一种简易的偏振转换器制造技术

技术编号：40991753 阅读：22 留言：0更新日期：2024-04-18 21:33

本发明专利技术公开了一种简易的偏振转换器，包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜及偏振分光膜和光学薄膜半波片。第一、第二和第三棱镜均为等腰直角棱镜，第一棱镜依次包括透光直角平面1a、1b和斜面1c，第二棱镜包括2a、2b和2c，第三棱镜包括3a、3b和3c。第一和第二棱镜为SF57玻璃，第三棱镜为K9玻璃。偏振分光膜由五种薄膜构成，并镀于第二棱镜的斜面2c上，光学薄膜半波片由二种薄膜构成，镀于第三棱镜的斜面3c上。将第一棱镜的斜面1c与第二棱镜斜面2c上的偏振分光膜用环氧胶粘合，构成偏振立方棱镜。将偏振立方棱镜的第二棱镜2a面与镀有薄膜半波片的第三棱镜3a面用环氧胶粘合，构成本发明专利技术的简易偏振转换器。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学干涉薄膜领域，具体涉及一种简易的偏振转换器。

技术介绍

1、在投影显示系统中，特别是tft-lcd和lcos等液晶投影显示，都必须工作在偏振光模式，而传统的照明光源都是非偏振光源，若直接釆用非偏振光源中的s偏振光或p偏振光，则将会产生至少50％以上的能量损失。

2、基于上述原因，粟野原芳则和佐佐木浩司等人分别提出了一种相似的比较复杂的偏振转换系统，并且给出了具体的制造方法(请见cn102445727a、cn105339818a)，从而实现了将二种不同的s、p偏振光转换成同一种s偏振光或p偏振光的目的，在当今大批量生产的液晶投影机中得到了广泛的应用。这种偏振转换系统常称pcs(polarization conversionsystem)，又称偏振转换器。如图1示意图所示，pcs包含档光片、pbs(polarizing beamsplitter)板和半波片三个部分，为使pcs正常工作，还必须加上两个复眼微透镜阵列，pcs与复眼微透镜阵列一起联用才能实现正常的工作，不能单独使用。复眼微透镜阵列(简称复眼)的作用是，复眼1把光源发出的自然光根据pcs的条数会聚成相应条数的聚焦光斑入射到没有档光片的pbs上进行偏振分光，复眼2把经pbs偏振分光和经半波片转换的全部光能变成均匀照明的准平行s偏振光，实现偏振转换的目的。由此可见，整个偏振转换的复合系统实际上包括五层不同功能的器件才能把非偏振的入射自然光转变成单一的s-偏振或p-偏振出射光。

3、图1(a)给出液晶投影机中偏振转换复合系统的五层结构和工

4、虽然有些薄膜在电光、磁光或热光作用下可产生局部的双折射效应，但因太过复杂，现一般都采用双折射晶体，如用石英、方解石、云母、红宝石等来制作垂直入射的透射半波片。双折射晶体的工作原理是，调节双折射晶体的厚度，使寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差等于π或奇数倍，产生半波相位延迟，故称其1/2波片或半波片。一个线偏振光通过半波片后仍是线偏振光，但若入射线偏振光的振动方向与波片快轴(或慢轴)夹角为α，则出射线偏振光的振动方向向着快轴(或慢轴)的方向转过2α角度，故只要取正确的α就可将入射的p偏振光转换成s偏振光。

5、以上就是现有液晶投影显示偏振转换器的
技术介绍
，显然，这种偏振转换器虽然构思巧妙，但是设计和制造都极其复杂，例如，复眼1要把均匀入射的自然光按pbs板的条数和长度隔条地聚焦到pbs板上，复眼2又要隔条地把偏振分光的会聚光回复到均匀照明的单一偏振光束，难度可想而知；还有pbs板和晶体半波片的制造难度也是很大的，对绝大多数企业来说是难以办到的。而且这种偏振转换系统在某些场合并不适用，甚至根本不能用，例如，(1)一些实验性的装置，(2)产量不大或亮度不高的显示系统，(3)对体积重量要求较苛刻的产品，(4)需严格控制成本的小型显示器等，为此，本专利技术提出一种简易的偏振转换器，以补充上述这些场合的应用，特别是智能眼镜、头盔、平显等，故在虚拟现实、增强现实和自动驾驶等领域具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种简易的偏振转换器，以适应于虚拟现实、增强现实和自动驾驶等领域的应用。

