中空三通光学元件制造技术

中空光学元件从复合弯曲的反射表面获得光焦度，以产生期望的复合光焦度。反射表面与偏振控制相结合，可以产生确定光焦度的三通布置。其中一个或两者被成型(例如，热成型)的两个功能薄膜可以在外缘处连接，以形成机械稳健的单元，并因此在机械负载下保持光学性能。在两个层之间形成的空气间隔腔体摆脱了双折射问题，其中偏振控制对对比度至关重要。这些光学元件可以安装在框架或头戴设备中，以形成轻巧的可穿戴放大镜、广角准直器、长焦透镜或用于任何需要光焦度的应用。它们可能最适合于对光效率并不苛刻的应用，诸如光线充足的环境，在这种环境下1至2个光圈的插入损耗是没有问题的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】中空三通光学元件相关申请的交叉引用本申请要求享有2018年1月29日提交的美国临时申请No.62/623,493的优先权，该美国临时申请的内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
具有明显折射力的眼镜镜片通常很重并且长时间佩戴不舒服。高折射率聚合物可以缓解这种情况，但在需要高的力时并不能完全解决该问题。此外，存在多种在紧凑的布置中要求高的光焦度(opticalpower)的应用，重量则成为问题。这可能包括任何可穿戴设备，但也包括诸如无人机之类的应用，其中有效负载的质量至关重要。现有技术公开了利用偏振来制造三通紧凑型放大镜或广角准直器(wide-anglecollimator，WAC)的布置。该三通发生在输入部分反射器和输出反射偏振器之间形成的腔体中。在腔体的第一通中，反射偏振器作为反射镜。由反射偏振器返回的光然后在来自部分反射器的反射之后转换为正交偏振状态(state-of-polarization，SOP)。例如，腔体中的四分之一波(quarter-wave，QW)延迟器的第二通将线性SOP转换为正交SOP。然后，转换后的光通过反射偏振器传输。在使用具有线性本征偏振的反射偏振器的布置中，可以在腔体外部使用输入圆偏振器。光焦度可以经由来自部分反射器的反射、来自反射偏振器的反射、或两者来得出。在此背景下，本文所描述的技术得以发展。
技术实现思路
本文公开了一种光学系统，包括：第一光学元件，光通过该第一光学元件进入光学系统；以及第二光学元件，其与第一光学元件保持相对。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个是非平面的。在第一光学元件和第二光学元件之间形成中空腔体。第一光学元件和第二光学元件中的每一个都反射光，使得光在经由第二光学元件离开光学系统之前至少三次通过该中空腔体。第一光学元件可以包括四分之一波延迟器和部分反射器。第二光学元件包括四分之一波延迟器和反射偏振器。第一光学元件还可以包括偏振器。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个可以是凸的。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个可以是凹的。该系统还可以包括附着于光学元件中的至少一个的支撑基底。支撑基底可以是各向同性的基底。支撑基底可以是树脂。中空腔体可以至少部分地填充有各向同性的光学液体。该系统还可以包括邻近第二光学元件的出口偏振器。第二光学元件可以包括平面的四分之一波延迟器和非平面的反射偏振器。第一光学元件和第二光学元件可沿其外缘连接在一起。本文还公开了一种光学系统，其包括：第一光学元件，光通过该第一光学元件进入光学系统，第一光学元件包括四分之一波延迟器和部分反射器；以及第二光学元件，其相对于第一光学元件保持在固定位置，并在第一光学元件和第二光学元件之间形成中空腔体，第二光学元件包括四分之一波延迟器和反射偏振器。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个是非平面的。第一光学元件和第二光学元件中的每一个反射光，使得光在经由第二光学元件离开光学系统之前至少三次通过该中空腔体。第一光学元件还可以包括偏振器。本文还公开了一种光学系统，其包括：第一光学元件，光通过该第一光学元件进入该光学系统，该第一光学元件包括四分之一波延迟器和部分反射器；以及第二光学元件，光通过该第二光学元件离开该光学系统，该第二光学元件相对于第一光学元件保持在固定位置，在第一光学元件和第二光学元件之间形成中空腔体，第二光学元件包括四分之一波延迟器和反射偏振器。第一光学元件和第二光学元件中的至少一个是非平面的。第一光学元件和第二光学元件中的每一个将光反射回中空腔体内至少一次。第一光学元件还可以包括偏振器。附图说明图1示出了现有技术的广角准直器。图2示出了本文所述的三通光学系统。图3示出了可以制造三通光学系统的制造步骤序列。图4a、4b、4c以及4d示出了用于三通光学系统的两个层的、不同的可能曲率。图5示出了层1和层2在外缘处密封的双凸HTP透镜，其中在这两个层之间放置有平面QW2。图6示出了双凸HTP透镜，其中填充有空气、光学液体或油脂中的一种。图7示出了并入了本专利技术的中空三通透镜的一副眼镜。图8示出了用于聚光或用于准直光源阵列的中空三通透镜阵列。具体实施方式虽然本文所公开的实施例容易获得各种修改和替代形式，但其具体的实施例已在图中以示例的方式示出并在本文中被详细描述。然而，应当理解，并不旨在将本专利技术限制在所公开的特定形式中，而是本专利技术要涵盖如权利要求所定义的本专利技术的实施例的所有修改、等同和替代方案。