CN103384841A - 可变透射窗 - Google Patents

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Abstract

各种不同的实施方式包括可变光学透射装置，其具有配置成基于线性平移提供连续或几乎连续的光透射变化的均匀或图案化的偏振器或波延迟器。例如，实施方式包括可变透射窗，其包括具有第一偏振轴的第一均匀偏振器、具有第二偏振轴的第二均匀偏振器、第一图案化波延迟器和第二图案化波延迟器，所述第一图案化波延迟器设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第一复数个域，所述第二图案化波延迟器设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第二复数个域。所述第一波延迟器或第二波延迟器配置成相对于另一波延迟器线性可平移。

Description

可变透射窗
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年12月30日提交的61/428,307号美国临时专利申请的优先权权益，在此通过引用将所述美国临时专利申请的全部并入本文。
背景技术
偏振器是将非偏振的或混合的偏振电磁波转变成偏振波的装置。偏振器已经得到一系列广泛的实际应用，例如在摄影滤光器、显微镜、光电子学、激光器和液晶显示器方面。波片或延迟器是能改变电磁波的偏振的光学装置。波片常用于控制波的偏振并因此与很多与偏振器相同的应用有关。很多现有技术装置使偏振器或波片相对于彼此旋转以改变偏振轴或光轴间的角度。例如，用于摄影的偏振滤光器可涉及旋转偏振器以改变通过所述滤光器的光透射的强度。
发明内容
各种不同的实施方式包括可变光学透射装置，该装置包括：具有第一偏振轴的第一均匀偏振器；具有第二偏振轴的第二均匀偏振器；第一图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包括配置成在光轴、厚度或双折射中的至少一个方面变化的第一复数个域；以及，第二图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包括配置成在光轴、厚度或双折射中的至少一个方面变化的第二复数个域；其中，所述第一波延迟器或第二波延迟器配置为相对于另一波延迟器线性可平移。
附图说明
并入本文并构成说明书一部分的附图图示了本发明的示例性实施方式，并且与上文给出的概要描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。
图1A是可用于各种不同的实施方式的图案化线偏振器的偏振轴的简图；
图1B是可用于各种不同的实施方式的图案化圆偏振器的偏振轴的简图；
图2A是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个调整成允许光通过的图案化线偏振器；
图2B是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个调整成禁止光通过的图案化线偏振器；
图2C是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个调整成仅允许部分光通过的图案化线偏振器；
图3是两个具有正交偏振轴的均匀偏振器和介于这两个均匀偏振器之间用于重定向光的波片的图示；
图4A是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个均匀偏振器和两个调整成使光通过的图案化波片；
图4B是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个均匀偏振器和两个调整成使光无法通过的图案化波片；
图4C是可变透射窗的装置实施方式的简图，所述可变透射窗包含两个均匀偏振器和两个调整成使仅部分光通过的图案化波片；
图5是适用于各种不同的实施方式的图案化波片的简图；
图6是适用于各种不同的实施方式的图案化波片的简图；
图7A-7C是可变透射窗的示意图，所述可变透射窗具有用于使一个图案化波片相对于另一个图案化波片线性平移的各种不同的机械装置；
图7D和图7E是示出了线性平移图案化波延迟器以改变透射的光的量的图示；
图8A图示了正被摩擦的取向层；图8B图示了在总体曝光于紫外辐射的条件下采用所述取向层的光轴变化的液晶聚合物层；图8C图示了在图案化光掩膜下方的取向层的曝光；
图9是用于生产适用于各种不同的实施方式的可变厚度的波片的锯齿形基板的示意图；
图10是一系列展示了在示例实施方式中的不同程度的光透射的照片。
具体实施方式
将参照附图对各种不同的实施方式进行详细描述。在任何可能的情况下，所有附图中将使用相同的附图标记指示相同的或类似的部分。所提及的具体实施例和实施方式是为了说明性的目的，不用于限制本发明或权利要求的范围。
词语“复数”在本文用于表示两个或两个以上。例如，复数个可指三个或三个以上或各种不同范围，如2-200，4-200，或70-180。
各种不同的实施方式包括配置成使光透射连续或几乎连续变化的可变光透射装置。可选地，所述装置可在离散状态间切换，例如“开”透射状态和光透射低于5%（例如，1%或更少）的较低透射“关”或暗状态。这些装置可用于很多不同的应用中，例如用于建筑物、交通工具、或调节光、强光或热会有益的任何其他场所的窗户或遮光物。各种不同的实施方式利用偏振和波延迟器理论。例如，实施方式可包括两个或两个以上配置成相对于彼此线性平移的均匀或图案化的光偏振器或波延迟器。另外的实施方式可包括采用本文公开的各种不同的方法中的任意一种制造的均匀或图案化的偏振器或波延迟器。如本文所采用的，术语“光”包括可见光辐射（例如：太阳光谱的可见部分）以及红外和/或紫外辐射（例如：太阳光谱的IR部分和UV部分）。
