KR20190007442A - 광학 필터 - Google Patents

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KR20190007442A
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존 에이 휘틀리
질 제이 브누아
토드 에이 발렌
케네스 엘 스미스
꾸앙레이 뚜
에드워드 제이 키벨
롤프 더블유 비에르나스
조던 디 휘트니
대니얼 제이 슈미트
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

편광기 및 가시광 차단 필터를 포함하는 광학 필터가 기술된다. 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고, 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키며, 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 가시광 차단 필터는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다.

Description

광학 필터
광학 필터는 상이한 파장들 또는 상이한 편광들의 광을 선택적으로 투과시키기 위해 활용될 수 있다. 광학 필터들은 검출기 시스템들과 같은 다양한 광학 시스템들에 유용하다.
본 발명의 일부 양태들에서, 편광기 및 가시광 차단 필터를 포함하는 광학 필터가 제공된다. 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다. 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키고, 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 추가로 구성된다. 가시광 차단 필터는 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 가시 파장 범위 내의 비편광된 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 가시광 차단 필터는 편광기를 통해 투과된 광이 가시광 차단 필터에 입사되도록 배치된다. 가시광 차단 필터는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다. 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위 각각을 포함하며, 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위의 80% 이상을 포함한다.
본 발명의 일부 양태들에서, 편광기를 포함하는 광학 필터가 제공된다. 편광기는 복수의 교번하는 중합체 층들을 포함하고, 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다. 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키고, 제2 원형 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 추가로 구성된다. 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1 및 제2 적외선 파장 범위들 각각을 포함한다.
본 발명의 일부 양태들에서, 광학 필터를 포함하는 광학 디바이스들 및 광학 시스템들이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 광학 필터들의 단면도들이다.
도 2a 및 도 2b는 직교 편광 상태들의 개략도들이다.
도 3은 파장의 함수로서 편광기를 통한 투과율의 개략도이다.
도 4는 파장의 함수로서 광학 필터를 통한 투과율의 그래프이다.
도 5 및 도 6은 파장의 함수로서 가시광 차단 필터들을 통한 투과율의 개략도들이다.
도 7은 노치 필터를 통한 투과율의 개략도이다.
도 8은 제1, 제2 및 제3 층을 포함하는 광학 필터의 단면도이다.
도 9는 패턴화된 지연기의 정면도이다.
도 10a는 광학 시스템의 개략도이다.
도 10b는 근적외선 광원으로부터의 광 출력 스펙트럼을 도시한다.
도 10c은 광학 시스템의 개략도이다.
도 11은 광학 디바이스 또는 시스템의 개략도이다.
도 12는 복수의 교번하는 제1 층들 및 제2 층들을 포함하는 필터의 단면도이다.
도 13은 가시광 차단 필터에 수직 입사각으로 비편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 14 및 도 15는 노치 필터에 각각 수직 입사각 및 50도 입사각으로 비편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯들이다.
도 16은 다층 가시광 차단 필터의 두께 프로파일을 나타낸 플롯이다.
도 17 및 도 18은 도 16의 가시광 차단 필터에 수직 입사각 및 50도 입사각으로 비편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯들이다.
도 19는 다층 노치 필터의 두께 프로파일을 나타낸 플롯이다.
도 20 및 도 21은 도 19의 노치 필터에 수직 입사각 및 50도 입사각으로 비편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯들이다.
도 22는 다층 반사 편광기의 두께 프로파일을 나타낸 플롯이다.
도 23은 도 22의 반사 편광기에 수직 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 24는 도 22의 반사 편광기에 수직 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 25는 도 22의 반사 편광기에 50도 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 26은 도 22의 반사 편광기에 50도 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 27은 광학 필터에 수직 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 28은 도 27의 광학 필터에 수직 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 29는 도 27의 광학 필터에 50도 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 30은 도 27의 광학 필터에 50도 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 31은 광학 필터에 수직 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 32는 도 31의 광학 필터에 수직 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 33은 도 31의 광학 필터에 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 34는 도 31의 광학 필터에 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 35는 광학 필터에 수직 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 36은 도 35의 광학 필터에 수직 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 37은 도 35의 광학 필터에 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 38은 도 35의 광학 필터에 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 39는 광학 필터에 수직 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 40은 도 39의 광학 필터에 수직 입사각으로 차단 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 41은 도 39의 광학 필터에 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
도 42는 도 39의 광학 필터에 대해 50도의 입사각으로 통과 축을 따라 편광된 광에 대한 투과율 대 파장의 플롯이다.
하기 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 다양한 실시 형태들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 도면은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다. 다른 실시 형태들이 고려되며 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적 의미로 해석되어서는 안 된다.
도 1a는 가시광 차단기(110) 및 편광기(114)를 포함하는 광학 필터(100)의 개략 단면도이다. 가시광 차단 필터(110)는 편광기를 통해 투과되는 광(140 또는 142)이 가시광 차단 필터(110)에 입사되도록 배치된다. 광(140)은 가시광 차단 필터(110) 및 편광기(114)에 수직 입사각으로 입사되는 반면, 광(142)은 가시광 차단 필터(110) 및 편광기(114)에 입사각 α(광선과 편광기에 대한 법선 벡터 사이의 각도)로 입사된다. 광(140)은 먼저 가시광 차단 필터(110)를 통해 그리고 이어서 도시된 바와 같이 편광기(114)를 통해 투과될 수 있거나, 또는 대안적으로, 광(140)은 먼저 편광기(114)를 통해 그리고 이어서 가시광 차단 필터(110)를 통해 투과될 수 있다. 어떠한 경우에도, 편광기(114)를 통과하는 광(140)은 일 측부 또는 타 측부 상의 가시광 차단기(110)에 입사된다. 예를 들어, 가시광 차단기(110) 및 편광기(114)는 서로 바로 인접할 수 있거나, 광학적으로 투명한 접착제로 함께 부착될 수 있거나, 또는 서로 인접하게 배치되고 에어 갭에 의해 분리될 수 있다. 광(140)은 수직 입사각으로 가시광 차단 필터(110)에 입사된다. 편광기(114)는 임의의 적합한 유형의 편광기일 수 있다. 예를 들어, 편광기(114)는 다층 광학 필름, 콜레스테릭 편광기, 와이어 그리드 편광기, 은 나노입자 편광기(나노입자 편광기들은 예를 들어, 본 발명과 모순되지 않는 한에 있어서 본 발명에 참고로 포함되는, 미국 특허 제7,622,157호(히라이(Hirai) 등)에 기술됨), 또는 하나 이상의 편광 염료들 또는 안료들을 함유하는 하나 이상의 층들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 1b는 가시광 차단기(110b) 및 편광기(114b)를 포함하는 광학 필터(100b)의 개략 단면도이다. 광학 필터(100b)는 가시광 차단기(110)와 편광기(114)가 바로 인접한 반면, 에어 갭이 가시광 차단기(110b) 와 편광기(114b)를 분리시키는 것을 제외하고는 광학 필터(100)와 유사하다. 일반적으로, 가시광 차단기 및 편광기는 이들이 공통 광학 경로에 있는 한 서로 임의의 관계로(예를 들어, 이격되어) 광학 필터 내에 배치될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 가시광 차단기 및 편광기는 광학 접착제로 함께 라미네이팅된다. 일부 실시 형태들에서, 가시광 차단기는 적합한 염료 및/또는 안료를 갖는 광학 접착제이다. 일부 실시 형태들에서, 편광기는 가시광 흡수 염료들 및/또는 안료들이 로딩된 하나 이상의 스킨 층들을 포함하는 다층 광학 필름이며, 스킨 층들은 가시광 차단 필터를 포함한다.
가시광 차단 필터(110)는 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 가시 파장 범위 내의 비편광된 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 가시 파장들은 400 nm 내지 700 nm의 파장들을 지칭한다. 가시광 차단 필터에 의해 차단되는 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위의 80% 이상을 포함하고, 일부 경우들에서, 400 nm 내지 700 nm의 전체 파장 범위를 포함하였다. 가시광 차단 필터는 광을 적어도 부분적으로 반사시킴으로써 그리고/또는 광을 적어도 부분적으로 흡수함으로써 광을 차단할 수 있다. 가시광 차단 필터(110)는 하나 이상의 염료들 또는 안료들을 갖는 하나 이상의 층들, 다층 광학 필름, 및 금속 코팅 중 하나 이상을 포함할 수 있다(예를 들어, 가시광 차단 필터(110)의 주 표면들 중 하나 또는 둘 모두는 금속 코팅을 포함할 수 있음). 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 필터 또는 컴포넌트는, 입사광의 출력의 주어진 분율 또는 백분율이 필터 또는 컴포넌트를 통해 투과되는 경우, 광의 주어진 분율 또는 백분율을 파장 및 편광으로 투과시킨다고 할 수 있다. 필터 또는 컴포넌트를 통해 투과되는 입사광의 출력의 분율 또는 백분율은 투과율로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60%를 투과시키는 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광에 대해 0.6 또는 60%의 투과율을 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 근적외선 광은 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위의 광을 지칭한다. 편광기(114)는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고, 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 편광기는 제2 편광 상태의 광을 적어도 부분적으로 흡수하고/하거나 적어도 부분적으로 반사할 수 있다. 편광기는 또한 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들은 각각 근적외선 파장 범위들로서; 즉, 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 700 nm 내지 2500 nm의 범위에 포함된다. 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들은 동일하거나 상이할 수 있으며 부분적으로 중첩될 수 있다. 가시광 차단 필터(110)는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다. 일부 실시 형태들에서, 가시광 차단 필터(110)는 또한 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키거나, 또는 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다.
광학 필터(100)는 친수성, 소수성, 이지 클린, 안티-포그(anti-fog), 표면 보호(내마모성 또는 내스크래치성) 및/또는 자가-치유 층들 또는 코팅들과 같은 하나 이상의 추가의 코팅들 또는 층들을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들이고, 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들이다. 도 2a는 z-축을 따라 전파되는 광에 대한 직교 선형 제1 및 제2 편광 상태들(211 및 213)을 개략적으로 도시한다. 전기장은 제1 편광 상태(211)에서 y-축을 따라, 그리고 제2 편광 상태(213)에 대해 x-축을 따라 편광된다. 도 2b는 z-축을 따라 전파되는 광에 대한 직교 원형 제1 및 제2 편광 상태들(215 및 217)을 개략적으로 도시한다. 제1 편광 상태(215)는 우측 편광 상태인 반면, 원형 편광 상태(217)는 좌측 편광 상태이다.
도 3은 본 발명의 광학 필터에 포함된 편광기의 투과 스펙트럼을 개략적으로 도시한다. 곡선(350)은 통과 상태로 기술될 수 있는 제1 편광 상태를 갖는 광에 대한 수직 입사각에서의 편광기를 통한 투과율이다. 통과 상태에서 비-수직 입사각(예를 들어, 50도 입사 각도)에 대한 편광기를 통한 투과율은 또한 곡선(350)에 의해 주어질 수 있거나 대략 곡선(350)에 의해 주어질 수 있다. 곡선(352)은 차단 상태로 기술될 수 있는 제2 편광 상태를 갖는 광에 대한 수직 입사각에서의 편광기를 통한 투과율이다. 곡선(354)은 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 광에 대한 편광기를 통한 투과율이다. 제1 및 제2 편광 상태들은 예를 들어 도 2a 및 도 2b에 도시된 것들과 같은 직교 편광 상태들이다. 곡선들은 도시의 단순화를 위해 낮은 투과율 값과 높은 투과율 값 사이의 급격한 변화들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 실시예에 도시된 바와 같이, 편광기를 통한 높은 투과율과 낮은 투과율 사이의 전이는 전형적으로 도 3에 개략적으로 도시된 것보다 더 점차적으로 발생한다.
