提供高分辨率圖像的偏振分束器以及使用此類分束器的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了偏振分束器以及組裝有此類分束器的系統(tǒng)。更具體地講，描述了偏振分束器以及具有此類分束器的系統(tǒng)，所述分束器包含多層光學(xué)膜并且向觀察者或具有高的有效分辨率的觀察屏幕反射成像光。
【專利說明】提供高分辨率圖像的偏振分束器以及使用此類分束器的系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]名稱為“METHOD OF MAKING POLARIZING BEAM SPLITTERS PROVIDING HIGHRESOLUT1N IMAGES AND SYSTEMS UTILIZING SUCH BEAM SPLITTERS”(制造提供高分辨率圖像的偏振分束器的方法以及使用此類分束器的系統(tǒng))的共同擁有和共同待決的美國專利申請N0.61/564172以引用方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及偏振分束器以及組裝有此類分束器的系統(tǒng)。更具體地講，本發(fā)明涉及偏振分束器以及具有此類分束器的系統(tǒng)，所述分束器包含多層光學(xué)膜并且向觀察者或具有高的有效分辨率的觀察屏幕反射成像光。

【背景技術(shù)】
[0004]組裝有偏振分束器(PBS)的照明系統(tǒng)用于在諸如投影顯示屏的觀察屏幕上形成圖像。典型的顯示圖像包括照明源，所述照明源被布置為使得來自該照明源的光線從包含要投影的所需圖像的成像裝置(即，成像器)反射。系統(tǒng)將光線折疊，以使得來自照明源的光線和投影圖像的光線共用PBS與成像器之間的相同物理空間。PBS將射入的照明光與來自成像器的偏振旋轉(zhuǎn)光分離。由于對PBS的新需求，部分地由于其在諸如三維投影和成像的應(yīng)用中的新用途，導(dǎo)致出現(xiàn)了多個(gè)新問題。本申請?zhí)峁┝私鉀Q此類問題的制品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及偏振子系統(tǒng)。偏振子系統(tǒng)包括第一成像器和偏振分束器。在一些實(shí)施例中，成像器可為LCOS成像器。偏振分束器部分由反射型偏振器構(gòu)成，并且接收來自成像器的成像光。反射型偏振器可為多層光學(xué)膜。在一些實(shí)施例中，反射型偏振器將具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。偏振分束器向觀察者或具有小于12微米的有效像素分辨率的屏幕反射成像光。在一些實(shí)施例中，偏振分束器可向觀察者或具有小于9微米或小于6微米的有效像素分辨率的屏幕反射成像光。偏振子系統(tǒng)可包括第二成像器，其中偏振分束器在與接收來自第一成像器的光的不同面處接收來自第二成像器的成像光。偏振子系統(tǒng)還可包括投影透鏡，所述投影透鏡從偏振分束器向觀察者或屏幕投射光。在一些情況下，偏振子系統(tǒng)可為三維圖像投影儀的一部分。
[0006]在另一方面，本發(fā)明涉及一種偏振分束器。所述偏振分束器包括定位在第一蓋與第二蓋之間的反射型偏振器。反射型偏振器可為多層光學(xué)膜。偏振分束器能夠向觀察者或具有小于12微米、并且可能小于9微米或小于6微米的有效像素分辨率的屏幕反射成像光。偏振分束器的第一蓋和/或第二蓋可至少部分由玻璃或合適的光學(xué)塑料制成?？衫酶郊拥奶幚?諸如暴露于真空)通過合適的光學(xué)粘合劑將第一蓋和/或第二蓋附接到反射型偏振器，從而實(shí)現(xiàn)多層光學(xué)膜的所需平坦度。反射型偏振器可具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
[0007]在另一方面，本發(fā)明涉及一種投影子系統(tǒng)。所述投影子系統(tǒng)包括光源、偏振分束器、至少第一成像器，并且可能包括第二成像器。偏振分束器接收來自光源的光，并且包括由多層光學(xué)膜構(gòu)成的反射型偏振器。第一成像器定位在偏振分束器附近。第二成像器定位在偏振分束器上與第一成像器不同側(cè)的偏振分束器附近。來自光源的光入射在偏振分束器上，并且入射光的第一偏振透射穿過反射型偏振器，而與第一偏振態(tài)垂直的入射光的第二偏振由反射型偏振器反射。第二偏振的光從偏振分束器傳播到第二成像器，并且成像并反射回偏振分束器。從第二成像器反射的光穿過偏振分束器透射到圖像平面。第一偏振的光穿過偏振分束器透射到第一成像器，并且成像并反射回偏振分束器。從第一成像器反射的光在偏振分束器處向具有小于12微米的有效像素分辨率的圖像平面反射。在至少一些實(shí)施例中，從第一成像器反射的光在偏振分束器處向具有小于9微米或小于6微米的有效分辨率的圖像平面反射。反射型偏振器可具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于SOnm的表面粗糙度Rq。投影子系統(tǒng)的光源可為任何合適的光源，諸如弧光燈或者一個(gè)或多個(gè)LED。
