用于光学尺寸调整的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种光学尺寸调整装置。所述装置包括形成基板的多个层，所述基板具有第一刻面和第二刻面。所述多个层的每一层具有在该层中形成的和／或嵌入到该层中的波导布置。在一个实施例中，所述层以部分重叠光学布置的方式布置，使得每一层在所述第二刻面具有光学暴露的区域。在另一个实施例中，所述装置包括两个光学尺寸调整元件，每一个都被配置成提供一个维度的光学扩展或收缩，使得在装置中传播的光经历二维的光学尺寸调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学，更具体而言，涉及用于光学尺寸调整的装置和 方法。
技术介绍
电子装置的微型化一直是电子学领域中持续的目标。电子装置通 常装配有某种形式的为用户所见的显示器。当这些装置的尺寸减小 时，它们的显示尺寸也减小。然而，超出某一尺寸，电子装置的显示 不能被肉眼所见，并且它的图像需要被放大。电子显示器可以提供实像或虚像，实像的尺寸由显示装置的物理 尺寸决定，虚像的尺寸可以扩展显示装置的尺寸。通过将图像投射到较大的屏幕，或借助无源光学放大元件为用户 提供放大的虚像，可以实现由小尺寸图像显示系统产生的图像的放大。虚像被定义为这种图像它不能被投射到观察面，因为没有光线 连接所述图像和观察者。然而，应当理解，上述放大技术远没有达到最佳。投影的实像是 笨重的，因为在投影时，图像的扩展通过垂直于显示器的光的传播获 得。产生虚像的装置具有有限的视野且通常也是笨重的。另一放大技术中，图像不是被投影而是通过从一个小刻面 (facet)延伸到一个大刻面的一束光纤引导。所述小刻面通常被称 为"物平面"，而且所述较大的刻面通常被称为"像平面"。现在参考附图，图1-2是用于制造光纤基引导放大器的几个现 有技术的示意图。图la示出了基于美国专利No. 2, 825, 260的讲授的光学图像传送 装置。从小刻面到大刻面的放大通过增加该束中光纤之间的间隔获 得。图lb示出了美国专利No. 2, 992， 587和No. 3, 853, 658中^>开的 对该方法的^f务改。该:技术中，光纤向大刻面是向上渐细(up-taper) 的。然而，由于与光纤的间隔和向上渐细相关的技术限制，这些技术 是不可生产的。一种克服上述逐渐变大问题的尝试在美国专利No. 3, 909, 109中 公开，其中在大刻面处添加一个附加层。该层的厚度选择成，允许经 过该层的自由传播，直到光纤的远场光束重叠为止。然而，这种技术 受到一个主要限制，因为远场线的高斯形状使得难以确定该附加层的 最佳厚度。图lc示出了图la的装置的另一种改进，这种改进基于美国专利 No. 3, 043, 910和No. 4, 208, 096的讲授。该改进方案中，仅在一个维 度执行光纤分离，由此在另一个(基本垂直的)维度中的分离通过台 阶或斜切完成。在这种配置中，在一个方向中被分离之后，光纤被重 定向到大刻面，在那里它们是台阶或斜切，使得光纤在基本垂直的方 向分离。这种解决方法的主要限制是制造复杂度。图2a -b示出了才艮据美国专利No. 3. 402， 000和No. 6， 326, 939的 讲授，用于制造光纤放大元件的另一种技术。参考图2a, —维放大元 件包括圆柱形的光纤，它们以这样一种方式切割使得，在一端形成 圆形剖面而在另一端形成椭圆形剖面。圆形剖面垂直于圆柱体的纵 轴，并且因此具有与圆柱体相同的尺寸。椭圆形剖面相对于纵轴是倾 斜的，因此具有等于圆柱体尺寸的短轴和大于圆柱体尺寸的长轴。当 光经过光纤从圆形一端传输到椭圆形一端时，在椭圆形剖面的长轴方 向建立了一维的放大。参考图2b，两个这样的一维放大元件经由重定向层相连接，使得 一个元件的输出用作另一个元件的输入。第二重定向层用于将光耦合 到该第二放大元件之外。为在第一和第二元件之间获得合适的光学耦 合，光纤在第二元件的输入端上的剖面必须具有与光纤在第一元件的 输出端上的相同的椭圆形剖面。然而，第二元件的光纤的椭圆形剖面不能通过倾斜的切割获得， 因为光纤的输入剖面必须垂直于它们的纵轴。另一方面，具有椭圆形 光纤的光纤束并不存在。因此，为了不使第二放大的分辨率无束绰， 第二元件中的光纤的数目将时第一元件中光纤的数目的一个倍数，该 倍数约等于第一元件的一维放大率。该技术另外的缺点是需要重定向 层和存在非引导光，这可能减少显示器的高宽比。