베이스는 여기서 광 변조 장치(SLM)를 향한 평판의 표면이다. 광학적으로 인액티브한 부피 격자 내에 매립된, 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 복굴절 컴포넌트들의 광축들이 격자 평면을 따라 정렬되면, 42°내지 45° 범위의 값을 가진 격자 경사각이 특히 바람직하다. 이는 일반적으로, 모노머, 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 복굴절 액정이 모노머, 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 부피 격자 재료 내에서 2 빔 또는 다수 빔 간섭 노출에 의해 정렬되고 고정된다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 특별한 실시예에서, 광 변조 장치의 개별 색(적, 녹, 청)의 화소 간격들은 복굴절 바디 내에서 그 파장의 측방 오프셋(Shear-Distance s)에 따라 선택된다. 물론, 화소 간격이 복굴절 바디에서 그 파장의 측방 오프셋에 따라 선택되면, 상응하는 개구들 및 특히 광학 지연 소자가 조정되어야 한다. 바람직하게는 상이한 파장의 빔 경로에 대해 본 발명에 따른 광학 빔 걸합 어셈블리에 도입된 측방 오프셋의 차이는 5% 보다 작게 조정되어야 한다.

특별한 실시예에서, 애크로매틱 또는 애퍼크로매틱으로 도입된, 즉 사용된 파장과 무관하게 일정한 빔 오프셋(s)이 매트릭스 내로 방향 설정되어 매립된 컴포넌트들의 선택에 의해 달성될 수 있고, 상기 컴포넌트들은 예를 들면, 복굴절성을 갖거나, 자체적으로 복굴절성을 갖지 않지만, 형태가 비회전 대칭일 수 있다. 예를 들면, 컴포넌트들의 혼합물이 매립될 수 있고, 혼합물의 개별 매립된 컴포넌트들의 분산은 결과하는 분산이 최소화되도록 선택된다.

다른 실시예에서, 복굴절 컴포넌트들의 방향 설정된 매립에 의해 실시된 복굴절의 분산은 실시된 형태 복굴절의 분산을 보상하도록 설계됨으로써, 애크로매틱 또는 애퍼크로매틱 빔 오프셋이 도입된다.

특히, 적은 크로매틱 분산을 실시하기 위해, 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는 평행 평면 판으로 이루어진 층 스택이 사용될 수 있고, 상기 판들의 각각의 분산은 합하면 상쇄된다.

대안적 실시예에서, 광학 빔 결합 어셈블리는, 복굴절 평판에 대한 광의 입사 각을 그 파장에 따라, 빔 결합 어셈블리(BC)의 통과시 빔 오프셋이 모든 파장에 대해 일정하게 유지되도록 조정하는 수단을 포함한다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 광은, 분산의 존재 시에도 동일한 빔 오프셋을 구현하기 위해, 약간 상이한 입사각으로 복굴절 평판에 부딪힐 수 있다. 예를 들면, 청색 광은 -5°로, 녹색 광은 0°로, 즉 수직으로 그리고 적색 광은 +3°로 복굴절 평판로 부딪힌다. 빔 결합 어셈블리에 후속하는 디스플레이 장치의 광학 부품, 예를 들면 브래그 조건을 지키면서 회절하는 부피 격자 필드 렌즈는 예를 들면 모든 색을 RGB 멀티플렉스 필드 렌즈의 초점에 포커싱하기 위해, 복굴절 평판의 후방에서 주어지는 약간 상이한 방출 각에 대해 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 다른 실시예는 상이한 파장의, 예를 들면 3차원 장면을 컬러 표시하기 위한 적, 녹 및 청의 광의 통과시 복굴절 평판에 의해 생긴 측방 오프셋을 보상하기 위해, 추가로 크로매틱 아포다이제이션 필터 조리개를 포함한다. 크로매틱 아포다이제이션 필터 조리개를 포함하는 실시예를 설명하기 위해, WO 2010/149588 A1이 참고된다. 특히. 도 16이 참고된다. 크로매틱 아포다이제이션 필터 조리개는 광 변조 장치(SLM)의 평면 상에 또는 근방에, 따라서 입사 평면 전방에 뿐만아니라 빔 결합 소자, 예를 들면 복굴절 평판의 방출 평면 상에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 바람직한 실시예는 상기 실시예들 중 하나에 따른 복굴절 바디를 포함하는 추가의 복굴절 평판을 포함하고, 2개의 복굴절 평판은, 상이한 편광의 2개의 인접한 화소의 파동장들이 2개의 복굴절 평판의 통과 후에 실질적으로 경로 차이 없이 결합되어 하나의 복속값 화소를 형성하도록, 서로 회전되어 배치되고 그 두께들이 형성된다. 따라서, 상기 어셈블리는 파장 변동 및 입사각 변도에 대해 가장 민감하지 않다. 일반적으로, 이를 위해 2개의 동일한 방식의 복굴절 평판, 즉 동일한 두께의 그리고 복굴절 바디의 동일한 실시예의 2개의 복굴절 평판이 사용된다. 복굴절 평판의 상기 배치는 사바르 판 또는 사바르 이중 판이라고도 한다.

상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소의 파동장들의 빔 결합을 위한 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 가능한 실시예는 2개의 동일한 방식의, 서로 90°회전된, 본 발명에 따라 실시된 복굴절 평판의 사용에 의해 주어진다. 상기 복굴절 평판들은 각각 빔 입사 면의 면 법선에 대해 약 45°의 광축을 갖는다. 제 1 복굴절 평판에 의해, 제 1 파동장이 측방으로 이동된다. 제 2 복굴절 평판에 의해, 제 2 파동장이 측방으로 이동됨으로써, 어셈블리의 방출 평면 내에서 실질적으로 경로 차이 없는 파동장 결합이 이루어지고, 이들은 바람직하게 서로 센터링되며 하나의 공통 방향으로 퍼진다.

상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소의 파동장들의 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 다른 변형 실시예는 제 1 단계에서 제 1 복굴절 평판에서 하나의 방향으로 일정 양만큼 제 1 파동장의 측방 이동을 실시하고, 제 2 단계에서 반파장 플레이트를 이용한 2개의 결합될 위상 화소의 파동장의 편광 회전을 실시하고, 끝으로 제 3 단계에서 제 1 복굴절 평판에 비해 빔 입사 면의 면 법선을 중심으로 180°회전된, 제 2의 동일한 방식의 복굴절 평판에서 다른 방향으로 동일한 양만큼 제 2 파동장의 측방 이동을 실시한다. 여기서도, 어셈블리의 방출 평면에서 하나의 공통 방향으로 퍼지는 2개의 파동장의 실질적으로 경로 차이 없는 결합이 이루어진다.