[0008]在另一方面，本發(fā)明涉及偏振子系統(tǒng)。所述偏振子系統(tǒng)包括第一成像器和偏振分束器。所述偏振分束器部分由反射型偏振器構(gòu)成，并且接收來自成像器的成像光。所述反射型偏振器可為多層光學(xué)膜。偏振分束器向觀察者或屏幕反射成像光。在一些實(shí)施例中，反射型偏振器具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。在一些實(shí)施例中，反射型偏振器具有小于40nm的表面粗糙度Ra或小于70nm的表面粗糙度Rq。在一些實(shí)施例中，反射型偏振器具有小于35nm的表面粗糙度Ra或小于55nm的表面粗糙度Rq。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明的偏振分束器。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的投影子系統(tǒng)。
[0012]圖4為示出制造用于在PBS中使用的平坦多層光學(xué)膜的方法的流程圖。
[0013]圖5示出了用于使用多層光學(xué)膜制造偏振分束器的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0014]高性能PBS對于為使用硅基液晶(LCOS)成像器的投影儀創(chuàng)建可行的光學(xué)引擎來說是必要的。此外，當(dāng)需要諸如DLP成像器的標(biāo)稱非偏振成像器來處理偏振光時(shí)，甚至對于這種成像器來說可能需要PBS。通常，PBS將透射標(biāo)稱P偏振光并且反射標(biāo)稱s偏振光。已使用多種不同類型的PBS，包括MacNeille型PBS和線柵偏振器。然而，基于多層光學(xué)膜的PBS已被證明是用于與投影系統(tǒng)中的光處理有關(guān)的問題的最有效的偏振分束器之一，所述問題包括在波長和入射角的范圍內(nèi)，并且在反射和透射均具有高效率的情況下有效偏振的能力。如授予Jonza等人的美國專利N0.5，882，774和授予Weber等人的美國專利N0.6，609, 795所述，此類多層光學(xué)膜由3M公司制造。
[0015]隨著多個(gè)新的成像和投影應(yīng)用(包括例如三維投影和成像)的出現(xiàn)，新的挑戰(zhàn)已出現(xiàn)。具體地講，在至少一些三維成像應(yīng)用中，可能要求PBS不僅在透射穿過反射偏振膜時(shí)，而且還在由反射偏振膜反射時(shí)提供具有高的有效分辨率(如下文所定義)的成像光。遺憾的是，基于多層光學(xué)膜的偏振器盡管具有它們的其他主要優(yōu)點(diǎn)，但是可能難以制成具有所需的平坦度從而以高分辨率反射成像光。相反，在使用此類多層膜反射型偏振器來反射成像光的情況下，反射的圖像可能失真。然而，有效地偏振廣泛范圍的入射光角度和入射光波長的問題仍然必須解決。因此，非常希望提供具有以下益處的偏振分束器:包含多層光學(xué)膜的PBS，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)經(jīng)PBS向觀察者或屏幕反射的成像光的提高的有效分辨率。本發(fā)明提供此種解決方案。
[0016]圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)偏振子系統(tǒng)的圖示。偏振子系統(tǒng)包括第一成像器102。在多個(gè)實(shí)施例中，諸如圖1所示，成像器將為合適的反射成像器。通常，投影系統(tǒng)中使用的成像器通常是偏振-旋轉(zhuǎn)的成像器件(諸如液晶顯示成像器)，它通過旋轉(zhuǎn)光的偏振進(jìn)行操作，以產(chǎn)生對應(yīng)于數(shù)字視頻信號的圖像。當(dāng)用于投影系統(tǒng)中時(shí)，此類成像器通常依賴于將光分成一對垂直偏振態(tài)(如s偏振和P偏振)的偏振器?？捎糜趫D1所不的實(shí)施例中的兩種通用的成像器包括硅基液晶(LCOS)成像器或數(shù)字光處理(DLP)成像器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，DLP系統(tǒng)將需要對照明幾何形狀以及旋轉(zhuǎn)偏振的外部裝置(諸如延遲板)進(jìn)行一些修改，以便利用圖1中所示的PBS結(jié)構(gòu)。偏振子系統(tǒng)還包括偏振分束器(PBS) 104。來自光源110的光112向PBS104傳播。PBS104內(nèi)為反射型偏振器106。所述反射型偏振器可為多層光學(xué)膜，諸如可購自明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司(3M Company, St.Paul, MN)并在例如授予Jonza等人的美國專利N0.5，882，774和授予Weber等人的美國專利N0.6，609，795中有所描述的那些，各專利據(jù)此全文以引用的方式并入。當(dāng)光112入射到膜106時(shí),入射光的一種垂直偏振態(tài)(諸如P偏振態(tài))將作為光120透射穿過膜并且離開PBS,光120然后入射到成像器102。入射光的垂直偏振態(tài)(在這種情況下，s偏振光)將作為單獨(dú)光束118以不同方向(這里為與光束120成直角)由反射型偏振器106反射。
