TW200844537A - Imaging device for influencing incident light - Google Patents

Description

200844537 九、發明說明： 【發明所属技術領域3 本發明係關於一種操縱入射光的成像裝置，其備有一 光學元件和一用以使該光學元件發生變形的調節機構，其 5 中該光學元件具有一面向入射光的表面。此外，本發明亦 關於一種形成圖像的方法，係借助於前述成像裝置，用光 學元件和一調準圖像之影像面位置的系統來形成圖像。 本發明尤其和一種自適應性光學系統相關，主要是用 來控制所投射的光線。這種系統尤其是在空間性部分同調 10 或同調的光線下會使相位改變。 【先前技術3 自適性光學系統經常出現在習知技術，其中這些系統 中的一個特定類別會形成自適應性反射鏡。這種自適應性 反射鏡到目前為止主要是被應用在天文學的領域。在這種 15 情況下，自適應性反射鏡的一個表面是做成可變形，以便 使反射光的相位能夠被調控。 從技術現況來說已知有多種不同的方法是用來使反射 表面變形，更確切地說，形成自適性反射鏡。主要是安裝 致動器（actuator)(或者亦稱為反應器（act0I·))以便在變形的 20 反射鏡’更確切地說，在反射表面内進行力的傳遞。在這 種情形下所安裝的是壓電式致動器、磁縮致動器、電磁致 動器，或者也可以安裝其他的致動器。 例如，DE 197 25 353 A1揭露一種利用一自適應性反射 鏡來對一雷射光束進行光操縱的裝置。該反射鏡在背面上 5 200844537 有壓電式控制件，而在該反射鏡的背面和該壓電式操控 本體之間設有一壓力傳導機構。為了讓反射鏡變形，該壓 力傳導機構幾乎作用在反射鏡的整個背面，惟該壓電式控 制件並非直接作用在該反射鏡的背面，而是經由該壓力傳 5導機構將其施力傳送到該反射鏡。然而這種系統有其缺 點，就是反射鏡的彎曲僅有微小的可調整範圍，因為壓電 式控制件僅能做有限制的調整，也就是說只能夠在一個小 範圍内做調整。 另外，US 2004/0150871 A1中記載一種附有一薄膜之 1〇以壓電-致動器來驅動之可變形的反射鏡。在該反射鏡的背 面没有多個做成單壓電晶片（Unimorph)的扭力致動器以使 該反射鏡變形。在該單壓電晶片中，壓電層係以一非壓電 性的彈性層牢固地結合，其中該非壓電性的彈性層具有導 電性並充當電極。每個致動器都與該反射薄膜相連接並且 可以單獨驅動，藉以使反射鏡的個別區域發生變形。施於 〜致動器之壓電層上的電壓沿長向誘發應力，從而使該壓 電性單壓電晶片受到激勵，對反射鏡之相應區域施壓並因 而使之變形。然而這個系統有其缺點，亦即這種結構只能 應用在直徑小乃至於很小的反射鏡，因為在8 mm直徑的反 ^ 射鏡就已經需要有大約1〇〇個致動器以便使反射鏡薄膜產 生相當的變形。因此，對於直徑比較大的反射鏡來說，這 種結構就不合適，因為致動器的數目會大幅提高，結構總 體來說就太複雜且昂貴了。 此外，US 2006/0103965 A1記載一種可變形的反射 6 200844537 鏡，係在一基底上有一反射表面。另外在該基底上覆有一 可變形層，可以因膨脹和收縮的結果而使反射鏡變形。反 射鏡的背面至少設有一致動器，同樣會使反射鏡發生變 形。在此情形下，該致動器係採基礎變形，而可變形層則 5進行變形前之反射表面的微調。此處的缺點尤其在於，反 射鏡，更確切地說，反射表面無法獲得較大的調整範圍。 此外，因為在反射鏡背面的力傳遞僅及於一個點，故難以 獲得一擇定或均勻的變化，更確切的說，難以調節反射表 面的彎曲或扭曲。 1〇 另一種可變形反射鏡揭露於US 2006/0028703 A1。該 反射鏡具有一第一反射表面、一第二表面和一積體化壓電 式致動器，該致動器具有一承載機構和活動的延長構件。 該等延長構件起自該承載機構並與該第二表面相連接，而 電極即是設在相應的延長構件上。該等延長構件會根據一 15控制信號而移動以使反射鏡變形，反射鏡的反射表面因而 發生變形。此處同樣無法使反射鏡達到大的調整範圍。安 裝此種延長構件成本相當高，此外，延長構件需要相當長 的響應時間以造成變形。 US 2006/0245035 A1也記載一種可變形反射鏡，其 2〇中，隔板或中間壁與反射器形成多數個密閉的氣室。一調 整機構至少在一氣室中調節氣壓。氣壓可以配合反射鏡的 形狀而做改變。這種系統需要額外的構件，如壓力調節機 構、氣閥、供氣管等等，因此結構繁複且成本高。此外， &種氣壓控制式反射鏡光學系統具有很高的負載力。類似 7 200844537 的機構示於US 2006/0104596 A1。 DE 101 51 919 B4記載一種附有一反射鏡的曝光透 鏡，該反射鏡具有多個平行於其光轴延伸的附屬物。透過 驅動一致動器可以將力通過傳送元件傳遞到該等附屬物， 5 藉而使反射鏡發生變形。反射鏡是利用一固持元件牢固地 置放在該曝光透鏡中。可是當反射鏡發生這種變形時，光 學反射表面會被拉伸，更確切的說，被扭曲，而這對其特 性是會產生負面的影響。 另外，在技術現況中已知者尚有片斷式自適應性光學 10系統。但是這些光學系統並沒有太好的反射表面輪麻精度。 I：發明内容3 因此，本發明之課題在於提供一種借助於一光學元件 來操縱入射光的成像裝置，不僅可以排除現有技術的缺 點，而且可以用簡單、便宜且有效的方式，應用到一和光 15學元件的操控參數相關的寬應用頻譜中，而不會使該光學 元件的成像品質受到損害。 依據本發明，該課題係藉調節機構從側面作用在光學 元件的光學表面而獲得解決。 本發明的成像裝置具有一用來操縱入射光的光學元 〇件，合適者為一反射鏡，和一調節機構。該光學元件具有 一主要是反射的光學表面，其面向入射光並用於入射光之 成像，更確切地說，從入射光產生一圖像。該調節機構側 7地作用在該光學元件的光學表面以便使該光學元件發生 夂形。本發明中，側向地作用在光學表面意指從側邊作用 8 200844537 於該光學元件的表面。 透過側向地作用在光學表面的方式，在光學表面的變 形上要獲得相同的變形時，和已知的自適應性光學元件相 比，僅需要相當小的力，更確切地說，僅需要相當小的力 5 矩。優點是，因而可以在一大調整範圍内（例如從一平坦的 光學元件或彎成凹面的光學元件到一凸面的光學元件的範 圍）使該光學元件變形，和從後方，更確切地說，從光學元 件的背面抓住的情形相比，不需要有高施力。因此，調節 機構的橫移路徑也小。也就是說，調整範圍不再像習知技 10 術一樣僅在微米級的範圍内，而可以達到毫米級的範圍。 所以即使在該孔徑内也可以讓相當大的光學元件變形而不 會損失光學品質，並且不需要安裝多數個致動器。