制备提供高分辨率图像的偏振分束器以及利用此类分束器的系统的方法
【专利说明】制备提供高分辨率图像的偏振分束器以及利用此类分束器 的系统的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 标题为 "POLARIZING BEAM SPLITTERS PROVIDING HIGH RESOLUTION IMAGES AND SYSTEMS UTILIZING SUCH BEAM SPLITTERS"（提供高分辨率图像的偏振分束器以及采用此 类分束器的系统）的共同拥有并且共同待决的美国专利申请No. 61/564161以引用方式并 入本文。
技术领域
[0003] 本说明书涉及偏振分束器、组装了此类分束器的系统以及制备此类分束器和系统 的方法。更具体地，本说明书涉及偏振分束器、制备偏振分束器的方法以及具有组装了多层 光学膜并朝向观看者或观看屏幕反射具有高有效分辨率的成像光的此类分束器的系统。
【背景技术】
[0004] 组装了偏振分束器（PBS)的照明系统用于在诸如投影显示屏的观看屏幕上形成 图像。典型的显示图像包括照明光源，该照明光源被布置成使得得自照明光源的光线从包 含待投影的所需图像的图像形成装置（即，成像器）反射出来。系统将光线折叠，使得得自 照明光源的光线和投影图像的光线共享PBS与成像器之间的相同物理空间。PBS将入射的 照明光与得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，本说明书涉及一种生产平膜的方法。该方法包括以下步骤：提供多层 光学膜，提供临时平基底，将多层光学膜的第一表面可释放地附接到临时平基底，提供永久 基底，将多层光学膜的第二表面附接到永久基底，以及从临时平基底移除多层光学膜。在至 少一些实施例中，将多层光学膜的第一表面可释放地附接到临时平基底的步骤包括以下子 步骤：用润湿剂润湿基底的表面以创建临时平基底的湿表面，将多层光学膜施加在临时平 基底的表面上，用橡胶滚轴将多层光学膜压在临时平基底的表面上，以及允许多层光学膜、 临时平基底和润湿剂变干。在一些实施例中，基底的表面将通过将润湿剂喷涂到第一平基 底上而润湿。部分地通过将溶液芯吸至边缘以导致真空密封，而允许多层光学膜、平基底和 溶液变干，由此使多层光学膜的表面与临时平基底贴合。在一些实施例中，永久基底可为第 一棱柱或PBS覆盖件。在此类实施例中，本说明书还涉及一种生产偏振分束器的方法，该方 法包括将粘合剂施加在通过上述方法生产的膜的与第一棱柱相对的表面上，以及将第二棱 柱抵靠粘合剂施加。在施加两个棱柱的情况下，主轴线和副轴线可对齐。此外，可通过适当 的方法（例如紫外固化）将粘合剂固化。
[0006] 在另一个方面，本说明书涉及一种创建光学平偏振分束器的方法。该方法包括以 下步骤：提供多层光学膜反射偏振片，将一层压敏粘合剂施加到多层光学膜的第一表面，将 棱柱抵靠压敏粘合剂层施加在多层光学膜的相对侧上，以及向压敏粘合剂、多层光学膜和 棱柱施加真空。在一些实施例中，该方法还可包括将第二层粘合剂施加到多层光学膜的与 第一表面相对的第二表面，以及将第二棱柱施加至第二层粘合剂的多层光学膜的相对侧。 在包括该步骤的情况下，还可向第二层粘合剂、多层光学膜和棱柱施加真空。在施加真空的 情况下，其可通过将构造置于真空室中来发生。在施加了两个棱柱后，两个棱柱的主轴线和 副轴线可对齐。
【附图说明】
[0007] 图1为根据本说明书的偏振转换系统。
[0008] 图2为根据本说明书的偏振分束器。
[0009] 图3为根据本说明书的投影子系统。
[0010] 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。
[0011] 图5示出了一种使用多层光学膜创建偏振分束器的方法。
【具体实施方式】
[0012] 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，当需要诸如DLP成像器的标称非偏振成像器来处理偏振光时，甚至可能 需要PBS。通常，PBS将传输标称p偏振光并反射标称s偏振光。已使用多个不同类型的 PBS，包括MacNeille型PBS和线栅偏振片。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，包括在一定的波长和入 射角范围内并且以在反射和透射两个方面的高效率进行有效偏振的能力。此类多层光学膜 由3M公司制造，如授予Jonza等人的美国专利No. 5, 882, 774和授予Weber等人的美国专 利 No. 6, 609, 795 中所述。
