專利名稱：液晶螺旋性開關(guān)和彩色濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振螺旋性開關(guān)，用于接收光并把它轉(zhuǎn)換成可切換螺旋性的圓偏振光，本發(fā)明還涉及使用螺旋性開關(guān)并結(jié)合膽甾醇(cholesteric)圓偏振器的彩色濾光器。
背景技術(shù)：
根據(jù)分子的排列次序可把液晶分為三類向列型、層列(smectic)型、和膽甾醇型。向列型液晶以分子取向平行排列，而不分離成層。在層列型液晶中，分子以一系列層的形式并排。在膽甾醇相(有時(shí)認(rèn)為是向列相的子集)中，分子以層排列。在每層中分子取向是平行的，但不以行排列。每層中分子取向的排列線稍稍偏離鄰近的層，從而分子取向形成一個(gè)螺旋狀結(jié)構(gòu)。
向列型液晶可以毫秒數(shù)量級(jí)的響應(yīng)次數(shù)提供可變延遲。它們已經(jīng)應(yīng)用于一些包括顯示器、空間光調(diào)制器、開關(guān)和可調(diào)濾光器的裝置中。在扭轉(zhuǎn)向列型元件中，貼近一個(gè)襯底處的分子取向的方位角與第二襯底處的方位角成一角度，中間的液晶分子的定向使形成扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其扭轉(zhuǎn)角介于可進(jìn)行電子調(diào)諧的兩個(gè)襯底方位角之間。扭轉(zhuǎn)向列型元件是可由扭轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)偏振的波導(dǎo)。扭轉(zhuǎn)向列型元件可提供兩種狀態(tài)的90度偏振變化。
手征性層列型液晶(CSLCs)提供了微秒數(shù)量級(jí)的響應(yīng)次數(shù)。當(dāng)裝在平面排列幾何元件(層列型層的定向垂直于襯底壁)中時(shí)，應(yīng)用垂直于元件壁的電場對分子取向重新定向，結(jié)果提供了電光切換。SmA*和扭轉(zhuǎn)螺旋狀鐵電體(DHF)等類似CSLC材料在元件壁的平面上顯示了元件光軸的類似傾角。在使用鐵電液晶(FLC)SmC*或SmH*或反鐵電相等的分立的多穩(wěn)態(tài)元件中，應(yīng)用超出某一閾值電壓的電場導(dǎo)致了轉(zhuǎn)換分立的穩(wěn)態(tài)之間的CSLC分子的傾角。近來也在非手性液晶中觀測到鐵電效應(yīng)。
膽甾醇型液晶以螺距來表征，它是分子取向示蹤整個(gè)360度周期所要求的穿過薄膜的距離。在入射偏振光的旋向與膽甾醇的螺旋方向一致以及由膽甾醇的波長除以反射率的值近似等于螺距時(shí)，觀測到光的反射。于是，膽甾醇型液晶形成膽甾醇型圓偏振器(CCPs)，也被認(rèn)為是使非偏振光轉(zhuǎn)換成右和左旋的圓偏振分量的膽甾醇型濾光器。當(dāng)波長落在反射帶中時(shí)，反射與膽甾醇的螺旋性一致的分量并以其它波長傳輸。具有相反螺旋性的分量以所有的波長傳輸。與鏡子的反射相反，反射光不經(jīng)過180度的相移。
液晶分子可象側(cè)鏈一樣連接成聚合物構(gòu)架，以形成具有液晶的光學(xué)特性的和聚合物的玻璃狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。可產(chǎn)生玻璃狀態(tài)的膽甾醇型液晶側(cè)鏈聚合物，而不改變膽甾醇的光特性。此聚合物也可涂上不同的表面。
第二個(gè)相關(guān)技術(shù)是彩色顯示技術(shù)。對于彩色顯示，使用具有白色輸入頻譜的高速三色濾光器可看到所有的全部色彩。最佳的濾光器可對紅、綠和藍(lán)色的原色帶產(chǎn)生高通過速度和高純度的頻譜。注意藍(lán)綠色、深紅色和黃色是通過分別從白光中除去紅、綠和藍(lán)色的看到的色彩。
上述產(chǎn)生液晶可調(diào)彩色濾光器的方法集中于偏振干擾濾光器。然而，因?yàn)橥ㄟ^速度和頻譜純度之間最佳的協(xié)調(diào)，對實(shí)現(xiàn)一個(gè)三色濾光器來說Lyot結(jié)構(gòu)不是最佳的。
已有報(bào)告使用膽甾醇型圓偏振器(Buzak〔1988〕，美國專利4,726,663，和Kalmanash〔1992〕，美國專利5,082,354)或線偏振濾光器(Buzak〔1987〕，美國專利4,674,841，Buzak〔1988〕，美國專利4,770,500，和Kalmanash〔1991]，美國專利4,991,941)的彩色濾光器。這些濾光器一般包括用于調(diào)制光的偏振的裝置和具有與傳輸頻譜有關(guān)的偏振器的線性或膽甾醇型偏振濾光器。它們一般使用可改變向列型液晶可變延遲器的結(jié)構(gòu)，在其中改變延遲量的大小來改變輸出的偏振光。它們不使用具有可旋轉(zhuǎn)垂直于光傳播方向的光軸的方位角的層列型液晶元件，事實(shí)上它們的器件結(jié)構(gòu)與方位角可變的液晶元件不能兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種液晶偏振螺旋性開關(guān)，以及使用螺旋性開關(guān)結(jié)合敏感于入射光螺旋性的光元件的光器件。螺旋性開關(guān)接收非偏振光并把它轉(zhuǎn)換成具有可換向的螺旋性的圓偏振光。結(jié)合膽甾醇型圓偏振器，提供了可調(diào)彩色濾光器。因?yàn)镃CPs具有寬的、高通過速度的反射帶，所以這些濾光器用于彩色顯示器是理想的。
本發(fā)明的螺旋性開關(guān)包括線性輸入偏振器和可包括層列型液晶元件的四分之一波延遲裝置。在螺旋性開關(guān)的第一個(gè)實(shí)施例中，液晶元件是四分之一波延遲器，它可根據(jù)線偏振光在+π/4和-π/4的方位角之間進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換。它改變了右和左旋圓偏振光的輸出。在第二個(gè)實(shí)施例中，液晶元件是半波延遲器，再跟一個(gè)方位角為±π/4的無源四分之一波延遲器?？稍谂c線性輸入狀態(tài)平行或垂直的第一方位角和根據(jù)線性輸入狀態(tài)±π/4的第二方位角之間對液晶半波延遲器進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換半波延遲器使偏振光旋轉(zhuǎn)π/2，這樣倒轉(zhuǎn)了無源四分之一波延遲器傳輸?shù)墓獾穆菪?。用層列型液晶半波延遲器可達(dá)到微秒級(jí)的響應(yīng)次數(shù)。半波延遲器可替換為用于使偏振光旋轉(zhuǎn)π/2的任意裝置，包括扭轉(zhuǎn)向列型元件、PLZT或LiNbO3電光調(diào)制器、磁光調(diào)制器，或聲光調(diào)制器。在螺旋性開關(guān)的類似實(shí)施例中，液晶四分之一波或半波延遲器的方位角可連續(xù)變化，于是產(chǎn)生右和左旋圓偏振光聯(lián)合的連續(xù)可變線性系統(tǒng)。
逆向應(yīng)用的螺旋性開關(guān)(即，在四分之一波板上而不是在偏振器上入射光)是圓形檢偏振器，它可把圓偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光并可在把右旋或左旋偏振光轉(zhuǎn)換成平行于偏振器的線偏振光之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其它螺旋性的光變成垂直于偏振器的線偏振光，于是可以區(qū)分。
