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_2

文档序号:8947370阅读:来源:国知局
振非成像光118入射到成像器108上的情 况下,P偏振成像光122从成像器108朝向PBS104反射回。然而,从成像器102反射的光 114为第一偏振状态(如,s偏振)并因此由PBS104朝向观看者或观看屏幕130反射,从成 像器108反射出的光(如,光122)为第二偏振状态(如,p偏振)并因此通过PBS104朝向 观看者或观看屏幕130传输。如从图1可见,两个成像器位于PBS104的不同侧,使得PBS 在第一面126处接收得自第一成像器102的成像光114,并且在不同于第一面的第二面124 处接收得自第二成像器108的成像光122。
[0020] -旦成像光116和可能的光122离开PBS104,其便被导向观看者或观看屏幕130。 为了将光完全地导向至观看者并适当地缩放图像,光可以通过投影透镜128或一些类型的 投影透镜系统。虽然仅示出了单个元件投影透镜128,但偏振转换系统100可以按需要包括 附加的成像光学器件。例如,投影透镜128可事实上为多个透镜,例如共同拥有和转让的美 国专利No. 7, 901,083的透镜组250。注意,在未使用可选成像器108的情况下,输入光112 可预偏振以具有与光束120相同的偏振状态。这可例如通过使用偏振转换系统(PCS),添加 反射或吸收线性偏振片或其它用于增强输入光流112的偏振纯度的此类装置来实现。此类 技术可改善系统的总体效率。
[0021] PBS104可包括除反射偏振片106之外的其它元件。例如,图1示出了还包括第一 覆盖件132和第二覆盖件134的PBS104。反射偏振片106定位在第一覆盖件132和第二覆 盖件134之间,使得它不仅受到覆盖件的保护,还通过覆盖件适当地定位。第一覆盖件132 和第二覆盖件134可由本领域中已知的任何适当材料制成,例如玻璃、塑料或可能的其它 适当材料。应当理解,附加的材料和构造可应用于例如PBS的面或邻近反射偏振片并与其 基本上共延。此类其它材料或构造可包括附加的偏振片、二向色滤光片/反射器、延迟板、 防反射涂层、模塑和/或粘合至覆盖件表面的透镜等。
[0022] 投影或偏振子系统从不同成像器射出光,其中为不同偏振的成像光尤其可用作例 如美国专利No. 7, 690, 796 (Bin等人)中所述的三维成像投影仪的一部分。使用基于两个 成像器系统的PBS的不同优势在于无需时间定序或偏振定序。这意味着两个成像器将始终 运行,从而有效地加倍投影仪的光输出。如所讨论,反射偏振片106平坦是高度重要的,使 得从偏振片反射出的成像光116不失真并具有高有效分辨率。平坦度可通过标准粗糙度参 数Ra(表面与均值的竖直偏差的绝对值的平均)、Rq(表面与均值的竖直偏差的均方根平 均)和Rz (每个取样长度中最高峰和最低谷之间的平均距离)来量化。具体地,反射偏振 片优选具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于SOnm的表面粗糙度Rq,并且更优选地具有小 于40nm的表面粗糙度Ra或小于70nm的表面粗糙度Rq,并且甚至更优选具有小于35nm的 表面粗糙度Ra或小于55nm的表面粗糙度Rq。测量膜的表面粗糙度或平坦度的一种示例性 方法在下面的实例部分中提供。
[0023] 在另一个方面,本说明书涉及一种偏振分束器。一个此类偏振分束器200示于图2 中。偏振分束器200包括定位在第一覆盖件232和第二覆盖件234之间的反射偏振片206。 与图1的反射偏振片106-样,图2的反射偏振片206为多层光学膜,例如上文所述的那些。 偏振分束器200能够朝向观看者或表面230反射成像光216。导向观看者或表面的成像光 216的有效像素分辨率小于12微米,并且可能小于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。
[0024] 与图1的覆盖件一样,PBS200的第一覆盖件232和第二覆盖件234可由任何数量 的本领域中所用的适当材料制成,例如玻璃或光学塑料等等。此外,第一覆盖件232和第二 覆盖件234可各自通过多种不同的方式附接到反射偏振片206。例如,在一个实施例中,第 一覆盖件232可使用压敏粘合剂层240附接到反射偏振片206。合适的压敏粘合剂为3M? 光学透明粘合剂8141 (购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St. Paul, MN))。 类似地,第二覆盖件234可使用压敏粘合剂层242附接到反射偏振片。在其它实施例中,第 一和第二覆盖件可使用不同类型的粘合剂层240和242附接到反射偏振片206。例如,层 240和242可由可固化的光学粘合剂制成。合适的光学粘合剂可包括得自美国新泽西州克 兰伯里诺兰产品有限公司(Norland Products Inc. (Cranbury, NJ))的光学粘合剂(例如 N0A73、N0A75、N0A76或N0A78),共同拥有和转让的美国专利公布No. 