[0017]給定偏振態(tài)120的未成像光入射到成像器102。然后光成像并反射回PBS104，并且結(jié)合到反射型偏振器106。其中成像器102為LCOS成像器，并且對于處于“開”狀態(tài)的那些像素，光114也轉(zhuǎn)換為垂直偏振態(tài)。在這種情況下，還未成像的P偏振入射光作為s偏振的成像光被反射。當(dāng)s偏振光入射到偏振分束器104，特別是多層光學(xué)膜反射型偏振器106時(shí)，光作為s偏振光束116向觀察者或觀察屏幕130反射。
[0018]在現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)實(shí)施例中，成像器可定位在例如朝向光束118傳播的方向。在此類實(shí)施例中，成像光將透射穿過偏振分束器104而不是在偏振分束器104中反射。穿過偏振分束器的透射成像光允許圖像的失真更少，從而使有效分辨率更高。然而，如將要進(jìn)一步解釋的，在多個(gè)實(shí)施例中，可能期望包括如圖1中所定位的成像器102。這可能例如允許重疊不同偏振的圖像。盡管多層光學(xué)膜作為反射型偏振器有許多益處，但是通常難以實(shí)現(xiàn)從此類膜反射的成像光的高的有效分辨率。
[0019]由元件產(chǎn)生的圖像或光的有效分辨率是有用的定量量度，因?yàn)槠溆兄陬A(yù)測多大尺寸的像素可被可靠地分辨。大多數(shù)當(dāng)前的成像器(LC0S和DLP)的像素尺寸在從約
12.5 μ m低至約5 μ m的范圍內(nèi)。因此，為了在反射成像情況中使用，反射器必須能夠分辨低至至少約12.5 μ m,并且理想地更好。因此，PBS的有效分辨率必須不超過約12.5 μ m，并且優(yōu)選地更低。這將被認(rèn)為是高的有效分辨率。
[0020]利用本說明書中所描述的技術(shù)，實(shí)際上可提供用于在可以非常高的分辨率反射成像光的PBS104中使用的多層光學(xué)膜。事實(shí)上,參見圖1，成像光116可從偏振分束器104向觀察者或具有小于12微米的有效像素分辨率的觀察屏幕130反射。事實(shí)上，在一些實(shí)施例中，成像光116可從偏振分束器104向觀察者或具有小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、或甚至可能小于6微米的有效像素分辨率的觀察屏幕130反射。
[0021]如所討論的，在至少一些實(shí)施例中，偏振子系統(tǒng)100可包括第二成像器108。第二成像器108可大致為與第一成像器106相同類型的成像器，例如LCOS或DLP。一種偏振態(tài)的光(諸如s偏振光)可從PBS104，特別是從PBS的反射型偏振器106向第二成像器反射。然后其可成像并反射回PBS104。此外，與第一成像器104 —樣，經(jīng)第二成像器108反射的光進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換，使得其中s偏振未成像光118入射到成像器108，P偏振成像光122從成像器108被重新導(dǎo)向回到PBS104。然而，從成像器102反射的光114為第一偏振態(tài)的(例如s偏振)，并且因此經(jīng)PBS104向觀察者或觀察屏幕130反射；經(jīng)成像器108反射的光(例如光122)為第二偏振的(例如P偏振)，并且因此穿過PBS104向觀察者或觀察屏幕130透射。從圖1可以看出，兩個(gè)成像器位于PBS104的不同側(cè)，使得PBS在第一面126處接收來自第一成像器102的成像光114，而在與第一面不同的第二面124處接收來自第二成像器108的成像光122。
[0022]一旦成像光116 (以及可能地光122)離開PBS104，其便朝向觀察者或觀察屏幕130。為了最好地將光導(dǎo)向觀察者并適當(dāng)?shù)乜s放圖像，光可穿過投影透鏡128或某種投影透鏡系統(tǒng)。雖然僅示出了單元件投影透鏡128，但偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100可根據(jù)需要包括另外的成像光學(xué)器件。例如，投影透鏡128實(shí)際上可為多個(gè)透鏡，例如共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利N0.7，901，083的透鏡組250。注意，在不使用任選成像器108的情況下，輸入光112可被預(yù)偏振以具有與光束120相同的偏振態(tài)。例如，這可通過使用偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)，附加或反射型或吸收型線性偏振器，或其他用于提高輸入光流112的偏振純度的此類器件來實(shí)現(xiàn)。此種技術(shù)可提聞系統(tǒng)的整體效率。
[0023]PBS104除反射型偏振器106之外還可包括其他元件。例如，圖1示出了還包括第一蓋132和第二蓋134的PBS104。反射型偏振器106定位在第一蓋132與第二蓋134之間，使得其由蓋保護(hù)并正確定位。第一蓋132和第二蓋134可由本領(lǐng)域已知的任何合適的材料(例如玻璃、塑料或潛在其他合適的材料)制成。應(yīng)當(dāng)理解，可將附加材料和結(jié)構(gòu)施加于例如PBS的面或與反射型偏振器相鄰和基本上共同延伸的面。此類其他材料或結(jié)構(gòu)可包括附加的偏振器、二向色濾光片/反射器、延遲板、減反射涂層，模制和/或粘合到蓋表面的鏡片等等。
