專利名稱：分光元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分光元件及其制造方法，特別是涉及一種能應用于投影設備或其它光學系統(tǒng)中，并將不同強度或者不同偏振方向的光分開的分光元件及其制造方法。
背景技術：
分光元件(beam splitter)用于將入射光線分成兩部分,而且依據不同的分光功能，可區(qū)分為波段(或色光)分光元件、光強分光元件及偏極分光元件。如圖I所示，為一種已知偏極分光元件1，包括兩個固定結合的棱鏡11，以及一個位于所述棱鏡11的結合面之間的分光膜12,該分光膜12可用于將一入射光A的垂直方向偏振光(S偏振光)A1反射， 并使該入射光A的平行方向偏振光(P偏振光)A2通過，達到偏極分光的作用。
而該偏極分光元件I在制造時，必需先在其中一棱鏡11表面鍍膜而形成該分光膜 12，再將另一棱鏡11與該形成有分光膜12的棱鏡11，經過對位調整后而膠合固定。但由于棱鏡11形狀通常為立體三角柱狀，不像長方體、正方體或板片物等物體的形狀較規(guī)則， 所以在形成該分光膜12時，必需用特殊的夾持治具固定該棱鏡11，但要在三角柱狀的棱鏡 11上形成分光膜12的難度較高，而且也受限于棱鏡11的形狀，所述棱鏡11鍍膜時的設置密度受限，無法一次對大量棱鏡11鍍膜，造成鍍膜成本高、各元件的膜層品質變異較大。
另外，如圖2所示，為美國US7，329，006號專利案所揭示的一種分光元件2 (該案的圖15所示的實施例)，其結構包含一基材21、一分光膜22，以及二個棱鏡23、24。其中， 該基材21是由玻璃或高分子材料制成而且厚度漸變，且該基材21用于將該分光膜22固定于其中一個棱鏡23的表面上,而另一棱鏡24則固定在該分光膜22的表面上。所述分光膜 22實際上是由數百層高分子薄膜堆疊后一起拉伸(pulling)形成的，而且薄膜之間為高、 低折射率的交錯排列。該高分子材料制成的分光膜22的厚度較厚，如其說明書所揭示，厚度約為225微米(μπι)左右,此種厚膜使該分光元件2容易產生像散(astigmatism),所以必需借由該厚度漸變的基材21來減輕像散問題。
該分光膜22除了容易導致像散外，還有制作過程繁復的缺點，因為該分光膜22具有數百層薄膜，這些薄膜無法只單純借由膜層間的鍵結力量而固定地堆疊結合，而是每當堆疊到一定數量的薄膜后，就必須利用膠粘或熱熔方式，與另一披預定數量的薄膜固定住， 依此方式重復數次后，最后才能形成該分光膜22，所以制作過程繁復。而且分光膜22的高分子材料耐壓性較差，只能承受單邊的外力，如果分光膜22的兩相反側皆受壓時，就容易使分光膜22中的薄膜分離而脫層。此外，因為高分子材料受到紫外光(UV)照射會有黃化現象，同時高分子材料的耐溫性也較差，導致元件使用一段時間后，材料容易老化、功能變差。
由此可見，上述現有的分光元件及其制造方法在產品結構、制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產品及方法又沒有適切的結構及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新的分光元件及其制造方法，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)3界極需改進的目標。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于制造、耐紫外光、耐熱，薄膜不易脫層的分光元件及其制造方法。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發(fā)明提出的一種分光兀件，包含兩個棱鏡，該分光兀件還包含一個基板單兀，該基板單兀包括至少一個基板，以及一個披覆在該基板上并具有分光作用的分光薄膜，該分光薄膜包括數層堆疊設置的薄膜層，所述薄膜層的材料為無機材料；所述兩棱鏡位于該基板單元的兩個相反側的表面上。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
較佳地,前述的分光兀件，其中該基板單兀包括一個基板，該基板包括一個供該分光薄膜披覆的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，所述其中一個棱鏡位于該基板的棱鏡安裝面上，另一個棱鏡位于該分光薄膜的表面上。
較佳地,前述的分光兀件，該基板單兀包括兩個基板，每一個基板都包括一個朝向另一個基板的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，該分光薄膜位于所述兩基板的結合面之間，所述兩棱鏡各別位于所述兩基板的棱鏡安裝面上。
較佳地，前述的分光元件，該分光薄膜的厚度小于或等于15微米。