利用本 發明之成像裝置除了可以獲得大調整範圍以外，也可以獲 得高調整速度，或者調整頻率。 15 自光學表面外部側向地引進使光學元件變形的施力， 從圖像品質的觀點來看更是有利。亦即，以此方式，像那 些致動器是在光學元件背面的已知系統中，於光學元件的 彎折線進行的過程中所會出現的漸暈（斷路）或不連續（不穩 定）狀態，都不會發生。 20 透過光學元件在彎曲變形上之不同的調整或調節，光 學元件的聚焦寬度會在一個相當大的範圍内做變化。因 此，以這種成像裝置做為自適應性光學系統尤其適合於光 線的追踪，而且此處尤其是在全像投影機構中，於觀看一 主要是三維重建景觀時，根據一觀看者的位置來做波前 9 200844537 (Wavefnmt)i〇宗。本發明之成料置除了可以做追踪，更 確切地說，做波前追踪以外，同樣可以用於波前誤差 (wavefront e丽)的動態修正，例如_全像投影機構，和系 統性像差的修正。 5 _用於響應—感測器的輸出來對-影像信號做追踪的 系統為申請專利範圍第28至32項的請求標的。 本發明之一有利的配置方式可以設計成讓調節機構具 有至少一個主致動裔，可以藉之以和該光學元件的光軸大 致呈直交地將一力施於該光學元件上。借助於在該光學元 10件一側之至少一個主致動器，可以藉形成凹凸·或拱狀變形 以使該光學元件產生彎折或彎曲；如果該光學元件的另一 側疋固疋的，則該主致動器側向地將一推移的壓力引進該 光學元件時，會因而使該光學元件產生一變形。但是較佳 的是在該光學元件的兩側都各設置至少一個主致動器，就 15此’結構如果對稱於中心是很有利的。當從兩側引進完全 相同的力到該光學元件上時，會相應地產生一對稱的彎曲 或凸起。因此，可以透過操控主致動器而操縱彎曲或凸 起。β述說明對於軸對稱光學元件而言尤其適用。對於圓 形或其它形狀的光學元件而言，可以適用另一數量的致動 20 器。 除此之外’調節機構亦可具有至少一個主致動器，藉 之而可以在光學元件上施加一彎曲力矩，其中該彎曲力矩 的軸大致和光學元件的光軸垂直，並且大致垂直於往該光 軸去的一個控向。在此情形下，就會因為光學元件的彎曲 10 200844537 而產生彎折或彎曲。也可以設置一產生壓力的主致動器和 一在光學元件上施加一彎曲力矩的主致動器。藉此一樣可 以使光學元件發生變形。此處較佳的也是在光學元件的兩 侧各設〆主致動器，藉以分別在兩側邊將一彎曲力矩導引 5至光學元件内除了引進一幫曲力矩之外，也可以額外引 進一如前所述之推移力。 該彎曲的優點在於和一隆起曲線相較，彎曲線比較符 合光學上所需要的變形。 透過主致動器在光學元件上的側向作用，只需要微小 10的施力，更確切地說，力矩，就可以在一個大調整範圍實 現所需要的彎折及彎曲。 在本發明之另一較佳結構中可以做成至少設有一輔助 致動器，藉而可以調整光學元件的表面之一彎曲方向，特 別是彎折方向或隆起方向。為能預先確定一所需的彎折方 15 向，以至少設置一輔助致動器為佳。舉例而言，輔助致動 器可以安裝在光學元件之一避開該反射光學表面的表面 上。在隆起一主致動器的情形中，輔助致動器可以透過拉 伸或加壓來預設彎折方向，亦即，分別視情況來預設或是 需要一凸起的或是一凹下的彎曲線。此外，在形成隆起的 20 主致動器的情形中，輔助致動器有助於克服形成隆起的過 程中在一開始所出現的不穩定現象，以及實現目標為光學 元件之很小的彎曲或彎折（亦即，大作用半徑）。 在一形成彎曲的主致動器中，更佳的是設計成主致動 器具有一操縱桿，其一方面將彎曲力矩施於光學元件上， 11 200844537 而另-方面則設置成可對其周圍作旋轉，而主致動器至少 附有一輔助致動器 支撐著朝向周圍， ’主致動器之操縱桿即由該輔助致動器 此時可以利用該輔助致動器對一起因於 光學元件的彎折而產生之非單純的轉動動作執行一補償動 5作。在此情況下’主致動器的施力會經由分別與該主致動 器和該光學元件連結之操縱桿而傳遞到光學元件内。因為 光學元件在發生奇曲時不會，更確切地說，不能附帶產生 延長，故其邊緣區域必需和、彎曲狀態配合，而這卻未必會 與操縱桿的轉動動作相符。這種情形可以分別借助於至少 10 一輔助致動器來解決，利用該輔助致動器，主致動器的動 作可以產生所有需要的操縱桿運動而不會影響到光學元件 的光學品質。 在本發明之一較佳結構中可以進一步設計成光學元件 之光學表面能以一曲率半徑做彎曲，該曲率半徑可以在和 I5光線所需之衫響相符的—個從R=(-〇〇 ; -250mm)到 (+250mm ; +〇〇)的調整範圍内做調整。受惠於一個這麼大的 調整範圍，光學元件之彎曲，尤其是彎折即能被完成，而 這在達成光學元件之聚焦寬度上是特別有利甚且必要的， 受助於該等聚焦度，尤其在全像投影機構中，可以配合_ 2〇 觀看者的位置改變，例如，在觀看一三維景觀時，實現光 線的追踪。 當在一從2Hz到20Hz的範圍内預設一頻率，較佳為 5Hz，以使光學元件在一大調整範圍内產生變形，且預設成 至約150Hz為止的一個頻率，以使光學元件在半梭的額定值 12 200844537 之5%的一個微調整範圍内發生變形時，對於應用在一全像 投影機構中以便進行光線之追踪及一圖像之影像面的調節 上可能更為有利。本發明中，大調整範圍意指全部的調整 範圍。光學元件之半徑，更確切地說，光學元件之彎曲的 5 調整可以在全部的調整範圍内較佳以5Hz來進行。反之，用 來精準調整半徑之額定值的一個半徑之微範圍調整，也就 是半徑之一微小變化，則是以至約150Hz為止來進行。這種 以至約150Hz為止來完成的變化發生在半徑之額定值的 ±5%範圍内。對於半徑之小幅度調整需要有小幅度的調整 10 方式，藉而使小於大範圍調整時施力和力矩作用在系統 上，以便產生例如，一第一隆起或彎曲，然而該變化必需 明顯地較迅速（至約150Hz為止），以在一 50Hz-信號下以三 種色彩來實行一光學錯誤修正。也就是說，在小幅度的調 整方式中，施力差比較小。但是該施力還是會十足地作用 15 並且非線性地取決於絕對位置。 為能實現此種高精準度的調節和控制，係如申請專利 範圍第28項所載，設置一用以在相對於圖像之影像面的法 線方向調整該影像面的位置之系統，該系統具有一調節器 或一控制機構和如前所述之成像裝置，其可回應一偵測 20 器，尤其是一位置擷取偵測器的輸出，借助該調節器進行 調整。該系統不僅適合於安裝在全像投影機構中，也可以 應用在其他領域。當以一2Hz到20Hz，尤其是5Hz的頻率來 進行一大範圍調整時，該系統可以發揮其優點。 輔助致動器以設計成壓電驅動器（piezoactuator)的形 13 200844537 式口為壓電致動器的反應時間短，在微秒的範圍内，而 且可以產生一高施力。