[0024]從不同成像器發(fā)射光的投影或偏振子系統(tǒng)(其中成像光為不同偏振的)可特別用作在例如美國專利N0.7，690，796 (Bin等人)中所述的三維圖像投影儀的一部分。使用基于兩個(gè)成像器系統(tǒng)的PBS的顯著優(yōu)點(diǎn)在于，不需要時(shí)間排序或偏振排序。這意味著兩個(gè)成像器一直在工作，有效地使投影儀的光輸出加倍。如所討論的，非常重要的是，反射型偏振器106是平坦的，從而使得經(jīng)偏振器反射的成像光116不被扭曲，并且具有高的有效分辨率。平坦度可由標(biāo)準(zhǔn)粗糙度參數(shù)Ra (表面的垂直平均偏差的絕對值的平均值)、Rq (表面的垂直平均偏差的均方根平均值)和Rz (每個(gè)取樣長度中的最高峰與最低谷之間的平均距離)來量化。具體地講，反射型偏振器優(yōu)選地具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq，并且更優(yōu)選地具有小于40nm的表面粗糙度Ra或小于70nm的表面粗糙度Rq，甚至更優(yōu)選地具有小于35nm的表面粗糙度Ra或小于55nm的表面粗糙度Rq。測量膜的表面粗糙度或平坦度的一個(gè)示例性方法提供于以下實(shí)例部分中。
[0025]在另一方面，本發(fā)明涉及一種偏振分束器。一種此類的偏振分束器200示于圖2中。偏振分束器200包括定位在第一蓋232與第二蓋234之間的反射型偏振器206。與圖1的反射型偏振器106 —樣，圖2的反射型偏振器206為多層光學(xué)膜,諸如如上所述的那些。偏振分束器200能夠向觀察者或表面230反射成像光216。朝向觀察者或表面的成像光216的有效像素分辨率小于12微米，并且可能小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米，或甚至可能小于6微米。
[0026]與圖1的蓋一樣，PBS200的第一蓋232和第二蓋234可由任何數(shù)量的用于本領(lǐng)域中的合適的材料(諸如玻璃或光學(xué)塑料等等)制成。此外，可通過多種不同方式將第一蓋232和第二蓋234各自附接到反射型偏振器206。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可使用壓敏粘合劑層240將第一蓋232附接到反射型偏振器206。合適的壓敏粘合劑為3M?光學(xué)透明粘合齊[J 8141 (可購自明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司(3M Company, St.Paul, MN)) ?相似地，可使用壓敏粘合劑層242將第二蓋234附接到反射型偏振器。在其他實(shí)施例中，可使用不同粘合劑類型的層240和242將第一蓋和第二蓋附接到反射型偏振器206。例如，層240和242可由可固化的光學(xué)粘合劑構(gòu)成。合適的光學(xué)粘合劑可包括來自新澤西州克蘭伯里的諾蘭制品公司(Norland Products Inc., Cranbury, NJ)的光學(xué)粘合劑，諸如 N0A73、N0A75、N0A76 或N0A78，所述光學(xué)粘合劑在共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利公布N0.2006/0221447 (授予DiZ1等人)和共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利公布N0.2008/0079903(授予DiZ1等人)中有所描述，各專利據(jù)此以引用的方式并入。還可使用可紫外線固化的粘合劑。應(yīng)當(dāng)理解，可將附加材料和結(jié)構(gòu)施加于例如PBS的面或與反射型偏振器相鄰和基本上共同延伸的面。此類其他的材料或結(jié)構(gòu)可包括附加的偏振器、二向色濾光片/反射器、延遲板、減反射涂層等等。與圖1所示的PBS —樣，圖2的反射型偏振器206必須非常平坦以最有效地反射成像光216而不使其扭曲。反射型偏振器可具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于SOnm的表面粗糙度Rq。利用在諸如US7，234，816B2(BruZZOne等人)中所述的壓敏粘合劑的典型應(yīng)用過程，反射型偏振器的所需表面平坦度并未實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些類型的后處理允許所需的表面平坦度得以實(shí)現(xiàn)。
[0027]在另一方面，本說明書涉及一種投影子系統(tǒng)。一種此類的投影子系統(tǒng)示于圖3中。投影子系統(tǒng)300包括光源310。光源310可為投影系統(tǒng)中通常使用的任何數(shù)量的合適光源。例如，光源310可為固態(tài)發(fā)射器，諸如發(fā)射特定顏色光(諸如紅光、綠光或藍(lán)光)的激光器或發(fā)光二極管(LED)。光源310還可以包括從發(fā)射源吸收光并且以其他(一般更長的)波長重新發(fā)射光的熒光體或其他光轉(zhuǎn)換材料。合適的熒光體包括熟知的無機(jī)熒光體，諸如，摻雜Ce的YAG、硫代鎵酸鍶、摻雜的硅酸鹽和SiAlON型材料。其他光轉(zhuǎn)換材料包括II1-V和I1-VI半導(dǎo)體、量子點(diǎn)和有機(jī)熒光染料?；蛘?，光源可以由多個(gè)光源(諸如紅色、綠色和藍(lán)色LED)組成，其中，此類LED可以一起啟動(dòng)或者順序啟動(dòng)。光源310還可為激光光源、或者可能為傳統(tǒng)的UHP燈。應(yīng)當(dāng)理解，諸如色輪、二向色濾光片或反射器等等的輔助部件可另外包括光源310。
