CN107678168A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明描述了偏振分束器、制备此类分束器的方法以及组装了此类分束器的系统。更具体地，本发明描述了偏振分束器、制备此类分束器的方法，以及具有组装了多层光学膜并朝向观看者或观看屏幕反射具有高有效分辨率的成像光的此类分束器的系统。

Description

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

本申请是2014年5月27日进入中国国家阶段的、国际申请日为2012年11月27日的、申请号为201280058282.X的发明专利申请(名称为“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”)的分案申请。

相关申请的交叉引用

标题为“POLARIZING BEAM SPLITTERS PROVIDING HIGH RESOLUTION IMAGES ANDSYSTEMS UTILIZING SUCH BEAM SPLITTERS”(提供高分辨率图像的偏振分束器以及采用此类分束器的系统)的共同拥有并且共同待决的美国专利申请No.61/564161以引用方式并入本文。

技术领域

本说明书涉及偏振分束器、组装了此类分束器的系统以及制备此类分束器和系统的方法。更具体地，本说明书涉及偏振分束器、制备偏振分束器的方法以及具有组装了多层光学膜并朝向观看者或观看屏幕反射具有高有效分辨率的成像光的此类分束器的系统。

背景技术

组装了偏振分束器(PBS)的照明系统用于在诸如投影显示屏的观看屏幕上形成图像。典型的显示图像包括照明光源，该照明光源被布置成使得得自照明光源的光线从包含待投影的所需图像的图像形成装置(即，成像器)反射出来。系统将光线折叠，使得得自照明光源的光线和投影图像的光线共享PBS与成像器之间的相同物理空间。PBS将入射的照明光与得自成像器的偏振旋转光分离。由于对PBS的新需求，部分地由于PBS在例如三维投影和成像的应用中的新用途，已出现了许多新的问题。本申请提供了解决此类问题的制品。

发明内容

在一个方面，本说明书涉及一种生产平膜的方法。该方法包括以下步骤：提供多层光学膜，提供临时平基底，将多层光学膜的第一表面可释放地附接到临时平基底，提供永久基底，将多层光学膜的第二表面附接到永久基底，以及从临时平基底移除多层光学膜。在至少一些实施例中，将多层光学膜的第一表面可释放地附接到临时平基底的步骤包括以下子步骤：用润湿剂润湿基底的表面以创建临时平基底的湿表面，将多层光学膜施加在临时平基底的表面上，用橡胶滚轴将多层光学膜压在临时平基底的表面上，以及允许多层光学膜、临时平基底和润湿剂变干。在一些实施例中，基底的表面将通过将润湿剂喷涂到第一平基底上而润湿。部分地通过将溶液芯吸至边缘以导致真空密封，而允许多层光学膜、平基底和溶液变干，由此使多层光学膜的表面与临时平基底贴合。在一些实施例中，永久基底可为第一棱柱或PBS覆盖件。在此类实施例中，本说明书还涉及一种生产偏振分束器的方法，该方法包括将粘合剂施加在通过上述方法生产的膜的与第一棱柱相对的表面上，以及将第二棱柱抵靠粘合剂施加。在施加两个棱柱的情况下，主轴线和副轴线可对齐。此外，可通过适当的方法(例如紫外固化)将粘合剂固化。

在另一个方面，本说明书涉及一种创建光学平偏振分束器的方法。该方法包括以下步骤：提供多层光学膜反射偏振片，将一层压敏粘合剂施加到多层光学膜的第一表面，将棱柱抵靠压敏粘合剂层施加在多层光学膜的相对侧上，以及向压敏粘合剂、多层光学膜和棱柱施加真空。在一些实施例中，该方法还可包括将第二层粘合剂施加到多层光学膜的与第一表面相对的第二表面，以及将第二棱柱施加至第二层粘合剂的多层光学膜的相对侧。在包括该步骤的情况下，还可向第二层粘合剂、多层光学膜和棱柱施加真空。在施加真空的情况下，其可通过将构造置于真空室中来发生。在施加了两个棱柱后，两个棱柱的主轴线和副轴线可对齐。

