线栅偏振器反射控制的制作方法

背景技术：

1、由于光学透镜常用作眼睛透镜，因此光学透镜的偏振功能需要具有透射性，并且光学透镜的偏振功能通常通过使用拉伸的聚酯或聚乙烯醇(pva)膜来提供，该膜随后添加导电材料，例如碘或合适的有机染料。这种拉伸膜偏振片可以具有高达99.9％的偏振效率。然而，在如此高的效率水平下，光传输却通常降低到接近20％的水平。由于眼科透镜的使用方式，偏振膜材料与透镜本身是一体的。

2、另一种类型的偏振滤光器是线栅偏振器，其通常使用彼此相距很短距离地光刻沉积在基板上的细金属丝。由于较高的热稳定性，线栅偏振器通常用于视频投影系统、医学成像和数码相机。线栅偏振器不太常用于眼镜，因为与其他常用偏振技术相比，其成本相对较高，并且这些金属栅易于将入射光反射回佩戴者的眼睛，造成视觉干扰。因此，线栅偏振器由于成本和不利的反射性能特征，在眼镜制造商中一直不太受欢迎。

3、因此，需要开发一种改进的线栅偏振器，其制造成本较低，并且在光学透镜的背面具有降低的反射率。

技术实现思路

1、本发明描述了一种用于偏振入射光束的线栅偏振器，其包括平行复合线的阵列。在一些实施例中，每个复合线包括涂层堆叠，该涂层堆叠具有涂覆在低折射率金属层上的至少一个高折射率材料层，其中该涂层堆叠配置成将线栅偏振器的背反射降低到6％以下。

2、根据一些实施例，线栅偏振器的高折射率材料层包括约20nm的第一厚度，低折射率金属层包括约27.5nm的第二厚度。在一些实施例中，涂层堆叠包括大约47.5nm的总厚度。根据一些实施例，当涂层堆叠包括约47.5nm的总厚度时，线栅偏振器是具有单面反射控制的偏振镜太阳透镜。

3、根据一些实施例，当包括约27.5nm的第二厚度的低折射率金属层夹在具有约20nm的第一厚度的两个高折射率材料层之间时，线栅偏振器的涂层堆叠包括约67.5nm的总厚度。在一些实施例中，当涂层堆叠包括约67.5nm的总厚度时，线栅偏振器用作双向反射控制器。

4、在一些实施例中，当线栅偏振器为双向反射控制器时，通过将柱宽度提高至总周期宽度，将占空比降低至50％以下，从而增加平行复合线阵列之间的间距。

5、根据一些实施例，线栅偏振器的高折射率材料包括约20nm的厚度，并包括折射率为4.5、消光系数为1.7的锗。在一些实施例中，线栅偏振器的高折射率材料层包括锗层、硅层或包括锗和硅的合金的层。

6、在一些实施例中，本发明的光学透镜包括：线栅偏振器，其具有带表面的基板；平行线阵列，其布置在基板表面上。线栅偏振器的每条线包括具有至少一个高折射率材料层的涂层堆叠。线栅偏振器的涂层堆叠配置成当线栅偏振器嵌入层压件中时，将光学透镜的背反射降低到6％以下。

7、在一些实施例中，当线栅偏振器的涂层堆叠的总厚度约为47.5nm时，光学透镜对观察者来说就像一面有色的镜子，将低于2％的光反射回佩戴者的眼睛。根据一些实施例，当线栅偏振器的玻璃基板包括4％的背面反射时，光学透镜的涂层堆叠配置为将光学透镜的背反射降低到2％。

技术特征：

1.一种用于偏振入射光束的线栅偏振器，包括：

2.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中至少一个高折射率材料层包括第一厚度，以及所述低折射率金属层包括第二厚度。

3.根据权利要求2所述的线栅偏振器，其中，当至少一种高折射率材料包括约20nm的第一厚度并且所述低折射率金属层包括约27.5nm的第二厚度时，所述涂层堆叠包括约47.5nm的总厚度。

4.根据权利要求3所述的线栅偏振器，其中，当所述涂层堆叠包括约47.5nm的总厚度时，所述线栅偏振器是偏振镜太阳透镜，所述偏振镜太阳透镜具有单面反射控制。

5.根据权利要求2所述的线栅偏振器，其中，当包括约27.5nm的第二厚度的低折射率金属层夹在具有约20nm的第一厚度的两个高折射率材料层之间时，所述涂层堆叠包括约67.5nm的总厚度。