較佳地，前述的分光元件，該分光薄膜的厚度小于或等于5微米。
較佳地，前述的分光元件，所述薄膜層的材料為無機介電材料。
較佳地，前述的分光元件，所述基板與所述棱鏡的折射率相同。
較佳地,前述的分光兀件，該分光兀件是一個偏極分光兀件。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本發(fā)明提出的一種分光元件的制造方法，該分光元件的制造方法包含以下步驟步驟A :制備一個包括至少一個基板及一個分光薄膜的基板單元，此步驟是利用真空鍍膜方式在該基板上披覆數層堆疊設置的薄膜層以形成該分光薄膜，所述薄膜層的材料為無機材料；步驟B :將兩個棱鏡各別固定在該基板單元的兩個相反側的表面上。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中所述基板的數量為一個，該分光薄膜是形成于該基板的一個結合面上，步驟B是將其中一個棱鏡固定在該基板的一個相反于該結合面的棱鏡安裝面上，并將另一個棱鏡固定在該分光薄膜的表面上。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中所述基板數量為兩個，所述基板都包括一個朝向另一個基板的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，步驟A是使該分光薄膜形成于所述兩基板的結合面之間，步驟B是將所述兩棱鏡各別固定在所述兩基板的棱鏡安裝面上。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中所述棱鏡是利用膠合方式固定。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中該分光薄膜的厚度小于或等于15微米。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中該分光薄膜的厚度小于或等于5微米。
較佳地，前述的分光元件的制造方法，其中所述薄膜層的材料為無機介電材料。
本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā)明分光元件及其制造方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明借由在平板狀的基板上鍍膜，比起以往在形狀立體的棱鏡上鍍膜要容易許多，具有易于制造、縮短工藝時間的優(yōu)點。 而且該分光薄膜為無機材料，具有耐熱、耐UV光、耐壓等優(yōu)點，所述薄膜層與薄膜層之間利用真空鍍膜方式直接堆疊結合，工藝簡單方便。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I是一種已知偏極分光元件的示意圖2是美國US7，329，006號專利案所揭示的分光元件的示意圖；
圖3是本發(fā)明分光兀件的一第一實施例的不意圖4是本發(fā)明分光元件的制造方法的第一實施例的流程示意圖，主要顯示制造圖 3的分光元件的流程；
圖5是本發(fā)明分光元件的一第二實施例的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3,本發(fā)明分光元件的第一實施例為偏極分光元件(polarization beam splitter，簡稱PBS)，可應用在投影設備或其它光學系統(tǒng)中，用于反射垂直方向振動的光 (S偏振光)，并供平行方向振動的光(P偏振光)通過。所述分光兀件包含一基板單兀3, 以及二個位于該基板單元3的兩相反側的表面上的棱鏡4、4’。
該基板單元3包括一基板31，以及一披覆在該基板31上的分光薄膜32。其中，該基板31為透明板片狀的玻璃基板，其具體材料例如BK7-like玻璃，但不限于此，也可以使用其它種折射率更高的材料，或者塑膠基板31。該基板31包括一個結合面311，以及一相反于該結合面311的棱鏡安裝面312。
該分光薄膜32披覆在該結合面311上，并包括數十層堆疊設置的薄膜層321 ( 一般約為24 100層，圖中僅示意兩層)，所述薄膜層321為至少兩種不同材料，且為高折射率與低折射率材料交錯設置，每一薄膜層321的厚度約為入射光波長的四分之一，借由上述搭配設計產生分光效果。
每一薄膜層321的材料為可透可見光的無機材料，并且可以為介電材料，也可以為稍具導電性的材料，使用導電性材料的優(yōu)點是可導電，但可能會有輕微吸光現象。薄膜層 321材料例如氧化物、氮化物、硫化物、氟化物等等，具體例為Ta205、TiO2, ZnS、Si02、MgF2、冰晶石(Cryolite)等等，所述Ta205、Ti02、ZnS的折射率大于Si02、MgF2、冰晶石的折射率，因此該分光薄膜 32 可以為 Ta205/Si02、Ti02/Si02、ZnS/Si02、Ti02/MgF2、ZnS/MgF2...等等的高、 低折射率材料交錯配置，當然，每一薄膜層321也可以使用混合材料，以混制出不同折射率的膜層，例如TiO2可以與Ta2O5混合。其它材料例如氧化鋅(ZnO)、Al2O3、HfO2、Y2O3、ZrO2也可使用。
