集成光学部件及其制造方法

集成光学部件及其制造方法
【专利摘要】本公开提供了一种集成光学部件阵列以及制造可用于投影装置或其他光学装置的集成光学部件阵列的方法。该集成光学部件阵列可以是PBS阵列，该PBS阵列被制成使得具有若干元件的单个PBS立方体可以大规模并行方式组装并且接着分离为单个光学部件，并且可导致制造成本大幅降低。
【专利说明】集成光学部件及其制造方法
【背景技术】
[0001] 基于娃上液晶化cos)的投影仪的操作需要使用偏振光。为了有效地操作，此类投 影仪可需要使用偏振分束器(PBS)。运些专用光学部件通常是手工组装的。因此，运些装置 的劳动量相对较高而产率相对较低。运两个因素通常可导致部件的高成本。此外，手工组装 可将PBS限制于照明应用。部件的高成本是具有讽刺意味的，因为LC0S成像器是相对廉价 的，并且基于LC0S的系统据称是低成本的系统。运可导致其中部件的高成本抵消成像器的 低成本的情况。

【发明内容】

[0002] 本公开提供一种集成光学部件阵列和制造可用于投影装置或其他光学装置的集 成光学部件阵列的方法。集成光学部件阵列可W是PBS阵列，其被制成使得具有若干元件的 单个PBS立方体可W大规模并行方式组装并且接着分离为单个光学部件，并且可导致制造 成本大幅降低。
[0003] 在一个方面，本公开提供一种集成光学部件，其包括具有平坦的第一表面和相背 对的第二表面的支座，相背对的第二表面包括多个阶梯，多个阶梯中的每个阶梯具有踏板 和踢板，该踏板和踢板相交形成靠近平坦的第一表面的较接部；和偏振分束器(PBS)立方 体，其设置于多个阶梯中的每个阶梯上并且与支座成一体。PBS立方体还包括第一棱镜、第 二棱镜和反射偏振片，第一棱镜具有与踢板相邻的第一棱镜表面和与阶梯相邻的第二棱镜 表面;第二棱镜具有与第一表面相对的第Ξ棱镜表面和与第二表面相对的第四棱镜表面； 反射偏振片设置于第一棱镜和第二棱镜之间的对角线曲面上，其与支座的平坦的第一表面 平行，其中第一棱镜表面由第一槽与踢板分离，并且PBS立方体包括正交于踏板和踢板的相 对端面。
[0004] 在另一个方面，本公开提供一种集成光学部件，其包括具有平坦的第一表面和相 背对的第二表面的支座，相背对的第二表面包括多个阶梯，多个阶梯中的每个阶梯具有踏 板和踢板，该踏板和踢板相交形成靠近平坦的第一表面的较接部;和多个偏振分束器(PBS) 立方体，其与支座成一体，并在多个阶梯中的每个阶梯上沿线设置。多个PBS立方体中的每 个PBS立方体还包括第一棱镜、第二棱镜、反射偏振片及相对端面，第一棱镜具有与踢板相 邻的第一棱镜表面和与阶梯相邻的第二棱镜表面;第二棱镜具有与第一表面相对的第Ξ棱 镜表面和与第二表面相对的第四棱镜表面;反射偏振片设置于第一棱镜和第二棱镜之间的 对角线曲面上，其与支座的平坦的第一表面平行;每个相对端面正交于反射偏振片，其中每 个第一棱镜表面由第一槽与踢板分离，并且第二槽将踢板上的相邻PBS立方体分离。
[0005] 在又一个方面，本公开提供一种集成光学部件，其包括具有平坦的第一表面和相 背对的第二表面的支座，相背对的第二表面包括具有踏板和踢板的阶梯;和多个偏振分束 器(PBS)立方体，其与支座成一体，并且在阶梯上沿线设置。多个PBS立方体中的每个PBS立 方体还包括第一棱镜、第二棱镜、反射偏振片及相对端面，第一棱镜具有与踢板相邻的第一 棱镜表面和与阶梯相邻的第二棱镜表面;第二棱镜具有与第一表面相对的第Ξ棱镜表面和 与第二表面相对的第四棱镜表面;反射偏振片设置于第一棱镜和第二棱镜之间的对角线曲 面上，其与支座的平坦的第一表面平行;每个相对端面正交于反射偏振片，其中每个第一棱 镜表面由第一槽与踢板分离，并且第二槽将踢板上的相邻PBS立方体分离。
[0006] 在又一个方面，本公开提供了一种制造光学部件的方法，该方法包括:将反射偏振 片层合在第一聚合板和第二聚合板之间，该第一聚合板具有第一外表面，并且第二聚合板 具有反向的第二外表面;在第二聚合板中W45度角朝着反射偏振片锐削出多个平行的第一 槽至第一底部，每个平行的第一槽将阶梯踢板与偏振分束器(PBS)立方体的第一棱镜表面 分离开;锐削出垂直于第一槽的多个平行的第二槽从而形成多个阶梯踏板，每个阶梯踏板 与第一底部共面，并且从第一踢板延伸至相邻的第二踢板，其中每个第二槽将踏板上相邻 PBS立方体的端面分离开，并且踏板和踢板的相交部限定靠近第一外表面的第一较接部;任 选地，锐削出多个平行的第Ξ槽，每个第Ξ槽具有第Ξ底部并且平行于第一槽，每个平行的 第Ξ槽垂直于对应的阶梯踢板，并形成支撑PBS立方体的凸缘，第Ξ底部由第二较接部与踏 板分离。该方法还包括锐削出平行于第一槽的多个凹口，每个凹口具有平行于踏板的第一 凹口表面，和平行于踢板并延伸到踢板中的第二凹口表面，其中第一凹口表面包括与踏板 相背对的第四棱镜表面，并且第二凹口表面包括与第一棱镜表面相背对的第Ξ棱镜表面， 其中锐削步骤可W任意顺序执行。
[0007] 在又一个方面，本公开提供了一种光学制品，其包括具有第一主表面的第一透明 板;具有第二主表面的第二透明板;附连在第一主表面和第二主表面之间的聚合多层反射 偏振片；W及具有第一相对侧面和第一底部的第一底切槽，该第一底切槽延伸穿过第一透 明板和聚合多层反射偏振片，其中第一透明板和第二透明板中的至少一者表现出低双折 射。
[0008] 上述
【发明内容】
并非旨在描述本公开的每个所公开的实施方案或每种实施方式。W 下附图和【具体实施方式】更具体地说明示例性实施方案。
【附图说明】
[0009] 在整个说明书中都参考了附图，在运些附图中，相同的附图标号表示相同的元件， 其中：
[0010] 图1A示出光学层合体的横截面视图；
[0011] 图1B示出光学层合体的横截面视图；
[0012] 图2A示出集成光学部件的透视示意图；
[0013] 图2B示出经锐削的光学层合体的透视示意图；
[0014] 图2C示出经锐削的光学层合体的透视示意图；
[0015] 图2D示出经锐削的光学层合体的透视示意图；
[0016] 图沈示出经锐削的光学层合体的透视示意图；
[0017] 图2F示出集成光学部件的透视示意图；
[0018] 图2G示出集成光学部件的透视示意图；
[0019]图3A示出了单独分离出的PBS的透视示意图；并且
[0020] 图3B-图3C示出了图3A中单独分离出的PBS的示意性侧视图和顶视图。
[0021] 附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解， 在给定附图中使用标号指示部件并非旨在限制另一附图中用相同标号标记的部件。
【具体实施方式】
[0022] 本公开提供一种集成光学部件阵列和制造集成光学部件阵列的方法，该集成光学 部件阵列可包括可用于投影装置或其他光学装置的多个光学部件，诸如偏振分束器(PBS)。 光学部件阵列可被制成使得具有若干元件的单个光学部件可W大规模并行方式组装并且 接着分离（即，彼此分开)为单个光学部件。运种构造技术开启了大幅降低制造成本的可能 性，并且可消除可能是光学部件差异主要来源的大部分手工组装。
[0023] 在制造偏振控制部件，尤其是聚合偏振控制部件时遇到的一个障碍是需要确保部 件表现出足够低的双折射水平。就大量生产的注塑零件而言运可能难W实现，因为与注塑 相关联的残余应力可频繁地导致高的双折射。然而，至少出于成本和使用寿命的原因，塑性 零件是非常可取的。
[0024] 在一个方面，本公开描述了一种集成光学部件，如在别处所述的，该集成光学部件 可使用特别低双折射材料制成，诸如热稳定丙締酸板，该热稳定丙締酸板可在能够降低制 作过程中并入板中的残余应力的热环境中通过悬浮丙締酸板制备而成。残余应力可导致双 折射水平升高，并且热稳定过程可显著降低或消除应力，从而产生延迟量优选地小于20nm， 更优选地小于lOnm，最优选地小于5nm的丙締酸板。
[0025] 在一个具体实施方案中，本文所述发明的一些优势包括：因为直接锐削立方体表 面而消除了 PBS立方体边缘上的倒角；消除了使用激光进行分离的需求，并消除了由使用激 光生成的相关碎片;消除了分离过程产生的未上漆/未涂覆的边缘和端面;制造精确且更加 稳健的机加工的光阔，而不需要外来特别订购的机加工;能够进行一步式上漆或涂覆过程， 而无需二次补漆整饰;W及能够针对光学表面进行更加稳定和可能的自动抛光过程。
