多频带共振光栅制造技术

多频带共振光栅。本发明专利技术公开了一种光学组合器，该光学组合器包括第一层，该第一层包括具有第一折射率的材料的结构的周期性布置。第二层覆盖该第一层上的该结构，并且该第二层包括具有第二折射率的材料。在587.5nm下测量的该第一折射率与该第二折射率之间的差值小于1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于20

【技术实现步骤摘要】
多频带共振光栅

技术介绍

[0001]汽车平视显示器(HUD)以方便且安全的方式向驾驶员提供实时信息。参考图1中的示意图，车辆的HUD系统10包括介于外部挡风玻璃玻璃层14和内部挡风玻璃玻璃层16之间的光学组合器12。包括光源(诸如激光器或LED)的投影仪18发射以选定倾斜入射仰角θ入射在组合器12的第一表面13上的偏振或非偏振窄带红光20、绿光22和蓝光24。组合器12的第一表面13以镜面反射方式将红/绿/蓝(RGB)光朝向观察者(车辆驾驶员)的眼睛26反射以创建期望虚拟图像。虽然对于处于仰角θ的窄带RGB光20、22、24为高度反射的，但组合器12也应当对于入射在其第二表面15上的非偏振宽带环境光28为高度透射的以提供对于由观察者26通过挡风玻璃观察的外部视图的高透明度。
[0002]组合器12应当对于通过挡风玻璃到来的光为高度透射的，除了处于由投影仪发射的红色、绿色和蓝色波长附近的三个选择性波长的在小但有限的角度内的光之外。需要用于HUD显示器组合器的低成本且可大量生产的材料，该材料可提供针对处于倾斜入射仰角的偏振输入信号的窄带反射和非偏振环境光的高度透射。

