提供高分辨率图像的偏振分束器板和利用此类偏振分束器板的系统的制作方法
【专利说明】提供高分辨率图像的偏振分束器板和利用此类偏振分束器 板的系统
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本专利申请与2011年11月28日提交的名称为"提供高分辨率图像的偏振分束 器和利用此类分束器的系统（Polarizing Beam Splitters Providing High Resolution Images and Systems Utilizing Such Beam Splitters)" 的待审的美国专利申请序列号 61/564161(代理人案卷号67895US002)和2011年11月28日提交的名为"制造提供高分 辨率图像的偏振分束器和利用此类分束器的系统的方法（Method of Making Polarizing Beam Splitters Providing High Resolution Images and Systems Utilizing Such Beam Splitters) "的待审的美国专利申请序列号61/564172 (代理人案号68016US002)相关，其 全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及偏振分束器板和组装了此类分束器板的系统。更具体地，本发明涉及 偏振分束器板以及具有此类分束器板的系统，所述分束器板包含多层光学膜并且朝向观察 者或具有高有效分辨率的观察屏反射成像光。
【背景技术】
[0004] 采用偏振分束器（PBS)的照明系统用于在诸如投影显示器的观察屏上形成图像。 典型的显示图像包括照明源，该照明源被布置成使得来自该照明源的光线从包含待投影的 所需图像的图像形成装置（即，成像器）反射出来。系统将光线合拢，使得来自照明源的光 线和投影图像的光线共用PBS与成像器之间的相同物理空间。PBS将入射的照明光与来自 成像器的偏振旋转光分离。由于对PBS的新需求，部分地由于PBS在例如三维投影和成像 的应用中的新用途，已出现了许多新的问题。本申请提供了解决此类问题的制品。
【发明内容】
[0005] 在一个方面，本发明涉及偏振子系统。偏振子系统包括第一成像器和偏振分束器。 在一些实施例中，成像器可为LCOS成像器。偏振分束器部分由反射偏振片构成，并且接收 来自成像器的成像光。反射偏振片可为多层光学膜。在一些实施例中，反射偏振片将具有 小于45nm的表面粗糙度Ra或小于SOnm的表面粗糙度Rq。偏振分束器朝向观察者或具有 小于12微米的有效像素分辨率的屏幕反射成像光。在一些实施例中，偏振分束器可朝向观 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。偏振子系统可 包括第二成像器，其中偏振分束器在与接收来自第一成像器的光的不同面处接收来自第二 成像器的成像光。偏振子系统还可包括投影透镜，该投影透镜从偏振分束器朝向观察者或 屏幕投射光。在一些情况下，偏振子系统可为三维图像投影仪的一部分。
[0006] 在另一方面，本发明涉及一种偏振分束器。该偏振分束器包括定位在第一覆盖件 与第二覆盖件之间的反射偏振片。该反射偏振片可为多层光学膜。偏振分束器能够朝向观 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。偏振分束器的第一覆盖件和/或第二覆盖件可至少部分由玻璃或合适的光学塑料 制成。可利用另外的处理（诸如暴露于真空）通过合适的光学粘合剂将第一覆盖件和/或 第二覆盖件附接到反射偏振片，从而实现多层光学膜的所需平坦度。反射偏振片可具有小 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，本发明涉及一种投影子系统。该投影子系统包括光源、偏振分束器、 至少第一成像器，并且可能包括第二成像器。偏振分束器接收来自光源的光，并且包括由多 层光学膜构成的反射偏振片。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 分束器的与第一成像器不同侧面上的偏振分束器附近。来自光源的光入射到偏振分束器 上，并且入射光的第一偏振透射穿过反射偏振片，而与第一偏振态正交的入射光的第二偏 振由该反射偏振片反射。第二偏振的光从偏振分束器行进到第二成像器，并且被成像和反 射回该偏振分束器。从第二成像器反射的光穿过偏振分束器透射到像平面。第一偏振的光 穿过偏振分束器透射到第一成像器，并且被成像和反射回该偏振分束器。从第一成像器反 射的光在偏振分束器处朝向具有小于12微米的有效像素分辨率的像平面反射。在至少一 些实施例中，从第一成像器反射的光在偏振分束器处朝向具有小于9微米或小于6微米的 有效分辨率的像平面反射。反射偏振片可具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于SOnm的 表面粗糙度Rq。投影子系统的光源可为任何合适的光源，诸如弧光灯或者一个或多个LED。
