制造偏振分束器的方法

摘要

本发明公开一种制造偏振分束器的方法。一个示例性方法包括：在模内支撑偏振膜，偏振膜具有第一表面和第二表面；将第一聚合物材料注入与偏振膜的第一表面相邻的模中；使第一聚合物材料固化以形成第一棱镜；以及将第二棱镜固定到偏振膜的第二表面上。另一个示例性方法包括：注入成型偏振分束器的包括第一聚合物材料的第一部件；以及将第一部件热处理到不高于比第一聚合物材料的玻璃态转化温度低约20℃的温度。

权利要求

1.一种制造偏振分束器的方法，所述方法包括：在模内支撑偏振膜，所述偏振膜具有第一表面和第二表面；

将第一聚合物材料注入与所述偏振膜的第一表面相邻的所述模中；

使所述第一聚合物材料固化以形成第一棱镜；以及将第二棱镜固定到所述偏振膜的第二表面上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一聚合物材料包括丙烯酸聚合物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述偏振分束器热处理到不高于比所述第一聚合物材料的玻璃态转化温度低20℃的温度。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述第一聚合物材料注入所述模的模腔内之前或注入过程中，对所述偏振膜施加张力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，固定所述第二棱镜的步骤包括：在所述模的模腔内注入成型所述第二棱镜，所述模腔部分地由所述偏振膜限定。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模构造成为形成所述第一棱镜上的表面特征。

7.一种制造偏振分束器的方法，所述方法包括：在第一模内支撑偏振膜，所述偏振膜具有第一表面和第二表面；

将第一聚合物材料注入与所述偏振膜的第一表面相邻的所述第一模中；

使所述第一聚合物材料固化以形成第一棱镜；

将第二聚合物材料注入与所述偏振膜的第二表面相邻的第二模中；以及使所述第二聚合物材料固化以形成第二棱镜，其中所述偏振膜设置在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中至少之一包括丙烯酸聚合物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所述偏振分束器热处理到不高于比所述第一聚合物材料的玻璃态转化温度或所述第二聚合物材料的玻璃态转化温度低20℃的温度。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括：在将所述第一聚合物材料注入所述第一模的模腔内之前或注入过程中，对所述偏振膜施加张力。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述第一模内支撑所述偏振膜的步骤包括：靠着模具嵌件保持所述偏振膜。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述第一模中插入所述模具嵌件和所述偏振膜；以及在使所述第一聚合物材料固化以形成所述第一棱镜之后，从所述第一模上移除所述模具嵌件，从而在从所述第一模上移除所述模具嵌件时不再靠着所述模具嵌件保持所述偏振膜。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一模的模腔构造成形成所述第一棱镜上的表面特征。

14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一棱镜包括设置在与所述偏振膜相邻的表面上并从所述表面突出的至少一个凸出部分，所述第二棱镜包括能够接纳所述至少一个凸出部分的至少一个凹入部分。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，从第一注入路线注入所述第一聚合物材料并从第二注入路线注入所述第二聚合物材料，所述方法还包括：使所述第一模从与所述第一注入路线相邻的第一位置旋转到与所述第二注入路线相邻的第二位置。

说明书

制造偏振分束器的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及诸如用于图像显示系统等的偏振分离装置的制造方法。本发明尤其涉及聚合物偏振分束器(PBS)的制造方法。

背景技术

[0002] 包括PBS的图像显示系统用于在诸如投影显示器等观看屏幕上形成图像。典型的图像显示系统包括照明光源，该照明光源设置成使来自该照明光源的光线在成像器处发生反射，该成像器包含将被投影的所需图像。通常，这种传统系统中的一些返送光线，使得来自照明光源的光线和投影图像的光线共用PBS和成像器之间的同一物理空间。

[0003] 图像显示系统的成像器典型地是通过旋转光线的偏振态进行操作的诸如硅基液晶(LCoS)等偏振旋转成像装置。LCoS成像器是偏振旋转的，这意味着偏振光线或者在其偏振态基本未改变地透射从而得到最暗态，或者偏振态旋转地透射以提供所需灰度。因此，通常使用包括偏振光线的输入光束来照明LCoS成像器。

