多平面光学设备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于传输具有波长光谱的光学设备。该设备包括设计并且构造为通过衍射将光分解成分别对应于光谱的不同子光谱的多个部分的多个光学装置，使得光的各部分在不同光学装置内传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
和背景 本专利技术涉及光学领域，并且更具体地涉及用于通过将光分解成两个或更多个子光谱来传输彩色光由此改进光的传输效率的方法、设备以及系统。 电子装置的小型化已经成为电子领域的持续目标。电子装置经常装配有某种形式的用户可以看见的显示器。随着这些装置尺寸上的减小，存在对制造与小尺寸电子装置相容的紧凑型显示器的增长需求。除了尺度小，这种显示器不应该牺牲图像质量，并且可低成本购得。通过定义可知，以上特征是相矛盾的，并且已经进行许多尝试来提供某种平衡方案。 电子显示器可以提供实像或者提供虚像，实像的尺寸由显示装置的物理尺寸决定，虚像的尺寸可以扩大显示装置的尺度。 实像定义为投影到定位在图像位置处的观察表面上或由其显示，并由人肉眼观察的图像(到观察者不需要校正眼镜的程度)。实像显示器的实例包括阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管阵列(OLED)或者任何屏幕投影显示器。实像正常可以从大约至少25cm的距离进行观察，该距离是人眼可以对物体进行聚焦的最小距离。除非人远视(long-sighted)，否则他不能在更近的距离观察到清晰图像。 通常，桌上型电脑系统以及车间计算设备采用CRT显示屏向用户显示图像。CRT显示器重量重、体积庞大并且不容易小型化。对于膝上型、笔记本型或掌上型电脑，通常使用平板显示器。平板显示器可以使用以被动矩阵或主动矩阵面板形式实现的LCD技术。被动矩阵LCD面板由水平和竖直电线栅格组成。栅格的各交叉点构成单个像素并且控制LCD元件。LCD元件允许或阻挡光通过。主动矩阵面板使用晶体管控制各像素，并且更昂贵。另一方面，主动矩阵面板通常提供更高的消光比例(暗像素和亮像素之间的差)以及更大量的灰度级，因而提供更高质量的显示。 OLED平板显示器是由有机聚合物材料制成的发光二极管阵列。现有的OLED平板显示器基于被动和主动结构两种。不同于控制光传输或反射的LCD显示器，OLED显示器发光，光强度由施加于其上的电偏压控制。由于与CRT显示器相比的紧凑性以及能量效率，平板显示器还用于小型化图像显示系统。小尺寸实像显示器的展示实像的表面积相对较小，因而用于向用户提供足够信息的能力有限。换句话说，由于人眼的分辨率有限，从小尺寸实像分辨出的细节量可能不够。 与实像相对照，虚像定义为没有投影到观察表面或者没有从观察表面发射的图像，并且没有光线连接图像和观察者。虚像仅可以通过光学元件看到，例如典型的虚像可以通过放置在会聚透镜前方、透镜和其焦平面之间或者其焦平面处的物体获得。从物体上的单个点发出或反射的光线在通过透镜时分散，因而没有两束光线共用两个端点。从透镜另一侧观察的观察者将觉察到位于物体后面因而放大的图像。位于透镜焦平面的物体的虚像被称为投影到无穷远处。包括微型显示器面板和透镜的虚像显示系统能够从远小于25cm的距离处观察到小尺寸但高容量的显示。从更远距离观察，这种显示系统可以提供相当于高容量大尺寸实像显示系统的观察能力。 传统虚像显示器公知具有许多缺点。例如，这种显示器对于舒适使用来说太重了，而且太大以至于太突出、转移人的注意并且甚至是使人迷惑。其中，这些缺陷源于在固定结构内结合相对大的光学系统，以及没有充分考虑到尺寸、形状、重量等重要因素的物理设计。 最近，全息光学元件已经用于便携式虚像显示器。全息光学元件作为成像透镜以及其中二维准单色显示器成像到无穷远处并反射到观察者眼中的合并器。所有类型的全息光学元件的共同问题是它们相对高的色散。这是光源不是纯单色的应用中的主要缺点。这些显示器中某些显示器的另一个缺点是缺乏图像几何形状和全息光学元件几何形状之间的相干性，这导致了降低图像质量的图像阵列的像差。 