壓電驅動器亦可連接多個壓電疊層 (piezo_stack)以製作出良好的尺寸。 在本發明的範疇内，町以利用主致動器來執行大範圍 5 調整和微範圍調整。 在此情形下，主致動器可以適當地為一電動式驅動 器，尤其是一種直線式或〆轉動式的電磁動圈驅動器。這 種電動式驅動器，即所謂的音圈驅動器，具有一高重覆精 度和疋位精度以及急劇的加速，藉而使施力，更確切地說 1〇是彎曲力矩能夠被以高效率被引進光學元件，而且定位精 度可以相當高度地符合需求。光學元件的彎曲可以最高準 確性地被實現並且被重覆。 光學元件可以維持在一由調整機構所構成的範圍内， 並且包括设在光學元件之對立侧的支擇構件，光學元件係 15夾固於該等構件中，其中該等支撐構件各與至少一主致動 為’尤其是操縱桿連結，以便將彎曲力矩引進光學元件。 當一支撐構件分別與光學元件之左和右邊緣段連結時，可 此特別有利。藉此光學元件會獲得一儘可能對稱的彎曲， 這在光學元件不是圓形，這當然也是有可能的，而是一多 20邊形時是有利的。在光學元件發生彎折或彎曲時，該等支 撐構件可以沿元件中線的方向追蹤重調。以此方式即可使 光學表面免於發生不欲的延伸或歪曲，並完全確保所需的 光學品質。 此外’本發明之課題係藉由利用一光學元件來產生一 14 200844537 光學圖像的方法而獲得解決，其中該光學元件為申請專利 範圍第1至17項中之任一項的成像裝置之零件，並以一調整 機構將該光學元件透過側向地作用在光學表面上而使之變 形。 5 為產生一光學圖像，更確切地說，為了在一光學裝置 中操縱光線，成像裝置係以光學元件加以控制，其方式係 光學元件會改變其聚焦寬度，藉而使光線的聚焦發生變 化。這在一機電作動式調整機構中有一特別大的準確度， 其中，控制和調整可以通過一計算機來完成。其優點是可 10 以適當地應用在一全像投影機構中，以配合一觀看者在觀 看一二維及/或三維景觀時的位置而對光線進行追踪。在此 情形下，光線的追踪是在顯示器一觀看者的範圍内，於觀 看者移動時，根據顯示器是靠近或遠離觀看者來做調整。 本發明之一較佳結構可以設計成，設有光學元件的成 15 像裝置係以由至少一偏轉元件所形成之和該偏轉元件呈一 角度相交的波陣面（wave front)之波陣面誤差來進行修正。 如果從光源發出的一個波陣面經由一光學系統發送出去， 該波陣面就會產生變形。該變形的波陣面會導致圖像受到 干擾，品質並因而變差。為了排除波陣面誤差，成像裝置 20 係透過調節機構或者光學元件來控制或調節並操縱成，藉 光學元件的表面之一相應的彎折或彎曲來即時修正該波陣 面的變形。 此外可以適當地設計成，設有光學元件的成像裝置係 以色像差，特別是長向的色像差來做修正。色像差出現在 15 200844537 光線例如，被一透鏡所偏轉時，此時光譜的短波該“山 ^Cj 偏轉得比長波長的紅光端厲害。不同的光色於是就無法严 焦在透鏡的焦點，因為它們各有不一樣的焦點。因為光^ 元件有不一樣的彎曲會造成不一樣的聚焦寬声， 又’因而尤其 可以提供一光學系統利用該成像裝置來修正長向的色像 差。因此光學元件的彎曲可以調節成使光色的各個聚焦寬 度在透鏡的參考-波長-焦點總是形成一致，藉此即;避免 或排除色像差的發生，並因而提高圖像清晰度。 本發明進一步的結構揭示於其餘的附屬請求項以下 10 20

將借助於附圖中所詳細記載的實施例原則性地說明本發 明。 X 圖式簡單說明 第1圖帛於操縱光線之-成像裝置的第„實施態樣之一 原則性概略圖的側視面； 15 第2圖 第3圖 第4圖 成像裝置之另一較佳實施態樣的透視圖· 用以說明第2圖所示之實施態的一個補助致動器 之作用方式的圖解表示； 用以說明安裝在第1圖所示之成像裝置中的一個 光學元件之彎曲現象的圖解表示。 第域I-全像投影機構擷取之一區段和第2圖所示之 成像裝置在光學凡件的表面未發生彎曲時的圖解 表示；

"5bB 生芎曲日$的圖解表示。 16 200844537 t實施方式：j 以下將記述—成像裝置1之結構和作用方式。 第1圖所示為一成像裝置1的原則性結構，其中成像裝 置1係以很簡化的側視圖來表現。成像裝置i除了一個光學 5元件2以外，在此是具有例如，-反射鏡…具有至少-主 致動器4和至少-輔助致動器5的調節機構3。在所示的實施 例中’成像裝置1組裝成對稱形式並且具有兩個主致動器4 和兩個輔助致動器5，-個從左側作用在光學元件2上，一 個從右側作用在光學元件2上。 “絲元件2具有-反射表面以使光線偏轉，更確切地 說，操縱級。此外，光學元件2做成可以㈣彡。光學元件 2車乂佳為一反射鏡，特別是一柱面鏡，亦即，將施力引進光 牟元件2以使其變形之後，光學元件2會有一個不是球面， 而疋柱狀的反射性光學表面。因為光學元件2應該要可以變 15形，因此重要的是要確保其在一相當良好的彈性變形率和 疲勞限之下有高光學表面性質。為實現此需求，可以將各 種合適的彈性材料應用作為基質材料或者載體材料，其中 載體材料以鋼（彈簧鋼）或鈦為佳。以下將簡短記述製作此種 光學元件2的不同方式。 20 第一種方式是在一第一步驟中將載體材料，例如經過 精磨加工的彈簧鋼，根據預設的參數，像是尺寸、厚度、 形狀等’以已知的加工機構予以處理。然後在一第二步驟 中沈積一作為光學層用的材料。例如，可以在載體材料上 於外部—無電式製程中沈積ΙΟΟμπι的鎳(NiP)作為光學層。沈 17 200844537 積法的優點在於不會有波筋、雜質或其他會影響光學品質 的缺失。H覆層_)所具有的特性-方面可以由鱗含 里來決定，另一方面可以利用回火來控制所獲得的硬度。 此外ΝιΡ覆層具有_高财磨硬度和良好的防腐餘性，因而 5可以使光學兀件2有一長使用壽命。透過應用外部_無電式 製程或(化學沈積法)可以確保該覆層在載體材料上的輪靡 相符並且始終呈現相@的層厚。被覆詹鄉覆層之後，接著 在一後續步驟中利用-銑㈣程，特別是湘-旋轉式 的，尤其是單塊式的金剛石工具來進行要作為光學層的材 10料之加工。因此，NiP-覆層在載體材料上作為光學表面的 加工是經由銑削，特別是經過利用一旋轉的金剛石鑽頭進 行精加工（飛銑）而完成。以此方式該表面即透過加工 (超-高_精密加工）而製成反射性。 製造合適的光學元件2之另一種方式是從一載體材 15料，例如彈簧鋼或磷青銅，經過表面研磨和拋光，和一接 著以鋁所形成之載體材料的覆層，以產生一高反射性的光 學表面。在如此被覆上去的鋁層上另外被覆一薄保護層， 藉以保護光學層免於受到外部影響。 也可以為彈性載體材料，例如破璃、石夕或Cfk(碳纖維 20強化塑膠)提供一平滑表面，藉以獲得光學反射層的反射效 果。 將一塗布反射塗層的塑膠膜積層在一彈性載體材料上 的作法同樣可以考慮用來製造光學元件2。 光學元件2合適者係設計成多邊形以提供穩定的裝 200844537 配，為了在製作完成後應用於藉成像裝置i來操縱入射光， 要使其發生變形，並將其設置或安裝在_由調節 成的框架内。調節機構3外加框架是做成兩件式其中各有 -個固持元件6將框架和光學元件2的各邊緣段結合在一 5起。光學元件2的裝配不應該造成光學元件2的雜延伸， 而是會招致-彈性彎曲。為了實現這個需求，調節機構巧 做成一種“浮動軸承，，的形式，以便在光學元件發生變形疋