发明内容

[0004] 本发明涉及PBS的制造方法。在一个实施例中，所述方法包括：在模内支撑偏振膜；将聚合物材料注入与所述偏振膜相邻的所述模中；使所述第一聚合物材料固化以形成第一棱镜；以及将第二棱镜固定到所述偏振膜的第二表面上。

[0005] 在另一个实施例中，所述方法包括：注入成型偏振分束器的包括第一聚合物材料的第一部件；以及将第一部件热处理到不高于比所述第一聚合物材料的玻璃态转化温度低约20℃的温度。

附图说明

[0006] 图1是依照本发明的方法制造的示例性PBS的分解透视图。

[0007] 图2A-图2H是可以用于依照本发明的方法制造PBS的注入成型系统的示意图。

[0008] 图3是与注入成型系统的模具嵌件一同使用的偏振膜的示例性实施例的正视图。

[0009] 图4A-图4D是依照本发明的方法构造的PBS的附加示例性实施例的分解透视图。

[0010] 上面的附图列举了本发明的几个示例性实施例，但是如本文所述，还可以设计出其它的实施例。在任何情况下，本文只是代表性地说明本发明，而不是限制本发明。应该注意到，本领域的技术人员可以设计出在本发明原理的精神和范围内的多种其它修改型式和实施例。附图可能不按照比例绘制。在全部附图中采用相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

[0011] 例如，使用依照本发明的方法制造的PBS可以提供具有吸引力的设计，例如，这是因为其具有起偏和返送光线的作用。图1是PBS10的分解透视图，该PBS是依照本发明的方法制造的示例性PBS。PBS 10包括第一棱镜12、第二棱镜14和偏振膜16。在一些示例性实施例中，第一棱镜12和第二棱镜14是在偏振膜16的相对侧面上彼此相邻设置的低双折射聚合物棱镜。

[0012] 偏振膜16典型地是聚合反射式偏振膜并包括第一表面18和第二表面20。下面描述用于偏振膜16的合适膜的实例。偏振膜16将透射通过第一棱镜12和第二棱镜14的光分离成反射偏振成分(s偏振光)和透射偏振成分(p偏振光)。因此，PBS 10适用于在多种图像显示系统中起偏并返送光线。

[0013] 本发明的用于制造PBS 10的一些示例性方法包括直接在偏振膜16的第一表面18上注入成型第一棱镜12。这使第一棱镜12固定到偏振膜16上。然后可以将第二棱镜14固定到偏振膜16的第二表面20上。在本发明的一个实施例中，也可以直接在偏振膜16的第二表面20上注入成型第二棱镜14。这将第二棱镜14固定到偏振膜16和第一棱镜12上。可选的是，可以单独地形成第二棱镜14，然后再将其固定到偏振膜16的第二表面20上。在本发明的另一个实施例中，可以在成型第一棱镜12之后将偏振膜16的第一表面18固定到第一棱镜12上。然后可以直接在偏振膜16的第二表面20上注入成型第二棱镜14。如下所述，还可以对PBS 10热处理以改善(即降低)第一棱镜12和第二棱镜14中至少之一的双折射率。

[0014] 进一步如图1所示，示例性第一棱镜12包括弯曲外表面22，而示例性第二棱镜14包括弯曲外表面24。弯曲外表面22和24可以作为具有屈光能力的折射表面使用，其作用方式与包含在PBS 10中并用于使透过PBS 10的光线偏转的透镜相似。本发明的方法尤其适用于形成具有特定应用所需的各种表面特征的第一棱镜12和第二棱镜14，这些表面特征诸如曲面、衍射特征、微透镜、菲涅耳透镜及其组合等。在名称为“偏振分束器(Polarizing Beam Splitter)”(代理人卷号No.61015US002)的共同未决并且共同拥有的申请中，披露了可以依照本发明构造的具有弯曲外表面的合适PBS的实例，上述申请的内容通过引用并入本文。

