低波前误差光学滤光器膜的制作方法

低波前误差光学滤光器膜


技术实现要素：

1.在本说明书的一些方面，提供了一种光学组件，该光学组件包括：第一光学基底，该第一光学基底包括第一主表面；多层聚合物光学膜，该多层聚合物光学膜设置在第一光学基底的第一主表面上并且包括数量总共大于约50的多个聚合物层；以及第一光学粘合层，该第一光学粘合层具有小于约0.5微米的平均厚度并且设置在第一光学基底的第一主表面与多层聚合物光学膜之间并与第一光学基底的第一主表面和多层聚合物光学膜进行物理接触，第一光学粘合层将第一光学基底粘合到多层聚合物光学膜并且包含硅烷化胺。
2.在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器，该偏振分束器包括：多层聚合物反射偏振器，该多层聚合物反射偏振器设置在第一光学棱镜和第二光学棱镜之间；光学粘合层，该光学粘合层与反射偏振器进行物理接触并将反射偏振器粘合到第一光学棱镜和第二光学棱镜中的每一者，并且具有小于约0.2微米的平均厚度，其中第一光学棱镜和第二光学棱镜在不损坏反射偏振器的情况下不能彼此分离。
3.在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器，该偏振分束器包括：多层聚合物反射偏振器，该多层聚合物反射偏振器设置在第一光学棱镜与第二光学棱镜之间并且包括相对的第一主表面和第二主表面；第一光学粘合层，该第一光学粘合层与反射偏振器的第一主表面进行物理接触并将反射偏振器的第一主表面粘合到第一光学棱镜；以及第二光学粘合层，该第二光学粘合层与反射偏振器的第二主表面进行物理接触并将反射偏振器的第二主表面粘合到第二光学棱镜，其中第一光学棱镜和第二光学棱镜在不损坏反射偏振器的情况下不能彼此分离，并且其中对于从反射偏振器的第一主表面侧和第二主表面侧中的每一者入射到偏振分束器上的波长为0.6328微米的光，偏振分束器具有小于约0.5的反射均方根波前误差。
4.在本发明的一些方面，提供了一种光学组件，该光学组件包括：第一光学基底，该第一光学基底包括第一主表面；光学膜，该光学膜设置在第一光学基底的第一主表面上，使得对于基本上垂直地入射光以及对于在至少50纳米处延伸的预先确定的波长范围内的每个波长，该光学膜反射至少第一偏振态的入射光的至少60％；以及第一光学粘合层，该第一光学粘合层具有小于约0.5微米的平均厚度，并且设置在第一光学基底的第一主表面和光学膜之间并与第一光学基底的第一主表面和光学膜进行物理接触，第一光学粘合层将第一光学基底粘合到光学膜并且包含硅烷化胺，并且其中对于从光学膜的每个主侧面入射到光学膜上的波长为0.6328微米的光，光学组件具有小于约0.5的反射均方根波前误差。
附图说明
5.图1a是根据本说明书的实施方案的偏振分束器的透视图；
6.图1b是根据本说明书的实施方案的偏振分束器的侧视图；
7.图1c是根据本说明书的实施方案的操作中的偏振分束器的侧视图；
8.图2a和图2b提供了根据本说明书的实施方案的光学组件的侧视图；
9.图3是根据本说明书的实施方案的具有弯曲表面的光学组件的侧视图；
10.图4是根据本说明书的实施方案的多层聚合物光学膜的侧视图；并且
11.图5是根据本说明书的实施方案的光学透镜组件的侧视图。
具体实施方式
12.在以下说明中参考附图，该附图形成本发明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，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
13.多层光学膜(mof)诸如mof反射偏振器和光学滤光器膜尚未被广泛采用用于反射成像光学器件，因为与常规反射成像平面(例如，通过物理气相沉积制成的多层涂层或线栅涂层)相比，它们传统上表现出相对较高的波前误差。可能用于将mof施加到光学组件的现有层压方法具有不允许它们满足工业标准的工艺挑战。出于本说明书的目的，反射波前误差被定义为当光从光学部件的表面反射时与从完全平坦(即，平面)表面反射时相比，在光学波前中看到的偏差程度。现有的工业标准可以规定反射均方根(rms)波前误差小于1波前误差(或者甚至1/2波误差、1/4波误差或1/8波误差)。出于本说明书的目的，透射波前误差被定义为当光透射通过光学部件(例如，透镜)时在光学波前中看到的偏差。