技术实现思路

[0003]在一些示例中，共振波导光栅(RWG)包括经由耦接到传播入射波支持漏导模式的周期性结构。一般而言，本公开涉及单周期性或双周期性RWG，其在针对倾斜入射的选定波长和偏振下提供高反射，同时维持针对非偏振宽带激发的大透射，并且因此在包括但不限于用于平视显示器(HUD)的光学组合器的应用中是有用的。由于RWG是固有色散的，因此当激发角改变几度时，在特定立体角激发下的模式的共振波长可能偏移与线宽相当或比线宽更大的量(而不是消失)。在一些示例中，具有双周期性结构的RWG可提供增强的角容差。例如，RWG可提供RGB选择性，同时仍然维持良好角色散，并且满足宽范围应用(包括像HUD的汽车显示器)的相关性能指标。
[0004]本公开的光学组合器包括第一结构化层，该第一结构化层包括由具有第一折射率的材料制成的结构的周期性布置。具有第二折射率的第二层覆盖该第一结构化层上的该结构。第一折射率与第二折射率之间的差值小于约1.5。对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在第一结构化层上的偏振或非偏振输入信号，诸如红/绿/蓝(RGB)输入光，光学组合器产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0005]本公开的光学组合器利用廉价和广泛可用的材料，并且可使用例如辊对辊制造过程以相对较低成本较大规模地制造。
[0006]在一个方面，本公开涉及一种光学组合器，其包括第一层，该第一层包括具有第一折射率的材料的结构的周期性布置。第二层覆盖该第一层上的该结构，并且该第二层包括具有第二折射率的材料。在587.5nm下测量的第一折射率与第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该第一层上的该输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在
该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0007]在另一个方面，本公开涉及一种用于车辆的挡风玻璃，该挡风玻璃包括：外部玻璃层、内部玻璃层，以及附连到该外部玻璃层或该内部玻璃层的光学组合器膜。该光学组合器膜包括：第一层，该第一层具有结构的周期性布置，其中该结构包括具有第一折射率的材料；第二层，该第二层在该第一层上覆盖该结构，其中该第二层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该第一层上的该输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0008]在另一个方面，本公开涉及一种平视显示器(HUD)系统，包括：具有处理器的计算机，该处理器生成具有HUD显示数据的输出；以及与该计算机接口连接的投影仪单元，其中该投影仪单元将红/绿/蓝(RGB)信号发射到挡风玻璃上以供观看者显示。该挡风玻璃包括外部玻璃层、内部玻璃层；以及该外部玻璃层与该内部玻璃层之间的光学组合器膜。该光学组合器膜包括：第一层，该第一层具有结构的周期性布置，其中该结构包括具有第一折射率的材料；以及该第一层上的第二层，其中该覆盖层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该第一层中的该结构被配置为使得该光学组合器针对由该投影仪单元发射并且从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该介电层上的红/绿/蓝(RGB)信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0009]在另一个方面，本公开涉及一种光学组合器膜，其包括由覆盖层覆盖的结构化层。该结构化层包括结构的周期性布置，并且在587.5nm下测量的该结构的折射率与该覆盖层的折射率之间的差值小于约1.5。该结构被配置为使得该光学组合器膜对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该介电层上的输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0010]在另一个方面，本公开涉及一种用于制造光学组合器膜的方法。该方法包括：在聚合物衬底上形成介电层，其中该介电层具有结构的周期性布置，并且其中该结构包括具有第一折射率的材料；在该介电层上施加聚合物覆盖层，其中该聚合物覆盖层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5；并且其中该介电层中的该结构被配置为使得该光学组合器膜对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该介电层上的输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0011]在另一个方面，本公开涉及一种用于制造光学组合器膜的方法。该方法包括：在具有第一折射率的聚合物材料中形成结构的周期性布置；将该结构嵌入在具有第二折射率的介电材料中，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5；并且其中该介电层中的该结构被配置为使得该光学组合器膜对于从空气以大于约20
°
的倾斜仰角入射在该介电层上的输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在该仰角的
±3°
范围内大于约50％的平均反射。
[0012]在另一个方面，本公开涉及一种光学组合器，其包括具有第一折射率的第一材料的第一结构化层，其中该第一结构化层包括结构的第一周期性布置。该光学组合器还包括
具有第二折射率的第二材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学组合器，所述光学组合器包括：第一层，所述第一层包括结构的周期性布置，其中所述结构包括具有第一折射率的材料；第二层，所述第二层在所述第一层上覆盖所述结构，其中所述第二层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的所述第一折射率和所述第二折射率之间的差值小于1.5；并且其中所述结构的周期性布置被配置为使得所述光学组合器对于从空气以大于20
°
的倾斜仰角入射在所述第一层上的输入信号产生包括三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在所述仰角的
±3°
范围内大于50％的平均反射。2.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述仰角介于50
°
至60
°
之间。3.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述输入信号为偏振的。4.根据权利要求3所述的光学组合器，其中所述输入信号为TM偏振(p偏振)的。5.根据权利要求4所述的光学组合器，其中所述输入信号包括可见光的红色、蓝色和绿色(RGB)波长。6.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述输出信号在400nm至2微米(μm)的波长范围内包括所述反射峰值。7.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述光学组合器在与所述输入信号的入射平面垂直的平面中在
‑5°
至5
°
的方位角范围内产生所述输出信号。8.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述第一层中的所述结构包括沿着第一方向延伸的多个平行脊，其中所述脊通过线性凹槽分离。9.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述第一层包括折射率在400nm至700nm的波长范围内为1.2至1.55的聚合物材料，并且所述第二层包括TiO2。10.一种光学组合器膜，所述膜包括：结构化层，所述结构化层由覆盖层覆盖，其中所述结构化层包括结构的周期性布置，并且其中在587.5nm下测量的所述结构的折射率与所述覆盖层的折射率之间的差值小于1.5；其中所述结构被配置为使得所述光学组合器膜对于从空气以大于20
°
的倾斜仰角入射在介电层上的输入信号产生包括三个反射峰值的输出信号，每个反射峰值具有在所述仰角的
±3°
范围内大于50％的平均反射。11.根据权利要求10所述的光学组合器膜，其中所述结构化层包括折射率为1.2至1.55的聚合物材料，并且所述覆盖层包括TiO2。12.一种光学组合器，所述光学组合器包括：具有第一折射率的第一材料的第一结构化层，其中所述第一结构化...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：