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单轴延迟器堆栈的广角补偿

阅读：774发布：2020-05-08

专利汇可以提供单轴延迟器堆栈的广角补偿专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种复合延迟器，其建立对Re和Rth的独立控制。这可以通过形成三层复合延迟器来完成，包括一对与单个+A板组合的匹配的-A板。该+A板通常是MD拉伸膜，其具有特定于应用的面内要求(Re)的延迟。该对-A板的光轴交叉，使得Re＝0，光轴平行于+A板对齐。-A板的单个延迟值可以在较大的Re值范围上产生改善的视场性能，这使其成为通用补偿的非常实用的方式。尽管Rth通常与单个延迟器相关联，但是可以将具有不同光轴取向范围的延迟器堆栈视为具有复合(或合成)Rth值(RthC)。三层复合延迟器具有这样的实际优势，其使得能够在正交入射偏振变换的宽范围内进行视场补偿。，下面是单轴延迟器堆栈的广角补偿专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复合延迟器，包括：
第一平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第一延迟器的光轴取向确定面内延迟，并且其中，所述第一延迟器在厚度尺寸上具有第一延迟；
第二平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第二延迟器的光轴取向平行于所述第一延迟器的光轴取向，并且其中，所述第二延迟器在厚度尺寸上具有第二延迟；和
第三平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第三延迟器的光轴取向相对于所述第一延迟器的光轴取向交叉，并且其中，所述第三延迟器在厚度尺寸上具有第三延迟；
其中，所述第一延迟在符号上与所述第二延迟和所述第三延迟相反。
2.根据权利要求1所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器具有相同的面内延迟。
3.根据权利要求1所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟为所述第一延迟器的面内延迟的一半。
4.根据权利要求1所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟在所述第一延迟器的面内延迟的20％至80％之间。
5.一种延迟器堆栈，其包含两个或多个如权利要求1所述的复合延迟器。
6.一种复合延迟器，包括：
第一A板延迟器，其具有第一光轴取向和第一延迟；
第二A板延迟器，其具有第二光轴取向和第二延迟；和
第三A板延迟器，其具有第三光轴取向和第三延迟，其中，所述第三光轴取向垂直于所述第二光轴取向；
其中，所述第二光轴取向和第三光轴取向中的一个垂直于所述第一光轴取向；
其中，所述第一延迟在符号上与所述第二延迟和所述第三延迟相反。
7.根据权利要求6所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器具有相同的面内延迟。
8.根据权利要求6所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟为所述第一延迟器的面内延迟的一半。
9.根据权利要求6所述的复合延迟器，其中，所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟在所述第一延迟器的面内延迟的20％至80％之间。
10.一种延迟器堆栈，其包含两个或多个如权利要求6所述的复合延迟器。
11.一种延迟器堆栈，用于对通过其的光束的偏振状态进行取决于波长的操纵，所述延迟器堆栈包括：
第一延迟器堆栈，其包括两个线性延迟层，其中，所述第一延迟器堆栈在所述光通过的方向上具有厚度尺寸，并且其中，所述第一延迟器堆栈在所述厚度尺寸上具有非零延迟；
第二延迟器堆栈，其包括两个线性延迟层，其中，所述第二延迟器堆栈在所述光通过的方向上具有厚度尺寸，并且其中，所述第二延迟器堆栈在所述厚度尺寸上具有非零延迟；和成对的交叉的A板延迟器，其定位于所述第一延迟器堆栈和所述第二延迟器堆栈之间，其中，所述成对的交叉的A板延迟器具有基本匹配的面内延迟。
12.根据权利要求11所述的延迟器堆栈，其中，所述第一延迟器堆栈和所述第二延迟器堆栈的双折射具有与所述交叉的A板延迟器的双折射相同的和相反的符号。
13.根据权利要求11所述的延迟器堆栈，其中，所述延迟器堆栈具有复合面内延迟，并且其中，所述交叉的A板延迟器减小所述复合面内延迟的入射角依赖性。
14.根据权利要求11所述的延迟器堆栈，其中，所述延迟器堆栈以大约45度的逆序反射配置布置，其中，所述延迟器堆栈用于将预定波长范围的输入偏振状态转换为正交于所述输入偏振状态的偏振状态，并且其中，所述成对的交叉的A板延迟器提供了取决于方位角的补偿，所述取决于方位角的补偿减少所述复合面内延迟的取决于入射角的变化。
15.根据权利要求14所述的延迟器堆栈，其中，所述延迟器堆栈由正A板组成，并且所述交叉的A板延迟器由负A板组成。
16.根据权利要求11所述的延迟器堆栈，其中，所述延迟器堆栈在预定的波长范围内不转换输入偏振状态，并且其中，所述交叉的A板延迟器不对所述复合面内延迟的取决于入射角的变化产生不利影响。
17.根据权利要求13所述的延迟器堆栈，其中，所述取决于方位角的补偿在延迟和取向上与所述延迟器堆栈之间存在的复合延迟基本匹配，从而使所述复合面内延迟最小。
18.根据权利要求14所述的延迟器堆栈，其中，所述延迟器堆栈和所述交叉的A板的组合产生对入射角基本不敏感的正交入射复合偏振变换。