14.根据本说明书的一些方面，硅烷偶联剂用于经由纳米厚粘合层将光学膜(例如，反射偏振器mof)直接粘附到低波前光学器件，从而允许膜复制其所粘附的低波前光学器件部件的表面。在一些实施方案中，光学组件(例如，偏振分束器或光学透镜)包括：第一光学基底(例如，窗口、透镜或棱镜)，该第一光学基底包括第一主表面；多层聚合物光学膜，该多层聚合物光学膜设置在第一光学基底的第一主表面上；以及第一光学粘合层，该第一光学粘合层设置在第一光学基底的第一主表面和光学膜之间并与第一光学基底的第一主表面和光学膜进行物理接触。在一些实施方案中，第一光学粘合层将第一光学基底粘合到光学膜。在一些实施方案中，第一光学粘合层可以包括硅烷化胺。例如，在一些实施方案中，硅烷化胺可包含3-氨基苯基三甲氧基硅烷(aptms)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(aprtms)、3-氨基丙基三乙基硅烷(aprtes)和3-氨基苯基三乙氧基硅烷(aptes)中的一种或多种。在一些实施方案中，第一光学粘合层的平均厚度可以小于约0.5微米，或小于约0.25微米，或小于约0.2微米，或小于约0.15微米。
15.在一些实施方案中，第一光学基底可以是具有相对的第一主平面表面和第二主平面表面的平面平行板，使得第一光学基底的第一主表面是平面平行板的第一平面主表面。在一些实施方案中，第一光学基底是弯曲的并且包括相对的第一弯曲主表面和第二弯曲主表面，使得第一光学基底的第一主表面是弯曲的第一光学基底的第一弯曲主表面。在一些实施方案中，第一光学基底可以是具有相对的第一主表面和第二主表面的光学透镜，第一主表面和第二主表面中的至少一者是弯曲的，使得第一光学基底的第一主表面是光学透镜的第一主表面和第二主表面中的一者。
16.在一些实施方案中，光学膜可以包括总共大于约50层的多个聚合物层。在一些实施方案中，光学膜可以包括反射偏振器，使得对于基本上垂直地入射光以及对于至少一种波长的光，反射偏振器可反射具有第一偏振态的入射光(例如，具有线性s偏振态的光，也称为s偏振光)的至少60％并透射具有正交的第二偏振态的入射光(例如，p偏振光)的至少60％。应当指出的是，上文所论述的偏振态仅是示例，并且不旨在是限制性的。例如，第一偏
振态可以是p偏振光，并且第二偏振态可以是s偏振光。作为另一示例，第一偏振态可以是线性偏振类型，并且第二偏振态可以是圆形偏振态。在一些实施方案中，该多个聚合物层可以形成交替的第一聚合物层和第二聚合物层，其中第一聚合物层是基本上各向同性的，并且第二聚合物层是基本上双折射的。在一些实施方案中，双折射第二聚合物层可以具有沿正交方向的面内折射率nx和ny，其中nx和ny之间的差异大于约0.01。在一些实施方案中，对于红外波长范围内的至少一个波长，反射偏振器可反射第二偏振态的入射光的至少60％。
17.在一些实施方案中，光学膜可包括光学反射器，使得对于基本上垂直地入射光以及对于从约400nm延伸至约700nm的可见波长范围内的至少一个波长，光学反射器反射互相正交的第一偏振态和第二偏振态中的每一者的入射光的至少60％。在一些实施方案中，对于从约750nm延伸至约1200nm的红外波长范围内的至少一个波长，光学反射器透射第一偏振态和第二偏振态中的每一者的入射光的至少60％。在一些实施方案中，光学膜可包括光学反射器，使得对于基本上垂直地入射光以及对于从约750nm延伸至约1200nm的红外波长范围内的至少一个波长，光学反射器反射至少第一偏振态的入射光的至少60％，并且对于从约400nm延伸至约700nm的可见波长范围内的至少一个波长，光学反射器透射第一偏振态和正交的第二偏振态中的每一者的入射光的至少60％。
