包括光波导的光学装置和用于制造这种装置的方法
【专利说明】包括光波导的光学装置和用于制造这种装置的方法
[0001]本发明涉及光学装置的领域，这种光学装置包括光导和用于将光束射入该光导内的装置。
[0002]光导一般包括射入部分，传输图像的光束通过该射入部分而被引入。光导使得光束能够通过全内反射并可选地通过光导的壁的特定处理而传播。光束因而一直传播到射出部分，从而使光束能够从光导退出。射出部分可以由通过倾斜平面将光导终止的反射器构成。
[0003]为了将光束射入光导内，使用基于棱镜实现的射入装置。这种棱镜或者与光导模制成一件，或者组装两个单独部件。为了实现所需的精度而将棱镜和光导模制成同一个件比较昂贵并且难以实现。添加单独的棱镜往往受到青睐，但是带来了空间需求的问题，特别是在使用基于透镜的互补光学系统产生准直光束方面。
[0004]期望的是克服现有技术的这些各种缺陷。
[0005]特别期望的是提供一种空间要求降低的解决方案。
[0006]还特别期望的是提供一种简单且以低成本可靠地制造的解决方案。
[0007]本发明涉及一种光学装置，该光学装置包括适合于通过连续的全内反射传播光束的光导和适合于经由射入部分将所述光束射入到所述光导内的射入装置。所述光学装置是这样的，即:偏振材料在所述射入部分处存在于所述光导和所述射入装置之间，并且所述射入装置包括棱镜和由四分之一波长板和曲面镜形成的组件，所述射入装置被布置成使得由偏振材料反射向所述曲面镜的方向的光束穿过所述四分之一波长板，然后被所述曲面镜反射向所述偏振材料的方向而再次穿过所述四分之一波长板。因而，减小了光学装置的总体尺寸。
[0008]根据【具体实施方式】，所述棱镜包括反射面，所述射入装置被布置成使得被所述偏振材料反射向所述曲面镜的方向的光束先前就被所述反射面反射。因而，对于相同总体尺寸的光学装置，提供光束到棱镜的入射的元件远离光学装置的用户的视野。因而改善了人机工程学。
[0009]根据【具体实施方式】，所述反射面与所述棱镜的放置所述偏振材料的面形成90°的角。因而，与现有技术相比，简化了光学装置的制造，并降低了成本。
[0010]根据【具体实施方式】，所述光学装置旨在与供应所述光束的偏振光源一起使用，所述射入装置包括旨在放置在所述偏振光源和所述棱镜之间的至少一个透镜。因而能够对偏差进行校正。
[0011]根据【具体实施方式】，所述射入装置包括旨在放置在所述偏振光源和所述棱镜之间的双合透镜，该双合透镜包括平坦面。因而，能够容易地将该双合透镜胶合至所述棱镜，这简化了光学装置的制造。
[0012]根据【具体实施方式】，所述光学装置旨在与供应所述光束的偏振光源一起使用，所述射入装置包括旨在放置在所述偏振光源和所述棱镜之间的至少一个半波长板。因而，可以使光束的偏振适合于所使用的偏振材料。
[0013]根据【具体实施方式】，所述曲面镜包括非球面反射表面。因而，由光导漫射的图像的清晰度较好。
[0014]本发明还涉及一种制造光学装置的方法，该方法包括如下步骤:获得适合于通过连续的全内反射传播光束的光导；获得包括棱镜和由四分之一波长板和曲面镜形成的组件的射入装置，该射入装置旨在经由射入部分将光束射入到所述光导内。该方法是这样的，即其进一步包括如下步骤:在将偏振材料在所述射入部分处放置在所述光导和所述射入装置之间的情况下组装所述射入装置和所述光导，所述组件使得被所述偏振材料经由所述四分之一波长板反射向所述曲面镜的方向的光束被所述曲面镜经由所述四分之一波长板反射向所述偏振材料的方向。因而该制造方法能够获得尺寸减小的光学装置。
[0015]根据【具体实施方式】，该方法包括如下步骤:获得具有平坦面的双合透镜，该双合透镜适合于校正所述光束从所述曲面镜传送到所述光导的射出部分引起的色差；组装所述双合透镜和棱镜，所述平坦面被靠着所述棱镜放置。因而，经由光学装置漫射的图像具有较好的再现。
[0016]根据【具体实施方式】，该方法包括如下步骤:获得具有平坦面的双合透镜，该双合透镜适合于校正所述光束从所述曲面镜传送到所述光导的射出部分引起的色差；组装所述双合透镜和棱镜，半波长板被插设在所述平坦面和所述棱镜之间。因而可以使光束的偏振适合于所使用的偏振材料。
[0017]通过阅读如下示例实施方式的描述将更清楚地显露本发明的上述特征以及其他特征，所述描述是针对附图给出的，在附图中:
[0018]图1示意性示出了第一光学装置；
[0019]图2示意性示出了第二光学装置；
