高速光学快门及其操作方法和光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高速光学快门及其操作方法和光学装置。该光学快门包括活性固态的透明电光介质，该电光介质具有全内反射表面，在该全内反射表面上全内反射角被外部作用改变。透明电光介质可以是全内反射角被外部作用改变的棱镜或棱镜阵列。入射光路径改变单元还可以布置在透明电光介质之前。此外，还可以布置光路改变单元使穿过电光介质的光垂直入射在入射目标物体上。

【技术实现步骤摘要】
高速光学快门及其操作方法和光学装置
本公开所包括的示范性实施例涉及光学器件，更具体地，涉及一种高速光学快门、 操作该高速光学快门的方法以及包括该高速光学快门的光学装置。
技术介绍
用于根据控制信号透射或阻挡光学图像的光学快门是广泛用于摄像装置和显示 装置中的重要光学模块，所述摄像装置包括照相机，所述显示装置包括液晶显示(LCD)器。近来，正在开展对用于获得物体的距离信息的三维(3D)照相机或激光雷 达(LADAR)技术的研究。关于此，3D照相机和LADAR技术通过利用光的飞行时间 (time-of-flight, T0F)来测量摄像装置和目标之间的距离。各种TOF方法中的遮挡光脉冲(shuttered light pulse, SLP)方法包括向目标 发射特定波长的光；遮挡(shuttering)从目标反射的该波长的光学图像；通过成像器件获 得图像；进行一系列该过程；并由此获得距离信息。为了将多个与距离相应的光行进时间 区分开，SLP方法需要包括快速快门操作，该快速快门操作具有小于数纳秒(ns)的打开和 关闭转换时间。为此，已经提出了图像增强器或半导体基光学快门作为高速光学图像快门。然而，图像增强器是昂贵的设备，需要高电压和真空封装。此外，尽管半导体基光 学快门可以克服图像增强器的操作和结构上的缺点，但是与相关技术中使用的光电二极管 和发光二极管(LED)器件相比，半导体基光学快门通过半导体制造工艺制造在GaAs衬底中 且具有复杂的结构，因此考虑到价格和制造难度，半导体基光学快门会较难以商业化。同时，根据相关技术使用电光效应(electro-optical effect)的光学调制器件包 括克尔盒(Kerr cell)和普克尔盒(Pockel cell)。使用电光材料的光学调制器件具有数 GHz的响应速度，因此已在高速光学通讯中被用在波导中。在光学调制器件中，由铌酸锂(LiNbO3)等形成的非线性晶体的偏振特性根据给定 电场而改变。也就是说，通过利用外电场控制偏振角度，光学调制器件具有快门功能以透射 或阻挡偏振入射光。
技术实现思路
本专利技术提供了用于光学快门的方法和装置，该光学快门能进行高速快门操作。本专利技术提供了操作该光学快门的方法。本专利技术提供了用于包括该光学快门的光学装置的方法和装置。其它方面将在下面的描述中部分阐述，并将从该描述而部分地变得明显，或者可 以通过实践给出的示范性实施例而领悟。根据示范性实施例的一个方面，光学快门包括电光介质，该电光介质是透明的，处 于活性固态，且具有全内反射表面，在该全内反射表面处全内反射角通过外部作用被改变。光学快门还可以包括光路改变单元，用于使穿过电光介质的光垂直入射在入射目 标物体上。光学快门还可以包括布置在电光介质之前的入射光路径改变单元。电光介质和光路改变单元中的每个可以包括棱镜或棱镜阵列。电光介质的棱镜和光路改变单元的棱镜可以具有相同的形状，且可以布置地彼此 对称。电光介质的棱镜阵列和光路改变单元的棱镜阵列可以分别包括多个微棱镜，可以 布置电光介质的棱镜阵列和光路改变单元的棱镜阵列使得电光介质的多个微棱镜中的每 个的横截面可以与光路改变单元的多个微棱镜中的每个的横截面对称。具有均勻厚度的间隙可以在光的行进路径上存在于电光介质和光路改变单元之 间。这里，该间隙可以用折射率小于空气、棱镜或棱镜阵列的光学介质填充。光吸收膜可以附着在电光介质的棱镜的一个表面上或者在电光介质的棱镜阵列 的一个表面上，该表面可以表示全反射光入射在其上的表面。光学快门还可以包括布置在电光介质之前的入射光路径改变单元。