18.在一些实施方案中，光学组件还可包括具有第一主表面的第二光学基底和第二光学粘合层。在一些实施方案中，第二光学粘合层可以设置在第二光学基底的第一主表面和光学膜之间并与第二光学基底的第一主表面和光学膜进行物理接触，从而将第二光学基底粘合到光学膜。在一些实施方案中，第二光学粘合层可以是硅烷化胺。在一些实施方案中，第二光学粘合层可具有小于约0.5微米，或小于约0.25微米，或小于约0.2微米，或小于约0.15微米的平均厚度。在一些实施方案中，第一光学基底可以是棱镜，并且第一主表面可以是棱镜的斜面。在一些实施方案中，第二光学基底可以是第二棱镜，并且第二光学基底的第一主表面可以是第二棱镜的斜面。
19.根据本说明书的一些方面，偏振分束器包括：多层聚合物反射偏振器，该多层聚合物反射偏振器设置在第一光学棱镜和第二光学棱镜之间；光学粘合层，该光学粘合层与反射偏振器进行物理接触并将反射偏振器粘合到第一光学棱镜和第二光学棱镜中的每一者，其中第一光学棱镜和第二光学棱镜在不损坏反射偏振器的情况下不能彼此分离。在一些实施方案中，光学粘合层可以具有小于约0.2微米的平均厚度。在一些实施方案中，偏振分束器在0.6328微米的波长下可具有小于约0.75个波、或小于约0.5个波、或小于约0.25个波、或小于约0.2个波的反射均方根波前误差。在一些实施方案中，光学粘合层可以是第一光学粘合层(将第一光学棱镜粘合到反射偏振器的第一侧)和第二光学粘合层(将第二光学棱镜粘合到反射偏振器的第二侧)。
20.根据本说明书的一些方面，偏振分束器包括：多层聚合物反射偏振器，该多层聚合物反射偏振器设置在第一光学棱镜与第二光学棱镜之间并且包括相对的第一主表面和第二主表面；第一光学粘合层，该第一光学粘合层与反射偏振器的第一主表面进行物理接触并将反射偏振器的第一主表面粘合到第一光学棱镜；以及第二光学粘合层，该第二光学粘合层与反射偏振器的第二主表面进行物理接触并将反射偏振器的第二主表面粘合到第二光学棱镜；在一些实施方案中，第一光学棱镜和第二光学棱镜不能在不损坏反射偏振器的情况下彼此分离。在一些实施方案中，对于从反射偏振器的第一主表面侧和第二主表面侧
中的每一者入射到偏振分束器上的波长为约0.6328微米的光，偏振分束器可具有小于约0.5的反射均方根波前误差。在一些实施方案中，偏振分束器在0.6328微米的波长下可具有小于约0.07个波的透射均方根波前误差。
21.根据本说明书的一些方面，提供了一种光学组件，该光学组件包括：第一光学基底，该第一光学基底包括第一主表面；光学膜(例如，反射偏振器、光学反射器等)，该光学膜设置在第一光学基底的第一主表面上，使得对于基本上垂直地入射光以及对于在至少50纳米处延伸的预先确定的波长范围内的每个波长，该光学膜反射至少第一偏振态的入射光(例如，具有与x轴对准或另选地与y轴对准的偏振态的光)的至少60％，或至少70％，或至少80％；以及第一光学粘合层，该第一光学粘合层具有小于约0.5微米的平均厚度，并且设置在第一光学基底的第一主表面和光学膜之间并与第一光学基底的第一主表面和光学膜进行物理接触，第一光学粘合层将第一光学基底粘合到光学膜并且包含硅烷化胺(例如，aptms、aprtms、aprtes、aptes等)，并且其中对于从光学膜的每个主侧面入射到光学膜上的波长为0.6328微米的光，光学组件具有小于约0.5的反射均方根波前误差。
22.现在转向附图，图1a-1c提供了根据本文描述的实施方案的偏振分束器的视图。图1a是包括由多层光学膜(mof)反射偏振器20分离的第一光学基底10(例如，第一光学棱镜)和第二光学基底50(例如，第二光学棱镜)的光学组件100(例如，偏振分束器)的透视图。在一些实施方案中，第一光学粘合层40设置在第一光学基底10的第一主表面11与反射偏振器20之间。第一光学粘合层40将第一光学基底10粘合到反射偏振器20，并且在一些实施方案中，包含硅烷化胺。使用硅烷化胺(例如，硅烷偶联剂)将光学部件与纳米厚粘合层粘附，从而产生部件之间的具有相对低的波前误差的界面。在一些实施方案中，第二粘合层60设置在第二光学基底50的第一主表面51与反射偏振器20的相对侧之间。