所述薄膜層321堆疊后所構成的該分光薄膜32會隨著膜層層數的增加，兩偏極分光比值會越高，波長的帶寬也會變寬，也就是偏極化的對比越好，相對地生產成本會因為膜層數與厚度的增加而增加。然而，若分光薄膜32的厚度太厚，將使膜層較易脫落，因此厚度當小于或等于15微米為佳，更佳地小于或等于5微米。
所述棱鏡4、4’的材質可以為透明玻璃或塑膠，兩棱鏡4、4’的材質可以相同也可以不同，但若使用塑膠材質射出的棱鏡4、4’時，必需注意塑膠折射率的整體均勻性。其中一個棱鏡4位于該基板31的棱鏡安裝面312上，另一個棱鏡4’位于該分光薄膜32的表面上，而且棱鏡4、4’的折射率與該基板31的折射率接近,棱鏡4、4’與該基板31的折射率可以相同，也可以不同。當棱鏡4、4’與該基板31折射率相同時，能選用相同材料制作，而且光線自該基材31通過該棱鏡4時也較不會偏折。所述棱鏡4、4’用于光程補償，達到補正像散、減少像差的效果。
當一入射光B通過其中一棱鏡4’，并以布魯斯特角(Brewster’ s angle)入射到該棱鏡4’與該分光薄膜32的界面時,該入射光B中的S偏振光BI會被該分光薄膜32反射，而其P偏振光B2則可通過該分光薄膜32，并經由該基板31及另一棱鏡4射出，達到偏極分光的作用。需要說明的是，圖3的入射光B與該P偏振光B2呈一直線，此乃為了方便示意，實際上若各構件的折射率不同，會使光線折射而導致P偏振光B2有略微的偏折。
參閱圖3、圖4，本發(fā)明分光元件的制造方法的第一實施例，包含以下步驟
(I)首先制備所述基板單元3，此步驟是利用蒸鍍或濺鍍...等等的真空鍍膜方式，在該基板31的該結合面311上鍍著披覆數層薄膜層321，互相堆疊的薄膜層321就構成該分光薄膜32，并使該分光薄膜32的厚度小于或等于15微米，而所述薄膜層321的材料如前述，在此不再說明。
(2)將所述兩棱鏡4、4’各別固定在該基板單元3的兩相反側的表面上，其具體方式是將該棱鏡4膠合固定在該基板31的棱鏡安裝面312上，并將另一棱鏡4’膠合固定在該分光薄膜32的表面上。所述膠合固定方式，是在該棱鏡安裝面312及該分光薄膜32的表面涂布紫外光固化膠(UV膠)，再將兩棱鏡4、4’設置在所述涂膠的表面上，并照射紫外光使UV膠固化，就可以使棱鏡4、4’與該基板單元3固定結合。
綜上所述，由于本發(fā)明是在平板狀的基板31上鍍膜，比起以往在形狀立體的棱鏡上鍍膜要容易許多，因此本發(fā)明的分光薄膜32可以使用蒸鍍、濺鍍方式作大面積平板鍍膜，進而縮短工藝時間并降低制造成本，且降低各個分光元件之間的膜層變異，維持穩(wěn)定且良好的品質。
而本發(fā)明與先前技術的美國專利US7，329，006號案相比較，由于本發(fā)明的分光薄膜32為無機材料，而且是由數層的薄膜層321堆疊形成，可以使用半導體工藝中的真空鍍膜方式沉積，因為真空鍍膜技術發(fā)展成熟，使沉積出的分光薄膜32的品質及厚度容易掌控，以達到預定的分光效果。而且真空鍍膜所形成的薄膜層321與薄膜層321之間能夠直接堆疊結合，不需要另外以膠粘方式固定或熱熔固定，工藝簡單方便。該無機材料制成的分光薄膜32較耐熱，且不怕UV光照射，因此能減輕光與熱對于膜層品質造成的影響，同時該分光薄膜32較耐壓，受壓后不會有脫層現象。此外，該分光薄膜32的厚度夠小，能減緩像散問題，所以本發(fā)明確實改善前述美國專利的缺點。
需要說明的是，本發(fā)明不限于應用在偏極分光元件，因為本發(fā)明上述的基板31、分光薄膜32及兩棱鏡4、4’的配合結構，也可以應用于光強分光元件，所述光強分光元件是按照一定的光強度比而將光束分成兩部分。當然，應用在光強分光元件的分光薄膜設計有所不同，并且在滿足特定的分光條件下才會達到光強分光作用，但由于光強分光元件的分光薄膜設計非本發(fā)明改良重點，故不再說明。
參閱圖5，本發(fā)明分光元件的第二實施例與該第一實施例大致相同，不同的地方在于本實施例的基板單兀3包括兩個基板31、31’，每一基板31 (31’ )都包括一個朝向另一基板31’(31)的結合面311，以及一相反于該結合面311的棱鏡安裝面312。本實施例的分光薄膜32是位于所述兩基板31、31’的結合面311之間。所述兩棱鏡4、4’各別位于所述兩基板31、31’的棱鏡安裝面312上。
本實施例在制造上，是先利用真空鍍膜方式在該基板31的結合面311上鍍著披覆該分光薄膜32，再將另一基板31’的結合面311朝向該分光薄膜32，并使用UV膠將該基板 31’通過該分光薄膜32而與該基板31膠粘固定，最后再將所述兩棱鏡4、4’各別利用UV膠膠合固定在兩基板31、31’的棱鏡安裝面312上，就制造完成。
