制備提供高分辨率圖像的偏振分束器以及利用此類分束器的系統(tǒng)的方法
【專利說明】制備提供高分辨率圖像的偏振分束器以及利用此類分束器 的系統(tǒng)的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 標題為 "POLARIZING BEAM SPLITTERS PROVIDING HIGH RESOLUTION IMAGES AND SYSTEMS UTILIZING SUCH BEAM SPLITTERS"（提供高分辨率圖像的偏振分束器以及采用此 類分束器的系統(tǒng)）的共同擁有并且共同待決的美國專利申請No. 61/564161以引用方式并 入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說明書涉及偏振分束器、組裝了此類分束器的系統(tǒng)以及制備此類分束器和系統(tǒng) 的方法。更具體地，本說明書涉及偏振分束器、制備偏振分束器的方法以及具有組裝了多層 光學(xué)膜并朝向觀看者或觀看屏幕反射具有高有效分辨率的成像光的此類分束器的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 組裝了偏振分束器（PBS)的照明系統(tǒng)用于在諸如投影顯示屏的觀看屏幕上形成 圖像。典型的顯示圖像包括照明光源，該照明光源被布置成使得得自照明光源的光線從包 含待投影的所需圖像的圖像形成裝置（即，成像器）反射出來。系統(tǒng)將光線折疊，使得得自 照明光源的光線和投影圖像的光線共享PBS與成像器之間的相同物理空間。PBS將入射的 照明光與得自成像器的偏振旋轉(zhuǎn)光分離。由于對PBS的新需求，部分地由于PBS在例如三 維投影和成像的應(yīng)用中的新用途，已出現(xiàn)了許多新的問題。本申請?zhí)峁┝私鉀Q此類問題的 制品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個方面，本說明書涉及一種生產(chǎn)平膜的方法。該方法包括以下步驟：提供多層 光學(xué)膜，提供臨時平基底，將多層光學(xué)膜的第一表面可釋放地附接到臨時平基底，提供永久 基底，將多層光學(xué)膜的第二表面附接到永久基底，以及從臨時平基底移除多層光學(xué)膜。在至 少一些實施例中，將多層光學(xué)膜的第一表面可釋放地附接到臨時平基底的步驟包括以下子 步驟：用潤濕劑潤濕基底的表面以創(chuàng)建臨時平基底的濕表面，將多層光學(xué)膜施加在臨時平 基底的表面上，用橡膠滾軸將多層光學(xué)膜壓在臨時平基底的表面上，以及允許多層光學(xué)膜、 臨時平基底和潤濕劑變干。在一些實施例中，基底的表面將通過將潤濕劑噴涂到第一平基 底上而潤濕。部分地通過將溶液芯吸至邊緣以導(dǎo)致真空密封，而允許多層光學(xué)膜、平基底和 溶液變干，由此使多層光學(xué)膜的表面與臨時平基底貼合。在一些實施例中，永久基底可為第 一棱柱或PBS覆蓋件。在此類實施例中，本說明書還涉及一種生產(chǎn)偏振分束器的方法，該方 法包括將粘合劑施加在通過上述方法生產(chǎn)的膜的與第一棱柱相對的表面上，以及將第二棱 柱抵靠粘合劑施加。在施加兩個棱柱的情況下，主軸線和副軸線可對齊。此外，可通過適當 的方法（例如紫外固化）將粘合劑固化。