[0028]投影子系統(tǒng)300還包括偏振分束器304。偏振分束器304被定位為使得其接收來自光源的光312。入射光312可通常部分由兩種垂直偏振態(tài)(例如s偏振光部分和P偏振光部分)構(gòu)成。偏振分束器內(nèi)為反射型偏振器306，再次在這種情況下，為諸如相對于反射型偏振器106所述的那些的多層光學(xué)膜。光312入射到反射型偏振器306,并且一個(gè)第一偏振的光(例如P偏振光)作為光320透射穿過,而第二垂直偏振的光(例如s偏振光)作為光318被反射。
[0029]透射穿過反射型偏振器306的第一偏振320的光向定位在PBS304附近的第一成像器302傳播。光成像并且在第一成像器302處反射回PBS304，其中光的偏振被轉(zhuǎn)換。然后被轉(zhuǎn)換的成像光314在PBS304處作為光316向圖像平面350反射。光316經(jīng)PBS的反射型偏振器306反射并到達(dá)具有小于12微米，并且可能小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米，或甚至可能小于6微米的有效分辨率的圖像平面350。反射型偏振器306通常具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
[0030]首先由PBS304的反射型偏振器反射的第二偏振(例如s偏振)光的光作為光318向第二成像器308傳播。與第一成像器302 —樣，第二成像器308也定位在PBS304附近，但是第二成像器定位在PBS的不同側(cè)。入射光318成像并反射回PBS304。在從成像器反射后，這種光的偏振同樣旋轉(zhuǎn)90度(例如從s偏振光至P偏振光)。成像光322穿過PBS304透射到圖像平面350。第一成像器302和第二成像器308可為任何合適類型的反射成像器，諸如上文結(jié)合圖1的元件102和108所述的那些。
[0031]如所討論的，為了實(shí)現(xiàn)對于經(jīng)本文的PBS反射的成像光的高有效分辨率，PBS的反射型偏振器必須特別光學(xué)平坦。本發(fā)明現(xiàn)在提供了制備光學(xué)平坦的反射型偏振器(該反射型偏振器為多層光學(xué)膜)的方法和/或制備光學(xué)平坦的偏振分束器的方法。
[0032]一種此類方法示于圖4的流程圖中。所述方法從提供多層光學(xué)膜410和提供平坦基板420開始。多層光學(xué)膜410可類似于相對于上述制品所述的多層光學(xué)膜。平坦基板可為任何數(shù)量的合適的材料，例如丙烯酸、玻璃或其他合適的塑料。最重要的是，基板420必須具有至少與偏振分束器中所需的光學(xué)平坦度相同的程度，并且必須允許潤濕溶液散布于其表面。因此，其他塑料、無機(jī)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、金屬或聚合物可為合適的材料。此外，其對于略具柔性的基板是有用的。
[0033]在下一步驟中，平坦基板的表面425可釋放地附接到多層光學(xué)膜的第一表面。在至少一個(gè)實(shí)施例中，為了創(chuàng)建可釋放的附接，用潤濕劑將平坦基板的表面425或多層光學(xué)膜的第一表面、或這兩者潤濕，從而產(chǎn)生溶液430的薄層。合適的潤濕劑應(yīng)具有足夠低的表面能和足夠高的蒸氣壓，所述表面能將浸濕基板或膜，所述蒸氣壓可在室溫下蒸發(fā)。在一些實(shí)施例中，異丙醇用作潤濕劑。在至少一些實(shí)施例中，潤濕劑將為包含至少少量表面活性劑(例如小于I體積％ )的水性溶液。表面活性劑可為通用的可商購獲得的工業(yè)潤濕劑，或者甚至為諸如餐具洗滌劑的家用材料。其他實(shí)施例可為蒸發(fā)時(shí)不留下殘余物的化合物的含水混合物，諸如氨、醋或醇?？赏ㄟ^多種合適的方法來施用潤濕劑，所述方法包括例如從噴霧瓶來進(jìn)行噴霧。在下一步驟中，將多層光學(xué)膜施加于基板425的表面，使得溶液430被夾在膜與基板之間。通常也將潤濕劑施加于多層光學(xué)膜的接觸表面。然后拖曳諸如橡膠滾軸的壓力施加器械435穿過多層光學(xué)膜410的頂部，從而將光學(xué)膜410緊密地壓平至基板420的表面425，并且僅留下將兩者分離的溶液430的薄的，相當(dāng)均勻的層。在至少一些實(shí)施例中，可首先將保護(hù)層施加于與表面440相對的側(cè)面上的多層光學(xué)膜，所述表面440被施加于基板420。此時(shí)，留下所述結(jié)構(gòu)以允許溶液430蒸發(fā)。碾滾過程推動(dòng)殘余水經(jīng)過多層光學(xué)膜的邊緣，使得僅有少量留下。接下來，允許多層光學(xué)膜、平坦基板和潤濕劑干燥。隨著時(shí)間的推移，潤濕溶液的所有揮發(fā)性組分通過層410或420或通過沿著層410與420之間的空間芯吸至蒸發(fā)可進(jìn)行的層410的邊緣而蒸發(fā)。在該過程進(jìn)行時(shí)，多層光學(xué)膜410被拖曳至與基板420越來越近，直至層410與表面425緊密地貼合。該結(jié)果示于圖4的下一步驟中，干燥將膜410緊密地拖曳至基板420，并且有效地壓平了多層光學(xué)膜的底部表面440。一旦實(shí)現(xiàn)了該平坦度，多層光學(xué)膜410保持穩(wěn)定平坦，但是可釋放地附接到基板。此時(shí)，持久基板可粘附到膜410的暴露表面。