[0015] 图2A-图2H是示出用于依照本发明的示例性方法制造PBS 10的注入成型系统26的示意图。注入成型系统26是双料射出成型系统，是用于依照本发明制造PBS 10的合适系统的实例。

[0016] 如图2A所示，示例性注入成型系统26包括左模具块28和右模具块30，左模具块28和右模具块30是可以相对于彼此打开和闭合的相对模具块。指明左和右仅仅旨在易于描述，而不是为了进行限制。左模具块28包括旋转台板32、第一模34和第二模36。旋转台板32支撑左模具块28并允许左模具块28围绕轴线38旋转。在该示例性成型系统中，第一模34和第二模36分别包括曲壁34a和36a，并且是用于构造多个PBS 10的相同模。
然而，第一模34和第二模36中的一个或两个可以具有平面壁(具有或不具有上述表面特征)，或者第一模34和第二模36可以包括具有不同曲率或不同类型曲率(例如凹或者凸)的壁。优选的是，第一模34和第二模36以距轴线38相同的距离分隔开，从而使得在左模具块28旋转时第一模34和第二模36交换各自的位置。

[0017] 右模具块30包括第一模壁40、第二模壁42、模具嵌件44、第一注入路线46(未示出)和第二注入路线48(未示出)。第一模壁40是右模具块30的与第一模34对准的表面，而第二模壁42是右模具块30的与第二模36对准的表面。在一些示例性实施例中，第二模壁42可以包括弯曲部分50，该弯曲部分50可以连接到第二模壁42上或与第二模壁42一体地形成。模具嵌件44是通常具有一些与PBS10的第二棱镜14相同的尺寸并连接到第一模壁40上的模具元件。可选的是，模具嵌件44可以与第一模壁40一体地形成。第一注入路线46和第二注入路线48是穿过右模具块30延伸的浇口与流道系统，或者以其它方式构造成用于将可流动聚合物材料注入到模34和36中，以便形成第一棱镜12和第二棱镜
14。第一注入路线46和第二注入路线48连接到用于提供聚合物材料的外部挤出系统(未示出)。

[0018] 为了制造PBS 10，首先在模具嵌件44上支撑偏振膜16，从而将第二表面20设置为与模具嵌件44相对并且第一表面18朝向第一膜34。可以以多种方式，例如摩擦、粘接、真空(即模具嵌件44中的真空排气口)、静电以及使用插入偏振膜16的外周边缘和角部的销或其它相似紧固装置(如下文结合图3所述)在模具嵌件44上支撑偏振膜16。另外合适的是，将偏振膜16在受到张力的状态下支撑于模具嵌件44上。这提高了偏振膜16的平面平整度，从而相应地保持了偏振膜16的偏振能力。在将偏振膜16支撑于模具嵌件44上之后，左模具块28朝向右模具块30闭合。

[0019] 图2B示出左模具块28靠着右模具块30闭合的示例性注入成型系统26。如图所示，模具嵌件44和偏振膜16插入第一模34中，第一模壁40密封第一模34。由偏振膜16/模具嵌件44和第一模34的露出壁限定的空间形成第一模腔52。第一模腔52在尺寸上限定PBS10的第一棱镜12并连接到第一注入路线46上。

[0020] 在左模具块28和右模具块30闭合在一起之后，那么可以通过第一注入路线46将第一聚合物材料注入第一模腔52中。支撑偏振膜16的模具嵌件44与第一模34的壁之间仅形成极小的间隙，从而将第一聚合物材料限制在第一模腔52内。如果PBS 10是将要使用注入成型系统26制造的第一个PBS，那么不通过第二注入路线48注入材料。

[0021] 图2C示出填充有第一聚合物材料的第一模腔52。在注入步骤之后，固化第一聚合物材料以便形成具有第一模腔52的尺寸的第一棱镜12。如图所示，示例性第一棱镜12包括由弯曲壁34a的曲率成形的弯曲外表面22。