说明书全文

单轴延迟器堆栈的广角补偿

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2017年7月17日提交的美国临时申请No.62/533,547的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

[0003] 经常需要在正交偏振态(SOP)之间转换的光学组件。如今，产品中使用的几乎所有偏振器都会消除或反映线性SOP，因此对于大多数偏振转换场景而言，使线性基准成为现实。通常使用一个或多个线性延迟器来完成这种转换。还经常需要在扩展的波长和入射角范围上保持转换。在一些情况下，可能进一步需要存在单独波长范围，在该单独波长范围上，输入SOP被保留(未转换)。该附加约束主要适用于区分波长带的系统，通常用于滤波、分离/组合或切换目的。透射或反射(双通)配置可能需要偏振变换。

[0004] 线性延迟器引入的相位差通常取决于波长和入射角。术语“A板”是指线性单轴延迟器，其中光轴(或非寻常轴)包含在延迟器基板或孔的平面中。“正交入射”光被认为是垂直于延迟器基板入射的光。A板延迟器可以从正交入射的偏振光产生两个波，并在它们之间引入相位差。具有消色差(即，波长不敏感)延迟的单个延迟器需要双折射，该双折射随着波长的增加而以抵消相位差的反波长依赖性的方式而增加。尝试实现这种消色差行为的尝试包括使用色散控制的聚合物材料(例如用于宽带四分之一波长延迟器的Teijin聚合物)。另一种方法是使用延迟器膜的堆栈，其产生的偏振变换端点对于一波长范围是通用的。后者可以由相同材料的延迟器膜的堆栈组成，或者在有益时由两种或多种材料的延迟器膜的堆栈组成。延迟器堆栈可被视为有限脉冲响应(FIR)滤波器，其中线性系统理论将时域与频率(或波长)域相关联。在现有技术中描述了这些原理(例如，Robinson，“用于LCD投影的偏振工程(Polarization Engineering for LCD Projection)”)。

[0005] 延迟器膜通常通过在纵向方向(MD，machine direction)上拉伸铸件或挤出的膜来制造。常规显示材料(例如聚碳酸酯(PC)或环烯烃聚合物(COP))的MD拉伸会产生具有面内延迟Re＝(nx-ny)d的正单轴延迟器，其中nx是MD上的折射率，ny是横向方向(TD，或交叉网)上的折射率，d是膜厚度。平均面内折射率的增加在厚度方向上产生了延迟，由下式给出：

[0006]