通常涉及单个全息光学元件的新设计通过使用非球形波而不是简单的球形波进行记录而补偿了几何和彩色像差；然而它们不能克服色散问题。此外，利用这些设计，总光学系统通常非常复杂并且难以制造。另外，由这些设计产生的视场通常非常小。 Upatnieks的美国专利No.4,711,512(本申请通过引用结合了其内容)描述了一种衍射平面光学平视显示器，其配置为传输图像的准直光波前(wavefront)，并允许经飞机挡风玻璃到达的光线通过并由飞行员观察。光波前经第一衍射元件进入位于飞机座舱内的细长光学元件，在光学元件内衍射成内部全反射，并通过第二衍射元件衍射出光学元件，在保持准直的同时进入飞行员眼睛的方向。然而，Upatnieks没有教导显示器如何传输宽视场，或处理宽波长光谱(以便提供彩色图像)。具体来说，Upatnieks教导了使用公知具有窄角度以及彩色响应的厚体积(thick volume)全息图，尽管其衍射效率高。 Friesem等人的美国专利No.5,966,223和No.5,682,255(本申请通过引用结合了其内容)描述了类似于Upatnieks的全息光学装置,附加方面在于第一衍射光学元件进一步作为准直元件，其准直由显示源中的各数据点发射的波并对整个视场的场像差进行校正。所讨论的视场为±6°，并且进一步讨论了在632.8nm的中心波长λc周围±2nm的Δλc为波长偏移内的低彩色灵敏度。然而，Friesem等人的衍射准直元件公知为窄光谱响应，并且±2nm的光谱范围的低彩色灵敏度变为±20nm或±70nm的不可接受的灵敏度。 Niv等人的美国专利No.6,757,105(本申请通过引用结合了其内容)提供一种用于优化多色光谱的视场的衍射光学元件。该光学元件包括透光基板和形成于其内的线性光栅。Niv等人教导了如何选择线性光栅的栅距和透光基板的折射率以便捕获具有预定光谱并由预定视场表征的光束，以便通过内部全反射在透光基板内传播。Niv等人还公开了一种结合上述衍射光学元件的光学装置，以便将一般的光和具体的图像传输到用户眼中。 Niv等人的美国专利申请No.10/896,865和No.11/017,920公开了一种双目装置，其中光通过衍射元件衍射进入透光基板并在基板内以两个方向传播。随后，光通过左衍射元件和右衍射元件衍射出基板进入用户眼中。这种装置使用众所周知的人类视觉系统的生理机制基于若干部分推断出完整的图像。左衍射元件和右衍射元件将不同的非对称视场提供到用户的每个眼中，但用户感觉到比两个非对称视场中的每一个都宽的双目对称视场。 众所周知，光的衍射和传输效率取决于光的波长(颜色)。现有技术的虚像装置设计为对特定颜色具有最大衍射和传输效率，同时导致其它颜色的较低衍射和传输效率。因而，由于不均匀的颜色亮度，这种装置的结果图像受到低质量的影响。 因而，存在对一种用于没有上述限制地传输光的设备、系统和方法的广泛认可的需要，并且这种设备、系统和方法是特别有利的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于传输由彩色光源产生的光的光学设备，该光具有波长光谱，该设备包括多个设计并构造为将光分解成分别与光谱的不同子光谱对应的多个部分的光学装置，使得该多个部分的各部分在不同光学装置内有效传输。 根据下文描述的本专利技术的优选实施例中进一步的特征，各光学装置包括透光基板，该透光基板形成有设计并构造为将光的相应部分衍射到透光基板内的至少一个输入光学元件，以便允许光通过内部全反射(total internal ref本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于传输由彩色光源产生的光的光学设备，所述光具有波长光谱，所述设备包括设计并构造为将所述光分解成分别与所述光谱的不同子光谱对应的多个部分的多个光学装置，使得所述多个部分中的各部分在不同光学装置内有效传输。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：U尼芳，Y尼夫，
申请(专利权)人：米拉茨创新有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]