구가 아닌 굴절률 타원체를 가진, 즉 적어도 2개 또는 3개의 상이한 크기의 주축을 가진, 광학적으로 이방성, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트를 포함하는 본 발명에 따른 복굴절 바디에 광이 수직으로 입사할 때, 특별한 빔에 대해 도입된 편향각은 복굴절의 양 및 면 법선에 대한 광축의 방향 설정에 의존한다. 광축의 방향 설정이 고정적으로 유지될 때, 복굴절의 부호는 편향이 광축을 향해서 또는 광축으로부터 멀어지게 이루어지는지에 대한 여부를 결정한다. 예를 들면, 광축의 고정적으로 유지되는 방향 설정의 면 법선에 대해 43°일 때 특별한 빔의 포인팅 벡터는 포지티브 복굴절이 주어지는 경우 네거티브 복굴절의 경우와는 반대 방향으로 편향된다.

구가 아닌 굴절률 타원체를 가진, 즉 적어도 2개 또는 3개의 상이한 크기의 주축을 가진, 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 본 발명에 따른 복굴절 바디가 사용되면, 굴절률 타원체의 사용된 방향 설정에 따라 2개의 입력 빔들의 포인팅 벡터들이 측방으로 이동되고, 이는 상이한 방향으로 그리고 상이한 양만큼 이루어진다. 빔 결합에 대해 상기 본 발명에 따른 바디를 설계하는 것은 적절하게 조정되어야 한다.

본 발명에 따라 굴절률 타원체가 2개 또는 3개의 상이한 크기의 주축을 갖는 복굴절 바디가 형성되어 사용될 수 있고, 이 경우 굴절률 타원체의 방향 설정은 상기 복굴절 바디들 또는 상기 복굴절 바디들 중 다수에 의해 생긴 얇은 평행 평면 판 내의 위치와 관련해서 자유로이 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는, 상이한 복굴절 특성을 갖는, 특히 네거티브 및 포지티브 복굴절을 갖는 평행 평면 판들이 광학 기능을 충족시키는 층 스택 내에 포함될 수 있다.

인공 복굴절 바디의 본 발명에 따른 형성의 다른 장점은 복굴절이 사용된 파장, 예를 들면 적-녹-청(RGB)에 대해 최적화될 수 있다는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는 평행 평면 판들로 이루어진 층 스택이 사용되며, 상기 층 스택은 적은 크로매틱 분산을 제공한다.

본 발명에 따른 빔 결합 어셈블리의 바람직한 실시예는 2개의 복굴절 평판들을 포함하고, 상기 평판들은 각각 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는 적어도 2개의 복굴절 부분 평판의 스택을 포함하고, 상기 부분 평판들 중 적어도 하나의 부분 평판은 네거티브 분산을 그리고 적어도 하나의 부분 평판은 포지티브 분산을 가능하게 한다.

상기 빔 결합 어셈블리의 통과시, 예를 들면 제 1 절반 단계에서 네거티브 분산의 본 발명에 따른 복굴절 부분 평판에서, 그리고 제 2 절반 단계에서 포지티브 분산의 본 발명에 따른 복굴절 부분 평판에서, 3개의 상이한 파장의 파동장의 측방 이동이 이루어지거나, 또는 반대로 이루어짐으로써, 3색에 대해 도입된 이동이 서로 가능한 한 작은 편차를 갖는다. 제 2 복굴절 평판이 네거티브 분산의 상기 복굴절 부분 평판 및 포지티브 분산의 상기 복굴절 부분 평판을 가진 스택을 포함하지만, 상기 부분 평판들은 복굴절 부분 평판의 스택을 포함하는 제 1 복굴절 평판에 대해 90°회전되어 배치되거나, 또는 네거티브 및 포지티브 분산의 2개의 복굴절 부분 평판을 가진 제 1 스택의 후방에 추가로 배치된 반파장 플레이트로 제 1 의 2개의 복굴절 부분 평판에 대해 180°회전되어 배치되면, 상이한 편광의 2개의 인접한 화소의 파동장들이 2개의 복굴절 평판의 통과 후에 실질적으로 분산과 무관하게 그리고 경로 차이 없이 결합되어 하나의 복소값 화소를 형성하게 하는 빔 결합 어셈블리가 생긴다.

광학 빔 결합 어셈블리의 본 발명에 따른 해결책의 장점은 본 발명에 따른 복굴절 바디의 사용에 의해, 상기 어셈블리가 대량으로 생산될 수 있다는 것이다. 상기 대량 생산은 지금까지 사용된 석영 또는 방해석 판 및 광학적으로 액티브한 부피 격자를 사용하는 어셈블리에 의해서는 불가능했거나 문제가 있었다. 특히 이로 인해 충분한 두께의 복굴절 평판들이 45 인치 디스플레이 또는 그보다 큰 디스플레이에 사용될 수 있다. 또한, 특히 석영 및 방해석 판의 사용에 비해, 제조 비용과 관련한 큰 장점이 있다.

또한, 광학 빔 결합 어셈블리 내에 본 발명에 따른, "인공으로 제조된" 복굴절 바디의 사용은 소정 광학 특성의 형성과 관련해서, 특히 복굴절 및 분산의 양 및 부호의 형성과 관련해서 매우 큰 자유도를 의미한다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 다른 실시예에서, 광학 지연 소자는 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성의 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디를 포함한다. 이는 복굴절 평판, 또는 본 발명에 따른 빔 결합 어셈블리를 위해 필요한 복굴절 평판의 시퀀스, 및 광학 지연 소자가 동일한 방식의 공정에서 차례로, 경우에 따라 단일 공정에서 제조되는 것을 허용한다.

본 발명에 따른 빔 결합 어셈블리의 다른 바람직한 실시예에서, 광학 지연 소자는 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함한다.

본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 다른 바람직한 실시예는 하기에서 설명되는 바와 같은 본 발명에 따른 편광 소자를 포함한다.

장치에 따른 관점에서, 상기 편광 소자와 관련해서 전술한 과제는 청구항 제 23 항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예들 및 개선예들은 상기 청구항에 후속하는 종속 청구항들에 제시된다.

본 발명에 따른 편광 소자는 복굴절 바디를 포함하고, 상기 복굴절 바디는 광학적으로 이방성의, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하며, 상기 컴포넌트들은 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된다. 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 금속 특성을 갖는다.

상기 편광 소자의 경계 조건은 충분히 자유로이 이동 가능한 전하 캐리어, 예를 들면 전자이다. 이동 가능한 전하 캐리어는 선의 내부에서 이동될 필요는 없다. 나노 타원체 상에서 이동을 사용하는 것으로 충분하다. 상기 타원체가 정렬되면, 편광에 의존하는 반사 및 투과의 기능이 나타난다.

특히, 본 발명에 따른 편광 소자는 전술한 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하고, 상기 바디의 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 금속 특성을 갖는다.

본 발명에 따른 편광 소자의 특별한 실시예에서 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 금속 특성을 가진 타원형 금속 나노 입자 및/또는 탄소 나노 튜브를 포함한다.