本發(fā)明的螺旋性開關(guān)可結(jié)合敏感于入射偏振光的螺旋性的器件，即，其光特性(傳輸、反射或延遲)與入射光的螺旋性有關(guān)的器件一起使用。本發(fā)明包括具有結(jié)合膽甾醇型圓偏振器的螺旋性開關(guān)的彩色濾光器。CCPs反射選定的波長范圍內(nèi)特定的螺旋性的圓偏振光，而傳輸超出反射帶的波長。相反螺旋性的圓偏振光被全部傳輸。于是，轉(zhuǎn)換入射光的螺旋性可通過CCPs改變傳輸和反射。本發(fā)明的濾光器使用結(jié)合CCPs的液晶螺旋性開關(guān)，以提供例如一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)彩色濾光器等。
本發(fā)明的一色兩狀態(tài)濾光器包括螺旋性開關(guān)和CCP。在反射中，濾光器在反射一種色彩和不反射光(彩色/關(guān))之間轉(zhuǎn)換。在傳輸中，濾光器在傳輸小范圍的色彩和傳輸所有波長(彩色/關(guān))之間轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的兩色濾光器包括螺旋性開關(guān)和至少一個(gè)左旋CCP和至少一個(gè)右旋CCP。選擇CCPs的反射帶，從而在傳輸或反射中濾光器可在兩個(gè)選擇的色彩之間轉(zhuǎn)換。例如，通過使螺旋性開關(guān)結(jié)合一個(gè)左旋和一個(gè)右旋CCP可實(shí)現(xiàn)簡單的兩色濾光器。第一CCP反射用于左旋光的特定色彩(例如藍(lán)色)，并傳輸右旋光的所有波長。另一個(gè)CCP反射右旋光的第二色彩(例如紅色)，并傳輸所有左旋的圓偏振光。于是，在左和右旋圓偏振光之間調(diào)制螺旋性開關(guān)可獲得在反射藍(lán)色和紅光之間的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的三色濾光器可用兩個(gè)串聯(lián)的螺旋性開關(guān)而處于傳輸或反射模式。在傳輸模式中，單個(gè)偏振器可形成正向和反向螺旋性開關(guān)的一部分。在偏振器的兩面上是液晶四分之一波板。在四分之一波板的兩面是至少一個(gè)右旋CCP和至少一個(gè)左旋CCP。轉(zhuǎn)換液晶的方位角可在三個(gè)不同的色彩傳輸之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
在操作的波長范圍中，螺旋性開關(guān)最好是消色差的。對彩色濾光器，它可以是整個(gè)可見頻譜。使用無源延遲器與液晶延遲器結(jié)合的組合螺旋性開關(guān)可減少螺旋性開關(guān)的色差。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，包括螺旋性開關(guān)和右和左旋CCPs的彩色濾光器可選擇具有x-y偏振開關(guān)和x和y取向的彩色局部偏振器結(jié)構(gòu)。x-y偏振開關(guān)可具有線偏振器和液晶半波板結(jié)構(gòu)，此半波板可在平行于偏振器和與偏振器成π/4的方位角之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明包括液晶螺旋性開關(guān)和應(yīng)用螺旋性開關(guān)的彩色濾光器。此螺旋性開關(guān)可用于包括螺旋性光敏元件的任意裝置。使用膽甾醇型圓偏振器的濾光器是使用螺旋性開關(guān)的一個(gè)例子。它可用于具有其它彩色圓偏振器的相同結(jié)構(gòu)中。這里描述的彩色濾光器僅是可由本發(fā)明的螺旋性開關(guān)構(gòu)成的彩色濾光器的幾個(gè)例子。可對給定的裝置改裝其它的濾光器設(shè)計(jì)，這對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是很明顯的。本發(fā)明的彩色濾光器包括結(jié)合彩色局部偏振器的類似x-y偏振開關(guān)。在本發(fā)明的螺旋性開關(guān)中使用的液晶可包括SmC*、SmA*、反鐵電的、DHF、非手性鐵電的和扭轉(zhuǎn)向列型液晶。CCPs可包含在襯底之間或可成為聚合物的形式。本發(fā)明的內(nèi)容不限于這里包括的特殊例子。對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，螺旋性開關(guān)和彩色濾光器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的變化是明顯的。
附圖概述

圖1是使用偏振器和FLC半波板(圖1a)或FLC半波板結(jié)合無源四分之一波板(圖1b)的螺旋性開關(guān)。
圖2是使用液晶螺旋性開關(guān)的一色開關(guān)。
圖3是使用液晶螺旋性開關(guān)的兩色濾光器(圖3a)，用開關(guān)操作濾光器而產(chǎn)生左旋光(圖3b)和右旋光(圖3c)。
圖4是使用液晶螺旋性開關(guān)的反射模式兩色濾光器。
圖5是由產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)色輸出帶的減色模式中兩級(jí)的三色傳輸濾光器產(chǎn)生的頻譜的概念圖。
圖6是使用兩個(gè)液晶螺旋性開關(guān)的傳輸模式的兩級(jí)的三色濾光器(圖6a)，以及三色濾光器的消色差的實(shí)施例(圖6b)。
圖7是使用兩個(gè)液晶螺旋性開關(guān)的反射模式的兩級(jí)的三色濾光器。
圖8是使用彩色局部偏振器和兩個(gè)液晶偏振開關(guān)的兩級(jí)的三色傳輸模式濾光器。
圖9是偏振干擾濾光器(圖9a)和混合的偏振干擾/彩色局部偏振器濾光器(圖9b)。
圖10是使用液晶螺旋性開關(guān)和圓檢偏振器的強(qiáng)度調(diào)制器。
本發(fā)明較佳實(shí)施例現(xiàn)在參考附圖，相似的標(biāo)號(hào)指相似的元件，不止一個(gè)圖中出現(xiàn)的相同的標(biāo)號(hào)指相同的元件。位置指有關(guān)光傳播的軸。方位角指垂直于光傳播軸的平面中的光軸的取向。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可把這些器件用于非法向入射的光或不在垂直于光傳播軸的平面內(nèi)的方位角。偏振器由示出偏振軸的箭頭代表。延遲器由頂部列出延遲量和底部列出相對偏振器的光軸的方位角的方框代表?！捆?4的方位角的意思是方位角可以是π/4或-π/4，而不是指在這兩個(gè)方位角之間切換。在這些例子中，層列型液晶元件是鐵電液晶。對FLC板，都列出了可轉(zhuǎn)換之間的方位角。膽甾醇型圓偏振器由頂部列出反射帶的螺旋性和中間列出反射帶的色彩(R用于紅色、G用于綠色、B用于藍(lán)色、RG用于黃色、GB用于藍(lán)綠色、RB用于深紅色、RGB用于白色)的方框代表。CCP的螺旋性指反射帶的螺旋性。線偏振濾光器(LPFs)由頂部列出局部傳輸?shù)钠窆獾臉O性并在中間列出傳輸帶的方框代表。在圖示的器件中，光元件光耦合串聯(lián)。當(dāng)光傳播軸穿過元件時(shí)叫做光耦合。雖然作用不同，但光可從器件的任何一端入射。傳輸模式指入射光反向端的光輸出，反射模式指同向端的光輸出。
在圖1中示出本發(fā)明的層列型液晶螺旋性開關(guān)。在圖1a的實(shí)施例中，它包括與鐵電液晶四分之一延遲器20光耦合的線偏振器10。液晶元件的方位角可以在相對偏振器的光軸的π/4和-π/4之間進(jìn)行電光方式切換。
