TW202127106A - 具有二向色光束組合器的光學裝置、結合二向色光束組合器使用的光學裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

佈置成堆疊的塗覆表面呈現週期性構造，該週期性構造具有包括第一片段的片段序列。第一片段具有第一塗覆表面、第二塗覆表面和第三塗覆表面並且被重複設定次數以形成週期性構造。將堆疊進行切片以形成具有兩個主外表面和相鄰部段的切片，每個部段具有在兩個主表面之間的來自一個片段的塗覆表面。對切片進行切割以由每個部段形成至少一個基板。每個基板具有兩個主表面以及在兩個主表面之間的來自週期性構造的單個片段的塗覆表面。在某些實施方式中，第一塗覆表面反射第一光顏色，第二塗覆表面透射第一光顏色並且反射第二光顏色，並且第三表面反射第三光顏色並且透射第一光顏色和第二光顏色。

Description

具有二向色光束組合器的光學裝置、結合二向色光束組合器使用的光學裝置及其製造方法

本發明涉及二向色光束組合器。

本申請要求於2019年9月4日提交的美國臨時專利申請第62/895,519號的優先權，其全部公開內容通過引用併入本文。

在頭戴式顯示器(head-mounted display，HMD)領域中特別需要緊湊型光學裝置，其中光學模組執行圖像生成和圖像到無限遠的準直以傳遞給觀看者的眼睛的功能。圖像可以從顯示裝置獲得，直接從空間光調變器(spatial light modulator，SLM)例如陰極射線管(cathode ray tube，CRT)、液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)、矽上液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)、數位微鏡器件(digital micro-mirror device，DMD)、有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)顯示器、掃描源或類似裝置獲得，或間接借助於中繼透鏡或光纖束獲得。由像素陣列組成的圖像通過準直裝置聚焦到無限遠並且通常通過作為組合器的部分反射表面或反射表面被傳送到觀察者的眼睛中，分別用於非透視應用和透視應用。通常，將常規自由空間光學模組用於這些目的。

用於HMD和近眼顯示器(near-eye display，NED)的特別有利的系列解決方案可從Lumus Ltd.(魯姆斯有限公司)(以色列)購得，其通常採用具有部分反射表面的光導基板(波導)或用於將圖像傳送 至使用者的眼睛的其他適用的光學元件。

在利用SLM作為顯示裝置的某些光學架構中，特別是那些利用LCoS或LCD生成圖像像素的光學架構中，顯示裝置的有效區域需要來自組合有色光束的照射以生成圖像像素，該組合有色光束由源自不同有色照射源的構成性有色光束組成。已經提出了用於顏色組合器的各種光學架構構思，包括提出了利用二向色反射器將單獨顏色束進行組合以形成組合顏色光束的二向色光束組合器。圖1示出了具有三個二向色反射器18a、18b和18c的二向色光束組合器10的一種這樣的提議，三個二向色反射器18a、18b和18c與相應的有色光源12a、12b和12c相關聯，這些有色光源通常被實現為LED或諸如雷射二極體的雷射光源。光源12a發射第一顏色(例如，紅色)的光束(示意性地表示為光線14a)，同時光源12b發射第二顏色(例如，綠色)的光束(示意性地表示為光線14b)，並且光源12c發射第三顏色(例如，藍色)的光束(示意性地表示為光線14c)。光束14a、14b和14c穿過使光束準直的相應準直光學器件16a、16b和16c(其可以是透鏡或透鏡組)。準直光束入射在二向色反射器18a、18b和18c上，二向色反射器18a、18b和18c各自被配置成透射某一種或更多種顏色的光，並且反射另一種或更多種顏色的光。在圖1中，二向色反射器18a反射第一顏色的光，二向色反射器18b透射第一顏色的光並且反射第二顏色的光，並且二向色反射器18c透射第一顏色的光和第二顏色的光並且反射第三顏色的光。結果，單獨的有色光束被組合為顏色組合輸出光束20。

然而，二向色反射器18a、18b與18c之間的間隔與準直光學器件16a、16b和16c的部署相結合，導致圖1所示的二向色光束組合器10的形狀因數使得該二向色光束組合器10通常不適於與緊湊型光學裝置和系統(例如用於HMD和NED中的那些)一起使用。