예를 들면 부피 격자 내에서 또는 부피 격자에 의해 정렬되는 금속 나노 입자들이 사용될 수 있다. 탄소 나노 튜브들은 충분한 전하 캐리어 이동도를 허용하면, 매립 재료로서 사용될 수 있다. 이는 탄소 나노 튜브의 형태에 의존하고, 순수한 유전성, 반도전성 및 금속성 사이에 변할 수 있다는 것에 주의해야 한다. 금속 탄소 나노 튜브 또는 금속 타원형 나노 입자가 매립되면, 결과하는 재료는 금속성이 아니다. 금속 특성이 매립된 나노 입자에서만 주어지고 이것에 제한되기 때문에, 전기 전도성도 아니다.

방법에 따른 관점에서, 상기 과제는 청구항 제 25 항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예들 및 개선예들은 상기 청구항에 후속하는 종속 청구항들에 제시된다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법은 하기 단계들을 포함한다:

- 매트릭스 기본 재료가 광학적으로 이방성의, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들과 혼합된다. 일반적으로 상기 혼합물은 단계의 종료시에 균일해진다. 매트릭스 기본 재료로서, 공정 단계들의 통과 후에, 특히 에너지 도입 후에 광학적으로 투명한 고체 매트릭스가 되는 재료가 선택된다.

- 외측 필드의 작용 및/또는 매트릭스 기본 재료와의 상호 작용에 의해 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 혼합물 내에서 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된다. 이는, 회절의 의미에서 광학적으로 액티브한, 즉 사용된 입사 광을 회절하는 많은 격자의 제조와는 달리, 외부의 정렬 보조 수단 없이 이루어진다.

- 추가의 에너지 도입에 의해, 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 컴포넌트들을 포함한 매트릭스 기본 재료가 고화된다. 이 단계에 의해, 매립된 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 컴포넌트들을 가진 광학적으로 투명한 매트릭스가 주어진다.

본 발명에 다른 복굴절 바디의 제조 방법의 특별한 실시예에서, 하기 3개의 단계들 중 적어도 2개 단계가 실시된다:

- 매트릭스 기본 재료와 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과의 혼합,

- 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트들의 정렬, 및

- 동시에 또는 부분적으로 동시에, 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 컴포넌트들을 포함한 매트릭스의 고화. 이는 종종 광학적으로 투명한 매트릭스의 재료가 고화될 때야 비로소 정렬을 유지하는 복굴절 컴포넌트들의 정렬에 관련된다.

매트릭스 기본 재료의 선택에 따라, 본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 특별한 실시예에서, 상기 매트릭스 기본 재료의 고화 동안 변환 반응이 이루어진다. 이 경우, 모노머 또는 올리고머가 중합될 수 있다. 에너지 도입 하에서, 경우에 따라 상응하는 환경에서 고체의, 광학적으로 투명한 매트릭스를 야기하는 많은 다른 반응들이 가능하다. 여기서, 실리콘 또는 아연의 산화는 예시이다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 다른 실시예에서, 매트릭스 기본 재료와 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과의 혼합 및/또는 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬의 단계에 의해, 고화된 매트릭스 내에서 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 분포 프로파일이 결정된다. 전술한 바와 같이, 일반적으로 복굴절 컴포넌트들의 균일한 분포가 추구된다. 그러나, 비균일한 분포 프로파일을 실시하는 것도 가능하므로, 소정 용도가 이를 필요로 하는 경우 복굴절 바디 내부에서 복굴절 특성이 변조될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 복굴절 바디로서 석영 및 방해석 판의 사용에 대한 추가의 자유도를 제공한다.

광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트들의 정렬 또는 매트릭스 기본 재료의 고화를 실시할 수 있는 다양한 가능성이 있다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 일 실시예에서, 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및/또는 매트릭스의 고화가 레이저 및/또는 전기장 및/또는 자기장에 의해 이루어진다. 상기 전기장 및/또는 자기장은 매트릭스 기본 재료와 복굴절 컴포넌트들로 이루어진 혼합물의 외부에서 자석 또는 전극이 상기 혼합물의 바로 근방에 배치됨으로써, 상기 혼합물이 전기장 및/또는 자기장의 작용 범위에 있도록 형성된다. 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및/또는 매트릭스의 고화를 위해 레이저의 사용시, 재료는 큰 면에서 또는 매트릭스의 소정 내부 구조를 결정하는 규정된 패턴을 이용해서, 레이저의 광으로 처리된다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 다른 실시예에서, 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및/또는 매트릭스의 고화는 플러드(flood) 노출에 의해 이루어진다. 여기서, 플러드 노출은 소정 영역만을 조명하기 위한 마스킹 장치를 사용하지 않으면서 또는 챔버 내에 그리고 노출될 재료 내에 간섭 평면이 형성되지 않으면서, 전체 혼합물이 균일하게 그리고 동시에 조명되는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및/또는 매트릭스의 고화가 2 빔 또는 다수 빔 간섭 노출에 의해 이루어진다. 이는 노출 동안 각각 코히어런트 광과 인코히어런트 광이 사용되는 2개의 상이한 노출에 의해 이루어지므로, 각각 주기적 구조가 2개의 방향에서 형성된다.

2 빔 또는 다수 빔 간섭이 예를 들면 높은 투여량을 가진 장소에서 중합 반응을 일으키는 공간적 간섭 패턴을 형성할 수 있다. 격자의 주기적 구조는 복굴절 컴포넌트의 방향 설정을 가능하게 한다.

공간적 간섭 패턴은 저장된 컴포넌트들의 분리를 직접 야기할 수 있다. 상기 분리의 고정은 예를 들면 평면의, 인코히어런트 UV 노출에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 광의 방사선 장과의 상호 작용에 의해 금속 나노 입자들이 적은 투여량을 가진 영역 내로, 즉 간섭 패턴의 어두운 영역 내로 이동된다. 유도된 영구 쌍극자는 간섭 패턴에서도 공간적으로 정렬될 수 있다.

상기 노출 방법의 이용시 본 발명에 따른 방법의 특별한 실시예에서 일종의 "마스터"를 이용한 노출 단계가 이루어진다. 여기서는 어떤 위치에서 매트릭스 기본 재료와 복굴절 컴포넌트들의 혼합물이 노출에 의한 에너지 도입을 수행해야 하는지를 미리 정하는, 형성될 부피 격자와 동일한 격자 주기를 가진 마스크로서 사용되는 부피 격자가 다루어진다. 예를 들면 마스터 격자가 평면파로 조명되고 이것이 약 50%의 회절 효율에 대해 설계되면, 제로 및 제 1 회절 차수는 상기 마스터 격자 후방에서 출력 혼합물을 노출하기에 적합한 큰 콘트라스트를 가진 간섭 패턴을 발생시킨다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 특별한 실시예는 하기 단계들을 포함한다:

- (홀로그래픽) 부피 격자 재료는 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과 균일하게 혼합된다. 부피 격자 재료의 선택시, 광을 회절시키는 그밖의 통상의 방식에서 격자의 광학 효율은 중요하지 않은 반면, 회절은 방해받지 않아야 한다. 물론, 상기 방식으로 공지된 재료의 사용은 복굴절 컴포넌트의 공간적 정렬 및 매립을 위한 정렬 매트릭스로서 또는 방향 설정 및 저장 골격으로서 사용되는 적절한 부피 격자 매트릭스를 형성하기 위해 공지된 방법을 사용하는 것을 허용한다.