如下操作螺旋性開關(guān)。對入射到偏振器的非偏振光，由偏振器傳輸極性平行于偏振器光軸即y軸的光的分量。當(dāng)FLC四分之一波板取向?yàn)棣?4時(shí)，光的偏振轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光。當(dāng)FLC四分之一波板轉(zhuǎn)換到-π/4時(shí)，輸出光的偏振轉(zhuǎn)換成右旋圓偏振光。
螺旋性開關(guān)可如操作非偏振光那樣操作偏振光。對入射到偏振器10的偏振光，傳輸平行于偏振器的光的分量并耦合至FLC20。全部傳輸沿偏振器光軸的線偏振光(忽略偏振器上的損耗)。對線偏振取向沿y軸的激光等線偏振光源，可省去裝在光源中的線偏振裝置和偏振振器10。
在相反的螺旋性開關(guān)中，非偏振光入射FLC四分之一波板上。當(dāng)FLC位于π/4方位角時(shí)，左旋圓偏振分量轉(zhuǎn)換成平行于偏振器的線偏振光并被偏振器輸出。在-π/4的方位角中，右旋分量變成平行于偏振器的線偏振光。
對入射到反向螺旋性開關(guān)的FLC四分之一波板上的圓偏振光，轉(zhuǎn)換作用是一個(gè)在FLC消色差范圍內(nèi)的開/關(guān)振幅調(diào)制器。在FLC板的一個(gè)方位角中，由偏振器傳輸光，而在另一個(gè)方位角的光被吸收。
圖1b示出本發(fā)明的螺旋性開關(guān)的第二個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，F(xiàn)LC半波板22光耦合至無源四分之一波板24。FLC半波板的方位角可在相對偏振器10的0到π/4之間轉(zhuǎn)換。等價(jià)地，可改變半波板的方向，而其軸控制π/2和π/4或-π/4之間轉(zhuǎn)換。此組合在作用上等價(jià)于圖1a的實(shí)施例。由圖1a的實(shí)施例中的延遲器20和由圖1b的實(shí)施例中延遲器22和24的組合提供四分之一波延遲裝置。在圖1b中，對入射到偏振器10的非偏振光，傳輸平行于偏振器的分量。當(dāng)FLC板取向?yàn)?(或π/2)時(shí)，不改變極性且取向?yàn)棣?4的無源四分之一波板24把光轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光。當(dāng)FLC半波板的方位角轉(zhuǎn)換成π/4(或-π/4)時(shí)，偏振光從平行到垂直于偏振器而反射，無源四分之一波板把它轉(zhuǎn)換成右旋圓偏振光。
在螺旋性開關(guān)的其它類似實(shí)施例中，可由組合延遲器代替有源或無源波板。組合延遲器可起到消色差延遲器的功用(見S.Pancharatnam(1955)，《印度科學(xué)院會(huì)刊》，41卷，130頁、或C.J.koester(1959)，《美國光學(xué)協(xié)會(huì)雜志》，49卷，303頁、或A.M.Title(1975)，《應(yīng)用光學(xué)》，14卷，229頁等)。例如，由Title提出的消色差半波板代替具有取向?yàn)?30度、+30度、-30度的串聯(lián)的三個(gè)半波板的0度的半波板。
半波板22可由用于使極性旋轉(zhuǎn)90度的的任何裝置代替。它可以是扭轉(zhuǎn)向列型液晶元件、PLZT或LiNbO3電光調(diào)制器、磁光調(diào)制器、或聲光調(diào)制器。
本發(fā)明的螺旋性開關(guān)也可產(chǎn)生兩個(gè)正交圓偏振光的線性組合。在此實(shí)施例中，液晶四分之一波板20的方位角除了相對偏振器10的軸±π/4以外的角。當(dāng)方位角為0或π/2時(shí)，偏振光保持線性，這等價(jià)于右左旋圓偏振光的相等的振幅分量。當(dāng)角從0增加到π/4時(shí)，右旋分量減小而左旋分量增加。在0和π/2之間的轉(zhuǎn)換不改變輸出極性，但在任何其它兩個(gè)方位角之間轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生右和左旋光的兩個(gè)不同線性組合。反鐵電的液晶延遲器等多穩(wěn)態(tài)層列型液晶延遲器產(chǎn)生多個(gè)分立的偏振狀態(tài)和一個(gè)SmA*延遲器等連續(xù)可調(diào)液晶延遲器，并產(chǎn)生連續(xù)的偏振狀態(tài)范圍。
類似地，在圖1b的實(shí)施例中，除了0、π/2、±π/4以外的液晶半波板22的方位角產(chǎn)生兩個(gè)圓偏振光的線性組合。此實(shí)施例最好用于連續(xù)可調(diào)SmA*液晶延遲器，因?yàn)镾mA*傾角的限制范圍目前是可獲得的。為了在右和左旋輸出光之間轉(zhuǎn)換，液晶半波板22必須旋轉(zhuǎn)π/4，這可由使最大傾角為±π/8來得到。與之相比，圖1a的實(shí)施例需要把液晶四分之一波板20旋轉(zhuǎn)π/2。為了增加單個(gè)液晶半波板產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角，可使用串聯(lián)的兩個(gè)液晶半波板，它們的光軸沿反方向旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的螺旋性開關(guān)可結(jié)合敏感于入射光極性的螺旋性的器件一起使用。本發(fā)明的彩色濾光器包括螺旋性開關(guān)和一個(gè)或多個(gè)膽甾醇型液晶圓偏振器。CCPs反射波長帶內(nèi)光的一個(gè)螺旋性，而傳輸超出反射帶的光和反螺旋性的光。本發(fā)明的一色開關(guān)(圖2)包括偏振器10和可形成螺旋性開關(guān)的FLC四分之一波板20，以及膽甾醇型圓偏振器30。在彩色濾光器的這個(gè)和以下例子中，圖1a的螺旋性開關(guān)用于說明，而可使用螺旋性開關(guān)的任何實(shí)施例。CCP30可以是右或左旋的并可具有以任何波長為中心反射帶。在此例子中，它是具有紅色反射帶的右旋濾光器。
當(dāng)FLC20取向?yàn)棣?4時(shí)，入射到偏振器10的光轉(zhuǎn)換成左旋光，它由CCP30全部傳輸。當(dāng)FLC處于-π/4時(shí)，此光變成右旋光。由CCP反射右旋紅光并存在偏振器中，而傳輸其它波長的右旋光。于是對入射到偏振器的白光，濾光器在反射中是紅色/關(guān)的開關(guān)，而在傳輸中是藍(lán)綠色/開的開關(guān)。對入射的紅光，它在反射和傳輸中都是紅色/關(guān)的開關(guān)。
雖然圖2中示出的濾光器具有兩態(tài)螺旋性開關(guān)，它也可應(yīng)用一個(gè)多個(gè)分立的狀態(tài)或連續(xù)可調(diào)螺旋性開關(guān)。用連續(xù)可旋轉(zhuǎn)液晶四分之一波板，輸出可在兩個(gè)極值輸出之間連續(xù)調(diào)制。例如，當(dāng)液晶四分之一波板的取向平行于偏振器時(shí)，一半光轉(zhuǎn)換成右旋圓偏振光，而另一半轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光。由CCP反射紅色右旋光。當(dāng)四分之一波板在π/4和-π/4之間變化時(shí)連續(xù)可調(diào)反射模式濾光器實(shí)際在關(guān)和紅色兩者的極值之間進(jìn)行調(diào)制。