근적외선 파장 범위들(361, 362, 363 및 364)이 도시되어 있다. 곡선(350)은 통과 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 광이 파장 범위들(361 및 364) 전체에 걸쳐 T2보다 큰 투과율을 갖고, 도시된 실시 형태에서, 또한 가시 범위 전체에 걸쳐 T2보다 큰 투과율을 갖는 것을 도시한다. 파장 범위들(361 및 364) 중 어느 하나는 편광기의 제1 적외선 파장 범위에 대응할 수 있고, 투과율 T2는 예를 들어 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 75% 이상, 또는 80% 이상일 수 있다. 도시된 실시 형태들에서, 파장 범위(364)는 700 nm 내지 2500 nm의 전체 근적외선 파장 범위이다. 다른 실시 형태들에서, 투과율은 이 범위의 일부분에 대해서만 T2를 초과한다. 예를 들어, 통과 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 광에 대한 투과율은 700 nm, 또는 800 nm, 또는 850 nm 내지 1100 nm, 또는 1200 nm, 또는 1300 nm, 또는 1600 nm의 파장 범위에 걸쳐 T2 이상일 수 있고, 이들 범위들 외부의 근적외선 파장들에 대해서는 T2 미만일 수 있다.
파장 범위(361)는 본 명세서의 다른 곳에서 추가로 기술되는 바와 같이 특정 응용에서 관심 파장 범위에 대응할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 광학 필터는 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역을 제공하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 100 nm 이하 또는 60 nm 이하의 전폭(full-width) 및 반치전폭(FWHM) 대역폭을 갖는 근적외선 노치(near infrared notch)를 향해 광학 필터를 통과하는 것을 허용하도록 근적외선 파장들을 제한하는 노치 필터를 광학 필터 내에 포함함으로써 달성될 수 있다. 노치 필터는 편광기 내에, 가시광 차단 필터 내에 포함될 수 있거나, 광학 필터 내의 별개의 컴포넌트 또는 층일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 편광기는 노치 필터 및 광대역 편광기를 포함하는데, 여기서 광대역 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제4 적외선 파장 범위(예를 들어, 적외선 파장 범위(364)에 대응함) 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된다. 일부 실시 형태들에서, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위(예를 들어, 적외선 파장 범위(361)에 대응함) 내의 비편광된 광의 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상을 투과시키도록 구성된다. 일부 실시 형태들에서, 노치 필터는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위(예를 들어, 적외선 파장 범위(361)에 대응함) 내의 광의 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상을 투과시키도록 구성된다.
곡선(352)은 차단 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 광에 대한 편광기를 통한 투과율을 제공한다. 이 투과율은 λ1 내지 λ2의 근적외선 파장 범위(362) 전체에 걸쳐 T1 미만이다. 근적외선 파장 범위(362)는 편광기의 제2 적외선 파장 범위이다. 편광기는 파장 범위(362)에서 낮은 투과율을 제공하는 블록 대역(365)을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 블록 대역(365)은 적외선 파장 범위(365)를 포함하는 1차 반사 대역이다. 그러한 실시 형태들에서, 반사 대역의 적어도 하나의 고조파(367)는 적어도 부분적으로 가시 파장 범위 내에 있다. 예를 들어, 파장 범위(362)는 900 nm로부터 1400 nm까지 연장될 수 있으며, 이 경우에 제2 고조파는 대략 450 nm로부터 700 nm까지 연장될 것이고, 제3 고조파는 300 nm로부터 약 467 nm까지 연장될 것이다. 이러한 경우들에서, 제2 고조파는 전체적으로 가시 범위 내에 있고, 제3 고조파의 일부분이 가시 범위 내에 있다. 적어도 하나의 고조파(367)는 가시광 차단 필터가 가시광을 차단하는 데 도움을 주는 가시 범위 내의 차단을 제공한다. 일부 실시 형태들에서, 가시광을 차단하기 위해 가시광 차단 필터에 염료 또는 안료가 사용되고, 일부 경우들에서, 적어도 하나의 고조파(367)에 의해 제공되는 가시광 차단으로 인해 더 적은 염료 또는 안료가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, T1은 30% 이하, 또는 25% 이하, 또는 20% 이하, 또는 15% 이하, 또는 10% 이하이다. 일부 실시 형태들에서, 파장 범위들(364 및 362) 중 하나 또는 둘 모두는 800 nm 내지 1600 nm이다. 일부 실시 형태들에서, 편광기의 제1 및 제2 적외선 파장 범위들은 동일하고, 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 적외선 파장 범위들은 상이하다. 일부 실시 형태들에서, (예를 들어, 파장 범위(361)에 대응하는) 편광기의 제1 적외선 파장 범위는 100 nm 미만, 또는 60 nm 미만의 폭을 가지며, 제2 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 1300 nm 또는 1600 nm이다.
라벨들 T1 및 T2가 사용되어 광학 필터의 다양한 컴포넌트들(예컨대, 편광기, 가시광 차단기, 또는 옵션적인 노치 필터) 또는 광학 필터 자체의 하부 및 상부 투과율 값을 나타낼 것이다. 각각의 경우에서, T2는 50% 이상, 또는 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 75% 이상 또는 80% 이상일 수 있고; T1은 30% 이하, 또는 25% 이하, 또는 20% 이하, 또는 15% 이하, 또는 10% 이하일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 예를 들어, 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 적외광에 대해 60% 이상의 광학 필터를 통한 투과율을 달성하기 위해, 편광기와 가시광 차단 필터 중 하나 또는 둘 모두는 77% 초과의 투과율을 갖는다. 예를 들어, 편광기가 0.8(80%)의 투과율을 갖고 가시광 차단 필터가 특정 편광 및 파장을 갖는 광에 대해 0.75의 투과율을 갖는 경우, 광학 필터는 광에 대해 0.6의 투과율을 가질 것이다.
곡선(354)은 차단 상태에서 50도의 입사각으로 편광기에 입사되는 광에 대한 편광기를 통한 투과율을 제공한다. 곡선(354)은 곡선(352)에 대해 좌측으로 이동된다. 근적외선 파장 범위(363)는 편광기에 대한 제3 적외선 파장 범위이며, 700 nm으로부터 λ3까지 연장된다. 제3 적외선 파장 범위는 대안적으로 파장 범위(363)의 일부 서브세트인 것으로 고려될 수 있다. 투과율은 이러한 적외선 범위 전체에 걸쳐 T1 미만이다. 파장 범위(363)의 하한은 700 nm인데, 이는 이것이 적외선 범위의 하한이기 때문이다. 다른 실시 형태들에서, 좌측 대역 에지는 700 nm 미만으로 떨어지지 않고, 이어서 파장 범위(363)의 하한은 700 nm 초과이다. 일부 실시 형태들에서, 편광기의 제3 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 적어도 1000 nm이다. 일부 실시 형태들에서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 300 nm 이상의 범위를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 적어도 800 nm 내지 1000 nm 또는 1100 nm의 범위를 포함한다.
도 4는 광학 필터의 투과 스펙트럼의 그래프이며, 반치전폭("FWHM")의 개념을 도시한 그래프이다. 곡선(450)은 통과 상태에서 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 광에 대한, 전체 광학 필터 또는 그의 하나 이상의 개별 컴포넌트들의 측정된 투과율을 나타낼 수 있다. 일반론에서 벗어나지 않으면서, 도 4의 논의의 나머지 부분에 대해서, 단순화를 위해 곡선(450)이 전체 광학 필터의 투과율을 나타내는 것으로 가정될 것이다. 도시된 광학 필터는 스펙트럼의 근적외선 부분에서 좁은 통과 대역(469) 내에서 광을 선택적으로 투과시킨다.
곡선(450)의 관련 특징들을 정량화하기 위해, 곡선(450)의 기준선 값(B), 곡선(450)의 피크 값(P), 및 P와 B 사이의 가운데쯤의, 곡선(450)의 중간 값(H)이 도 4에서 식별된다. 곡선(450)은, 각각 통과 대역(469)의 단파장 대역 에지(λa)와 장파장 대역 에지(λb)와 동일한 파장 값들을 갖는 점들(p1 및 p2)에서 값(H)과 교차한다. 단파장 대역 에지 및 장파장 대역 에지를 사용하여 다른 두 관심 파라미터들: 즉, λb - λa와 동일한 통과 대역(469)의 폭(반치전폭, 또는"FWHM"); 및 (λa+ λb)/2와 동일한 통과 대역(469)의 중심 파장을 계산할 수 있다. 중심 파장은 저지 곡선(450)이 얼마나 대칭인지 또는 비대칭인지에 따라, 통과 대역(469)의 피크 파장(점(p3))과 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 편광기 및 가시광 차단 필터를 포함하는 본 발명의 광학 필터는, 근적외선 통과 대역(469)이 편광기의 제1 적외선 적외선 파장 범위를 포함하고, 100 nm 이하, 또는 60 nm 이하의 반치전폭 대역폭(λb - λa)을 갖는 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역(469)을 제공하도록 구성된다. 도 4에 도시된 광학 필터는 T2 이상의 투과율을 가지며, 이는 근적외선 파장 범위(461) 내에서 본 명세서의 다른 곳에 기술된 값들 중 임의의 값일 수 있다.
도 5는 본 발명의 광학 필터의 가시광 차단 필터를 통한 광의 투과율의 개략도이다. 곡선들(551 및 553)은 각각 제1 및 제2 편광 상태들에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 광에 대한 투과율을 나타낸다. 곡선(553)은 가시광선 및 근적외선 파장 범위 전체에 걸쳐 T1 이하의 투과율을 나타내는 반면, 곡선(551)은 가시광선 범위 전체에 걸쳐 T1 이하의 투과율 및 근적외선 범위 전체에 걸쳐 T2 이상의 투과율을 나타낸다. 많은 전형적인 가시광 차단 필터들에서, 곡선(551)은 도 5에 개략적으로 도시된 것보다 더 점진적인 차단으로부터 투과로의 전이를 가질 것이다(예를 들어, 실시예 참조). 제1 및 제2 편광 상태들 중 적어도 하나에 대해, 투과율은 적어도 제1 적외선 파장 범위들(예를 들어, 적외선 파장 범위들(361 또는 364)) 내의 근적외선 파장들에 대해 T2 이상이다. 다른 실시 형태들에서, 가시광 차단 필터는 제1 편광 상태와 제2 편광 상태 사이를 실질적으로 구별하지 않으며, 편광된 광 또는 비편광된 광 중 어느 하나의 광의 투과율이 곡선(551)에 의해 제공된다. 도 5의 가시광 차단 필터는 염료들 또는 안료들을 함유하는 층 또는 코팅을 사용함으로써 그리고/또는 가시광을 반사시키지만 적외광은 반사하지 않도록 선택된 층 프로파일을 갖는 다층 광학 필름을 사용함으로써 제조될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 스킨 층들을 갖는 다층 광학 필름이 가시광 차단 필터에 사용되고, 스킨 층들은 염료들 또는 안료들을 함유한다.
도 6은 본 발명의 광학 필터의 가시광 차단 필터를 통한 광의 투과율의 개략도이다. 곡선(651)은 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 비편광된 광에 대한 투과율을 나타낸다. 이러한 경우들에서, 가시광 차단 필터는 λ3 내지 λ4의 폭(w)을 갖는 통과 대역(668)을 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 가시광 차단 필터는 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 가시 파장 범위 내의 비편광된 광의 30% 미만(또는 T1 미만)을 투과시키도록 구성되며, 여기서 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위의 80% 이상을 포함한다. 예를 들어, 제1 가시 파장 범위는 440 nm 내지 500 nm의 범위만 생략되도록 400 nm 내지 440 nm 및 500 nm 내지 700 nm를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 제1 가시 파장 범위는 60 nm 이하의 폭을 갖는 대역을 제외하고는 400 nm 내지 700 nm의 모든 파장들을 포함한다. 도 6의 가시광 차단 필터는 통과 대역(668) 외부의 가시광을 반사시키지만 통과 대역(668) 내의 광을 반사하지 않고 근적외선 광을 반사하지 않도록 선택된 층 프로파일을 갖는 다층 광학 필름을 사용하여 제조될 수 있다.
