广角宽带偏振分束器的制造方法

广角宽带偏振分束器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种分束器，其包含：第一棱镜，其包含输入面、输出面及倾斜面；及第二棱镜，其包含输出面及倾斜面，所述第二棱镜的所述倾斜面耦合到所述第一棱镜的所述倾斜面。偏振涂层夹在所述第一棱镜的所述倾斜面与所述第二棱镜的所述倾斜面之间，且线性偏振器耦合到所述第一棱镜的所述输出面及所述第二棱镜的所述输出面中的至少一者。
【专利说明】广角宽带偏振分束器

【技术领域】
[0001]本发明大体来说涉及分束器，且特定来说(但非排他地)涉及一种由低折射率材料制成的广角宽带偏振分束器。

【背景技术】
[0002]分束器是存在于许多类型的光学装置中的光学组件。顾名思义，分束器将输入光束分离成两个或两个以上输出光束。偏振分束器(PBS)是可基于偏振而将输入光束分离成两个或两个以上输出光束以使得每一输出光束具有不同偏振的特定类型的分束器。举例来说，PBS可接收具有经P偏振光及经s偏振光两者的输入光束并将其分离成两个单独输出光束-一者经P偏振，另一者经S偏振。在已经P偏振或S偏振的输入光束的情况下，PBS也可用以选择性地使经偏振输入光束通过或将其反射。在许多现有PBS中，输出光束具有低对比度一也就是说，在每一输出光束中，非所要偏振对所要偏振的比率高于所要比率。换句话说，低对比度意指输出光束具有过少的所要偏振。
[0003]虽然存在高对比度PBS，但其遭受数个缺点。高对比度PBS必须由具有极高折射率(例如，大于1.7)的光学材料制成；在一个实例中，可使用具有1.78的折射率的SFll玻璃。但例如SFll的高折射率材料为昂贵的且由于密度与折射率成比例而为沉重的，这意味着所得分束器以及使用这些分束器的光学装置也为昂贵且沉重的。此外，存在很少可用以连结以良好接合强度构成PBS的高折射率材料的折射率匹配光学粘合剂，这意味着难以制造坚固且耐久的高对比度PBS。最后，现有高对比度PBS是针对跨越一波长带的仅极窄入射角而优化的。举例来说，在一些PBS中，高对比度输出(例如，小于0.5%的非所要偏振)仅跨越从450mm到650mm的波长带针对窄入射角范围(小于1° )是可能的。许多高对比度PBS还展现角度相依分离，这导致跨越输出的视野的色彩不均匀性。

【专利附图】

【附图说明】
[0004]参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。除非另有说明，否则各图并非按比例绘制。
[0005]图1是分束器的实施例的横截面图。
[0006]图2A是可用于例如图1中所展示的分束器的分束器中的偏振涂层的实施例的横截面图。
[0007]图2B是例如图2A中所展示的偏振涂层的偏振涂层的实施例的细节表。
[0008]图3A到3B是图1中所展示的分束器的实施例的操作的实施例的横截面图。
[0009]图3C是图解说明图1中所展示的分束器的操作的实施例的曲线图。
[0010]图4是分束器的另一实施例的横截面图。
[0011]图5是分束器的另一实施例的横截面图。
[0012]图6是分束器的另一实施例的横截面图。
[0013]图7A到7F是用于制造图1中所展示的分束器的实施例的工艺的实施例的横截面图。
[0014]图8是使用图1及4的分束器实施例的抬头显示器的实施例的横截面图。
[0015]图9是抬头显示器的实施例的俯视横截面图。

【具体实施方式】
[0016]本发明描述用于由低折射率玻璃制成的广角宽带分束器的设备、系统及方法的实施例。描述众多特定细节以提供对所述实施例的透彻理解，但相关领域的技术人员将认识至IJ，可在无所述特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践本发明。在一些实例中，虽然并未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，但尽管如此其仍囊括于本发明的范围内。