- 사용된 광의 모든 파장에 대해 비회절 방식으로 형성된, 즉 광학적으로 인액티브한 부피 격자를 야기하는 주기를 가진 2 빔 또는 다수 빔 간섭 노출에 의해, 동시에 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되고 부피 격자 재료가 고화되며, 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 이 때 생긴, 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스 내에서 동일한 방식으로 졍렬되어 고정된다. 상기에 인용된, 공지된 재료들은 회절이 일어나지 않는 방식으로 사용된다: 부피 격자가 통상의 방법으로 노출됨에도 불구하고, 상기 부피 격자는 사용된 광의 파장, 경우에 따라 가시광선의 전체 파장 범위의 파장과 관련해서, 그리고 사용된 광의 입사 방향과 관련해서 노출 방향 및 격자 주기의 선택에 의해 비회절 방식으로 형성된다. 따라서, 어떤 경우에도 브래그 회절 조건이 충족되지 않는다. 이렇게 형성된 부피 격자는 회절의 의미에서 광학적으로 인액티브하고 인공 유전체를 형성한다. 그러나, 부피 격자는 이 격자 내에 분포되며 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된 복굴절 컴포넌트를 포함하고, 상기 컴포넌트들은 이렇게 형성된 바디에 복굴절 특성을 부여한다.

광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스는 총 체적의 약 50%일 수 있다. 매립된 컴포넌트들이 서로 인접하게 정렬되면, 총 체적 중 정렬 매트릭스로서 사용되는 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스의 양이 25% 미만으로 될 수 있다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 특별한 실시예에서, 중합 가능한, 비대칭 모노머 및/또는 올리고머를 포함하는 부피 격자 재료가 2 빔 또는 다수 빔 간섭에 의해 노출되고 중합된다.

또한, 본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 광학적으로 이방성 재료의, 액정을 포함하는 컴포넌트들이 사용된다. 액정은 복굴절의 기능을 수행한다. 또한, 액정은 추가로 사용되는 제어 또는 조절 소자에 의해 복굴절 특성이 변화되어야 하면 비교적 쉽게 영향을 받을 수 있다.

상기 실시예의 다른 장점은 표면에 대해 경사지게 놓인 분자들에서 액정 모노머, 액정 올리고머 또는 액정 폴리머의 정렬 및/또는 자외선의 전기장에서 액정 모노머, 액정 올리고머 또는 액정 폴리머의 정렬과 더불어, 높은 방향성 편광으로 더 두꺼운 층들을 정렬하는 것을 허용하는 조치가 제공된다는 것이다.

본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조 방법의 다른 실시예에서, 복굴절 컴포넌트들 내에 포함된 액정은 에너지 도입에 의해 중합될 수 있다. 경우에 따라, 이는 특히 제조될 바디의 복굴절 특성에 직접 영향을 주는 광축의 위치와 관련해서 상기 컴포넌트들의 공간적 정렬의 더 나은 고정을 허용한다.

본 발명의 사상을 바람직하게 실시하고 개선할 수 있는 및/또는 상기 실시예들을 가능한 한 서로 조합할 수 있는 여러 가지 가능성이 있다. 이에 대해서는 한편으로는 청구항 제 1 항, 제 8 항 또는 제 18 항에 후속하는 청구항들 및 다른 한편으로는 도면을 참고로 하는 본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명이 참고된다.

도면을 참고로 하는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 관련해서, 사상의 일반적으로 바람직한 실시예 및 개선예가 설명된다.

도 1은 차례로 이루어지는 노출을 이용한 2개의 정렬 구조의 형성에 의해 본 발명에 따른 복굴절 바디의 제조를 나타낸 사시도.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 차례로 이루어지는 노출을 이용한 2개의 정렬 구조의 형성을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는 평판을 구비한 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 측면도.
도 4a 및 도 4b는 경로 차이 없는 빔 결합을 위한 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 평면도 및 측면도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 사용시 상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소의 빔 결합의 3가지 가능한 변형예의 개략도(하나의 평면으로 투영도 및 개략적인 평면도).
도 6a 및 도 6b는 사용된 상이한 파장, 예를 들면 적-녹-청(RGB)에 대한 경로 차이 없는 그리고 분산 없는 또는 분산이 적은 빔 결합을 위한 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리의 평면도 및 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 편광 소자의 원리 및 작용 방식을 나타낸 개략도.

복굴절 바디의 제조를 위해, 매트릭스 재료로서 홀로그래픽 부피 격자 재료, 예를 들면 충분히 액상인 포토폴리머 혼합물(예를 들면 하기 생성물의 전구 물질, DuPont: HRF, Omnidex;Bayer Material Science:HX), PMMA, PVA 또는 우레탄-아크릴레이트 기반의 포토폴리머-혼합물, 또는 특히 프리-폴리머 PN393(Merk) 및 1,1,1,3,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올-아크릴레이트(Sigma-Aldrich)를 포함하는 혼합물이 광학적으로 이방성의, 복굴절 재료의 컴포넌트로서 액정 LC, 예를 들면 E7, E8, E49, TL205(Merk)를 포함하는 컴포넌트들과 균일하게 혼합된다. WO 2011/054792 A1에는 사용 가능한 홀로그래픽 체적 재료, 즉 포토폴리머-혼합물의 조성이 개시된다.

그리고 나서, 사용된 광의 모든 파장에 대해 비회절 방식으로 형성된, 즉 광학적으로 인액티브한 부피 격자를 야기하는 방향과 주기를 가진, 서로 독립적인 그리고 서로 인코히어런트의 2개의 간섭 노출(E1 및 E2)에 의해, 동시에 액정( LC)을 포함하는 컴포넌트들이 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되고, 부피 격자 재료가 중합된다. 이 경우, 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 이때 생기는 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스에 동일한 방식으로 정렬되어 고정된다.

도 1에 도시된 제 1 노출(E1) 동안, 관찰된 체적 내로 주기적 구조가 노출된다. 이 경우 중합에 의해 생긴 평면들은 P1으로 표시된다. 주기는 노출 파장의 감소에 따라 그리고 기록 빔들 사이의 각의 증가에 따라 줄어든다. 평면(P1)의 경사 위치는 기록 빔들의 중앙 이등분선에 의해 결정된다. 제 2 노출(E2) 동안, 관찰된 체적 내로 추가의 주기적 구조가 노출된다. 이때 중합에 의해 생긴 평면들은 P2로 표시된다. 예를 들면 2개의 서로 인코히어런트 레이저가 사용되는 경우, 2개의 노출(E1 및 E2)이 동시에 이루어진다.