偏振理论
电磁波包括电场分量和磁场分量，所述电场分量和磁场分量相互垂直振荡并与波的传播方向垂直振荡。一束光可由其传播方向、频率和矢量振幅（例如：电场矢量）描述。矢量振幅与光束的强度有关并且与波的传播方向垂直。给定波的传播方向（例如：z轴），电场矢量振幅有两个独立的互相正交的横向分量，寻常光线和非寻常光线（例如：Ex和Ey）。
包含电场矢量和传播方向的面称为偏振面。偏振是波的一种性质，描述了波振动的取向。
在非偏振光中，电场矢量是关于传播方向随机取向的。相反地，如果对于所有波而言电场矢量以相同的方向取向，则认为该光是平面偏振的。偏振器是一种从一束非偏振光中产生一束偏振光的光学装置。给定传播方向（例如：z轴），偏振器将一束非偏振光的电场矢量分解为两个独立的互相正交的横向分量，寻常光线和非寻常光线（例如：Ex和Ey），并优先选择一者并且拒绝另一者。基于偏振器的类型，这种选择通过吸收、反射、折射或散射完成。
马吕斯定律给出了偏振器置于入射光束的前面时产生的强度（I）。
I=I0cos2θi
其中，I0是初始强度，θi是光初始偏振方向和偏振器的轴之间的角度。
一束非偏振光可被认为是包含了所有可能角度的线偏振的均匀混合。由于cos2θ在一个完整周期中的积分是1/2，透射通过单个偏振器的光的强度是初始强度的50%。在实践中，在偏振器中通常会损失一些光并且非偏振光的实际透射可能比这略低。
当两个线偏振器相继放置时，它们的偏振轴之间的相互的角度给出了马吕斯定律中θ的值。第二偏振器通常称作检偏器。因此，当偏振器和检偏器的偏振轴平行时光透射率的量最大化，如果这两个轴是正交的，所述偏振器是交叉的，理论上没有光透射。而且，一个偏振器相对于另一者旋转会导致在依照马吕斯定律的最小值和最大值之间的透射率范围内部分光堵塞。
波延迟器理论
另一种用于操作光的偏振的有用工具是波延迟器，也称作波片。波片或者波延迟器是改变传输通过它的波的偏振态（即，重定向波的偏振轴）的双折射材料。
双折射（birefringence或者double refraction）是一束非偏振光分解成两条光线。多数光学材料是各向同性的，即具有相同的光学特性（因此具有一个折射率）而与通过所述材料传播的方向无关。在各向异性材料中，邻近的原子结构单元之间的间隔在不同方向上是不同的，或者将这些单元束缚在一起的化学键在不同方向上具有不同的特性。结果，波的速度是位移方向的函数。由于不同的传播方向和偏振取向，传播通过这种材料的偏振光会经历不同的折射率。这种现象称为双折射。在这种材料内存在具有唯一光学特性的光轴，使得沿着该光轴传播的光，无论其偏振方向，只遭遇一个折射率。双折射材料是单轴的或者是双轴的，取决于它们是具有一个光轴还是两个光轴。尽管为了简单起见在下面的实施例中讨论了单轴材料，但是各种不同的实施方式可包括具有两个或更多光轴的双折射材料。
对于具有线偏振电磁波的每个传播方向，有两个主位移方向，对于这两个主位移方向，速度是不同的。这些偏振方向成直角。当光束的偏振面与所述两个主位移方向中的一个不一致时，光矢量会分成对应于所述两个方向的两个分量。寻常光线总是以其电场矢量垂直于光轴进行偏振，并遭遇寻常折射率（n0），遵循斯涅耳折射定律在所有方向上以相同速度传播。非寻常波（extraordinary wave）总是以其电场矢量平行于取向轴偏振，遭遇非寻常折射率（ne），不与其波阵面正交地传播，并且通常不遵循斯涅尔定律。这两种光线的间隔取决于下述方向，光沿着该方向相对于晶体的光轴方向传播通过所述晶体。数量上，材料的双折射值定义为（ne-n0）。
如果ne>n0，那么非寻常波的传播速度大于寻常波的传播速度并且认为双折射材料为正。反之，认为双折射材料为负。以最高折射率值传播的轴通常称为慢轴。
简而言之，双折射材料通过使一种类型的振动行进一条路径并且使另一类型的振动以不同的速率行进另一条路径以将光分解为两个分量。因此这两个分量以不同的相位从所述双折射材料射出并且改变了入射光的偏振态。
产生的非寻常光线和寻常光线的相位差或延迟(Γ)通过如下方程式给出
Γ=2πd（ne-no）/λ
其中，d表示材料厚度，λ表示波长，ne和no是非寻常光线和寻常光线的折射率。
如前所述，当偏振器的偏振轴和检偏器的偏振轴正交时光不能透射。然而，在偏振器和检偏器之间插入波片改变偏振光的状态并且可使光穿过。当波片的光轴以与入射偏振器的轴成θ的角度置于交叉的偏振器之间时，射入的光的强度表示为
I=I0sin22θsin2（Γ/2）
因此透射的光的量由（1）入射偏振器的光轴和波片的光轴之间的角度和（2）延迟共同决定。而且，所述延迟由双折射材料的厚度和波片的双折射（ne-no）决定。
如果所述延迟对应于π弧度（或180°），那么称之为半波片。Γ=π的延迟会使偏振旋转两倍于所述半波片的快轴与入射偏振面之间的角度。透射的光的量由入射偏振器的光轴和半波片之间的角度决定。将半波片的光轴相对于入射偏振器成45°放置实现最大透射。将半波片的光轴与入射偏振器或输出偏振器中任一个的光轴对齐产生最小透射。此外，旋转半波片的光轴导致在根据马吕斯定律的最小值和最大值之间的透射率范围内部分光堵塞。
各种不同的实施方式还可包括四分之一波片。四分之一波片具有π/2弧度（或90°）的延迟或四分之一波长的相移并且能将线偏振光转换为圆偏振以及再转换回线偏振。
还可以通过调节延迟改变光透射。通过将可变延迟器的快轴以相对于输入偏振器以预定的角度（例如45°或者另外的合适角度）对齐，以及调整半波和全波之间的延迟，透射在最大值和最小值之间变化。能通过改变双折射材料的厚度或者薄膜的双折射（ne-no）实现延迟的这种变化。
可变透射窗