23.图1b示出了图1a的光学组件100的侧视图，提供了另外的细节。反射偏振器20的特征在于第一主表面24和第二主表面26，它们是反射偏振器20的相对侧。在一些实施方案中，第一光学粘合层40设置在光学基底10的第一主表面11和反射偏振器20的第一主表面24之间并将它们粘附。在一些实施方案中，第一光学粘合层40具有小于约0.5微米，或小于约0.4微米，或小于约0.3微米的平均厚度t1。在一些实施方案中，第二光学粘合层60设置在光学基底50的第一主表面51和反射偏振器20的第二主表面26之间并将它们粘附。在一些实施方案中，第二光学粘合层60具有小于约0.5微米，或小于约0.4微米，或小于约0.3微米的平均厚度t2。
24.图1c示出了图1a和图1b的光学组件100作为偏振分束器操作时的侧视图。在所示的实施方案中，代表非偏振光的入射光线200进入光学组件100的一个表面，从而进入第二光学基底50(即，第二光学棱镜50)。光线200基本不变地穿过第二粘合层60并撞击在反射偏振器20的表面上。在一些实施方案中，反射偏振器20允许第一偏振态的光200p(例如，p偏正光)透射穿过反射偏振器20，进入第一光学基底10(即，第一光学棱镜20)，并且使第二偏振态的光200s(例如，s偏振光)被反射(即，使光线200分成200p和200s)。如图1c所示，光线200p代表透射波前，并且光线200s代表反射波前。
25.图2a是根据本文描述的实施方案的光学组件100a的侧视图。在所示的实施方案100a中，第一光学基底是包括第一平面主表面11a和相对的第二平面主表面12a的第一平面平行板10a，并且第二光学基底是包括第一平面主表面51a和相对的第二平面主表面52a的
第二平面平行板50a。如同图1a-1c的实施方案100一样，光学组件100a包括设置在第一平面平行板10a和第二平面平行板50a之间的多层聚合物光学膜(例如，反射偏振器)20。第一光学粘合层40设置在第一平面平行板10a和光学膜20之间(将第一平面主表面11a粘附到光学膜20的第一侧)。第二光学粘合层60设置在第一平面平行板50a和反射偏振器20之间(将第一平面主表面51a粘附到光学膜20的第二侧)。在一些实施方案中，第一光学粘合层40具有小于约0.5微米，或小于约0.4微米，或小于约0.3微米的平均厚度t1。在一些实施方案中，第二光学粘合层60具有小于约0.5微米，或小于约0.4微米，或小于约0.3微米的平均厚度t2。利用第一平面平行板10a和第二平面平行板50a的图2a所示的实施方案可以表示用于透射某种偏振类型的光(例如，p偏振光或s偏振光)的偏振窗口或透镜。
26.在一些实施方案中，光学组件可以仅包括第一光学基底10a，并且可以不包括第二光学基底50a和第二光学粘合层60。该实施方案在图2b中示出，示出了另选实施方案的光学组件100a'。换句话说，本文所述的概念适用于仅包括单个基底和单个光学粘合层的光学组件，并且并非在所有实施方案都要求夹在第一基底和第二基底之间的光学膜。图2b中重复的所有附图标记表示与图2a中相同编号的部件相同的部件，并且在此不再进一步描述。
27.图3是根据本文描述的实施方案的具有弯曲表面的光学组件100b的侧视图。在图3的实施方案中，第一光学基底10b和第二光学基底50b中的一者或多者可具有一个或多个弯曲主表面。虽然图3所示的实施方案将第一光学基底10b的两个主表面11b和12b以及第二光学基底50b的两个主表面51b和52b示出为弯曲的，但是可能存在一些实施方案，其中仅这些表面的子集弯曲。例如，在一个实施方案中，只有第一光学基底10b的主表面12b可以是弯曲的，而表面11b、51b和52b(以及光学膜20的相对主表面)是平面表面。其他示例性构型也是可能的。例如，在一些实施方案中，光学组件100b可以仅包括第一光学基底10b，并且不包括第二光学基底50b或第二光学粘合层60。