更確切地說，彎曲時，達成使軸承或固持元件6和各邊緣段 能夠沿光學元件2的中心的方向受到修正。 X 10 如前所述，成像裝置1具有數個主致動4，光學元件2 基本上是通過其等而發生變形。主致動器4是做成電動式驅 動器’特別是做成電磁動圈驅動器。此外，成像裝置丨具有 輔助致動器5，係做成壓電致動器且基本上是用於執行上迷 修正。壓電致動器特別適合使用做為辅助致動器5，因為其 15 專的響應時間短’而且可以施加一高壓。辅助致動哭$和主 致動器4聯合，其中輔助致動器5各自通過一操縱桿7與固持 元件6結合，而主致動器4則是通過支轴或者操縱桿$與固持 元件6結合。此外，固持元件6具有一種轉軸直接和操縱桿7 連結。 20 輔助致動器5由一控制機構9所控制以便實現光學元件 2的變形或彎曲，因此要於一預先擇定的彎曲方向預先塑 形。這表示輔助致動器5或多個輔助致動器5係根據光線废 該要受到怎樣的操縱而加以控制，藉以透過一力？丨的施加 而達成光學元件2之一凹形或凸面的彎曲。此外，因而以不 19 200844537 同方式使彎曲預塑形或初始化的輔助致動器5也有助於克 服形成隆起的過程中所發生之初期不穩定性，而且可以實 現達成很小的彎曲的目的。為了能夠對彎曲方向也加以調 整，可以附加地讓固持元件6的轉軸或者也讓光學元件2預 5 受應力。透輔助致動器5預定彎曲方向之後，控制機構9會 調控主致動器4，該等主致動器則各自將一力f2相對於光學 元件2之一光軸1〇呈徑向或正交地施加在光學元件2上。該 等主致動器4於是在光學元件2的平面上產生一平移。藉 此’一所需的力F2被傳播到兩側邊上，因而造成各為厶乂/2 10 的平移，其中ΔΧ是位移。因為從這裡開始，整個系統都保 持對稱’所以Ax要對半平分，其中位移的一半發生在光學 元件2的一邊，另一半則發生在另一邊。另外可以借助辅助 致動5之相應調節來控制固持元件6與光學元件2的邊緣 段以進行微調整。在這個情況下，輔助致動器5為此而施加 15的力造成固持元件6產生一相當於固持元件6上方所示之箭 頭的線性移動。Fs代表在發生變形時作用於光學元件2上的 施力。因此，透過一因光學元件2之邊緣段的線性移動所獲 得之自由彎折-或彎曲狀態的誘發，乃實現光學元件2的彎 曲。所以施力會側向地並由此自光學表面的外部被引進光 2〇學兀件2,因而在彎曲線的走向上既不會出現漸暈效應也不 發生不連續現象。 光學元件2的變形是彈性的，而且可以在兩個彎曲方向 誘發。在光學元件2借助成像裝置1來進行變形時，較佳的 是將所有的施力都設定成電腦控制並且機電式地傳播。在 20 200844537 此情形下，一處理單元11或一調節器按時間順序控制施力 的強度。變形可以透過測量光學元件2平面内之距離(Δχ)， 或者透過所造成的彎曲h來加以監測。所調整的特性，像是 施力’可以透過Δχ、h顯示在一輸出機構上。 5 施力在光學元件2上的傳播可以經由不同的方式來進 行，例如，經由該等固持元件6之固體轉軸，經由光學元件 2在該等固持元件元件6中之強力夾固，或者也可以經由光 學元件2在該等固持元件6中介於兩個軸承間的懸空式夾 固。 10 光學元件2以具有一大約80mm的孔為佳，當然也可以 是比較大或比較小的孔。光學元件2，更確切地說，光學元 件2的光學表面，在其發生變形或者在受到主致動器4或輔 助致動器5的控制之前，具有一半徑接近R=〇o的表面。在此 情況下，光學元件2之彎曲較佳是利用成像裝置1，調整範 15 圍在 ; _250mm)到 R=(+250mm ; +〇〇)的範圍内，其中 光學元件2的半徑可取決於光線所受到的影響而在該調整 範圍内做變動。在一大約80mm的孔的情形下，調整範圍相 當於一± 3.5mm的彎曲h。這樣的彎曲無法以傳統的裝置來 獲得。 20 此外，通過施加所需的移動，借助主致動器4及/或輔 助致動态5，咼調整頻率得以被實現，並且可以施加所需的 力。光學元件2可以在整個調整範圍，更確切地說，在一從 R=_250mm到R=+250mm的大範圍調整中，以一2Hz到20Hz 的頻率來做操縱或者調整。特別合適的是一5Hz的頻率。此 21 200844537 外，可以在一小調整範圍，亦即半徑的變化在額定值(微範 圍調整）的±5%，以至l5〇Hz止和超出的範圍來調整光學元 件2。 第2圖所示為另一成像裝置1〇〇的實施態樣之透視圖。 5為獲得一穩定狀態並構成一較輕的内部裝置的機構，成像 裝置100係安裝在一調整機構12上。在該調整機構12上，該 等輔助致動器105係分別安裝在兩侧介於定位板13&，13b之 間。如已在第1圖中述及者，輔助致動器1〇5是壓電一轉矩一 致動器，以個別壓電元件的堆積為佳。個別的輔助致動器 10丨〇5是一具有可以藉由集成的電極結構化來分別控制的驅 動單元之陶瓷一薄片。一角度傾斜變換成一平移的現象直 接發生在固態薄片中，並且可以在一操縱桿的終端作用為 移轉開的偏轉，參見第3圖。偏轉和硬度可以根據預定的需 求或參數，利用操縱桿長度、壓電塊高度和壓電塊斷面的 15形態來做變更。輔助致動器1〇5的作用方式關係到第2圖中 所示之成像裝置100的情形將進一步說明於后。 示於第2圖之成像裝置100係如第丨圖般組裝成對稱 式，其中設有兩對彼此面對面的主致動器1〇4。主致動器1〇4 係可轉動地安裝在一和上定位板13a固定結合的框架14 20内…與主致動器⑽連結的操縱桿15各在其另—端和固持 元件觸鉸接固定。如第2圖所示，每兩個操縱卵的端部 和-個光學元件2的邊緣段共同形成_個轴承轴心16，其中 各個主致動H1G4都是經由操縱桿1G何轉動地蚊在轴承 轴心16上。因此，做成電動式驅動器的主致動器1〇4在框架 22 200844537 14内部，可於一定範圍，更確切地說，在一角度下轉動。 該等操縱桿15與框架14之支腳17連結以便托住軸承軸心16 並且提供更大的穩定性。 為使光學元件2產生一變形，首先要根據想要對光線所 5做的操縱來算出或者指定所需要的額定半徑，此時必須已 經知道彎曲應該要有一凸面或是一凹面的彎曲線。輔助致 動為105會取決於那些數值被指定為半徑的額定值而由控 制機構9加以調控。