[0006] 在另一個方面，本說明書涉及一種創(chuàng)建光學(xué)平偏振分束器的方法。該方法包括以 下步驟：提供多層光學(xué)膜反射偏振片，將一層壓敏粘合劑施加到多層光學(xué)膜的第一表面，將 棱柱抵靠壓敏粘合劑層施加在多層光學(xué)膜的相對側(cè)上，以及向壓敏粘合劑、多層光學(xué)膜和 棱柱施加真空。在一些實施例中，該方法還可包括將第二層粘合劑施加到多層光學(xué)膜的與 第一表面相對的第二表面，以及將第二棱柱施加至第二層粘合劑的多層光學(xué)膜的相對側(cè)。 在包括該步驟的情況下，還可向第二層粘合劑、多層光學(xué)膜和棱柱施加真空。在施加真空的 情況下，其可通過將構(gòu)造置于真空室中來發(fā)生。在施加了兩個棱柱后，兩個棱柱的主軸線和 副軸線可對齊。
【附圖說明】
[0007] 圖1為根據(jù)本說明書的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0008] 圖2為根據(jù)本說明書的偏振分束器。
[0009] 圖3為根據(jù)本說明書的投影子系統(tǒng)。
[0010] 圖4為示出一種制備用于PBS中的平坦多層光學(xué)膜的方法的流程圖。
[0011] 圖5示出了一種使用多層光學(xué)膜創(chuàng)建偏振分束器的方法。
【具體實施方式】
[0012] 高性能PBS對于創(chuàng)建用于使用硅基液晶（LCOS)成像器的投影儀的可行光學(xué)引擎 是必要的。此外，當需要諸如DLP成像器的標稱非偏振成像器來處理偏振光時，甚至可能 需要PBS。通常，PBS將傳輸標稱p偏振光并反射標稱s偏振光。已使用多個不同類型的 PBS，包括MacNeille型PBS和線柵偏振片。然而，對于與投影系統(tǒng)中的光處理相關(guān)聯(lián)的問 題，基于多層光學(xué)膜的PBS已被證實是最有效的偏振分束器之一，包括在一定的波長和入 射角范圍內(nèi)并且以在反射和透射兩個方面的高效率進行有效偏振的能力。此類多層光學(xué)膜 由3M公司制造，如授予Jonza等人的美國專利No. 5, 882, 774和授予Weber等人的美國專 利 No. 6, 609, 795 中所述。
[0013] 隨著多個新的成像和投影應(yīng)用（包括例如三維投影和成像）的出現(xiàn)，以出現(xiàn)新的 挑戰(zhàn)。具體地，在至少一些三維成像應(yīng)用中，不僅在透射穿過反射偏振膜時，而且在被反射 偏振膜反射時，可能需要PBS提供具有高有效分辨率的成像光（如下定義）。遺憾的是，基 于多層光學(xué)膜的偏振片盡管具有其它主要優(yōu)勢，但是可能難以達到必要的平坦度來以高分 辨率反射成像光。相反，在使用此類多層膜反射偏振片反射成像光的情況下，反射的圖像可 能失真。然而，關(guān)于有效地偏振一系列廣泛的入射光角度和入射光波長的問題仍必須解決。 因此，高度期望提供一種偏振分束器，其具有包含多層光學(xué)膜的PBS的有益效果，同時還實 現(xiàn)由PBS朝向觀看者或屏幕反射的成像光的提高的有效分辨率。本說明書提供了此類解決 方案。
[0014] 圖1提供了根據(jù)本說明書的一個偏振子系統(tǒng)的示例。偏振子系統(tǒng)包括第一成像器 102。在多個實施例中，諸如圖1中所示，成像器將為適當?shù)姆瓷涑上衿?。常常，投影系統(tǒng)中 使用的成像器通常為偏振-旋轉(zhuǎn)的圖像形成裝置（例如液晶顯示成像器），其通過旋轉(zhuǎn)光的 偏振操作，以產(chǎn)生對應(yīng)于數(shù)字視頻信號的圖像。此類成像器在用于投影系統(tǒng)中時，通常依賴 于將光分離成一對正交偏振狀態(tài)（如s偏振和p偏振）的偏振器?？捎糜趫D1中所示實施 例中的兩種常見成像器包括硅基液晶（LCOS)成像器或數(shù)字光加工（DLP)成像器。本領(lǐng)域 中的技術(shù)人員將認識到，為了利用圖1中所示的PBS構(gòu)造，DLP系統(tǒng)將需要一些照明幾何學(xué) 的修改以及旋轉(zhuǎn)偏振的外部手段（例如延遲板）。