도 2는 연속해서 이루어지는 노출(E1 및 E2)에 의해 2개의 정렬 구조의 평면들(P1 및 P2)의 형성을 평면도로 도시하고, 제 1 노출(E1)은 도 2a에 도시된 제 1 평면(P1)을 형성하고, 제 2 노출(E2)은 도 2b에 도시된 제 2 평면(P2)을 형성하며, 상기 평면들은 도 2c에 도시된 총합 정렬 구조, 즉 회절의 의미에서 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)를 형성한다.

상기 노출은 회절의 의미에서 광학적으로 액티브한 부피 격자를 실시하는 노출에 비해 훨씬 더 간단히 실시될 수 있는데, 그 이유는 상기 노출에 대한 요구 조건이 더 적어지기 때문이다. 액정(LC)을 포함하는 복굴절 컴포넌트들은 부피 격자 매트릭스(VG)에서 방향 설정되고, 상기 매트릭스는 동시에, 액정(LC)을 포함하는 컴포넌트들이 상기 소정의 방향 설정으로 영구적으로 고정되는 저장 골격으로서 사용된다. 이로 인해, 상기 본 발명에 따른 복굴절 바디는 더 큰 치수 및 특히 두께(d)로 실시될 수 있다.

이렇게 형성된 부피 격자(VG)는 회절의 의미에서 광학적으로 인액티브하며 투명하고, 인공 유전체를 형성한다. 그러나, 상기 부피 격자는 격자 내에 분포되며 공간적으로 동일한 방식으로 정렬된, 복굴절 액정(LC)을 포함하는 컴포넌트들을 포함하고, 상기 컴포넌트들은 이렇게 형성된 바디에 복굴절 특성을 부여한다.

회절의 의미에서 광학적으로 인액티브한 투명한 부피 격자 매트릭스(VG) 내에 고정적으로 매립된, 동일한 방식으로 정렬된, 복굴절 액정(LC)을 포함하는 컴포넌트들을 포함하는 상기 방법에 의해 제조된, 본 발명에 따른 복굴절 바디는 복굴절 평판(SP) 내에 포함되며, 상기 평판은 복소값 화소를 형성하기 위해 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리(BC)에 사용된다. 이러한 광학 빔 결합 어셈블리(BC)의 일부가 도 3에 측면도로 도시된다. 광학 빔 결합 어셈블리(BC)는 화소(Pi1 및 Pi2)의 배치를 가진 광 변조 장치(공간 광 변조기; Spatial Light Modulator; SLM), 상기 광 변조 장치(SLM)의 화소(Pi)의 일부의 광의 편광 방향을 바꾸는, 구조화된 반파장 플레이트(Half Wave Plate), 복굴절 평판(SP), 및 분석기로서 사용되는 45°편광기(WGP)를 포함한다. 구조화된 반파장 플레이트(HWP)는 광 변조 장치(SLM)의 화소(Pi)를 포함하는 열 및 행의 크기에 실질적으로 의존하는 구조를 갖는다.

도 3에 도시된 뷰 평면에 대해 수직으로 놓인, 복굴절 바디를 포함하는 복굴절 평판(SP)의 격자 평면(P1)의 격자 경사각(γ)은 43°이고, 여기서 격자 경사각(γ)은 복굴절 평판(SP)의 베이스에 대한 격자의 경사를 나타낸다. 상기 뷰 평면에 대해 평행한 격자 평면(P2)에 대해, 상기 격자 경사각은 90°이다. 2개의 방향에서 격자의 주기는, 가시광선의 모든 파장에 대해 회절이 배제되도록 선택된다. 복굴절 바디를 포함하는 평판(SP)의 두께(d)는, 상이한 편광의 2개의 화소(Pi1, Pi2)의 파동장이 복굴절 평판(SP)의 통과 후에 결합되어 하나의 복소값 화소(PK)를 형성할 수 있도록, 즉 특별한 빔(평행하게 편광된 광: TM)이 복굴절 평판(SP)의 통과시 하나의 화소 폭만큼 측방으로 변위됨으로써, 상기 복굴절 평판(SP)으로부터 출력 후에 보통의 빔(수직으로 편광된 광: TE)에 의해 간섭될 수 있도록 선택된다. 서로 간섭하는 빔들의 전파 방향은 실질적으로 동일하다.

빔 경로의 대칭화가 바람직하거나 또는 필요한 용도가 있다. 목적은 특히 2개의 빔 경로가 이들을 측방으로 변위시키는 광학 매체의 통과 후에 하나의 규정된 위치에서 간섭해야 하는 경우 2개의 빔 경로의 광 경로 차이(optical path difference: OPD)를 광학 매체에 의해 막는 것이다. 이는 적은 시간적 코히어런스의 광으로 또는 빔 경로의 측방 변위에 맞지 않게 조정된 공간적 코히어런트를 가진 광으로 작동될 수 있거나 작동되어야 하는 장치에 바람직하다. 광학 경로 차이를 막는 대칭화는 공간 광 변조 장치(SLM)의 화소(Pi)와 같은 변조기 셀 전방에서, 즉 프런트 광 또는 후면 광(front light or back light BL) 조명 유닛에서 이루어질 수 있다.

물론, 상기 대칭화는 상기 광 변조 장치(SLM)의 평면 후방에서, 즉 예를 들면 원거리 영역(far field)에서도 실시될 수 있다. 이는 광학 빔 결합 어셈블리(BC)에 사용된다.

도 4a 및 도 4b는 서로 90°회전된, 본 발명에 따른 바디를 포함하는 2개의 복굴절 평판(SP1, SP2)을 포함하는, 상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소(Pi1, Pi2)의 실질적으로 경로 차이 없는 광학 빔 결합을 위한 상기 어셈블리의 가능한 변형예를 개략도로 도시한다. 상기 평판들은 각각 면 법선에 대해 약 45°의 광축을 갖는다. 도 4a는 평면도를 도시하는 한편, 도 4b는 측면도를 도시한다. 제 1 복굴절 판(SP1)에 의해 제 1 파동장이 측방으로 이동되며, 제 2 복굴절 판(SP2)에 의해 제 2 파동장이 측방으로 이동됨으로써, 어셈블리의 방출 평면에서 파동장들의 결합이 이루어지는 것이 도시된다. 파동장들은 바람직하게 서로 센터링되고, 하나의 공통 방향으로 전파된다. 2개의 수직으로 편광된, 센터링된 그리고 동일한 방향으로 전파된 파동장의 간섭성을 가능하게 하기 위해, 어셈블리의 출력에는 편광 필터(WGP)가 장착된다.