附图说明

图1为根据本说明书的偏振转换系统。

图2为根据本说明书的偏振分束器。

图3为根据本说明书的投影子系统。

图4为示出一种制备用于PBS中的平坦多层光学膜的方法的流程图。

图5示出了一种使用多层光学膜创建偏振分束器的方法。

具体实施方式

高性能PBS对于创建用于使用硅基液晶(LCOS)成像器的投影仪的可行光学引擎是必要的。此外，当需要诸如DLP成像器的标称非偏振成像器来处理偏振光时，甚至可能需要PBS。通常，PBS将传输标称p偏振光并反射标称s偏振光。已使用多个不同类型的PBS，包括MacNeille型PBS和线栅偏振片。然而，对于与投影系统中的光处理相关联的问题，基于多层光学膜的PBS已被证实是最有效的偏振分束器之一，包括在一定的波长和入射角范围内并且以在反射和透射两个方面的高效率进行有效偏振的能力。此类多层光学膜由3M公司制造，如授予Jonza等人的美国专利No.5,882,774和授予Weber等人的美国专利No.6,609,795中所述。

随着多个新的成像和投影应用(包括例如三维投影和成像)的出现，以出现新的挑战。具体地，在至少一些三维成像应用中，不仅在透射穿过反射偏振膜时，而且在被反射偏振膜反射时，可能需要PBS提供具有高有效分辨率的成像光(如下定义)。遗憾的是，基于多层光学膜的偏振片尽管具有其它主要优势，但是可能难以达到必要的平坦度来以高分辨率反射成像光。相反，在使用此类多层膜反射偏振片反射成像光的情况下，反射的图像可能失真。然而，关于有效地偏振一系列广泛的入射光角度和入射光波长的问题仍必须解决。因此，高度期望提供一种偏振分束器，其具有包含多层光学膜的PBS的有益效果，同时还实现由PBS朝向观看者或屏幕反射的成像光的提高的有效分辨率。本说明书提供了此类解决方案。

图1提供了根据本说明书的一个偏振子系统的示例。偏振子系统包括第一成像器102。在多个实施例中，诸如图1中所示，成像器将为适当的反射成像器。常常，投影系统中使用的成像器通常为偏振-旋转的图像形成装置(例如液晶显示成像器)，其通过旋转光的偏振操作，以产生对应于数字视频信号的图像。此类成像器在用于投影系统中时，通常依赖于将光分离成一对正交偏振状态(如s偏振和p偏振)的偏振器。可用于图1中所示实施例中的两种常见成像器包括硅基液晶(LCOS)成像器或数字光加工(DLP)成像器。本领域中的技术人员将认识到，为了利用图1中所示的PBS构造，DLP系统将需要一些照明几何学的修改以及旋转偏振的外部手段(例如延迟板)。偏振子系统还包括偏振分束器(PBS)104。得自光源110的光112朝向PBS 104行进。PBS 104内为反射偏振片106。反射偏振片可为多层光学膜，诸如购自美国明尼苏达州圣保罗3M公司(3M Company(St.Paul，MN))以及诸如授予Jonza等人的美国专利No.5,882,774和授予Weber等人的美国专利No.6,609,795中所述的那些，这些专利中的每一个均据此以引用方式全文并入。当光112入射到膜106上时，入射光的一种正交偏振状态(例如p偏振状态)将通过膜传播，并作为光120离开PBS，其然后入射到成像器102上。入射光的正交偏振状态(在该情况下，为s偏振光)将作为单独的光束118在不同的方向上被反射偏振片106反射，在此与光束120呈直角。