本發明是具有二向色光束組合器的光學裝置、發射可以與二向色光束組合器一起使用的光束的光學裝置以及製造這樣的光學裝置 的方法。

根據本發明的實施方式的教導，提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成堆疊，以呈現包括片段序列的週期性構造，該片段序列包括第一片段，並且週期性構造通過將第一片段重複設定次數來形成，第一片段包括：第一塗覆表面，其反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍內的波長的光，以及第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，透射或反射具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光；將堆疊進行切片以形成具有至少兩個平行主外表面和多個相鄰部段的切片，每個部段具有在兩個主外表面之間的來自週期性構造的一個片段的塗覆表面；以及將切片切割至少一次，以由每個部段形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有至少兩個平行主表面以及在兩個主表面之間的來自週期性構造的單個片段的塗覆表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，通過將反射塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成第一塗覆表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，通過將第一二向色塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成第二塗覆表面，並且通過將第二二向色塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成第三塗覆表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：同時拋光切片的兩個主外表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有與伸長方向平行的傳播方向的組合光束。

根據本發明的實施方式的另一特徵，將切片切割至少一 次包括：沿著垂直於切片的兩個主外表面的至少一個平面切割切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：拋光通過沿著至少一個平面將切片進行切片而形成的至少一個表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，將切片切割至少一次還包括：沿著垂直於至少一個平面以及切片的兩個主外表面的至少一個第二平面將單個部段進行切片，以形成至少一個基板。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：沿著傾斜於至少一個平面的平面將至少一個基板中的基板進行切片以形成平坦表面；以及拋光平坦表面並且用反射塗層塗覆平坦表面，以對具有第一波長範圍、第二波長範圍或第三波長範圍內的波長的光是反射性的，使得基板被配置成輸出具有垂直於基板的伸長方向並且平行於基板的兩個主表面的傳播方向的組合光束。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第三塗覆表面反射具有在第三波長範圍內的波長的光並且透射具有在第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，將切片切割至少一次包括：沿著垂直於切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及沿著垂直於至少一個第一平面以及切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對單個部段進行切片，以形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於伸長方向的傳播方向的組合光束；並且還提供了：將長方體結構附接到在至少一個第一平面處形成的表面，長方體結構具有部署在傾斜於在至少一個第一平面處形成的表面的平面中的反射表面，反射表面被配置成使組合光束沿著垂直於伸長方向並且平行於主外表面的方向偏轉。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第三塗覆表面透射 具有在第三波長範圍內的波長的光並且反射具有在第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，將切片切割至少一次包括：沿著垂直於切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及沿著垂直於至少一個第一平面以及切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對單個部段進行切片，以形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於伸長方向的傳播方向的組合光束；並且還提供了：將長方體結構附接到兩個主外表面中的一個主外表面的一部分，長方體結構具有部署在傾斜於兩個主外表面的平面中的反射表面，反射表面被配置成使組合光束沿著垂直於伸長方向並且平行於主外表面的方向偏轉。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第一片段還包括：第四塗覆表面，第四塗覆表面反射具有在第一波長範圍、第二波長範圍或第三波長範圍內的波長的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，將切片切割至少一次包括：沿著垂直於切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及沿著垂直於至少一個第一平面以及切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對單個部段進行切片，以形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於伸長方向的傳播方向的組合光束；並且還提供了：將長方體結構附接到兩個主外表面中的一個主外表面的一部分，長方體結構具有部署在傾斜於兩個主外表面的平面中的反射表面，反射表面被配置成使組合光束沿著垂直於伸長方向並且平行於主外表面的方向偏轉。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第一板與切片的兩個主外表面中的第一主外表面對準，第一板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二透鏡相 關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及將第二板與切片的兩個主外表面中的第二主外表面對準，第二板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，第四塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第一板與切片的兩個主外表面中的第一主外表面對準，第一板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第二板與切片的兩個主外表面中的第二主外表面對準，第二板具有二維檢測器陣列，二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將至少一個延遲板附接到切片的兩個主外表面中的第二主外表面；以及將第二板與延遲板對準，第二板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第三板與第二板對準，第三板具有二維檢測器陣列，二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，第二塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且第三塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將多個 延遲板部署在堆疊中，使得第一片段包括至少一個延遲板。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將板與切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，板具有二維檢測器陣列，二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，板還包括導電載體箔，導電載體箔承載板上的檢測器。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將導電表面附接到板，導電表面包括多個電接觸點，每個接觸點與檢測器中的相應檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，多個塗覆表面包括：至少一個第一塗覆表面，其至少反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光，以及至少一個第四塗覆表面，其反射具有第一波長範圍、第二波長範圍或第三波長範圍內的波長的光，第一片段具有至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面、恰好一個第三塗覆表面以及至少一個第四塗覆表面中的恰好一個第四塗覆表面；將堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，至少一個部段具有兩個主外表面之間的一個片段的塗覆表面；以及將切片切割至少一次，以由至少一個部段中的每個部段形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及在兩個主表面之間的來自單個片段的塗覆表面。