[0026] 在W下说明中参考附图，运些附图构成本说明的一部分，并且其中通过举例说明 的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方 案。因此，W下的详细说明不应被视为具有限制意义。
[0027] 除非另外指明，否则本发明中使用的所有的科学和技术术语具有在本领域中所普 遍使用的含义。本文给出的定义旨在有利于理解本文频繁使用的一些术语，并无限制本公 开范围之意。
[0028] 除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物 理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语"约"修饰。因此，除非有相反的说明，否则在 上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，运些近似值可根据本领域的 技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
[0029] 除非内容明确指定，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式"一个"、"一 种"和"所述"涵盖了具有多个指代对象的实施方案。除非上下文另外清楚指明，否则如本说 明和所附权利要求中使用的，术语"或"一般W包括"和/或"的意义使用。
[0030] 空间相关的术语包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下面"、"在...下方"、 "在...上方"和"在顶部"，如果在本文中使用，则用于便于描述一个(或多个)元件相对于另 一个元件的空间关系。除了图中示出的或本文所述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖 装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，则先前描述 的在其他元件下方或下面的部分就在那些其他元件上方。
[0031] 如本文所用，例如当元件、部件或层描述为与另一元件、部件或层形成"一致界 面"，或在另一元件、部件或层"上"、"连接到"、"禪合到"或"接触"另一元件、部件或层，其意 为直接在...上，直接连接到，直接禪合到或直接接触，或例如居间的元件、部件或层可能在 特定元件、部件或层上，或连接到、禪合到或接触特定元件、部件或层。例如当元件、部件或 层被称为"直接在另一元件上"、"直接连接到另一元件"、"直接与另一元件禪合"或"直接与 另一元件接触"时，则不存在居间的元件、部件或层。
[0032] 如本文所用，"具有"、"包括"、"包含"、"含有"等等均W其开放性意义使用，并且一 般是指"包括但不限于"。应当理解，术语"由...组成"和"基本上由...组成"包含在术语"包 括"等等之中。
[0033] 同样，为了本文中所提供的本说明的目的，术语"与所需偏振态对齐"旨在将光学 元件的透光轴与穿过光学元件的光的所需偏振态联系起来，即，诸如S偏振、P偏振、右圆偏 振、左圆偏振等所需偏振态。在本发明参照附图描述的一个实施方案中，与第一偏振态对准 的光学元件(诸如偏振器)是指下述取向的偏振器，即通过P偏振态的光，并且反射或吸收第 二偏振态(在运种情况下为S偏振态）的光。应当理解，如果需要，偏振器可反而对准成通过S 偏振态的光，并且反射或吸收P偏振态的光。
[0034] 影响微型投影仪市场的一个因素是投影仪的高成本，尤其是投影仪是由电池供电 的。基于LC0S的投影仪具有低成本的潜力，因为可使用半导体制造技术来制造成像器。基于 偏振开关，运些投影仪需要偏振控制部件，诸如偏振分束器(PBS)、偏振转换系统(PCS)和常 规的光学部件诸如合色器(CC)和锥形光导。当前运些部件多数是手工组装的并且可能相当 昂贵。本公开提供一种将运些部件的成本降低多达一个数量级的途径。运种成本的降低可 使LC0S投影仪成为微型投影仪市场中明显的低成本赢家。
[0035] 在一个方面，本公开提供一种连续的光学部件阵列和用于制造它们的技术。运种 技术具有显著降低成本和浪费并大幅提高产率的潜力。在一个具体实施方案中，通过机加 工方法制造偏振分束器(PBS)阵列，其中PBS形式的二维阵列由光学层合体加工而成。光学 层合体包括粘附于两个透明板之间的反射偏振片。透明板中的至少一个具有低双折射，诸 如热稳定丙締酸，并且反射偏振片可W是聚合多层光学薄膜(M0F)，诸如购自3M公司的 Vikuiti?D肥F反射偏振片（Vikuiti?D肥F reflective polarizer,3M Company)。
[0036] 为了将透明板胶粘到MOF上，可使用任何有效的技术。在一个具体实施方案中，可 将M0F可释放地附接到平坦表面上，并且可将所需量的粘合剂放置在M0F的顶部上，该M0F的 范围可大于板。然后可将透明板放置在粘合剂池的顶部上，从而使粘合剂流出到透明板的 边缘。然后可将粘合剂固化或定形（例如，UV固化或热固化）。在一些情况下，可将压敏粘合 剂(PSA)施加于M0F或透明板，然后进行层合。
[0037] 在将第一透明板粘附到M0F之后，可将透明板和M0F从M0F可释放地附接到的平坦 表面上剥离。然后可将此构造放置成M0F侧向上并且可将第二量的粘合剂放置在M0F的相对 侧上。之后，可将第二透明板放置在M0F的顶部上，并且粘合剂将再次流出到边缘并可接着 被固化。每个透明板中可W具有对准特征结构，用于在进一步锐削/机加工操作过程中使光 学层合体可靠地对准。在一些情况下，可使用光匹配粘合剂将一个W上的透明板粘附于光 学层合体的任一侧，W允许所积累的厚度能够满足刚度，或满足形成较大光学部件的足够 厚度。
[0038] 在一个具体实施方案中，制造 PBS阵列的技术的关注点在于确定待制造的一个或 多个光学表面的取向，使得它们不仅就机加工而言还就常见传统工艺而言都是平坦的（在 竖直或水平方向上），其中常见传统工艺包括例如光学涂覆、真空涂覆、抗反射(AR)涂覆、抛 光等。尤其是，为有利于机加工，运些表面优选地对齐常规的Χ、Υ或Z取向。如果待机加工的 表面W偏斜角度定位，相比有限的阶梯运动(Χ-Υ平移)而言，对准常规方向有助于允许机器 操作进行精确平稳的直线运动。运对于机加工光阔来说尤为有用，因为冠状光阔的设计允 许在Χ-Υ上进行精确的控制，同时允许Ζ方向上留有一些余地。同时，此类取向允许将基准本 底水平面移动到有源部分区域之外。
[0039] 在一个方面，本公开提供了可将单个机加工的多功能PBS部件形成大阵列再进行 分离的工艺。在一个具体实施方案中，单个机加工的PBS部件可包括具有涂覆有光学黑色涂 层的选择性表面的PBS、具有机加工的且抛光的光阔特征件而非印刷光阔的PBS、施加于所 选表面的AR涂层、选择性抛光的表面，并且不包括倒角刀尖。本公开提供了在有源光学部件 区外部的梯台区（即，单个PBS元件阵列的支撑部分）。所公开的制造 PBS阵列的方式可与其 他工艺(包括黑色涂覆、AR涂覆、抛光和分离)更深入地协同配合，并且允许先对立方体阵列 中每个立方体完成任意功能性涂覆工艺或处理，再移除梯台区，并分离成单个立方体。
[0040] 图1Α示出了根据本发明的一个方面的光学层合体100的横截面图。光学层合体100 包括具有第一厚度t3、第一外表面103和第一内表面105的第一透明板101;具有第二外表面 104和第二内表面106的第二透明板102; W及附连在第一透明板101和第二透明板102之间 的基底118。第一透明板101和第二透明板102中的至少一者表现出低双折射。在一个具体实 施方案中，由于可能难W制造用于待制造光学元件的足够厚且双折射足够低的板，因此可 W通过将不止一个低双折射板层合在一起而将第一透明板101或第二透明板102中的至少 一者制造得更厚，如图1A所示。如图1A所示，可通过包括具有第一独立厚度11的第一独立透 明板102a和具有第二独立厚度t2的第二独立透明板10化而将第二透明板制造得更厚，其中 第一独立透明板和第二独立透明板沿着共同表面102c被层合在一起，从而形成具有合并厚 度(tl+t2)的第二透明板。