给定偏振状态的非成像光120入射到成像器102上。然后，光成像并朝向PBS 104反射回，并且进入反射偏振片106。当成像器102为LCOS成像器时，并且由于这些像素为“开启”状态，光114也转变为正交偏振状态。在该情况下，尚未成像的p偏振入射光反射成s偏振的成像光。当s偏振光入射到偏振分束器104并且特别是多层光学膜反射偏振片106上时，光作为s偏振光束116朝向观看者或观看屏幕130反射。

在多个现有技术的实施例中，成像器可例如在光束118行进所朝向的方向上定位。在此类实施例中，成像光将通过偏振分束器104传输，而不是在偏振分束器104中反射。通过偏振分束器传输成像光允许图像的失真更少，并且因此具有更高的有效分辨率。然而，正如将进一步所解释，在多个实施例中可能期望包括如图1中所定位的成像器102。这可(例如)允许不同偏振的图像重叠。尽管多层光学膜作为反射偏振片具有许多益处，但是其通常难以使从此类膜反射出的成像光实现高有效分辨率。

由元件产生的图像或光的有效分辨率为有用的定量测量，因为其有助于预测何种尺寸的像素可被可靠地分辨。大多数当前成像器(LCOS和DLP)具有在约12.5μm至低至约5μm范围内的像素尺寸。因此，为了可用于反射成像情况中，反射器必须能够分辨低至至少约12.5μm，并且在理想地更好。因此，PBS的有效分辨率必须不超过约12.5μm，并且优选更低。这将被认为是高有效分辨率。

使用说明书中所述的技术，实际上可提供用于PBS 104中的能够以非常高的分辨率反射成像光的多层光学膜。实际上，参见图1，成像光116可从偏振分束器104朝向观看者或观看屏幕130以小于12微米的有效像素分辨率反射。实际上，在一些实施例中，成像光116可从偏振分束器104朝向观看者或观看屏幕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。

如所讨论，在至少一些实施例中，偏振子系统100可包括第二成像器108。第二成像器108可一般为相同类型的成像器作为第一成像器106，如LCOS或DLP。一种偏振状态的光(例如s偏振光)可从PBS 104反射，并且具体地从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PBS 104反射回。此外，与第一成像器104一样，第二成像器108反射出的光进行了偏振转换，使得在s偏振非成像光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PBS 104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PBS 104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PBS 104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。

一旦成像光116和可能的光122离开PBS 104，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。

PBS 104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PBS 104。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。

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80nm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。

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106一样，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。

与图1的覆盖件一样，PBS 200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^TM光学透明粘合剂8141(购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，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NOA73、NOA75、NOA76或NOA78)，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一样，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Pq。用例如US 7,234,816B2(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。

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II-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。

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。

传输穿过反射偏振片306的第一偏振的光320朝向邻近PBS 304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PBS 304反射回。然后，经转换的成像光314在PBS 304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。

第二偏振(如，s偏振)的光初始被PBS 304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302一样，第二成像器308也邻近PBS 304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PBS 304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PBS 304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。

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。

一种此类方法示于图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。

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性剂(例如少于1体积％)的水性溶液。表面活性剂可为常见的可商购获得的工业润湿剂，或者为甚至诸如餐具洗涤剂的家用材料。其它实施例可为蒸发时无残留的化合物(例如氨、醋或醇)的水性混合物。润湿剂可通过多种适当的方法施加，包括喷涂，如从喷涂瓶进行喷涂。在下一步中，将多层光学膜施加到基底425的表面，使得溶液430被夹在膜和基底之间。通常，还将润湿剂施加到多层光学膜的接触表面。然后，将压力器械435(例如橡胶滚轴)横跨多层光学膜410的顶部牵拉，从而将光学膜410紧密地压平至基底420的表面425，并且仅留下相当均匀的溶液薄层430将两者分开。在至少一些实施例中，首先可将保护层施加到多层光学膜的与施加至基底420的表面440的相对侧上。此时，留下构造，以允许溶液430蒸发。橡胶滚轴过程推动残余水经过多层光学膜的边缘，使得仅留下少量。接着，允许多层光学膜、平基底和润湿剂变干。随时间推移，润湿溶液的所有挥发性组分通过层410或420蒸发，或者在可发生蒸发的情况下沿着层410和420之间的空间被芯吸至层410的边缘。随着该过程的发生，多层光学膜410被拉得越来越靠近基底420，直到层410紧密贴合表面425。结果在图4的下一步中显示为干燥过程将膜410拉近基底420，并且有效地使多层光学膜的底部表面440变平。一旦已实现该平坦度，多层光学膜410便稳定地保持平坦，但是可释放地附接到基底。此时，永久基底可粘附到膜410的暴露表面。