各种不同的实施方式包括通过线性平移图案化偏振器或图案化波片可调节的可变透射窗。所述图案化偏振器或波片可相对另一个图案化偏振器或波片移动。在一些实施方式中，偏振器和波片可一起结合在面板（panel）上以相对于其他偏振器或波片一起移动。例如，一些实施方式可包括可相对于第二面板线性平移的第一面板，所述第一面板具有物理连接在一起的第一均匀线偏振器和第一波片，所述第二面板具有与第二波片物理连接在一起的第二均匀线偏振器。可选地，一个或两个波片可以不连接至面板或偏振器。
实施方式可包括各种不同类型的偏振器。一些实施方式可包含具有单个均匀偏振轴的均匀偏振器。这些偏振器可包括碘掺杂的偏振器、线栅偏振器、可涂（coatable）偏振器、反射偏振器或各种吸收性的偏振器。可选实施方式可包括具有多个偏振轴的图案化偏振器。对于这些具有图案化偏振器的实施方式，波延迟器不是必需的。
图1A图示了可用于各种不同实施方式的图案化偏振器。图案化偏振器102可分为数个具有不同偏振轴的域104。在图1A中的域104的所述轴通过箭头表示。偏振轴在各个域内可以是统一的但是相邻域之间可以是变化的。如图1A所示，可以选择这些偏振轴以在相邻域104间逐渐变化。如图案化偏振器102的上方和下方的圆点所示，这些域104可根据需要的量连续和重复。图案化偏振器102的尺寸可改变。在一些实施方式中，每个域104可以是条状并且可以是1-10mm，例如大约为2mm宽，但宽度可以改变。
图1A图示了图案化线偏振器。可选地，如图1B所示，图案化圆偏振器106可包括圆偏振域108。与图案化线偏振器102类似，图案化圆偏振器106可以在尺寸方面变化并且包括在相邻域108之间逐渐变化的偏振轴。为了简单起见，下面的实施例以线偏振器进行表示，但是其他实施方式可包括图案化圆偏振器106。
在各种不同的实施方式中，两个线偏振器的偏振轴可以这样一种方式图案化：一个偏振器相对于另一个的线性位移引起光透射连续变化，类似于两个均匀线偏振器彼此旋转时产生的光透射的连续变化。一个图案化偏振器相对于另一个的平移改变了它们的偏振轴之间的相互角度，该角度赋值于马吕斯定律中的θ并且因此决定了光透射。光透射可基于图案化偏振器的域是如何排列而变化，而图案化偏振器的域的排列可基于偏振器相对于彼此的线性平移程度而变化。
图2A图示了两个图案化线偏振器102a和102b的布置的实施方式（如前所述，第二偏振器102b还可以称作检偏器）。两个图案化线偏振器102a和102b包括具有不同偏振轴的域104a-h。光可以沿z轴传播并沿下方所示的z轴从左至右穿过偏振器。光202最初可以是非偏振的并且可包含沿x和y轴的分量。在图2A中的初始光202的加号符号表示x分量和y分量，仅用于说明，但光实际上是沿z轴移动，所以从这个视角以这种方式不会看到这些分量。对于其x和y偏振取向，偏振器之间的光204和两个偏振器之后的光206也用符号表示在图2A中，但也可以沿z轴移动。
第一图案化偏振器102a可包括类似于图1A中的偏振器102的偏振轴。如图1A所示，这些轴表示在x和y轴上，但是偏振器102a旋转90度进入垂直于z轴的平面内以允许光沿着z轴传播通过。第二偏振器102b可以类似地布置。域104a-h可重复任意次数，但为了简单起见只示出了单一序列。所示序列可以在如图2B和2C所示上移或下移偏振器时改变。
当光202穿过第一偏振器102a时，光可以以光202的一些分量被阻挡（这取决于光穿过的任何一个域的偏振轴）的方式进行偏振。结果可以是可变偏振光204。例如，偏振器102a所示的顶部域（即，域104a）具有沿y轴的偏振取向，因此阻挡沿x轴的分量。相应地，偏振器的域104a之后的可变偏振光204去除了x分量。其他域104b-h同样可以根据各自的偏振轴阻挡入射光202的x和y分量。因此，可变偏振光204可根据偏振器102a的域变化。如前文关于马吕斯定律和偏振的讨论，可变偏振光204的整体强度大约是初始光的一半或更少。
可变偏振光204可穿过第二偏振器102b。在图2A中，调整第二偏振器102b以使每个域具有与第一偏振器102a的相应域相同的偏振轴（例如：第一偏振器102a的域104a与第一偏振器102b的域104a对齐，第一偏振器102a的域104b与第一偏振器102b的域104b对齐，等）。可变偏振光204的每一层可穿过与其在第一偏振器102a穿过的域具有相同偏振轴的域。根据马吕斯定律，穿过具有平行偏振轴的第二偏振器，不会阻挡任何另外的光。最终的光206因此可以与可变偏振光204相同（或者几乎相同）。这对应于可变光学透射装置的亮状态（clear state）。
图2B图示了与图2A类似的实施方式，除了第二偏振器102b相对于第一偏振器102a线性平移以使具有正交的偏振轴的域对齐。例如，第二偏振器可以上移或下移数个域宽度的距离（例如，第一偏振器102a的域104a与第二偏振器102b的域104e对齐，第一偏振器102a的域104b与第二偏振器102b的域104f对齐，等）。可变偏振光204的每一层可照在偏振轴与在第一偏振器102a已经穿过的域的偏振轴正交的域。结果可以是没有光206（或者几乎没有）穿过第二偏振器。这对应于可变光学透射装置的暗状态（dark state）。
图2C图示了另一类似实施方式，除了线性平移第二偏振器102b以使第一偏振器和第二偏振器的相应域既不平行也不正交。结果是部分光206穿过第二偏振器102b。因此，通过线性平移偏振器（即：上移或下移偏振器中的一个），本实施方式允许改变透射通过偏振器的光的强度。进一步地，透射的光可以基于平移的量连续变化。偏振器可以相对于彼此平移至各种不同的其他中间位置以连续地改变透射的光的强度。这对应于可变光学透射装置的中间状态（intermediate state）。
可选实施方式可包含波延迟器。图3图示了位于第一偏振器302和第二偏振器304之间的波延迟器306。与之前的附图不同，第一偏振器和第二偏振器可以是均匀的，整个偏振器具有单一偏振轴（采用两端具有箭头的实线表示）而不是具有不同偏振轴的域的图案化。根据马吕斯定律，如果第一偏振器的偏振轴与第二偏振器的偏振轴正交，通常没有光会穿过。然而，图3图示了波延迟器306可导致不同的结果。
