一种偏振光源、偏光膜及偏光膜的制备工艺的制作方法

本发明涉及光学及光学制造，具体涉及到一种大尺寸的偏振光源、新型偏光膜及其制备工艺，主要解决在机器视觉领域中的偏振光源尺寸小、价格贵、偏振度低等问题，特别是大尺寸光源偏振度低，在偏振检测中容易产生较大干扰。

背景技术：

1、目前的偏振光源主要分为两类，一类是受激辐射发光，光源本身出光即为偏振光，如激光光源；另一类是自发辐射发光，光源本身发光为非偏振光，经外部偏振片调节为偏振光。激光光源价格昂贵，难以整形成大面积光源；而自发辐射光源经偏振片调节的光源偏振度不高，难以满足一些特殊应用场合。

2、在机器视觉领域，有些应用场合需要用到光的偏振特性，即使用偏振光源来检测待测物体的特性，如使用偏振光作为光源来消除反光表面的炫光问题。本发明提出了一种偏振光源具有尺寸大、价格便宜、偏振度高等特点。

技术实现思路

1、基于上述，本发明的一目的在于提出一种新的偏振光源，该光源具有价格便宜、尺寸大、偏振度高等特点，特别是在机器视觉领域，用于检测带有反光特性表面，消除反光表面的反光干扰具有良好的效果，并且在当视野范围较大时，该方案消除反光表面炫光问题效果愈发明显。

2、本发明主要是利用准直系统或狭缝阵列控制自发辐射光源发光的发散角，再经偏振调节模块将出射光调节为偏振光。

3、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

4、本发明的光源包含的模块组件有：光源、发散角压缩模块以及偏振片，其中，光源可以是卤素光源、led或led阵列光源等。

5、发散角压缩模块可以是狭缝阵列，也可以是弧形聚光模块，或是透镜，且要求发散角压缩到半角10°～40°，小于10°不利于大尺寸光源匀光，大于40°时最终的出射光偏振度过低，可能不满足检测要求。

6、偏振片的作用是将非偏振光调转换为偏振光，偏振片由二向色性材料和两片基片胶合制成。当自然光通过线偏振片时，其中正交偏振分量之一被线偏振片强烈吸收，另一分量则吸收较弱。

7、本发明所提到的新型偏光膜是创造性的将可用于缩小可视角的狭缝阵列与偏光片一体式加工，使之成为一种可缩小自然光发散角的偏光片，应用于机器视觉场景。

8、承上述，本发明的另一目的在于提出一种新型偏光膜及其加工工艺，其中，新型偏光膜包括：第一保护层、百叶窗结构、第二保护层、pva层、第三保护层。

9、所述第一保护层透明，作用是对百叶窗结构提供保护和支撑，可见光400-760nm范围透过率大于90％，可以是透明玻璃、亚克力(pmma聚甲基丙烯酸甲酯)、三醋酸纤维膜(tca)等具有高透明、高光学均匀性及具有高支撑性的块体或薄膜等材料。

10、所述百叶窗结构，作用是限制光源发散角，特征为透明区与非透明区的周期性结构，其中透明区宽度为dt，非透明区宽度为dn,要求dt>>dn,dt/dn影响着百叶窗结构的透过率。百叶窗高度为h，h/dt决定着百叶窗的可视角度，即对出射光的限制角度为θ，如下式：

11、θ＝arccot(h/dt)；

12、具体地，要求θ大于10°，小于40°。

13、所述第二保护层，用于隔离并保护百叶窗和pva层，并对pva层隔离水气，优选三醋酸纤维膜(tca)，相比于其他透明材料，三醋酸纤维膜(tca)可以做到更薄的结构。

14、所述pva层，其是在pva薄膜上吸附碘分子，然后由于pva膜具有良好的拉伸性能，对pva膜沿一个方向拉伸，吸附在上的碘分子分布方向即逐渐趋于定向拉伸的方向，定向分布的的碘分子允许与其同向偏振光通过，而对与其正交方向的偏振光强吸收，这也是偏振片能偏振分光的核心。

15、所述第三保护层，作用是对pva层保护，并隔绝水气，可以是透明玻璃、亚克力(pmma聚甲基丙烯酸甲酯)、三醋酸纤维膜(tca)等具有高透明、高光学均匀性及具有高支撑性的块体或薄膜等材料。

16、若要求厚度较薄或要求整体柔软，则三层保护层都优选为三醋酸纤维膜(tca)。

17、若要求结构整体具有一定刚度，则要求第一保护层和第三保护层均优选为透明玻璃或亚克力。

18、与现有技术相比，本发明至少具有如下的有益效果：

19、本发明的偏光光源具有尺寸大，偏光度高等特点，应用于机器视觉场景，可有效消除物体表面反光所造成的干扰；该新型偏光膜及加工工艺具有结构简单，加工的方便，相比于传统的偏光膜，具有膜层数较少，视角可控，成本低等优点。