[0041] 第一透明板101和第二透明板102可W是可机加工的任何合适的聚合物或玻璃，诸 如可用于光学部件的可见光透明的聚合物和低双折射的玻璃。在一些情况下，光学质量玻 璃，诸如购自宾夕法尼亚州杜里埃的肖特光学玻璃公司（Schott Optical Glass，Duryea PA)的光学质量玻璃可W是特别有用的。在一个具体实施方案中，可表现出低双折射的聚合 物包括槽模诱注的丙締酸、聚碳酸醋、环締控共聚物等。诱注的丙締酸类聚合物包括 Spartech Polycast?(购自密苏里州克莱顿的斯己泰克公司（Spa;rtech Co;rp. ,Clayton, M0))、Evonik Ac巧lite?GP(购自新泽西州帕西帕尼的赢创有限公司化vonik切ro化C, Parsippany，NJ))、R巧nolds R-化st?(购自科罗拉多州大章克申的雷诺聚合物技术公司 (Reynolds Polymer Technology,Grand Junction,C0))和Plexiglas?G(购自宾夕法尼亚 州布里斯托尔的阿科玛公司（Arkema Inc.，Briston，PA))。槽模诱注的丙締酸类聚合物可 W是优选的，因为它们可易于进行机加工，从而提供平滑的表面、来自机加工操作的最小的 热效应和低的双折射。在一个具体实施方案中，如在别处所描述的，热稳定丙締酸可W是特 别优选的。虽然W下公开内容提及使用聚合物板(例如，如参考图1A所述的第一透明板101 和第二透明板102)，但是应当理解，可替代性地使用玻璃板来生产本文所述的任何光学部 件阵列。
[0042] 基底118可W是可附连到、粘附于或稳定夹置于第一透明板101和第二透明板102 的第一内表面105和第二内表面106之间的任意合适的基底。在一些情况下，基底118可W附 连到或粘附在几乎整个表面上;然而，在一些情况下，仅有一部分表面可W被附连或粘附。 基底118可用于双重目的。在一些情况下，基底118可赋予光学部件阵列诸如强度等物理特 性，使得可牢靠地执行机加工操作。在一些情况下，基底118可W是光学部件的用W赋予部 件诸如偏振等光学特性的部分。在一个具体实施方案中，基底118可W是:包括无机薄膜、涂 层或多层薄膜叠堆的多层介电膜;有机薄膜，诸如聚合物薄膜、聚合物薄膜层合体和多层聚 合物薄膜，包括诸如反射偏振片和吸收型偏振器的偏振器;包括聚合多层光学薄膜偏振器、 McNeill偏振器和金属光栅偏振器的偏振器;包括四分之一波延迟器和半波延迟器的延迟 器;薄膜或涂层，诸如有机或无机分色反射器和吸收器；W及它们的组合。在一些情况下，基 底118可W是可通过W下技术沉积到第一透明板101和第二透明板102的第一内表面105和 第二内表面106中的一者或两者上的涂层或层:气相沉积技术，诸如瓣射或化学气相沉积； 或液相沉积技术，诸如涂覆或喷涂。
[0043] 在一个具体实施方案中，基底118是反射偏振片118，诸如聚合反射偏振片，该反射 偏振片在机加工前，通过例如使用合适透明的粘合剂诸如光学粘合剂，被层合在第一透明 板101和第二透明板102的第一内表面105和第二内表面106之间。如本文所用，参考呈反射 偏振片118(例如聚合多层反射偏振片)形式的基底，然而应当理解，上述任一基底都可W被 替代，W制作具有与所选基底相关的所需性能的光学制品。
[0044] 在一个具体实施方案中，任何光学部件阵列的制造可始于包括W下的平坦光学叠 堆:粘合剂、塑料，诸如可见光透明塑料、玻璃、二向色涂层、散射材料、反射偏振片、吸收型 偏振器、多层光学薄膜、延迟器、反射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲 涅耳结构化材料、吸收器、或它们的组合。可根据需要排列平坦光学叠堆W产生期望的光学 部件，然后使其经受本文所述的机加工步骤。应当理解，光学部件阵列的制造可包括组合若 干阵列制造步骤的结果，诸如第一 Ξ维结构阵列和第二Ξ维结构阵列的层合。在一些情况 下，运种组合可包括将第一部件的第一分离元件、线性阵列或矩形阵列与第二部件的第二 分离元件、线性阵列或矩形阵列组合。
[0045] 图1B示出了根据本发明的一个方面的光学层合体100的横截面图。图1B中所示的 元件101-104中的每个元件对应于图1A中所示的此前已描述的类似标号的元件101-104。例 如，图1B所示的第一透明板101对应于图1A所示的第一透明板101，W此类推。在光学层合体 100中已形成具有相对第一侧面162,164和第一底部166的第一底切槽160,该底切槽延伸穿 过第一透明板101和反射偏振片118。第一底切槽160可延伸至第二透明板102内部至任意所 需深度，但该深度一般不会使得光学层合体100分离成两片。第一底切槽160与反射偏振片 118形成底切角度Θ，并在垂直于图1B所示横截面的方向延伸穿过光学层合体100。根据待制 造的光学部件，底切角度Θ可W是任意所需角度，例如约15度、约30度、约45度、约60度、约75 度或一般约5度和约90度之间的任意角度。在一个具体实施方案中，例如，可选择约45度的 底切角度Θ来制造 PBS，但也可W选择其他角度。
[0046] 在用作成像PBS之前，通过W下技术对第一底切槽进行机加工，所述技术不需要进 行另外的处理(诸如抛光）即可提供合格的表面光洁度。在一些情况下，机加工技术可w是 金刚石机加工，包括例如径向飞切、轴向飞切、高速金刚石端锐，或金刚石磨削。表面光洁度 可通过包括例如白光干设测量法、触针轮廓术，共焦显微镜法或原子力显微镜法(AFM)在内 的技术来表征。虽然公认的是如果表面的光洁度优于3微英寸（约75nm)峰谷测量值那么该 表面具有"光学质量"，但每个光学应用决定实际的合格要求。在一些情况下，如果需要可进 行另外的抛光，包括例如使用包括机械抛光、火焰抛光、蒸气抛光或它们的组合在内的技术 进行的抛光。
[0047] 在一个具体实施方案中，可对第一底切槽160的相对第一侧面162,164中的每个侧 面进行机加工，使得它们相互平行，或者使得它们相对于彼此形成取决于所需光学部件的 任意所需角度。在一些情况下，第一底部166可垂直于相对第一侧面162,164中的每个侧面， 或者，根据所需光学部件，第一底部166可与相对第一侧面162,164中的每个侧面形成任意 所需角度。在一个具体实施方案中，可在光学层合体100中机加工出多个槽(未示出），多个 槽中的每个槽可彼此相互平行，或可被机加工成与彼此呈所需角度，并可被机加工成用W 形成所需光学部件的任意所需深度，如别处所描述的。
[0048] 图2A示出了根据本公开的一个方面的经锐削的光学层合体200的透视示意图，该 光学层合体被加工成如图所示的形式时可被描述成集成光学部件200。集成光学部件200包 括具有平坦第二表面204和相背对的第二表面203的支座202。相背对的第二表面203包括包 括多个阶梯298,其包括设置于多个阶梯298中的每个阶梯上的多个偏振分束器(PBS)立方 体210。如在别处所描述的，集成光学部件200可被分离成单个PBS立方体210。集成光学部件 200还可任选地包括在机加工操作期间用于固定并配准集成光学部件200的一个或多个对 准孔299。图2B-图2F中描述了用于制造集成光学部件200的代表性制造步骤，其示出了经锐 削的光学层合体200的一部分的放大视图，该光学层合体是经历了集成光学部件200所必须 的典型制造步骤而形成的。应当理解，可W任意所需顺序执行所述制造步骤，W制备准备被 分离成单个PBS立方体210的集成光学部件200阵列。
[0049] 图2B示出了根据本公开的一个方面的经锐削的光学层合体的透视示意图，该光学 层合体具有一般被描述成第二透明板202的支座202,该第二透明板具有平坦的第二表面 204。图2B中所示的元件201-218中的每个元件对应于图1A中所示的此前已描述的类似标号 的元件101 -118。例如，图2B所示的第二透明板202对应于图1A所示的第二透明板102，W此 类推。从图1A与图2B可W很容易地看到，图1A的光学层合体可具有多个凹口 222,运些凹口 被机加工到图1A的第一外表面103中，W形成图2B中经锐削的光学层合体。凹口 222中的每 个凹口具有第一表面226和第二表面228,第一表面和第二表面可彼此正交，并贯穿第一透 明板201、反射偏振片218,进入第二透明板202中。在一些情况下，制造工序中可省略凹口 222的机加工;然而，在一些情况下，需要包括凹口 222。