非偏振光312，采用类似于光202的符号表示，可传播通过第一均匀偏振器302。结果可以是沿y轴的偏振光314。偏振光314可穿过波延迟器306。波延迟器306可由双折射材料制成并且因此根据光轴的取向（如采用两端具有箭头的虚线所示）延迟光。结果是偏振光314可重定向为沿不同的方向偏振的光316。例如，如果波延迟器306是半波片（即：π弧度的延迟）并且偏振光314具有相对于光轴（即：虚线）成45度（即：θ）的偏振轴，那么重定向的光316会具有相对于光314的初始偏振轴成90度（即：2θ）的新偏振轴。重定向的光316可穿过第二偏振器304。如果重定向的光316的偏振与第二均匀偏振器304的偏振轴平行，光318可穿过。
为了连续地改变透射的光的量，各种不同的实施方式可根据放置在两个均匀线偏振器之间的两个图案化波延迟器来控制光透射的变化。图案化波延迟器可具有数个域，这些域通过改变数量来重定向光。一个图案化延迟器相对于另一个的平移可改变光的偏振态并控制光穿过第二偏振器的量。
在实施方式中可以使用各种不同类型的波延迟器。波延迟器可以图案化以包括数个具有不同特性的域。当波延迟器置于两个交叉的均匀线偏振器之间（例如图3所示）时透射的光的量由以下两点决定：（1）第一偏振器的偏振轴和波延迟器的光轴之间的角度和（2）延迟。而且，延迟由双折射材料的厚度及材料的双折射（非寻常光线和寻常光线的折射率之间的差，ne-no）决定。因此，能通过调整这三个参数中的任意一个或多个来构造图案化偏振器。
在一些实施方式中，可通过改变波延迟器的不同域的光轴的取向来图案化波延迟器。对于会产生指定数目的离散透射水平的延迟器，两个图案化延迟器可包括指定数目的延迟区或域。每个延迟器上的这些延迟区可以具有相同宽度。波延迟器的光轴的取向可与邻近区的光轴的取向相差标准的角度差（例如：0.1至30度，如2-10度）。可选地，波延迟器可配置成在使一个延迟器或具有延迟器的面板相对于第二延迟器或面板线性平移时提供平稳、连续的光透射变化。在平移期间，一个面板可移动而另一个固定，或者两个面板均可移动。
图4A图示了两个图案化波延迟器402a和402b位于两个均匀交叉的偏振器302和304之间的示例实施方式。在替代实施方式中可使用非交叉的偏振器，但是暗和亮状态将会颠倒。本实施例中所示的两个图案化波延迟器402a和402b包括光轴取向有变化（表示为在域404a-h中虚线的取向的变化）的域404a-h。但是，可选实施方式可以通过改变域的厚度或双折射来改变延迟。
非偏振光412可穿过第一均匀偏振器302并变成沿y方向的偏振光414。偏振光414可穿过第一图案化波延迟器402a并成为可变重定向光416。可变重定向光416可穿过第二图案化波延迟器402b并变成统一重定向光418a。统一重定向光418a可具有与第二均匀偏振器304的偏振轴平行的共同偏振，以使重定向光418a可穿过第二均匀偏振器304。穿过第二偏振器304的光420a可以与偏振光414的强度大约相同或更少。这对应于可变光学透射装置的亮状态。
图4B图示了第二图案化波延迟器402b相对于第一图案化波延迟器402a线性平移（即：上移或下移）的示例实施方式。与图4A类似，非偏振光412可穿过第一均匀偏振器302并变成偏振光414。偏振光414可穿过第一图案化波延迟器402a并成为可变重定向光416。可变重定向光416可穿过第二图案化波延迟器402b并变成重定向光418b。但是，与图4A中的重定向光418a不同，在线性平移的图案化波延迟器402b之后的重定向光418b可正交于第二偏振器304的偏振轴进行偏振，因此，在本实施例中可能不会有透射的光420b。这对应于可变光学透射装置的暗状态。
图4C图示了当第二图案化波延迟器402b相对于第一图案化波延迟器402a线性平移（即：上移或下移）时的另一示例实施方式。可将第二图案化波延迟器402b平移图4B中的第二图案化波延迟器所平移的一半。较少平移的结果是部分光透过第二偏振器。非偏振光412可穿过第一均匀偏振器302并变成偏振光414。偏振光414可穿过第一图案化波延迟器402a并成为可变重定向光416。可变重定向光416可穿过第二图案化波延迟器402b并变成重定向光418c。重定向光418c的偏振可以既不平行也不正交于第二均匀偏振器304的偏振轴，因此部分但非全部光穿过420c。这对应于可变光学透射装置的中间状态。
与图案化偏振器的平移类似，透射的光可基于波延迟器之间的相对平移的量连续改变。图案化波延迟器可相对于彼此平移至各种不同的中间位置以连续地改变透射的光的强度。图案化波延迟器的相对线性平移改变了域404a-h的排列，这改变了光418的偏振并改变了光穿过第二偏振器304的量。
进一步的实施方式中的图案化波片可包括比图4A-4C所示更多的域。例如，图5图示了示例性图案化波片502，其具有32个域，编号为1-32。图5中的图案化半波片502由32个相同宽度的域组成，在这些域上，延迟器光轴的取向以相邻域之间的5.625°的步长进行改变（例如，总计180°，如线条所示）。可选实施方式可包括具有各种不同的其他数目的域和角度步长的波片。
图4A-4C和图5中的图案化波延迟器说明逐渐改变光轴方向可提供遍及这些域的弧形或U形图案。这种图案可随着域的重复而重复。图6图示了具有数个U形图案集合604的图案化波片602，所示U形图案遍及很多域。每个集合604包括图5所示的32个域。
上文讨论的图案化偏振器或波延迟器的线性平移可以通过各种不同的方式实现。因为相对位置决定了透射率，可以移动一个或两个图案化偏振器或波片。在可选实施方式中，图案化偏振器或波延迟器可固定至滑动机构，例如沿着轨道相对于彼此引导图案化偏振器或波延迟器。各种不同的其他机械装置可用于平移图案化偏振器或波延迟器。