[0034]圖5示出了在提供偏振分束器的最終結(jié)構(gòu)中可能采取的進(jìn)一步步驟。例如，可將粘合劑550施加于膜410的平坦表面450。粘合劑可為不會(huì)對PBS的光學(xué)或機(jī)械性能產(chǎn)生不利影響的任何合適的粘合劑。在一些實(shí)施例中，粘合劑可為可固化的光學(xué)粘合劑，諸如來自新澤西州克蘭伯里的諾蘭制品公司(Norland Products Inc., Cranbury, NJ)的N0A73、N0A75、N0A76或N0A78。在其他實(shí)施例中，可使用光學(xué)環(huán)氧樹脂。在一些實(shí)施例中，粘合劑可為壓敏粘合劑。接下來，可提供持久第二基板。在一個(gè)實(shí)施例中，持久第二基板可為棱柱。如圖5所示，將棱柱560施加于粘合劑550上，并且如果合適該結(jié)構(gòu)為固化的?，F(xiàn)在可從基板420移除膜410。在至少一個(gè)實(shí)施例中，通常通過略微彎曲基板420以允許膜410從基板420釋放來將膜410從基板420剝離。對于諸如紫外線粘合劑或環(huán)氧樹脂的可固化粘合齊U，膜440的新暴露的底部表面保持基板420的平坦度。對于壓敏粘合劑，膜440的底部表面可保持基板420的平坦度或者可能需要另外的處理以保持平坦度。一旦平坦膜表面440已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，便可將粘合劑570的第二層施加于膜440的底部表面，并且可將第二棱柱或其他持久基板580施加于粘合劑。此外，可根據(jù)需要固化該結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生完整的偏振分束器。
[0035]制造光學(xué)平坦的偏振分束器的另一種方法具體地講包括使用壓敏粘合劑。利用合適的技術(shù)，多層光學(xué)膜可被制成以與棱柱的平坦表面緊密地貼合?？砂ㄒ韵虏襟E。首先，提供多層光學(xué)膜。多層光學(xué)膜將充當(dāng)反射型偏振器。這可能類似于圖5的反射型偏振器光學(xué)膜410，例外的是表面440可能不是已經(jīng)通過圖4中所示的步驟而基本上變平的?？蓪好粽澈蟿┑膶?此處對應(yīng)于粘合劑層550)施加于多層光學(xué)膜的第一表面440。接下來，可將棱柱560施加于在與多層光學(xué)膜410相對的側(cè)面上的壓敏粘合劑層上。該方法還可包括在與第一表面440相對的膜的第二表面575上施加粘合劑的第二層(例如層570)。然后可將第二棱柱580施加于層570上與膜410的相對側(cè)。本發(fā)明的方法提供了對該方法的改進(jìn)，其進(jìn)一步提高了反射型偏振器/棱柱界面的平坦度，使得經(jīng)PBS的成像反射具有提高的分辨率。將壓敏粘合劑550施加于棱柱560與多層光學(xué)膜410之間后,使該結(jié)構(gòu)經(jīng)受真空。這可以通過例如將該結(jié)構(gòu)放置在配備有傳統(tǒng)真空泵的真空室中來進(jìn)行?？蓪⒄婵帐医抵两o定壓力，并且將樣品在該壓力下保持給定量的時(shí)間，例如5-20分鐘。當(dāng)空氣被重新引入到真空室中時(shí)，空氣壓力將棱柱560與多層光學(xué)膜410推動(dòng)到一起。其中還施加第二粘合劑層和第二棱柱，對于第二界面(例如在層570處)，可任選地重復(fù)在室中經(jīng)受真空。向棱柱/MOF組件施加真空得到當(dāng)成像光經(jīng)PBS反射時(shí)提供提高的有效分辨率的PBS。熱/壓力處理還可替代真空處理或與真空處理結(jié)合使用。不止一次進(jìn)行該處理可能是有利的。
[0036]實(shí)魁
[0037]實(shí)例中涉及到以下材料及其來源的列表。如果未另外說明，則材料可購自威斯康星州密爾沃基的奧德里奇化學(xué)公司(Aldrich Chemical, Milwaukee, WI)。通常根據(jù)(例如)美國 6，179，948 (Merrill 等人)、6，827，886 (Neavin 等人)、2006/0084780 (Hebrink 等人)、2006/0226561 (Merrill等人)和2007/0047080 (Stover等人)中所描述的方法來制備多層光學(xué)膜(MOF)。
[0038]粗糙度測暈方法
[0039]將棱柱置于建模粘土上，并且用柱塞調(diào)平器調(diào)平。利用WykO'41