[0022] 可以以多种方式固化第一聚合物材料，具体方法通常取决于使用的聚合物材料(例如对热塑性材料进行冷却)。适合用于第一棱镜12的聚合物材料的实例包括诸如丙烯酸聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、环烯烃共聚物、聚碳酸酯及其组合等透光聚合物。因为可以通过左模具块28中的热传递导管使热塑性丙烯酸聚合物在第一模腔34中迅速冷却，因此热塑性丙烯酸聚合物是合适的。尤其合适的聚合物材料的实例包括如下丙烯酸聚合物，该聚合物是可购自HitachiChemical Company，Ltd，Tokyo，Japan的商标名称为“OPTOREZOZ-1330”的系列聚合物。另外合适的是，在注入之前，在高温(例如，大约100℃)下干燥丙烯酸聚合物材料，以减少材料中的水分含量。可以充入干燥氮气以移除周围空气并保持丙烯酸聚合物材料干燥。

[0023] 第一聚合物材料的固化通常还导致第一棱镜12和偏振膜16之间的粘接。如此在偏振膜16受到张力的状态下将偏振膜16固定到第一棱镜12上。因此，偏振膜16在粘接到第一棱镜12上时继续保持张力状态，这保持了偏振膜16的平面平整度。

[0024] 如图2D所示，在第一聚合物材料固化以形成第一棱镜12之后，左模具块28与右模具块30分离并打开。这使得第一模壁40与第一模34分离，从而将模具嵌件44从第一模34中移除。由于偏振膜16牢固地粘接到第一棱镜12上，因此，可以从模具嵌件44上分离偏振膜16并保持偏振膜16固定在第一棱镜12上。

[0025] 图2E示出注入成型系统26，其中旋转台板32和左模具块28围绕轴线38旋转从而使得第一模34和第二模36交换位置。在第一棱镜12形成后，可以手动或自动地使旋转台板32如箭头54所示旋转。这使得第一模34对准第二模壁42和弯曲部分50，并使得第二模36对准第一模壁40和模具嵌件44。此外，可以在模具嵌件44上支撑第二偏振膜16’，以便开始采用与上述相同的方式制造第二个PBS 10(PBS 10’)。可以以手动或自动方式在模具嵌件44上支撑偏振膜(例如偏振膜16和16’)。如此，可以使用注入成型系统26将本发明作为制造多个PBS的连续过程来执行。

[0026] 如图2F所示，在旋转步骤以后，再次将左模具块28靠着右模具块30闭合。因此，第二模壁42密封第一模34，并且如果该示例性系统包括弯曲部分50，那么弯曲部分50插入第一模34中。由第一棱镜12/偏振膜16、第一模34的露出壁和第二模壁42的弯曲部分50限定的空间形成第二模腔56。第二模腔56在尺寸上限定PBS 10的第二棱镜14并连接到第二注入路线48上。

[0027] 相似地，第一模壁40密封第二模36，从而将模具嵌件44插入第二模36中。由偏振膜16’/模具嵌件44和第一模34的露出壁限定的空间形成第三模腔57。第三模腔57以上述相同的方式在尺寸上限定PBS 10’的第二棱镜12’并连接到第一注入路线46。

[0028] 然后通过第二注入路线48将第二聚合物材料注入第二模腔56中。第二聚合物材料可以与用于第一棱镜12的聚合物材料相同或不同。然而，合适的是，第一棱镜12和第二棱镜14由相同的聚合物材料形成，以便减小第一棱镜12和第二棱镜14之间的光学差异。适合于第二棱镜14的聚合物材料的实例包括与上面关于图2C所述用于第一棱镜12的透光聚合物相同的材料。第一聚合物材料和第二聚合物材料可以是相同或不同的材料。此外，当将第二聚合物材料注入第二模腔56中时，通过第一注入路线46将第一聚合物材料注入第三模腔57中以形成第一棱镜12’。