本實施例的基板單元3也可以使用另一種制作方式取一個大面積的基板(圖未示)鍍著數層薄膜層，再將該鍍膜后的基板等面積地裁切成兩半，將兩個被裁切后的基板的薄膜層相向，并將兩基板通過薄膜層而膠合固定，就完成本發(fā)明的基板31、分光薄膜32 與基板31’的組合結構。
本實施例借由增加設置另一基板31’，使該基板單元3包括兩個對稱的基板31、 31’，并且使本實施例的分光元件整體以該分光薄膜32為界而呈兩側對稱，使入射光線的反射光與透射光的光程相同。補充說明的是，由于圖3所示的第一實施例的基板單元3并非對稱結構，因此圖3的兩棱鏡4、4’的大小不同，是為了補償反射光與透射光的光程差。
本實施例的分光效果及達成功效與該第一實施例相同，故不再說明。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種分光元件，包含兩個棱鏡，其特征在于該分光元件還包含一個基板單元，該基板單元包括至少一個基板，以及一個披覆在該基板上并具有分光作用的分光薄膜，該分光薄膜包括數層堆疊設置的薄膜層，所述薄膜層的材料為無機材料；所述兩棱鏡位于該基板單元的兩個相反側的表面上。
2.如權利要求I所述的分光元件，其特征在于該基板單元包括一個基板，該基板包括一個供該分光薄膜披覆的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，所述其中一個棱鏡位于該基板的棱鏡安裝面上，另一個棱鏡位于該分光薄膜的表面上。
3.如權利要求I所述的分光元件，其特征在于該基板單元包括兩個基板，每一個基板都包括一個朝向另一個基板的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，該分光薄膜位于所述兩基板的結合面之間，所述兩棱鏡各別位于所述兩基板的棱鏡安裝面上。
4.如權利要求I至3中任一項所述的分光元件，其特征在于該分光薄膜的厚度小于或等于15微米。
5.如權利要求4所述的分光元件，其特征在于該分光薄膜的厚度小于或等于5微米。
6.如權利要求I至3中任一項所述的分光元件，其特征在于所述薄膜層的材料為無機介電材料。
7.如權利要求I至3中任一項所述的分光元件，其特征在于所述基板與所述棱鏡的 折射率相同。
8.如權利要求I所述的分光兀件，其特征在于該分光兀件是一個偏極分光兀件。
9.一種分光元件的制造方法，其特征在于該分光元件的制造方法包含以下步驟 步驟A :制備一個包括至少一個基板及一個分光薄膜的基板單元，此步驟是利用真空鍍膜方式在該基板上披覆數層堆疊設置的薄膜層以形成該分光薄膜，所述薄膜層的材料為無機材料； 步驟B :將兩個棱鏡各別固定在該基板單元的兩個相反側的表面上。
10.如權利要求9所述的分光元件的制造方法，其特征在于所述基板的數量為一個，該分光薄膜是形成于該基板的一個結合面上，步驟B是將其中一個棱鏡固定在該基板的一個相反于該結合面的棱鏡安裝面上，并將另一個棱鏡固定在該分光薄膜的表面上。
11.如權利要求9所述的分光元件的制造方法，其特征在于所述基板數量為兩個，所述基板都包括一個朝向另一個基板的結合面，以及一個相反于該結合面的棱鏡安裝面，步驟A是使該分光薄膜形成于所述兩基板的結合面之間，步驟B是將所述兩棱鏡各別固定在所述兩基板的棱鏡安裝面上。
12.如權利要求9所述的分光元件的制造方法，其特征在于所述棱鏡是利用膠合方式固定。
13.如權利要求9至12中任一項所述的分光元件的制造方法，其特征在于該分光薄膜的厚度小于或等于15微米。
14.如權利要求13所述的分光元件的制造方法，其特征在于該分光薄膜的厚度小于或等于5微米。
15.如權利要求9至12中任一項所述的分光元件的制造方法，其特征在于所述薄膜層的材料為無機介電材料。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種分光元件及其制造方法，所述分光元件包含一基板單元，以及二個位于該基板單元的兩相反側的表面上的棱鏡。該基板單元包括至少一基板，以及一披覆在該基板上并具有分光作用的分光薄膜，該分光薄膜包括數層堆疊設置的薄膜層，所述薄膜層的材料為無機材料。借由在平板狀的基板上鍍膜，比起以往在形狀立體的棱鏡上鍍膜要容易許多，具有易于制造的優(yōu)點。而且該分光薄膜為無機材料，耐熱、耐UV光、耐壓，所述薄膜層之間以真空鍍膜方式直接堆疊結合，工藝簡單方便。
文檔編號G02B27/10GK102928984SQ20111022976
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權日2011年8月9日
發(fā)明者王介文, 彭偉捷, 李衛(wèi)華 申請人:旭麗電子(廣州)有限公司, 光寶科技股份有限公司