偏振子系統(tǒng)還包括偏振分束器（PBS) 104。 得自光源110的光112朝向PBS104行進。PBS104內(nèi)為反射偏振片106。反射偏振片可為 多層光學(xué)膜，諸如購自美國明尼蘇達州圣保羅3M公司（3M Company (St. Paul，MN))以及諸 如授予Jonza等人的美國專利No. 5, 882, 774和授予Weber等人的美國專利No. 6, 609, 795 中所述的那些，這些專利中的每一個均據(jù)此以引用方式全文并入。當光112入射到膜106上 時，入射光的一種正交偏振狀態(tài)（例如P偏振狀態(tài)）將通過膜傳播，并作為光120離開PBS， 其然后入射到成像器102上。入射光的正交偏振狀態(tài)（在該情況下，為s偏振光）將作為 單獨的光束118在不同的方向上被反射偏振片106反射，在此與光束120呈直角。
[0015] 給定偏振狀態(tài)的非成像光120入射到成像器102上。然后，光成像并朝向PBS104 反射回，并且進入反射偏振片106。當成像器102為LCOS成像器時，并且由于這些像素為 "開啟"狀態(tài)，光114也轉(zhuǎn)變?yōu)檎黄駹顟B(tài)。在該情況下，尚未成像的p偏振入射光反射 成s偏振的成像光。當s偏振光入射到偏振分束器104并且特別是多層光學(xué)膜反射偏振片 106上時，光作為s偏振光束116朝向觀看者或觀看屏幕130反射。
[0016] 在多個現(xiàn)有技術(shù)的實施例中，成像器可例如在光束118行進所朝向的方向上定 位。在此類實施例中，成像光將通過偏振分束器104傳輸，而不是在偏振分束器104中反射。 通過偏振分束器傳輸成像光允許圖像的失真更少，并且因此具有更高的有效分辨率。然而， 正如將進一步所解釋，在多個實施例中可能期望包括如圖1中所定位的成像器102。這可 (例如）允許不同偏振的圖像重疊。盡管多層光學(xué)膜作為反射偏振片具有許多益處，但是其 通常難以使從此類膜反射出的成像光實現(xiàn)高有效分辨率。
[0017] 由元件產(chǎn)生的圖像或光的有效分辨率為有用的定量測量，因為其有助于預(yù)測何種 尺寸的像素可被可靠地分辨。大多數(shù)當前成像器（LC0S和DLP)具有在約12.5 μπι至低至 約5μπι范圍內(nèi)的像素尺寸。因此，為了可用于反射成像情況中，反射器必須能夠分辨低至 至少約12. 5 μ m，并且在理想地更好。因此，PBS的有效分辨率必須不超過約12. 5 μ m，并且 優(yōu)選更低。這將被認為是高有效分辨率。
[0018] 使用說明書中所述的技術(shù)，實際上可提供用于PBS104中的能夠以非常高的分辨 率反射成像光的多層光學(xué)膜。實際上，參見圖1，成像光116可從偏振分束器104朝向觀看 者或觀看屏幕130以小于12微米的有效像素分辨率反射。實際上，在一些實施例中，成像 光116可從偏振分束器104朝向觀看者或觀看屏幕130以小于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微米的有效像素分辨率反射。
[0019] 如所討論，在至少一些實施例中，偏振子系統(tǒng)100可包括第二成像器108。第二成 像器108可一般為相同類型的成像器作為第一成像器106,如LCOS或DLP。一種偏振狀態(tài) 的光（例如s偏振光）可從PBS104反射，并且具體地從PBS的反射偏振片106朝向第二成 像器反射。然后它可成像并朝向PBS104反射回。此外，與第一成像器104-樣，第二成像 器108反射出的光進行了偏振轉(zhuǎn)換，使得在s偏