입력 편광으로서 예를 들면 TE 및 TMP 편광이 사용되며, TM 편광된 빔이 제 1 복굴절 평판(SP1)에 대해 특별한 힘을 형성하는 한편, TE 편광된 빔이 제 1 복굴절 평판(SP1)에 대해 보통의 빔을 형성하면, TM 편광된 빔의 포인팅 벡터는 측방으로 이동되지만, TE 편광된 빔의 포인팅 벡터는 이동되지 않는다. 빔 입사 면의 면 법선을 중심으로 처음 90 °만큼 회전된 상태로 제 2의 동일한 방식의 복굴절 평판(SP2)의 배치는 복굴절 재료의 관찰된 광축에 대한 방향 설정과 관련해서 TE 및 TM 편광을 바꾼다. 즉, 제 1 복굴절 평판(SP1)의 통과시 이동되지 않았던 빔은 이제 제 2 복굴절 평판(SP2)에서 이동되고, 제 1 복굴절 평판(SP1)에서 이동되었던 빔은 이제 측방 이동 없이 제 2 복굴절 평판(SP2)을 통과한다. 제 1 SP1에 대해 90°만큼 제 2 복굴절 평판(SP2)의 회전은 TE 및 TM 편광된 빔에 적용된 동작, 즉 이 경우 수직 방향으로 이루어진 이동을 바꾼다.

이동을 바꾼 상태는 제 2 복굴절 평판(SP2)의 180°회전에 의해, 2개의 동일한 방식으로 복굴절된 평판(SP1, SP2) 사이에 구조화되지 않은 반파장 플레이트가 제공됨으로써 달성될 수 있다. 이 경우, 2개의 이동 - 각각 전체량의 1/2 - 은 동일한 평면에서 반대 방향으로, 즉 차례로 이루어진다. 사용될 부품의 감소의 의미로, 추가의 반파장 플레이트를 필요로 하지 않는 어셈블리가 바람직하다. 따라서, 이 어셈블리는 여기서 수식적으로 표시되지 않는다.

도 5a 내지 도 5c는 빔의 전파 방향으로 투영된 전방 F 및 측면 S의 뷰에서 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리(BC)의 사용시 상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소(Pi1), (Pi2)의 빔 결합의 3개의 가능한 변형예를 개략도로 도시한다. 빔 결합 어셈블리(BC)는 하나 또는 2개의 서로 회전된, 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는, 결합될 위상 화소들(Pi1 및 Pi2)을 포함하는 광 변조 장치(SLM)의 평면 후방에 배치된 복굴절 평판(SP1) 및/또는 (SP2)을 포함한다. 상기 평판들은 각각 면 법선에 대해 약 45°의 광축을 갖는다. 편광 필터(WGP)는 이 경우 2개의 출력 편광을 위해 45°회전되어 배치된다. 도 5a 내지 도 5c에는 화소들(Pi1 및 Pi2)의 위치와 더불어, 분석기, 즉 (도시되지 않은) 편광 필터 전방에서 개별적인 및 결합된 화소(PK)의 편광이 도시된다.

도 5a의 경우, 광학 빔 결합 어셈블리(BC)는 복굴절 평판(SP)만을 포함한다. 상기 어셈블리는 도 3에 도시된 빔 결합 어셈블리(BC)에 상응한다. 제 1 화소(Pi1)의 파면은 편향 없이 복굴절 평판(SP)을 통과하는 반면, Pi1에 대해 수직으로 편광된 화소(Pi2)의 파면은 복굴절 평판(SP)의 통과시 편향된다. 복굴절 평판(SP)의 두께(d)가 적절하게 선택되면, 화소(Pi1 및 Pi2)의 파면이 빔 결합 어셈블리(BC)의 통과 후에 결합되어 하나의 복소값 화소(PK)를 형성하고, 상기 복소값 화소는 전방으로부터 투영시 제 1 화소(Pi1)의 지점에 배치된다. 그러나, 광학 빔 결합의 상기 변형예에서는 광학 경로 차이가 있다.

이에 반해, 도 5b의 경우 상기 광학 빔 결합 어셈블리(BC)는 면 법선을 중심을 서로 180°만큼 회전된 2개의 복굴절 평판(SP1, SP2)을 포함하고, 2개의 복굴절 평판(SP1, SP2) 사이에 구조화되지 않은 반파장 플레이트가 배치된다.

이로 인해, 2개의 화소(Pi1 및 Pi2)의 파면들은 전술한 바와 같이 편향되고, 결과하는 복소값 화소(PK)는 전방으로부터 투영시 2개의 화소(Pi1, Pi2) 사이의 1/2 간격에 배치된다. 이 경우, 빔 결합은 실질적으로 경로 차이 없이 이루어지는데, 그 이유는 2개의 화소의 파동장이 동일한 거리를 커버해야 하기 때문이다.

도 5c의 경우, 2개의 복굴절 평판들(SP1 및 SP2)은 서로 면 법선을 중심으로 90°만큼 회전되어 있다. 이는 도 4a 및 도 4b의 광학 빔 결합 어셈블리(BC)에 상응한다. 이로 인해, 2개의 복굴절 평판들(SP1 및 SP2)은 각각 ｜s_x｜= ｜s_y｜=｜s_l｜의 측방 오프셋을 도입하며, 이 경우 2개의 판에 의해 도입된 오프셋 s_x 및 s_y 은 서로 수직으로 이루어진다. 따라서, 상대 오프셋은

2개의 복굴절 평판들(SP1, SP2)의 상기 어셈블리는, 2개의 화소(Pi1, Pi2)의 위상 값들을 결합하여 위상 및 세기가 자유로이 선택될 수 있는 하나의 복소 화소를 형성하기 위해, 광학 빔 결합 어셈블리(빔 결합기(beam combiner: BC))로서 사용될 수 있다. 결합될 화소들(Pi1, Pi2)은 더 이상 종래의 방식으로 직접 나란히 놓이지 않고, 2개의 방향 x 및 y 에서 ｜s_x｜= ｜s_y｜=｜s_l｜ 만큼, 그에 따라 합해서 대각선으로

만큼 오프셋된다.

상기 어셈블리는 s₂ 에 대해 수직인 방향에 대해 광의 약간 경사 입사의 경우에 구조상 동일한 복굴절 평판들(SP1, SP2) 및 ｜s_x｜= ｜s_y｜=｜s_l｜의 조건 하에서 2개의 빔 경로에 대해 동일한 길이로 유지되는 상대 광 경로를 야기하므로, 2개의 빔의 광 경로 차이는 제로를 유지한다. 따라서, 빔 결합의 방향에 대해 수직으로 약간의 각 에러는 2개의 결합될 위상 화소 사이에 주어지는 상대 화소 위치와 관련해서 보상된다.

도 6a 및 도 6b는 서로 90°회전된, 본 발명에 따른 바디를 구비하고 부분 평판(SP1T1, SP1T2, SP2T1, SP2T2)을 구비한 2개의 복굴절 평판들(SP1, SP2)을 포함하는, 사용된 상이한 파장, 예를 들면 적-녹-청(RGB)에 대한 상이한 방향 설정의 2개의 결합될 위상 화소(Pi1, Pi2)의 실질적으로 경로 차이 없는 그리고 분산 없는 또는 분산이 적은 광학 빔 결합을 위한 어셈블리의 가능한 변형예를 개략도로 도시한다. 여기서, 복굴절 평판들(SP1, SP2)은 각각 평면도(도 6a) 및 측면도(도 6b)로 볼 때 면 법선에 대해 약 45°의 광축을 갖는다.