도 7은 노치 필터를 통한 투과율의 개략도이다. 곡선(750)은 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 비편광된 광에 대한 투과율이다. 일부 실시 형태들에서, 노치 필터는 100 nm 이하, 또는 60 nm 이하의 반치전폭 대역폭(761)을 갖는 통과 대역(769)을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 노치 필터는 통과 대역(769) 외부의 근적외선의 일부분에 대해 T1 미만의 투과율을 갖는다. 투과율은 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 실질적으로 통과 대역(769)의 위 또는 아래의 파장에 대해 T1 초과(또는 심지어 T2 초과)의 값으로 증가할 수 있다. 도 7의 노치 필터는 통과 대역(769) 외부의 가시광을 반사하지만 통과 대역(769) 내의 광을 반사하지 않도록 선택된 층 프로파일을 갖는 다층 광학 필름을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 노치 필터는 패브리-페로(Fabry-Perot) 필터 또는 플라즈모닉(plasmonic) 필터일 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 노치 필터는 편광기 및 가시광 차단 필터와는 별개인 컴포넌트로서 광학 필터 내에 포함된다. 일부 실시 형태들에서, 가시광 차단 필터는 예를 들어 근적외선에서 투과성인 필터에 부착된 컴포넌트로서 노치 필터를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 편광기는 예를 들어 광대역 편광기에 부착된 컴포넌트로서 노치 필터를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 광대역 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 광에 대해 제4 적외선 파장 범위(예를 들어, 도 3에 도시된 파장 범위(364)) 내에서 T2 이상의 투과율을 가지며, 제2 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 범위(예를 들어, 도 3에 도시된 파장 범위(363))의 광에 대해 T1 미만의 투과율을 갖는다. 제4 적외선 파장 범위는 제1 적외선 파장 범위(예를 들어, 도 3에 도시된 파장 범위(361) 또는 통과 대역(769)의 파장 범위)를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 노치 편광기는 고역 통과 편광기와 저역 통과 편광기를 조합하는 것으로 형성된다.
도 8은 각각 제1, 제2 및 제3 층들(812, 816 및 818)을 포함하는 광학 필터(800)의 단면도이다. 일부 실시 형태들에서, 제1, 제2 및 제3 층들(812, 816 및 818) 중 임의의 하나는 가시광 차단 필터이고, 제1, 제2 및 제3 층들(812, 816 및 818) 중 임의의 다른 하나는 편광기이다. 일부 실시 형태들에서, 나머지 층은 노치 필터, 지연기 또는 방향 제어 요소이다. 층들은 임의의 적합한 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태들에서, 제1 층(812)은 가시광 차단 필터이고, 제2 층(815)은 편광기이고, 제3 층(818)은 지연기 또는 방향 제어 요소이다. 다른 실시 형태들에서, 제4 층(도시되지 않음)이 포함되며, 4개의 층 중 하나는 가시광 차단 필터이고, 하나의 층은 편광기이고, 하나의 층은 노치 필터이며, 하나의 층은 지연기이다. 또 다른 실시 형태들에서, 제5 층(도시되지 않음)이 포함되며, 여기서 제5 층은 방향 제어 요소이고 다른 4개의 층들은 전술된 바와 같다. 일부 실시 형태들에서, 방향 제어 요소는 굴절성이고(예를 들어, 렌즈 어레이), 광의 시준의 정도를 변경하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 부분 시준을 제공함). 일부 실시 형태들에서, 방향 제어 요소는 높은 입사각의 광이 방향 제어 요소를 통해 투과되는 것을 차단하는 루버(louver) 필름이다. 또 다른 실시 형태들에서, 방향 제어 요소는 만곡된 표면을 갖고(예를 들어, 만곡된 표면을 갖는 렌즈), 가시광 차단 필터 및 편광기는 만곡된 표면 상에 배치된다. 또 다른 실시 형태들에서, 방향 제어 요소는 입사각들을 갖는 통과 대역의 이동으로 인해 방향 제어 요소를 통과할 수 있는 광의 입사각들을 제한하는 통과 대역을 갖는 다층 광학 필름이다.
제1, 제2 및 제3 층들(812, 816 및 818) 중 임의의 층은 복수의 서브층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 층들(812, 816 및 818) 중 하나 이상은 교번하는 층들을 갖는 다층 광학 필름일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 광학 필터(800)는 편광기, 가시광 차단 필터, 및 노치 필터, 지연기 및 방향 제어 요소 중 하나, 둘 또는 셋 모두를 포함한다.
일부 실시 형태들에서, 광학 필터는 지연기를 포함한다. 지연기의 지연은 광학 필터의 원하는 응용에 따라 임의의 적합한 값으로 선택될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 또는 1/2 파장 지연기이다. 일부 실시 형태들에서, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장의 1/4 파장 지연기이고, 가시 파장 범위 내의 파장의 1/2 파장 지연기이다. 예를 들어, 1000 nm의 파장에서 250 nm의 지연을 갖는 지연기는 500 nm의 파장에서 대략 250 nm의 지연을 가질 수 있지만, 지연은 파장에 대한 굴절률의 의존성으로 인해 파장에 따라 이동할 수 있다. 이는 광학 필터를 통해 투과된 가시광 신호(예를 들어, 가시광 차단 필터에서 통과 대역을 통해 투과됨)가 센서에 입사될 때 근적외선 광과 상이한 편광 상태를 갖는 광학 시스템들에 유용한 것으로 밝혀졌다. 일부 실시 형태들에서, 지연기는 패턴화된 지연기이고, 패턴화된 지연 및/또는 빠른 축 배향을 갖는다.
도 9는 제1 및 제2 부분들(919a 및 919b)을 갖는 패턴화된 지연기(919)의 정면도이다. 패턴화된 지연기(919)는 본 발명의 광학 필터 내의 편광기와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 편광기는 통과 축(913) 및 차단 축(911)을 가지며; 이 축들은 패턴화된 지연기(919) 상에 도시되어 있다. 패턴화된 지연기(919)는 제1 부분(919a) 내의 제1 빠른 축(929a) 및 제2 부분(919b) 내의 제2 빠른 축(929b)을 갖는다. 제1 빠른 축(929a)은 통과 축(913)으로부터 θ의 각도에 있다. 일부 실시 형태들에서, θ는 약 45도(예를 들어, 45도로부터 5도 이내)이다. 제2 빠른 축(929b)은 통과 축(913)에 수직이다. 다른 실시 형태들에서, 제2 빠른 축(929b)은 통과 축(913)에 평행하다. 제1 부분(919a)은 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서(예를 들어, 도 4의 파장 0.5(λa+λb)에서) 제1 지연을 갖고, 제2 부분(919b)은 이러한 동일한 파장에서 제2 지연을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 빠른 축들(929a 및 929b)은 평행하지 않다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 지연들은 동일하지 않다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 빠른 축들(929a 및 929b)은 평행하지 않고, 제1 및 제2 지연들은 동일하지 않다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 지연은 평면 내(in-plane) 지연을 지칭한다. 평면내 지연은 제1 적외선 범위 내의 파장에서의 느린 축(평면 내 굴절률이 최고인 축)을 따른 굴절률에서 제1 적외선 파장의 파장에서의 빠른 축(평면 내 굴절률이 최저인 축)을 따른 굴절률을 뺀 것이다. 일부 실시 형태들에서, 패턴화된 지연기는 도 9에 도시된 바와 같이 2개 부분들을 포함하고, 다른 실시 형태들에서, 패턴화된 지연기는 2개 초과의 부분들을 포함한다.
패턴화된 지연기들은 예를 들어, 롤릭 테크놀로지스 리미티드(ROLIC Technologies Ltd.)(스위스 알쉬빌 소재)의 광 제어된 분자배향(LCMO) 기술을 사용하여 제조될 수 있다. LCMO 기술은 편광된 광을 층들에 조사함으로써 광정렬 층들 내로 분자들이 미리 정해진 방식으로 정렬될 수 있게 한다. 그러한 층들은 광정렬 층들을 형성하는 데 사용되는 편광 방향을 공간적으로 변화시킴으로써 패턴화될 수 있다. 이는 공간적으로 변동되는 빠른 축 방향을 갖는 지연기를 생성한다. 패턴화된 지연기 층의 일부 부분들에 낮은 지연을 갖거나 실질적으로 지연이 없는 것이 요구되는 경우 광정렬 층의 일부분들이 생략되거나 정렬되지 않을 수 있다. 지연이 지연기를 포함하는 광학 디바이스의 기능에 상당한 영향을 미치지 않는다면, 지연기는 실질적으로 지연이 없다고 말할 수 있다. 예를 들어, 0.01 이하의 지연을 갖는 지연기는 실질적으로 지연을 갖지 않는 것으로 기술될 수 있다. 실질적으로 지연을 갖지 않는 부분들을 갖는 패턴화된 지연기가 비패턴화된 지연기와 조합되어, 공간적으로 변화하는 지연 및 공간적으로 변화하는 빠른 축 배향 둘 모두를 갖는 지연기를 제공할 수 있다. 패턴화된 지연기들을 생성하기 위한 적합한 방법들이 예를 들어 미국 특허 제7,375,888호(모아(Moia)) 및 PCT 공개 제WO 2015/150295호(슈미트(Schmitt) 등)에 개시되어 있으며, 이들 둘 모두는 본 발명과 모순되지 않는 한 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 10a는 광학 디바이스(1005), 프로세서(1020) 및 근적외선 마커(1030)를 포함하는 광학 시스템(1001)의 개략도이다. 일부 실시 형태들에서, 마커(1030)는 편광 보존, 편광 회전, 탈편광(depolarizing) 또는 위상 천이이다. 마커(1030)는 근적외선 광을 다시 광학 디바이스(1005)로 적어도 부분적으로 반사하는 임의의 물체(예를 들어, 백색 티셔츠, 반사성 테이프, 표지판 내의 마커들, 역반사 번호판들과 같은 번호판들 등)일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 마커(1030)는 편광 보존 재귀반사기, 편광 회전 재귀반사기, 또는 탈편광 재귀반사기일 수 있는 재귀반사기이다. 일부 실시 형태들에서, 마커(1030)는 재귀반사기(1032) 및 층(1034)을 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 층(1034)은 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기와 같은 지연기이다. 일부 실시 형태들에서, 층(1034)은 본 발명에 따른 광학 필터이고, 마커(1030)는 근적외선 마커이다. 광학 디바이스(1005)는 본 발명의 광학 필터들 중 임의의 것일 수 있는 광학 필터(1000); 광 필터(1000)를 통해 광을 투과시키도록 배치된 근적외선 광원(1022); 및 센서(1024)의 개구(1028)에 진입하는 광이 광학 필터(1000)를 통과하도록 배치되는 센서(1024)를 포함한다. 