[0020]图3示意性示出了第三光学装置；
[0021]图4示意性示出了第四光学装置；
[0022]图5示意性示出了制造这种光学装置的步骤。
[0023]为了减小包括射入装置和光导的光学装置的尺寸，提议在射入装置和光导之间放置偏振材料。该射入装置用于通过偏振材料将光束射入光导内。该射入装置基于棱镜的使用，在棱镜上放置四分之一波长板和曲面镜，该曲面镜产生准直光束。该布置是这样的，即:所射入的光束被偏振材料沿曲面镜的方向反射，该曲面镜使该光束朝向该偏振材料返回。当四分之一板被经过两次时，被曲面镜反射到偏振材料的光束在光导中通过该偏振材料传递。
[0024]将参照旨在用于眼球视觉光学系统中的【具体实施方式】来描述本发明。然而，本发明可以用在使用这种光导的任何其他领域中，诸如结合在汽车风挡中或飞机驾驶员座舱中的屏幕。
[0025]图1示意性地示出了第一光学装置。该第一光学装置包括由透明材料制成的光导1.5，该光导1.5适合于通过连续的全内反射传播光束。该光导1.5例如为具有平行面的板。
[0026]光导1.5包括位于其与光束传播方向平行的面中的一个面上的射入部分，光束经由该射入部分射入。光导1.5还包括位于其与光束传播方向平行的面中的一个面上的射出部分(未示出)，光束经由该射出部分出来一直到用户的眼睛。可以参照专利FR 2 925 172BI，该专利描述了一种光导，该光导设置有由形成在光导表面上的反射微结构构成的射出部分。这些微结构由具有使光束能够退出光导的角度的棱镜构成。这些微结构被形成在光导表面上的间隙空间分隔开。没有被这些微结构覆盖并且装配在这些微结构之间的这些间隙空间是透明的，因而能够获得透视效果。这使得能够看到通过光束传输的图像以及光导外的景象。
[0027]第一光学装置还包括用于经由所述射入部分将光束射入光导1.5内的基于棱镜1.4的射入装置。该棱镜1.4被插设在偏振光源和光导1.5之间。该偏振光源例如通过IXD (液晶显示器)或LCoS (硅基液晶)类型的源1.1获得，该源1.1通过分束联接至偏振器1.2(?83，代表偏振分束器)。分束偏振器将入射光束分成具有不同偏振(通常是线性的并且彼此垂直)的两个光束。分束偏振器具有的优点是吸收的光非常少。然而，可以使用吸收性偏振器。
[0028]射入装置可以进一步包括插设在偏振光源和棱镜1.4之间的至少一个透镜，从而对偏差，特别是色差进行校正。如下文详细描述的，这是因为第一射入装置包括曲面镜1.7。光束必须在曲面镜1.7和射出系统之间行进的路径的长度可能引入色差，因为构成光导
1.5的材料的折射率根据波长而变化。一个替换方案是选择适合于补偿这些色差的材料来制造棱镜1.4。优选实现由透镜构成的双合透镜1.3。这种双合透镜一般由具有高折射率和高色散的发散透镜和具有低折射率和低色散的会聚透镜构成。还可以使用衍射透镜。
[0029]因此，偏振光被这样射入棱镜1.4中，并且偏振光撞击棱镜1.4的反射面1.8，该反射面1.8与偏振光射入的面相对。关于第一光学装置，反射面1.8是通过金属沉积(例如铝沉积)制成的，金属沉积能够以减小的空间获得反射效果。
[0030]第一光导被进一步修改而使得棱镜1.4和光导1.5在射入部分处被偏振材料1.9分离。关于第一光学装置，偏振材料1.9的实施是通过沉积形成将两个偏振状态分离的表面的薄层来实现的。也可以使用小直径(大约200nm)的金属丝形成栅格偏振器。这两种方案能够在减小的空间内获得偏振效果。
[0031]偏振材料1.9是这样的，S卩:该材料反射其中偏振状态为由反射表面1.8反射的光束的偏振状态(在第一光学装置的情况下，也就是射入到棱镜1.4中的光束的偏振状态)的任何光束。该偏振材料1.9还是这样的，即:处于另一个偏振状态的任何光束都穿过该材料。
[0032]射入装置进一步在与反射面1.8相反的面上包括四分之一波长类型的延迟板1.6。延迟板是一种能够修改穿过该延迟板的光束的偏振的光学材料元件。与偏振器不同，光在延迟板的出口处的偏振状态取决于入口处的状态。该效应源自制造延迟板的晶体(经常是石英或冰洲石)的双折射。还可以使用拉伸聚合物薄膜或分子已经被定向的液晶，从而方便胶合在棱镜1.4和光导1.5上和/或降低制造成本。由于光束的偏振可以根据两个分量来表示，延迟板将这两个分量中的一个相对于另一个延迟，也就是说导致相差。最常用的延迟板是半波长板和四分之一波长板。半波长板经常表示为λ/2板，产生半