[0050] 图2C示出了根据本公开的一个方面的经锐削的光学层合体的透视示意图，该光学 层合体具有包括平坦第二表面204的支座202。图2C中所示的元件201-228中的每个元件对 应于图2B中所示的此前已描述的类似标号的元件201-228。例如，图2C所示的第二透明板 202对应于图2B所示的第二透明板202, W此类推。在图2C中，多个第一底切槽220W图1B中 所示的相似方式延伸穿过第一透明板201、反射偏振片218,并进入第二透明板202中。第一 底切槽220包括分别被称为阶梯踏板207和阶梯踢板206的底部和侧面。阶梯踏板207和阶梯 踢板206相交于第一边缘208处，该第一边缘形成通过第二透明板202至平坦第二表面204的 第一较接部209。在一些情况下，第一较接部209可用作分离光学部件相邻行的第一可断开 部分，如在别处所描述的。
[0051] 图2D示出了根据本公开的一个方面的经锐削的光学层合体的透视示意图，该光学 层合体具有包括平坦第二表面204的支座202。图2D中所示的元件201-228中的每个元件对 应于图2C中所示的此前已描述的类似标号的元件201-228。例如，图2D所示的第二透明板 202对应于图2C所示的第二透明板202, W此类推。在图2D中，机加工出多个第二槽225,使得 相邻的PBS立方体210彼此分离。可对第二槽225进行机加工，使得踏板207位于第一底切槽 220和第二槽225之间并且是共面的，并使每个PBS立方体210在踏板207上对齐成PBS立方体 行2。第二槽225将每个PBS立方体210分离，每个PBS立方体可被视为包括第一棱镜212、第二 棱镜216、运两个棱镜之间的反射偏振片218W及相对端面230,235。第一棱镜212包括由第 一底切槽220而与踢板206分离的第一棱镜表面211，W及与踏板207相邻的第二棱镜表面 213。第二棱镜216包括与第一棱镜表面211相背对的第Ξ棱镜表面221，W及与第二棱镜表 面213相背对的相邻第四棱镜表面223。在一些情况下，第一棱镜212包括由棱镜延伸部214 与相邻踏板207分离的第二棱镜表面213。棱镜延伸部214使得PBS立方体210与踏板207分 离，并可在后续加工步骤中被机加工去除，如在别处所描述的。
[0052] 图沈示出了根据本公开的一个方面的经锐削的光学层合体的透视示意图，该光学 层合体具有包括平坦第二表面204的支座202。图沈中所示的元件201-240中的每个元件对 应于图2D中所示的此前已描述的类似标号的元件201-240。例如，图2E所示的第二透明板 202对应于图2D所示的第二透明板202, W此类推。在图2E中，执行操作W通过将光阔框架 217机加工于第二棱镜216的第四棱镜表面223(如图2D所示）中来制造在光阔框架217上延 伸的光阔219。光阔框架217被机加工在第四棱镜表面223中后，可在经锐削的光学层合体上 执行第一涂覆操作，诸如在所有表面上涂覆黑色吸收涂层，如在别处所描述的。在一些情况 下，黑色吸收涂层可W是基于溶剂的涂料或可固化涂料，诸如双组分尿烧、环氧树脂或福射 固化涂料。示例性涂料包括，例如购自俄亥俄州克里夫兰宣伟涂料公司（Sherwin-Wi 11 iams Co.，Cleveland，0H)的Dupli-Color?化计ect Match?BUN0100涂料、购自俄亥俄州特拉华 马修斯涂料(Matthews Paint,Delaware,OH)的N923SP Satin Black双组分聚氨醋，W及购 自俄亥俄州克里夫兰宣伟涂料公司（Sherwin-Wi 11 iams Co.，Cleveland, OH)的F63B12 POLANE'K'T Satin Black双组分聚氨醋。然后，可在经锐削的光学层合体上执行后续机 加工操作，从而形成具有所需黑色涂层表面和抛光光学表面的集成光学部件。
[0053] 图2F示出了根据本公开的一个方面的集成光学部件的透视示意图，该集成光学部 件具有包括平坦第二表面204的支座202。图2F示出了沿着第一较接部209进行分离的技术 步骤。图2F中所示的元件201-240中的每个元件对应于图沈中所示的此前已描述的类似标 号的元件201-240。例如，图2F所示的第二透明板202对应于图沈所示的第二透明板202, W 此类推。在图2F中，已执行进一步机加工步骤，W制备具有多个要分离的单个PBS立方体210 的集成光学部件。在一个具体实施方案中，图沈中所示的第Ξ棱镜表面221可先被机加工W 去除施加于第Ξ棱镜表面221的第一涂层，然后进行抛光W形成PBS立方体210的前输出面 215。可W在机加工操作过程中沿着踏板207形成凸部227。也可W相似的方式对光阔219进 行机加工W去除第一涂层，并进行抛光。如果需要，也可在抛光后将附加的涂层诸如AR涂层 等施加至前输出面215和光阔219。
[0054] 在如图2F所示的一个具体实施方案中，接着可通过沿着第一较接部209进行弯折 直至第一较接部209断裂，使得每个踏板207与每个踢板206沿着第一边缘208分离，进而得 至化BS立方体210的单个行240。然后，可将PBS立方体210包埋进可移除灌封材料（未示出） 中，来支撑PBS立方体210的行240,再进行后续机加工W去除棱镜延伸部214,并进行抛光W 暴露第二棱镜表面213。在一些情况下，可取而代之的做法是，将PBS立方体210粘附至可移 除粘合剂表面(未示出），来支撑PBS立方体210的行240,再进行后续机加工W去除棱镜延伸 部214,并进行抛光W暴露第二棱镜表面213。然后，可去除可移除灌封材料或可移除粘合剂 表面，得到单独分离出的PBS立方体。
[0055] 图2G示出了根据本公开的一个方面的集成光学部件的透视示意图，该集成光学部 件具有包括平坦第二表面204的支座202。图2G示出了沿着第二较接部259进行分离的另选 技术步骤。图2G中所示的元件201-240中的每个元件对应于图2F中所示的此前已描述的类 似标号的元件201-240。例如，图2G所示的第二透明板202对应于图2F所示的第二透明板 202, W此类推。在图2G中，机加工多个第Ξ槽250使得每个第Ξ槽250平行于第一底切槽 220,并垂直于踢板206从而形成支撑PBS立方体210的凸缘258。第Ξ槽250包括相对侧面 252，254和底部256，并在踏板207和第二侧面254之间形成第二较接部259。
[0056] 在如图2G所示的一个具体实施方案中，接着可通过沿着第二较接部259进行弯折 直至第二较接部259断裂，使得每个踏板207与每个踢板206分离，进而得到PBS立方体210的 单个行240。然后，可将PBS立方体210包埋进可移除灌封材料(未示出）中，来支撑PBS立方体 210的行240,再进行后续机加工W去除棱镜延伸部214,并进行抛光W暴露第二棱镜表面 213。在一些情况下，可取而代之的做法是，将PBS立方体210粘附至可移除粘合剂表面(未示 出），来支撑PBS立方体210的行240,再进行后续机加工W去除棱镜延伸部214,并进行抛光 W暴露第二棱镜表面213。然后，可去除可移除灌封材料或可移除粘合剂表面，从而得到单 独分离出的PBS。
