光学叠堆和偏振分束器制造技术

本发明专利技术公开了一种光学叠堆，该光学叠堆包括粘附到第二反射偏振器的第一反射偏振器。针对垂直入射光和在相同预定波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿该反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿该反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％。每个反射偏振器包括主要通过该预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光的多个聚合物干涉层。针对相应的第一反射偏振器和第二反射偏振器，多个聚合物干涉层中的最远离彼此的两个聚合物干涉层之间的间距为d1和d2，d1比d2小至少20％。描述了包括该光学叠堆的偏振分束器和包括该偏振分束器的光学系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学叠堆和偏振分束器
技术介绍
偏振分束器可以包括设置在相邻棱镜的斜边之间的反射偏振器。反射偏振器可为多层聚合物膜。
技术实现思路
在本说明书的一些方面，提供了一种光学叠堆，该光学叠堆包括粘附到第二反射偏振器的第一反射偏振器。针对垂直入射光和在至少从400nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿所述反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿所述反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％。该第一反射偏振器的所述透光轴和该第二反射偏振器的所述透光轴之间的角度小于约10度。每个反射偏振器包括主要通过所述预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光的多个聚合物干涉层。针对相应的第一反射偏振器和第二反射偏振器，该多个聚合物干涉层中的最远离彼此的两个聚合物干涉层之间的间距为d1和d2，d1比d2小至少20％。在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)，该偏振分束器包括：具有第一斜边的第一棱镜；具有面对该第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及光学叠堆，该光学叠堆设置在该第一斜边和该第二斜边之间并粘附到该第一斜边和该第二斜边。该光学叠堆包括粘附到第二反射偏振器的第一反射偏振器。针对垂直入射光和在相同预定波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿所述反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿所述反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％。该第一反射偏振器的透光轴和该第二反射偏振器的透光轴之间的角度小于约10度。每个反射偏振器包括主要通过该预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光的多个聚合物干涉层。针对相应的第一反射偏振器和第二反射偏振器，该多个聚合物干涉层中的最远离另一者的两个聚合物干涉层之间的间距为d1和d2，d1比d2小至少20％。在本说明书的一些方面，提供了一种光学构造，该光学构造包括设置在第一光学元件和第二光学元件之间并且粘附到该第一光学元件和该第二光学元件的光学叠堆。该光学叠堆包括面对第一光学元件并粘附到面对第二光学元件的第二反射偏振器的第一反射偏振器。在从较短的第一波长延伸至较长的第二波长的相同预定波长范围内，每个反射偏振器透射沿该反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿该反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少80％。具有相应的第一波长和第二波长并且从面对该反射偏振器的光学元件的内部以45度入射在每个反射偏振器上的重合的第一光线和第二光线被该反射偏振器反射为在面对该反射偏振器的该光学元件内部彼此间隔开分隔距离的相应的反射的第一光线和第二光线。该分隔距离针对该第一反射偏振器为s1，并且针对该第二反射偏振器为s2，并且0<s1≤s2。在本说明书的一些方面，提供了一种包括偏振分束器(PBS)的光学系统。该PBS包括光学叠堆，该光学叠堆包括第一聚合物反射偏振器和第二聚合物反射偏振器。针对垂直入射光和在约400nm至约650nm的波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％。该光学系统还包括面对第二聚合物反射偏振器的光源和用于调制面对第一聚合物反射偏振器的光的成像器。由该光源发射并具有相应的400nm和650nm波长的第一光线和第二光线在由该第二聚合物反射偏振器反射至少一次并且透射至少一次、由该成像器沿重合的路径反射以及由该第一聚合物反射偏振器反射至少一次之后作为相应的离开的第一光线和第二光线离开所述PBS。离开的该第一光线和该第二光线之间的横向间距小于约20微米。附图说明图1A是多层光学膜的示意性透视图；图1B是图1A的多层光学膜的一部分的示意性透视图；图2A是包括第一反射偏振器和第二反射偏振器的光学叠堆的示意性侧视图；图2B是图2A的光学叠堆的示意性俯视图；图3是光学叠堆的层厚度分布的示意图；图4是光学构造的示意性剖视图；图5是偏振分束器的示意性侧视图；图6A至图6C是光学系统的示意性剖视图；图7是反射偏振器1300的示意性剖视图；图8是反射偏振器的透射率的示意性曲线图；和图9是反射偏振器的反射率的示意性曲线图。具体实施方式在以下说明中参考附图，该附图形成本专利技术的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。在一些实施方案中，提供了包括粘附在一起的第一反射偏振器和第二反射偏振器的光学叠堆。该第一反射偏振器和该第二反射偏振器通常为被配置为反射相同预定波长范围内的阻光偏振态的多层聚合物光学膜。在一些情况下，该反射偏振器中的一个反射偏振器具有较低的阻光状态泄漏，并且该反射偏振器中的另一个反射偏振器在反射下具有较低的颜色间距。例如，较厚的反射偏振器(例如，具有干涉层的多于一个封包，其中每个封包适于反射整个相同预定波长范围内的阻光状态)可用于提供较低的阻光状态泄露，并且较薄的反射偏振器可用于导致例如沿重合的光路径倾斜地入射在反射偏振器上的蓝光和红光的光路径之间的较小间距。本说明书的光学叠堆可用于包括偏振分束器和显示器应用的多种应用中。在一些实施方案中，光学构造包括设置在两个光学元件之间并粘附到该两个光学元件的光学叠堆。该光学元件可以是例如棱镜或透镜。在一些实施方案中，提供了包括光学叠堆的偏振分束器(PBS)。该PBS可用于显示器或其它应用中。在一些实施方案中，光学系统包括PBS，其中光学叠堆被设置成使得较厚和/或具有较低的阻光状态泄漏的反射偏振器面对光源，并且使得较薄和/或具有较低的色差的反射偏振器设置成面对成像器。已发现此类光学系统可用于例如头戴式显示器或微型投影仪中。在一些实施方案中，本文所述的反射偏振器可被表征为具有多个光学层(例如，干涉层)的多层光学膜，该多个光学层被配置为选择性地透射和反射预定波长范围内的光。在一些此类实施方案中，光学膜用作反射偏振器，该反射偏振器选择性地透射和反射不同偏振态的光。例如，图1A是多层光学膜100的示例的示意性透视图，该多层光学膜100包括沿中心轴定位以形成具有总共(N)个干涉层102的光学膜100的多个干涉层102。图1B是光学膜100的区段的示意性透视图，示出了交替的干涉层102a和102b。图1A至图1B包括限定x、y和z方向的坐标系。在使用期间，由入射光110描绘的入射在光学膜100的主表面(例如，膜表面104)上的光可以进入光学膜100的第一层并且传播通过多个干涉层102，经历通过取决于入射光110的偏振态的光学干涉来选择反射或透射。入射光110可以包括彼此相互正交的第一偏振态(a)和第二偏振态(b)。第一偏振态(a)可以被认为是“透光”状态，而第二偏振态(b)可以被认为是“反射”或“阻光”状态。当入射光110传播通过多个干涉层102时，处于第二偏振态(b)的光的一部分将被相邻的干涉层反射，从而导致第二偏振态(b)被光学膜100反射，而处于第一偏振态(a)的光的一部分全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：第一反射偏振器，所述第一反射偏振器粘附到第二反射偏振器，对于垂直入射光和在至少从400nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿所述反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿所述反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％，所述第一反射偏振器的所述透光轴和所述第二反射偏振器的所述透光轴之间的角度小于约10度，每个反射偏振器包括多个聚合物干涉层，所述多个聚合物干涉层主要通过所述预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，对于相应的所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器，所述多个聚合物干涉层中的最远离彼此的两个聚合物干涉层之间的间距为d1和d2，d1比d2小至少20％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171220 US 62/608,1941.一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：第一反射偏振器，所述第一反射偏振器粘附到第二反射偏振器，对于垂直入射光和在至少从400nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的每个波长，每个反射偏振器透射沿所述反射偏振器的透光轴偏振的光的至少80％并且反射沿所述反射偏振器的正交的阻光轴偏振的光的至少90％，所述第一反射偏振器的所述透光轴和所述第二反射偏振器的所述透光轴之间的角度小于约10度，每个反射偏振器包括多个聚合物干涉层，所述多个聚合物干涉层主要通过所述预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，对于相应的所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器，所述多个聚合物干涉层中的最远离彼此的两个聚合物干涉层之间的间距为d1和d2，d1比d2小至少20％。