對相反的操作，對與入射到偏振器10相反的入射到CCP30的非偏振白光，由CCP反射右旋紅色分量，其它分量被傳輸。結(jié)果，螺旋性開關(guān)相反地旋轉(zhuǎn)，傳輸取向?yàn)棣?4的左旋白色分量，并傳輸取向?yàn)?π/4的右旋藍(lán)綠色分量。于是，濾光器是一個(gè)傳輸?shù)乃{(lán)綠色/開的開關(guān)。轉(zhuǎn)換FLC的方位角而反射的頻譜不變化。對入射到CCP的非偏振紅光，它是一個(gè)傳輸紅色/關(guān)的開關(guān)。圖3中示出本發(fā)明的兩色濾光器。除了螺旋性開關(guān)，它還包括右旋CCP30和左旋CCP35。在此實(shí)施例中，一個(gè)CCP以藍(lán)色反射，而另一個(gè)以紅色反射。可使用其它的色彩組合。在這個(gè)和其它彩色濾光器中，鄰近的CCPs可以任何次序排列。對入射到偏振器的白光，它是一個(gè)反射的藍(lán)色/紅色濾光器，以及傳輸?shù)狞S色/藍(lán)綠色濾光器。圖3b中示出取向?yàn)棣?4的FLC的操作。在此方位角中，以螺旋性開關(guān)產(chǎn)生左旋光。左旋CCP反射藍(lán)色分量，而傳輸也可由右旋CCP傳輸?shù)姆至?。?dāng)FLC的取向?yàn)?π/4時(shí)(圖3c)，產(chǎn)生右旋光。由左旋CCP傳輸這個(gè)光。右旋CCP反射紅色分量而傳輸其它的波長。對入射到CCP30的非偏振白光，與偏振器的情況相反此濾光器反射深紅光，它是一個(gè)傳輸?shù)乃{(lán)綠色/黃色開關(guān)。改變鄰近CCPs的次序不改變?yōu)V光器頻譜。注意右旋CCP等價(jià)于左旋CCP與半波延遲器的結(jié)合，并可由其代替。
兩色濾光器可由多個(gè)分立的狀態(tài)液晶或連續(xù)可調(diào)液晶構(gòu)成，從而使濾光器具有三個(gè)或更多輸出頻譜。當(dāng)液晶四分之一波板的取向與偏振器平行或垂直時(shí)，螺旋性開關(guān)產(chǎn)生右和左旋分量等幅的圓偏振光。右旋光的紅色分量和左旋光的藍(lán)色分量反射回螺旋性開關(guān)，以產(chǎn)生藍(lán)綠色輸出頻譜。用連續(xù)可旋轉(zhuǎn)的四分之一波板，輸出可連續(xù)從紅色、通過藍(lán)綠色、變化到藍(lán)色。
圖3的兩色濾光器在反射的原色之間和傳輸?shù)幕旌仙手g轉(zhuǎn)換。圖4中示出以傳輸產(chǎn)生兩個(gè)原色的兩色濾光器。除了螺旋性開關(guān)，它還包括左旋CCPs35和33，以及右旋CCP30和32。一個(gè)右和一個(gè)左旋CCP具有相同的反射帶，而其它兩個(gè)具有不同的反射帶。對入射到偏振器的白光，它是一個(gè)傳輸?shù)募t色/藍(lán)色濾光器和一個(gè)反射的藍(lán)綠色/黃色濾光器。對入射到CCP32的非偏振白光，它是一個(gè)傳輸?shù)募t色/藍(lán)色濾光器。
使用兩個(gè)FLC螺旋性開關(guān)，產(chǎn)生了三色濾光器。它在彩色顯示中有特殊的應(yīng)用，其中紅、綠和藍(lán)光可時(shí)間上或空間上混合，以產(chǎn)生整個(gè)可見頻譜。圖5示出用于兩級(jí)、三色濾光器的一般的系統(tǒng)。在此實(shí)施例中，濾光器是以原色紅色為基礎(chǔ)的?？墒褂妙愃频乃{(lán)色和綠色的系統(tǒng)。在此濾光器系統(tǒng)中，第一級(jí)在紅色和藍(lán)綠色之間轉(zhuǎn)換，而第二級(jí)在黃色和深紅色之間轉(zhuǎn)換。每級(jí)的兩個(gè)可切換頻譜叫做“開”和“關(guān)”。第一級(jí)“開”而第二級(jí)“開”或“關(guān)”時(shí)，濾光器傳輸紅光。第一級(jí)“關(guān)”時(shí)，對第二級(jí)“開”輸出是綠色的，對第二級(jí)“關(guān)”輸出是藍(lán)色的。同樣地，對以綠色為基礎(chǔ)的濾光器，第一級(jí)可在綠和深紅色之間選擇，而第二級(jí)可在藍(lán)綠色和黃色之間選擇。對以藍(lán)色為基礎(chǔ)的濾光器，第一級(jí)可在藍(lán)色和黃色之間選擇，而第二級(jí)可在藍(lán)綠色和深紅色之間選擇。在所有的三種情況下，兩級(jí)一起可在紅、綠和藍(lán)色之間選擇。
根據(jù)此濾光器系統(tǒng)，圖6a中示出本發(fā)明的兩級(jí)三色濾光器。一級(jí)包括偏振器、液晶元件、和至少一個(gè)CCP。兩級(jí)可共用單個(gè)偏振器。第一級(jí)包括FLC四分之一波板20a和與左旋CCPs35a和33，以及右旋CCP30一起形成反向螺旋性開關(guān)的偏振器10。對入射到CCP35a的非偏振白光，當(dāng)FLC20a取向?yàn)棣?4時(shí)，第一級(jí)傳輸?shù)妮敵鍪羌t色的，對-π/4傳輸?shù)妮敵鍪巧罴t色的。第二級(jí)共用偏振器10并包括與左旋CCP35b和右旋CCP32一起以形成螺旋性開關(guān)的FLC四分之一波板20b。這個(gè)級(jí)本身可以是一個(gè)傳輸?shù)狞S色/藍(lán)綠色濾光器。與第一級(jí)結(jié)合，此器件是一個(gè)傳輸?shù)募t色/綠色/藍(lán)色開關(guān)。對入射到CCP32的非偏振白光，此器件也是一個(gè)傳輸?shù)募t色/綠色/藍(lán)色開關(guān)。因?yàn)榉瞧窆獾膬蓚€(gè)正交偏振分量中只有一個(gè)是通過螺旋性開關(guān)耦合的，所以此濾光器的最大傳輸是50％。
在本發(fā)明的彩色濾光器中，螺旋性開關(guān)最好在整個(gè)操作的波長范圍內(nèi)消色差的，這里單詞消色差的意思是對不同輸入的波長一個(gè)元件的作用基本上保護(hù)不變。如果它不是消色差的，則一些波長的光不能完全轉(zhuǎn)換成圓偏振光。這可引起通過量和頻譜純度的損耗。用合成延遲器可實(shí)現(xiàn)消色差性。此外，F(xiàn)LC波板可設(shè)計(jì)成用于轉(zhuǎn)換濾光器波長的最佳操作，如圖6b所示。因?yàn)镕LC四分之一波板20b用于在具有藍(lán)色和綠色反射帶的CCPs之間轉(zhuǎn)換，它優(yōu)化為藍(lán)綠色波長中四分之一波的延遲量。包括FLC半波板22和無源四分之一波板24的第一螺旋性開關(guān)特別適用于消色差操作。已有技術(shù)中大致已知消色差無源四分之一波板(π/2)。當(dāng)液晶半波板的取向?yàn)?，平行于偏振器時(shí)，由第一級(jí)傳輸右旋藍(lán)綠色光。在此方位角中，F(xiàn)LC不調(diào)制光的極性，于是它的色度是無關(guān)的。當(dāng)FLC的取向?yàn)棣?4時(shí)，第一級(jí)只傳輸左旋紅光。于是FLC設(shè)計(jì)成用于紅光的半波板。本發(fā)明的所有濾光器可做到使FLC板與所用的波長相匹配。