在一些实施方式中，图案化偏振器或波延迟器的平移可通过电子方式控制，例如或者通过计算机或各种不同的逻辑电路自动控制或者通过用户的指示（例如，用户扳动调光开关）手动控制。图7A图示了具有这种机械装置的可变光透射窗的实施方式。由玻璃或其他透明材料制成的板706可安装在壁或其他表面上的框架708内。在窗板706之间，可将两个偏振器704也安装在所述框架中。两个波片702a和702b可置于偏振器704之间。在图7A中，一个波片702b安装至框架708而第二波片702a的一端与机械装置710连接。第二波片702a的另一端可以由框架708可移动地支承。机械装置710可包括用于相对另一波片702b线性移动波片702a的各种不同的装置。例如，机械装置710可包括各种不同的机动化装置、机电装置、磁性装置、或压电装置中的任意一种或任何其他能将电信号转换为线性平移的装置。
在可选实施方式中，图案化偏振器或波延迟器可在一边围绕旋转旋转支撑卷起以向上或向下移动图案化偏振器或波延迟器。这些偏振器或波延迟器可以向上或向下卷起以进行线性平移。图7B图示了具有这种旋转支撑的可变光透射窗的实施方式。由玻璃或其他透明材料制成的板706可安装在位于壁或其他表面上的框架708内。在窗板706之间，两个偏振器704也可安装在所述框架内。两个波片702b和702c可置于偏振器704之间。一个波片702c安装至框架708而第二波片702b的每一端与旋转支撑712连接。旋转支撑712可相对于另一波片向上或向下缠绕柔韧的波片702c。旋转支撑712可手工转动（例如：用户转动把手）或者如关于图7A所述的自动转动。
图7C图示了一种可选实施方式，其中波片702d和702e通过旋转装置714同时移动。波片702d和702e可以是一个围绕旋转线轴或卷轴714安装的连续波片薄膜或薄片的一部分。这些旋转装置714也可如上文所述手动或自动地转动。
图7D和7E图示了第一图案化波延迟器702a相对于第二图案化波延迟器702b的线性平移。波延迟器702a和702b可以位于两个交叉的均匀偏振器704之间。图7D图示了允许光透射的平移的延迟器702a。如图所示，波延迟器702a可相对于波延迟器702b线性平移（例如：如图7D所示垂直地）期望的量，其取决于域的尺寸。例如，平移距离可以是5-50mm，例如图中所示的13mm，但是这个距离可根据域的宽度和数目而变化。图7E图示了线性平移回来（例如，垂直向下）并阻止光透射通过所述装置的延迟器702a。尽管图示了垂直的线性平移，应当指出的是，基于装置元件的布置，线性平移可沿着相对于地面的水平方向或介于垂直和水平之间的任何其他方向。
如附图所示的实施方式具有位于偏振器和波延迟器之间的间隙，但这在一些实施方式中能够避免。例如，波延迟器可层压或贴在偏振器上。一些实施方式可包括面板，该面板可包含偏振器和/或波片。这些面板可相对于彼此平移。在另外的实施方式中，所述偏振器或面板可保持固定而线性平移介于偏振器或面板之间的一个或多个波延迟器。
各种不同的实施方式可包括采用数种不同方法中的任意一种生产的图案化波延迟器或偏振器。在一种生产方法中，拉伸的聚合物延迟薄膜可沿不同取向切割为各种不同尺寸的带以产生多个旋转轴延迟滤光器的带，所述旋转轴延迟滤光器的带能层压至基板（或偏振器）以制造图案化延迟薄膜。
在另一生产方法中，可通过取向层的机械摩擦实现对延迟器的光轴的取向的改变。如图8A所示，常用的取向层804可沉积在基板802上。掩膜805可置于所述取向层上，然后用抛光轮810摩擦以在层804通过掩膜805的开口806暴露的部分上产生特定的配向。之后可以利用不同掩膜沿不同方向摩擦样品。这种方法同样可在不使用掩膜的条件下执行。在移除掩膜805之后，如图8B所示，液晶聚合物806可沉积在层804的表面上并总体曝露于辐射（例如：紫外辐射）808以按照在层804中的摩擦图案在层806中产生图案化延迟器。液晶聚合物806采用摩擦进取向层804的取向并成为图案化的波片（即：延迟器）。
在另一制作方法中，可通过液晶聚合物的感光图案化表面配向实现对延迟器的光轴的取向的改变。取向层提供了与配向表面接触的液晶（LC）分子的明确取向。光取向层完全由曝光量进行取向，即：没有任何机械接触并因此能使任意取向转移至所述LC分子。将涂有专门的光反应聚合物（偶氮染料，劳力克研究线性感光聚合物（Rolic Research Linear Photopolymers））的基板曝光于线偏振UV光（LPUV）引起沿偏振方向的优先配向方向和随后引起与光反应取向层接触的LC分子的配向。通过将取向层区域选择性地曝光于不同条件的LPUV光（即具有变化的强度、入射角或偏振方向）可引起配向方向的空间变化。在第二步中，用同样包含感光引发剂的液晶聚合物（LCP）涂覆各向异性的LPP层。在通过下侧的LPP层配向LCP之后，薄膜与非偏振UV光交联，提供永久取向的图案化延迟器。
存在在LPP层中产生配向图案的不同方法。其中涉及在UV曝光期间使用光掩膜、配向主导装置（alignment master）、激光扫描以及UV偏振器和基板的同步旋转和/或移动。以单次曝光步骤产生所需要的复杂配向图案的一个选择是使用配向主导装置。配向主导装置的作用是提供偏振面空间变化的LPUV光，当其照射所述LPP层时直接生成配向图案。
图8C图示了一种使用通过光掩模的UV光制备取向层的实施例。取向层804可沉积在基板802上。UV辐射808可穿过偏振器817以成为偏振UV辐射。然后，产生的偏振UV辐射可以穿过图案化光掩模815以选择性地曝光取向层804的部分。这在曝光的取向层804中产生图案。可通过相对于取向层804移动光掩模815和/或通过复数个光掩模815曝光取向层804来重复上述处理以图案化整个取向层804。随后液晶聚合物层沉积在图案化取向层804上并总体曝光以聚合液晶聚合物层。液晶聚合物层采用图案化进取向层804的取向并成为图案化波片（即：延迟器）（类似于图8B所示处理）。