[0017]在本说明书通篇中所提及的“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于至少一个所描述的实施例中。因此，本说明书中出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必全部指代同一实施例。此外，在一或多个实施例中可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
[0018]图1图解说明偏振分束器(PBS) 100的实施例。PBS 100为具有正方形横截面的体积形状且包含稱合到第二棱镜110的第一棱镜102。第一棱镜102具有输入面104、输出面106及倾斜面108，而第二棱镜110具有面112、输出面114及倾斜面116。偏振涂层118夹在第一棱镜102的倾斜面108与第二棱镜110的倾斜面116之间。线性偏振器120耦合到第一棱镜102的输出面106，且偏振涂层122耦合到第二棱镜110的输出面114。
[0019]在所图解说明的实施例中，第一棱镜102及第二棱镜110具有呈90/45/45等腰直角三角形(其中对向直角的棱镜面长度相等且三角形的三个角为实质上90度、45度及45度)的形状的横截面，但在其它实施例中，可使用例如90/60/30的其它直角三角形配置。其它实施例也可使用非直角三角形的三角形，且又一些实施例可使用除三角形之外的横截面形状。
[0020]在一个实施例中，第一棱镜102及第二棱镜110可由在550nm的波长下具有1.52的折射率的低折射率玻璃(例如BK7)制成，但在其它玻璃实施例中，可使用其它类型的玻璃。在另一实施例中，第一棱镜102及第二棱镜110可由塑料材料制成。可使用的塑料材料的实例包含聚碳酸酯、光学级丙烯酸、Zeonex-E48R及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在所图解说明的实施例中，第一棱镜102及第二棱镜110由相同材料制成，但在其它实施例中其无需如此，只要其折射率在所关注波长范围中可匹配即可。第一棱镜102使用放置于偏振涂层118与倾斜面116之间的折射率匹配光学粘合剂耦合到第二棱镜110，以使得偏振涂层118夹在倾斜面108与倾斜面116之间。在特定实施例中所使用的确切光学粘合剂将取决于所述实施例中制成棱镜的材料。
[0021]偏振涂层118形成于第一棱镜102的倾斜面108上。在一个实施例中,偏振层118为经设计以在宽波带(即，波长带，举例来说，在一个实施例中，450nm到650nm，但其它实施例可使用不同波长范围)内及在比当前可得的范围宽的入射角Θ范围(在一个实施例中，45° +/-8°，但其它实施例可具有不同角度范围)内产生高对比度偏振分离的多层涂层。在其它实施例中，代替偏振涂层118，可使用其它类型的偏振器，例如线栅偏振器或基于例如购自明尼苏达州明尼亚波利(Minneapolis, Minnesota)的3M公司的APF膜的双折射材料层的市售线性偏振器。下文结合图2A到2B来论述多层偏振涂层118的实施例的细节。
[0022]线性偏振器120耦合到第一棱镜102的输出面106，且经定向以使所要偏振通过同时滤除非所要偏振；在其中PBS 100为s反射P通过分束器的实施例中，线性偏振器120将经定向以使经s偏振光通过同时滤除经P偏振光。线性偏振器122类似地耦合到第二棱镜110的输出面114且经定向以使所要偏振通过同时滤除非所要偏振；在s反射P通过分束器中，线性偏振器122将经定向以使经P偏振光通过同时滤除经s偏振光。在一个实施例中，线性偏振器120及线性偏振器122可为相同材料的线性偏振器，但可经不同定向以滤除不同偏振。举例来说，在一个实施例中，第一线性偏振器120及第二线性偏振器122可为线性偏振涂层，例如由日本的三立(Sanritz)公司制成的线性偏振涂层。然而，在其它实施例中，线性偏振器120可为不同于线性偏振器122的材料。可使用光学粘合剂将线性偏振器120及122耦合到其相应的输出面。