輔助致動器1〇5於是會獲得一信號，命 其等根據所需的彎曲往光學元件2上給定的方向進行拉伸 10或按壓。以此方式即可定出彎曲方向或隆起方向。於是輔 助致動器105第一次不再需要有其他的控制。之後同樣是透 過控制機構9來調控主致動器1〇4，使其等透過它們的轉動 動作而產生彎曲力矩，並經由操縱桿15引入光學元件2。這 代表在控制主致動器104時，各操縱桿15在示於第2圖中之 15箭頭的軌道上視電流的方向和強度而定地往左或往右轉 動。彎曲力矩即以此方式在光學元件2方兩側被引進，藉此 而達成一對稱的彎曲或變形。此時彎曲力矩的軸是垂直於 光學元件2的光軸1〇並且和相對於光轴的徑向呈垂直。因 此必須持續地調整要施加的彎曲力矩。此外，在光學元件2 20發生彎曲時可以持續測定變形並且進行一額定值的調整。 同時，光學元件2會受到光學掃描。在這個瞬間所獲得的半 徑會被當做一個控制方向的信號加以傳送並且被分析運 用。為能最準確地施行光學元件2的變形需要有一個持續的 控制或調整。如果在一第一步驟於一大調整範圍以例如 23 200844537 20Hz來產生待變形之光學元物—個 合適的，丨中該半徑之額定值之後是在疋特別 如150Hz，於較小的施力或彎曲力矩下進^v驟中以例 整範圍進行鍾代表此處伟的變仃彳相。在一小调 5 10 内。因為和用來使彎曲方向或大範圍調整初始化的相1， 這樣的小範圍調整所要❹的力是小的，㈣細Hz來使 半徑發生變化因而可行。㈣t然纽㈣，在加入彎曲 (隆起)過程時，為了克服不連續的問題，不同的作用力和彎 曲力矩會互_合並受顺續的婦。叫方式半徑所 需之額疋值因而可得到局準確度的調整。 在施加·彎曲力矩的期間，輔助致動器105必須將彎曲的 光學兀件2之邊緣段的置放位置追踪重調成對稱。因為固持 光學元件2的邊緣段之固持元件1〇6是做成準“浮動軸承'，， 式，故可透過辅助致動器105的控制將所產生的傾斜移動借 15助於操縱桿15轉換成一直線的平移（參見第3圖），並使得邊 緣段配合彎曲而被追踪重調到光學元件2中心的方向。此 外，輔助致動器105可以在必要時除了主致動器1〇4的弯曲 力矩以外另外施加一壓力，對光軸10呈徑向或直交地作用 在光學元件2上，藉以實現一程度較大的彎曲。 2〇 為了預塑一凸出的或凹下的彎曲或隆起’也可以將補 助致動器安裝在光學元件之背離光學表面的側面（背部表 面）上。為此，輔助致動器是做成所謂的壓電-塊（片），裝毁 或貼在背部表面上並利用一調節機構來實現所需要的彎曲 方向或隆起方向。 24 200844537 所有作用在光學元件2上的力和彎曲力矩都採電腦化 调整和監測，並且機電式地加以傳遞。 在利用成像裝置1或100進行光學元件2的變形時，可以 透過對所引進的不同的力或彎曲力矩進行電腦化的同步平 5衡來做調整。因此可以根據所使用的力或彎曲力矩來達到 所而要的弓曲線。該彎曲線是一個毫無疑問可以數學式來 =並且重製的彎曲線。也就是說，該彎曲線必需可以憑 藉容許值而重製。這點可以適當地藉由使光學元件a架在兩 個對稱移動之做成“浮動軸承式，，的固持it件6或1G6上來達 1〇成，該等固持元件在光學元件2變形時會朝彼此移動 。透過 側向地從光學元件2的反射光學表面導入施力並不會在彎 曲線上產生任何不連續現象。藉著為光學元件2選擇不同的 材料可以讓彎曲線的可再現性受到操控和促進。彎曲線視 2會有不同的表現。也可以利用公式：r= f㈣來訂出 I5子習曲線’其中容許半徑會被拿來與該由光學元件a的變形 :產生之半徑的?員定值做比較，而且在光線受到操縱時‘ 能發生的偏轉可以同時受到觀察。利用這種處理方式可以 確保幫、曲線有-高輪廓精度。輪廓精度在光學元件的不同 方向上應該維持穩定。因為力是側向地引進光學元件2,所 2〇以防止了可能再度對輪廓精度產生負面影響的不連續現 象。 、 此外，考曲線可以經由操控光學元件2之斷面而受到改 又這代表在光學元件2放進固持元件6或1〇6之前可以利用 光予疋件2之厚度的變化來操控該斷面。例如，光學元件2 25 200844537 的邊緣部分可以具有不同於中間部分的另一種厚度或者倒 過來。如果就可以利用光學元件2之可改變的厚度來使彎曲 線發生變化。此外，可重現性可以此方式獲得改良。所形 成之彎曲線之經過調整的特性同樣可以通過△ X、h和R (參見 5第1圖）顯示在一顯示裝置上。 為了改善可控制性並減少固有振盪頻率可以採行一些 措施，像是固持元件6或106的設計或框架14的設計，以便 減少質量並且降低所需要的力或彎曲力矩。 在這種為了變形而使用的南頻率的情形中，需要施以 10 —個成像裝置1或100的聲音衰減，藉而得以在一可維持且 合理的範圍實現一較低的雜訊水平。現在有幾個不同的作 法來達到聲音衰減。第一個作法是將成像裝置1或1〇〇放進 一個真空箱内。因為箱内沒有傳播聲波的介質，故可以此 方式進行衰減。另一種作法是利用額外的致動器來進行一 15主動式的衰減。額外的致動器是安裝在例如，光學元件2之 避開光學表面的表面上，而這些致動器會傳播一個和成像 裝置1或100所產生的振逢逆向的減。這種致動器同樣可 以使用壓電-基礎的材料。此外，當激振本身受到抑制時也 可以達成—主動式的聲音衰減。這種情形特別是可以透過 2〇以-高速例如所需半徑的額定值之9〇%來操縱，剩下的· 則以-明顯較慢的速度來操縱的方式而達成。此外，也可° 以考慮利用封住整個成像裝41或刚的方式來進行—被動 式的聲音衰減，這時候，例如，將成像裝置UiUOO置於減 振的底部元件上。 w 26 200844537 第4圖所示為力矩引進光學元件2以使其變形的原理， 其中ga為樞軸距離，Μ為彎曲力矩，Zmax為一彎曲方向上的 最大彎曲。光學元件2需要之變形的參數可以依據第4圖所 示來定出或計算。 為了使一彎曲方向上所需的最大調整範圍達到R=約 250 mm，必須使光學元件2的參數和施力或彎曲力矩互相 協調並且進行一計算分析。例如，軸承樞接相互間的距離 為 ga=100 mm， 光學元件2之厚度d=0.7 mm，0.6 mm，0.5mm且 10 光學元件2之寬度b=80mm 可以利用下式來算出在一彎曲方向中之最大調整範圍 Zmax、要施加的彎曲力矩ML和介於光學元件2之一平坦表面 和該最大彎曲的表面間之角度α : 8·£·/ 2.E.b.d3 15 Μ 2.E.b.d3 ·ζη 下表所示為對光學元件2之實施例的測定所獲得之數 值和為了產生變形所欲施加之彎曲力矩： 27 200844537 樞軸距離 ga (mm) E-模數 E (N/mm2) 寬度 b (mm) 厚度 d (nmm) 因隆起而生 之公差f (mm) 力矩M (Nmm) 角度a 單位。 