9800光學(xué)干涉儀(可購自亞利桑那州圖森Veeco Metrology有限公司(VeecoMetrology, Inc.，Tucson, AZ))測量形貌圖，所述光學(xué)干涉儀具有10倍物鏡和0.5倍場透鏡，并且具有以下設(shè)置=VSI檢測；使用6行和5列的單獨(dú)圖、具有1.82 μ m的取樣的2196X2196像素的4_X4_的掃描區(qū)域；使用傾斜和球體校正；30_60微米后向掃描長度與60-100微米正向掃描長度；具有調(diào)制檢測閾值2%。在1ym后掃描長度(該短的后掃描長度避免數(shù)據(jù)收集中的表面下反射)的95%內(nèi)啟用自動(dòng)掃描檢測。
[0040]測量每個(gè)棱柱的斜邊面的中心區(qū)域中的4_X4mm的區(qū)域。具體地講，測量、繪制每個(gè)區(qū)域的形貌特征，并且計(jì)算粗糙度參數(shù)Ra、Rq和Rz。每個(gè)棱柱獲得一個(gè)測量區(qū)域。在每種情況下測量三個(gè)棱柱樣品，并且測定粗糙度參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0041]實(shí)例1:濕涂敷方法:
[0042]以下述方式將反射偏振多層光學(xué)膜(MOF)可釋放地設(shè)置在光學(xué)平坦的基板上。首先將水中包含大約0.5%溫和盤碟洗滌劑的潤濕溶液放置于噴霧瓶中。獲得大約6mm高光澤度丙烯酸的片材，并且從清潔罩中的一側(cè)移除保護(hù)層。用潤濕溶液噴灑暴露的丙烯酸表面，使得整個(gè)表面被潤濕。獨(dú)立地獲得一片MOF并在清潔罩中移除其表層之一。用潤濕溶液噴灑MOF的暴露表面，并且將MOF的潤濕表面與丙烯酸片材的潤濕表面接觸。將重的隔離襯片施加于MOF的表面以防止損壞M0F，并且使用3M?PA-1施用裝置(可購自明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司(3M Company, St.Paul, MN))將MOF向下碾滾至丙烯酸的表面。這導(dǎo)致了大多數(shù)潤濕溶液從兩個(gè)潤濕表面之間排出。在這步完成之后，從MOF移除第二表層。施加的MOF的檢測顯示，MOF表面比丙烯酸的表面更加不規(guī)則。在24小時(shí)后再次檢測時(shí)，觀察到MOF表面在平坦度上與丙烯酸片相當(dāng)。隨著時(shí)間的推移，該觀察到的扁度與從兩個(gè)表面之間蒸發(fā)的殘余潤濕溶液一致，從而允許MOF與丙烯酸表面緊密地貼合。盡管MOF緊密和穩(wěn)定地貼合于丙烯酸表面，但是其可通過從丙烯酸表面剝離MOF而被輕易地移除。
[0043]通過將少量的Norland光學(xué)粘合劑73(購自新澤西州克蘭伯里諾蘭制品公司(Norland Products, Cranbury, NJ))放置在MOF 的表面上來制備成像PBS。將 10mm45° BK7拋光玻璃棱柱的斜邊緩慢地放置成與粘合劑接觸，使得沒有氣泡被夾帶在粘合劑中。選擇粘合劑的量以使得當(dāng)棱柱被放置在粘合劑上時(shí)，有足夠的粘合劑流出棱柱的邊緣，但是不是會(huì)引起粘合劑越過棱柱周邊大量溢出的非常多的粘合劑。結(jié)果是棱柱基本上平行于MOF的表面，并且被大致均勻厚度的粘合劑層分離。
[0044]使用紫外線固化燈以將粘合劑層穿過棱柱固化。固化后，將MOF的比棱柱大并且包含棱柱的部分從丙烯酸基板剝離。通過彎曲丙烯酸板來促進(jìn)移除，從而允許剛性棱柱和MOF復(fù)合物更容易地從丙烯酸板分離。棱柱/MOF復(fù)合物的檢測顯示盡管已從丙烯酸板移除，但MOF仍保持其平坦度。
[0045]然后根據(jù)“粗糙度測量方法”所述測量MOF的粗糙度參數(shù)，并且報(bào)告于下表中。
[0046]

【權(quán)利要求】
1.一種偏振子系統(tǒng)，包括: 第一成像器；和 接收來自所述成像器的成像光的偏振分束器，所述偏振分束器包括反射型偏振器； 其中所述反射型偏振器包含多層光學(xué)膜，并且其中 所述偏振分束器向觀察者或屏幕反射成像光，并且進(jìn)一步地其中所述成像光從所述偏振分束器向觀察者或具有小于12微米的有效像素分辨率的屏幕反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述成像光從所述偏振分束器向觀察者或具有小于9微米的有效像素分辨率的屏幕反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述成像光從所述偏振分束器向觀察者或具有小于6微米的有效像素分辨率的屏幕反射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述第一成像器包括LCOS成像器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，還包括第二成像器，其中所述偏振分束器在第二面處接收來自所述第二成像器的成像光，并且在與所述第二面不同的第一面處接收來自所述第一成像器的成像光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述第一成像器向具有第一偏振的所述偏振分束器反射光，并且所述第二成像器向具有第二偏振的所述偏振分束器反射光，所述第二偏振與所述第一偏振垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，還包括投影透鏡，所述投影透鏡在光成像后接收來自所述偏振分束器的光，并且將其向觀察者或屏幕投射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述偏振分束器包括第一蓋、反射偏振膜、和第二蓋，所述反射偏振膜定位在所述第一蓋與所述第二蓋之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)，其中成像光在其上反射的所述多層光學(xué)膜的所述表面被處理以呈現(xiàn)平坦基板的所述平坦度。