技术特征：

1.一种偏振光源，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于，所述发散角压缩模块为狭缝阵列，且要求发散角压缩到半角10°～40°。

3.根据权利要求2所述的偏振光源，其特征在于，所述狭缝阵列采用百叶窗结构，且对出射光的限制角度为θ，θ大于10°，小于40°，如下式：

4.根据权利要求3所述的偏振光源，其特征在于，所述光源为卤素光源、led或led阵列光源中的一种。

5.根据权利要求4所述的偏振光源，其特征在于，所述led阵列光源为未限制发散角的裸灯珠。

6.根据权利要求5所述的偏振光源，其特征在于，在所述灯珠上方设有透镜，用于减小出射光发散角。

7.根据权利要求5所述的偏振光源，其特征在于，采用弧形聚光模块封装所述灯珠。

8.根据权利要求7所述的偏振光源，其特征在于，所述弧形聚光模块为碗杯形式，且碗杯内壁涂有反射层。

9.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于，所述偏振片由二向色性材料和两片基片胶合制成。

10.一种偏光膜，其特征在于，包含如权利要求1所述的发散角压缩模块以及偏振片。

11.根据权利要求10所述的偏光膜，其特征在于，包含：

12.根据权利要求11所述的偏光膜，其特征在于，所述第一保护层与第三保护层均为具有高透明、高光学均匀性及具有高支撑性的块体或薄膜等材料。

13.根据权利要求12所述的偏光膜，其特征在于，所述第一保护层与第三保护层可以为透明玻璃、亚克力或三醋酸纤维膜中一种。

14.根据权利要求11所述的偏光膜，其特征在于，所述百叶窗结构对出射光的限制角度为θ，10°＜θ＜40°，如下式：

15.根据权利要求11所述的偏光膜，其特征在于，所述第二保护层为三醋酸纤维膜。

16.根据权利要求11所述的偏光膜，其特征在于，在所述第三保护层的外侧设有静电吸附式或粘接式的薄膜，并在其上覆盖一层离型膜。

17.一种如权利要求11所述偏光膜的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

18.根据权利要求17所述的制备工艺，其特征在于，当所述第一保护层为透明玻璃或亚克力，采用激光刻蚀或化学刻蚀的方法在第一保护层上刻蚀出周期性的凹槽，然后在凹槽中填充不透明材料；

19.根据权利要求18所述的制备工艺，其特征在于，所述压印法是在第一保护层上厚涂压印胶，粘度500-2000cps，使用刮胶结构将压印胶刮涂到整个薄膜的一面，经压印模具下压1-10kgf，压印胶固化，脱模，形成周期性的凹槽结构，并在凹槽填充不透明材料。

20.根据权利要求19所述的制备工艺，其特征在于，所述压印胶是透明状液体，折射率1.5-1.6。

21.根据权利要求17所述的制备工艺，其特征在于，所述第二保护层的贴合、pva层的贴合以及第三保护层的贴合均采用光固化的丙烯酸树脂或有机硅树脂，粘度低于1000cps，贴合压力为1-10kgf，固化后硬度邵氏40a-50d。

22.根据权利要求17所述的制备工艺，其特征在于，所述pva薄膜碘分子吸附及定向方法如下：将较厚pva浸泡在碘溶液中，此时碘分子在pva上是杂乱无序的，通过对pva膜定向拉伸，吸附在上的碘分子亦逐渐与拉伸方向通向，经烘干工艺，即完成碘分子的吸附和定向工艺。

技术总结
本发明公开了一种偏振光源、偏光膜及偏光膜的制备工艺,涉及光学及光学制造技术领域，偏振光源包含光源、发散角压缩模块以及偏振片；偏光膜包含发散角压缩模块以及偏振片；偏光膜的制备工艺包括的步骤有：第一保护层清洗并烘干；在第一保护层上制作百叶窗结构；将第二保护层贴合在百叶窗结构面上；将PVA层与第二保护层贴合；第三保护层与PVA层贴合。本发明的偏光光源具有尺寸大，偏光度高等特点，应用于机器视觉场景，可有效消除物体表面反光所造成的干扰；该新型偏光膜及加工工艺具有结构简单，加工的方便，相比于传统的偏光膜，具有膜层数较少，视角可控，成本低等优点。

技术研发人员：沙正霞,汪洋,张根深
受保护的技术使用者：安徽唯嵩光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13