圖7示出反射模式的兩級(jí)紅色/綠色/藍(lán)色濾光器。第一級(jí)包括偏振器10a和形成螺旋性開關(guān)的FLC四分之一波板20a，以及左旋CCP31。當(dāng)FLC20a的取向?yàn)棣?4時(shí)，這個(gè)級(jí)反射紅光，而在-π/4時(shí)，不反射光。第二級(jí)包括偏振器10b和形成第二個(gè)螺旋性開關(guān)的FLC四分之一波板20b，以及左旋CCP35和右旋CCP32。在此實(shí)施例中，偏振器10b平行于偏振器10a。它可與偏振器10a偏離一個(gè)角，其中波板26和20b可相應(yīng)調(diào)節(jié)。當(dāng)FLC20b的取向?yàn)棣?4時(shí)，此級(jí)反射藍(lán)光，而當(dāng)-π/4時(shí)，反射綠光。為了獲得純凈的紅色反射匹配，必須有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以阻塞由第二級(jí)反射的綠和藍(lán)光。取向?yàn)棣?4的四分之一波板26位于兩級(jí)之間，以提供此作用。當(dāng)FLC20a的取向?yàn)棣?4時(shí)，從第一級(jí)反射紅光，無源四分之一波板26與FLC四分之一波板20a的組合把所有從第二級(jí)反射的光轉(zhuǎn)換成正交于偏振板10a的線偏振光，從而由偏振器10a吸收。當(dāng)FLC四分之一波板20a的取向?yàn)?π/4時(shí)，第一級(jí)不反射光，但它傳輸從第二級(jí)反射的綠或藍(lán)光。
為了說明，已描述了紅色/綠色/藍(lán)色濾光器。本發(fā)明的三色濾光器也可以任何三個(gè)波長帶為基礎(chǔ)。此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能制造四、五、六或更多色彩的濾光器。
本發(fā)明的濾光器也可以紅外傳輸或反射帶構(gòu)成。它與Fabry-Perot濾光器結(jié)合特別有用。Fabry-Perot濾光器具有一系列增序的窄帶寬傳輸峰n。本發(fā)明的濾光器可用一個(gè)序列的分類器件，以選擇Fabry-Perot濾光器的一個(gè)傳輸峰。對可調(diào)Fabry-Perot濾光器，本發(fā)明的三色濾光器可通過在三個(gè)濾光器序列之間轉(zhuǎn)換把調(diào)制范圍增加二倍。在光學(xué)通信中，它可使通信通道增加二倍。
以用于圓偏振光的螺旋性開關(guān)為基礎(chǔ)的本發(fā)明的彩色濾光器可由液晶線偏振開關(guān)結(jié)合彩色局部偏振器類似地構(gòu)成。線性彩色局部偏振器(也稱作線偏振濾光器)傳輸一個(gè)線性偏振中給定波長帶的光，而傳輸其正交偏振的所有的光。線性彩色局部偏振器和膽甾醇型圓偏振器是偏振敏感波長濾波裝置的兩個(gè)例子，這里該單詞指對入射的不同偏振的白光提供不同輸出頻譜的器件。它不特指可對入射的不同偏振的白光提供不同灰度的非彩色線偏振器。
圖8中示出的本發(fā)明的線偏振開關(guān)兩級(jí)三色濾光器類似于圖6的圓偏振開關(guān)濾光器。偏振器110和FLC半波板120b形成一個(gè)偏振開關(guān)。當(dāng)FLC的取向?yàn)?(或等效地取向π/2)時(shí)，由偏振器傳輸?shù)膟偏振光不變，當(dāng)方位角為±π/4時(shí)，此光轉(zhuǎn)換成x偏振光。同樣地，F(xiàn)LC半波板120a和偏振器110形成一個(gè)反向的偏振開關(guān)。當(dāng)FLC的取向?yàn)?時(shí)，由偏振器傳輸y偏振光。當(dāng)方位角為+π/4時(shí)，x偏振光轉(zhuǎn)換成由偏振器傳輸?shù)膟偏振光。
對入射到局部偏振器131的非偏振光，濾光器的作用如下。局部偏振器131傳輸x偏振的藍(lán)綠光和y偏振的白光。它耦合入傳輸x偏振藍(lán)綠光和y偏振光的紅色分量的局部偏振器130。第一偏振開關(guān)在紅和藍(lán)綠光傳輸之間選擇。第二濾光器級(jí)對FLC120b的任一方位角傳輸紅色。當(dāng)?shù)谝患?jí)傳輸藍(lán)綠光時(shí)，對方位角分別為0和π/4的FLC120b，第二級(jí)在藍(lán)和綠色的傳輸之間轉(zhuǎn)換。由圓偏振螺旋性開關(guān)示出的本發(fā)明的其它色彩的轉(zhuǎn)換可同樣地由線偏振開關(guān)構(gòu)成。
可使用本發(fā)明的彩色濾光器與其它光學(xué)器件混合構(gòu)成混合濾光器。例如，圖9中示出偏振開關(guān)彩色濾光器和偏振干擾濾光器之間的混合。偏振干擾濾光器包括位于線偏振器之間的一個(gè)或更多的延遲器。它們利用波長與延遲器的關(guān)系提供彩色濾波。這與其中抑制了波長與延遲器的關(guān)系的本發(fā)明的偏振開關(guān)形成對照。圖9的混合濾光器包括位于非彩色線偏振器140和線偏振濾光器160和161之間的FLC延遲器150和151。在此混合中，F(xiàn)LC板的延遲量是與波長有關(guān)的，且出口的偏振裝置是一對線偏振濾光器。此濾光器具有與兩個(gè)FLC延遲器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)i、j有關(guān)的四個(gè)輸出頻譜，這里對方位角是0或π/4的FLC150，i分別是0或1，j給出了FLC151的方位角。輸出頻譜T(i，j)如下T(0，0)＝T1(λ)T(0，1)＝T1(λ)cos2(ΓA/2)＋T2(λ)sin2(ΓA/2)T(1，0)＝T1(λ)cos2(ΓB/2)＋T2(λ)sin2(ΓB/2)T(1，1)＝T1(λ)cos2(ΓA±ΓB)＋T2(λ)sin2(ΓA±ΓB)2 2此混合濾光器分別在接收到的來自FLCs的x和y光分量上疊加LPFs160和161的傳輸頻譜?；旌蠟V光器超出偏振干擾濾光器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是關(guān)態(tài)的輸出T(0，0)是與白光或無光相反的彩色頻譜?？蓸?gòu)成的其它混合濾光器對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是明顯的。例如，LPFs可以被CCPs代替。
已經(jīng)說明了結(jié)合CCPs形成彩色濾光器的螺旋性開關(guān)的功用。螺旋性感光元件的其它例子是一個(gè)圓檢偏振器。螺旋性開關(guān)與圓檢偏振器的結(jié)合形成了一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器。在一個(gè)實(shí)施例中(圖10)，圓檢偏振器包括與元件10和20形成的螺旋性開關(guān)結(jié)合的無源四分之一波延遲器40和線偏振器45。偏振器45的方位角相對于偏振器10有任意角θ。四分之一波延遲器的方位角相對于偏振器45是±π/4。由偏振器45傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度是由螺旋性開關(guān)產(chǎn)生的光的螺旋性的函數(shù)。圖10的強(qiáng)度調(diào)制器也可對入射到偏振器45的光起作用。此實(shí)施例在光通信中有用，其中螺旋性開關(guān)可傳輸由圓檢偏振器接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。它對通信特別有用，因?yàn)閺?qiáng)度調(diào)制器對接收器的方位角θ不敏感。
本發(fā)明是一個(gè)螺旋性開關(guān)和使用螺旋性開關(guān)結(jié)合偏振感光元件的器件。尤其是，它可提供包括液晶螺旋性開關(guān)和膽甾醇型圓偏振器的彩色濾光器。類似地，本發(fā)明提供了包括液晶線偏振開關(guān)和彩色局部偏振器的彩色濾光器。本發(fā)明也提供了包括螺旋性開關(guān)結(jié)合圓檢偏振器的強(qiáng)度調(diào)制器。
這里提供的實(shí)施例是本發(fā)明的例示，而不限定本發(fā)明的范圍和內(nèi)容。這里說明了兩個(gè)液晶螺旋性開關(guān)的實(shí)施例。延遲器可由組合的延遲器代替例如以提供增加消色差性。包括CCPs的本發(fā)明的彩色濾光器也可用例如線偏振器和可以機(jī)械方式轉(zhuǎn)動(dòng)的四分之一波板等非液晶螺旋性開關(guān)的結(jié)構(gòu)。