[0023]图2A到2B图解说明偏振涂层118的实施例。偏振层118为经设计以在比当前可得的范围宽的入射角Θ范围内产生经P偏振光的波长独立透射及经s偏振光的波长独立反射的多层涂层。因此，偏振分束器的效率(经S偏振光的反射与经P偏振光的透射的乘积)跨越针对所要入射角Θ的波带为实质上平坦的。通过将经分离光束中的高偏振对比度及偏振分束器效率折衷来实现此性能。通过使用高消光线性偏振器来使反射或透射中的主导偏振通过来恢复高对比度。也就是说，偏振涂层118经设计而以充足偏振对比度分离入射光束，但在一些实施例中，在较高入射角Θ下，可容许分离时的次于最优的偏振对比度，这是因为当经分离(经透射及经反射)光束通过其相应线性偏振器时可恢复实质量的对比度。折衷的净效应是PBS 100在宽波长带(在一个实施例中，450nm到650nm，但其它实施例可使用不同波长范围)内及在比当前可得的范围宽的入射角Θ范围(在一个实施例中，高达45° +/-8°，但其它实施例可具有不同角度范围)内提供均匀高对比度偏振光束分离。
[0024]偏振涂层118具有总体厚度Λ且包含第一材料的N个层202及第二材料的M个层204。第一材料的每一层202具有厚度δ，而第二材料的每一层204具有厚度ε ;因此，层202-1具有厚度δ I且层204-1具有厚度ε 1，层202-2具有厚度δ 2且层204-2具有厚度ε 2，等等。在一个实施例中，第一材料的所有层202可具有相同厚度δ且第二材料的所有层204可具有相同厚度ε，但在其它实施例中，不同层202可具有不同厚度，不同层204也可具有不同厚度。最后，第一材料的层202的厚度δ可(但无需)与第二材料的层204的厚度ε相同。
[0025]在所图解说明的实施例中，每一材料的层的数目相等(N = Μ)，但在其它实施例中，每一材料的层的数目无需相等，以使得N无需等于Μ。此外，在所图解说明的实施例中，层202及层204规则交替，但在其它实施例中，其它层布置为可能的，包含其中不同材料层不规则交替的布置或其中不同材料层在偏振涂层的仅部分中规则或不规则交替的布置。
[0026]在一个实施例中，第一材料可为氧化硅(标称地Si02)，而第二材料可为氧化钽(标称地Ta205)，但在其它实施例中可使用其它材料，举例来说，氧化锆(标称地Zr02)。虽然所图解说明的实施例使用两种不同材料，但其它实施例可使用更大或更小数目种不同材料，包含此处未列示的材料。
[0027]图2B是图解说明包含氧化硅及氧化锆的交替层的偏振层118的实施例的构造的表。所述表中所描述的实施例具有37个层及3513.04nm或大约3.5微米的总体厚度Λ。Zr02层的数目大于Si02层的数目以使得Ν#Μ，且不同Zr02层具有不同厚度δ而不同Si02层具有不同厚度ε。
[0028]图3Α到3Β图解说明PBS 100的操作的实施例。在一个实施例中，PBS 100可为s反射P通过分束器，此意味着其反射经s偏振光但透射经P偏振光(使其通过)。在另一实施例中，PBS 100可为s通过P反射分束器,此意味着其透射经s偏振光(使其通过)但反射经P偏振光。所图解说明的光学路径是针对s反射P通过PBS，但s通过P反射PBS中的光学路径将为类似的，其中调换经P偏振光束与经s偏振光束。
[0029]在操作中，具有P偏振及s偏振两者的光束302以相对于PBS 100的输入面104的法线的入射角Θ入射于输入面104上。在遇到输入面104后，光射线302即刻根据斯涅耳定律折射且朝向偏振涂层118经引导穿过第一棱镜102，光射线302将以入射角β入射于偏振涂层118上。在遇到偏振涂层118后，光束302即刻分离成两个单独光束:经s偏振光束304及经P偏振光束306。在一些实施例中，在较高入射角Θ下，可容许经s偏振光束304及经P偏振光束306中的次于最优的偏振对比度，这是因为当这些光束通过其相应线性偏振器时可恢复实质量的对比度。
[0030]经s偏振光束304由偏振涂层118朝向输出面106反射穿过第一棱镜102。在遇到输出面106后，经s偏振光束304即刻经折射以使得其以使得其实质上平行于输入光束302的角Θ射出输出面106。在射出输出面106后，经s偏振光束304即刻由线性偏振器120过滤以从光束移除P偏振，这意味着光束以实质上较高对比度从PBS 100显现。可容许在偏振涂层118处的分离之后在一波带内针对高入射角Θ经s偏振光束304中的次于最优的偏振对比度的折衷，这是因为在线性偏振器120处可恢复实质量的对比度。净结果是在射出线性偏振器120后，经s偏振光束304在宽波长带(在一个实施例中，450nm到650nm，但其它实施例可使用不同波长范围)内及在较宽入射角Θ范围(在一个实施例中，绕光学轴高达45° +/-8°，但其它实施例可具有不同角度范围)内具有高对比度。