2、主要
技术实现思路
包括：

3、一、构思结构简单、制造方便的偏振转换器。总体结构包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜及偏振分光膜和光学薄膜半波片。第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜均为大小相同的等腰直角棱镜，其中第一棱镜依次包括透光直角平面1a、1b和斜面1c，第二棱镜包括透光直角平面2a、2b和斜面2c，第三棱镜包括透光直角平面3a、3b和斜面3c。偏振分光膜直接镀于第二棱镜的斜面2c上，光学薄膜半波片直接镀于第三棱镜的斜面3c上。将第一棱镜的斜面1c与第二棱镜斜面2c的偏振分光膜用环氧胶粘合，构成偏振立方棱镜。将偏振立方棱镜的第二棱镜2a面与镀有光学薄膜半波片的第三棱镜3a面用环氧胶粘合，构成本专利技术的简易偏振转换器。

4、二、突破偏振分光膜的传统设计。现有的偏振分光膜都是根据macnelle早期提出的布儒斯特角原理进行设计的：

5、

6、在(1)中，若自然光在偏振分光膜中的入射角θg和高、低两种膜层的折射率nh、nl都被确定，则玻璃基底的折射率ng就可算出。以zns(nh＝2.35)和冰晶石(nl＝1.35)两种薄膜为例，当θg＝45°时，算得ng＝1.66，此时zns和冰晶石膜都满足布儒斯特角条件，p偏振光的透射率tp＝1。但是，薄膜设计人员都知道，此设计有两个严重的问题：一是因为zns膜在可见光区短波侧的折射率色散非常大，使p偏振的透射率tp波纹很大，偏振特性tp/ts不够好；二是折射率1.66的玻璃是重火石玻璃，光、机、热性能都难以满足投影显示的要求。无奈之下，设计人员只好选用光、机、热性能优良的冕牌k9玻璃，其折射率为1.516，按θg＝45°，由(1)式算得nh＝1.7，nl＝1.38可以配合。遗憾的是，这种设计同样存在严重的问题：一是由于高、低折射率两种膜层的折射率差太小，偏振带很窄，大约只有100nm，要覆盖整个工作波段400～700nm，需要三个膜堆叠加，总膜层数多达65层以上；二是虽然层数多达65层以上，给制备造成困难，但其偏振特性依然并不很好；三是最麻烦的，nh＝1.7的材料只有吸湿性很强的mgo，使用寿命受限。上面两种传统的偏振分光膜虽有各种各样的问题，但因迄今没有更好的设计方法而仍被勉强使用。分析这两个传统设计，zns和冰晶石是自然界可配合的最高折射率和最低折射率的两种薄膜材料，若ng大于1.66时，由(1)式算出的折射率就找不到对应的实际材料了，这就是说ng是不能大于1.66的，否则(1)式实际是无解的。类似地，mgo和mgf2的折射率差很小，偏振带非常窄，若折射本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种简易的偏振转换器，其特征在于，包括第一棱镜(1)、第二棱镜(2)、第三棱镜(3)以及偏振分光膜(4)和光学薄膜半波片(5)；

2.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述所述第二棱镜和第三棱镜粘合在一起形成一个平行四边形。

3.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的第一棱镜(1)和第二棱镜(2)为高折射率的SF57玻璃；第三棱镜(3)为K9玻璃。

4.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的偏振分光膜(4)是由五种不同膜构成的膜系，五种不同膜依据折射率高低排列分别为氧化钛、氧化钽、氧化铝、氧化硅和氟化镁；

5.根据权利要求4所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的偏振分光膜(4)上的自然光入射角为45°。

6.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的光学膜半波片(5)是由两种膜交替而成的膜系(xH yL)p xH组成的，H、L分别表示组成高、低折射率膜，x、y表示各层膜的厚度系数，p表示膜层周期数；

7.根据权利要求6所述的简易的偏振转

...

【技术特征摘要】

1.一种简易的偏振转换器，其特征在于，包括第一棱镜(1)、第二棱镜(2)、第三棱镜(3)以及偏振分光膜(4)和光学薄膜半波片(5)；

2.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述所述第二棱镜和第三棱镜粘合在一起形成一个平行四边形。

3.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的第一棱镜(1)和第二棱镜(2)为高折射率的sf57玻璃；第三棱镜(3)为k9玻璃。

4.根据权利要求1所述的简易的偏振转换器，其特征在于，所述的偏振分光膜(4)是由五种不同膜构成的膜系，五种不...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫昱虹，金波，艾曼灵，吴江波，顾培夫，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：

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