[发明专利]具有几何相位全息图的偏振转换系统

说明书

一种偏振转换系统包括几何相位元件和延迟器元件。几何相位元件具有带有在沿着其表面的至少一个维度上非线性变化的局部光轴取向的光学各向异性。延迟器元件被布置成接收从几何相位元件输出的光。还讨论了有关的系统和方法。

优先权要求

本申请要求来自2013年3月13日提交的美国临时专利申请号61/779,304的优先权，其公开内容通过引用完整合并于此。

技术领域

本发明涉及一种偏振转换和有关的系统。

背景技术

许多光学器件和系统可能需要偏振光以进行操作。这样的器件可以见于包括例如平板显示器、投影显示器、光纤网络和/或光学传感器的各种各样的应用领域内。然而，许多光源可能是非偏振的，所述光源包括例如发光二极管（LED）、冷阴极荧光灯（CCFL）、白炽灯和/或自然光。

诸如偏振层板或各种双折射棱镜之类的偏振元件可以用来将非偏振光转换成偏振光。然而，这样的偏振元件可能内在地有损耗，因为它们通常通过吸收不需要的光或者通过将不需要的光重定向离开期望方向而操作。这可能甚至在光进入显示部件之前导致大于约50%的光功率损耗。这样大的损耗通常是不期望的，尤其在高亮度显示系统或其中电池寿命有限的便携式电池供电显示系统中。

已经使用一些方法来减少偏振元件中的损耗，使得被转换成偏振光的非偏振光的量（本文中被称为“转换效率”）大于约50%。一个这样的方法选择性地使期望的偏振通过到显示器中并且将不需要的偏振反射回到光照系统中，预期不需要的偏振将被扰乱或者被转换成期望的偏振并且随后以期望的偏振中的至少一些重新发射。这样的方法可以保存从光源输出的光的展度（或扩展范围）。

另一个偏振转换方法（被称为偏振转换系统（PCS））将具有不需要的偏振的入射光转换成期望的偏振而不是吸收它或将其从输出重定向，并且在例如美国专利号5,995,284和美国专利号5,986,809中进行描述。这可能导致具有通常60-80%效率的偏振转换。

PCS方法的一个困难可能牵涉偏振分离元件。特别地，许多方法可能采用小偏振分束器阵列（PBS阵列）。这样的阵列可以满意地用于较小的入射角，但是对于以约±5°或更大的角度离轴入射的光而言可能经历很大的劣化。在美国专利号6,621,533中描述的替换的PCS采用具有块液晶的闪耀微棱镜阵列的复杂组合；然而，这样的复杂结构可能难以制作和/或可能具有性能限制。

另外，已经与反射镜或波片以及微棱镜阵列相结合使用一个或多个偏振光栅（PG）来实现偏振转换。然而，前一布置可能需要相对大的体积，而后一布置可能对于除极其准直的光之外所有都缺少实用性。

而且，已经演示了采用传统折射微透镜阵列、偏振光栅和百叶式波片的两个PCS的布置。然而，这样的配置可能对于跨相对大的区域的制作和配准（registration）提出挑战，因为它们可能涉及必须单独制作且仔细对齐的至少五个元件。此外，对于微棱镜阵列可能的尺寸和f数（焦距与透镜直径之比）的实际限制经常限制性能或增加成本。

发明内容

依照本文中描述的一些实施例，用于偏振转换的装置或系统包括被定位成接收从至少一个光源输出的光的几何相位全息图和被定位成接收从几何相位全息图输出的光的图案化延迟器。

在一些实施例中，从光源输出的光可以具有小于几何相位全息图的区域的发射区域。

在一些实施例中，从光源输出的光可以具有宽带的光谱。

在一些实施例中，从光源输出的光可以至少部分地非偏振。

在一些实施例中，几何相位全息图可以被配置成使一个圆偏振聚焦并且使一个正交圆偏振散焦。几何相位全息图可以因此被配置成实施其相位剖面（profile）中的透镜功能。