[0057] 图3A示出了根据本公开的一个方面的单独分离出的PBS 300的透视示意图。图3A 中所示的元件311-330中的每个对应于图2G中所示的此前已描述的类似标号的元件211- 230。例如，图3A中所示的光阔319对应于图2G中所示的光阔219, W此类推。单独分离出的 PBS 300包括第一棱镜312、第二棱镜316和设置于第一棱镜312和第二棱镜316之间的反射 偏振片318。第一棱镜312包括第一表面311和第二表面313,其中第二表面可W进行抛光，W 充当光源(未示出）的输入表面313。第二棱镜316包括第Ξ表面315,该第Ξ表面可W是与第 一表面311相背对的输出表面315。第二棱镜316还包括光阔319和围绕光阔319的光阔框架 317,光阔和光阔框架一起与第二表面相背对。可W贴着光阔319放置LCoS成像器(未示出）， 并且可放置光源(未示出）W将光射入输入表面313中，从而产生由输出表面315所投射出的 影像。在一个具体实施方案中，第一表面311、光阔框架317和相对端330,335可W包括吸收 黑色涂层，W最大程度地减少引入单独分离出的PBS 300中的多余光，如在别处所描述的。 [0化引图3B-图3C示出了根据本公开的一个方面的图3A中单独分离出的PBS 300的示意 性侧视图和顶视图。在图3B-图3C中，第一外伸距离"L1"和第二外伸距离"L2"可用于保护反 射偏振片318的切割边缘。在一个具体实施方案中，因为系统中可能发生潜在的光路长度变 化，所W可根据由光学设计带来的其他限制来选择第一外伸距离L1和第二外伸距离L2。在 一些情况下，LI和L2可成为光路长度的一部分，因此，整体光学设计可能需要适应运种尺寸 的变化。本领域的普通技术人员应当认识到需要考虑该附加光路长度。从制造加工的角度 来看，在一些情况下，外伸部分可让人们更容易地制造两个立体棱镜联合起来的接合形式。
[0059] 实施例
[0060] 制造 PBS立方体的集成光学部件阵列。
[0061] 制备粘合剂
[0062] 首先，通过将W下物质混合在一起制备粘合剂溶液:具有20.5 %固体的48.78化 (22.1化g)光学透明粘合剂(0CA)溶液(该0CA溶液是溶于甲乙酬/甲醇/甲苯/乙酸乙醋混合 溶剂的具有93%丙締酸异辛醋和7%丙締酸的共聚物）；具有35%固体的17.141b(7.78kg) 高Tg聚合物（高Tg聚合物是溶于甲乙酬/甲醇/甲苯/乙酸乙醋混合溶剂的具有69%异下締 酸甲醋、25%甲基丙締酸下醋和6%甲基丙締酸二甲胺乙醋的共聚物）；8化(3.63kg)4-^基 下基丙締酸醋(购自新泽西州弗洛勒姆帕克己斯夫公司（BASF，Florham Park，NJ));0.12化 (54gm)甲基丙締酸醋功能性硅烷单体(购自密苏里州圣路易斯西格玛奥德里奇公司的硅烷 A-174(SilaneA-174，Sigma-Aldrich，St丄ouis，M0));0.4化（182gπ0LucirinTP0-L(购自 己斯夫公司（BASF));0.244化（lllgm)具有5%固体的双酷胺交联剂(溶于甲苯的1，Γ-间苯 二甲酯双（2-甲基氮杂环丙烷））；44.94化(20.4kg)99%乙酸乙醋(购自西格玛奥德里奇公 司（51邑111日-41化;[证））；^及29.96化（13.64邑）异丙醇（购自西格玛奥德里奇公司（51邑1]1日- A1 化ich))。
[0063] 使用如美国专利5,759,274(Maier等人)所述的模涂法和仪器将粘合剂溶液涂覆 在14英寸(35.56cm)的第一离型衬垫(SKC RF22N，75微米厚，购自韩国首尔爱思开哈斯新材 料有限公司（51(邸曰曰3,56〇111，抓））上。涂覆线速度为20打/111111(6.09111/111111)，溶液的涂层宽 度为12英寸(30.48cm)，并在涂层的两个侧面均留出1英寸的未涂覆边缘。使用齿轮累溶液 递送系统将溶液递送至模头。调节流速，W达到10微米的涂层厚度。使带有涂覆溶液的离型 衬垫通过一系列烘箱，将经涂覆的溶液直线式地进行干燥，并将第二14英寸宽的离型衬垫 (CPfilm Τ-10,3密耳（76微米）厚，购自弗吉尼亚州菲尔代尔首诺科特工厂（CP Films, Fieldale，VA))层合在暴露的粘合剂表面上，再将粘合剂/第一离型衬垫卷起，从而形成带 有双离型衬垫的粘合剂。
[0064] 制备热稳定透明板
[00化]将购自斯己特公司（Spadech Co巧oration)的PMMA P0LYCAST CLR板切割成12" (30.5cm)的正方形板。使用长尾夹将PMMA板悬挂在环保烤箱中，并使用W下条件进行退火： (1)耗用一小时使烤箱溫度上升到95°C、畑上升到30 % ;(2)使烤箱在溫度95°C、畑30 %下 保持60小时；（3)耗用一小时使烤箱溫度下降到30°C、RH下降到0%。接着使用常规CNC锐床 和平坦工具将退火后的PMMA板整平，从而使得最终透明板的厚度是5.10+/-0.01mm。
[0066] 形成光学层合体
[0067] 使用A化工业层压机（购自威斯康星州德福雷斯特A化资源公司（AGL Inc, Deforest，WI))将粘合剂EAS 2059层合到14"(35.6cm)宽、40微米厚的Vikuiti?M0F反射偏 振片(购自3M公司（3M Company))的两侧。工艺条件为:张力控制为10-15psi，夹送漉压力为 约20-3化si,速度控制为约5-lOfpm。使用剪切切割机将所得的粘合剂/M0F/粘合剂层合体 剪切成25"(63.5cm)的片材。
[0068] 使用Sun-Tec层压机(购自亚利桑那州Sun-Tec公司（Sun-Tec，AZ))将粘合剂/MOF/ 粘合剂片材层合到整平退火后的PMMA板上。工艺条件为:夹送漉压力为约0.3-0.4MPa，层合 速度为约5〇Mn/s。
[0069] 使用Chemlnstrument热社层合机（购自俄亥俄州费尔菲尔德化仪公司 (Qiemlnstruments, Inc. ,Airfield,0H))将整平退火后的PMMA/粘合剂/M0F粘附于另一退 火后的PMMA板。工艺条件为:夹送漉压力为约l(K)psi，层合速度为约2min/min。
[0070] 然后使所得的PMMA/粘合剂/MOF/粘合剂/PMMA层合体在60°C、80PSI下高压灭菌8 小时。使用Dymax 5000-EC系列UV固化泛光灯系统（购自康涅狄格州托灵顿戴马±公司 (〇7111曰义，1'〇''1叫*〇11，(：1'))来固化高压灭菌后的?1嫩/粘合剂/^0。/粘合剂作114层合体中的 粘合剂，其中UVA剂量(通过空气测量)等于约lj/cm2。
[0071] UV固化后，接着使用3M光学透明粘合剂(OCA 8146-5,购自3M公司（3M Company)) 将输出板PMMA/粘合剂/APF/粘合剂/整平PMMA的未整平的一侧与另一 l/4"(0.635cm)厚的 PMMA板(购自麦克马斯特供应公司(McMaster-Carr))层合，从而形成相似于图1A所示具有 双重厚度第二透明板102的光学层合体。
[0072] 机加工光学层合体^形成集成光学部件阵列
[0073] 层合处理后，对层合体进行制造过程。钻取对准孔（图2A示出的对准孔299)，并将 未整平的PMMA表面整平（图2A的平坦第二表面204)。使用带有Siemens NX软件7.5与集成 CAD/CAM/CAE的Hurco CNC锐床（印第安纳州印第安纳波利斯赫克公司（Hurco, Indianapolis, IN))为光学部件的机床装备和机加工提供附图和完整的部件制造解决方 案。参见图2G，使用不同的锐削钻头（购自马萨诸塞州罗利哈维工具公司化arvey Tool, Rowley，MA))制造具有PGS立方体210的集成光学部件阵列。使用Carbide塑料切割端锐刀 (工具号49908-C4,刀具直径1/8"，切口长度5/8"，购自马萨诸塞州罗利哈维工具公司 化arv巧Tool,Rowley，M))锐削第一棱镜表面211、光阔框架217和相对端面230,235,为涂 覆黑色涂层做好准备。
[0074] 施加黑色涂层
[0075] 将化4530Desktop CNC缕锐机(购自伊利诺州霍夫曼伊斯塔特自动化技术股份有 限公司（Automation Technology Inc,Hoffman Estates,IL))用作其上附着有Nordson 787MS-SS MicroSpray精确喷雾阀（购自俄亥俄州西湖诺言公司（Nordson Co巧，Westlake, OH))的ΧΥΖ自动控制仪器。使用小量规型（内径为0.013"-0.004")-次性端孔点胶尖端，在 一些情况下，使用一次性侧口点胶尖端(尺度为18-26)(购自内华达州里诺汉密尔顿公司 (化mi 1 ton Company, Reno, Nevada))。将Dupli-Color?化rfect Match?BUN0100涂料（购自 俄亥俄州克利夫兰宣伟涂料公司（Sherwin-Wi 11 iams Co.，Cleveland，OH))精确喷涂到第 一棱镜表面211上。将BUNOlOO涂料从喷雾罐手工喷涂到其他所有表面上，包括光阔框架217 和相对端面230,235。