광학 필터(1000)는 근적외선 광원(1022), 마커(1030) 및 센서(1024) 각각과 광학적으로 연통된다. 마커(1030)와 함께 광학 디바이스(1005)는 광학 시스템(1002) 으로 간주될 수 있고, 프로세서(1020)와 함께 광학 디바이스(1005)는 광학 시스템(1003)으로 간주될 수 있다. 광학 필터(1000)는 제1 측면(1006) 및 반대편의 제2 측면(1007)을 갖는다. 센서(1024)는 제1 측면(1006)에 인접하게 그리고 그것과 대면하여 배치되고, 근적외선 광원(1022)은 센서(1024)에 인접하게 그리고 제1 측면(1006)에 인접하게 그리고 그것과 대면하여 배치된다. 광학 필터(1000)는 제1 및 제2 부분들(1000a 및 1000b)을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 편광 보존 및 편광 회전은 선형 편광된 광에 대한 마커의 효과를 지칭한다. 편광 보존은 수직 입사각으로 선형 편광된 광이 동일한 편광 상태로 반사된다는 것을 의미한다. 위상 천이는 수직 입사각으로 선형 편광된 광이 입사광의 편광 상태와 상이한 편광 상태로 반사된다는 것을 의미한다. 편광 회전은 수직 입사각으로 선형 편광된 광이 직교 편광 상태로 반사된다는 것을 의미한다. 탈편광은 수직 입사각으로 선형 편광된 광이 적어도 부분적으로 무편광(random polarized) 상태 및 비편광 상태가 혼합되어 반사된다는 것을 의미한다. 종래의 편광 보존 반사기들은 우측 원형 편광된 광을 수직 입사각으로 좌측 원형 편광된 광으로서 반사시킬 것이다. 지연기를 편광 보존 반사기에 포함하여, 선형 편광된 광을 회전시키고, 예를 들어 수직 입사각의 우측 원형 편광된 광을 우측 원형 편광된 광으로서 반사되게 하는 편광 회전 반사기를 만들 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 마커(1030)를 향해 광학 디바이스(1005)로부터 방출된 광은 원형 편광된 광이다. 예를 들어, 운전자 보조 시스템들의 응용들에서, 이는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 마커(1030)(예를 들어, 이는 보행자, 또는 보행자에 의해 착용된 의류, 또는 표지판 또는 번호판 내의 재귀반사기일 수 있음)가 광학 디바이스(1005)(자동차 내에 있을 수 있음)로부터 10미터 이상일 수 있고, 광학 디바이스로부터의 근적외선 광은 이러한 거리를 통해 전파될 필요가 있을 것이기 때문이다. 일부 경우들에서, 이러한 광이 전파될 때 그의 편광 상태를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 포그 등(연기, 스모그, 먼지 등)은 원형 편광된 근적외선 광에 대한 것보다 선형 편광된 근적외선 광에 대해 더 탈편광성이다. 따라서, 이러한 경우들에서, 원형 편광된 근적외선 광은 그것이 광학 디바이스(1005)로부터 마커(1030)로 전파됨에 따라 그의 편광 상태를 유지할 가능성이 더 크다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 일부 실시 형태들에서, 근적외선 광원(1022)은 60 nm 이하의 반치전폭 대역폭(1009)을 갖는 대역(1069)에서 광을 방출하도록 구성된다. 센서(1024)는 대역폭(1009)보다 상당히 더 넓은 스펙트럼 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 센서(1024)는 λ1 내지 λ2의 스펙트럼 범위(1073)를 가질 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 센서(1024)는 적어도 600 nm 내지 1000 nm의 스펙트럼 범위(1073)를 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 센서(1024)는 400 nm 내지 1200 nm의 스펙트럼 범위(1073)를 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 광학 필터(1000)는 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역(예를 들어, 도 4에 도시된 통과 대역(469))을 제공하도록 구성되며, 여기서 근적외선 통과 대역은 제1 적외선 파장 범위(예를 들어, 도 4에 도시된 파장 범위(461))를 갖고, 근적외선 광원(1022)의 반치전폭 대역폭(1009)보다 크거나 같은 반치전폭 대역폭(예를 들어, 도 4에 도시된 λb - λa)을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 근적외선 통과 대역의 반치전폭 대역폭은 근적외선 광원(1022)의 반치전폭 대역폭(1009)의 2배 이하이다. 일부 실시 형태들에서, 대역(1069)은 약 850 nm, 또는 약 880 nm, 또는 약 940 nm의 파장(λc)에 중심을 둔다. 일부 실시 형태들에서, 근적외선 광원은 복수의 근적외선 파장 범위들에서 광을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는 2개 이상의 대역들에서. 일부 실시 형태들에서, 근적외선 내의 2개 이상의 비교적 넓은 대역들이 근적외선 광원에 의해 2개의 대역들 사이에 갭을 가지고 방출될 수 있다. 복수의 근적외선 대역들을 이용하는 것은, 여전히 다양한 파장들이 사용되도록 허용하면서 포그 등으로 높은 탈편광 효과를 갖는 파장들을 회피하도록 허용한다.
일부 실시 형태들에서, 광학 필터(1000)는, 제1 부분(1000a)을 통해 투과되고 광학 디바이스(1005)를 빠져나가고 예를 들어 다시 광학 디바이스(1005)를 향해 포그로부터 반사되는 근적외선 광원(1022)으로부터의 광이 제2 편광 상태의 제2 부분(1000b)에 입사됨에 따라 센서(1024)로 진입하는 것이 실질적으로 차단되는 반면, 광학 디바이스(1005)를 빠져나가고 마커로부터 다시 광학 디바이스(1005)를 향해 반사되는 근적외선 광원(1022)으로부터의 광은 제1 편광 상태의 제2 부분(1000b)에 입사하고 센서(1024)로 진입하도록 구성된다. 이는 광학 필터(1000)에 포함된 지연기 및 마커(1030) 내에 포함된 층(1034)의 적합한 선택에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태들에서, 제1 부분(1000a)은 제1 선형 편광을 갖는 근적외선 광을 투과시키고, 제2 부분(1000b)은 직교하는 제2 선형 편광을 갖는 광을 투과시킨다. 이는 본 명세서의 다른 곳에서 추가로 기술되는 바와 같이 광학 필터(1000) 내에 패턴화된 지연기를 포함시킴으로써 달성될 수 있다. 이어서, 디바이스(1005)로부터 방출되고 예를 들어 포그로부터 반사된 광은 제2 선형 편광 상태(차단 상태)에서 제2 부분(1000b)에 입사된다. 이 경우에, 편광 회전 또는 탈편광인 반사 물체로부터 반사된 적어도 일부 광이 센서(1024)에 진입할 것이다. 마커(1030)는 층(1034)을 근적외선 광원(1022)에 의해 방출되는 파장의 1/4 파장 지연기로 제조함으로써 편광 회전으로 제조될 수 있다. 이 경우에, 마커(1030)는 편광 회전 재귀반사기로서 기술될 수 있다. 다른 실시 형태들에서, 마커(1030)는 탈편광 재귀반사기이고, 또 다른 실시 형태들에서, 층(1034)은 생략되거나 지연기가 아니며, 마커(1030)는 편광 보존 재귀반사기이다. 일부 실시 형태들에서, 층(1034)은 재귀반사기(1032)의 고유 지연을 보상하기 위해 마커(1030) 내에 포함된 지연기이다.
일부 실시 형태들에서, 광은 완벽한 선형 또는 원형이 아닌 제2 편광 상태의 제2 부분(1000b)에 입사하고, 일부 광은 센서에 진입할 수 있다. 이러한 경우들에서, 이러한 신호는 배경 잡음으로 간주될 수 있고, 신호 분석/격리를 개선하기 위해 제1 편광(직교) 상태에서 센서에 의해 측정된 신호로부터 디지털 방식으로 제거될 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 마커(1030)는 반드시 재귀반사기가 아닌 탈편광 물체이다. 티셔츠와 같은 의류, 또는 근적외선 광원으로부터의 광의 광학 경로를 가로지르는 동물은 탈편광 물체의 예이다. 일부 실시 형태들에서, 근적외선 광원에 의해 방출되는 파장들은 마커가 포그, 스모그, 먼지 등보다 더 강하게 탈편광되도록 선택되어, 마커로부터 검출된 탈편광된 신호가 포그 등으로부터 반사된 탈편광된 신호들보다 더 크도록 선택된다. 광학 필터(1000)의 제1 부분(1000a)은 제1 부분(1000a)을 통해 마커(1030)로 투과되는 광원(1022)으로부터의 광을 수광하고, 이어서 마커(1030)로부터 다시 디바이스(1005)를 향해 반사된다. 광은 이어서 광학 필터(1000)의 제2 부분(1000b)을 통과하고 센서(1024)로 투과된다. 일부 실시 형태들에서, 제1 부분(1000a) 내의 지연기는 제1 지연을 갖고, 제2 부분(1000b) 내의 지연기는 상이한 제2 지연을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 제1 지연과 제2 지연 사이의 차이의 절대값은 파장의 절반이다. 일부 실시 형태들에서, 제1 부분(1000a) 내의 지연기는 제1 빠른 축을 갖고, 제2 부분(1000b) 내의 지연기는 제1 빠른 축에 평행하지 않은 제2 빠른 축을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 부분들(1000a 및 1000b) 내의 지연기는 동일한 지연을 갖고, 제1 부분(1000a) 내의 지연기는 제1 빠른 축을 갖고, 제2 부분(1000b) 내의 지연기는 제1 빠른 축에 평행하지 않은 제2 빠른 축을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 부분들(1000a 및 1000b) 중 하나의 부분 내의 지연기는 편광기의 통과 축으로부터 약 45도(예를 들어, 45도로부터 5도 이내) 각도의 빠른 축을 갖고, 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 반파장 지연을 가지며, 제1 및 제2 부분들 중 다른 부분 내의 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 실질적으로 지연을 갖지 않거나, 통과 축에 실질적으로 평행한(예를 들어, 5도 이내로 평행한) 또는 실질적으로 수직한(예를 들어, 5도 이내로 수직한) 빠른 축을 갖는다.
일부 실시 형태들에서, 광학 필터(1000)는 지연기를 포함하지 않으며, 일부 실시 형태들에서, 광학 필터는 제1 및 제2 부분들(1000a 및 1000b)에서 동일한 지연 및 동일한 빠른 축을 갖는 비패턴화된 지연기를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 지연기는 광학 필터의 제1 측면(1006)에 반대편인 편광기에 인접하게 배치된다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 일부 실시 형태들에서, 제1 층(812)은 광학 필터(800)의 제1 측면에 배치된 가시광 차단 필터이고, 제2 층(816)은 편광기이고, 제3 층(818)은 제1 측면의 반대편인 편광기에 인접하게 배치된 지연기이다. 일부 실시 형태들에서, 편광기의 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들이고, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기이다.