6.根据权利要求5所述的线栅偏振器，其中，当所述涂层堆叠包括约67.5nm的总厚度时，所述线栅偏振器是双向反射控制器。

7.根据权利要求6所述的线栅偏振器，其中，当所述线栅偏振器是双向反射控制器时，所述平行的复合线之间的间距通过减小占空比而增大。

8.根据权利要求7所述的线栅偏振器，其中，当所述线栅偏振器是双向反射控制器时，通过将占空比降低到38％以下，平行的复合线之间的间距增加。

9.根据权利要求2所述的线栅偏振器，其中包括约20nm的第一厚度的至少一种高折射率材料是锗。

10.根据权利要求2所述的线栅偏振器，其中包括约27.5nm的第二厚度的低折射率金属层是铝。

11.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中至少一个高折射率材料层的折射率大于3。

12.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中至少一个高折射率材料层的消光系数大于0.2。

13.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中，至少一个高折射率材料层包括锗层、硅层或包含锗和硅的合金的层。

14.根据权利要求3所述的线栅偏振器，其中在400nm-800nm波长的入射光范围内，所述偏振器的透射率约为1.5％。

15.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中所述线栅偏振器的偏振效率大于90％，优选大于95％。

16.一种光学透镜，包括：

17.根据权利要求16所述的光学透镜，其中光学透镜的线栅偏振器包括玻璃基板。

18.根据权利要求16所述的光学透镜，其中所述光学透镜的线栅偏振器嵌入包括聚氨酯粘合剂、聚氨酯粘合剂或聚碳酸酯的层压件中。

19.根据权利要求16所述的光学透镜，其中所述线栅偏振器的涂层堆叠包括至少一个高折射率材料层，所述高折射率材料层是具有第一厚度的锗层，以及所述线栅偏振器的涂层堆叠包括具有第二厚度的铝层。

20.根据权利要求19所述的光学透镜，其中所述线栅偏振器的涂层堆叠包括至少一个具有约20nm的第一厚度的高折射率的锗层和具有约27.5nm的第二厚度的铝层。

21.根据权利要求19所述的光学透镜，其中，当至少一个高折射率的锗层包括约20nm的第一厚度且所述铝层包括约27.5nm的第二厚度时，所述线栅偏振器的涂层堆叠包括约47.5nm的总厚度。

22.根据权利要求21所述的光学透镜，其中当所述线栅偏振器的涂层堆叠包括约47.5nm的总厚度时，所述光学透镜对于观察者呈现为有色的镜子，并将低于2％的光反射回佩戴者的眼睛。

23.根据权利要求17所述的光学透镜，其中，当线栅偏振器的玻璃基板包括4％的背面反射时，光学透镜的线栅偏振器的涂层堆叠配置为将光学透镜的背反射降低到2％。

24.一种光学制品，包括：

25.根据权利要求24所述的光学透镜，其中，当所述线栅偏振器嵌入层压件中时，所述光学制品的反射率降低四倍以上。

26.根据权利要求24所述的光学制品，其中嵌入线栅偏振器的层压件包括聚氨酯粘合剂或聚碳酸酯。

27.根据权利要求24所述的光学制品，其中所述线栅偏振器的涂层堆叠包括至少一个高折射率材料层，所述高折射率材料层是锗。

28.根据权利要求27所述的光学制品，其中，与具有包含铝的低折射率材料层的栅的线栅偏振器的另一光学制品相比，具有包含锗的线栅偏振器的光学制品的反射率降低四倍以上。

29.根据权利要求24所述的光学制品，其中透镜的偏振效率大于90％，优选大于95％。

30.根据权利要求24所述的光学制品，其中所述线栅偏振器的透射率在400nm-800nm波长范围的入射光下为约1.5％。

技术总结
线栅偏振器包括复合线的平行栅，其中每个栅包括涂层堆叠，该涂层堆叠具有涂覆在铝层上的至少一种高折射率材料。包含至少一种高折射率材料的涂层堆叠将线栅偏振器的反射率从40％‑50％降低到5％‑10％。高折射率材料的可能候选材料包括折射率大于3和消光系数大于0.2的Ge、Si和这些材料的合金。

技术研发人员：J·布朗,J·穆利甘,M·马歇尔,M·S·布林努,S·戈贝尔
受保护的技术使用者：豪雅光学实验室（美国）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12