[007引锐削光阔、输出表面和凸缘
[0077]涂覆黑色涂层后，使用化rbide塑料切割端锐刀（工具号48716-C4,刀具直径为1/ 4"，切口长度为3/4")和PCD金刚石端锐刀（工具号12124，刀具直径为3/8"，切口长度为1/ 4")(二者皆购自马萨诸塞州罗利哈维工具公司化arwy Tool, Rowley，MA))锐削前输出面 215和光阔219W去除黑色涂层和抛光金刚石。使用化rbide塑料切割端锐刀（工具号49908- C4,刀具直径为1/8"，切口长度为5/8")(购自马萨诸塞州罗利哈维工具公司化arv巧Tool, Rowley, Μ))锐削第Ξ槽250 W制造凸缘258。
[007引分离并抛光PBS立方体
[0079] 沿着第二较接部259手动撕开，制造单独凸缘258上的PBS立方体210行。使用3Μ?可 移除可重新定位胶带666将每个立方体条带的光阔219粘附在玻璃板上，接着，使用带有 Diablol/4" X rCarbide直缕锐机钻头模型邸R04108(Diablol/4" X rCarbide Strai曲t Router Bit Model#DR04108)的KL4530Desktop CNC缕锐机(购自北卡罗来纳州海波因特锐 无敌公司(化eud，化曲化int，NC))削去凸缘258和棱镜延伸部214,从而分离单个立方体。
[0080] 所得PBS立方体与图3A-图3C中所示单独分离出的PBS 300相似，并具有W下尺寸。 经测量，光阔319的尺寸为3.6mm X 5.8mm，光阔比光阔框架317抬高了0.1mm，并且在经测量 为7.2mmX7.2mm的上表面上居中。经测量，就单独分离出的PBS 300的相对端330，335而言， 其输入表面313至光阔319的距离是7mm，输出表面315至第一表面311的距离是7.2mm。经测 量，第一外伸距离L1是0.1mm，并且第二外伸距离L2是0.2mm。黑色涂层标称厚度为0.045mm。 [0081 ] 使用Buehler Vector Head/Beta抛光机（购自伊利诺州布勒夫湖标乐公司 (Buehler，Lake Bluff，IL))W2(K)巧m的速度进行操作，并将施力设定为关，采用手压的方 式进一步抛光光学表面，使得光学表面具有小于约0.32微米的峰谷粗糖度。使用3M可移除 胶带666将立方体安装在玻璃板上，从而对输入表面313(即，底部背光表面)进行抛光。用3M ESPE Imprint 3轻体牙印模材料来填充立方体之间的间隔，从而固定立方体。对输入表面 313使用Buehler砂轮P2500再次修整1.5小时，并使用Buehler Master Prep0.0 5微米浆态 溶液抛光1分钟。
[0082] 使用3M可移除胶带666将立方体安装在玻璃板上来对输出表面315进行抛光。用3M ESPE Imprint 3轻体牙印模材料来填充立方体之间的间隔，从而固定立方体。对输出表面 315使用Buehler砂轮P1200砂磨3分钟，使用Buehler砂轮P2500再次修整15-20分钟，并使用 Buehler Master PrepO.05微米浆态溶液抛光1分钟。
[0083] 使用3M可移除胶带666将立方体安装在玻璃板上来对光阔319进行抛光。用3M ESPE Imprint 3轻体牙印模材料来填充立方体之间的间隔，从而固定立方体。对光阔319使 用Buehler砂轮P1200砂磨3分钟，使用Buehler砂轮P2500重新整修15分钟，使用通过PSA安 装在玻璃板上的3M Lapping薄膜562X重新整修1分钟，使用Buehler 3um浆态悬浮液重新整 修3分钟，使用Buehler Master Prep浆态溶液抛光1分钟，并使用通过PSA安装在玻璃板上 的3M Lapping薄膜568X手工磨光1分钟。
[0084] W下为本公开的实施方案的列表。
[0085] 项1是一种集成光学部件，其包括:具有平坦的第一表面和相背对的第二表面的支 座，相背对的第二表面包括多个阶梯，多个阶梯中的每个阶梯具有踏板和踢板，该踏板和踢 板相交形成靠近平坦的第一表面的较接部;偏振分束器(PBS)立方体，其设置于多个阶梯中 的每个阶梯上并与支座成一体，该PBS立方体包括:第一棱镜、第二棱镜和反射偏振片，第一 棱镜具有与踢板相邻的第一棱镜表面和与阶梯相邻的第二棱镜表面;第二棱镜具有与第一 表面相对的第Ξ棱镜表面和与第二表面相对的第四棱镜表面;反射偏振片设置于第一棱镜 和第二棱镜之间的对角线曲面上，其与支座的平坦的第一表面平行，其中第一棱镜表面由 第一槽与踢板分离，并且PBS立方体包括正交于踏板和踢板的相对端面。
[0086] 项2为项1所述的集成光学部件，其中每个踏板包括至少两个PBS立方体，其具有被 第二槽分离的端面。
[0087] 项3为项1或项2所述的集成光学部件，其中每个第二棱镜表面由棱镜延伸部与相 邻踏板分离。
[0088] 项4为项1至项3所述的集成光学部件，其还包括设置于第一棱镜表面、第Ξ棱镜表 面、第四棱镜表面和端面中的至少一者上的黑色涂层。
[0089] 项5为项1至项4所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面、第Ξ棱镜表面、第四棱 镜表面和端面中的至少一者包括抛光表面。
[0090] 项6为项1至项5所述的集成光学部件，其中第Ξ棱镜表面与踢板中的凹口相邻，该 凹口具有平行于踏板的第一凹口表面，W及与第二棱镜表面相邻并平行于踢板的第二凹口 表面。
[0091] 项7为项1至项6所述的集成光学部件，其中每个阶梯的踏板和踢板W90度角相交。
[0092] 项8为项1至项7所述的集成光学部件，其中每个阶梯的踏板与平坦的第一表面呈 45度角设置。
[0093] 项9为项1至项8所述的集成光学部件，其中支座、第一棱镜和第二棱镜中的至少一 者包含热稳定丙締酸。
[0094] 项10为项9所述的集成光学部件，其中所述热稳定丙締酸的延迟量小于20nm。
[00M]项11为项1至项10所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面是背面黑色涂覆的表 面，第二棱镜表面是抛光的光输入表面，第Ξ棱镜表面是抛光的输出表面，并且第四棱镜表 面包括适用于娃上液晶化CoS)成像器的抛光光阔。
[0096] 项12是一种集成光学部件，其包括:具有平坦的第一表面和相背对的第二表面的 支座，相背对的第二表面包括多个阶梯，多个阶梯中的每个阶梯具有踏板和踢板，该踏板和 踢板相交形成靠近平坦的第一表面的较接部;多个偏振分束器(PBS)立方体，其与支座成一 体，并在多个阶梯中的每个阶梯上沿线设置，多个PBS立方体中的每个PBS立方体包括:第一 棱镜、第二棱镜、反射偏振片及相对端面，第一棱镜具有与踢板相邻的第一棱镜表面和与阶 梯相邻的第二棱镜表面;第二棱镜具有与第一表面相对的第Ξ棱镜表面和与第二表面相对 的第四棱镜表面;反射偏振片设置于第一棱镜和第二棱镜之间的对角线曲面上，其与支座 的平坦的第一表面平行;每个相对端面正交于反射偏振片，其中每个第一棱镜表面由第一 槽与踢板分离，并且第二槽将踢板上的相邻PBS立方体分离。
[0097] 项13为项12所述的集成光学部件，其中每个第二棱镜表面由棱镜延伸部与相邻踏 板分离。
[0098] 项14为项12或13所述的集成光学部件，其还包括设置于第一棱镜表面、第Ξ棱镜 表面、第四棱镜表面和端面中的至少一者上的黑色涂层。
[0099] 项15为项12至项14所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面、第Ξ棱镜表面、第四 棱镜表面和端面中的至少一者包括抛光表面。