[0031]在于偏振涂层118处从输入光束302分开后，经P偏振光束306透射穿过偏振涂层118及第二棱镜110直到其到达输出面114为止，光束在输出面114处经折射以使得其以使得其实质上平行于输入光束302的角Θ从输出面114射出。在射出输出面114后，经P偏振光束306由线性偏振器122过滤以移除s偏振，这意味着经P偏振光束306以实质上较高对比度从PBS 100显现。可容许在偏振涂层118处的分离后在一波带内针对高入射角Θ经P偏振光束306中的次于最优的偏振对比度的折衷，这是因为在线性偏振器122处可恢复实质量的对比度。净结果是在射出线性偏振器122后，经P偏振光束306在宽波长带(在一个实施例中，450nm到650nm，但其它实施例可使用不同波长范围)内及在较宽入射角Θ范围(在一个实施例中，高达45° +/-8°，但其它实施例可具有不同角度范围)内具有高对比度。图3B图解说明针对其中入射角Θ为实质上零的特殊情况的光束的光学路径。
[0032]图3C展示偏振分束器100的效率(经s偏振光的反射与经P偏振光的透射的乘积)。所述效率针对在37°到53°的范围中的入射角Θ在所要波带(在此实施例中，450nm至IJ 650nm，但其它实施例可使用不同波带)内为实质上平坦的。为了增加性能(高对比度以及波带内的实质上平坦效率)的角度范围，可进一步将偏振光束效率折衷，同时维持折衷的偏振对比度且借助使用线性偏振器来恢复偏振对比度。
[0033]由于其操作，PBS 100在实质上较大的入射角Θ范围下及在一波长范围内提供透射及反射两者中的色彩独立高对比度输出。举例来说，在一个实施例中，PBS 100可在一个实施例中高达45° +/-8°的入射角Θ下在450nm到650nm的波长范围内提供小于0.1%的非所要偏振的色彩独立输出对比度，但其它实施例可具有不同角度范围及/或不同波长范围。由于PBS 100由低折射率材料(例如，在一个玻璃实施例中，BK7)制造，因此许多折射率匹配光学粘合剂是可用的且可廉价且容易地制造坚固耐久的PBS 100。此外，低折射率玻璃及塑料材料比高折射率材料(如SF11)轻数倍，这意味着其产生较轻PBS且减轻其中使用所述PBS的任何装置。PBS 100也不遭受由于在角度上可变的分离所致的色彩失真。
[0034]图4图解说明PBS 400的另一实施例。PBS 400在大多数方面类似于PBS 100。PBS400与PBS 100之间的主要差异在于PBS 400省略了线性偏振器120且仅具有线性偏振器122。在其中PBS 500为P通过s反射PBS的实施例中，PBS 400在其中仅在经p偏振输出中需要高对比度的应用中可为有用的。
[0035]图5图解说明PBS 500的另一实施例。PBS 500在大多数方面类似于PBS 100。PBS500与PBS 100之间的主要差异在于PBS 500省略了线性偏振器122且仅具有线性偏振器120。在其中PBS 500为P通过s反射PBS的实施例中，PBS 500在其中仅在经s偏振输出中需要高对比度的应用中可为有用的。
[0036]图6图解说明PBS 600的另一实施例。PBS 600与PBS 100共有许多特征。PBS600与PBS 100之间的主要差异在于PBS 600在其面中的一或多者上包含抗反射涂层。在所图解说明的实施例中，抗反射涂层602形成于输入面104上，抗反射涂层604形成于输出面106上，抗反射涂层606形成于面112上且抗反射涂层608形成于输出面114上。在抗反射涂层604及608的特定情况中，抗反射涂层夹在相应输出面与线性偏振器之间。虽然所图解说明的实施例在所有面上展示了抗反射膜，但其它实施例可在少于所有面上包含抗反射涂层且又一些实施例可根本不包含抗反射涂层。