2006/0221447 (授予 DiZio等人)以及共同拥有和转让的美国专利公布No. 2008/0079903(授予DiZio等人)中 所述的光学粘合剂,这些专利中的每一篇据此以引用方式并入。还可使用可紫外光固化的 粘合剂。应当理解,附加的材料和构造可应用于例如PBS的面或邻近反射偏振片并与其基 本上共延。此类其它材料或构造可包括附加的偏振片、二向色滤光片/反射器、延迟板、防 反射涂层等。与图1中所述PBS -样,图2的反射偏振片206必须非常平坦,以使大多数有 效反射的成像光216不失真。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。用例如US7, 234, 816B2 (Bruzzone等人)中所述的典型压敏粘合剂施加 程序,无法实现反射偏振片的所需表面平坦度。已发现,某些类型的后加工允许实现所需的 表面平坦度。
[0025] 在另一方面,本说明书涉及一种投影子系统。一个此类投影子系统示于图3中。投 影子系统300包括光源310。光源310可为投影系统中常见使用的任何数量的适当光源。 例如,光源310可为固态发射器,例如,发射特定颜色光(例如红光、绿光或蓝光)的激光器 或发光二极管(LED)。光源310还可包括从发射源吸收光并且以其它(一般更长的)波长 重新发射光的荧光体或其它光转换材料。合适的荧光体包括熟知的无机荧光体,例如,掺杂 Ce的YAG、硫代镓酸锶、以及掺杂的硅酸盐和SiAlON型材料。其它光转换材料包括III-V 和 n-VI半导体、量子点和有机荧光染料。作为另外一种选择,光源可由多个光源(例如红 色、绿色和蓝色LED)组成,其中此类LED可一起启动或顺序启动。光源310还可为激光光 源,或者可能是传统的UHP灯。应当理解,诸如色轮、二向色滤光片或反射器等的辅助组件 可附加地包括光源310。
[0026] 投影子系统300还包括偏振分束器304。对偏振分束器304进行定位以使得其接 收得自光源的光312。该入射光312可一般部分地由两种正交偏振状态(如,部分s偏振 光和部分P偏振光)组成。偏振分束器内为反射偏振片306,此外,在该情况下为多层光学 膜,例如针对反射偏振片106所述的那些。光312入射到反射偏振片306上,并且一种第一 偏振的光(如P偏振光)作为光320传输穿过,同时第二正交偏振的光(如s偏振光)反 射为光318。
[0027] 传输穿过反射偏振片306的第一偏振的光320朝向邻近PBS304定位的第一成像 器302行进。光在第一成像器302处成像并以经转换光的偏振朝向PBS304反射回。然后, 经转换的成像光314在PBS304处作为光316朝向成像平面350反射。光316从PBS的反 射偏振片306反射出并到达成像平面350,具有小于12微米,并且可能小于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微米的有效分辨率。反射 偏振片306通常具有小于45nm的表面粗糙度Ra或小于80nm的表面粗糙度Rq。
[0028] 第二偏振(如,s偏振)的光初始被PBS304的反射偏振片反射,接着作为光318 朝向第二成像器308行进。与第一成像器302 -样,第二成像器308也邻近PBS304定位, 但是第二成像器定位在PBS的不同侧上。使入射光318成像并朝向PBS304反射回。在从 成像器反射时,该光的偏振也旋转90度(如,从s偏振光至p偏振光)。成像光322通过 PBS304传播至成像平面350。第一成像器302和第二成像器308可为任何适当类型的反射 成像器,例如上文关于图1的元件102和108所述的那些。
[0029] 如所讨论,为了使从本文的PBS反射出的成像光实现高有效分辨率,PBS的反射偏 振片必须异常光学平坦。本说明书现提供生产为多层光学膜的光学平坦反射偏振片的方法 和/或生产光学平偏振分束器的方法。
[0030] -种此类方法示于图4的流程图中。该方法始于提供多层光学膜410,以及提供平 基底420。多层光学膜410可类似于关于上文制品所述的多层光学膜。平基底可为任何数 量的适当材料,例如丙烯酸类树脂、玻璃或其它适当的塑料。最重要的是,基底420必须拥 有与偏振分束器中所需的至少相同程度的光学平坦度,并且必须允许润湿溶液在其表面之 上铺展。因此,其它塑料、无机玻璃、陶瓷、半导体、金属或聚合物可能是适当的材料。此外, 基底略微柔性是有用的。
[0031] 在下一步骤中,平基底的表面425可释放地附接到多层光学膜的第一表面。在至 少一个实施例中,为了创建可释放的附接,用润湿剂润湿平基底的表面425或多层光学膜 的第一表面,或两者,从而得到溶液薄层430。合适的润湿剂应当具有使得其将浸湿基底或 膜的足够低的表面能以及使得其可在室温下蒸发的足够高的蒸气压。在一些实施例中,使 用异丙醇作为润湿剂。在至少一些实施例中,润湿剂将为包含至少少量的表面活
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