2.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中d1为至少1微米。


3.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中每个聚合物干涉层具有在45纳米至200纳米的范围内的平均厚度。


4.根据权利要求1所述的光学叠堆，具有：相反的最外面的第一主表面和第二主表面，所述第一反射偏振器被设置成更靠近所述第一主表面并更远离所述第二主表面，所述第二反射偏振器被设置成更靠近所述第二主表面并更远离所述第一主表面，其中对于每个反射偏振器和最靠近所述反射偏振器的所述主表面，更靠近所述主表面的每个聚合物干涉层具有较小光学厚度并且更远离所述主表面的每个聚合物干涉层具有较大光学厚度。


5.一种偏振分束器(PBS)，包括：
第一棱镜，所述第一棱镜包括第一斜边；
第二棱镜，所述第二棱镜包括面对所述第一斜边的第二斜边；和
根据权利要求1至4中任一项所述的光学叠堆，所述光学叠堆设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边。


6.根据权利要求5所述的PBS，其中所述预定波长从较短的第一波长延伸至较长的第二波长，其中具有相应的所述第一波长和所述第二波长并从面对所述反射偏振器的所述棱镜的内部以45度入射在每个反射偏振器上的重合的第一光线和第二光线被所述反射偏振器反射为在面对所述反射偏振器的所述棱镜内部彼此间隔开分隔距离的相应的反射的第一光线和第二光线，所述分隔距离针对所述第一反射偏振器为s1，并且针对所述第二反射偏振器为s2，0<s1≤s2。


7.一种光学系统，包括：
根据权利要求5或6所述的PBS；
光源，所述光源面对所述第一反射偏振器；和
成像器，所述成像器用于调制面对所述第二反射偏振器的光。


8.根据权利要求7所述的光学系统，所述光学系统被配置为使得：由所述光源发射并具有相应的400nm和650nm波长的第一光线和第二光线在由所述第二反射偏振器反射至少一次并透射至少一次、由所述成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：貟智省，约翰·D·李，蒂莫西·J·内维特，苏珊·L·肯特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US