[0029] 图2G示出填充有第二聚合物材料的第二模腔56和填充有第一聚合物材料的第三模腔57。在注入后，第二聚合物材料在第二模腔56内固化，以便形成具有第二模腔56的尺寸的第二棱镜14。第二棱镜14包括弯曲外表面24，该弯曲外表面24由弯曲部分50的曲率成形。第二聚合物材料的固化通常还导致第二棱镜12和偏振膜16的第二表面20之间的粘接。这在偏振膜16保持张力状态的同时将偏振膜16固定到第二棱镜12上。因此，偏振膜16固定到第一棱镜12和第二棱镜14之间。相似地，第一聚合物材料在第三模腔57内固化，以便以与上面关于第一棱镜12所述的相同方式形成第一棱镜12’。因此，第一棱镜12’包括由该示例性系统的弯曲壁36a的曲率成形的弯曲外表面22’。

[0030] 如图2H所示，在形成第二棱镜14和第一棱镜12’之后，左模具块28再次从右模具块30分离并打开。这将第二模壁42与第一模34分离，从而将弯曲部分50从第一模34移除。然后可以从第一模34中推出PBS 10，并使PBS 10随后经历下述成型后步骤。左模具块28和右模具块30的打开还将第一模壁40与第二模36分离，从而将模具嵌件44从第二模34中移除。如上所述，偏振膜16’从模具嵌件44中移除并保持固定在第一棱镜12’上。然后，可以再次旋转左模具块28并重复上述方法，以便根据本发明连续地制造PBS。

[0031] 虽然上文将注入成型系统26描述为用于制造示例性PBS 10的系统，然而注入成型系统26还可以用于制造具有多种尺寸、曲率和一般构造(例如除了棱镜以外的构造)的PBS。例如，可以在尺寸上修改第一模和第二模。可选的是，可互换模具嵌件可以用于为第一棱镜和第二棱镜提供多种表面特征。相应地，本发明可以用于制造应用范围广泛的PBS。

[0032] 图3是支撑在右模具块30的模具嵌件44上的偏振膜16的示例性实施例的正视图。如图所示，模具嵌件44包括分别穿过偏振膜16的突台16a-16d插入的销44a-44d。偏振膜16可以预制有突台16a-16d，然后在模具嵌件44上拉伸(或拉紧)偏振膜16以便穿过突台16a-16d插入销44a-44d。该布置方式允许偏振膜16在张力下由模具嵌件44支撑，这提高了偏振膜16的平面平整度从而保持偏振膜16的偏振能力。该布置方式还允许在左模具块28与右模具块30打开时能够从模具嵌件44上移除偏振膜16(并且偏振膜16保持粘接在第一棱镜12上)。

[0033] 在本发明的实施例中，适于用作偏振膜16的反射式偏振膜的实例包括诸如双折射聚合物膜等反射式偏振膜，例如由3M Corporation，St.Paul，MN制造的多层光学膜(MOF)，例如在Jonza等人的美国专利No.5,882,774、Weber等人的美国专利No.6,609,795和Magarill等人的美国专利No.6,719,426中描述的那些，上述美国专利的内容通过引用并入本文。适合用于偏振膜16的反射式偏振膜还包括具有多层不同聚合物材料的反射式聚合物偏振膜。例如，偏振膜16可以包括第一层和第二层，其中第一层和第二层的聚合物材料是不同的，而且第一层和第二层中至少之一是双折射的。在本发明的一个实施例中，如Weber等人的美国专利No.6,609,795中所披露的，偏振膜16可以包括不同聚合物材料形成的第一和第二交替层的多层堆叠。在本发明的另一个实施例中，可以使用多个反射式偏振膜。

[0034] 合适的反射式偏振膜通常其特征在于：沿着膜平面中的第一方向，第一和第二聚合物材料之间的折射率差较大；沿着膜平面中与第一方向正交的第二方向，第一和第二聚合物材料之间的折射率差较小。在一些示例性实施例中，反射式偏振膜的特征还在于：沿着膜的厚度方向，第一和第二聚合物材料之间(例如，由不同聚合物材料形成的第一层和第二层之间)的折射率差较小。沿着拉伸方向(即x方向)，第一和第二聚合物材料之间的合适折射率差的实例在大约0.15到大约0.20的范围内。合适的是，对于给定材料或层，沿着非拉伸方向(即y方向和z方向)的折射率为彼此的大约5％以内，并在不同材料或相邻层的相应非拉伸方向上的折射率的大约5％以内。