参照附图对本公开进行描述，其中相同的附图标记表示基本相似的元件。图1示出了现有技术的WAC，由具有圆偏振输出的显示器、一对在一个表面上具有部分反射涂层的粘合单片、QW延迟器和平面反射(例如3MDBEF)偏振器组成。在这种情况下，光焦度完全来自于在部分反射器的凹面发生的反射。这些单片是玻璃元件。典型的显示器没有固有的圆偏振输出。LCD通常具有线性偏振输出，其中可以添加QW延迟器来转换为圆偏振状态。有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，OLED)显示器通常具有圆偏振器(面向显示器的QW)，用于阻挡入射在输出表面上的(例如，环境)光。在这种情况下，输出侧又需要QW来转换为圆SOP。对于更一般的输入，诸如使用WAC作为自然光的放大镜，输入可以是非偏振的。本专利技术考虑任意的输入偏振或偏振程度。这意味着单元的功能被合并到WAC的第一层和第二层中。由于需要精确的偏振管理和光学质量，玻璃元件在WAC设计中可能是优选的。但这可能产生沉重的并且例如佩戴在脸上不舒服的结构。聚合物较轻，但聚合物中的双折射会破坏偏振管理并引入杂散光和重影。通常，固体光学元件有利于薄膜在平面表面上的常规层压(lamination)，支撑功能层，并确保稳健的性能。然而，除了充当载体基底之外，这些元件可能没有任何作用，同时又增加了重量和双折射。在特定的实施例中，本文教导一种作为独立的单元执行的中空三通(hollowtriple-pass，HTP)系统；无论输入的偏振程度如何，该系统都执行期望的光学功能。HTP包括两个功能层(第一光学元件和第二光学元件)，它们被连接在一起以形成空气间隔的光学腔体。层1包含部分反射层，并且层2包含反射偏振器。层1和层2可以具有不同的曲率半径，使得在三通中实现规定的光焦度。可以理解的是，传入光最初通过层1并通过腔体，在腔体中照射到层2。这是光第一次通过腔体。光从层2的反射偏振器反射回来通过腔体，在腔体中照射到层1。这是光第二次通过腔体。光从层1的部分反射层(部分反射器)反射回来并通过腔体，在腔体中照射到层2。这是光第三次通过腔体。此时，光通过层2并离开HTP系统。图2示出了实施例的示例，在该示例中层1和层2两者都具有复合曲率。层1可以制造为扁平层压件，包含输入线性偏振器、与吸收轴成45°取向的QW延迟器(QW1)、部分反射器，以及可能的用于机械支撑的附加基底。层2也可以制造为扁平层压件，包含成-45°取向的QW延迟器(QW2)、反射偏振器(例如，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括：/n第一光学元件，光通过所述第一光学元件进入所述光学系统；以及/n第二光学系统，其与所述第一光学元件保持相对；/n其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是非平面的；/n其中，在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间形成中空腔体；并且/n其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件中的每一个反射光，使得光在经由所述第二光学元件离开所述光学系统之前至少三次通过所述中空腔体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180129 US 62/623,4931.一种光学系统，包括：
第一光学元件，光通过所述第一光学元件进入所述光学系统；以及
第二光学系统，其与所述第一光学元件保持相对；
其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是非平面的；
其中，在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间形成中空腔体；并且
其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件中的每一个反射光，使得光在经由所述第二光学元件离开所述光学系统之前至少三次通过所述中空腔体。


2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学元件包括四分之一波延迟器和部分反射器；并且
其中所述第二光学元件包括四分之一波延迟器和反射偏振器。


3.如权利要求2所述的光学系统，其中所述第一光学元件还包括偏振器。


4.如权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是凸的。


5.如权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是凹的。


6.如权利要求1所述的光学系统，还包括附着于所述光学元件中的至少一个的支撑基底。


7.如权利要求6所述的光学系统，其中所述支撑基底是各向同性的基底。


8.如权利要求6所述的光学系统，其中所述支撑基底是树脂。


9.如权利要求1所述的光学系统，其中所述中空腔体至少部分地填充有各向同性的光学液体。


10.如权利要求1所述的光学系统，还包括邻近所述第二光学元件的出口偏振器。

【专利技术属性】
技术研发人员：GD夏普，AD麦盖蒂根，
申请(专利权)人：加里夏普创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US