[0007] 其中，nz是厚度方向上的折射率。对于典型的单轴延迟器，其中ny＝nz＝no并且nx＝ne，厚度方向延迟为Rth＝Re/2。

[0008] 在正常情况下，这无关紧要。但是当偏振光学器件无论入射角如何都必须执行相同的功能时，Rth常常是个问题。并且当使用多层堆栈(例如)来产生降低偏振变换的波长灵敏度的脉冲响应时，Rth的累积能够破坏正交入射条件。这可以在受层数限制的Re脉冲响应的定制程度和与非垂直光线的该脉冲响应的维持之间进行权衡。通常，这种定制涉及在扩展的频谱范围内创建波长稳定的偏振变换。本发明试图使用实际的补偿方案来克服这种权衡。

[0009] 在这种背景下，已经开发了本文描述的技术。

发明内容

[0010] 本文公开了一种复合延迟器，其包括：第一平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第一延迟器的光轴取向确定面内延迟，并且其中，所述第一延迟器在厚度尺寸上具有第一延迟；第二平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第二延迟器的光轴取向平行于所述第一延迟器的光轴取向，并且其中，所述第二延迟器在厚度尺寸上具有第二延迟；和第三平面延迟器，其具有平行于一平面的两个尺寸和垂直于所述平面的第三或厚度尺寸，其中，所述第三延迟器的光轴取向相对于所述第一延迟器的光轴取向交叉，并且其中，所述第三延迟器在厚度尺寸上具有第三延迟。所述第一延迟在符号上与所述第二延迟和所述第三延迟相反。

[0011] 所述第二延迟器和所述第三延迟器可以具有相同的面内延迟。所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟可以为所述第一延迟器的面内延迟的一半。所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟可以在所述第一延迟器的面内延迟的20％至80％之间。一种延迟器堆栈可以包括如上所述的两个或多个复合延迟器。

[0012] 所公开的是一种符合延迟器，其包括：第一A板延迟器，其具有第一光轴取向和第一延迟；第二A板延迟器，其具有第二光轴取向和第二延迟；和第三A板延迟器，其具有第三光轴取向和第三延迟，其中，所述第三光轴取向垂直于所述第二光轴取向。所述第二光轴取向和第三光轴取向中的一个垂直于所述第一光轴取向。所述第一延迟在符号上与所述第二延迟和所述第三延迟相反。

[0013] 所述第二延迟器和所述第三延迟器可以具有相同的面内延迟。所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟可以为所述第一延迟器的面内延迟的一半。所述第二延迟器和所述第三延迟器的面内延迟可以在所述第一延迟器的面内延迟的20％至80％之间。一种延迟器堆栈可以包括如上所述的两个或多个复合延迟器。

[0014] 所公开的是一种延迟器堆栈，用于对通过其的光束的偏振状态进行取决于波长的操纵。所述延迟器堆栈包括：第一延迟器堆栈，其包括两个线性延迟层，其中，所述第一延迟器堆栈在所述光通过的方向上具有厚度尺寸，并且其中，所述第一延迟器堆栈在所述厚度尺寸上具有非零延迟；第二延迟器堆栈，其包括两个线性延迟层，其中，所述第二延迟器堆栈在所述光通过的方向上具有厚度尺寸，并且其中，所述第二延迟器堆栈在所述厚度尺寸上具有非零延迟；和成对的交叉的A板延迟器，其定位于所述第一延迟器堆栈和所述第二延迟器堆栈之间，其中，所述成对的交叉的A板延迟器具有基本匹配的面内延迟。