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，多個塗覆表面包括：至少一個第一塗覆表面，其透射以第一偏振方向偏振的具有第一波長範圍內的波長的光並且反射以第二偏振方向偏振的具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第二塗覆表面，其透射以第一偏振方向偏振的具有第二波長範圍內的波長的光以及以第二偏振方向偏振的具有第一波長範圍內的波長的光，並且反射以第二偏振方向偏振的具有第二波長範圍內的波長的光，至少一個第三塗覆表面，其透射以第一偏振方向偏振的具有第三波長範圍內的波長的光以及以第二偏振方向偏振的具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光，並且反射以第二偏振方向偏振的具有第三波長範圍內的波長的光，第一片段包括至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；將堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，至少一個部段具有在兩個主外表面之間的來自至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及將延遲板附接到切片的兩個主外表面中的一個主外表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將切片切割至少一次，以由至少一個部段中的每個部段形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及在兩個主表面之間的來自週期性構造的單個片段的塗覆表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第一板與延遲板對準，第一板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及將第二板與切片的兩個主外表面中的另一個主外表面對準，第二板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列被佈置成 使得對於每個片段，第一塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：將第三板與第一板對準，第三板具有二維檢測器陣列，二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，第二塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且第三塗覆表面與檢測器陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的另一特徵，多個塗覆表面還包括至少一個第四塗覆表面，至少一個第四塗覆表面是偏振選擇性的，並且第一片段還包括恰好一個第四塗覆表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，至少一個第四塗覆表面透射以第一偏振方向偏振的光並且反射以第二偏振方向偏振的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，至少一個第四塗覆表面透射以第二偏振方向偏振的光並且反射以第一偏振方向偏振的光。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，多個塗覆表面包括：至少一個第一塗覆表面，其反射或透射至少具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光，第一片段包括至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；將堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，至少一個部段 具有在兩個主外表面之間的來自至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及將具有二維透鏡陣列的板與切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：獲得多個透明板；向與透明板相關聯的至少一個第一表面施加偏振選擇性塗層，以形成至少一個第一塗覆表面；向與透明板相關聯的至少一個第二表面施加第一色偏振選擇性塗層，以形成至少一個第二塗覆表面；向與透明板相關聯的至少一個第三表面施加第二色偏振選擇性塗層，以形成至少一個第三塗覆表面；將板佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，第一片段包括至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；將堆疊進行切片以形成具有至少第一主外表面和第二主外表面以及至少一個部段的切片，至少一個部段具有在主外表面之間的來自至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；將第一板與第一主外表面或第二主外表面對準，第一板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列以與第一偏振方向相關聯的第一定向被佈置，並且被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及將第二板與切片的兩個主外表面中的另一個主外表面對準，第二板具有二維透鏡陣列，二維透鏡陣列以與第二偏振方向相關聯的第二定向被佈置，並且被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，第二塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且第三塗覆表面與第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯，第二定向和第二偏振方向分別與第一定向和第一偏振方 向正交。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，多個塗覆表面包括：至少一個第一塗覆表面，其反射或透射至少具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍內的波長的光，至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光，第一片段包括至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；將堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，至少一個部段具有在兩個主外表面之間的來自至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及將板與切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，板具有二維檢測器陣列，二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，第一塗覆表面與陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，第二塗覆表面與陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且第三塗覆表面與陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：獲得多個透明板和至少一個延遲板；將多個塗覆表面和至少一個延遲板佈置成具有至少一個片段的堆疊，至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，多個塗覆表面包括：至少一個第一塗覆表面，其通過向與透明板相關聯的至少一個表面施加偏振選擇性塗層來形成；至少一個第二塗覆表面，其通過向與透明板相關聯的至少一個表面施加第一色偏振選擇性塗層來形成；至少一個第三塗覆表面，其通過向與透明板相關聯的至少一個表面施加第二色偏振選擇性塗層來形成；第一片段包括至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、至少一個第二 塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面以及至少一個延遲板中的一個或更多個延遲板；以及將堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，至少一個部段具有在兩個主外表面之間的來自至少一個片段中的一個片段的塗覆表面和至少一個延遲板。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：獲得多個透明板；向與透明板相關聯的多個表面施加偏振選擇性塗層，以形成多個塗覆表面，多個塗覆表面透射以第一偏振方向偏振的至塗覆表面的入射光，並且反射以與第一偏振方向正交的第二偏振方向偏振的至塗覆表面的入射光；將板佈置成堆疊，使得塗覆表面相互平行；將堆疊進行切片，以形成包括至少第一主外表面和第二主外表面以及多個相鄰部段的切片，每個部段包括第一主外表面與第二主外表面之間的塗覆表面中的恰好兩個塗覆表面；將第一延遲板陣列附接到第一主外表面或第二主外表面，使得對於每個部段，部段的兩個塗覆表面中的第一塗覆表面與第一延遲板陣列中的延遲板中的相應延遲板相關聯；將第二延遲板陣列附接到第二主外表面或第一主外表面，使得對於每個部段，部段的兩個塗覆表面中的第二塗覆表面與第二延遲板陣列中的延遲板中的相應延遲板相關聯；將以第一定向部署的第一透鏡陣列附接到第一延遲板陣列，使得對於每個部段，部段的兩個塗覆表面中的第一塗覆表面與第一透鏡陣列中的透鏡中的相應透鏡相關聯；以及將以與第一定向正交的第二定向部署的第二透鏡陣列附接到第二延遲板陣列，使得對於每個部段，部段的兩個塗覆表面中的第二塗覆表面與第二透鏡陣列中的透鏡中的相應透鏡相關聯。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於製造光學裝置的方法，該方法包括：將多個塗覆表面佈置成堆疊，以呈現包括片段序列的週期性構造，片段序列包括第一片段，並且週期性構造通過以設定次數重複第一片段來形成，第一片段包括第一塗覆表面和第二塗覆表 面，塗覆表面中的每一個被配置成透射某些類型的光並且反射其他類型的光；將堆疊以相對於塗覆表面的傾斜角進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和多個相鄰部段的切片，每個部段具有在兩個主外表面之間並且相對於兩個主外表面傾斜的來自週期性構造的一個片段的塗覆表面；以及將切片切割至少一次，以由每個部段形成至少一個基板，至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及嵌入在兩個主表面之間的來自週期性構造的單個片段的塗覆表面，用於產生塗覆表面的塗層和傾斜角使得對於至少一個基板中的每個基板，被塗覆表面透射和反射的光作為未引導的光傳播通過基板。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第一塗覆表面被配置成透射具有第一波長範圍內的波長的光並且反射具有第二波長範圍內的波長的光，並且第二塗覆表面被配置成透射具有第一波長範圍的波長的光和第二波長範圍內的光，並且反射具有第三波長範圍內的波長的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第一塗覆表面被配置成透射相對於第一塗覆表面具有沿第一偏振方向的偏振的光，並且反射相對於第一塗覆表面具有沿與第一偏振方向正交的第二偏振方向的偏振的光，並且第二塗覆表面被配置成透射相對於第二塗覆表面具有沿第一偏振方向的偏振的光，並且反射相對於第二塗覆表面具有沿第二偏振方向的偏振的光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，第一塗覆表面和第二塗覆表面二者均被配置成透射具有第一波長範圍內的波長的光並且反射具有第二波長範圍內的波長的光。