在此實(shí)施例提供的液晶元件是鐵電液晶元件或扭轉(zhuǎn)向列型元件。在本發(fā)明中，它可以是能在兩個(gè)方位角之間作電光轉(zhuǎn)換的任何液晶元件。此元件可包含SmC*、SmA*、反鐵電、DHF、或非手性鐵電液晶等。偏振裝置是線偏振器和偏振分光器等對光進(jìn)行線性偏振的任何元件。本發(fā)明的膽甾醇型圓偏振器可以是液態(tài)的或聚合物形式的膽甾醇型液晶。此聚合物CCPs特別適用于本發(fā)明，因?yàn)榭蓪⒉煌菪院头瓷鋷У亩鄬訉盈B在一起而不明顯增加器件的厚度和制造的復(fù)雜性。
本發(fā)明的彩色濾光器在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上具有多樣形式。這里已經(jīng)包括了一和兩級(jí)濾光器的一些例子，以向技術(shù)人員傳授本發(fā)明。很明顯，此濾光器的結(jié)構(gòu)可以傳輸和反射感興趣的任何彩色帶。通過改變器件的溫度或壓力或通過把它加入不同的化合物中可調(diào)諧一些CCPs的反射帶。通過對CCP加上電場，可破壞此螺旋結(jié)構(gòu)，從而消除了相關(guān)的反射帶?？筛淖僀CPs的數(shù)目、定位、和反射帶從而改變輸出頻譜?？捎帽景l(fā)明的螺旋性開關(guān)來構(gòu)成具有兩級(jí)以上和三個(gè)輸出色彩以上的濾光器。與非彩色線偏振器反向的線偏振濾光器可用作本發(fā)明螺旋性開關(guān)中的偏振裝置，以提供附加的彩色濾光器。使用線偏振濾光器的一級(jí)可與使用膽甾醇型圓偏振器的第二級(jí)相結(jié)合。此濾光器也可用于具有Lyot濾光器等偏振干擾濾光器的混合結(jié)構(gòu)中。線偏振濾光器可代替偏振干擾濾光器中的非彩色線偏振器。本發(fā)明的濾光器可與Fabry-Perot濾光器或其它光學(xué)器件結(jié)合用作序列分類器件。此濾光器作為彩色濾光器用于偏振的或非偏振的白光。它們也可作為開/關(guān)開關(guān)等用于彩色光。此濾光器可在兩個(gè)或多個(gè)輸出頻譜之間時(shí)間上多路復(fù)用，以產(chǎn)生用于人眼等慢響應(yīng)檢測器的附加的色彩。它們可用于顯示裝置等的多個(gè)像素陣列。此濾光器也可以是由光尋址的。本發(fā)明的附加的變化、組合、和應(yīng)用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種用于光的液晶波長濾光器，其特征在于包括用于沿偏振軸使光偏振的第一線偏振裝置；第一液晶延遲器裝置，其光軸可相對于所述偏振軸在至少兩個(gè)方位角之間調(diào)節(jié)，用于接收來自所述第一偏振裝置的光并把它轉(zhuǎn)換成可在第一偏振光和第二偏振光之間轉(zhuǎn)換的偏振光，所述第一液晶延遲裝置包括層列型或扭轉(zhuǎn)向列型液晶元件；以及第一偏振敏感波長濾波裝置，用于接收來自所述第一液晶延遲器裝置的光并對所述第一偏振光傳輸?shù)谝活l譜而對所述第二偏振光傳輸?shù)诙l譜。
2.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一和第二偏振光是正交的偏振光。
3.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述光軸可相對于所述偏振軸的所述兩個(gè)方位角之間連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的波長濾光器，其特征在于所述第一液晶延遲裝置包括一個(gè)液晶四分之一波延遲器裝置，所述液晶四分之一波延遲器裝置具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸，從而所述第一和第二正交的偏振光是左和右旋圓偏振光。
5.如權(quán)利要求4所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶四分之一波延遲裝置包括具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸的液晶四分之一波延遲器。
6.如權(quán)利要求4所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶四分之一波延遲裝置包括無源四分之一波延遲器，其光軸相對于所述偏振軸取向?yàn)椤捆?4；以及液晶半波延遲器，位于所述第一偏振裝置和所述無源四分之一波延遲器之間，其光軸可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換。
7.如權(quán)利要求4所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振敏感波長濾波裝置包括第一螺旋性的第一膽甾醇型圓偏振器。
8.如權(quán)利要求7所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振敏感波長濾波裝置還包括第二螺旋性的第二膽甾醇型圓偏振器。
9.如權(quán)利要求8所述的波長濾光器，其特征在于所述第二螺旋性正交于所述第一螺旋性。
10.如權(quán)利要求8所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振敏感波長濾波裝置還包括第三膽甾醇型圓偏振器。
11.如權(quán)利要求2所述的波長濾光器，其特征在于所述第一液晶延遲器裝置包括液晶半波延遲器，所述半波延遲器具有可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸，從而所述第一和第二正交的偏振光是平行于和正交于所述偏振軸的線偏振光。
12.如權(quán)利要求11所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振敏感波長濾波裝置包括第一偏振光的第一線性彩色局部偏振器。
13.如權(quán)利要求12所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振敏感波長濾波裝置還包括第二偏振光的第二線性彩色局部偏振器。
14.如權(quán)利要求13所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振光正交于所述第二偏振光。
15.如權(quán)利要求2所述的波長濾光器，其特征在于還包括第二液晶延遲器裝置，其光軸可在第一和第二方位角之間調(diào)節(jié)，它光學(xué)耦合至所述第一偏振裝置并位于與所述第一液晶延遲器裝置的正相反的所述第一偏振裝置的一邊上；第二偏振敏感波長濾波裝置，它光學(xué)耦合至所述第二液晶延遲器裝置并位于與所述第一偏振裝置正相反的所述第二液晶延遲器裝置的一邊上。
16.如權(quán)利要求15所述的波長濾光器，其特征在于所述第二液晶延遲器裝置包括液晶四分之一波延遲裝置，其光軸可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換。
17.如權(quán)利要求16所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶四分之一波延遲裝置包括具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸的四分之一波延遲器。
