[发明专利]光学滤波器以及用于制备光学滤波器的方法

说明书

发明领域

本发明涉及光学滤波器，尤其是梯度光学滤波器，以及用于制备光学滤波器的方法。

背景技术

多通道投影显示器是利用至少两个投影仪来形成图像的显示系统。常见的是使多个图像部分重叠并且校正亮度以便最终显示一个无缝图像。校正可以用具有光密度梯度的光学滤波器来实现，例如所谓的中性密度滤波器。对于一些应用，有利的是使滤波器在多个梯度等级之间具有连续过渡，以便不会引起衍射或散射或者会降低对比度或图像质量的其他人工现象。还期望控制色调或者提供色彩中性滤波器。若可以获得任意的传输分布并且滤波器容易制造的话，会是有益的。

US6078442描述了一种滤波器，其包括具有不同直径的多个光吸收层，以使滤波器的中心会比外围具有更高的吸收度。然而，滤波器受限于径向对称性并且不提供上述任意的传输分布。该滤波器通过旋涂法制造，旋涂法是一种不适于沉积大量层的方法，并且旋涂法不能以合理的工作和成本来获得平滑的任意传输分布。因此，US6078442不提供具有理想属性的滤波器。

发明概述

本发明的目标在于提供由块状材料制成并且用铸造工艺制造的梯度密度滤波器。通过改变滤波器材料的厚度，可以获得传输中的梯度。这是基于Lambert－Beer定律，该定律说明传输取决于材料的厚度和消光系数(或折射率的虚部)。

根据本发明一方面，提供了一种具有实质上平面的主体的梯度光学滤波器，该光学滤波器包括存在于所述主体的相应区域中的第一滤波器材料和第二滤波器材料，所述第一滤波器材料和所述第二滤波器具有其折射率的基本相同实部以及不同的光衰减属性，其中第一滤波器材料和第二滤波器材料沿一分界表面互相接触，且其中所述分界表面沿与所述主体垂直的平面的截面包括曲线。

特别是，主体的每个“相应区域”的每一个表示：在其中在与主体平面垂直的方向上经过该主体的光线会仅经过第一滤波器材料的区域；以及在其中这一光线会仅经过第二滤波器材料的区域，除了在每个这样的区域包含分界表面的部分中。出于投影目的，最小衰减材料最好存在于主体的位于中心的区域中。在一实施例中，分界表面沿着基本矩形的路径，以补偿在多个投影仪的矩形投影区域的重叠区中的过度亮度。

术语“基本上平面”是指其厚度比其其余维度小得多的主体。第一滤波器材料和第二滤波器材料的组合厚度优选为至少0.5mm、更优选为至少1.5mm、最优选为至少3mm。

在根据本发明的光学滤波器的一实施例中，曲线被成形以便向滤波器提供梯度等级之间的连续过渡。该实施例的优点为当滤波器被插入多通道投影显示器的波束路径中时，避免衍射或散射或其他人工现象。

除非明确以其他方式指明，否则“折射率”在此仅指复数折射率的实部，即，不涉及材料衰减的实际折射率。在说明相应滤波器材料的折射率的实部基本相同时，意味着这些折射率彼此相同或非常接近。在一实施例中，第一滤波器材料的折射率与第二滤波器材料的折射率之差小于0.002。

将会理解，考虑到光学滤波器的理想滤波特性，第一滤波器材料和第二滤波器材料可具有不同的光衰减属性。

这样，这些材料之一可以提供滤波效应，而另一个材料可以提供退出平面以确保光不会在离开滤波器时被折射。

优选的是，滤波器材料对于预期辐射是同质的，以避免内部结构改变辐射，例如通过散射或衍射而改变。

铸造可以通过使用模具来执行。模具可以是用于在第一材料中创建腔体以使另一材料可以在第二步骤中被添加的固体结构。或者，它可以是第一材料被插入其中的中空结构，且然后第二材料可以被添加在第一材料周围。

这一模具可以通过基于例如挤压、烧结或层叠的工艺来制造，或通过可提供任意形状结构的任何其他适当方法来制造。为了进一步提高最高传输等级和最低传输等级之间的比率，可以使用具有高吸收度的滤波器材料。以此方式，通过完全除去滤波材料且留出没有滤波材料的区域，提高了最高吸收等级而同时最低吸收等级可以保持为零。

所述的亮度校正滤波器不限于用于多通道投影显示系统，而也可例如用作用于背光显示器的背光校正器或者期望梯度滤波器的任何应用。

在根据本发明的光学滤波器的一实施例中，分界表面包括通用曲面。通用曲面描述了任意的传输分布。

在根据本发明的光学滤波器的一实施例中，曲面由y＝aln(bx)描述，其中x和y是所述平面中的坐标，x轴平行于所述主体，y轴垂直于所述主体，a和b是缩放常数。如以下将更详细描述，对数的分界面分布将有利地导致光传输的线性空间变化。线性梯度可例如用于校正混合区中的参与图像的亮度等级。