[0100] 项16为项12至项15所述的集成光学部件，其中第Ξ棱镜表面与踢板中的凹口相 邻，该凹口具有平行于踏板的第一凹口表面，W及与第二棱镜表面相邻并平行于踢板的第 二凹口表面。
[0101] 项17为项12至项16所述的集成光学部件，其中每个阶梯的踏板和踢板W90度角相 交。
[0102] 项18为项12至项17所述的集成光学部件，其中每个阶梯的踏板与平坦的第一表面 呈45度角设置。
[0103] 项19为项12至项18所述的集成光学部件，其中支座、第一棱镜和第二棱镜中的至 少一者包含热稳定丙締酸。
[0104] 项20为项19所述的集成光学部件，其中所述热稳定丙締酸的延迟量小于20nm。
[0105] 项21为项12至项20所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面是背面黑色涂覆的表 面，第二棱镜表面是抛光的光输入表面，第Ξ棱镜表面是抛光的输出表面，并且第四棱镜表 面包括适用于娃上液晶化CoS)成像器的抛光光阔。
[0106] 项22为项12至项21所述的集成光学部件，其中使用福射固化粘合剂将反射偏振片 粘附于第一棱镜和第二棱镜之间。
[0107] 项23为项22所述的集成光学部件，其中通过紫外线福射来固化所述福射固化粘合 剂。
[0108] 项24是一种集成光学部件，其包括:具有平坦的第一表面和相背对的第二表面的 支座，相背对的第二表面包括具有踏板和踢板的阶梯；多个偏振分束器(PBS)立方体，其与 支座成一体，并且在阶梯上沿线设置，多个PBS立方体中的每个PBS立方体包括:第一棱镜、 第二棱镜、反射偏振片及相对端面，第一棱镜具有与踢板相邻的第一棱镜表面和与阶梯相 邻的第二棱镜表面;第二棱镜具有与第一表面相对的第Ξ棱镜表面和与第二表面相对的第 四棱镜表面;反射偏振片设置于第一棱镜和第二棱镜之间的对角线曲面上，其与支座的平 坦的第一表面平行;每个相对端面正交于反射偏振片，其中每个第一棱镜表面由第一槽与 踢板分离，并且第二槽将踢板上的相邻PBS立方体分离。
[0109] 项25为项24所述的集成光学部件，其中每个第二棱镜表面由棱镜延伸部与相邻踏 板分离。
[0110] 项26为项24或25所述的集成光学部件，其还包括设置于第一棱镜表面、第Ξ棱镜 表面、第四棱镜表面和端面中的至少一者上的黑色涂层。
[0111] 项27为项24至项26所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面、第Ξ棱镜表面、第四 棱镜表面和端面中的至少一者包括抛光表面。
[0112] 项28为项24至项27所述的集成光学部件，其中第Ξ棱镜表面与踢板中的凹口相 邻，该凹口具有平行于踏板的第一凹口表面，W及与第二棱镜表面相邻并平行于踢板的第 二凹口表面。
[0113] 项29为项24至项28所述的集成光学部件，其中踏板和踢板W90度角相交。
[0114] 项30为项24至项29所述的集成光学部件，其中踏板与平坦的第一表面呈45度角设 置。
[0115] 项31为项24至项30所述的集成光学部件，其中支座、第一棱镜和第二棱镜中的至 少一者包含热稳定丙締酸。
[0116] 项32为项31所述的集成光学部件，其中所述热稳定丙締酸的延迟量小于20nm。
[0117] 项33为项24至项32所述的集成光学部件，其中第一棱镜表面是背面黑色涂覆的表 面，第二棱镜表面是抛光的光输入表面，第Ξ棱镜表面是抛光的输出表面，并且第四棱镜表 面包括适用于娃上液晶化CoS)成像器的抛光光阔。
[0118] 项34为项24至项33所述的集成光学部件，其中使用福射固化粘合剂将反射偏振片 粘附于第一棱镜和第二棱镜之间。
[0119] 项35为项34所述的集成光学部件，其中通过紫外线福射来固化所述福射固化粘合 剂。
[0120] 项36是一种制造光学部件的方法，该方法包括:将反射偏振片层合在第一聚合板 和第二聚合板之间，该第一聚合板具有第一外表面，并且第二聚合板具有反向的第二外表 面;在第二聚合板中W45度角朝着反射偏振片锐削出多个平行的第一槽至第一底部的深 度，每个平行的第一槽将阶梯踢板与偏振分束器(PBS)立方体的第一棱镜表面分离;锐削出 垂直于第一槽的多个平行的第二槽从而形成多个阶梯踏板，每个阶梯踏板与第一底部深度 共面，并且从第一踢板延伸至相邻的第二踢板，其中每个第二槽将踏板上相邻PBS立方体的 端面分离，并且踏板和踢板的相交部限定靠近第一外表面的第一较接部;任选地，锐削出多 个平行的第Ξ槽，每个第Ξ槽具有第Ξ底部并且平行于第一槽，每个平行的第Ξ槽垂直于 对应的阶梯踢板，并形成支撑PBS立方体的凸缘，第Ξ底部由第二较接部与踏板分离；W及 锐削出平行于第一槽的多个凹口，每个凹口具有平行于踏板的第一凹口表面，W及平行于 踢板并延伸到踢板中的第二凹口表面，其中第一凹口表面包括与踏板相背对的第四棱镜表 面，并且第二凹口表面包括与第一棱镜表面相背对的第Ξ棱镜表面，其中锐削步骤可W任 意顺序执行。
[0121] 项37为项36所述的方法，还包括抛光第一棱镜表面、第Ξ棱镜表面、第四棱镜表面 和端面中的至少一者。
[0122] 项38为项36或项37所述的方法，还包括在第一棱镜表面、第Ξ棱镜表面、第四棱镜 表面和端面中的至少一者上涂覆黑色涂层。
[0123] 项39为项36至项38所述的方法，还包括沿着第一较接部使相邻踏板彼此分离，从 而形成支撑于踏板上的多个PBS立方体线性阵列。
[0124] 项40为项36至项38所述的方法，还包括沿着第二较接部分离每个凸缘，从而形成 支撑于凸缘上的多个PBS立方体线性阵列。
[0125] 项41为项39或项40所述的方法，还包括将PBS立方体线性阵列固定在包埋材料中 或粘合剂表面上，并朝向第二棱镜表面锐削第一外表面。
[01%]项42为项41所述的方法，还包括抛光第二棱镜表面。
[0127]项43是根据权利要求41所述的方法，还包括去除包埋材料或粘合剂表面，从而分 离单个PBS立方体。
[01%]项44为项36至项43所述的方法，其中第一聚合板的厚度大于第二聚合板。
[0129] 项45为项36至项44所述的方法，其中第一聚合板的厚度是第二聚合板的两倍。
[0130] 项46是项36至项45所述的方法，其中将反射偏振片层合在第一聚合板和第二聚合 板之间包括将粘合剂涂覆在反射偏振片的每个主表面上，然后层合第一聚合板和第二聚合 板，并固化粘合剂。
[0131] 项47为项46所述的方法，其中固化粘合剂包括通过紫外线福射固化该粘合剂。
[0132] 项48为项36至项47所述的方法，其中第一聚合板和第二聚合板中的至少一者包含 热稳定丙締酸。
[0133] 项49为项48所述的方法，其中所述热稳定丙締酸的延迟量小于20nm。
[0134] 项50为项36至项49所述的方法，其中第一棱镜表面是背面黑色涂覆的表面，第Ξ 棱镜表面是抛光的输出表面，并且第四棱镜表面包括适用于娃上液晶化CoS)成像器的抛光 光阔。
[0135] 项51为项41所述的方法，其中第二棱镜表面是抛光的光输入表面。
[0136] 项52是一种光学制品，其包括:具有第一主表面的第一透明板;具有第二主表面的 第二透明板;附连在第一主表面和第二主表面之间的聚合多层反射偏振片；W及具有第一 相对侧面和第一底部的第一底切槽，该第一底切槽延伸穿过第一透明板和聚合多层反射偏 振片，其中第一透明板和第二透明板中的至少一者表现出低双折射。
[0137] 项53为项52所述的光学制品，其中第一透明板和第二透明板都表现出低双折射。
[0138] 项54为项52或项53所述的光学制品，其中第一底部设置于第二透明板内。
[0139] 项55为项52至项54所述的光学制品，其中第一相对侧面相互平行，并且第一底部 垂直于第一相对侧面中的每个侧面。
[0140] 项56为项52至项55所述的光学制品，还包括平行于第一底切槽的第二底切槽，第 二底切槽具有第二相对侧面和第二底部，该第二底部垂直于第一底部取向。
[0141] 项57为项56所述的光学制品，其中第二相对侧面为平行的，并且第二底部垂直于 第二相对侧面中的每个侧面。
[0142] 项58为项56或项57所述的光学制品，其中第二底部与第一底部由较接部而分离， 该较接部包括第二低双折射板的一部分。