在另一生产方法中，通过图案化在光栅结构上的液晶聚合物达到改变延迟器的光轴取向。还可以利用图案化在基板上的类光栅锯齿面产生图案化延迟器。通过在平面基板上沉积光阻材料并通过振幅光掩膜进行曝光来制造这些光栅结构。不同于普通阴影光掩膜，振幅光掩模的透射梯度产生出与离散区域形成鲜明对照的平滑特征。通过振幅掩膜曝光光阻材料并显影以在基板上产生锯齿图案。将液晶聚合物涂布在基板上产生交替的液晶聚合物排列并因此根据在锯齿上的位置交替延迟值。
在另一生产方法中，通过可印刷的自组装有机物/溶致液晶达到改变延迟器的光轴取向。表现出自组装行为的有机物分子表现出了在延迟器中必要的双折射特性。这些自组装流体能涂布或印刷在基板上以形成比拉伸的聚合物延迟薄膜便宜的延迟滤光器。椭圆形（各向异性）分子的长轴的排列由通过狭缝式印刷工艺引起的压力确定。通过改变剪应力的方向能获得延迟器的光轴的不同取向。
在各种不同的实施方式中，可通过改变双折射材料的厚度来图案化波延迟器。对于会产生指定数目的离散透射水平的薄膜，两个图案化延迟器会包含指定数目的等宽延迟区。波延迟器的厚度与邻近区的厚度相差标准的离散量。还可以生产在使一个面板相对于第二面板线性平移时会导致光透射平稳、连续变化的薄膜。通过改变双折射材料的厚度图案化的可变延迟器可通过以下方法或类似方法生产。
在一种生产方法中，通过液晶聚合物延迟层的厚度图案化实现延迟的变化。液晶聚合物湿涂在涂有均匀取向层的基板上。UV光掩膜曝光用于将特定区域光聚合成为平面配向。然后用四氢呋喃（或其他显影剂化学品）处理基板以溶解还未交联和聚合的液晶聚合物。这产生没有延迟的区域和延迟区域，取决于液晶聚合物的双折射和层厚度。
在另一生产方法中，通过重复模型液晶聚合物印刷改变双折射材料的厚度来图案化波延迟器。可使用主光刻法生产的聚合物模型制造PDMS（聚二甲基硅氧烷）聚合物模型印模，并之后PDMS聚合物模型印模用于将图案印在聚合的液晶中。随着印模压印进所述材料，所述液晶聚合物固化，留下剩余的图案化的液晶延迟器。通过液晶聚合物与处理过的压印PDMS表面的相互作用产生配向，这样额外的取向层不是必需的。
在另一种生产方法中，通过将双折射材料涂在具有变化的表面高度的基板上改变双折射材料的厚度来图案化波延迟器。为了改变表面高度，建议采用微压印法。这种方法由微图案化的印模（stamp）和诸如聚乙烯（PET）聚乙烯醇（PVA）或聚酰亚胺之类的可模压的非双折射透明基板构成。然后，图案化基板从模具剥离并用可印刷的聚合物液晶或其他双折射材料涂布。
图9示出了用于前述方法的一种示例性模具。印模或基板902可通过各种不同形状对高度进行改变。图9中的基板902图示为示例性的锯齿形状。液晶聚合物904可层叠在模具902上以呈现变化的厚度和延迟。
在数种实施方式中通过改变双折射来图案化波延迟器。对于会产生指定数目的离散透射水平的薄膜，两个图案化延迟器会包含指定数目的等宽延迟区。波延迟器的双折射与相邻区的双折射相差标准的离散量。生产在使一个面板相对于第二面板线性平移时会导致光透射平稳、连续改变的薄膜同样是可能的。通过改变双折射图案化的可变延迟器可通过以下方法或类似方法生产。
在一种生产方法中通过对液晶聚合物进行热图案化改变双折射来图案化波延迟器。可利用液晶聚合物和涂布标准均匀取向层的基板制造图案化延迟器。液晶丙烯酸盐湿涂在基板上并沿取向层在平面结构上取向。制造光掩膜并将液晶聚合物曝光于UV光以在选定区域交联和固定平面配向。移除光掩膜，并在液晶聚合物清亮点之上（创造各向同性或随机配向条件）加热样品。然后样品总体曝光以固定线性条件下未预先聚合的区域内的随机配向。两次曝光均在氮气环境中执行以最小化缺乏UV曝光的聚合作用和在光掩膜范围之外的交叉聚合作用。
在另一生产方法中，通过液晶聚合物和光反应异构体的感光图案化改变双折射来图案化波延迟器。液晶聚合物和光反应异构体的混合物可用于通过曝光调节各向同性温度，而不是像在前述方法中那样通过增加各向同性的温度移除液晶配向。该配置类似于液晶聚合物涂布在已经沉积有线性取向层的基板上。之后液晶聚合物混合物通过光掩膜曝光，而不是在这些区域聚合液晶聚合物，通过液晶聚合物混合物的一种成分的异构化改变了各向同性温度。系统设计成使得在UV曝光时各向同性过渡温度降低至低于室温。作为结果，在第一曝光步骤中曝光的区域具有各向同性配向而没有曝光的区域保持线性配置。然后执行第二总体曝光以固化薄膜。
在另一生产方法中，通过将光反应取向层（例如：Rolic LPP）直接混合进液晶聚合物混合物（与在应用液晶聚合物之前在表面涂布和图案化形成对照）改变双折射来图案化波延迟器。在该技术中，遍及液晶聚合物混合物的体积而不只是在表面控制液晶聚合物的配向。混合物涂覆至具有均匀平面取向层的基板。样品通过UV光掩膜曝光于具有一种UV偏振的一个区域和具有不同偏振的另一区域。不同的偏振曝光产生具有不同手性（左手的，右手的）的螺旋或扭曲液晶聚合物结构，所述液晶聚合物结构进而引起不同的延迟量。
在另一生产方法中，通过光配向的胆甾相液晶改变双折射以图案化波延迟器。胆甾相液晶（CLC’s）具有类似于DNA结构的螺旋或扭曲结构。某些CLC’s可设计成能通过UV光曝光量调节手性的量（或螺旋扭曲力），例如：长曝光于UV能调节扭曲，从而调节CLC的延迟。可通过多个光掩膜将CLC的不同域曝光于不同量的UV光形成图案化延迟层。
在另一生产方法中，通过激光打印聚合物拉伸的延迟器改变双折射来图案化波延迟器。通过拉伸引起形状各向异性并由此导致双折射/延迟的聚合物将双折射引进聚合物薄膜。对这些聚合物薄膜加热或化学处理能打破应力聚合的化学键，在局部区域产生单体的随机配向。这可用于通过激光打印处理制造图案化延迟薄膜，条件是良好地控制激光以释放合适的剂量。激光遍及样品进行扫描并通过局部加热移除在印刷条纹的延迟。