광학 시스템들 중 임의의 것(1001, 1002 또는 1003)은 의료 진단 시스템, 차고 도어 열림 시스템, 또는 운전자 보조 시스템일 수 있다. 의료 진단 시스템은, 예를 들어, 근적외선 광(및 옵션적으로, 도 6에 도시된 통과 대역(668)과 같은 가시 통과 대역의 광)으로 환자의 피부의 영역을 조명하고, 반사된 근적외선 광(및 옵션적으로, 통과 대역의 반사된 가시광)을 측정하고, 프로세서(1020)에서 이러한 정보를 사용하여 맥박 또는 헤모글로빈 함량을 결정하기 위한 광학 디바이스(1005)를 포함할 수 있다. 헤모글로빈 함량의 광학적 측정은, 예를 들어, 문헌 ["Non-invasive optical real-time measurement of total hemoglobincontent", Timm et al., Procedia Engineering 5(2010) 488-491]에 기술되어 있다. 차고 도어 열림 시스템은, 개방된 차고 도어의 진입로에 누군가가 있는지 여부를 검출하여 안전상의 이유로 도어가 닫히지 않도록 하기 위한 광학 디바이스(1005) 및 마커(1030)를 포함할 수 있다. 운전자 보조 시스템은 차량 내의 광학 디바이스(1005) 및 프로세서(1020)를 포함할 수 있으며, 마커(1030)는 예를 들어 도로 마커 또는 표지판 내의 마커일 수 있다. 운전자 보조 시스템들에서의 광학 컴포넌트들의 사용은 일반적으로 미국 특허 제5,765,116호(윌슨-존스(Wilson-Jones) 등), 제6,243,015호(이오(Yeo)), 제7,873,187호(스코필드(Schofield) 등), 제6,693,524호(페인(Payne)), 제6,727,807호(트라즈코빅(Trajkovic) 등), 제8,519,837호(커르쉬(Kirsch) 등), 제7,834,905호(한(Hahn) 등), 제8,636,393호(스코필드 등), 제9,179,072호(스타인(Stein) 등), 제7,289,019호(커르츠(Kertes)), 및 제6,452,148호(벤딕스(Bendicks) 등); 미국 특허 공개 제2009/0254260호(닉스(Nix) 등), 제2016/0111005호(리(Lee)), 및 제2016/0114720호(슈라우그 등); 및 유럽 특허 공개 제1437615호(비어루트제브(Bierleutgeb))에 기재되어 있으며, 이들 각각은 본 발명과 모순되지 않는 한에 있어서 본 명세서에 참고로 포함된다. 운전자 보조 시스템은 나이트 비전 시스템, 주차 보조 시스템, 사각 지대 검출 시스템, 전자 안정성 제어 시스템, 졸음 운전자 검출 시스템, 적응형 헤드라이트 시스템, 빗물 검출 시스템, 적응형 크루즈 제어 시스템, 차로 이탈 경고 시스템, 충돌 회피 시스템, 및 백업 카메라 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 일부 실시 형태들에서, 광학 시스템(1001c)은 근적외선 광원(1022c), 센서(1024c) 및 마커(1030c)를 포함하며, 근적외선 광원(1022c)으로부터 마커(1030c)로 연장되고 이어서 센서(1024c)로 연장되는 광 경로는 본 발명에 따라, 적어도 하나의 광학 필터, 또는 적어도 2개의 광학 필터들과 교차한다(예를 들어, 요소들(1000c-1, 1000c-2 및 1000c-3) 중 임의의 하나, 둘 또는 셋 모두 본 발명의 광학 필터일 수 있다). 요소(1000c-2)는 (예를 들어, 공통 하우징 내의) 근적외선 광원(1022c)과 함께 포함될 수 있고, 근적외선 광원(1022c)의 컴포넌트로 간주될 수 있다. 유사하게, 요소(1000c-1)는 (예를 들어, 공통 하우징 내의) 센서(1024c)와 함께 포함될 수 있고, 1024c의 컴포넌트로 간주될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 요소들(1000c-1, 1000c-2 및 1000c-3) 중 하나는 본 발명에 따른 광학 필터이고, 요소들(1000c-1, 1000c-2 및 1000c-3) 중 상이한 하나는 광학 필터의 통과 상태와 정렬되거나 차단 상태와 정렬되는 통과 상태를 갖는 제2 편광기이다. 1000c-1, 1000c-2 및 1000c-3의 나머지 요소는 제3 편광기일 수 있거나, 지연기일 수 있거나, 또는 생략될 수 있다. 예를 들어, 요소들(1000c-1 및 1000c-2)은 교차된 편광기들을 포함할 수 있고, 요소(1000c-3)는 근적외선 파장에서 1/4 파장 지연기일 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 광학 시스템은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하며, 근적외선 광원은 비편광된 광을 생성하고 비편광된 광을 마커로 지향시키도록 구성되고, 센서 및 마커 중 하나는 본 발명의 광학 필터를 포함하고, 센서 및 마커 중 다른 하나는 제2 편광기를 포함한다. 제2 편광기는 본 발명에 따른 제2 광학 필터의 컴포넌트이거나 그렇지 않을 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 제1 편광 상태는 제1 통과 축을 갖는 선형 편광 상태이고, 제2 편광기는 제1 통과 축에 실질적으로 직교하는 제2 통과 축을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제2 편광기는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들이고, 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들이다.
일부 실시 형태들에서, 광학 시스템은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하며, 근적외선 광원 및 센서 중 하나는 본 발명의 광학 필터를 포함하며, 근적외선 광원 및 센서 중 다른 하나는 본 발명에 따른 제2 광학 필터의 컴포넌트일 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 제2 편광기를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 제1 편광 상태는 제1 통과 축을 갖는 선형 편광 상태이다. 일부 실시 형태들에서, 제2 편광기는 제1 통과 축에 실질적으로 직교하는 제2 통과 축을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제2 편광기는 제1 통과 축에 실질적으로 평행한 제2 통과 축을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 제2 편광기는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들이고, 일부 실시 형태들에서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들이다.
마커는 탈편광(예를 들어, 티셔츠), 편광 보존, 또는 편광 회전(예를 들어, 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기를 포함함)일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 마커는 원형 편광된 광을 수광하고 수광된 광을 선형 편광된 광으로서 반사하도록 구성된 위상 천이 마커이다. 마커는 적외선 편광기(예를 들어, 선형 편광기일 수 있거나 지연기를 포함할 수 있고, 원형 편광기일 수 있는 중합체 다층 근적외선 반사 편광기) 및 가시광 차단 필터를 포함할 수 있다. 그러한 마커들은 근적외선 광원 및 센서를 포함하는 광학 디바이스에 의해 식별될 수 있는 고유의 광학 시그니처들을 제공할 수 있다.
유용한 것으로 밝혀진 다양한 시스템 구성들을 다음의 표에 요약하였다. 엔트리들 "선형" 또는 "원형"은 편광기가 지시된 컴포넌트들 상에 존재함을 나타낸다. 열 "교차(Crossed)"는 편광기들이 직교 통과 상태들(교차됨)을 갖는지 또는 동일한 통과 상태(교차되지 않음)를 갖는지 여부를 나타낸다. 마커는 편광기를 포함할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 마커는 편광 보존, 탈편광, 편광 회전 또는 위상 천이일 수 있다. 구성 1 및 구성 2는 센서에 대한 고유 광학 시그니처들을 제공하는 데 유용한 것으로 밝혀졌다. 마커 내에 포함된 편광기는 가시광 차단 필터를 갖는 근적외선 반사 편광기일 수 있다. 구성 3 및 구성 7은 예를 들어, 마커가 티셔츠 또는 다른 의류의 물품인 경우에서, 탈편광인 포그를 통해 마커를 검출하는 데 유용하다. 그러한 구성들은 예를 들어 보행자들을 검출하는 데 유용할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 마커는 근적외선 파장들에서 탈편광일 수 있고, 가시 파장들에서 대략 편광 보존일 수 있다. 구성 4, 구성 6 및 구성 9는 더 밝은 배경에서 어둡게 보이는 마커를 검출하는 데 사용될 수 있다. (편광 회전 마커는 선형 편광된 광의 편광을 회전시키지만, 통상적인 좌측 우측 원형 편광 상태들의 역전의 반대일 수 있음). 구성 5 및 구성 8은 소음을 차단하고 (편광 회전 마커에 의해 또는 반사 하의 좌측 우측 원형 편광 상태의 통상의 역전에 의해) 편광 상태가 회전된 반사 광을 검출하는 데 사용될 수 있다. 구성 10에서, 마커는 전형적인 1/4 파장 또는 1/2 파장 지연기에 의해 주어지지 않은 반사 하에서의 위상 천이를 제공할 수 있다. 예를 들어, 위상 천이 마커는 수광된 원형 편광된 광을 선형 편광된 광으로서 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 마커는 지연기를 포함하지 않는 위상 천이 마커이다. 예를 들어, 금속 배킹을 갖는 비드 코팅된 재귀반사기는 반사 시 180도 위상 천이를 제공할 것이다. 다양한 구성들에 포함된 편광기들 중 하나 또는 둘 모두는 본 발명의 광학 필터들이다. 마커 내에 포함된 편광기들 또는 필터 중 어느 하나 또는 둘 모두는 광대역, 에지, 노치, 또는 콤 필터(comb filter)들일 수 있다.
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일부 실시 형태들에서, 탈편광, 편광 보존, 편광 회전, 또는 위상 천이로서 기술된 마커들은 마커의 일부 부분들에서 탈편광, 편광 보존, 편광 회전, 또는 위상 천이일 수 있고, 마커의 다른 부분들에서 다른 편광 특성들을 가질 수 있다.
일부 경우들에서, 마커의 유형은 미리 알려져 있지 않을 수 있고/있거나 사용자가 상이한 조건들(예를 들어, 포그 대 맑음) 하에서 상이한 유형들의 마커들(예를 들어, 자율 차량들에 대한 보행자들 대 교통 표지판들)을 단일 시스템으로 식별하기를 원할 수 있다. 그러한 경우들에서, 하나 초과의 센서 및/또는 하나 초과의 근적외선 광원이 활용될 수 있다. 패턴화된 지연기는 각각의 센서에 대해 그리고/또는 각각의 광원에 대해 상이한 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 근적외선 광원 및 복수의 센서들이 포함될 수 있고, 패턴화된 지연기가 포함될 수 있으며, 패턴화된 지연기의 하나의 부분이 근적외선 광원의 전방에 위치되고, 각각의 나머지 부분은 반사된 광의 특정 편광 상태를 연관된 센서로 통과시키도록 구성될 수 있다.
도 11은 광학 디바이스(1105)를 포함하는 광학 디바이스 또는 시스템(1107)의 개략도이다. 광학 디바이스(1105)는 본 발명의 광학 필터들 중 임의의 것일 수 있는 광학 필터(1100); 근적외선 광원(1122); 및 센서(1124)를 포함한다. 광학 디바이스 또는 시스템(1107)은 프로세서(1120)를 추가로 포함한다. 광학 디바이스(1105)는 본 명세서의 다른 곳에 기술된 광학 디바이스(1005)에 대응할 수 있다. 광학 디바이스 또는 시스템(1107)은 휴대 전화, 시계와 같은 웨어러블 전자 디바이스, 의료 진단 시스템, 차고 도어 열림 시스템, 운전자 보조 시스템, 또는 그의 컴포넌트일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 광학 디바이스 또는 시스템(1107)은 휴대 전화 또는 시계이다. 예를 들어, 광학 디바이스 또는 시스템(1107)은 휴대 전화 또는 시계일 수 있고, 광학 디바이스(1105)는 예를 들어 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 맥박 또는 헤모글로빈 함량을 결정하도록 구성된 의료 진단 컴포넌트로서 기능할 수 있다.
도 12는 복수의 교번하는 제1 층들(1257) 및 제2 층들(1259)을 포함하는 필터(1213)의 단면도이다. 필터(1213)는 본 발명의 광학 필터들의 컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 필터(1213)는 제1 및 제2 층들(1257 및 1259)의 선택에 따라 편광기, 가시광 차단 필터, 또는 노치 필터일 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 교번하는 제1 및 제2 층들(1257 및 1259)은 상이한 굴절률들을 갖는 교번하는 중합체 층들이다. 그러한 중합체 필터들(예를 들어, 미러들 또는 반사 편광기들)은 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등); 제5,962,114호(존자 등); 제5,965,247호(존자 등); 제6,939,499호(메릴(Merrill) 등); 제6,916,440호(잭슨(Jackson) 등); 제6,949,212호(메릴 등); 및 제6,936,209호(잭슨 등)에 일반적으로 설명되며, 이들 각각은 본 명세서와 모순되지 않는 한에 있어서 본 발명에 참고로 포함된다. 간단히 요약하면, 중합체 다층 광학 필름은 복수의 교번하는 중합체 층들(예를 들어, 수백 개의 층들)을 공압출하고, 압출된 필름을 (예를 들어, 선형 또는 포물선형 텐터에서) 편광기인 경우 단축 또는 실질적으로 단축 연신하여 필름을 배향시키거나 또는 미러인 경우 필름을 이축 연신시킴으로써 제조될 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 교번하는 제1 및 제2 층들(1257 및 1259)은 교번하는 무기 층들이다. 이러한 경우들에서, 필터(1213)는 유전체 미러로 지칭될 수 있다. 그러한 유전체 미러들은 당업계에 공지된 박막 침착 기법들을 사용하여 무기 재료들의 교번하는 저굴절률과 고굴절률 층들을 침착시킴으로써 제조될 수 있다.