[0037]图7A到7F图解说明用于组装PBS 100的工艺的实施例，但针对其它所揭示的PBS，组装工艺将为类似的。所述工艺在图7A处开始，其中第一棱镜102具有倾斜面108。在图7B中，在倾斜面108上形成偏振涂层118，且在图7C中，通过使用折射率匹配光学粘合剂将倾斜面116耦合到偏振涂层118而将第二棱镜110耦合到第一棱镜102，以使得偏振涂层118夹在倾斜面108与倾斜面116之间。在图7D中，使用光学粘合剂将线性偏振器120附着到输出面106，且在图7E中，也使用光学粘合剂将线性偏振器122附着到输出面114。图7F图解说明工艺的结束，其为完成的PBS 100。
[0038]图8是图解说明包含耦入PBS 805及耦出PBS 810的抬头显示器800的横截面图。耦入PBS 805可使用图5中所图解说明的PBS 500的实施例来实施且耦出PBS 810可使用图1中所图解说明的PBS 100的实施例来实施。抬头显示器800的所图解说明的实施例包含耦入PBS 805、照明源815、显示面板820及目镜825。目镜825的所图解说明的实施例包含波导830、耦出PBS 810、半波板延迟器835、四分之一波板延迟器840及端反射器845。
[0039]照明源815产生用以照明显示面板820的灯光，显示面板820将图像数据模块化到灯光上以产生图像光或计算机产生图像光。由照明源815产生的灯光发射到耦入PBS805中。在一个实施例中，耦入PBS 805为P通过s反射PBS。由照明源815发射的光可为经预偏振(例如，经P偏振)光或未经偏振光。在任一情况中，经P偏振分量通过稱入PBS 805以照明显示面板820而任何其余经s偏振部分中的大多数往回反射(例如，朝向图8中的左侧)。
[0040]显示面板820(例如，硅上液晶面板、数字微镜显示器等)经由反射式像素阵列的选择性反射将图像数据赋予到灯光上。在使用LCOS面板的实施例中，显示面板820的反射使入射灯光的偏振旋转达90度。在入射灯光的反射后，图像光(其已经偏振旋转达90度以成为(举例来说)经s偏振)即刻穿过成像表面855往回引导到耦入PBS 805中。现在为经s偏振的图像光由耦入PBS 805反射且进入到波导830中。
[0041]图像光沿着正向传播路径朝向耦出PBS 810而顺着波导830往下传播。波导830的长度可基于普通成人的太阳穴-眼睛分离来选择且使得端反射器845的焦平面与对应于显示面板820的发射孔口的成像表面855实质上重合。为了实现与显示面板820的发射孔口的焦平面对准，波导830的长度及端反射器845的曲率半径两者可彼此结合地来选择。
[0042]在所图解说明的实施例中，波导830包含在图像光的正向传播路径内的半波板延迟器835。半波板延迟器835使图像光的偏振旋转达90度(例如，其将经s偏振光往回转换成经P偏振光)。
[0043]在所图解说明的实施例中，耦出PBS 810将使沿着正向传播路径传播的图像光传递到四分之一波板延迟器840。在通过四分之一波板延迟器840后，图像光沿着反向传播路径往回朝向耦出PBS 810反射回去。因此，图像光在其两次通过四分之一波板延迟器840期间经偏振旋转总共90度且到其射到反向传播路径上的耦出PBS 810内的多层偏振涂层时经s偏振。
[0044]在一个实施例中，端反射器845既反射图像光又使图像光准直以使得使沿着反向传播路径行进的图像光实质上准直。使图像光准直(或接近准直)有助于使图像聚焦以用于近眼式配置(例如，放置于距眼睛1cm内且通常距眼睛不足5cm内的目镜825)。朝向用户的眼睛890将图像光引导出朝眼侧880。
[0045]耦出PBS 810对通过外部场景侧885接收的外部光部分地透明，这是因为其使一个线性偏振分量通过。在一个实施例中，抬头显示器800促进其中图像光叠加于外部场景光上的扩增实境(AR)。在另一实施例中，目镜825可实质上不透明或选择性不透明，这促进使用户沉浸于由图像光显示的虚拟环境中或提供较大图像对比度的虚拟实境(VR)。
[0046]图9图解说明实施为其中眼镜镜片充当光导的一副眼镜的抬头显示器900的实施例。抬头显示器900包含一对目镜901，目镜901中的每一者可为例如抬头显示器700的抬头显示器。目镜901安装到包含鼻梁905、左耳臂910及右耳臂915的框架组合件。虽然所述图图解说明双目式实施例(两个目镜)，但还可将抬头显示器900实施为单目式(一个目镜)实施例。