图5示出了在提供偏振分束器的最终构造时可采取的另外步骤。例如，可将粘合剂550施加在膜410的平坦表面450上。粘合剂可为不会不利地影响PBS的光学或机械性能的任何适当的粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可为可固化的光学粘合剂，例如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NOA73、NOA75、NOA76或NOA78。在其它实施例中，可使用光学环氧树脂。在一些实施例中，粘合剂可为压敏粘合剂。接着，可以提供第二永久基底。在一个实施例中，第二永久基底可为棱柱。如图5中所示，将棱柱560抵靠粘合剂550施加，并且如果适当，使构造固化。现在可将膜410从基底420移除。在至少一个实施例中，通常通过略微弯曲基底420以允许膜410从基底420释放，而将膜410从基底420剥离。对于固化的粘合剂例如紫外粘合剂或环氧树脂，膜440的新暴露的底部表面保持基底420的平坦度。对于压敏粘合剂，膜440的底部表面可保持基底420的平坦度，或者可能需要附加的加工以维持平坦度。一旦已实现平坦的膜表面440，可将第二层粘合剂570施加到膜440的底部表面，并且可将第二棱柱或其它永久基底580施加至粘合剂。此外，可按需要固化该构造，从而得到完整的偏振分束器。

制备光学平偏振分束器的另一种方法具体地包括压敏粘合剂的使用。用合适的技术，可使多层光学膜紧密贴合棱柱的平坦表面。可包括以下步骤。首先，提供多层光学膜。多层光学膜将充当反射偏振片。这可能类似于图5的反射偏振片光学膜410，不同的是表面440可能尚未通过图4中所示的步骤而基本上变平。可将一层压敏粘合剂(在此对应于粘合剂层550)施加到多层光学膜的第一表面440。接着，可将棱柱560抵靠压敏粘合剂层在多层光学膜410的相对侧上施加。该方法还可包括将第二层粘合剂(如，层570)施加到膜的与第一表面440相对的第二表面575上。然后，可将第二棱柱580施加到层570的与膜410的相对侧。本发明方法提供了对该方法的改善，其进一步增强了反射偏振片/棱柱界面的平坦度，使得PBS的成像反射具有增强的分辨率。在将压敏粘合剂550施加到棱柱560和多层光学膜410之间后，使该构造经受真空。这可(例如)通过将该构造置于配备有常规真空泵的真空室中来发生。真空室可降低至给定压力，并且可将样品在该压力下保持给定的时间量，如5-20分钟。在将空气重新引入真空室中时，气压将棱柱560和多层光学膜410推挤到一起。在还施加第二粘合剂层和第二棱柱的情况下，可对第二界面(如，层570处)任选地重复在室中经受真空。向棱柱/MOF组件施加真空得到在成像光从PBS反射出时提供提高的有效分辨率的PBS。还可使用热/压力处理取代或结合真空处理。可能有利的是执行该加工不止一次。

实例

整个实例中涉及到以下材料列表及其来源。如果未另外说明，则材料可购自美国威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical(Milwaukee，WI))。一般根据(例如)U.S.6,179,948(Merrill等人)、6,827,886(Neavin等人)、2006/0084780(Hebrink等人)、2006/0226561(Merrill等人)和2007/0047080(Stover等人)中所描述的方法来制备多层光学膜(MOF)。