다른 실시 형태들에서, 교번하는 제1 및 제2 층들(1257 및 1259) 중 하나는 중합체이고, 교번하는 제1 및 제2 층들(1257 및 1259) 중 다른 하나는 무기물이다. 예를 들어, 무기 제2 층(1259)이 중합체 제1 층(1257) 상으로 증착되거나 스퍼터링될 수 있고, 이어서 다른 중합체 제1 층(1257)이 무기 제2 층(1259) 상으로 코팅될 수 있다. 이어서, 다른 무기 제2 층(1259)이 코팅된 중합체 제1 층(1257) 상으로 침착될 수 있고, 원하는 수의 층들이 형성될 때까지 공정이 반복될 수 있다.
다른 실시 형태들에서, 교번하는 무기 층들을 갖는 필터(1213) 및 교번하는 중합체 층들을 갖는 상이한 필터(1213)가 서로 인접하게 배치되어 본 발명의 광학 필터의 하나 이상의 컴포넌트들(예를 들어, 편광기, 가시광 차단 필터, 또는 노치 필터)를 형성한다. 2개의 필터들이 접착제 층을 통해 함께 라미네이팅될 수 있거나, 또는 무기 필터가 본 발명과 모순되지 않는 한 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 공개 제2015/0285956호(슈미트 등)에 기재된 방법들을 이용하여 중합체 필터 상에 층상으로(layer by layer) 침착될 수 있다.
중합체 층들 아니면 무기 층들이 사용되건 간에, 반사는 한 쌍의 인접한 층들(광학 반복 단위)이 파장의 절반의 총 광학 두께(층의 물리적 두께 × 층의 굴절률)를 가질 때 제공된다. 층들의 스택을 통해 층들의 두께를 조절함으로써, 파장의존성 반사가 제공될 수 있다. 예를 들어, 통과 대역의 파장들이 투과되게 하고 통과 대역의 어느 한 측 상의 파장들을 반사하는 노치 필터가 요구되는 경우, 노치 필터에 대한 두께 프로파일은 통과 대역 내의 파장의 절반과 동일한 광학 두께를 갖는 광학 반복 유닛들은 포함하지 않을 것이지만, 통과 대역의 양 측 상의 파장들의 절반과 동일한 광학 두께를 갖는 광학 반복 유닛을 포함할 것이다. 다시 말하면, 광대역 미러의 광학 반복 유닛들 중 일부가 생략되어 통과 대역을 제공할 것이다.
일부 실시 형태들에서, 교번하는 제1 층들(1257) 및 제2 층들(1259)은 복수의 교번하는 중합체 층들이고, 필터(1213)는 선형 반사 편광기이다. 원형 모드 반사 편광기를 제공하기 위해 선형 반사 편광기와 함께 1/4 파장 지연기가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 필터(1213)는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기를 갖는 지연기를 더 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 편광기를 포함하는 광학 필터가 제공된다. 편광기는 복수의 교번하는 중합체 층들을 포함하며, 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고, 제1 편광 상태에 직교하는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 편광기는 제2 원형 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성된다. 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1 및 제2 적외선 파장 범위들 각각을 포함한다. 필터는 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 편광기와 광학적으로 연통되는 가시광 차단 필터를 더 포함할 수 있다.
실시예
컴포넌트 1
구매가능한 염료(미국 뉴저지주 뉴왁 소재의 에폴린(Epolin)으로부터의 에포라이트(EPOLIGHT) 7527C)를 염료 제조자에 의해 코팅을 위한 용매계 스크린 잉크 내로 컴파운딩하였으며, 염료 제조자는 또한 그것의 투과율을 측정하였다. 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대한 투과율 대 파장 플롯이 도 13에 도시되어 있다.
모든 나머지 컴포넌트들 및 실시예들에 있어서, 각각의 필름은 두께 및 굴절률이 알려진 층들로 이루어진 스택으로서 모델링하였다. 각각의 필름에 대한 633 nm에서의 굴절률이 제공되며; 사용된 각각의 재료의 분산 특성들은 당업자에게 공지되어 있다. 모델링은 파장의 함수로서 투과율을 계산하기 위해 공지된 전달 매트릭스 기술을 사용하였다. (이는, 예를 들어, "Optics of anisotropic layered media: a new 4x4 matrix algebra", Pochi Yeh, Surface Science 96(1980)41-53에 기술되어 있다).
컴포넌트 2
패브리-페로 간섭계의 구조와 유사한 구조를 2개의 교번하는 재료들의 스택으로서 모델링하였다. 이들은 633 nm에서 x-방향, Y-방향 및 z-방향들로 2.031의 굴절률을 갖는 실리콘 질화물 및 633 nm에서 x-방향, y-방향 및 z-방향들로 1.494의 굴절률을 갖는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)였다. 층들은 실리콘 질화물과 PMMA 사이에서 교번하였고; 제1 층 - 시뮬레이션된 광원에 가장 가까운 것 -은 실리콘 질화물이었다. 모두 15개의 층들이 있었다. 실리콘 질화물 층들은 115.7 nm의 두께를 가졌고, PPMA 층들은 157.3 nm의 두께였다. 제7 층은 예외로서, 두께 235.3 nm의 실리콘 질화물 층이었다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 이러한 계산에서 흡수는 없는 것으로 가정하였다. 0도 입사각(즉, 수직 입사각)에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 14에 도시되어 있고, 50도 입사각에 대해서는 도 15에 도시되어 있다. 컴포넌트 2는 약 940 nn의 파장에 중심을 둔 수직 입사각의 근적외선 통과 대역을 가졌다.
컴포넌트 3
교번하는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 층들과 PMMA + 상부 및 하부 상의 두꺼운 PEN 스킨 층들의 266개의 층들로 이루어진 필름 스택을 모델링하였다. 633 nm에서 x-방향, y-방향 및 z-방향들로 1.740, 1.752, 1.492의 굴절률들을 갖고, 633 nm에서 각각의 방향으로 4.5 × 10-6의 흡수를 갖는 것으로 하여 PEN 층들을 모델링하였다. 633 nm에서 x-방향, y-방향 및 z-방향들로 1.494의 굴절률, 및 633 nm에서 각각의 방향으로 1 × 10-10의 흡수를 이용하여 PMMA 층들을 모델링하였다. 상부 및 하부 PEN 스킨 층들은 5000 nm 두께였다. 다른 층들의 두께 프로파일들이 도 16에 도시되어 있다. 일련의 층들이 광원에 가장 가까운 두꺼운 스킨층으로부터 시작되어, 이어서 다른 PEN 층이 뒤따르고, 이어서 하부 두꺼운 PEN 스킨층까지 PMMA와 PEN 사이에서 교번하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서의 광의 투과율을 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도 입사각에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 17에 도시되어 있고, 50도 입사각에 대해서는 도 18에 도시되어 있다.
컴포넌트 4
컴포넌트 3에서와 동일한 재료들을 사용하여 다른 필름을 모델링하되, 층들의 수는 2배로 하고 층 두께 프로파일을 상이하게 하였다. PEN 및 PMMA 층들에 대한 층 두께 프로파일이 도 19에 도시되어 있다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도 입사각에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 20에 도시되어 있고, 50도 입사각에 대해서는 도 21에 도시되어 있다. 컴포넌트 4는 약 940 nn의 파장에 중심을 둔 수직 입사각의 근적외선 통과 대역을 가졌다.
컴포넌트 5
교번하는 PEN의 층들과 CoPEN(PEN의 공중합체) + 상부 및 하부 상의 두꺼운 CoPEN 스킨 층들의 224개 층들로 이루어진 필름 스택을 모델링하였다. 633 nm에서 각각 x-방향, y-방향 및 z-방향들로 1.822, 1.583 및 1.559의 굴절률들을 갖고, 633 nm에서 각각의 방향으로 4.5 × 10-6의 흡수를 갖는 것으로 하여 PEN 층들을 모델링하였다. 633 nm에서 각각 x-방향, y-방향 및 z-방향들로 1.571, 1.570 및 1.569의 굴절률들 및 PEN과 동일한 흡수 값들을 갖는 것으로 하여 CoPEN 층들을 모델링하였다. 스택의 상부 및 하부의 두꺼운 CoPEN 층들은 각각 2500 nm의 두께를 가졌다. PEN 및 CoPEN 층들에 대한 층 두께 프로파일이 도 22에 도시되어 있다. 일련의 층들이 광원에 가장 가까운 두꺼운 CoPEN 스킨층으로부터 시작되어, 이어서 다른 PEN 층이 뒤따르고, 이어서 하부 두꺼운 CoPEN 스킨층까지 CoPEN과 PEN 사이에서 교번하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 통과 대역 및 차단 대역 둘 모두에 대해 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도에서의 통과 대역에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 23에 도시되어 있고, 0도에서의 차단 대역에 대해서는 도 24, 50도에서의 통과 대역에 대해서는 도 25, 그리고 50도에서의 차단 대역에 대해서는 도 26에 도시되어 있다.
실시예 1
컴포넌트 5 및 컴포넌트 3의 필름들을 조합하여 필름 스택을 단일 스택으로 모델링하되, 컴포넌트 5의 필름을 광원에 가장 가깝게 하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 통과 대역 및 차단 대역 둘 모두에 대해 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도에서의 통과 대역에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 27에 도시되어 있고, 0도에서의 차단 대역에 대해서는 도 28, 50도에서의 통과 대역에 대해서는 도 29, 그리고 50도에서의 차단 대역에 대해서는 도 30에 도시되어 있다.
실시예 2
컴포넌트 5 및 컴포넌트 4의 필름을 조합하여 필름 스택을 단일 스택으로 모델링하되, 컴포넌트 5의 필름을 광원에 가장 가깝게 하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 통과 대역 및 차단 대역 둘 모두에 대해 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도에서의 통과 대역에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 31에 도시되어 있고, 0도에서의 차단 대역에 대해서는 도 32, 50도에서의 통과 대역에 대해서는 도 33, 그리고 50도에서의 차단 대역에 대해서는 도 34에 도시되어 있다. 실시예 2의 광학 필터는 약 940 nm에 중심을 둔 통과 상태에서 편광된 광에 대해 수직 입사각의 통과 대역을 가졌다.
실시예 3
컴포넌트 5, 컴포넌트 3 및 컴포넌트 2의 필름들을 조합하여 필름 스택을 단일 스택으로 모델링하되, 컴포넌트 5의 필름을 광원에 가장 가깝게 하고, 컴포넌트 3의 필름을 그 위로 하고, 컴포넌트 2의 필름을 그 다음으로 하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 통과 대역 및 차단 대역 둘 모두에 대해 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도에서의 통과 대역에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 35에 도시되어 있고, 0도에서의 차단 대역에 대해서는 도 36, 50도에서의 통과 대역에 대해서는 도 37, 그리고 50도에서의 차단 대역에 대해서는 도 38에 도시되어 있다. 실시예 3의 광학 필터는 약 940 nm에 중심을 둔 통과 상태에서 편광된 광에 대해 수직 입사각의 통과 대역을 가졌다.