[0047]目镜901紧固到可佩戴于用户的头部上的眼镜布置中。左耳臂910及右耳臂915搁置于用户的耳朵上，而鼻组合件905搁置于用户的鼻子上。所述框架组合件经成形及定大小以将耦出PBS定位于用户的对应眼睛920的前方。当然，可使用具有其它形状的其它框架组合件(例如，具有耳臂及鼻梁支撑件的护目镜、单一连续头戴式耳机部件、头带或泳镜型眼镜等)
[0048]包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实施例的以上描述并非打算为穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例及实例，但如相关领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种等效修改。可根据以上详细描述对本发明做出这些修改。
[0049]所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 通过偏振分束器PBS的输入面接收光，其中所述光在选定波带中且以一入射角入射于所述输入面上； 将所述所接收光分离成具有实质上第一偏振的第一光束及具有实质上第二偏振的第二光束，其中分离所述所接收光包括将所述第一光束及所述第二光束中的高偏振对比度以及偏振分束器效率折衷以换取在所述波带内针对所述入射角的增加的范围的实质上平坦效率； 将所述第一光束引导到所述PBS的第一输出面且将所述第二光束引导到所述PBS的第二输出面 '及 在所述两个光束中的至少一者通过定位于所述第一输出面及所述第二输出面中的一者或两者上的线性偏振器时，恢复所述至少一者中在分离时折衷的偏振对比度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述第一光束过滤具有所述第二偏振的光包括:引导所述第一光束穿过耦合到所述第一输出面且经定向以仅使所述第一偏振通过的偏振膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括:在所述第二输出面处从所述第二光束过滤具有所述第一偏振的光。
4.根据权利要求3所述的方法，其中从所述第二光束过滤具有所述第一偏振的光包括:引导所述第二光束穿过耦合到所述第二输出面且经定向以仅使所述第二偏振通过的偏振膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一偏振为s偏振且所述第二偏振为P偏振。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述偏振分束器包括: 第一棱镜，其包含所述输入面、所述第一输出面及倾斜面； 第二棱镜，其包含所述第二输出面及倾斜面，所述第二棱镜的所述倾斜面耦合到所述第一棱镜的所述倾斜面； 偏振涂层，其夹在所述第一棱镜的所述倾斜面与所述第二棱镜的所述倾斜面之间；及 线性偏振器，其耦合到所述第一棱镜的所述输出面及所述第二棱镜的所述输出面中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏振涂层为包括多个层的多层涂层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个涂覆层包含至少两个不同涂层的层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少两个不同涂层包括选自由以下各项组成的群组的至少两个涂层:氧化硅、氧化钽及氧化锆。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括:使用所述输入面、所述第一输出面及所述第二输出面中的至少一者上的抗反射涂层来减少或消除反射。
11.一种分束器，其包括: 第一棱镜，其包含输入面、输出面及倾斜面； 第二棱镜，其包含输出面及倾斜面，所述第二棱镜的所述倾斜面耦合到所述第一棱镜的所述倾斜面； 偏振涂层，其夹在所述第一棱镜的所述倾斜面与所述第二棱镜的所述倾斜面之间；及 线性偏振器，其耦合到所述第一棱镜的所述输出面及所述第二棱镜的所述输出面中的至少一者； 其中通过所述输入面在选定波带中接收且以一入射角入射于所述输入面上的光通过所述偏振涂层而分离成两个光束，以使得将所述两个光束中的高偏振对比度及偏振分束器效率折衷以换取在所述波带内针对所述入射角的增加的范围的实质上平坦效率，且使得在所述两个光束中的至少一者通过所述线性偏振器时恢复所述至少一者中在分离时折衷的对比度。