본 발명에 따른 빔 결합 어셈블리(BC)의 상기 바람직한 실시예는 2개의 복굴절 평판들(SP1, SP2)을 포함하고, 상기 복굴절 평판들(SP1, SP2)은 각각 본 발명에 따른 복굴절 바디를 포함하는 2개의 복굴절 부분 평판(SP1T1, SP1T2 및 SP2T1, SP2T2)의 스택을 포함하며, 상기 부분 평판 중 부분 평판(SP1T1 및 SP2T1)은 네거티브 분산을 가능하게 하고, 부분 평판(SP1T2 및 SP2T2)은 포지티브 분산을 가능하게 한다. 전술한 바와 같이, 제 1 절반 단계에서 상기 빔 결합 어셈블리(BC)의 통과시 3개의 상이한 파장의 파동장의 측방 이동은 네거티브 분산의 본 발명에 따른 복굴절 부분 평판(SP1T1)에서 이루어지고, 제 2 절반 단계에서는 포지티브 분산의 본 발명에 따른 복굴절 부분 평판(SP1T2)에서 이루어진다. 이로 인해, 3개의 색에 대해 도입되는 이동이 서로 약간의 편차만을 갖는다. 제 2 복굴절 평판(SP2)은 네거티브 분산의 복굴절 부분 평판(SP2T1) 및 포지티브 분산의 복굴절 부분 평판(SP2T2)을 가진 스택을 포함하고, 상기 부분 평판들은 복굴절 부분 평판들(SP1T1, SP1T2)의 스택에 대해 90°회전되어 배치된다. 여기서도, 상이한 파장에 대해 발생하는 상이한 분산이 2개의 부분 평판(SP2T1, SP2T2)의 통과 후에 다시 제거되거나 또는 적어도 거의 제거된다. 따라서, 상기 빔 결합 어셈블리(BC)에 의해, 2개의 복굴절 평판들(SP1, SP2)의 통과 후에 상이한 편광의 2개의 인접한 화소들(Pi1, Pi2)의 3색 적-녹-청의 파동장이 실질적으로 분산 없이 또는 분산이 적게 그리고 경로 차이 없이 결합되어 하나의 복소값 화소(PK)를 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 복굴절 바디는 또한 상기 상태에서 편광 소자(WGP)로서 사용될 수 있다. 상기 소자는 본 발명에 따른 광학 빔 결합 어셈블리 내에서 상기 광학 결합 어셈블리와 무관하게 사용될 수 있다. 도 7은 금속 나노 입자 또는 탄소 나노 튜브 CNT가 매립된 복굴절 바디를 포함하는 본 발명에 따른 편광 소자(WGP)의 원리 및 작용 방식을 설명한다. 상기 입자 CNT의 내부에서, 전하 캐리어의 충분한 이방성의 이동도가 허용된다. 이로 인해, 전자가 금속 나노 입자 또는 탄소 나노 튜브 CNT의 전하 캐리어의 이동도에 대해 평행하게 진동하는 TM 파동장은 높은 상호 의존성을 갖고 반사된다. 전자가 금속 나노 입자 또는 탄소 나노 튜브 CNT의 전하 캐리어의 이동도에 대해 수직으로 진동하는 TE 파동장은 낮은 상호 의존성을 가지며 상기 편광 소자(WGP)를 통과할 수 있다.

끝으로, 전술한 실시예들은 청구된 사상을 설명하기 위해서만 사용되며, 상기 사상이 실시예에 제한되지 않는다. 특히, 전술한 실시예들은 가능하다면 서로 조합될 수 있다.

BC 빔 결합 어셈블리
CNT 탄소 나노 튜브
LC 액정
Pi 화소
PK 복소값 화소
SLM 광 변조 장치
SP 평판
VG 부피 격자
WGP 편광 소자

Claims (36)