在本文的說明書中使用的術語“顏色組合”可以與術語“顏色混合”、“混合顏色”、“顏色複用”和“波長混合”互換使用。

如本文中使用的，術語“基板”是指任何光波透射體，優選地為光波透射固體，其也可以稱為“光學基板”或“光波透射基板”。

除非本文另有定義，否則本文使用的所有技術和/或科學術語具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。儘管與本文描述的方法和材料類似或等同的方法和材料可以在本發明的實施方式的實踐或測試中使用，但是下文描述了示例性方法和/或材料。在存在衝突的情況下，應以專利說明書(包括定義)為準。另外，材料、方法和示例僅是說明性的，並非旨在必然進行限制。

10,102,102A,102B,102C,102D,162,162A,602:二向色光束組合器(光學裝置)

12a,12b,12c,380a:光源

14a,14b,14c,15a,15b,15c,20,112:光線(束)

16a,16b,16c,180a,180b,180c,610:準直光學器件(透鏡或透鏡組)

18a,18b,18c:二向色反射器

100,100A,100B,100C,100D,100E,300,400,500,600:光學裝置

103,103A,103B,103C,103D,103E,302,514:基板

104a,104b,104c,104d,152,204a,204b,204c,204d:反射表面(反射器)

106,108,109,110,111,122,124,127,144,154,156,158,160,214,306,308,310,312,326,328,516,518,520:表面

120,184,186,194,216,220:透明板

121:薄透明板(薄板)

126a,126b,126c,126d,164,329:塗覆表面

128,134,136,142,168,170,228,331:平面

129:第一片段

130,130A,166,230,330:堆疊

132,132A,132B,132C,132D,232,332:切片

135a,135b,137a,137b:正交線

140,140A,151,340:部段

150:長方體

182:焦度光學器件(透鏡)