在另一生产方法中，通过涂布具有不同双折射的不同液晶材料条改变双折射来图案化波延迟器。在这种方法中狭缝式涂布器会将不同的液晶材料沉积在基板的不同区域。
还可能的是，上述详细说明的方法或类似方法的任意组合可用于制造图案化延迟器。
图10是一系列数字图像，图解了光穿过本发明实施方式的可变透射装置的典型实施方式。图像（a）-（h）示出了当波延迟器相对于彼此线性平移时光透射的变化。每幅图像包含可变透射装置所处的中心部分。图像（a）示出了通过所述中心部分的38%的光透射，在背景中物体清晰可见。每一幅图像的中心部分渐进地变暗（即：在图像（b）至（g）的中心分别为35%，30%，20%，13%，7%，4%的透射），直至图像（h）示出了通过所述中心部分的1%的光透射。
前面对本文各个方面的描述使得本领域任何技术人员能够制造或使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些方面的各种不同修改是显而易见的，并且，在不脱离本发明的范围的前提下，本文所限定的一般原理可应用于其他方面。因此，本发明不打算限制在本文所展示的各方面而是与符合本文公开的原理和新颖特征的最宽范围一致。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种可变透射装置，包括：
具有第一偏振轴的第一均匀偏振器；
具有第二偏振轴的第二均匀偏振器；
第一图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第一复数个域；以及
第二图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第二复数个域，
其中，所述第一波延迟器或第二波延迟器配置成相对于所述第一波延迟器或第二波延迟器中的另一者线性可平移。
2.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域配置成光轴变化。
3.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含图案化的液晶聚合物。
4.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含拉伸的聚合物薄膜。
5.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含印刷的自组装液晶。
6.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域包含半波片或四分之一波片。
7.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含配置成厚度变化的图案化的液晶聚合物或模塑的液晶聚合物。
8.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域配置成在延迟方面变化。
9.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含热处理的液晶聚合物、螺旋液晶聚合物、扭曲液晶聚合物或胆甾相液晶。
10.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振轴和第二偏振轴平行。
11.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振轴和第二偏振轴不平行。
12.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振器和第二偏振器是碘掺杂的偏振器、线栅偏振器、可涂偏振器或反射偏振器中的一种。
13.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与位于第一面板的所述第一均匀偏振器连接并且所述第二图案化波延迟器配置成相对于所述第一图案化波延迟器线性平移。
14.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与位于第一面板的所述第一均匀偏振器连接，所述第二图案化波延迟器与位于第二面板的所述第二均匀偏振器连接，并且所述第一面板配置成相对于所述第二面板线性平移。
15.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与旋转支撑连接。
16.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述装置位于安置在壁内的第一窗板和第二窗板之间。
17.一种可变透射装置，包含：
第一偏振器；以及
第二偏振器；
第一图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成在光轴的取向方面变化的第一复数个域；以及
第二图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成在光轴的取向方面变化的第二复数个域，
其中，所述第一波延迟器或第二波延迟器配置成相对于所述第一波延迟器或第二波延迟器中的另一者线性可平移。
18.如权利要求17所述的可变透射装置，其中：
所述第一偏振器具有与第一偏振轴成线性关系的均匀形式；
所述第二偏振器具有与第二偏振轴成线性关系的均匀形式；
所述第一偏振轴和所述第二偏振轴不平行；并且
所述装置位于安置在壁内的第一窗板和第二窗板之间。
19.一种对权利要求1所述装置进行操作的方法，所述方法包括：