1. 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디에 있어서,
   상기 광학적으로 이방성 재료의 상기 컴포넌트들은 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)를 포함하는 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치되고, 상기 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)는 사용된 광의 모든 파장 및 입사각에 대해 비회절(non-diffractive)하도록 설계되는 것인 복굴절 바디.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 상기 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 고정적으로 매립되는 것인 복굴절 바디.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 자신들의 복굴절 특성과 관련해서 제어 또는 조절 소자에 의해 변화될 수 있는 것인 복굴절 바디.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)는 2 빔 또는 다중 빔 간섭 노출에 의해 생성된 폴리머에 의해 형성되는 것인 복굴절 바디.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적으로 투명한 매트릭스의 재료 또한 복굴절 특성을 갖는 것인 복굴절 바디.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 내에 매립된 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 중합 가능한 모노머 및 올리고머 중 적어도 하나를 포함하는 것인 복굴절 바디.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적으로 투명한 매트릭스의 재료 및 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 복굴절이 최대화되며 산란광의 부분이 최소화되도록 선택되는 것인 복굴절 바디.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들은 공간적으로 주기적으로 동일한 방식으로 정렬되어 상기 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치되는 것인 복굴절 바디.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들은 상기 복굴절 바디의 동일한 영역에 복수의 규정된 방향으로 배치되고, 그 굴절률 타원체들이 의도된 방식으로 공간 내에서 중첩되는 것인 복굴절 바디.
10. 편광 소자(WGP)에 있어서, 상기 편광 소자는 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들을 갖는 복굴절 바디를 가지거나, 또는 제 1 항에 따른 복굴절 바디를 갖고, 상기 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들은 금속 특성을 갖는 것인 편광 소자.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들은 금속 특성을 가진 탄소 나노 튜브(CNT) 및 타원형 금속 나노 입자 중 적어도 하나를 포함하는 것인 편광 소자.
12. 화소들(Pi)의 배치를 가진 광 변조 장치(SLM), 광학 지연 소자(HWP), 복굴절 평판(SP) 및 편광 소자(WGP)를 포함하는, 복소값 화소를 생성하기 위한 광학 빔 결합기(BC)에 있어서,
    상기 복굴절 평판(SP)은 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성, 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디를 가지거나, 또는 제 1 항에 따른 복굴절 바디를 갖고, 그 두께(d) 및 다른 특성 중 적어도 하나는, 상기 복굴절 평판(SP)의 통과 후에 하나의 복소값 화소(PK)를 형성하기 위해 상이한 편광을 갖는 2개의 화소(Pi1, Pi2)의 파동장들이 결합될 수 있도록 설계되는 것인 광학 빔 결합기(BC).
13. 제 12 항에 있어서, 상기 복굴절 바디는, 상기 복굴절 바디의 조명이, 사용된 광의 모든 파장에 대해 비회절 방식으로 실행될 수 있도록, 격자 주기(Λ) 및 격자 경사각(γ)을 갖는 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)를 가진 매트릭스를 갖는 것인 광학 빔 결합기(BC).
14. 제 13 항에 있어서, 상기 복굴절 평판(SP)의 상기 격자 경사각(γ)은 30°내지 50°의 범위 내에 놓이는 것인 광학 빔 결합기(BC).
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 변조 장치(SLM)의 개별 색의 화소 간격들은 상기 복굴절 바디 내에서 그 파장의 측방 오프셋(s_i)에 따라 선택되는 것인 광학 빔 결합기(BC).
16. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 빔 결합기(BC)는, 상기 복굴절 평판(SP)에 대해 사용된 광의 입사각을 그 파장에 따라, 빔 오프셋이 상기 빔 결합기(BC)의 통과 시에 모든 파장에 대해 일정하게 남아있도록 조정하는 수단을 포함하는 것인 광학 빔 결합기(BC).
17. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 빔 결합기(BC)는 크로매틱 아포다이제이션 필터 조리개를 포함하는 것인 광학 빔 결합기(BC).
18. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 빔 결합기(BC)는 추가의 복굴절 평판(SP)을 포함하고, 상기 추가의 복굴절 평판(SP)은 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성, 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디를 가지거나, 또는 제 1 항에 따른 복굴절 바디를 갖고, 복굴절 평판들(SP1, SP2) 둘 다는, 상이한 편광을 갖는 2개의 인접한 화소(Pi1, Pi2)의 파동장들이 상기 복굴절 평판들(SP1, SP2) 둘 다를 통과한 후에 하나의 복소값 화소(PK)를 형성하도록 실질적으로 경로 차이 없이 결합될 수 있도록 그 두께(d)가 설계되고, 그 면 법선을 중심으로 서로 회전되어 배치되는 것인 광학 빔 결합기(BC).
19. 제 18 항에 있어서, 제 1 복굴절 평판(SP1) 및 제 2 복굴절 평판(SP2)은 적어도 2개의 복굴절 부분 평판들(SP1T1, SP1T2,...,SP2T1, SP2T2,...)의 스택을 포함하고, 각각의 경우에 적어도 하나의 부분 평판은 네거티브 분산을 가능하게 하고, 각각의 경우에 적어도 하나의 부분 평판은 포지티브 분산을 가능하게 하는 것인 광학 빔 결합기(BC).
20. 제 18 항에 있어서, 제 2 복굴절 평판(SP2)이 제 1 복굴절 평판(SP1)에 대해 그 면 법선을 중심으로 90°만큼 회전되어 배치되는 것인 광학 빔 결합기(BC).
21. 제 18 항에 있어서, 제 2 복굴절 평판(SP2)이 제 1 복굴절 평판(SP1)에 대해 그 면 법선을 중심으로 180°만큼 회전되어 배치되고, 상기 제 1 복굴절 평판(SP1)과 상기 제 2 복굴절 평판(SP2) 사이에 구조화되지 않은 반파장 플레이트가 추가로 배치되는 것인 광학 빔 결합기(BC).
22. 제 18 항에 있어서, 상기 복굴절 평판들(SP1, SP2)은 복수의 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들을 가진 복굴절 바디를 포함하고, 그 굴절률 타원체들이 적어도 2개의 상이한 크기의 주축을 갖는 것인 광학 빔 결합기(BC).
23. 제 12 항에 있어서, 상기 광학 지연 소자(HWP)는 공간적으로 동일한 방식으로 정렬되어 광학적으로 투명한 매트릭스 내에 매립되어 배치된, 광학적으로 이방성 복굴절 재료의 컴포넌트들을 포함하는 복굴절 바디를 가지거나, 또는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 복굴절 바디를 갖는 것인 광학 빔 결합기(BC).
24. 제 12 항에 있어서, 상기 광학 빔 결합기(BC)는 제 10 항 또는 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 편광 소자(WGP)를 포함하는 것인 광학 빔 결합기(BC).
25. 복굴절 바디의 제조 방법에 있어서,
    매트릭스 기본 재료가 광학적으로 이방성, 즉 복굴절 재료의 컴포넌트들과 혼합되고,
    외부의 정렬 보조 수단의 도움 없이 외측 필드의 작용 및 매트릭스 기본 재료와의 상호 작용 중 적어도 하나에 의해 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 혼합물 내에서 공간적으로 동일하게 정렬되며,
    추가의 에너지 도입에 의해, 공간적으로 동일하게 정렬된 컴포넌트들을 포함한 상기 매트릭스 기본 재료가 고화됨으로써, 매립된, 공간적으로 동일하게 정렬된 컴포넌트들을 갖는 광학적으로 투명한 매트릭스가 얻어지고, 상기 광학적으로 투명한 매트릭스는 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)를 포함하고, 상기 광학적으로 인액티브한 부피 격자(VG)는 사용된 광의 모든 파장 및 입사각에 대해 비회절(non-diffractive)하도록 설계되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 매트릭스 기본 재료와 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 혼합 단계, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 단계, 및 상기 공간적으로 동일하게 정렬된 컴포넌트들을 포함한 상기 매트릭스의 고화 단계의 3개 단계 중에서 적어도 2개의 단계는 동시에 또는 부분적으로 일시적으로 동시에 이루어지는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 매트릭스 기본 재료의 고화 동안 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 상기 매트릭스 기본 재료 내에 고정되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
28. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 매트릭스 기본 재료가 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과 혼합되는 단계 및 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 정렬되는 단계 중 적어도 하나의 단계에 의해, 고화된 매트릭스 내의 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 불균일한 분포 프로파일이 결정되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
29. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및 상기 매트릭스의 고화 중 적어도 하나가, 레이저, 전기장 및 자기장 중 적어도 하나에 의해 이루어지는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
30. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및 상기 매트릭스의 고화 중 적어도 하나가 플러드 노출에 의해 이루어지는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
31. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들의 정렬 및 상기 매트릭스의 고화 중 적어도 하나가 2 빔 또는 다중 빔 간섭 노출에 의해 이루어지는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
32. 제 31 항에 있어서, 노출 단계가 마스터를 이용해서 이루어지는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
33. 제 31 항에 있어서,
    부피 격자 재료가 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들과 균일하게 혼합되고,
    사용된 광의 모든 파장에 대해 비회절하도록 설계된, 즉 광학적으로 인액티브하도록 설계된 상기 부피 격자(VG)를 야기하는 주기를 가진 2 빔 또는 다중 빔 간섭 노출에 의해, 일시적으로 동시에 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들이 공간적으로 동일하게 정렬되고, 상기 부피 격자 재료가 고화되며, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은, 이때 발생된 광학적으로 인액티브한 부피 격자 매트릭스 내에 동일한 방식으로 정렬되어 고정되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
34. 제 33 항에 있어서, 비대칭 모노머 및 올리고머 중 적어도 하나를 포함하는 중합 가능한 부피 격자 재료는 2 빔 또는 다중 빔 간섭에 의해 노출되며 중합되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
35. 제 33 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성 재료의 컴포넌트들은 액정(LC)을 포함하는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 액정(LC)은 에너지 도입에 의해 중합되는 것인 복굴절 바디의 제조 방법.

Images