[0015] 所述第一延迟器堆栈和所述第二延迟器堆栈的双折射与所述交叉的A板延迟器的双折射相同的和相反的符号。所述延迟器堆栈可以具有复合面内延迟，并且其中，所述交叉的A板延迟器减小所述复合面内延迟的入射角依赖性。所述延迟器堆栈可以以大约45度的逆序反射配置布置，其中，所述延迟器堆栈用于将预定波长范围的输入偏振状态转换为正交于所述输入偏振状态的偏振状态，并且其中，所述成对的交叉的A板延迟器提供了取决于方位角的补偿，所述取决于方位角的补偿减少所述复合面内延迟的取决于入射角的变化。所述延迟器堆栈由正A板组成，并且所述交叉的A板延迟器由负A板组成。所述延迟器堆栈可以在预定的波长范围内不转换输入偏振状态，并且其中，所述交叉的A板延迟器不对所述复合面内延迟的取决于入射角的变化产生不利影响。所述取决于方位角的补偿可以在延迟和取向上与所述延迟器堆栈之间存在的复合延迟基本匹配，从而使所述复合面内延迟最小。
所述延迟器堆栈和所述交叉的A板的组合可以产生对入射角基本不敏感的正交入射复合偏振变换。
附图说明

[0016] 图1示出了三层线性延迟器，其取向θ和Re＝Γ0视场由交叉的负A板补偿，每个负A板具有延迟Γ1。

[0017] 图2示出了现有技术的大约45°对称的逆序反射。

[0018] 图3a示出了在转换频带中图2的功能层行为。

[0019] 图3b示出了在未转换频带中的图2功能层行为。

[0020] 图4a示出了45°方位角中对于各种入射角使用单轴延迟器的未补偿8层绿-品红(GM)延迟器堆栈滤波器的示例。

[0021] 图4b示出了0°方位角中对于各种入射角使用单轴延迟器的未补偿8层绿-品红(GM)延迟器堆栈滤波器的示例。

[0022] 图5a示出了45°方位角中对于各种入射角根据本发明来补偿的使用单轴延迟器的8层绿-品红(GM)延迟器堆栈滤波器的示例。

[0023] 图5b示出了0°方位角中对于各种入射角根据本发明来补偿的使用单轴延迟器的8层绿-品红(GM)延迟器堆栈滤波器的示例。

具体实施方式

[0024] 尽管本文公开的实施例易于进行各种修改和替代形式，但是其特定实施例已经通过示例在附图中示出并且在本文中进行了详细描述。然而，应理解，并非旨在将本发明限制为所公开的特定形式，而是，本发明将覆盖本发明的实施方式的所有修改、等同和替代，如权利要求书限定的。参考附图描述了本公开，其中，相同的附图标记表示基本相似的元件。

[0025] 在功能上是消色差的(即偏振变换是均匀的波长范围)的延迟器堆栈设计与另外需要消色差范围(其保留输入SOP)的延迟器堆栈设计之间的区别通常是微妙的。前者的示例包括Pancharatnam四分之一波和半波延迟器(S.Pancharatnam,“Achromatic combinations of birefringent platesPart II:an achromatic quarter-WP,”Proc.Indian Acad.Sci.41,137–144(1955)),the polarization rotators of Koester(C.J.Koester“, Achromatic combinations of half-wave plates,”J.Opt.Soc.Am.49,405–409(1959))，和Sharp的纯消色差旋转器设计(美国专利No.8,408,708)。波长选择结构可以使用延迟的色散来创建指定宽度的正交偏振频谱区域。常规要求是对于出现各向同性(通常沿着复合光轴或本征偏振)的消色差区域以及转换为正交SOP的区域。如在任何有限脉冲响应(FIR)滤波器中一样，将这些区域分开的过渡频带的宽度(即转换后频带和未转换频带之间的频谱宽度)驱动了设计的复杂性。这样的结构创建了一种(例如)使用偏振分离器/组合器操纵颜色的手段(Sharp，美国专利No.5,751,384)，或在互补色之间切换。由于当非垂直使用时，它们在非零Rth的情况下可能遭受类似的性能下降问题，因此本发明适用于两种结构家族。类似地，补偿方案可以应用于透射和反射模式(双通)结构。