[0035] 为示例性多层反射式偏振膜16的各层选择的聚合物材料可以包括光吸收水平较-5 -1低的材料。例如，聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)具有小于1.0×10 cm 的吸收系数。相应地，对于包括PET并具有大约125微米厚度的反射式偏振膜16，计算出的吸收率为大约
0.000023％，该值是类似线栅偏振器的吸收系数的大约1/200,000。

[0036] 低吸收率是需要的，这是因为用于PBS的偏振器暴露在非常高的光强下，这可能导致偏振器失效。例如，吸收型偏振膜吸收具有不需要的偏振态的所有光。这产生大量热量。因此需要诸如蓝宝石等具有高导热系数的基底将热量导出偏振膜。此外，基底暴露在高热负荷下，相应地在基底中产生热致双折射。基底中的热致双折射降低诸如图像显示系统等光学系统的对比度和对比度均一度。因此，只有极少数的材料适用于具有传统PBS的基底(例如蓝宝石、石英、含铅玻璃和陶瓷)。

[0037] 相似地，使用涂覆于透光基底上的薄金属带(例如铝带)的线栅偏振器吸收接收光中的小部分。这也在基底中产生热量。例如，5％-10％的光由铝带以与铝镜面相同的方式吸收。由于线栅偏振器的性能对于金属带的几何稳定性是灵敏的，因此由热膨胀在基底中产生的微小改变可以降低偏振器的性能。

[0038] 相反，使用具有低吸收系数的聚合物材料(例如PET)允许使用反射式偏振膜16，而不需要将热量导出反射式偏振膜16的高导热性基底。因此，偏振膜16可以与第一棱镜12和第二棱镜14一起使用更长的时间。

[0039] 与上述反射式偏振膜一起使用聚合物棱镜(例如第一棱镜12和第二棱镜14)的另一个优点是两者都可以由聚合物材料制成。这使得棱镜和反射式偏振膜之间更容易结合和光耦合。

[0040] 图4A-图4D是示例性PBS 110、210、310和410的分解透视图，示出用于将第一棱镜固定到第二棱镜上的示例性接合机构。PBS 110、210、310和410具有与PBS 10相似的一般构造，其中各自的附图标记增加100、200、300和400。在共同未决并共同拥有的名称为“偏振分束器(Polarizing Beam Splitter)”(代理人卷号No.61015US002)的申请中进一步讨论了该接合机构。该接合机构还适用于将偏振膜保持在适当位置，从而在组装时适当保持偏振膜相对于每个棱镜的位置和方向。

[0041] 如图4A所示，PBS 110的第一棱镜112还包括一个或多个突出部，这样的一个或多个凸出部分158a和158b从第一棱镜112延伸。相似地，第二棱镜114包括设置在第二棱镜114中的一个或多个凹入部分160a和160b，每个凹入部分都能够在其中接纳凸出部分158a和158b之一。虽然在图中示出凸出部分158a和158b从第一棱镜112延伸而凹入部分160a和160b设置在第二棱镜114中，但是可选的是可以使用相反方向。在该可选设计中，凸出部分158a和158b从第二棱镜114延伸，而凹入部分160a和160b设置在第一棱镜112中。在另一可选设计中，第一棱镜112可以包括与第二棱镜114的第二凸出部分和第二凹入部分对应的第一凹入部分和第一凸出部分。

[0042] 图4B示出与PBS 110相似的PBS 210，PBS 210包括第一棱镜212和第二棱镜214，其中第一棱镜212包括凸出部分258a和凹入部分260a，而第二棱镜214包括凸出部分258b和凹入部分260b。该示例性实施例的凸出部分258a和258b是从与反射式偏振膜相邻的表面突出的栓。相似地，凹入部分260a和260b设置在与反射式偏振膜相邻的表面上，并构造成在该表面中形成凹陷或孔槽。

