光學(xué)濾波器以及用于制備光學(xué)濾波器的方法
【專利說明】光學(xué)濾波器以及用于制備光學(xué)濾波器的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)濾波器，尤其是梯度光學(xué)濾波器，以及用于制備光學(xué)濾波器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多通道投影顯示器是利用至少兩個(gè)投影儀來形成圖像的顯示系統(tǒng)。常見的是使多個(gè)圖像部分重疊并且校正亮度以便最終顯示一個(gè)無縫圖像。校正可以用具有光密度梯度的光學(xué)濾波器來實(shí)現(xiàn)，例如所謂的中性密度濾波器。對于一些應(yīng)用，有利的是使濾波器在多個(gè)梯度等級之間具有連續(xù)過渡，以便不會(huì)引起衍射或散射或者會(huì)降低對比度或圖像質(zhì)量的其他人工現(xiàn)象。還期望控制色調(diào)或者提供色彩中性濾波器。若可以獲得任意的傳輸分布并且濾波器容易制造的話，會(huì)是有益的。
[0003]US6078442描述了一種濾波器，其包括具有不同直徑的多個(gè)光吸收層，以使濾波器的中心會(huì)比外圍具有更高的吸收度。然而，濾波器受限于徑向?qū)ΨQ性并且不提供上述任意的傳輸分布。該濾波器通過旋涂法制造，旋涂法是一種不適于沉積大量層的方法，并且旋涂法不能以合理的工作和成本來獲得平滑的任意傳輸分布。因此，US6078442不提供具有理想屬性的濾波器。
[0004]發(fā)明概述
[0005]本發(fā)明的目標(biāo)在于提供由塊狀材料制成并且用鑄造工藝制造的梯度密度濾波器。通過改變?yōu)V波器材料的厚度，可以獲得傳輸中的梯度。這是基于Lambert — Beer定律，該定律說明傳輸取決于材料的厚度和消光系數(shù)(或折射率的虛部)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種具有實(shí)質(zhì)上平面的主體的梯度光學(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器包括存在于所述主體的相應(yīng)區(qū)域中的第一濾波器材料和第二濾波器材料，所述第一濾波器材料和所述第二濾波器具有其折射率的基本相同實(shí)部以及不同的光衰減屬性，其中第一濾波器材料和第二濾波器材料沿一分界表面互相接觸，且其中所述分界表面沿與所述主體垂直的平面的截面包括曲線。
[0007]特別是，主體的每個(gè)“相應(yīng)區(qū)域”的每一個(gè)表示:在其中在與主體平面垂直的方向上經(jīng)過該主體的光線會(huì)僅經(jīng)過第一濾波器材料的區(qū)域；以及在其中這一光線會(huì)僅經(jīng)過第二濾波器材料的區(qū)域，除了在每個(gè)這樣的區(qū)域包含分界表面的部分中。出于投影目的，最小衰減材料最好存在于主體的位于中心的區(qū)域中。在一實(shí)施例中，分界表面沿著基本矩形的路徑，以補(bǔ)償在多個(gè)投影儀的矩形投影區(qū)域的重疊區(qū)中的過度亮度。
[0008]術(shù)語“基本上平面”是指其厚度比其其余維度小得多的主體。第一濾波器材料和第二濾波器材料的組合厚度優(yōu)選為至少0.5_、更優(yōu)選為至少1.5_、最優(yōu)選為至少3_。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，曲線被成形以便向?yàn)V波器提供梯度等級之間的連續(xù)過渡。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)濾波器被插入多通道投影顯示器的波束路徑中時(shí)，避免衍射或散射或其他人工現(xiàn)象。
[0010]除非明確以其他方式指明，否則“折射率”在此僅指復(fù)數(shù)折射率的實(shí)部，S卩，不涉及材料衰減的實(shí)際折射率。在說明相應(yīng)濾波器材料的折射率的實(shí)部基本相同時(shí)，意味著這些折射率彼此相同或非常接近。在一實(shí)施例中，第一濾波器材料的折射率與第二濾波器材料的折射率之差小于0.002。
[0011]將會(huì)理解，考慮到光學(xué)濾波器的理想濾波特性，第一濾波器材料和第二濾波器材料可具有不同的光衰減屬性。
[0012]這樣，這些材料之一可以提供濾波效應(yīng)，而另一個(gè)材料可以提供退出平面以確保光不會(huì)在離開濾波器時(shí)被折射。
[0013]優(yōu)選的是，濾波器材料對于預(yù)期輻射是同質(zhì)的，以避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變輻射，例如通過散射或衍射而改變。
[0014]鑄造可以通過使用模具來執(zhí)行。模具可以是用于在第一材料中創(chuàng)建腔體以使另一材料可以在第二步驟中被添加的固體結(jié)構(gòu)?；蛘?，它可以是第一材料被插入其中的中空結(jié)構(gòu)，且然后第二材料可以被添加在第一材料周圍。
[0015]這一模具可以通過基于例如擠壓、燒結(jié)或?qū)盈B的工藝來制造，或通過可提供任意形狀結(jié)構(gòu)的任何其他適當(dāng)方法來制造。為了進(jìn)一步提高最高傳輸?shù)燃壓妥畹蛡鬏數(shù)燃壷g的比率，可以使用具有高吸收度的濾波器材料。以此方式，通過完全除去濾波材料且留出沒有濾波材料的區(qū)域，提高了最高吸收等級而同時(shí)最低吸收等級可以保持為零。