[0026] 广角性能的基准是仅由具有Rth＝0的延迟器组成的结构。具有这种特性的单层显示膜包括由Nitto Denko和Sumitomo开发的双轴拉伸聚碳酸酯。通过在MD和厚度方向上拉伸，原则上Rth＝0是可能的。但是，Re中通常存在“最佳点”，在“最佳点”处，在制造过程中可以精确地保持这种状态，而在其他面内延迟值处存在从此的偏离。另外，z拉伸膜的制造相对昂贵，并且由于超扭曲向列显示市场的失去，因此现今很难购买。

[0027] 用于产生Rth＝0的替代的现有技术解决方案是通过堆栈一对具有相等延迟但双折射符号相反的(交叉)单轴膜而形成的复合延迟器。这可以通过(例如)将负双折射液晶聚合物(-A板)涂覆在拉伸的正双折射基板(+A板)上来实现。也可以通过层压单独制造的薄膜、共挤出和拉伸或其他方式形成。当制造依赖于波长的偏振操纵结构时，取决于(例如)用于转换/保留的特定中心波长，这对于每一层需要不同的延迟值。从实际的角度来看，这给业务带来了挑战，因为这种结构通常是非常定制化的，而不是诸如直视显示补偿器这样的大规模应用。因此，需要一种解决方案，其使得能够实现具有改善的视场的一系列波长选择性偏振操纵结构，其仅需要改变(更常见的)正双折射膜的延迟。同样，使用聚碳酸酯或烯烃基材，+A板相对便宜且普遍。

[0028] 另一种现有技术的复合延迟解决方案将面内延迟的功能与视场补偿分开。例如，单个MD拉伸薄膜可以产生所需的+A板Re值，而光轴垂直于基板(+C板)的单个正单轴延迟器使Rth无效。后者的延迟最佳地是Re值的一半。+C板可通过(例如)双轴面内(MD/TD)拉伸负双折射膜，或通过在各向同性基板上正双折射液晶聚合物(LCP)的垂直排列而形成。C板仅以与方位角无关的方式引入延迟非垂直。也就是说，C板始终会引入延迟非垂直，其投影光轴遵循入射平面(POI)。在某些情况下，沿0/90方位角的附加延迟没有影响，当它被相邻偏振器的吸收轴隐藏时。但是这种两层结构不能严格地视为复合延迟器，因为对于每个元件非垂直都有不同的光轴取向。从最一般的意义上讲，补偿需要方位角依赖来真正创建Rth＝0的线性延迟器。

[0029] 最后，使用具有单符号双折射的A板材料可以产生有效的Rth＝0。这是通过一对匹配的A板之间的消色差偏振变换完成的。在传统配置中，消色差半波延迟器的光轴将等延迟的交叉+A板一分为二，该消色差半波延迟器反映了SOP。这种偏振反映的作用是使Re值加倍，同时使Rth无效。此方案的性能依赖于(复合)光轴取向的严格维持以及HW延迟器相对于波长的延迟。

[0030] 需要一种实用的补偿方案，其使单轴延迟器堆栈具有正交入射脉冲响应的任意程度的定制，这也可以保留正交入射光的正交入射行为。可以使用FIR滤波器设计技术或生成所需脉冲响应的任何设计方法来实现这种定制。通过线性系统理论，(时域)脉冲响应与所需的依赖于波长的偏振操纵有关。

[0031] 此处提出的解决方案是生产真复合延迟器，该复合延迟器其建立对Re和Rth的独立控制。这可以通过形成三层复合延迟器来完成，包括一对与单个+A板组合的匹配的-A板。该+A板通常是MD拉伸膜，其具有特定于应用的面内要求(Re)的延迟。该对-A板的光轴交叉，使得Re＝0，光轴平行于+A板对齐。理想地选择后者的延迟以对于复合延迟器实现Rth＝0。为了最佳地补偿+A板的Rth，每个元件的面内延迟为-Re/2。但是，-A板的单个延迟值可以在较大的Re值范围上产生改善的视场性能，这使其成为通用补偿的非常实用的方式。