[0143] 项59为项52至项58所述的光学制品，其中第一透明板和第二透明板中的至少一者 包括平行于聚合多层反射偏振片的相对主表面。
[0144] 项60为项52至项59所述的光学制品，其中第一透明板和第二透明板中的至少一者 包含热稳定丙締酸。
[0145] 项61为项60所述的光学制品，其中所述热稳定丙締酸的延迟量小于20nm。
[0146] 项62为项52至项61所述的光学制品，还包括垂直于第一底切槽的至少一个侧槽， 该至少一个侧槽具有第Ξ相对侧面和第Ξ底部，第Ξ底部平行于第一底部。
[0147] 项63是根据项62所述的光学制品，其中第一槽、第二槽和两个相邻的侧槽共同限 定偏振分束器的边界。
[0148] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所用的表示特征结构尺寸、量和物 理特性的所有数字应理解为都由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说 明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，运些近似值可根据本领域的技术人 员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
[0149] 本文中引用的所有参考文献及出版物全文W引用方式明确地并入本文中，但能够 与本公开直接冲突的部分除外。虽然本文已经举例说明并描述了具体实施方案，但本领域 的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开的范围的情况下，可用多种另选和/或等同形式 的具体实施来代替所示出的和所描述的具体实施方案。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的 具体实施方案的任何调整或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求书及其等同形式的内容 限制。
【主权项】
1. 一种集成光学部件，包括： 支座，所述支座具有平坦的第一表面和相背对的第二表面，所述相背对的第二表面包 括多个阶梯，所述多个阶梯中的每个阶梯具有踏板和踢板，所述踏板和所述踢板相交以形 成靠近所述平坦的第一表面的铰接部； 偏振分束器(PBS)立方体，所述PBS立方体设置于所述多个阶梯中的每个阶梯上并与所 述支座成一体，所述PBS立方体包括： 第一棱镜，所述第一棱镜具有与所述踢板相邻的第一棱镜表面和与所述阶梯相邻的第 二棱镜表面； 第二棱镜，所述第二棱镜具有与所述第一表面相背对的第三棱镜表面和与所述第二表 面相对的第四棱镜表面;和 反射偏振片，所述反射偏振片设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的对角线曲面 上，所述反射偏振片平行于所述支座的所述平坦的第一表面， 其中所述第一棱镜表面由第一槽与所述踢板分离，并且所述PBS立方体包括正交于所 述踏板和所述踢板的相对的端面。2. 根据权利要求1所述的集成光学部件，其中每个第二棱镜表面由棱镜延伸部与所述 相邻踏板分离。3. 根据权利要求1所述的集成光学部件，还包括设置于所述第一棱镜表面、所述第三棱 镜表面、所述第四棱镜表面和所述端面中的至少一者上的黑色涂层。4. 根据权利要求1所述的集成光学部件，其中所述第三棱镜表面与所述踢板中的凹口 相邻，所述凹口具有平行于所述踏板的第一凹口表面，以及与所述第二棱镜表面相邻并平 行于所述踢板的第二凹口表面。5. -种集成光学部件，包括： 支座，所述支座具有平坦的第一表面和相背对的第二表面，所述相背对的第二表面包 括多个阶梯，所述多个阶梯中的每个阶梯具有踏板和踢板，所述踏板和所述踢板相交以形 成靠近所述平坦的第一表面的铰接部； 多个偏振分束器(PBS)立方体，所述多个PBS立方体与所述支座成一体并在所述多个阶 梯中的每个阶梯上沿直线设置，所述多个PBS立方体中的每个PBS立方体包括： 第一棱镜，所述第一棱镜具有与所述踢板相邻的第一棱镜表面和与所述阶梯相邻的第 二棱镜表面； 第二棱镜，所述第二棱镜具有与所述第一表面相背对的第三棱镜表面和与所述第二表 面相对的第四棱镜表面； 反射偏振片，所述反射偏振片设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的对角线曲面 上，所述反射偏振片平行于所述支座的所述平坦的第一表面;和 相对的端面，每个相对的端面正交于所述反射偏振片， 其中每个第一棱镜表面由第一槽与所述踢板分离，并且第二槽将所述踢板上的相邻 PBS立方体分离。6. 根据权利要求5所述的集成光学部件，其中所述第一棱镜表面是背面黑色涂覆的表 面，所述第二棱镜表面是抛光的光输入表面，所述第三棱镜表面是抛光的输出表面，并且所 述第四棱镜表面包括适用于硅上液晶(LCoS)成像器的抛光光阑。7. -种集成光学部件，包括： 支座，所述支座具有平坦的第一表面和相背对的第二表面，所述相背对的第二表面包 括具有踏板和踢板的阶梯； 多个偏振分束器(PBS)立方体，所述多个PBS立方体与所述支座成一体并在所述阶梯上 沿直线设置，所述多个PBS立方体中的每个PBS立方体包括： 第一棱镜，所述第一棱镜具有与所述踢板相邻的第一棱镜表面和与所述阶梯相邻的第 二棱镜表面； 第二棱镜，所述第二棱镜具有与所述第一表面相背对的第三棱镜表面和与所述第二表 面相对的第四棱镜表面； 反射偏振片，所述反射偏振片设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的对角线曲面 上，所述反射偏振片平行于所述支座的所述平坦的第一表面;和 相对的端面，每个相对的端面正交于所述反射偏振片， 其中每个第一棱镜表面由第一槽与所述踢板分离，并且第二槽将所述踢板上的相邻 PBS立方体分离。8. -种制造光学部件的方法，包括： 将反射偏振片层合在第一聚合板和第二聚合板之间，所述第一聚合板具有第一外表 面，并且所述第二聚合板具有相背对的第二外表面； 在所述第二聚合板中以45度角朝着所述反射偏振片铣削出多个平行的第一槽至第一 底部，每个平行的第一槽将阶梯踢板与偏振分束器(PBS)立方体的第一棱镜表面分离； 铣削出垂直于所述第一槽的多个平行的第二槽，从而形成多个阶梯踏板，所述阶梯踏 板中的每个阶梯踏板与所述第一底部共面并从第一踢板延伸至相邻的第二踢板，其中每个 第二槽将所述踏板上的相邻PBS立方体的端面分离，并且所述踏板和所述踢板的相交部限 定靠近所述第一外表面的第一铰接部； 任选地铣削出多个平行的第三槽，每个第三槽具有第三底部，每个第三槽平行于所述 第一槽，所述平行的第三槽中的每个第三槽垂直于所述对应的阶梯踢板并形成支撑所述 PBS立方体的凸缘，所述第三底部由第二铰接部与所述踏板分离；以及 铣削出平行于所述第一槽的多个凹口，每个凹口具有平行于所述踏板的第一凹口表面 以及平行于所述踢板并延伸到所述踢板中的第二凹口表面，其中所述第一凹口表面包括与 所述踏板相背对的第四棱镜表面，并且所述第二凹口表面包括与所述第一棱镜表面相背对 的第三棱镜表面， 其中所述铣削步骤能够以任意顺序执行。9. 一种光学制品，包括： 具有第一主表面的第一透明板； 具有第二主表面的第二透明板； 附连在所述第一主表面和所述第二主表面之间的聚合多层反射偏振片;和 具有第一相对侧面和第一底部的第一底切槽，所述第一底切槽延伸穿过所述第一透明 板和所述聚合多层反射偏振片， 其中所述第一透明板和所述第二透明板中的至少一者表现出低双折射。10. 根据权利要求9所述的光学制品，还包括平行于所述第一底切槽的第二底切槽，所 述第二底切槽具有第二相对侧面和第二底部，所述第二底部垂直于所述第一底部取向。
【文档编号】G02B27/28GK105829954SQ201480070322
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月11日
【发明人】J·D·勒, A·J·乌德柯克, J·C·卡尔斯, C·T·默里, R·J·弗格森, C·C·巴鲁姆
【申请人】3M创新有限公司