18.如權(quán)利要求16所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶四分之一波延遲裝置包括無源四分之一波延遲器，其光軸相對于所述偏振軸取向?yàn)椤捆?4；以及液晶半波延遲器，位于所述第一偏振裝置和所述無源四分之一波延遲器之間，其光軸可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換。
19.如權(quán)利要求16所述的波長濾光器，其特征在于所述第二偏振敏感波長濾波裝置包括膽甾醇型圓偏振器。
20.如權(quán)利要求15所述的波長濾光器，其特征在于所述第二液晶延遲器裝置包括液晶半波延遲器，其光軸可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換。
21.如權(quán)利要求20所述的波長濾光器，其特征在于所述第二偏振敏感波長濾波裝置包括線性彩色局部偏振器。
22.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶元件是從包含SmC*、SmA*、DHF、反鐵電、和非手性的鐵電液晶元件的組中選出來的。
23.如權(quán)利要求2所述的波長濾光器，其特征在于所述液晶元件是SmC*液晶元件。
24.如權(quán)利要求2所述的波長濾光器，其特征在于還包括第二線偏振裝置，用于接收來自所述第一偏振敏感波長濾波裝置的光并對接收到的光進(jìn)行線偏振；其光軸可在第一和第二方位角之間轉(zhuǎn)換的第二液晶延遲器裝置，用于接收來自所述第二偏振裝置的線偏振光并把它轉(zhuǎn)換成可在第三和第四偏振光之間轉(zhuǎn)換的偏振光，所述第三偏振光正交于所述第四偏振光；以及第二偏振敏感波長濾波裝置，用于接收來自所述第二液晶延遲器裝置的光并對所述第三偏振光傳輸?shù)谝活l譜而對所述第四偏振光傳輸?shù)诙l譜。
25.如權(quán)利要求1所述的使用光尋址信號(hào)的波長濾光器，其特征在于還包括與所述尋址信號(hào)光學(xué)連接并與所述第一液晶延遲器裝置電氣連接的光傳感器裝置，用于把所述光軸的方位角響應(yīng)所述尋址信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
26.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于還包括與所述第一液晶延遲器裝置電氣連接的時(shí)間多路復(fù)用裝置，用于周期性地轉(zhuǎn)換所述光軸的方位角，從而慢響應(yīng)檢測器可察覺所述第一和第二頻譜的平均值。
27.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一液晶延遲器裝置是消色差的。
28.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一液晶延遲器裝置具有與波長有關(guān)的延遲量。
29.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一液晶延遲器裝置是包括一個(gè)以上延遲器元件的組合延遲器裝置。
30.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振裝置是線偏振器。
31.如權(quán)利要求1所述的波長濾光器，其特征在于所述第一偏振裝置是非彩色線偏振濾光器。
32.一種多像素陣列波長濾光器，其特征在于包括一個(gè)以上權(quán)利要求1所述的波長濾光器，它們光學(xué)上平行地排列以形成一個(gè)陣列。
33.一種螺旋性開關(guān)，用于接收光并把它轉(zhuǎn)換成可在左旋和右旋圓偏振光的至少兩個(gè)線性組合之間轉(zhuǎn)換的偏振光，包括用于沿偏振軸對光進(jìn)行偏振的第一線偏振裝置；以及用于使光延遲四分之一波的第一四分之一波延遲裝置，它光學(xué)上耦合至所述第一偏振裝置，并具有可相對于所述偏振軸在至少兩個(gè)方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸，其特征在于所述四分之一波延遲裝置包括層列型液晶。
34.如權(quán)利要求33所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置是消色差的。
35.如權(quán)利要求33所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間分別轉(zhuǎn)換的光軸。
36.如權(quán)利要求33所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述四分之一波延遲裝置具有可相對于所述偏振軸在所述兩個(gè)方位角之間旋轉(zhuǎn)的光軸。
37.如權(quán)利要求35所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置包括液晶四分之一波延遲器，其光軸可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換。
38.如權(quán)利要求35所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置包括無源四分之一波延遲器，相對于所述偏振軸其光軸取向在±π/4；以及液晶裝置，位于所述第一偏振裝置和所述無源四分之一波延遲器之間，用于從平行于所述第一偏振裝置的位置使極性旋轉(zhuǎn)π/2，到垂直于所述第一偏振裝置。
39.如權(quán)利要求38所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述液晶裝置是液晶半波延遲器，其光軸可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換。
40.如權(quán)利要求39所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述液晶裝置是SmC*液晶元件。
41.如權(quán)利要求35所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置是包括一個(gè)以上延遲元件的組合延遲器裝置。
42.如權(quán)利要求33所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述液晶元件是從包括SmC*、SmA*、DHF、反鐵電、和非手性鐵電液晶元件中選出來的。
43.如權(quán)利要求36所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述液晶元件是SmA*液晶元件。
44.如權(quán)利要求35所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一偏振裝置是SmC*液晶元件。
45.如權(quán)利要求35所述的螺旋性開關(guān)，其特征在于所述第一偏振裝置是非彩色線偏振器。
46.一種調(diào)制器，其特征在于包括權(quán)利要求33的螺旋性開關(guān)，還包括光學(xué)耦合至所述第一四分之一波延遲裝置并位于與所述第一偏振裝置的正相反的所述第一四分之一波延遲裝置一邊的第一螺旋性敏感器件。
47.如權(quán)利要求46所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件包括第一螺旋性的第一膽甾醇型圓偏振器。