11.一種三維圖像投影儀，包括權(quán)利要求1所述的偏振子系統(tǒng)。
12.—種偏振分束器,包括定位在第一蓋與第二蓋之間的反射型偏振器,所述反射型偏振器包含多層光學(xué)膜，其中所述偏振分束器能夠向觀察者或屏幕反射成像光，從所述偏振分束器反射之后，所述成像光的所述有效像素分辨率小于12微米。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中從所述偏振分束器反射之后，所述成像光的所述有效像素分辨率小于9微米。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的偏振分束器，其中從所述偏振分束器反射之后，所述成像光的所述有效像素分辨率小于6微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器,其中所述第一蓋包含玻璃或光學(xué)塑料。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中所述第二蓋包含玻璃或光學(xué)塑料。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中所述第一蓋利用壓敏粘合劑、紫外線固化粘合劑或光學(xué)環(huán)氧樹脂附接到所述反射型偏振器。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中所述第二蓋利用壓敏粘合劑、紫外線固化粘合劑或光學(xué)環(huán)氧樹脂附接到所述反射型偏振器。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中在附接到所述第一蓋或第二蓋之后，所述反射型偏振器通過真空處理呈現(xiàn)為平坦的。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏振分束器，其中所述反射型偏振器具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
21.一種投影子系統(tǒng)，包括: 光源； 接收來自所述光源的光的偏振分束器，所述偏振分束器包括反射型偏振器，所述反射型偏振器包含多層光學(xué)膜， 定位在所述偏振分束器附近的第一成像器；和 定位在所述偏振分束器上與所述第一成像器不同側(cè)的所述偏振分束器附近的第二成像器； 其中來自所述光源的光入射在所述偏振分束器上，并且進(jìn)一步地其中入射光的第一偏振透射穿過所述反射型偏振器，并且與所述第一偏振垂直的入射光的第二偏振由所述反射型偏振器反射；并且 其中所述第二偏振的光從所述偏振分束器傳播到所述第二成像器，并且成像并反射回所述偏振分束器；從所述第二成像器反射的光穿過所述偏振分束器透射到圖像平面；并且 其中所述第一偏振的光穿過所述偏振分束器透射到所述第一成像器，并且成像并反射回所述偏振分束器；從所述第一成像器反射的光在所述偏振分束器處向具有小于12微米的有效像素分辨率的圖像平面反射。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的投影子系統(tǒng)，其中從所述第一成像器反射的所述光在所述偏振分束器處向具有小于9微米的有效像素分辨率的圖像平面反射。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的投影子系統(tǒng)，其中從所述第一成像器反射的所述光在所述偏振分束器處向具有小于6微米的有效像素分辨率的圖像平面反射。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的投影子系統(tǒng)，其中所述光源包括LED。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
26.—種偏振子系統(tǒng),包括: 第一成像器；和 接收來自所述成像器的成像光的偏振分束器，所述偏振分束器包括反射型偏振器； 其中所述反射型偏振器包含多層光學(xué)膜，并且其中 所述偏振分束器向觀察者或屏幕反射成像光，并且其中所述反射型偏振器具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器具有小于40nm的表面粗糙度Ra或小于70nm的表面粗糙度Rq。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器具有小于35nm的表面粗糙度Ra或小于55nm的表面粗糙度Rq。
【文檔編號】G02B27/28GK104185809SQ201280058288
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】J·C·卡爾斯, 李城垞, 張耀龍, 曾錦升, 程曉輝 申請人:3M創(chuàng)新有限公司