[0043] 图4C示出与PBS 110相似的PBS 310，PBS 310包括第一棱镜312和第二棱镜314，其中第一棱镜312包括凸出部分358a和358b，而第二棱镜314包括凹入部分360a和
360b。凸出部分358a和358b是设置在第一棱镜312的与反射式偏振膜相邻的表面上并从该表面突出的“L”形部分。相似地，凹入部分360a和360b是设置在第二棱镜314的与反射式偏振膜相邻的表面中的“L”形凹陷。

[0044] 图4D示出与PBS 110相似的PBS 410，PBS 410包括第一棱镜412和第二棱镜414，其中第一棱镜412包括凸出部分458，而第二棱镜414包括凹入部分460。凸出部分458是包围第一棱镜412的与反射式偏振膜相邻的表面的大部分并从该表面突出的矩形表面。相似地，凹入部分460是设置在第二棱镜414的与反射式偏振膜相邻的表面的大部分区域内的矩形凹陷。

[0045] 可以使用其它接合机构代替如图4A-图4D所示的凸出部分和凹入部分，只要一个棱镜包括这样的至少一个凸出部分：其构造成与位于相对棱镜中的对应凹入部分接合。如上所述，虽然图中示出凸出部分和凹入部分用于PBS 110至PB S 410，但是可选的接合机构适用于本发明的任意PBS。本领域的普通技术人员将容易理解到，根据本发明可以使用与本文所示数量不同的凸出部分和凹入部分。例如，示例性PBS可以包括接纳于三个或更多个凹入部分中的三个或更多个凸出部分。

[0046] 上述凸出部分和凹入部分可以与各自的第一和第二棱镜一起成型。然后可以借助于凸出部分和凹入部分将第一和第二棱镜固定在一起以形成PBS(例如PBS 110、210、310和410)。该技术包括将反射式偏振膜设置在第一棱镜和第二棱镜之间。然后使第一棱镜相对于第二棱镜取向，从而使得凸出部分与对应的凹入部分对准。该对准方式有利于确保第一棱镜相对于第二棱镜精确定位。然后，通过同时将凸出部分插入对应的凹入部分使第一棱镜与第二棱镜接合。这挤压第一棱镜和第二棱镜的入射表面之间的反射式偏振膜以提供平滑平坦的界面。可以使用粘接剂将凸出部分固定到对应的凹入部分。此外，可以通过将凸出部分配合和/或焊接(例如超声波、红外、热熔、扣合、压配和化学焊接)到对应的凹入部分，而将第一棱镜固定到第二棱镜。

[0047] 可选的是，可以在如图2A-图2H中所述的双料射出成型方法中将凸出部分和凹入部分与第一和第二棱镜一起形成。下述讨论涉及如图4A所示的PBS 110，但是同样适用于任意上述接合机构。通过加工模具嵌件44使其具有凹陷，可以使凸出部分158a和158b与第一棱镜112一起成型，上述凹陷在尺寸上限定第二棱镜114的凹入部分160a和160b。当将第一聚合物材料注入密封的第一模腔52中时，第一聚合物材料的一部分流入模具嵌件44的凹槽中，并与第一棱镜112的其余部分固化而形成凸出部分158a和158b。然后在将第二聚合物材料注入第二模腔56中时，形成凹入部分160a和160b。第二聚合物材料在注入时围绕凸出部分158a和158b流动，并与第二棱镜114的其余部分一起围绕凸出部分
158a和158b固化，从而形成凹入部分160a和160b。

[0048] 如果第一聚合物材料和第二聚合物材料具有相似的玻璃态转化温度(例如，如果第一聚合物材料和第二聚合物材料是相同的材料)，那么在一些示例性实施例中，第二聚合物材料的高温可以导致凸出部分158a和158b的一部分熔化并与第二聚合物材料一同流动。因此，当第二聚合物材料固化时，凸出部分158a和158b在凹入部分160a和160b的位置处熔合到第二棱镜114上。这将第一棱镜112物理地固定到第二棱镜114上，而偏振膜16设置在第一和第二棱镜之间。