187,188,612:微透鏡陣列

190:檢測器裝置

192a,192b,192c,326a,326b,326c:檢測器

196:箔

198a,198b,198c:導電元件

200:導電表面

202,222,318,324:延遲板

206,210:光學器件(透鏡裝置)

208a,208b,208c,212a,212b,212c,320,322a,322b,322c:柱面透鏡

218,219a,219b,219c:波片

314,316,510,614:PBS

350,360,370,380,390:板

502:圖像投影儀設備(裝置)

504,506:棱鏡

508:光波準直部件

512:光學楔形元件

522:反射顯示裝置

604:微透鏡

606:中繼光學裝置

608:掃描鏡

616:反射透鏡

618:出射光瞳

本文參照圖式以僅示例的方式描述了本發明的一些實施方式。在具體詳細地參照圖式的情況下，要強調的是，所示的細節是作為示例並且出於說明性討論本發明的實施方式的目的。在這方面，結合圖式進行的描述使得本領域技術人員清楚如何實踐本發明的實施方式。

現在將注意力轉向圖式，其中相同的圖式標記或字元指示對應的或相同的部件。在圖式中：

圖1是習知技術的光束組合器的示意性側視圖；

圖2是根據本發明的實施方式構造和操作的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置具有二向色光束組合器，該二向色光束組合器的基板具有三個嵌入的反射器以將由不同光源發射的光束進行組合來產生顏色組合輸出光束；

圖3是與圖2的光學裝置類似但是具有兩個嵌入的反射器的光學裝置的示意性側視圖；

圖4A是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的步驟之一的多個透明板的示意性側視圖；

圖4B是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、與和圖4A的透明板相關聯的、三個反射器對應的塗覆表面的示意性側視圖；

圖4C是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、佈置成堆疊的塗覆表面的示意性側視圖；

圖4D是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、具有疊加在堆疊上以由堆疊產生切片的成對平行切割平面的圖4C的堆疊的示意性側視圖；

圖4E是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、通過沿著圖4D的成對切割平面進行切片而產生的切片以及用於由切片產生部段(section)的另外的成對切割平面的示意性等距視圖；

圖4F是根據用於製造圖2的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、通過沿著圖4E的成對切割平面進行切割而產生的部段以及用於由部段產生基板的另外的成對對切割平面的示意性等距視圖；

圖5是作為圖4B所示步驟的替選的透明薄板的塗覆表面的示意性側視圖；

圖6是根據本發明的另一實施方式構造和操作的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置與圖2的光學裝置類似，但是與圖2中的反射器相比，反射器中的不同反射器具有用於改變顏色組合輸出光束的傳播方向的不同的透射和反射特性；

圖7是根據本發明另一實施方式構造和操作的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置與圖2的光學裝置類似，但是具有嵌入在二向色光束組合器的基板中的用於改變顏色組合輸出光束的傳播方向的第四反射器；

圖8A是根據用於製造圖7的二向色光束組合器的過程中的步驟的、與佈置成堆疊的四個嵌入的反射器對應的塗覆表面的示意性側視圖；

圖8B是根據用於製造圖7的二向色光束組合器的過程中另一步驟的圖8A的堆疊的示意性側視圖，其中在堆疊上疊加有用於由堆疊產生切片的成對平行切割平面；

圖8C是根據用於製造圖7的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、通過沿著圖8B的成對切割平面進行切片而產生的切片以及用於由切片產生部段的另外的成對切割平面的示意性等距視圖，

圖8D是根據用於製造圖7的二向色光束組合器的過程中的另一步驟的、通過沿著圖8C的成對切割平面進行切割而產生的部段以及用於由部段產生基板的另外的成對切割平面的示意性等距視圖；

圖9A是圖2的二向色光束組合器的基板的示意性等距視圖，其示出了對角線切割平面，可以沿著該對角線切割平面切割基板以改變顏色組合輸出光束的傳播方向；

圖9B是圖2的基板的示意性等距視圖，該基板具有沿圖9A的對角線切割平面進行切割而得到的對角線平坦表面；

圖9C是圖9B的基板的示意性等距視圖，圖9C示出了來自相應光源的光束通過基板的傳播；

圖10A是圖2的二向色光束組合器的基板的立體圖，該基板被放置在長方體旁邊，該長方體具有在相對於長方體的主表面的傾斜平面上部署的反射器，以改變顏色組合輸出光束的傳播方向；