固有振盪 頻卓 (Hz) 100 210000 80 0.7 5 1920.8 11.5 167 100 210000 80 0.6 5 1209.6 11.5 143 100 210000 80 0.5 5 700.0 11.5 119 光學元件2之各第一固有振盪頻率係利用有限元素法 (Finite-Element-Method，FEM)求得。因為光學元件2之第一 5 固有振盪頻率必須高於基頻（約150 Hz)，故光學元件2以具 有d=0.7 mm的厚度為佳，以便防止可能發生的諧振。因此 而被引進光學元件2的彎曲力矩Μ在本實施例中約為1920.8 Nmm。當然色可以改變光學元件的厚度，但是這麼做的時 候應該要注意，第一固有振盈頻率要大於150 Hz。 10 此外，第4圖還示出角度β。角度β是利用下列數學式導 出： β 二 0.15mm 100mm =l，5mrad » 0,085〇 算出來的角度值顯示其為0.085。，這是受到控制的 輔助致動器5或105必須產生的數值，以便在最大彎曲的情 15 形下達成光學元件2之邊緣段置放位置的線性追踪。因此， 角度β可以根據光學元件2的彎曲而在0。到0.085。的範圍内 做改變。 透過利用成像裝置1或100之調節機構3或103在一個大 的調節範圍内調節光學元件2的彎曲，光學元件2的聚焦寬 20 度會沿著其光軸10在一很大的區段内發生變化。這個事實 28 200844537 學器件，例如

使得成像《liuoo可以被應用做為追踪光 應用在一全飧招ά丨·，…·… 一螢幕前之 一高調整速 學單元必須 輪廓精度， 製的彎曲線 所包含。 行的螢幕或螢幕 ’例如一螢幕前 在一全像投影機構的光軸方向上所進行 平面的追蹤重調取決於一標準的初始參數， 之一觀看者的位置。 以下將參照第5a和5b圖說明應用在—用於二及/或三 維景觀之全像重建的全像投影機構中之成像裝置则的作 用模式。當然也可以將成像裝置U^100應用在例如，天文 15望遠鏡，用以在一光敏性基板（晶圓）上描摹一光罩 (mask/reticle)的圖像之投影照明設備，利用雷射光束來進行 材料加工的裝置，像是醫藥技術、汽車工業或類似的應用 領域，一成像裝置1或100在其中被應用。 在第5a和5b圖所示之一全像投影機構的片段中僅有對 20 於本發明而言屬於重要的部分被示出。這種全像投影裝置 已知者有例如DE 10 2005 023 743所教示者，而後面僅會記 載其作用方式。示於第5a和5b圖之全像投影機構具有一較 佳為以同調光(coherent light)照射之調光機構18，成像元件 A!、A2、A3，和一螢幕19 ’而在兩個圖中都基於簡化和較 29 200844537 易於說明的目的而示出一未打摺的光束路徑。關於第5a 圖，一在調光機構18中被編碼的全像或調光機構18本身通 過在此處是以透鏡來表示的成像元件A〗、A2、A3，在螢幕 19上形成圖像，其中僅示出兩個光束路徑來表現波前。在 5 此情形中，光束路徑是以虛線表現。一個設計成在空間頻 譜（Space-Frequency Spectrum)水平的空間頻域濾鏡2〇，例 如一光圈，會同時通過成像元件Ai、A2、A3和螢幕19在一 觀看平面21形成圖像，並且以此方式在那裡形成一個虛擬 的可見區或一虛擬的觀察窗22。如同可以看到的，調光機 10構18通過成像元件Αι、八2，在成像元件A2之一圖像側的聚 焦平面，或成像元件As之一物件側的聚焦平面形成圖像。 調光機構18在那裡所形成的圖像是一個倒轉的圖像。接 著，凋光機構18會通過成像元件八3而在螢幕19上被形成圖 像。通過的光線如調光機構18在榮幕19上被成像地描繪圖 15像。因為調光機構18在成像元件、之物件側的聚焦平面形 成的是倒轉的圖像，所以在螢幕19上產生的是調光機構18 的一個直立的圖像 、/ 曰王心W，平父佳為三維的景觀， 20 #、、員至夕用支眼睛看穿虛擬的觀察窗22，也就是說， 窗22必須和觀看者眼睛的瞳孔儘可能重合。然而，為 看者移近或移離螢幕19，或者沿著絲QA移動時， 地觀看重建景觀，必須讓虛擬的可視區 者虛^觀察窗22隨著觀看者的各個眼睛重調。 這们而求，是將上述的成像裝置100安裝在至 30 200844537 少一調光機構18和螢幕19之間以便沿著全像投影機構的光 軸OA來追踪重調虛擬的觀察窗22。在此情形下，成像裝置 1〇〇以安裝在一調光機構18的一個圖像要形成的平面，例 如，介於成像元件八2和As之間為宜。將成像裝置1〇〇安裝在 5 這樣的一個平面是特別重要的，因為在其他情況下調光機 構18的圖像會在螢幕19上移動並且無法讓景觀獲得精準而 且是需求的重建。因為成像裝置100是安裝在一個這樣的平 面上，所以對於調光機構18在螢幕19上的圖像不會有影 響。第5a圖中，所示的兩個光束路徑都是在成像裝置1〇〇未 10 受調控的情形。光學元件2因此具有一類似的平坦表面。 苐5b圖所不為第5a圖之全像投影機構在成像裝置1 〇〇 的光學元件2發生彎曲之下的情況，藉以沿著光軸〇A追踪 重調觀察窗22。這時成像裝置100的圖像側聚焦平面在這裡 和成像元件As之物件側聚焦平面重合。因此，在這個平面 15 所產生之空間頻域濾鏡20的影像會形成無窮盡的圖像，因 而在成像元件As和螢幕19之間就無法進行空間頻域滤鏡2〇 的成像。透過空間頻域濾鏡20的成像而產生之觀察窗22即 是以此方式而被形成在螢幕19之一圖像側的聚焦平面。 調光機構18同時在成像裝置1〇〇，之後並通過成像元件a3 20 而在螢幕19上如前所述地被形成圖像。比較第兄圖和第5b 圖的兩個全像投影機構可以明顯看到，第5b圖中觀察窗22 沿著光軸OA朝螢幕19移位了一個距離a。 為了使光學元件2產生所需要的彎曲以便如第5b圖所 示地追蹤重調觀察窗22，將進行如下所栽的處理。如前所 31 200844537 述’要產生變形的光學元件2以—柱面鏡為佳。以-球面鏡 ,做：光學元件2或許合適，但是從上述的需求來看卻是不 疋刀κ可行的不過’為了產生—球面光學元件的作用， 是安裝兩個接續排列在全像投影機構的光轴OA上之彼此 5錯置90。的成像裝置，其中各成像裳置都有一個柱面鏡。第 们/σ光線方向女裝在全像投影機構的光軸〇A上之的具 有第-柱面鏡的成像裳置1〇〇的效果是以安裳在後之具有 第^柱=的成像裝置⑽之效果為中心。因此___ 、兄刀別/、7C作用在彼此不同的平面。兩個接續安裝的成像 10裝置刚此時必須使其等之柱面鏡的彎曲或變形方式是光 線焦距的 <化會達到如同在—球面鏡發生變形時一樣。 ^ = 了進行沿著全像投影機構的光軸ΟΑ追踪重調虛擬 規察窗22，成像裝置100的致動器4和5被控制成各光學元件 b 2币會發生變形以致於波前會承受—所需的收斂，或加到該所 15需的收斂’光線因而沿著光軸〇A被聚焦到一個相應的位置 上。