[0032] 尽管Rth通常与单个延迟器相关联，但是可以将具有不同光轴取向范围的延迟器堆栈视为具有复合(或合成)Rth值(RthC)。当添加额外的延迟器层时，合成所需的频谱将增加脉冲序列的跨度，所需的频谱例如到正交SOP的消色差转换。在具有N个+A板延迟器的堆栈中，最慢的波只看到每个延迟器的非寻常波折射率(extraordinary index)，而最快的波只看到每个延迟器的寻常波折射率(ordinary index)。均匀厚度延迟器(每个均具有Re延迟)的堆栈可以被认为具有NRe的复合面内延迟和NRth的复合z延迟。Z延迟如何影响性能非垂直是特定于设计的，取决于光轴取向相对于入射平面(POI)的分布。在消色差转换的情况下，它可以表现为(例如)正交入射频谱的均匀偏移，和/或转换失败，转换失败可以表现为旁瓣或滤光片的光密度的总体损失。无论如何，在要求广接受角的应用中，它可能会使堆栈失效。

[0033] 三层复合延迟器具有这样的实际优势，其使得能够在正交入射偏振变换的宽范围内进行视场补偿。但是，对于延迟器堆栈设计的每一层，通常涉及三层复合延迟器。延迟器数量增加三倍会增加制造成本和产品厚度。由于经常使用溶剂焊接来形成延迟器堆栈，因此对结合不同材料的需求可能使这种方式不切实际。一种解决方案是创建这样的延迟器堆栈，该延迟器堆栈以允许使用少量层进行补偿的方式合并RthC，理想的是根据本发明，使用一对交叉的-A板延迟器。

[0034] 由各自具有Rth＝0的一般延迟器堆栈在保留脉冲响应非垂直方面可以具有示例性的性能。可以使用与一对匹配的-A板延迟器(每个都具有延迟Γ1)组合的具有特定应用延迟值+Γ0的+A板延迟器来构造具有稳定线性本征极化且Rth＝0的真复合延迟器。此配置如图1所示，并且当补偿器延迟具有相反的双折射符号，并且具有特定应用延迟值的一半延迟，或Γ1＝-Γ0/2时，此配置具有最佳的非垂直性能。然而，本发明认识到“通用补偿器”的益处，该“通用补偿器”可以容易地制造并应用于具有显着视场益处的延迟值范围。例如，过度/不足补偿特定面内延迟的补偿器可以递送(例如)复合RthC＝±0.2，这仍然具有巨大的性能益处非垂直。

[0035] 在现有技术中描述了具有特定对称性的成对的延迟器堆栈及其行为(参见Robinson等人的“LCD投影的偏振工程(Polarization Engineering for LCD Projection)”的第6章)。这些包括逆序(与例如反射模式有关)，约零的逆序反射，约45°的逆序反射和交叉的逆序(正交入射时的恒等矩阵)。分析中省略了后者，因为它需要在堆栈之间进行变换以产生非平凡(non-trivial)传递函数。图2示出了约45°的逆序反射的一般配置，其中每个延迟器具有均匀的延迟Γ。αi代表每个正单轴延迟器的光轴取向。图3a示出了针对转换频带的图2的简化结构，而图3b示出了针对未转换频带的简化结构。如参考文献中所述，这些简化涉及相关的旋转和复合线性延迟。

[0036] 图3a示出了对于转换为正交SOP的部分频谱的堆栈的行为，图3b示出了保留输入线性SOP(沿0/90°)的部分频谱的堆栈的行为。在这种情况下，假定是厚度相同堆栈。在频谱的转换部分中，有六个复合元件，其中三个是独立的。存在输入线性复合延迟器，其具有延迟Γc并具有沿输入偏振的光轴。接下来是45°旋转器，然后是第二线性复合延迟器，其具有延迟Γc'并具有沿着输入偏振的光轴。如图所示，两个堆栈之间的对称关系产生了第二组元件的特性。在正交入射时，外部线性复合延迟器被有效隐藏，而旋转器是唯一的功能元件。中央复合延迟器也被有效隐藏，因为它们的光轴是交叉的(即彼此垂直)。非垂直情况下，中央复合延迟器用作交叉的+A板，这可能会限制性能。