圖10B是根據第一附接配置彼此光學附接的圖10A的基板和長方體的示意性等距視圖；

圖10C是圖10B的附接的基板和長方體的示意性等距視圖，其示出了來自相應光源的光束通過基板和長方體的傳播；

圖10D是根據第二附接配置彼此光學地附接的圖10A的基板和長方體的示意性等距視圖；

圖10E是圖10D的附接的基板和長方體的示意性等距視圖，其示出了來自相應光源的光束通過基板和長方體的傳播；

圖11A是圖7的二向色光束組合器的基板的示意性等距視圖，該基板 被放置在長方體旁邊，該長方體具有在相對於長方體的主表面的傾斜平面上部署的反射器，以改變顏色組合輸出光束的傳播方向；

圖11B是根據附接配置彼此光學地附接的圖11A的基板和長方體的示意性等距視圖；

圖11C是圖11B的附接的基板和長方體的示意性等距視圖，其示出了來自相應光源的光束通過基板和長方體的傳播；

圖12A是根據製造圖10A至圖11C的長方體的過程中的步驟的未塗覆的透明板和塗覆的透明板的佈置的示意性側視圖；

圖12B是根據製造圖10A至圖11C的長方體的過程中的另一步驟的、佈置成堆疊的圖12A的未塗覆的透明板和塗覆的透明板的示意性側視圖；

圖12C是圖12B的堆疊的示意性側視圖，該堆疊具有疊加在堆疊上以產生10A至圖11C的長方體的第一對平行切割平面以及垂直於第一對切割平面的另外的成對切割平面；

圖13是圖7的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置被修改為包括與反射器相關聯的準直光學器件和焦度光學器件；

圖14A是根據用於製造圖13的光學裝置的過程中的步驟的、分別具有要附接到圖8C的切片的準直光學器件和焦度光學器件的板的示意性等距視圖；

圖14B是在與切片的主表面對準之後從具有準直光學器件的板的上方截取的與圖14A對應的示意性平面圖；

圖14C是在與切片的另一個主表面對準之後從具有焦度光學元件的板的下方截取的與圖14A對應的示意性平面圖；

圖14D是與圖14A至圖14C對應的示意性等距視圖，其示出了附接到切片的板以及用於對切片進行切割的切割平面；

圖15是根據本發明的實施方式的將圖7的光學裝置修改為包括附接到 二向色光束組合器的基板上的檢測器裝置以及準直光學器件的示意性側視圖；

圖16A是根據用於製造圖15的光學裝置的過程中的步驟的、分別具有要附接到圖8C的切片檢測器裝置的部件以及準直光學器件的板的示意性等距視圖；

圖16B是在與切片的主表面對準之後，從具有圖16A的檢測器裝置的檢測器部件的板之一的上方截取的示意性平面圖；

圖16C是與圖16A對應的示意性側視圖，其示出了附接到切片的檢測器裝置的部件以及準直光學器件；

圖17是根據本發明的另一實施方式的被修改為包括附接到二向色光束組合器的基板的檢測器裝置以及準直光學器件的圖7的光學裝置示意性側視圖；

圖18是根據本發明的實施方式構造和操作的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置具有二向色光束組合器，該二向色光束組合器具有基板，該基板具有四個嵌入的偏振選擇性反射器、兩組正交定向的柱面準直光學器件、延遲板以及與偏振選擇性反射器中的三個相關聯的檢測器裝置；

圖19是根據用於圖18的光學裝置的過程中的步驟的、要附接到具有四個嵌入的偏振選擇性反射器的片段的切片上的板的示意性等距視圖，該板分別具有柱面準直光學器件、檢測器裝置的部件和延遲板；

圖20是根據本發明的實施方式的與圖18的光學裝置類似的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置具有附加的反射表面和附接到基板的側面的延遲板；

圖21是根據用於製造與圖17的光學裝置類似的光學裝置的過程中的步驟的、與圖19類似的示意性等距視圖，但是圖21具有不同的成組延遲板；

圖22A是根據用於製造基板的過程中的步驟的與圖18和圖20的光學裝置類似的光學裝置的未塗覆的透明板、塗覆的透明板和塗覆的延遲板的佈置的示意性側視圖，但在至少一對偏振選擇性反射器之間部署有延遲板；

圖22B是作為圖22A所示步驟的替選方案的未塗覆的透明板、塗覆的薄板和塗覆的延遲板的佈置的示意性側視圖；

圖22C是根據用於製造基板的過程中的另一個步驟的、佈置成堆疊的圖22A或圖22B的佈置的示意性側視圖；

圖22D是根據用於製造基板的過程中的另一步驟的、圖22C的堆疊的示意性側視圖，其中在堆疊上疊加有用於由堆疊產生切片的成對平行切割平面；

圖22E是通過沿著圖22D的成對切割平面進行切片而產生的切片以及用於產生基板的成對正交切割平面切片的示意性等距視圖；

圖23是根據本發明的實施方式構造和操作的光學裝置的示意性側視圖，該光學裝置具有基板，該基板具有成對嵌入的偏振選擇分束器配置、用於沿著第一偏振方向施加光焦度的水平柱面透鏡、用於沿著第二偏振方向施加光焦度的成組豎直柱面透鏡、用於偏振旋轉的成對延遲板以及用於功率監測的成組檢測器；