相对于所述第二图案化波延迟器移动所述第一图案化波延迟器以使较少的光透射通过可变光学透射装置；和
相对于所述第二图案化波延迟器移动所述第一图案化波延迟器以使更多的光透射通过可变光学透射装置。
20.一种制造用于可变透射窗的图案化波延迟器的方法，包括：
提供包含取向层的基板；
将所述取向层曝光于辐射下以生成图案化取向层；
在所述图案化取向层上沉积液晶聚合物层；以及
聚合所述液晶聚合物层以使所述液晶聚合物层沿用所述图案化取向层的图案形成具有可变光轴的图案化波延迟器。
21.一种制造大致如本文所示和描述的装置的方法。
22.一种大致如本文所示和描述的装置的使用方法。
23.一种大致如本文所示和描述的装置。

Claims (23)

1.一种可变透射装置，包括：
具有第一偏振轴的第一均匀偏振器；
具有第二偏振轴的第二均匀偏振器；
第一图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第一复数个域；以及
第二图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成光轴、厚度或双折射中的至少一者变化的第二复数个域，
其中，所述第一波延迟器或第二波延迟器配置成相对于所述第一波延迟器或第二波延迟器中的另一者线性可平移。
2.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域配置成光轴变化。
3.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含图案化的液晶聚合物。
4.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含拉伸的聚合物薄膜。
5.如权利要求2所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含印刷的自组装液晶。
6.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域包含半波片或四分之一波片。
7.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含配置成厚度变化的图案化的液晶聚合物或模塑的液晶聚合物。
8.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一复数个域和第二复数个域配置成在延迟方面变化。
9.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一波延迟器和第二波延迟器包含热处理的液晶聚合物、螺旋液晶聚合物、扭曲液晶聚合物或胆甾相液晶。
10.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振轴和第二偏振轴平行。
11.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振轴和第二偏振轴不平行。
12.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一偏振器和第二偏振器是碘掺杂的偏振器、线栅偏振器、可涂偏振器或反射偏振器中的一种。
13.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与位于第一面板的所述第一均匀偏振器连接并且所述第二图案化波延迟器配置成相对于所述第一图案化波延迟器线性平移。
14.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与位于第一面板的所述第一均匀偏振器连接，所述第二图案化波延迟器与位于第二面板的所述第二均匀偏振器连接，并且所述第一面板配置成相对于所述第二面板线性平移。
15.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述第一图案化波延迟器与旋转支撑连接。
16.如权利要求1所述的可变透射装置，其中，所述装置位于安置在壁内的第一窗板和第二窗板之间。
17.一种可变透射装置，包含：
第一偏振器；以及
第二偏振器；
第一图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成在光轴的取向方面变化的第一复数个域；以及
第二图案化波延迟器，其设置在所述第一偏振器和第二偏振器之间并包含配置成在光轴的取向方面变化的第二复数个域，
其中，所述第一波延迟器或第二波延迟器配置成相对于所述第一波延迟器或第二波延迟器中的另一者线性可平移。
18.如权利要求17所述的可变透射装置，其中：
所述第一偏振器具有与第一偏振轴成线性关系的均匀形式；
所述第二偏振器具有与第二偏振轴成线性关系的均匀形式；
所述第一偏振轴和所述第二偏振轴不平行；并且
所述装置位于安置在壁内的第一窗板和第二窗板之间。
19.一种对权利要求1所述装置进行操作的方法，所述方法包括：
相对于所述第二图案化波延迟器移动所述第一图案化波延迟器以使较少的光透射通过可变光学透射装置；和
相对于所述第二图案化波延迟器移动所述第一图案化波延迟器以使更多的光透射通过可变光学透射装置。
20.一种制造图案化波延迟器的方法，包括：
提供包含取向层的基板；
将所述取向层曝光于辐射下以生成图案化取向层；
在所述图案化取向层上沉积液晶聚合物层；以及
聚合所述液晶聚合物层以使所述液晶聚合物层沿用所述图案化取向层的图案形成具有可变光轴的图案化波延迟器。
21.一种制造大致如本文所示和描述的装置的方法。
22.一种大致如本文所示和描述的装置的使用方法。
23.一种大致如本文所示和描述的装置。
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