[0037] 对于非垂直光线，转换的频带必须看到保持90°的净旋转，理想情况下没有复合延迟。面向外的延迟器(Γc)与偏振器/检偏器相邻，因此关键的要求是复合光轴沿偏振器消光轴保持波长稳定。假设旋转器作用为设计的非垂直，则该结构的行为就像相对于中央复合延迟器光轴Γc'沿±45°引入了输入偏振一样。假设复合光轴保持波长稳定非垂直，则中心的交叉的+A板在±45°方位角上几乎没有性能下降，而主要沿0/90°方位角引入非垂直延迟。本发明认识到保持性能需要引入取决于方位角的补偿。这优选地使用沿着0/90°方位角的交叉的负A板，其延迟基本等于并且与复合延迟Γc'相反。

[0038] 获得良好的非垂直性能的一重要方面是旋转器始终实现稳定的性能。优选的堆栈设计将一个堆栈的光轴聚集在0附近，这意味着第二堆栈的光轴聚集在90°附近。当使用具有Rth/Re＝1/2的单轴延迟器时，这使得能够一致旋转，具有到两个指示位置的RthC的合并。以中央交叉+A板、相对外部延迟器(verses external retarder)的形式的RthC的相对比例是设计依赖的，使得最佳补偿也设计依赖。

[0039] 以前的设计考虑因素有直观的自我补偿方面。如果入射面是沿输入偏振器，与一个堆栈相关联的频谱基本上显示纯蓝移，而与其它堆栈相关联的频谱基本上显示纯红移。当POI在正交方向上时，情况相反。当用作滤波器时，每个堆栈的行为的相关联的平均意味着复合变换的中心波长，特别是50％点，相对于入射角保持基本恒定。即，假定与中央交叉复合延迟相关联的Rth被无效。这可以与无约束的延迟器堆栈设计形成对比，如美国专利No.5,751,384所述。通常，光轴分布在很广的方位角范围上，因此没有结构的均匀的延迟偏移。在特定的方位角，一个延迟器可能显示最大的红移，另一个没有显示偏移，而又一个显示最大的蓝移。在这种情况下，随着入射角的增加，所需的正交入射脉冲功能会被破坏。

[0040] 总结本示例的转换频带，“小角度”设计优选提供稳定的非垂直的旋转，其中复合中心延迟具有稳定光轴。由于光轴在0/90°附近聚集，因此在每个膜的延迟偏移非常小的±45°方位角，几乎没有性能下降。这也是为什么转换频带的补偿非常取决于方位角的原因。
当堆栈根据对称性配对时，存在稳定的90°旋转，其中很大比例的(取决于设计)Rth呈具有波长稳定光轴的交叉+A板形式。RthC的一部分在中点处的合并允许在中点使用单个交叉的-A板补偿器，以有效地消除RthC的存在。最佳补偿基本上使-A板补偿器与中心复合延迟器的补偿器匹配，并主要校正0/90°方位角上的偏振。

[0041] 如果该结构的目的是选择性地操纵偏振，则精确保留输入SOP的波长范围可能会引入其他约束。图3b示出了在这种情况下堆栈对的行为。同样，存在与等效交叉延迟相交的复合延迟Γu。对于这种对称性，该结构在正交入射时是纯各向同性的(Re为零)。为了使输出随入射角保持一致，复合光轴仅需保持沿偏振器的波长稳定即可。Rth值无关紧要，因为沿复合延迟器光轴引入了延迟。注意，因为光轴沿着偏振器，所以本发明的交叉-A板补偿对未转换频带没有显着影响。