圖24是與圖23對應的示意性平面圖；

圖25是從光學裝置的後面截取的與圖23對應的示意性等距視圖；

圖26是從光學裝置的前面截取的與圖23對應的示意性等距視圖；

圖27A是根據用於製造圖23至圖26的光學裝置的過程中的步驟的、與光學裝置的偏振選擇性分束器配置對應的、與透明板相關聯的塗覆表面的佈置的示意性側視圖；

圖27B是作為圖27A所示的步驟的替選方案的透明薄板的塗覆表面的佈置的示意性側視圖；

圖27C是根據用於製造圖23至圖26的光學裝置的過程中的步驟的、佈置成堆疊的圖27A的塗覆表面的佈置的示意性側視圖；

圖27D是根據用於製造圖23至圖26的光學裝置的過程中的另一步驟的、圖27C的堆疊的示意性側視圖，其中在堆疊上疊加有用於由堆疊產生切片的成對平行切割平面；

圖27E是通過沿著圖27D的成對切割平面進行切片而產生的切片以及用於產生圖23至圖26的光學裝置的基板的兩對正交的切割平面的示意性等距視圖；

圖27F是根據用於製造圖23至圖26的光學裝置的過程中的另一步驟的板的示意性等距視圖，所述板分別具有要附接到圖27E的切片的水平柱面透鏡、成組豎直柱面透鏡、延遲板和成組檢測器；

圖28是根據本發明的實施方式的光學系統/裝置的示意性等距視圖，該光學系統/裝置包括耦合到圖2的二向色光束組合器的圖23至圖26的光學裝置；

圖29是根據本發明的實施方式的光學系統的示意性平面圖，該光學系統包括耦合到圖像投影儀設備的光學裝置和光波透射基板，該光學裝置產生顏色組合輸出光束；

圖30A和圖30B分別是根據本發明的實施方式的光學系統的示意性前視圖和側視圖，該光學系統包括光學裝置，該光學裝置產生顏色組合輸出光束，該光學裝置耦合到用於將光投射到光波導中的光學佈置。

本發明是具有二向色光束組合器的光學裝置、發射可以與二向色光束組合器一起使用的光束的光學裝置以及製造這樣的光學裝置的方法。

根據本發明的光學裝置包括透光材料(基板)，該透光材料具有嵌入在基板內的(由塗覆表面形成的)成組平行反射器。嵌入的 平行反射器中的每一個被配置成透射某些類型的光並且反射其他類型的光。在一些實施方式中，特定反射器透射哪些類型的光與反射哪些類型的光之間的區別是基於入射到反射器的光的波長，而在其他實施方式中，該區別是基於入射到反射器的光的偏振方向，而在其他實施方式中，該區別是基於入射到反射器的光的偏振方向和波長二者。對於每個特定實施方式，透射的光的類型和反射的光的類型將變得明顯。然而，在某些情況下，將提供對透射類型光和反射類型光的描述。

參照附於說明書的圖式，可以更好地理解根據本發明的光學裝置和方法的原理和操作。

在詳細說明本發明的至少一個實施方式之前，應理解的是，本發明不一定將其應用限於以下描述中闡述的和/或在圖式和/或示例中示出的方法和/或部件的構造和佈置的細節。本發明能夠具有其他實施方式或者能夠以各種方式實踐或執行。首先，遍及本檔，對方向例如諸如前、後、上、下等進行參考。這些方向性參考是示例性的，僅用於說明本發明及其實施方式。另外，一些圖式中還提供了帶有任意標記的軸的坐標系。這些坐標系旨在用於說明本發明內容的光學裝置的部件的定向。

現在參照圖式，圖2示出了根據本發明內容的各個方面構造和操作的通常標記為100的具有顏色組合功能的光學裝置。一般而言，光學裝置100包括：二向色光束組合器102；光源12a、12b和12c(被配置成產生相應光束14a、14b和14c)；以及與相應光源12a、12b和12c相關聯的準直光學器件16a、16b和16c。通常要注意的是，儘管每個準直光束14a、14b和14c由對應的射線簡單地表示，但是每個準直光束包括跨越該光束的成組平行射線。