[0016]所述的亮度校正濾波器不限于用于多通道投影顯示系統(tǒng)，而也可例如用作用于背光顯示器的背光校正器或者期望梯度濾波器的任何應(yīng)用。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，分界表面包括通用曲面。通用曲面描述了任意的傳輸分布。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，曲面由y= a ln(bx)描述，其中x和y是所述平面中的坐標(biāo)，X軸平行于所述主體，y軸垂直于所述主體，a和b是縮放常數(shù)。如以下將更詳細(xì)描述，對數(shù)的分界面分布將有利地導(dǎo)致光傳輸?shù)木€性空間變化。線性梯度可例如用于校正混合區(qū)中的參與圖像的亮度等級。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，選擇材料厚度以提供預(yù)定義的濾波器傳輸。預(yù)定義的傳輸可以通過改變?yōu)V波器材料的厚度來獲得(即，最小透射材料層在上述y坐標(biāo)方向上的程度)，例如根據(jù)Lambert—Beer定律。
[0020]本發(fā)明各實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:光學(xué)濾波器可以被設(shè)計(jì)成具有沿平面主體的透射率的任何連續(xù)變化。特別是，不限于具有任何特定對稱性的透射率圖案，諸如徑向?qū)ΨQ。相應(yīng)地，光學(xué)濾波器可以被設(shè)計(jì)成更準(zhǔn)確地補(bǔ)償通常在多投影儀系統(tǒng)的相鄰?fù)队皥D像在其中重疊的區(qū)域中發(fā)生的過度曝光。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，所述材料中的至少一者被認(rèn)為對于預(yù)期輻射是同質(zhì)的。根據(jù)沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)或圖案的同質(zhì)材料，可以減少或避免衍射和/或散射。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，向所述材料中的至少一者添加有制劑來增加吸收系數(shù)。這種制劑可以例如是炭黑。炭黑具有高消光(即吸收)系數(shù)，同時(shí)(實(shí))折射率的變化可忽視。這有益于避免兩個(gè)材料間的分界面中的折射。另一個(gè)好處在于，通過使用炭黑作為吸收調(diào)節(jié)器，該實(shí)現(xiàn)方式與常規(guī)的照相乳劑、涂料和染料相比，在高流明照明環(huán)境中更可持續(xù)。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器的一實(shí)施例中，所述材料中的至少一者包括樹脂，例如硅橡膠。橡膠部分促使硅在表面上保持非固態(tài)。
[0024]在一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器還包括覆蓋所述主體的第一側(cè)的第一發(fā)射板。在一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器還包括覆蓋所述主體的第二側(cè)的第二發(fā)射板。術(shù)語“第一側(cè)”和“第二側(cè)”是指平面主體的主要表面。第一發(fā)射板和/或第二發(fā)射板可以是玻璃板或透明聚合物。因此，取決于理想的光學(xué)和機(jī)械屬性，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器可由純?yōu)V波器材料、濾波器材料和發(fā)射背光的組合、或者濾波器材料在兩個(gè)發(fā)射板之間的三明治結(jié)構(gòu)組成。
[0025]根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種包括多個(gè)投影儀的投影系統(tǒng)，其中所述多個(gè)投影儀中的每一個(gè)都配備有上述的光學(xué)濾波器。
[0026]優(yōu)選的是，該系統(tǒng)中使用的光學(xué)濾波器具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，在第一區(qū)域中，第一濾波器材料在主體的中心部分，在所述第二區(qū)域中，第二濾波器材料在所述主體的外圍部分，其中所述第二濾波器材料的光衰減高于所述第一濾波器材料的光衰減。
[0027]根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種用于制備梯度光學(xué)濾波器的方法，所述方法包括:組合第一平面表面和模具元件以形成第一模具腔體，所述第一模具腔體在一側(cè)上被所述第一平面表面的第一部分并且沿著所述模具元件的模具表面的邊緣而劃定；以液態(tài)將第一材料插入所述第一模具腔體中；允許所述第一材料的大部分凝固；移除所述模具元件以便在之前被所述模具元件占據(jù)的空間內(nèi)產(chǎn)生第二模具腔體，所述第二模具腔體在一側(cè)上被所述第一平面表面的第二部分并且沿著所述凝固的第一材料的一邊緣而劃定；以及以液態(tài)將第二材料插入所述第二模具腔體中；其中所述第一材料和所述第二材料具有其折射率的實(shí)質(zhì)上相同的實(shí)部以及不同的光衰減屬性，且其中所述模具表面沿著與所述第一平面表面垂直的平面的截面包括曲線。
[0028]第一濾波器材料和第二濾波器材料的組合厚度優(yōu)選為至少0.5mm、更優(yōu)