[0008] 在另一方面，本发明涉及偏振子系统。该偏振子系统包括第一成像器和偏振分束 器。偏振分束器部分由反射偏振片构成，并且接收来自成像器的成像光。反射偏振片可为 多层光学膜。偏振分束器朝向观察者或屏幕反射成像光。在一些实施例中，反射偏振片具 有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。在一些实施例中，反射偏振片 具有小于40nm的表面粗糙度Ra或小于70nm的表面粗糙度Rq。在一些实施例中，反射偏振 片具有小于35nm的表面粗糙度Ra或小于55nm的表面粗糙度Rq。
[0009] 在另一方面，偏振子系统包括第一成像器和适于从成像器接收成像光的偏振分束 器板。偏振分束器板包括第一基底，设置在第一基底上的多层光学膜反射偏振片、第一最外 主表面，以及与第一最外主表面成小于约20度角的相对第二最外主表面。偏振分束器板朝 向观察者或者带有所反射的成像光具有小于12微米的有效像素分辨率的屏幕反射所接收 的成像光。
[0010] 在另一方面，偏振分束器板包括第一基底、第二基底、设置在第一基底和第二基底 之间并且附着至此的多层光学膜反射偏振片、第一最外主表面，以及与第一最外主表面成 小于约20度角的相对的第二最外主表面。偏振分束器板适于朝向观察者或者带有所反射 的成像光具有小于12微米的有效像素分辨率的屏幕反射成像光。
[0011] 在另一方面，投影子系统包括光源、将从该光源接收的光成像的第一成像器，以及 偏振分束器板，其从第一成像器接收成像光并且包括多层光学膜反射偏振片、第一最外主 表面以及与第一最外主表面成小于约20度角的相对的第二最外主表面。偏振分束器板朝 向具有小于12微米的有效像素分辨率的像平面反射所接收的成像光。
[0012] 在另一方面，偏振子系统包括第一成像器，以及偏振分束器板，其从成像器接收成 像光并且包括多层光学膜反射偏振片、第一最外主表面以及与第一最外主表面成小于约20 度角的相对的第二最外主表面。偏振分束器板朝向观察者或屏幕反射所接收的成像光。多 层光学膜反射偏振片具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
[0013] 在另一方面，一种制备平膜的方法包括以下步骤：提供多层光学膜，提供临时平坦 基底，将多层光学膜的第一表面可剥离地附接到该临时平坦基底，以及提供永久基底，其中 该永久基底包括第一最外主表面和与第一最外主表面成小于约20度角的相对的第二最外 主表面。该方法还包括以下步骤：将多层光学膜的第二表面附接到永久基底，以及将该多层 光学膜从临时平坦基底移除。
[0014] 在另一方面，一种创建光学平坦偏振分束器板的方法包括以下步骤：提供多层光 学膜反射偏振片，将压敏粘合剂层施加到该多层光学膜的第一表面，将第一基底紧贴施加 在与多层光学膜相对侧面上的压敏粘合剂上，其中第一基底包括第一最外主表面和与第一 最外主表面成小于约20度角的相对的第二最外主表面，以及将真空施加到压敏粘合剂、多 层光学膜和第一基底。
【附图说明】
[0015] 图1为根据本发明的偏振转换系统。
[0016] 图2为根据本发明的偏振分束器。
[0017] 图3为根据本发明的投影子系统。
[0018] 图4为示出一种制备用于PBS中的平坦多层光学膜的方法的流程图。
[0019] 图5示出了一种使用多层光学膜创建偏振分束器的方法。
[0020] 图6是偏振子系统的不意图。
[0021] 图7是偏振分束器板的最外表面的不意图。
[0022] 图8是反射型成像系统的示意图。
[0023] 图9是透射型成像系统的示意图。
[0024] 图10是反射透射型成像系统的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 高性能PBS对于创建用于使用硅基液晶（LCOS)成像器的投影仪的可行光学引擎 是必要的。此外，当此类成像器需要来处理偏振光时，PBS甚至对于诸如DLP成像器的标称 非偏振成像器来说可能是必要的。通常，PBS将透射标称p偏振光并反射标称s偏振光。多 个不同类型的PBS包括MacNeille型PBS和线栅偏振片已在使用。然而，对于与投影系统中 的光处理相关联的问题，基于多层光学膜的PBS已被证实是最有效的偏振分束器之一，其 包括在一定的波长和入射角范围内有效偏振并且在反射和透射两方面具有高效率的能力。 此类多层光学膜由3M公司制造