[0042] 表1示出了根据先前描述的标准在N值范围内的小角度延迟器堆栈滤波器设计的示例。使用具有零双折射色散的补偿器，将聚碳酸酯(PC)的双折射色散用于生成特定的滤光器频谱。在整个设计中，设计的50％过渡点是一致的，过渡斜率随附加层的增加而增加。

[0043]

[0044] 表1对于延迟器堆栈滤波器的特定示例，输入堆栈的每层的角度。这针对特定的占空比，具有0.5％的通过/阻止带波动。第二堆栈符合约45°对称的逆序反射。

[0045] 请注意，表1中的–A板补偿值不会随层数的增加而一致增加。

[0046] 示例1：使用约45°的逆序反射补偿的14层滤波器

[0047] 使用计算机模型来说明与Γc和Γc'相关的RthC的相对比例。使用采用表1的设计的14层绿-品红滤光片，其中每一层在530nm处具有1.5-波的延迟。因此，对于每个堆栈，ReC的值在530nm处为5565nm。使用交叉-A板获得在0/90°方位角在25°入射角处的最佳性能，每个-A板均具有2100nm的延迟。这应该与Γc'有点接近匹配，表明Γc约为3465nm。然后将每个堆栈进行端到端调换。尽管中心延迟现在应该是Γc的延迟，但旋转(为倒数)基本上得以保留。重复优化后，选择的补偿器值为4200nm。将两个优化的补偿值相加表明总ReC约为
6300nm，这与基于膜延迟的上述计算相当接近。如果有可能确定沿输入偏振合并RthC的设计，则无需补偿。

[0048] 示例2：使用约45°的逆序反射补偿的8层滤波器

[0049] 图4和图5示出了表1的设计，在交叉的理想的偏振镜之间，在各个入射角(0-25°)下有8层。每层在540nm处具有1.5-波的延迟，从而对于每个堆栈给出了3240nm的复合延迟。图4a示出了沿±45°方位角的未补偿设计，其中通带和阻带的性能都相对稳定。这表明旋转和复合光轴非垂直的稳定性，以及在该方位角中缺乏Γc'的影响。图4b示出了0/90°方位角的未补偿设计。注意，复合光轴保持波长稳定，因此未转换频带变化不大，因此频谱的蓝/红部分几乎没有泄漏。当绿性能随入射角而下降时，它呈峰值透射率损失的形式。由于两个堆栈在基本抵消的纯延迟偏移下的自补偿，因此没有明显的总体红移/蓝移。图5a示出了引入交叉A板延迟器在±45°下的性能，每个延迟器的最佳延迟为1900nm。可以将其与图4a的频谱进行比较，这显示补偿不会对性能造成任何损失。图5b示出了在0/90°方位角上的补偿性能，这表明补偿几乎恢复了正交入射透射频谱。在极端的入射角处，轮廓有些平滑，但中心波长和50％的点几乎没有变化。

[0050] 负双折射单轴材料用于创建交叉的-A板补偿器。合适的材料包括无机晶体(例如，蓝宝石和铌酸锂)，液晶聚合物(例如，涂覆在各向同性基板上的碟状/溶致液晶材料)或拉伸的聚合物膜(例如，聚苯乙烯)。由于所需的补偿器延迟可能很大，因此诸如蓝宝石之类的材料特别有吸引力。蓝宝石的双折射为-0.0081，因此400微米厚的晶圆的延迟约为3200nm。可以使用粘合剂、化学键或光学接触将晶圆粘合以形成交叉的-A板。

[0051] 尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明的实施例，但是这样的图示和描述应被认为是示例而不是限制性的。例如，上文描述的某些实施例可以与其他描述的实施例组合和/或以其他方式布置(例如，处理元件可以以其他顺序执行)。因此，应当理解，仅示出和描述了示例实施例及其变型。

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