硯察窗22因而可以此方式在改變位置，觀看者或觀看 者們’ 口著光細a朝螢幕I9靠近或遠離時被追踪重調。 20 1虛擬觀察固n的追踪重調僅在_或多名觀看者朝榮幕 19靠近或遠離的移動時是利用成像裝置綱來完成。當觀看 觀看平面21移動時，就會需要另-個成像裝置，例 〇 —檢流計鏡(Galvanometer Mir—，以使波前沿水平方向 成像4置1或100除了信號追踪之外，也用於波前誤差 °系統條件偏差的動態修正。 32 200844537 波珂誤差也可以同時用全像投影機構中的兩 構100來做修正。因為觀看者也會沿觀看平面21移動， 14裡也需要讓虛擬觀察窗22在移動時做追料調，以斤^ 夠持續觀看重建景觀。如上所述，追縱重調是借助=能 5轉7C件來進行，然而卻因此會出現波前誤差或偏差的^偏 用。廷對於追踪重調或虛擬觀察窗22的品質會造成強/作 影響。為了校正這樣的波前誤差，舉例而言僅一個、^ 置100的’光學元件2的表面，會被施以稍有不同的變形衣 例如透過一個較虛擬觀察窗22的追踪重調所需要者更/列 10的彎、曲。這代表，可以同進行波前誤差的修正和虛擬= 窗22的追踪重調，而這時光學元件2的表面會根據波前=% 的杈正做變形，且同時加上一特殊的表面形態以產生追蹤 重调。因此會進行兩個表面的一個幾何附加。 系統條件偏差或幾何偏差，就像散光，特別適合以兩 15個成像裝置100來進行修正。不過也可以修正其他的幾何偏 差，其中在對例如一全像投影機構進行光學最適化時，減 少總偏差是最有意義的。 因為在全像投影機構中除了反射鏡（例如做為光學元 件2)以外也設有透鏡或透鏡系統(例如成像元件Al、α2、Α3) 20以進行光線之成像，所以在光線穿過透鏡射出時會產生色 像差。也就是說’基於透鏡折射率的波長相關性會出現色 像差。不同波長的光因此會聚焦在不一樣的點。因為觀看 者也想要看到彩色的重建景觀，所以必須通過例如一時間 多工(Time-Multiplex)法即時地重建一彩色景觀。景觀的彩 33 200844537 色重建疋連、_在三原色Rgb(紅'綠藍）中進行。為了進行這 建而要有-較佳為彩色的，具有足夠的同調性之 光源和:個控制單元，以便連續開啟個別單一波長的原色 刪。以此方式可以很迅速地連續進行彩色重建。然而， 5所出現的色像差，也就是藍光會比紅光更嚴重地被打斷， 而單一波長光線的焦點不能重合，因此造成圖像品質的劣 化。 #利用主要是為了虛擬觀察窗Μ的追踪重調而設之成像 波置1或1GG’尤其可以透過光學元件2之相應變形來對長向 10的色像差進行修正。因此虛擬觀察窗22的位置不僅在幾何 學上，也會依據波長而被定範圍。 為了讓觀看者可以不受限制的觀看彩色的重建景觀， 個別的單一波長原&RGB之間必須很迅速的切換，並同時 修正色像差。如果對於觀看者的兩隻眼睛而言景觀的重建 15是在單一光學路徑中進行，那就必須從右眼換到左眼等 等，而這點也再度是必須很快的進行，藉以幫助觀看著獲 得印象，而他或許能夠以兩隻眼睛同時觀看重建景觀。此 卜^觀看者移動時，虛擬的觀察窗22必須為觀看者而被 追踪重調到他的新位置。假設觀看者以大約2〇cm/s移動， 就可以在光學元件之一變形下，慢慢地於所謂的大範圍調 節中以大約25 Hz來為一隻眼睛進行影像信號的追踪重 周而對於一名觀看者的兩隻眼睛而言，則是將一個影像 信號以一50 Hz的頻率來設定，此時是在一時間多工操作中 對於兩隻眼睛以每眼25 Hz來發射影像信號。然而在此情形 34 200844537 下必須-直同時地在右限和 原色RGB間進行切換。因此 在個別的單—波長 約150 Hz的頻率(微範圍調節）來進換知作合適者係以-大 要求，必須將大範纽所有的這些 5以利用電腦化的控制-和調整運算^^重登。這個操作可 因此可以借助於成像襄置Uiu〇〇來使 以便在一大調節範圍以高調節速率來操縱入：線:: 時可以附帶地修正波前誤差和系統條件的偏差：是: 1〇 ^這樣的成像裝置1或1崎认來追㈣調光線的投影機 不同實施態樣的成像裝置1或刚當然也是可行的，尤 其第2圖只是齡-較佳實絲樣，而料相制不同的 電動式、電機式或電磁式，或者也可以採用磁縮(magnet Active)式致動器來實現。因此，可以在不脫離發明範圍之 15 下變更所示實施態樣。 除了全像投影機構之外，成像裝置⑷⑻可能的應用 領域還可以用在天文學領域，用在利用雷射光束來進行材 料加工或者也可以當做雷射共振腔内的元件來使用。當 本發明也可以應用在此處未提及的其他領域中。 【圓式簡單說明3 20 第1圖 第2圖 第3圖 用於插縱光線之一成像裝置的第一實施態樣之一 原則性概略圖的側視面； 成像裝置之另一較佳實施態樣的透視圖； 用以說明第2圖所示之實施態的一個輔助致動器 35 200844537 之作用方式的圖解表示； 第4圖 用以說明安裝在第1圖所示之成像裝置中的一個 光學元件之彎曲現象的圖解表示。 第5a圖從一全像投影機構擷取之一區段和第2圖所示之 5 成像裝置在光學元件的表面未發生彎曲時的圖解 表示； 第5b圖第5a圖所示之全像投影機構在光學元件的表面發 生彎曲時的圖解表示。 【主要元件符號說明】 1...成像裝置 19...螢幕 2··.光學元件 20...空間頻域濾鏡 3···調節機構 21…觀看平面 4...主致動器 22...觀察窗 5...輔助致動器 23…聚焦平面 6...固持元件 100...成像裝置 7, 8...操縱桿 104...主致動器 9...控制機構 105…輔助致動器 10…光轴 106…固持元件 11···處理單元 β...角度 12…調整機構 Ai、A]、A3···成像元件 13a，13b...定位板 OA...光轴 14…框架 F!、F}··力 15···操縱桿 F3...在發生變形時作用於光學 16......轴承軸心 元件2上的施力 17…支腳 M. · ·彎曲力矩 18...調光機構 h…彎曲 36

Claims (1)

