超颖光学引擎的制作方法

本发明涉及一种光学装置，特别是涉及一种超颖光学引擎。

背景技术：

1、参阅图1，为一种现有的光学引擎，具有三个分别为红(r)、绿(g)、蓝(b)的光源11，三个位于所述光源11的光路上的准直透镜12，及三个分别对应所述光路的分光镜13，左侧第一个分光镜13会反射红光(或所有光线)，第二个分光镜13会反射绿光并能供红光穿透，第三个分光镜13会反射蓝光并能供红、绿光穿透，如此，能使红、绿、蓝光整合而形成白光(w)。

2、然而，上述准直透镜12、分光镜13等架构体积庞大，如果要大幅缩小体积，三个光源11的间距和各光学元件都要相对应缩到小尺寸，但小尺寸的准直透镜12很难维持加工精度，且小尺寸的各光学元件所需的组装对位精度也大幅提高，导致组装难度增加。如此，导致光学引擎的尺寸难以缩小。是以，随着近年来ar(augmented reality，扩增实境)、vr(virtual reality，虚拟实境)、微型投影等应用兴起，如何大幅缩小光学引擎尺寸即成为业界研究目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能大幅缩小尺寸且提供较佳制造和组装对位精度的超颖光学引擎。

2、本发明的超颖光学引擎，包含多个光源模块、准直偏折模块及合光模块。

3、每一个光源模块用于发射不同波长的光束。

4、所述准直偏折模块包括多个分别位于所述光源模块的光束的路径上的准直偏折超颖光学元件，分别用于调整所述光源模块的光束路径，而使所述光源模块的光束准直和偏折到同一个预定位置。

5、所述合光模块包括位于所述准直偏折模块相反于所述光源模块的一侧的合光超颖光学元件，所述合光超颖光学元件包括位于所述预定位置的合光超颖光学阵列，接收来自所述准直偏折模块的准直后光束，依波长及入射角偏折所述准直后光束，而使不同方向的准直后光束整合成同一方向的同一光束。

6、本发明的超颖光学引擎，每一个所述准直偏折超颖光学元件具有基板及准直偏折超颖光学阵列。

7、所述基板具有沿x轴与y轴延伸的表面。

8、所述准直偏折超颖光学阵列，设置于所述表面，供对应的所述光源模块的光束入射，并具有多个排成阵列的纳米微结构，每一个所述纳米微结构沿垂直于所述表面的z轴方向延伸。

9、第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个纳米微结构符合以下相对于光轴中心的相位差排列公式：

10、

11、其中，且2i+2j≥4,i＝0,1,2,…，j＝0,1,2,…；

12、其中，n为不大于n的所有正整数，n为所述准直偏折超颖光学元件的数量，表示对应的第n光束入射第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构相对于光轴中心的相位差，坐标系的原点(0,0)定义为第n个所述准直偏折超颖光学阵列的光轴中心，定义为第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构在第n个所述准直偏折超颖光学阵列的x轴及y轴坐标，其中，λn为第n光束的工作波长，fn为对应第n光束的预设焦距，θn为第n光束的成像光束偏离x轴的角度，γn为第n光束的成像光束偏离z轴的角度，δφn准直(xn,yn)为高次项像差的相位差补偿，anij为预定的系数。

13、本发明的超颖光学引擎，所述合光超颖光学元件具有基板及合光超颖光学阵列。

14、所述基板具有沿x轴与y轴延伸的表面。

15、所述合光超颖光学阵列设置于所述表面，供经所述准直偏折模块调整路径后的光束入射，并具有多个排列成阵列的纳米微结构，每一个所述纳米微结构沿垂直于所述表面的z轴方向延伸。

16、所述合光超颖光学阵列的每一个纳米微结构符合以下相对于光轴中心的相位差排列公式：

17、

18、其中，n为不大于n的所有正整数，n为所述准直偏折超颖光学元件的数量，表示对应的第n光束入射所述合光超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构相对于所述合光超颖光学阵列的光轴中心的相位差，坐标系的原点(0,0)定义为所述合光超颖光学阵列的光轴中心，定义为每一个所述纳米微结构在所述合光超颖光学阵列的x轴及y轴坐标，其中，λn为第n光束的工作波长，θn为第n光束的入射光束偏离x轴的角度，γn为第n光束的入射光束偏离z轴的角度。

19、本发明的超颖光学引擎，所述合光超颖光学阵列位于所述基板邻近所述准直偏折模块的一侧。

20、本发明的超颖光学引擎，还包含整形模块，所述整形模块包括多个分别设置于所述准直偏折超颖光学元件其中一侧面的整形超颖光学阵列，每一个所述整形超颖光学阵列接收对应的所述光源模块的光束，并具有多个排成阵列的纳米微结构，于所述整形超颖光学阵列的坐标系中，定义x轴、y轴与z轴，所述侧面沿所述x轴与所述y轴延伸，每一个所述纳米微结构沿垂直于所述侧面的所述z轴方向延伸，第n个所述整形超颖光学阵列的每一个纳米微结构符合以下相对于光轴中心的相位差排列公式：

21、

22、其中，且2i+2j≥4,i＝0,1,2,…，j＝0,1,2,…；

23、其中，n为不大于n的所有正整数，n为所述准直偏折超颖光学元件的数量，表示对应的第n光束入射第n个所述整形超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构相对于光轴中心的相位差，此坐标系的原点(0,0)定义为第n个所述整形超颖光学阵列的光轴中心，定义为第n个所述整形超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构在第n个所述整形超颖光学阵列的x轴及y轴坐标，其中，λn为对应的第n光束的工作波长，fxn为第n光束于x轴方向的焦距，fyn为第n光束于y轴方向的焦距，δφn整形(xn,yn)为高次项像差的相位差补偿，bnij为预定的系数。