실시예 4
컴포넌트 5, 컴포넌트 2 및 컴포넌트 1의 필름들을 조합하여 필름 스택을 단일 스택으로 모델링하되, 컴포넌트 5의 필름을 광원에 가장 가깝게 하고, 컴포넌트 2의 필름을 그 위로 하고, 컴포넌트 1의 염료 코팅을 그 다음으로 하였다. 스택에 수직으로 입사되는(즉, 0도 입사각) 광과 50도 입사각에서 입사되는 광의 투과율을 통과 대역 및 차단 대역 둘 모두에 대해 400 nm 내지 1400 nm의 파장들에 대해 계산하였다. 0도에서의 통과 대역에 대한 파장의 함수로서의 투과율은 도 39에 도시되어 있고, 0도에서의 차단 대역에 대해서는 도 40, 50도에서의 통과 대역에 대해서는 도 41, 그리고 50도에서의 차단 대역에 대해서는 도 42에 도시되어 있다. 실시예 4의 광학 필터는 약 940 nm에 중심을 둔 통과 상태에서 편광된 광에 대해 수직 입사각의 통과 대역을 가졌다.
다음은 본 발명의 예시적인 실시 형태의 목록이다.
실시 형태 1은 광학 필터로서,
제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되는 편광기 - 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성됨 -; 및 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 가시 파장 범위 내의 비편광된 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되는 가시광 차단 필터 - 가시광 차단 필터는 편광기를 통해 투과된 광이 가시광 차단 필터에 입사되도록 배치되고, 가시광 차단 필터는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성됨 -를 포함하며, 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각을 포함하고, 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위의 80% 이상을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 2는 실시 형태 1에 있어서, 편광기는 가시광 차단 필터에 라미네이팅되는, 광학 필터이다.
실시 형태 3는 실시 형태 1에 있어서, 에어갭이 편광기와 가시광 차단 필터를 분리시키는, 광학 필터이다.
실시 형태 4는 실시 형태 1에 있어서, 제1 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되는, 광학 필터이다.
실시 형태 5는 실시 형태 1에 있어서, 제1 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 70% 이상을 투과시키도록 구성되는, 광학 필터이다.
실시 형태 6은 실시 형태 1에 있어서, 제2 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 제2 적외선 파장 범위 내의 광의 20% 미만을 투과시키도록 구성되는, 광학 필터이다.
실시 형태 7은 실시 형태 1에 있어서, 제2 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 1600 nm인, 광학 필터이다.
실시 형태 8은 실시 형태 1에 있어서, 제1 및 제2 적외선 파장 범위들은 800 nm 내지 1600 nm인, 광학 필터이다.
실시 형태 9는 실시 형태 1에 있어서, 제3 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 적어도 1000 nm인, 광학 필터이다.
실시 형태 10은 실시 형태 1에 있어서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 300 nm 이상의 범위를 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 11은 실시 형태 1에 있어서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 적어도 800 nm 내지 1000 nm 범위를 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 12는 실시 형태 1에 있어서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 적어도 800 nm 내지 1100 nm 범위를 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 13은 실시 형태 1에 있어서, 제1 및 제2 적외선 파장 범위들은 동일한, 광학 필터이다.
실시 형태 14는 실시 형태 1에 있어서, 편광기는 제2 적외선 파장 범위를 포함하는 1차 반사 대역을 갖고, 적어도 부분적으로 가시 파장 범위 내의 적어도 하나의 고조파를 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 15는 실시 형태 1에 있어서, 편광기는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는 편광 노치 필터인, 광학 필터이다.
실시 형태 16은 실시 형태 1에 있어서, 제1 적외선 파장 범위는 100 nm 미만의 폭을 갖고, 제2 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 1600 nm인, 광학 필터이다.
실시 형태 17은 실시 형태 16에 있어서, 제1 적외선 파장 범위는 60 nm 이하의 폭을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 18은 실시 형태 16에 있어서, 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역을 제공하도록 구성되며, 근적외선 통과 대역은 제1 적외선 파장 범위를 포함하고, 근적외선 통과 대역은 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 19는 실시 형태 16에 있어서, 가시광 차단 필터는 노치 필터를 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 20은 실시 형태 16에 있어서, 편광기를 통해 투과된 광이 노치 필터에 입사되도록 배치된 노치 필터를 더 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 21은 실시 형태 16에 있어서, 편광기는 노치 필터 및 광대역 편광기를 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖고, 광대역 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제4 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고, 제2 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되며, 제4 적외선 파장 범위는 제1 적외선 파장 범위를 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 22는 실시 형태 21에 있어서, 제4 적외선 파장 범위는 300 nm 이상의 폭을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 23은 실시 형태 19 내지 실시 형태 22 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 노치 필터는 중합체 다층 광학 필름을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 24는 실시 형태 19 내지 실시 형태 22 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 노치 필터는 복수의 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 25는 실시 형태 19 내지 실시 형태 22 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 노치 필터는 중합체 다층 광학 필름 및 중합체 다층 광학 필름에 인접하게 배치된 복수의 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 26은 실시 형태 19 내지 실시 형태 22 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 노치 필터는 복수의 교번하는 중합체 및 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 27은 실시 형태 1 내지 실시 형태 26 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 편광기는 중합체 다층 광학 필름, 콜레스테릭 편광기, 와이어 그리드 편광기, 은 나노입자 편광기, 및 하나 이상의 편광 염료들 중 하나 이상을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 28은 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 중합체 다층 광학 필름을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 29는 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 복수의 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 30은 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 중합체 다층 광학 필름 및 중합체 다층 광학 필름에 인접하게 배치된 복수의 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 31은 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 복수의 교번하는 중합체 및 무기 층들을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 32는 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 염료 및 안료 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 33은 실시 형태 1에 있어서, 가시광 차단 필터는 금속 코팅을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 34는 실시 형태 1에 있어서, 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm인, 광학 필터이다.
실시 형태 35는 실시 형태 1에 있어서, 제1 가시 파장 범위는 60 nm 이하의 폭을 갖는 대역을 제외하고는 400 nm 내지 700 nm의 모든 파장들을 포함하는, 광학 필터.
실시 형태 36은 실시 형태 1에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들인, 광학 필터이다.
실시 형태 37은 실시 형태 1에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들인, 광학 필터이다.
실시 형태 38은 실시 형태 1에 있어서, 편광기에 인접하게 배치된 방향 제어 요소를 더 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 39는 실시 형태 1에 있어서, 편광기에 인접하게 배치된 지연기를 더 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 40은 실시 형태 39에 있어서, 지연기는 패턴화되는, 광학 필터이다.
실시 형태 41은 실시 형태 40에 있어서, 지연기의 제1 부분은 제1 빠른 축을 갖고, 지연기의 상이한 제2 부분은 제1 통과 축에 평행하지 않은 제2 빠른 축을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 42는 실시 형태 41에 있어서, 지연기의 제1 빠른 축은 편광기의 통과 축으로부터 약 45도의 각도에 있는, 광학 필터이다.
실시 형태 43은 실시 형태 40에 있어서, 지연기의 제1 부분은 제1 지연을 갖고, 지연기의 상이한 제2 부분은 상이한 제2 지연을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 44는 편광기를 포함하는 광학 필터로서, 편광기는 복수의 교번하는 중합체 층들을 포함하고, 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제2 원형 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되며, 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1 및 제2 적외선 파장 범위들 각각을 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 45는 실시 형태 44에 있어서, 편광기와 광학적으로 연통되는 가시광 차단 필터를 더 포함하는, 광학 필터이다.
실시 형태 46은 실시 형태 44에 있어서, 편광기는 선형 반사 편광기 및 선형 반사 편광기에 인접하게 배치된 지연기를 포함하고, 선형 반사 편광기는 복수의 교번하는 중합체 층들을 포함하고, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연을 갖는, 광학 필터이다.
실시 형태 47은 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태의 광학 필터를 포함하는 광학 디바이스이다.
실시 형태 48은 실시 형태 47에 있어서, 웨어러블 전자 디바이스, 의료 진단 디바이스, 휴대 전화, 근적외선 마커, 차고 도어 열림 시스템의 컴포넌트, 및 운전자 보조 시스템의 컴포넌트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 49는 실시 형태 48에 있어서, 착용가능한 전자 디바이스는 시계인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 50은 실시 형태 48에 있어서, 근적외선 마커는 근적외선 재귀반사기인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 51은 실시 형태 47의 광학 디바이스를 포함하는 광학 시스템으로서, 광학 시스템은 의료 진단 시스템, 차고 도어 열림 시스템, 및 운전자 보조 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 시스템이다.
실시 형태 52는 실시 형태 1의 광학 필터, 센서 및 근적외선 광원을 포함하는 광학 디바이스로서, 광학 필터는 제1 측면 및 반대편의 제2 측면을 갖고, 센서는 제1 측면에 인접하게 그리고 그것과 대면하여 배치되고, 근적외선 광원은 센서에 인접하게 그리고 제1 측면에 인접하게 그리고 그것에 대면하여 배치된다.
실시 형태 53은 실시 형태 52에 있어서, 센서는 적어도 600 nm 내지 1000 nm의 스펙트럼 범위를 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 54는 실시 형태 52에 있어서, 센서는 400 nm 내지 1200 nm의 스펙트럼 범위를 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 55는 실시 형태 52에 있어서, 근적외선 광원은 60 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는 대역에서 광을 방출하도록 구성되는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 56은 실시 형태 52에 있어서, 광학 필터는 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역을 제공하도록 구성되고, 근적외선 통과 대역은 제1 적외선 파장 범위를 포함하고, 근적외선 통과 대역은 근적외선 광원의 반치전폭 대역폭 이상의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 57은 실시 형태 56에 있어서, 근적외선 통과 대역의 반치전폭 대역폭은 근적외선 광원의 반치전폭 대역폭의 2배 이하인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 58은 실시 형태 55에 있어서, 대역은 약 850 nm, 약 880 nm 또는 약 940 nm의 파장에 중심을 두는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 59는 실시 형태 52에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 60은 실시 형태 52에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 61은 실시 형태 52에 있어서, 광학 필터는 광학 필터의 제1 측면의 반대편인 편광기에 인접하게 배치된 지연기를 포함하는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 62는 실시 형태 61에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들이고, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 63은 실시 형태 61에 있어서, 지연기는 패턴화된 지연기인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 64는 실시 형태 63에 있어서, 패턴화된 지연기는 근적외선 광원으로부터 광을 수광하도록 배치된 제1 부분 및 센서에 광을 투과시키도록 배치된 상이한 제2 부분을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 65는 실시 형태 64에 있어서, 제1 부분은 제1 지연을 갖고, 제2 부분은 상이한 제2 지연을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 66은 실시 형태 65에 있어서, 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 제1 지연과 제2 지연 사이의 차이의 절대값은 파장의 절반인, 광학 디바이스이다.
실시 형태 67은 실시 형태 65에 있어서, 제1 부분은 제1 빠른 축을 갖고, 제2 부분은 제1 빠른 축에 평행하지 않은 제2 빠른 축을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 68은 실시 형태 64에 있어서, 제1 및 제2 부분들은 동일한 지연을 갖고, 제1 부분은 제1 빠른 축을 가지며, 제2 부분은 제1 빠른 축에 평행하지 않은 제2 빠른 축을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 69는 실시 형태 64에 있어서, 제1 및 제2 부분들 중 하나는 편광기의 통과 축으로부터 약 45도의 각도의 빠른 축을 갖고 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 반파장 지연을 가지며, 제1 및 제2 부분 중 다른 부분은 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 실질적으로 어떠한 지연도 갖지 않거나, 통과 축에 실질적으로 평행하거나 실질적으로 수직인 빠른 축을 갖는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 70은 센서, 및 센서의 개구에 진입하는 광이 광학 필터를 통과하도록 배치된 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태의 광학 필터를 포함하는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 71은 실시 형태 70에 있어서, 웨어러블 전자 디바이스, 의료 진단 디바이스, 휴대 전화, 근적외선 마커, 차고 도어 열림 시스템의 컴포넌트, 및 운전자 보조 시스템의 컴포넌트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 72는 실시 형태 70의 광학 디바이스를 포함하는 광학 시스템으로서, 광학 시스템은 의료 진단 시스템, 차고 도어 열림 시스템, 및 운전자 보조 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 시스템이다.