48.如權(quán)利要求46所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一四分之一波延遲裝置具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間分別轉(zhuǎn)換的光軸。
49.如權(quán)利要求48所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件包括第一螺旋性的第一膽甾醇型圓偏振器。
50.如權(quán)利要求49所述的調(diào)制器，其特征在于所述膽甾醇型圓偏振器是復(fù)合物的膽甾醇型圓偏振器。
51.如權(quán)利要求49所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件還包括第二螺旋性的第二膽甾醇型圓偏振器。
52.如權(quán)利要求51所述的調(diào)制器，其特征在于所述第二螺旋性正交于所述第一螺旋性。
53.如權(quán)利要求52所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一膽甾醇型圓偏振器具有第一原色的反射帶。
54.如權(quán)利要求53所述的調(diào)制器，其特征在于所述第二膽甾醇型圓偏振器具有第二原色的反射帶。
55.如權(quán)利要求51所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件還包括所述第一螺旋性的第三膽甾醇型圓偏振器。
56.如權(quán)利要求55所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件還包括所述第二螺旋性的第四膽甾醇型圓偏振器，其中所述第二螺旋性正交于所述第一螺旋性。
57.如權(quán)利要求56所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一和所述第二膽甾醇型圓偏振器具有第一原色的反射帶，所述第三膽甾醇型圓偏振器具有第二原色的反射帶，所述第四膽甾醇型圓偏振器具有第三原色的反射帶。
58.如權(quán)利要求48所述的調(diào)制器，其特征在于還包括第二四分之一波延遲裝置，光學(xué)耦合至所述第一偏振裝置并位于與所述第一四分之一波延遲裝置正相反的所述第一偏振裝置的一邊上，它包括液晶延遲器，還具有可相對于所述偏振軸在π/4和一π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸；以及第二螺旋性敏感器件，光學(xué)耦合至所述第二四分之一波延遲裝置并位于與所述第一偏振裝置正相反的所述第二四分之一波延遲裝置的一邊上。
59.如權(quán)利要求58所述的調(diào)制器，其特征在于所述第二四分之一波延遲裝置包括液晶四分之一波延遲器，其光軸可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換。
60.如權(quán)利要求58所述的調(diào)制器，其特征在于所述第二四分之一波延遲裝置包括無源四分之一波延遲器，相對于所述偏振軸其光軸可取向在±π/4；以及液晶四分之一波延遲器，位于所述第一偏振裝置和所述無源四分之一波延遲器之間，其光軸可相對于所述偏振軸在0或π/2的第一方位角和±π/4的第二方位角之間轉(zhuǎn)換。
61.如權(quán)利要求58所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一和第二螺旋性敏感光學(xué)器件每個(gè)都包括膽甾醇型圓偏振器。
62.如權(quán)利要求61所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件包括具有第一原色的反射帶的第一螺旋性的第一膽甾醇型圓偏振器，以及具有第二原色的反射帶的第二螺旋性的第二膽甾醇型圓偏振器，所述第一螺旋性正交于所述第二螺旋性。
63.如權(quán)利要求62所述的調(diào)制器，其特征在于所述第二螺旋性敏感器件包括具有第三原色的反射帶的所述第一螺旋性的第三膽甾醇型圓偏振器，以及具有所述第一原色的反射帶的所述第二螺旋性的第四膽甾醇型圓偏振器，以及具有所述第二原色的反射帶的所述第二螺旋性的第五膽甾醇型圓偏振器。
64.如權(quán)利要求63所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一和第二四分之一波延遲裝置是消色差的。
65.如權(quán)利要求49所述的調(diào)制器，其特征在于還包括第二線偏振裝置，用于沿第二偏振軸對光進(jìn)行偏振；第二四分之一波延遲裝置，用于接收來自所述第二線偏振裝置的光并把所述光延遲四分之一波，它包括液晶延遲器，并具有可相對于所述偏振軸在π/4和-π/4的方位角之間轉(zhuǎn)換的光軸；第二螺旋性敏感器件，包括所述第一螺旋性的第二膽甾醇型圓偏振器以及第二螺旋性的第三膽甾醇型圓偏振器，所述第二螺旋性正交于所述第一螺旋性；以及遮斷裝置，位于所述第一膽甾醇型圓偏振器和所述第二線偏振裝置之間，用于接收來自所述第一膽甾醇型圓偏振器的光并遮斷所述第一螺旋性的圓偏振光，從而所述光不通過所述第二線偏振裝置耦合至所述第二和第三膽甾醇型圓偏振器。
66.如權(quán)利要求65所述的調(diào)制器，其特征在于所述遮斷裝置包括相對于所述第二偏振軸取向在±π/4的無源四分之一波延遲裝置，用它把所述第一螺旋性的圓偏振光轉(zhuǎn)換成沿正交于所述第二偏振軸的光軸線偏振的光。
67.如權(quán)利要求65所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一膽甾醇型圓偏振器具有第一原色的反射帶，所述第二膽甾醇型圓偏振器具有第二原色的反射帶，所述第三膽甾醇型圓偏振器具有第三原色的反射帶。
68.如權(quán)利要求48所述的調(diào)制器，其特征在于所述第一螺旋性敏感器件包括圓檢偏振器。
69.如權(quán)利要求68所述的調(diào)制器，其特征在于所述圓檢偏振器包括用于使光沿第二偏振軸偏振的第二線偏振裝置，以及無源四分之一波延遲器，所述延遲器位于所述第一四分之一波延遲裝置和所述第二線偏振裝置之間的，以及相對于所述第二偏振軸取向在±π/4。
70.如權(quán)利要求68所述的調(diào)制器，其特征在于還包括用于光學(xué)耦合所述螺旋性開關(guān)和所述圓檢偏振器的光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種液晶偏振螺旋性開關(guān)(10，20)，以及使用此螺旋性開關(guān)結(jié)合敏感于入射光的螺旋性的光學(xué)器件。此螺旋性開關(guān)(10，20)接收非偏振光，并把它轉(zhuǎn)換成螺旋性可調(diào)的圓偏振光。與膽甾醇型圓偏振器(30，35)結(jié)合，還提供了可調(diào)的彩色濾光器。本發(fā)明的彩色濾光器包括模擬X-Y偏振開關(guān)和彩色局部偏振器。本發(fā)明的彩色濾光器中使用的液晶包括SmC
文檔編號(hào)G02B5/30GK1132556SQ9419364
公開日1996年10月2日 申請日期1994年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月5日
發(fā)明者格雷D·夏普, 克里斯蒂那M·約翰遜 申請人:科羅拉多大學(xué)董事會(huì)