粗糙度测量方法

将棱柱置于模塑粘土上，并且使用柱塞式校平器进行校平。用9800光学干涉仪(购自美国亚利桑那州图森的维易科精密仪器有限公司(Veeco Metrology，Inc.，Tucson，AZ))、具有10×物镜和0.5×场透镜并且具有以下设定，测量等高线图：VSI检测；使用6行和5列的各个图拼出的4mm×4mm扫描区域，2196×2196的像素与1.82μm的取样；使用倾斜校正和球形校正；30-60微米后扫描长度与60-100前扫描长度；并且调制检测阈值为2％。以95％与10μm后扫描长度启用自动扫描检测(该较短的后扫描长度避免了数据收集中的表面下反射)。

测量每个棱柱的斜边-面中心区中的4mm×4mm区域。具体地，对每个区域的外形进行测量、绘图，并且计算粗糙度参数Ra、Rq和Rz。每个棱柱获得一个测量区域。在每种情况下测量三个棱柱样品，并且测定粗糙度参数的平均和标准偏差。

实例1：湿施用方法：

将反射偏振多层光学膜(MOF)以下列方式可释放地设置到光学平基底上。首先，将在水中包含大约0.5％温和餐具洗涤剂的润湿溶液置于喷瓶中。获得大约6mm的高光泽丙烯酸类树脂的片材，并且在洁净的罩子中从一侧移除保护层。用润湿溶液喷涂暴露的丙烯酸类树脂表面，使得整个表面被润湿。单独获得一片MOF，并且在洁净的罩子中移除其表层之一。用润湿溶液喷涂MOF的暴露表面，并且使MOF的湿表面与丙烯酸类树脂片材的湿表面接触。将重质隔离衬片施加到MOF的表面以防止对MOF的损坏，并且使用3M^TMPA-1施用装置(购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，MN))将MOF向下滚压至丙烯酸类树脂的表面。这将使大多数润湿溶液从两个润湿表面之间排出。完成该操作后，将第二表层从MOF移除。施加的MOF的检测显示，MOF表面比丙烯酸类树脂的表面不规则得多。在24小时后再次检测时，观察到MOF表面的平坦度与丙烯酸类树脂片材相差无几。随时间推移观察到的该变平与残留润湿溶液从两个表面之间蒸发从而允许MOF紧密贴合丙烯酸类树脂的表面相关。虽然MOF紧密且稳固地贴合丙烯酸类树脂的表面，但可以通过将MOF从丙烯酸类树脂的表面剥离而容易地将其移除。

通过将少量的诺兰光学粘合剂73(购自美国新泽西州克兰伯里的诺兰产品公司(Norland Products，Cranbury，NJ))置于MOF的表面上而制备成像PBS。缓慢地将10mm 45°BK7磨光玻璃棱柱的斜边放置成与粘合剂接触，使得不会在粘合剂中引入气泡。选择粘合剂的量，使得当将棱柱置于粘合剂上时，有足够的粘合剂流出棱柱的边缘，但是不会太多粘合剂导致粘合剂大量溢流越过棱柱的周边。结果是棱柱基本上平行于MOF的表面，并且被一层大约均匀厚度的粘合剂分离。

使用紫外固化灯以通过棱柱固化粘合剂层。固化后，将一部分大于棱柱并包含棱柱的MOF从丙烯酸类树脂基底剥离。通过弯曲丙烯酸类树脂板有利于移除，从而允许刚性棱柱和MOF复合材料更容易地与丙烯酸类树脂板分离。棱柱/MOF复合材料的检测显示，尽管MOF从丙烯酸类树脂板移除，其仍保持其平坦度。