28.在一些实施方案中，前述附图的多层聚合物光学膜20可以由多层聚合物材料构成。图4示出了被构造为多层光学膜(mof)的光学膜20的实施方案。在一些实施方案中，光学膜20包括多个交替的第一聚合物层21和第二聚合物层22。在一些实施方案中，组合的交替的第一聚合物层11和第二聚合物层22的数量可介于50和700之间。在一些实施方案中，第一聚合物层21和第二聚合物层22可各自具有小于约500nm的平均厚度。
29.在一些实施方案中，第一聚合物层21可以是基本上各向同性的(即，当在不同方向上测量时表现出基本上相同的折射率)。在一些实施方案中，第二聚合物层22可以基本上是双折射的(即，当以不同的正交方向测量时表现出两个不同的折射率)并且具有沿正交方向的平面内折射率nx和ny，其中nx与ny之间的差异大于约0.01。以这种方式构造光学膜20产生mof，当入射光线200照射到膜上时，具有第一偏振态的入射光200的至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％被反射为反射光线200s，并且具有第二偏振态的入射光200的至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％被透射为透射光线200p(例如，反射偏振器)。如本文别处所讨论的，尽管图4的示例被标记为显示光200s被反射而光200p被透射，但实际偏振态可以是除s偏振光和p偏振光之外的其他偏振态。可以使用与本文描述一致的任何适当的不同类型的光偏振。
30.最后，图5是光学透镜组件100c形式的另选光学组件的侧视图。在所示的实施方案中，多层光学膜20粘附到具有相对第一主表面11c和第二主表面12c的光学透镜10c。在一些
实施方案中，设置在光学膜20和光学透镜10c之间并粘附光学膜和光学透镜的是光学粘合层40。在一些实施方案中，主表面11c和12c中的至少一个主表面是弯曲的。在一些实施方案中，两个主表面11c和12c以及光学膜20都是弯曲的。在一些实施方案中，光学透镜组件100c可以允许第一偏振态的光(例如，s偏振光)从光学膜20的表面反射，并且允许第二偏振态的光(例如，p偏振光)基本上透射穿过光学薄膜20，穿过光学透镜组件100c。在一些实施方案中，并且对于一些应用，光学组件100c还可包括第二光学基底50c和第二光学粘合层60(参见例如图2a和图3的实施方案)。
31.诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。
32.本领域普通技术人员将在本说明书中使用和描述的上下文中理解术语诸如“基本上”。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上相等”的使用不清楚，则“基本上相等”将指约大致为如上所述的约的情况。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上平行”的使用不清楚，则“基本上平行”将指在平行的30度以内。在一些实施方案中，描述为彼此基本上平行的方向或表面可以在平行的20度以内或10度以内，或者可以是平行的或标称平行的。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上对准”的使用不清楚，则“基本上对准”将指在对准对象的宽度的20％以内对准。在一些实施方案中，描述为基本上对准的对象可在对准对象的宽度的10％以内或5％以内对准。
33.上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本技术之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。
34.除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其他附图中的对应的元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本技术旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。