24、本发明的超颖光学引擎，每一个所述整形超颖光学阵列位于所属的所述准直偏折超颖光学元件邻近所述光源模块的一侧面，每一个所述准直偏折超颖光学元件具有设置于相反于所述整形超颖光学阵列的另一侧面且邻近所述合光超颖光学元件的准直偏折超颖光学阵列。

25、本发明的目的在于提供一种能大幅缩小尺寸且提供较佳制造和组装对位精度的超颖光学引擎。

26、本发明的超颖光学引擎，包含多个光源模块、准直偏折模块、整形模块及合光模块。

27、每一个光源模块用于发射不同波长的光束。

28、所述准直偏折模块包括多个分别位于所述光源模块的光束的路径上的准直偏折超颖光学元件，分别用于调整所述光源模块的光束路径，而使所述光源模块的光束准直和偏折到同一个预定位置，每一个所述准直偏折超颖光学元件具有基板及准直偏折超颖光学阵列。

29、所述基板具有沿x轴与y轴延伸的表面。

30、所述准直偏折超颖光学阵列设置于所述表面，供对应的所述光源模块的光束入射，并具有多个排成阵列的纳米微结构，每一个所述纳米微结构沿垂直于所述表面的z轴方向延伸。

31、第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个纳米微结构符合以下相对于光轴中心的相位差排列公式：

32、

33、

34、其中，且2i+2j≥4,i＝0,1,2,…，j＝0,1,2,…；

35、其中，n为不大于n的所有正整数，n为所述准直偏折超颖光学元件的数量，表示对应的第n光束入射第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构相对于光轴中心的相位差，坐标系的原点(0,0)定义为第n个所述准直偏折超颖光学阵列的光轴中心，定义为第n个所述准直偏折超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构在第n个所述准直偏折超颖光学阵列的x轴及y轴坐标，其中，λn为第n光束的工作波长，fxcn为所述准直偏折超颖光学阵列于x轴方向的焦距，fycn为所述准直偏折超颖光学阵列于y轴方向的焦距，θn为第n光束的成像光束偏离x轴的角度，γn为第n光束的成像光束偏离z轴的角度，δφn准直(xn,yn)为高次项像差的相位差补偿，anij为预定的系数。

36、所述整形模块包括多个分别设置于所述准直偏折超颖光学元件其中一侧面的整形超颖光学阵列，用于调整所述光源模块入射的光束的形状。

37、所述合光模块将所述不同方向的经整形及准直后的光束偏折，而使其整合成同一方向的同一光束。

38、本发明的超颖光学引擎，每一组对应的所述准直偏折超颖光学阵列与所述整形超颖光学阵列中，所述准直偏折超颖光学阵列的x轴焦距fxcn和y轴焦距fycn、与所述整形超颖光学阵列的x轴焦距fxn和y轴焦距fyn之关系式如下：

39、

40、

41、

42、其中，fxtn、fytn分别为所述准直偏折超颖光学阵列与所述整形超颖光学阵列所合成之x轴焦距与y轴焦距，为所述准直偏折超颖光学阵列与所述整形超颖光学阵列的等效空气厚度。

43、本发明的超颖光学引擎，每一个所述整形超颖光学阵列接收对应的所述光源模块的光束，并具有多个排成阵列的纳米微结构，于所述整形超颖光学阵列的坐标系中，定义x轴、y轴与z轴，所述侧面沿所述x轴与所述y轴延伸，每一个所述整形超颖光学阵列的纳米微结构沿垂直于所述侧面的所述z轴方向延伸，第m个所述整形超颖光学阵列的每一个纳米微结构符合以下相对于光轴中心的相位差排列公式：

44、

45、其中，且2i+2j≥4,i＝0,1,2,…，j＝0,1,2,…；

46、其中，m为不大于m的所有正整数，m为所述准直偏折超颖光学元件的数量，表示对应的第m光束入射第m个所述整形超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构相对于光轴中心的相位差，此坐标系的原点(0,0)定义为第m个所述整形超颖光学阵列的光轴中心，定义为第m个所述整形超颖光学阵列的每一个所述纳米微结构在第m个所述整形超颖光学阵列的x轴及y轴坐标，其中，λm为对应的第m光束的工作波长，fxm为第m光束于x轴方向的焦距，fym为第m光束于y轴方向的焦距，δφm整形(xm,ym)为高次项像差的相位差补偿，bmij为预定的系数。

47、本发明的超颖光学引擎，每一个所述准直偏折超颖光学阵列位于所属的所述准直偏折超颖光学元件邻近所述合光模块的一侧面，每一个所述整形超颖光学阵列位于所对应的所述准直偏折超颖光学元件邻近所述光源模块的一侧面。

48、本发明的有益效果在于：通过设置所述准直偏折超颖光学元件，能准直和偏折所述光源模块的光束，再搭配设置所述合光模块使所述不同方向的准直后光束整合成同一方向的同一光束，相较于现有技术，可以减少元件数量，提高生产和组装精度，并大幅降低产品体积。此外，本发明超颖光学元件是采用半导体制程制作，相较现有光学构件加工的加工技术，对于很小的光学元件也具有极好的加工精度和组装对位精度。