1. 200844537 十、申請專利範圍： 1. 一種用於操縱入射光的成像裝置，其包括一光學元件和 一用以使該光學元件變形之調節機構，其中該光學元件 具有一面向入射光的表面，特徵在於，該調節機構側向 5 地作用在該光學元件的光學表面上。 2. 如申請專利範圍第1項之成像裝置，特徵在於該調節機 構具有至少一個主致動器，可以藉之而將一直交於該光 學元件之光軸的力施加於該光學元件上。 3. 如申請專利範圍第1項之成像裝置，特徵在於該調節機 10 構具有至少一個主致動器，可以經由該主致動器將一彎 曲力矩施於該光學元件上，其中該彎曲力矩之軸垂直於 該光學元件之一光轴並且相對於該光轴之徑向呈垂直。 4. 如申請專利範圍第2項之成像裝置，特徵在於至少設有 一輔助致動器，可以藉之而調節該光學元件表面之一彎 15 曲方向。 5. 如申請專利範圍第3項之成像裝置，特徵在於至少設有 一輔助致動器，可以藉之而調節該光學元件表面之一彎 曲方向。 6. 如申請專利範圍第3項之成像裝置，特徵在於該主致動 20 器具有一操縱桿，其一方面將該彎曲力矩施於該光學元 件上，另一方面係置放成可對其周圍做轉動，其中至少 一輔助致動器附屬於該主致動器，該主致動器之操縱桿 為其所支撐而朝向周圍，而對於該操縱桿移動之一補償 動作可利用該輔助致動器來實現。 37 200844537 7.如申請專利範圍第6項之成像裝置，特徵在於，可以借 助於該至少一輔助致動器而在該主致動器之彎曲力矩 外附加地將一對該光學元件呈徑向的壓力施加於該光 學元件上。 5 8.如申請專利範圍第4, 5, 6或第7項之成像裝置，特徵在 於，該至少一輔助致動器係為該光學元件之置放位置的 追踪重調而設。 9. 如申請專利範圍第1項之成像裝置，特徵在於，該光學 元件之光學表面可以一曲率半徑來做彎曲，該半徑可以 10 在和光線所需之影響相符的一個從R=(-〇〇 ; -250mm)到 R=(+250mm ; +〇〇)的調整範圍内做調整。 10. 如申請專利範圍第9項之成像裝置，特徵在於，為使光 學元件在一大調整範圍内產生變形，係在一從2Hz到 20Hz的範圍内，較佳為5Hz，預設一頻率。 15 11.如申請專利範圍第9項之成像裝置，特徵在於，為使光 學元件在該半徑的額定值之5%的一個微調整範圍内發 生變形，係預設一至約150Hz頻率。 12.如申請專利範圍第4至7項中之任一項的成像裝置，特徵 在於，該輔助致動器係做成壓電致動器。 20 13.如申請專利範圍第2, 3, 6或第7項之成像裝置，特徵在 於，該主致動器為一電動式驅動器，尤其是一種直線式 或一轉動式的電磁動圈驅動器。 14.如申請專利範圍第2, 3, 6或第7項之成像裝置，特徵在 於，該主致動器是做成壓電式致動器。 38 200844537 15. 如申請專利範圍第1至7項中之任一項的成像裝置，特徵 在於，該光學元件保持在一框架内，其係由調節機構所 構成並且包含設在該光學元件之相對側上的固持元 件，該光學元件即被夾固於内，其中該等固持元件各與 5 至少一主致動器，特別是與該操縱桿結合，以便將該彎 曲力矩引進該光學元件。 16. 如申請專利範圍第15項之成像裝置，特徵在於，該框架 係做成光學元件之一延長(Δχ)，以使該光學元件除了彎 曲之外不會承受額外的延伸。 10 17.如申請專利範圍第1項之成像裝置，特徵在於，該光學 元件為一反射鏡，特別是一柱面鏡。 18. 如申請專利範圍第1至7，9至11項中之任一項的成像裝 置，特徵在於，該光學元件的厚度在彎曲時會維持固定。 19. 一種入射到一光學元件上的光線之操縱方法，其中該入 15 射到該光學元件上的光線會被形成圖像，特徵在於，該 光學元件是依據申請專利範圍第1至18項的任一項之成 像裝置的零件，且該光學元件係被以一調節機構透過在 該光學表面上的側向上作用而使之變形。 20. 如申請專利範圍第19項之方法，特徵在於，一用以使該 20 光學元件發生變形之力係從一光學表面的外部被引進 該光學元件。 21. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，由該調 節機構施於該光學元件上的力和彎曲力矩係機電式地 被產生，特別是對該調節機構進行透過電腦控制的電壓 39 200844537 和電流施加。 22. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，係利用 該光學元件的變形對光學元件實施形成圖像的調整。 23. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，一借助 5 於至少一偏轉元件所形成之波前的波前誤差會受到修 正，其中該波前係在一個角度下發射到該偏轉元件上， 被以設有該光學元件之該成像裝置加以修正。 24. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，色像 差，特別是長向的色像差是被以設有該光學元件之該成 10 像裝置加以修正。 25. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，該光學 元件之彎曲的彎曲線之調整係透過該光學元件之厚度 變化和透過力-及力矩引進來實施。 26. 如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，該光學 15 元件係經由下列步驟製成： -根據預定的參數進行載體材料的加工， -在該載體材料上沈積一作用為光學層的材料， -利用一銑削製程，特別是利用一旋轉的金剛石鑽 頭進行該作用為光學層的材料之加工。 20 27.如申請專利範圍第19或20項之方法，特徵在於，沿著一 用於顯示三維景觀的全像投影機構之光軸（OA)的光線 之一波前的追蹤重調，係透過該成像裝置之該光學元件 的變形來實現，特別是在回應至少一觀看者之眼睛的監 視時。 40 200844537 28. —種系統，係以一調整器和一依據申請專利範圍第1至 18項之任一項的成像裝置，在相對於一圖像之影像面的 法線方向調整該影像面的位置，其中該成像裝置可以借 助於該調整器回應一偵測器的輸出進行調節。 5 29.如申請專利範圍第28項之系統，特徵在於，該偵測器為 一位置擷取偵測器。 30. 如申請專利範圍第29項之系統，特徵在於，一大範圍調 節係以一從2Hz到20Hz的頻率，特別是5Hz來進行，以 便將該圖像之影像面置於被該位置擷取偵測器所擷取 10 到之一名觀看者的位置。 31. 如申請專利範圍第28至30項之任一項的系統，特徵在 於，供予一名觀看者的一隻眼睛之一影像信號是以一 25Hz的頻率來設定，該信號可由該成像裝置以相同的頻 率來進行微調。 15 32.如申請專利範圍第28至30項之任一項的系統，特徵在 於，供予一名觀看者的兩隻眼睛之一影像信號是以一 50Hz的頻率來設定，此時對於兩隻眼睛之一時間多工操 作而言，該影像信號是以每眼25Hz發射到一光學元件 上，並由該成像裝置以相同的頻率進行微調。 20 33.如申請專利範圍第28至30項之任一項的系統，特徵在 於，一微範圍調節係以一 150Hz的頻率進行，其中供予 一名觀看者的兩隻眼睛和供予三個單一波長的色彩之 該信號是借助於一時間多工操作而發射到一光學元件 41