[0049] 在可选设计中，凸出部分158a和158b可以从第二棱镜114延伸，凹入部分160a和160b设置在第一棱镜112中。可以通过使模具嵌件44形成有在尺寸上限定凸出部分158a和158b的延伸部分而实现这一点。当将第一聚合物材料注入第一模腔52中时，第一聚合物材料围绕模具嵌件44的延伸部分流动并固化，从而形成第一棱镜112中的凹入部分160a和160b。然后在将第二聚合物材料注入第二模腔56中时形成凸出部分158a和158b。第二聚合物材料的一部分流入凹入部分160a和160b，并与棱镜114的其余部分一起固化而形成凸出部分158a和158b。在该结构中，凸出部分158a和158b也可以熔合到凹入部分
160a和160b中。

[0050] 在根据上述方法或其它合适方法成型之后，还可以对第一棱镜、第二棱镜或整个PBS 10进行成型后处理，例如热处理、抛光、机械加工及其组合。在本发明的一个实施例中，可以对第一棱镜、第二棱镜或整个PBS 10执行热处理工序，以便改善作为组分的第一聚合物、第二聚合物或两者的双折射率。示例性热处理工序包括：将第一棱镜、第二棱镜或整个PBS 10暴露在下述温度条件下，即：从大约室温升高到比第一聚合物材料和第二聚合物材料的玻璃态转化温度低大约20℃的最高温度。如果第一聚合物材料和第二聚合物材料是不同的材料，那么合适的是，最高温度比第一聚合物材料和第二聚合物材料的玻璃态转化温度中的较低温度值低大约20℃。合适的是，温度经过大约一小时的时间长度升高。

[0051] 然后，根据使用的聚合物材料和PBS 10的尺寸，将最高温度保持大约1小时到大约24小时的时间长度。在保持期过去之后，温度以大约3℃/小时到大约7℃/小时的速度降低到大约室温。热处理使得第一棱镜12和第二棱镜14中的分子松弛，这相应地降低第一棱镜12和/或第二棱镜14的结构应力。如果对第一棱镜和第二棱镜都进行热处理，应力的减少可以降低第一棱镜12和第二棱镜14两者的双折射率，从而增加使用PBS 10投影的图像的对比度。

[0052] 对于丙烯酸聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯，合适的热处理条件包括使温度在大约1小时的时间长度内从大约室温升高到最高温度。合适的最高温度的实例在从大约60℃到大约95℃的范围内，尤其合适的最高温度在从大约80℃到大约90℃的范围内。然后将最高温度保持大约2小时到大约10小时的时间长度。最后，将温度以大约5℃/小时的速度从最高温度降低到室温。

[0053] 保持比聚合物材料的玻璃态转化温度低大约20℃的最高温度可以防止第一棱镜12和第二棱镜14的表面特征变形。例如，在聚合物材料的玻璃态转化温度对PBS 10进行热处理将扭曲弯曲外表面22和24的曲率。这将降低PBS 10的所需光学质量。然而，本发明的热处理工序基本上防止了第一棱镜12和第二棱镜14变形，同时还改善了相应的双折射率。这为PBS提供了具有低双折射率和高质量表面特征的棱镜以用于成像装置中。

[0054] 为了进一步改善根据本发明另一个实施例的PBS 10的性能，如上所述或采用其它合适的成型方法使第一棱镜12成型，可选地如上所述进行热处理，然后可以对构造成接纳偏振膜16的棱镜表面进行机械加工，并可选地进行抛光，以便达到所需的平面度。在使偏振膜16粘接或以其它方式固定到第一棱镜12和第二棱镜14之间地装配PBS 10之前，可以对第二棱镜14重复上述相同或相似的工序。

[0055] 虽然参照优选的实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将理解到，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下在形式和细节上对本发明进行修改。