실시 형태 73은 실시 형태 70의 광학 디바이스를 포함하는 휴대 전화이다.
실시 형태 74는 실시 형태 70에 있어서, 근적외선 광원이 근적외선 광을 광 필터를 통해 근적외선 재귀반사기를 향해 방출하는 경우, 근적외선이 재귀반사기로부터 센서를 향해 반사되도록 센서에 근접하게 배치된 근적외선 광원을 더 포함하는, 광학 디바이스이다.
실시 형태 75는 실시 형태 74의 광학 디바이스를 포함하고, 근적외선 재귀반사기를 더 포함하는 광학 시스템이다.
실시 형태 76은 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태의 광학 필터 및 광학 필터와 광학적으로 연통되는 근적외선 재귀반사기를 포함하는 광학 시스템이다.
실시 형태 77은 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 근적외선 재귀반사기는 편광 회전 재귀반사기인, 광학 시스템이다.
실시 형태 78은 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 근적외선 재귀반사기는 편광 보존 재귀반사기인, 광학 시스템이다.
실시 형태 79는 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 근적외선 재귀반사기는 위상 천이 재귀반사기인, 광학 시스템이다.
실시 형태 80은 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 근적외선 재귀반사기는 탈편광 재귀반사기인, 광학 시스템이다.
실시 형태 81은 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 재귀반사기는 지연기를 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 82는 실시 형태 81에 있어서, 지연기는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기인, 광학 시스템이다.
실시 형태 83은 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 차고 도어 열림 시스템인, 광학 시스템이다.
실시 형태 84는 실시 형태 75 또는 실시 형태 76에 있어서, 운전자 보조 시스템인, 광학 시스템이다.
실시 형태 85는 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원으로부터 마커까지 그리고 이어서 센서로 연장되는 광 경로는 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태에 따른 적어도 하나의 광학 필터와 교차하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 86은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원으로부터 마커까지 그리고 이어서 센서로 연장되는 광 경로는 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태에 따른 적어도 2개의 광학 필터들과 교차하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 87은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원으로부터 마커까지 그리고 이어서 센서로 연장되는 광 경로는 근적외선 광원과 마커 사이의 광학 필터의 제1 부분과 교차하고, 마커와 센서 사이에서 광학 필터의 상이한 제2 부분과 교차하며, 광학 필터는 실시 형태 1 내지 실시 형태 46 중 어느 하나의 실시 형태에 따른 광학 필터인, 광학 시스템이다.
실시 형태 88은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원은 비편광된 광을 생성하도록 구성되고, 센서 및 마커 중 하나는 실시 형태 1의 광학 필터를 포함하고, 제1 편광 상태는 제1 통과 축을 갖는 선형 편광 상태이며, 센서 및 마커 중 다른 하나는 제1 통과 축에 실질적으로 직교하는 제2 통과 축을 갖는 제2 편광기를 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 89는 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원은 비편광된 광을 생성하도록 구성되고, 센서 및 마커 중 하나는 실시 형태 44의 광학 필터를 포함하고, 센서 및 마커 중 다른 하나는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된 제2 편광기를 포함하며, 제2 편광기는 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되는, 광학 시스템이다.
실시 형태 90은 실시 형태 89에 있어서, 센서 및 마커 중 적어도 하나는 가시광 차단 필터를 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 91은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원 및 센서 중 하나는 실시 형태 1의 광학 필터를 포함하고, 제1 편광 상태는 제1 통과 축을 갖는 선형 편광 상태이며, 근적외선 광원 및 센서 중 다른 하나는 제2 편광기를 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 92는 실시 형태 91에 있어서, 제2 편광기는 제1 통과 축에 실질적으로 직교하는 제2 통과 축을 갖는, 광학 시스템이다.
실시 형태 93은 실시 형태 91에 있어서, 제2 편광기는 제1 통과 축에 실질적으로 직교하는 제2 통과 축을 갖는, 광학 시스템이다.
실시 형태 94는 실시 형태 91 내지 실시 형태 93 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 마커는 탈편향인, 광학 시스템이다.
실시 형태 95는 실시 형태 91 내지 실시 형태 93 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 마커는 편향 보존인, 광학 시스템이다.
실시 형태 96은 실시 형태 91 내지 실시 형태 93 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 마커는 편향 회전인, 광학 시스템이다.
실시 형태 97은 실시 형태 91 내지 실시 형태 93 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 마커는 위상 천이 마커인, 광학 시스템이다.
실시 형태 98은 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원 및 센서 중 하나는 실시 형태 44의 광학 필터를 포함하고, 근적외선 광원 및 센서 중 다른 하나는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성된 제2 편광기를 포함하며, 제2 편광기는 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 제2 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되는, 광학 시스템이다.
실시 형태 99는 실시 형태 98에 있어서, 광학 필터는 가시광 차단 필터를 더 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 100은 실시 형태 98에 있어서, 마커는 탈편광인, 광학 시스템이다.
실시 형태 101은 실시 형태 98에 있어서, 마커는 마커로부터 반사된 광의 위상을 천이시키도록 구성되는, 광학 시스템이다.
실시 형태 102는 실시 형태 101에 있어서, 마커는 제1 적외선 파장 범위 내의 파장에서 1/4 파장 지연기 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 103은 실시 형태 98에 있어서, 마커는 원형 편광된 광을 수광하고 수광된 광을 선형 편광된 광으로서 반사하도록 구성된 위상 천이 마커인, 광학 시스템이다.
실시 형태 104는 실시 형태 98에 있어서, 마커는 편광 보존인, 광학 시스템이다.
실시 형태 105는 실시 형태 98에 있어서, 마커는 편광 회전인, 광학 시스템이다.
실시 형태 106은 실시 형태 85 내지 실시 형태 105 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 운전자 보조 시스템인, 광학 시스템이다.
실시 형태 107은 실시 형태 51, 실시 형태 72, 또는 실시 형태 84 또는 실시 형태 106에 있어서, 운전자 보조 시스템은 나이트 비전 시스템, 주차 보조 시스템, 사각 지대 검출 시스템, 전자 안정성 제어 시스템, 졸음 운전자 검출 시스템, 적응형 헤드라이트 시스템, 빗물 검출 시스템, 적응형 크루즈 제어 시스템, 차로 이탈 경고 시스템, 충돌 회피 시스템, 및 백업 카메라 시스템 중 하나 이상을 포함하는, 광학 시스템이다.
실시 형태 108은 실시 형태 85 내지 실시 형태 107 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 마커는 재귀반사성 번호판인, 광학 시스템이다.
도면 내의 요소에 대한 설명은, 달리 지시되지 않는 한, 다른 도면 내의 대응하는 요소들에 동등하게 적용되는 것으로 이해되어야 한다. 특정 실시 형태들이 본 명세서에 도시 및 기술되어 있지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예가 도시 및 기술된 특정 실시 형태들을 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시 형태들의 임의의 개조들 또는 변형들을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 청구범위 및 이의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 광학 필터로서,
    제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되는 편광기 - 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제2 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성됨 -; 및
    수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 가시 파장 범위 내의 비편광된 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되는 가시광 차단 필터 - 가시광 차단 필터는 편광기를 통해 투과된 광이 가시광 차단 필터에 입사되도록 배치되고, 가시광 차단 필터는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 가시광 차단 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성됨 -를 포함하며,
    700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각을 포함하고, 제1 가시 파장 범위는 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위의 80% 이상을 포함하는, 광학 필터.
  2. 제1항에 있어서, 제1 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광학 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되는, 광학 필터.
  3. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 적외선 파장 범위들은 800 nm 내지 1600 nm인, 광학 필터.
  4. 제1항에 있어서, 제3 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 적어도 1000 nm인, 광학 필터.
  5. 제1항에 있어서, 제2 및 제3 적외선 파장 범위들 각각은 300 nm 이상의 범위를 포함하는, 광학 필터.
  6. 제1항에 있어서, 편광기는 제2 적외선 파장 범위를 포함하는 1차 반사 대역을 갖고, 적어도 부분적으로 가시 파장 범위 내의 적어도 하나의 고조파를 갖는, 광학 필터.
  7. 제1항에 있어서, 제1 적외선 파장 범위는 100 nm 미만의 폭을 갖고, 제2 적외선 파장 범위는 800 nm 내지 1600 nm인, 광학 필터.
  8. 제7항에 있어서, 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 근적외선 통과 대역을 제공하도록 구성되며, 근적외선 통과 대역은 제1 적외선 파장 범위를 포함하고, 근적외선 통과 대역은 100 nm 이하의 반치전폭(full-width at half-maximum) 대역폭을 갖는, 광학 필터.
  9. 제7항에 있어서, 가시광 차단 필터는 노치 필터를 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 필터.
  10. 제7항에 있어서, 편광기를 통해 투과된 광이 노치 필터에 입사되도록 배치된 노치 필터를 더 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖는, 광학 필터.
  11. 제7항에 있어서, 편광기는 노치 필터 및 광대역 편광기를 포함하며, 노치 필터는 수직 입사각으로 노치 필터에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 비편광된 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 노치 필터는 100 nm 이하의 반치전폭 대역폭을 갖고, 광대역 편광기는 제1 편광 상태에서 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제4 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키고, 제2 편광 상태에 있고 수직 입사각으로 광대역 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되며, 제4 적외선 파장 범위는 제1 적외선 파장 범위를 포함하는, 광학 필터.
  12. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 원형 편광 상태들인, 광학 필터.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 편광 상태들은 선형 편광 상태들인, 광학 필터.
  14. 제1항에 있어서, 편광기에 인접하게 배치된 지연기를 더 포함하는, 광학 필터.
  15. 제14항에 있어서, 지연기는 패턴화되는, 광학 필터.
  16. 편광기를 포함하는 광학 필터로서, 편광기는 복수의 교번하는 중합체 층들을 포함하고, 제1 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제1 적외선 파장 범위 내의 광의 60% 이상을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제1 편광 상태에 직교하는 제2 원형 편광 상태에서 수직 입사각으로 편광기에 입사되는 제2 적외선 파장 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되고, 편광기는 제2 원형 편광 상태에서 50도 입사각으로 편광기에 입사되는 제3 적외선 파장 범위 내의 광의 30% 미만을 투과시키도록 구성되며, 700 nm 내지 2500 nm의 파장 범위는 제1 및 제2 적외선 파장 범위들 각각을 포함하는, 광학 필터.
  17. 센서, 및 센서의 개구에 진입하는 광이 광학 필터를 통과하도록 배치된 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 광학 필터를 포함하는, 광학 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 근적외선 광원이 근적외선 광을 광 필터를 통해 근적외선 재귀반사기를 향해 방출하는 경우, 근적외선 광이 재귀반사기로부터 센서를 향해 반사되도록 센서에 근접하게 배치된 근적외선 광원을 더 포함하는, 광학 디바이스.
  19. 근적외선 광원, 센서 및 마커를 포함하는 광학 시스템으로서, 근적외선 광원으로부터 마커까지 그리고 이어서 센서로 연장되는 광 경로는 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광학 필터와 교차하는, 광학 시스템.
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