入射光路径改变单元可以是透镜单元，该透镜单元用于改变进入到入射光路径改 变单元中的入射光的行进路径使该入射光作为平行光入射在电光介质上。电光介质可以是棱镜或棱镜阵列，入射光通过外部作用而被该棱镜或棱镜阵列全 反射或透射。棱镜的光入射表面或者包括在棱镜阵列中的微棱镜的光入射表面可以相对于入 射光倾斜。棱镜阵列可以包括多个条形的微棱镜或者多个环形的微棱镜。该外部作用可以表示通过施加电压而形成的电场。光吸收膜可以附着在光路改变单元的棱镜或棱镜阵列的不在光的行进路径上的 表面上。电光介质可以相对于入射目标物体倾斜，从该电光介质发射的光入射到该入射目 标物体上。根据示范性实施例的另一方面，一种操作光学快门的方法包括以下操作施加电 压到电光介质，由此改变该电光介质的全内反射角。该方法还可以包括以下操作连续施加电压到该电光介质，由此连续改变该电光 介质的全内反射角。电压的波形可以是方波或者正弦波，且不限于方波或正弦波。 电光介质可以是棱镜或棱镜阵列。入射在电光介质上的光的入射角可以小于电光介质的全内反射定角，并可以大于 通过施加电压而形成的最小全内反射角。入射在电光介质上的光的入射角可以大于电光介质的全内反射定角，并可以小于 通过施加电压而形成的最大全内反射角。电光介质的全内反射角可以通过施加电压而减小。电光介质的全内反射角可以通过施加电压而增大。根据示范性实施例的另一方面，光学装置包括光学快门。该光学装置可以是包括 三维(3D)照相机的测距照相机，或者可以是液晶显示器(LCD)。在另一示范性实施例中，一种光学装置包括折射元件，具有至少两个折射率中的一个，该折射元件在第一输入被接收时具有所述至少两个折射率中的一个，在第二输入被 接收时具有所述至少两个折射率中的另一个；以及图像传感器，可操作来接收被折射元件 折射和透射的光，其中当第一输入被接收时折射元件将光向图像传感器折射，当第二输入 被接收时折射元件将光反射远离图像传感器。在这样的光学装置中，折射元件包括光输入表面和光输出表面，折射元件的光输 入表面和光输出表面之一相对于被折射元件所接收的光倾斜而不垂直。附图说明这些和/或其它方面将从下面结合附图对示范性实施例的描述变得明显且更易 于理解，附图中图1是示出根据示范性实施例的光学快门的构造的截面图2是示出当图1的全内反射角控制介质对应于全内反射棱镜时光学快门的构造 的图3是示出替代图2的全内反射棱镜而采用不同类型棱镜的光学快门的构造的 图4是根据另一示范性实施例的图2的光学快门的图，该光学快门包括光路改变 单元；图5是根据另一示范性实施例的图3的光学快门的图，该光学快门包括光路改变 单元；图6是根据另一示范性实施例的光学快门的图，该光学快门包括用于改变入射光 的路径使该入射光成为平行光的单元，其中入射光入射在全内反射角控制介质的光入射表 面上；图7是根据另一示范性实施例的图4的光学快门的图，该光学快门包括入射光路 径改变单元；图8是根据另一示范性实施例的图3的光学快门的图，该光学快门还包括入射光 路径改变单元；图9是根据另一示范性实施例的图5的光学快门的图，该光学快门还包括入射光 路径改变单元；图IOA是根据另一示范性实施例的光学快门的图，该光学快门包括多个全内反射 角控制介质的阵列，在该阵列中图2的全内反射棱镜用作单元；图IOB是图IOA的第一棱镜阵列的平面图11是第二棱镜阵列布置在图IOA的光学快门的第一棱镜阵列和图像传感器之 间的情形的截面图12是图IOA的光学快门的截面图，还将入射光路径改变单元布置在第一衬底的 光入射表面上；图13是图11的光学快门的截面图，还将入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学快门，包括电光介质，该电光介质是透明的并处于活性固态，所述电光介质包括全内反射表面，在该全内反射表面处全内反射角被输入所改变。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴勇和，亚历山大戈雷洛夫，斯塔尼斯拉夫施蒂科夫，亚历山大希兰科夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]