美国专利No. 5， 511， 141和No. 5, 600751公开了一种通过一束并 置的纵向渐变细的光纤形成的读取放大器。该放大器是可以从TaPerVision Co. Ltd. ， USA购买，商标是TaperMag 。然而，TaperMagTM是笨重 的(对于高达2英寸的屏幕，约5 cm的厚度仅有2倍的放大)，因为其厚度必须与切面直径尺寸相当。在美国专利No. 6, 480, 345中Kawashima等公开了一种放大器， 该放大器利用了从小刻面延伸到大刻面的高折射率区域。在Kawashima 等做的模拟中，发现，30英寸的放大器可以具有小于4 cm的厚度且 可以实现十倍的放大。然而，Kawashima的放大器的制造方法十分复 杂。例如，Kawashima等的一个实施例涉及通过具有增加的芯尺寸的 掩模制造的成打的堆叠的薄板的对准。Kawashima等的另一个实施例 涉及三维光纤处理。尽管Kawashima等还讲授了较简单的制造方法， 它们都限制于小于或等于2的放大率。因此，具有能够弥补上述限制的光学尺寸调整的装置和方法是一 个普遍承认的需要，且将是极具优点的。
技术实现思路

技术介绍
并没有讲授使用嵌入式波导来提供光学尺寸调整。本发 明采用嵌入式波导的技术来提供一个或两个维度的光学尺寸调整。因此，根据本专利技术的第一方案，提供一种光学尺寸调整装置。该 装置包括第一光学尺寸调整元件，该元件具有多个波导，所述多个 波导被设计和构造成提供第一维度上的光学尺寸调整；以及第二光学 尺寸调整元件，该元件具有多个波导，所述多个波导被设计和构造成 提供第二维度上的光学尺寸调整。该第二光学尺寸调整元件与该第一 光学尺寸调整元件耦合，使得从该第一光学尺寸调整元件出射的光进 入该第二光学尺寸调整元件，由此，在第一和第二维度都得到尺寸调 整。至少第一和第二光学尺寸调整元件之一的波导至少是部分渐细 (tapered )的。根据下面描述的本专利技术的优选实施例的其他更多特征，第一和第 二光学尺寸调整元件其中至少之一的多个波导以纵向展开布置在基板 中形成和/或嵌入到基板中，以提供光学尺寸调整。根据所述优选实施例中的另外更多的特征，该纵向展开布置包括波导层，每一层这样布置使得波导从该层的笫一区域延伸到该层的 第二区域，由此在该层中定义了一个周边边界，其中表征该周边边界 的长度在笫一区域比在第二区域小，从而提供光学尺寸调整。根据本专利技术的另一个方案，提供一种光学尺寸调整元件。该光学 尺寸调整元件包括多个层，这些层形成基板，该基板具有第一刻面和 比该笫一刻面大的第二刻面。每一层具有基本平行的波导布置，所述 波导在该层中形成和/或嵌入到该层中，并且从该层的第 一 区域延伸 到该层的第二区域。该方案中，所述层以部分重叠的光学布置的方式 布置，由此，每一层的第二区域在该第二刻面是光学暴露的，从而提 供一个维度的光学尺寸调整。根据本专利技术的又一个方案，提供一种光学尺寸调整元件。该光学 尺寸调整元件包括由至少一个层形成的基板，每一层具有波导布置， 所述波导在该层中形成和/或嵌入到该层，且从该层的第一区域延伸 到该层的第二区域，由此在该层中定义了一个周边边界，表征该周边 边界的长度在第一区域比在第二区域小，由此提供一个维度的光学尺 寸调整。根据下面描述的本专利技术的优选实施例中的更多的特征，该第一区 域和第二区域位于该层的相对侧。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学尺寸调整装置，包括：第一光学尺寸调整元件，该第一光学尺寸调整元件具有多个波导，所述多个波导被设计和构造成提供第一维度上的光学尺寸调整；以及第二光学尺寸调整元件，该第二光学尺寸调整元件具有多个波导，所述多个波导被设计和 构造成提供第二维度上的光学尺寸调整，所述第二光学尺寸调整元件被耦合到所述第一光学尺寸调整元件，使得从所述第一光学尺寸调整元件出射的光进入所述第二光学尺寸调整元件，因此，在所述第一和所述第二维度上都被尺寸调整；其中至少所述第一光学尺寸 调整元件和第二光学尺寸调整元件之一的所述多个波导至少是部分渐细的。

【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：Y沙尼，
申请(专利权)人：OMS显示器有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]