[0013] 随着多个新的成像和投影应用（包括例如三维投影和成像）的出现，以出现新的 挑战。具体地，在至少一些三维成像应用中，不仅在透射穿过反射偏振膜时，而且在被反射 偏振膜反射时，可能需要PBS提供具有高有效分辨率的成像光（如下定义）。遗憾的是，基 于多层光学膜的偏振片尽管具有其它主要优势，但是可能难以达到必要的平坦度来以高分 辨率反射成像光。相反，在使用此类多层膜反射偏振片反射成像光的情况下，反射的图像可 能失真。然而，关于有效地偏振一系列广泛的入射光角度和入射光波长的问题仍必须解决。 因此，高度期望提供一种偏振分束器，其具有包含多层光学膜的PBS的有益效果，同时还实 现由PBS朝向观看者或屏幕反射的成像光的提高的有效分辨率。本说明书提供了此类解决 方案。
[0014] 图1提供了根据本说明书的一个偏振子系统的示例。偏振子系统包括第一成像器 102。在多个实施例中，诸如图1中所示，成像器将为适当的反射成像器。常常，投影系统中 使用的成像器通常为偏振-旋转的图像形成装置（例如液晶显示成像器），其通过旋转光的 偏振操作，以产生对应于数字视频信号的图像。此类成像器在用于投影系统中时，通常依赖 于将光分离成一对正交偏振状态（如s偏振和p偏振）的偏振器。可用于图1中所示实施 例中的两种常见成像器包括硅基液晶（LCOS)成像器或数字光加工（DLP)成像器。本领域 中的技术人员将认识到，为了利用图1中所示的PBS构造，DLP系统将需要一些照明几何学 的修改以及旋转偏振的外部手段（例如延迟板）。偏振子系统还包括偏振分束器（PBS) 104。 得自光源110的光112朝向PBS104行进。PBS104内为反射偏振片106。反射偏振片可为 多层光学膜，诸如购自美国明尼苏达州圣保罗3M公司（3M Company (St. Paul，MN))以及诸 如授予Jonza等人的美国专利No. 5, 882, 774和授予Weber等人的美国专利No. 6, 609, 795 中所述的那些，这些专利中的每一个均据此以引用方式全文并入。当光112入射到膜106上 时，入射光的一种正交偏振状态（例如P偏振状态）将通过膜传播，并作为光120离开PBS， 其然后入射到成像器102上。入射光的正交偏振状态（在该情况下，为s偏振光）将作为 单独的光束118在不同的方向上被反射偏振片106反射，在此与光束120呈直角。
[0015] 给定偏振状态的非成像光120入射到成像器102上。然后，光成像并朝向PBS104 反射回，并且进入反射偏振片106。当成像器102为LCOS成像器时，并且由于这些像素为 "开启"状态，光114也转变为正交偏振状态。在该情况下，尚未成像的p偏振入射光反射 成s偏振的成像光。当s偏振光入射到偏振分束器104并且特别是多层光学膜反射偏振片 106上时，光作为s偏振光束116朝向观看者或观看屏幕130反射。
[0016] 在多个现有技术的实施例中，成像器可例如在光束118行进所朝向的方向上定 位。在此类实施例中，成像光将通过偏振分束器104传输，而不是在偏振分束器104中反射。 通过偏振分束器传输成像光允许图像的失真更少，并且因此具有更高的有效分辨率。然而， 正如将进一步所解释，在多个实施例中可能期望包括如图1中所定位的成像器102。这可 (例如）允许不同偏振的图像重叠。尽管多层光学膜作为反射偏振片具有许多益处，但是其 通常难以使从此类膜反射出的成像光实现高有效分辨率。
[0017] 由元件产生的图像或光的有效分辨率为有用的定量测量，因为其有助于预测何种 尺寸的像素可被可靠地分辨。大多数当前成像器（LC0S和DLP)具有在约12.5 μπι至低至 约5μπι范围内的像素尺寸。因此，为了可用于反射成像情况中，反射器必须能够分辨低至 至少约12. 5 μ m，并且在理想地更好。因此，PBS的有效分辨率必须不超过约12. 5 μ m，并且 优选更低。这将被认为是高有效分辨率。
[0018] 使用说明书中所述的技术，实际上可提供用于PBS104中的能够以非常高的分辨 率反射成像光的多层光学膜。实际上，参见图1，成像光116可从偏振分束器104朝向观看 者或观看屏幕130以小于12微米的有效像素分辨率反射。实际上，在一些实施例中，成像 光116可从偏振分束器104朝向观看者或观看屏幕130以小于11微米、小于10微米、小于 9微米、小于8微米、小于7微米或可能甚至小于6微米的有效像素分辨率反射。
[0019] 如所讨论，在至少一些实施例中，偏振子系统100可包括第二成像器108。第二成 像器108可一般为相同类型的成像器作为第一成像器106,如LCOS或DLP。一种偏振状态 的光（例如s偏振光）可从PBS104反射，并且具体地从PBS的反射偏振片106朝向第二成 像器反射。然后它可成像并朝向PBS104反射回。此外，与第一成像器104-样，第二成像 器108反射出的光进行了偏振转换，使得在s偏