然后，如“粗糙度测量方法”下所述测量MOF的粗糙度参数，并且报告于下表中。

	平均	标准偏差
			Ra(nm)	34	12
Rq(nm)	51	30
			Rz(μm)	6.7	8.5

将少量的诺兰光学粘合剂施加至棱柱/MOF复合材料的MOF表面。获得第二10mm45°棱柱，并且将其斜边设置成与粘合剂接触。使第二棱柱对齐，使得其主轴线和副轴线基本上平行于第一棱柱的主轴线和副轴线，并且这两个斜边表面基本上共延。使用紫外固化灯固化粘合剂层，使得第二45°棱柱粘结至棱柱/MOF复合材料。所得构造为偏振分束器。

实例2：使用热和压力的PSA方法

通过取3M^TM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))的样品，并使用滚筒层压方法将其层压至反射偏振MOF，而形成粘合剂构造。将一片该粘合剂构造粘附到类似于实例1中所用的玻璃棱柱的斜边。将所得MOF/棱柱复合材料置于高压釜烘箱中，并且在60℃和550kPa(80psi)下加工两小时。取出样品，并且将少量的可热固化光学环氧树脂施加到MOF/棱柱复合材料的MOF表面。如实例1中所示将棱柱对齐。然后，将样品放回烘箱中，并且再次在60℃和550kPa(80psi)下加工，这次为24小时。所得构造为偏振分束器。

实例2A：使用热和压力的PSA方法所得的粗糙度

使用实例2的方法生产的MOF的粗糙度如下测定。使用手压滚筒将一片测量为17mm×17mm的MOF层压成具有17mm宽度的玻璃立方体。玻璃立方体具有约0.25λ的平坦度，其中λ等于632.80nm(光的参比波长)。将滚筒层压的MOF在高压釜烘箱中在60℃和550kPa(80psi)下退火两小时。使用翟柯干涉仪(Zygo Interferometer)(购自美国康涅狄格州米德尔菲尔德的翟柯公司(Zygo Corporation，Middlefield CT))，使用具有λ＝632.80nm波长的光来测量经滚筒层压的MOF的平坦度。翟柯干涉仪报告了峰到谷粗糙度，其中使用了倾斜校正，且未应用范围校正。在17mm×17mm区域之上测量的峰到谷的粗糙度测定为1.475λ或约933nm。

实例3：使用真空的PSA方法

将一片实例2的粘合剂构造以类似于实例2中的方式粘附到玻璃棱柱。将所得的棱柱/MOF复合材料置于配备有常规真空泵的真空室中。将该室抽空至约71cm(28英寸)Hg，并且将样品保持在真空下约15分钟。

从真空室中取出样品，并且如“粗糙度测量方法”下所述测量MOF的粗糙度参数，并且将测量值报告于下表中。

	平均	标准偏差
			Ra(nm)	32	3
Rq(nm)	40	5
			Rz(μm)	1.2	0.7

使用实例1的技术和紫外光学粘合剂，将第二棱柱附接至棱柱/MOF复合材料。所得构造为偏振分束器。

比较例C-1

根据U.S.7,234,816(Bruzzone等人)创建偏振分束器构造。使用手压滚筒将一片实例2的粘合剂构造粘附至玻璃棱柱，从而形成MOF/棱柱复合材料。

然后，如“粗糙度测量方法”下所述测量MOF的粗糙度参数，并且报告于下表中。

	平均	标准偏差
			Ra(nm)	65	20
Rq(nm)	100	18
			Rz(μm)	8.6	5.1

使用实例1的技术和紫外光学粘合剂，将第二棱柱附接至棱柱/MOF复合材料。所得构造为偏振分束器。

性能评估

使用分辨率测试投影仪评估实例1、2、3和比较例C-1的偏振分束器反射图像的能力。使用在其它实例中使用并且作为全内反射(TIR)反射器运行的由45°棱柱之一组成的参比反射器以确立测试投影仪的最佳可能性能。