12.根据权利要求11所述的分束器，其中耦合到所述第一棱镜的所述输出面的所述线性偏振器经定向以使经s偏振光通过且耦合到所述第二棱镜的所述输出面的所述线性偏振器经定向以使经P偏振光通过。
13.根据权利要求11所述的分束器，其中耦合到所述第一棱镜的所述输出面的所述线性偏振器具有与耦合到所述第二棱镜的所述输出面的所述线性偏振器相同的材料。
14.根据权利要求11所述的分束器，其中所述偏振涂层为包括多个涂覆层的多层涂层。
15.根据权利要求14所述的分束器，其中所述多个涂覆层包含至少两个不同涂层的层。
16.根据权利要求15所述的分束器，其中所述至少两个不同涂层包括选自由以下各项组成的群组的至少两个涂层:氧化硅、氧化钽及氧化锆。
17.根据权利要求11所述的分束器，其中所述第一棱镜及所述第二棱镜由玻璃形成。
18.根据权利要求11所述的分束器，其中所述第一棱镜及所述第二棱镜由塑料形成。
19.根据权利要求11所述的分束器，其中所述第一棱镜的至少所述输入面涂覆有抗反射涂层。
20.一种抬头显示器，其包括: 第一偏振分束器PBS,其包含: 第一棱镜，其包含输入面、输出面及倾斜面， 第二棱镜，其包含输出面及倾斜面，所述第二棱镜的所述倾斜面耦合到所述第一棱镜的所述倾斜面， 偏振涂层，其夹在所述第一棱镜的所述倾斜面与所述第二棱镜的所述倾斜面之间，及线性偏振器，其耦合到所述第一棱镜的所述输出面及所述第二棱镜的所述输出面中的至少一者， 其中通过所述输入面在选定波带中接收且以一入射角入射于所述输入面上的光通过所述偏振涂层而分离成两个光束，以使得将所述两个光束中的高偏振对比度及偏振分束器效率折衷以换取在所述波带内针对所述入射角的增加的范围的实质上平坦效率，且使得在所述两个光束中的至少一者通过所述线性偏振器时恢复所述至少一者中在分离时折衷的对比度； 显示器，其光学耦合到所述第一 PBS，其中所述显示器可将图像光引导到所述第一PBS ;及 目镜，其光学耦合到所述第一 PBS以接收所述图像光且当用户佩戴所述抬头显示器时将所述图像光递送到眼睛。
21.根据权利要求20所述的抬头显示器，其中所述目镜包括: 波导，其耦合到所述第一 PBS以接收从所述第一 PBS进入到所述波导中的所述图像光且沿着所述波导内的正向光学路径传递所述图像光； 耦出分束器，其光学耦合到所述第一 PBS且定位于所述波导的与所述第一 PBS相对的端处；及 端反射器，其经定位以使所述图像光沿着反向光学路径朝向所述耦出分束器往回反射，其中所述图像光的至少第一部分沿着所述正向光学路径通过所述耦出分束器且至少第二部分沿着所述反向光学路径被重新引导出所述目镜。
22.根据权利要求21所述的抬头显示器，其中所述目镜进一步包括: 半波板延迟器，其定位于所述正向光学路径中在所述第一 PBS与所述耦出分束器之间；及 四分之一波板延迟器，其定位于所述正向及反向光学路径中在所述耦出分束器与所述端反射器之间。
23.根据权利要求22所述的抬头显示器，所述耦出分束器包括第二PBS，所述第二 PBS包含: 第一棱镜，其包含输入面、输出面及倾斜面； 第二棱镜，其包含输出面及倾斜面，所述第二棱镜的所述倾斜面耦合到所述第一棱镜的所述倾斜面； 偏振涂层，其夹在所述第一棱镜的所述倾斜面与所述第二棱镜的所述倾斜面之间；及 线性偏振器，其耦合到所述第一棱镜的所述输出面及所述第二棱镜的所述输出面中的至少一者。
24.根据权利要求20所述的抬头显示器，其中所述耦出分束器包括非偏振分束器。
25.根据权利要求20所述的抬头显示器，其中所述显示器包括: 照明源，其用以产生灯光，安装到所述第一 PBS ;及 显示面板，其用以将图像调制到所述灯光上以产生所述图像光，所述显示面板安装到所述第一 PBS。
【文档编号】G02B5/30GK104204866SQ201380014701
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】安诺亚吉·库皮塔 申请人:谷歌公司