用弧灯光源对减小24×的测试目标进行背照。附接到测试目标的前表面的为45°棱柱，与早前实例中使用的那些(并且在本文中称为照明棱柱)相同。从光源水平行进穿过测试目标的得自测试目标的光进入照明棱柱的一个面，从斜边(经由TIR)反射出，并且射出棱柱的第二面。将棱柱的第二面取向成使得射出的光竖直导向。将得自实例的各种PBS以及参比棱柱置于照明棱柱的第二面的顶部上。对PBS中的反射表面(MOF)以及得自参比棱柱的斜边取向，使得从MOF或参比棱柱的斜边反射的光向前并且水平导向。将从3M^TM SCP 712数字投影仪(购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，MN))获得的F/2.4投影透镜置于PBS或参比棱柱的射出表面处，并且聚焦回到测试目标上，从而形成一种“潜望镜”布局。

然后，使用该光学系统以评估每个不同的PBS在反射模式中运行的同时分辨测试目标的能力。在该系统中，将测试目标的大约5mm×5mm部分投影至约150cm(60英寸)对角线。在测试目标的该区域内为分辨率图像的多个重复。在投影图像的不同位置中，评估测试目标的五个不同的同型重复：左上、左下、中心、右上和右下。评估每个测试目标，以确定清晰分辨的最高分辨率。根据该方案，需要分辨最大分辨率以及低于该水平的所有分辨率。存在局部失真导致尽管较高的分辨率(在稍有不同的位置中)被分辨，但较低的分辨率无法被分辨的情况。该选择的原因是为了使PBS在反射模式中有效地运作，整个视场而非仅小区域必须被分辨。

对每个实例测试多个样品。一旦确立每个PBS上的每个位置的最大分辨率，计算每种类型的棱柱(即，实例1-3、比较例C-1和参比棱柱)的平均和标准偏差。将“有效分辨率”定义为减去两个标准偏差的平均。该尺度由以“线对/mm”(lp/mm)为单位的数据确定，并且然后以最小可分辨像素的大小表达，该最小可分辨像素被测定为以lp/mm表达的有效分辨率的倒数的1/2。该定义阐释了分辨率仅与横跨视场的最小分辨率一样好的事实。有效分辨率表示预期特定PBS组合能够可靠地(横跨图像的95％)分辨的最大分辨率。

表1示出了本公开内不同实例的测量结果，并且表2示出了所得的有效分辨率。如可见，参比样品可分辨5μm的像素。得自实例1的PBS还可分辨几乎为5μm的像素。实例2能够分辨低至至少12μm，并且得自实例3的PBS能够分辨低至7μm。所有这些构造应当足以用于至少一些反射成像应用。另一方面，得自比较例C-1的PBS限于分辨约18微米的像素，并且对于反射成像构造可能不是可靠的选择。

表1：样品在五个位置处的线对/mm

表2：示例性膜的有效分辨率

本发明不应被认为限于上述特定实例和实施例，因为详细描述了此类实施例以有利于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为覆盖本发明的所有方面，包括落入由所附权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种修改、等同工艺和可供选择的装置。

Claims (5)

1.一种创建光学平偏振分束器的方法，包括：

提供多层光学膜反射偏振片；

将一层压敏粘合剂施加到所述多层光学膜的第一表面；

将棱柱抵靠所述压敏粘合剂层施加在与所述多层光学膜相对的侧面上；以及

向所述压敏粘合剂、多层光学膜和棱柱施加真空。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将第二层粘合剂施加到所述多层光学膜的与所述第一表面相对的第二表面，以及将第二棱柱施加至所述第二层粘合剂的与所述多层光学膜相对的侧面。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括向所述第二层粘合剂、多层光学膜和棱柱施加真空。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括在施加所述第二棱柱之前，将所述第一和第二棱柱的主轴线和副轴线对齐。

5.根据权利要求1所述的方法，其中通过将所述压敏粘合剂、所述多层光学膜、以及所述棱柱置于真空室中来施加所述真空。