二向色光束組合器102包括被形成為平行面對(parallel-faced)的板的基板103，基板103具有限定二向色光束組合器102的伸長方向的伸長方向(在本文中任意地示出為與“x軸”對應)。基板103具有(在xy平面中)形成矩形截面的成對的平行主外部平坦表面(面)106、 108。基板103還包括成對的平行外部平坦表面109、110，其中，表面110用作二向色光束組合器102的輸出(或光波出射)表面，並且其中，與表面106、108之間的距離相比，表面109、110之間的距離的數量級通常較大。相互平行的選擇性反射表面(在下文中稱為“反射器”)104a、104b和104c以相對於伸長方向的傾斜角(即，既不平行也不垂直)α(並且以相對於表面106、108的相同的傾斜角α)嵌入在基板103內在主表面106、108之間。

反射器104a、104b和104c優選地沿伸長方向不交疊。換言之，反射器104a、104b和104c在表面106的平面中的投影是不交疊的。

反射器104a、104b和104c與相應光源12a、12b和12c相關聯，在某些優選的實現方式中，這些光源被實現為雷射光源(例如，雷射二極體)、發光二極體(light-emitting diode，LED)或超發光二極體(super luminescent diode，SLED)。類似於參照圖1所述，光源12a被配置成發射具有第一波長範圍內的波長的光，光源12b被配置成發射具有第二波長範圍內的波長的光，並且光源12c被配置成發射具有第三波長範圍內的波長的光。光源12a、12b和12c與表面106相關聯，表面106用作光束14a、14b和14c的光波入射表面。

反射器104a可以以各種方式實現。在一個非限制性實現方式中，反射器104a是被配置成反射不同波長的光(包括至少第一波長範圍的光)的反射表面(例如，簡單的鏡子)。在另一非限制性實現方式中，反射器104a是色選擇性反射器，其具有二向色(色選擇)特性，以僅反射具有第一波長範圍內的波長的光並且透射具有其他波長範圍內的波長的光。反射器104b是色選擇性反射器，其具有二向色特性，以反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍內的波長的光。反射器104c是色選擇性反射器，其具有二向色特性，以反射具有第三波長範圍內的波長的光並且透射具有第一波長範圍或第二波長範圍內的波長的光。

這裡，由反射器104a反射的類型的光是具有第一波長範 圍內的波長的光。由反射器104b透射的類型的光是具有在第一波長範圍內的波長的光，並且由反射器104b反射的類型的光是具有在第二波長範圍內的波長的光。由反射器104c透射的類型的光是具有在第一或第二波長範圍內的波長的光，並且由反射器104c反射的類型的光是具有在第三波長範圍內的波長的光。

在特別優選但非限制性的實現方式中，上述波長範圍是電磁譜中的對應於不同顏色的可見光顏色的波長範圍。特別地，第一波長範圍對應於以第一波長為中心的第一可見顏色(例如，以約638奈米(nm)為中心的紅光)，第二波長範圍對應於以第二波長為中心的第二可見顏色(例如，以約532nm為中心的綠光)，以及第三波長範圍對應於以第三波長為中心的第三可見顏色(例如，以約456nm為中心的藍光)。因此，在許多情況下，術語“波長範圍”和“顏色”可互換使用，並且在不失一般性的情況下，在可見有色光的上下文下描述本發明內容的實施方式，由此光源12a、12b和12c發射各自不同顏色的光，並且反射器被配置成反射/透射某些顏色的光以實現顏色組合。然而，對於本領域技術人員應當明顯的是，本發明內容的實施方式可以適用於可見譜之外的波長範圍，以及/或者適用於其中兩個(或更多個)光源發射與同一“顏色”對應的同一波長區域內的光並且反射器被配置成根據波長區域內的波長範圍來透射/反射光的情況。例如，所有三個光源可以被配置成發射電磁譜的“紅”區域內的光，其中，光源12a發射波長在450nm至460nm的第一範圍內的光，光源12b發射波長在460nm至470nm的第二範圍內的光，並且光源12c發射波長在470nm至480nm的第三範圍內的光。因此，反射器104b可以被配置成透射波長在450nm至460nm的範圍內的光並且反射波長在460nm至470nm的範圍內的光，並且反射器104c可以被配置成透射波長在450nm至470nm的範圍內的光並且反射波長在470nm至480nm的範圍內的光。該構思還可以外推到電磁譜的非可見區域，包括紅外(infrared，IR)和近紅外(near infrared，NIR)區域。

考慮到上述情況，光學裝置100以與圖1的光學裝置10大致相同的方式產生顏色組合輸出光束112。光源12a發射第一顏色的光束(示意性地表示為光線14a)，該第一顏色的光束通過表面106進入基板103，被反射器104a反射，被反射器104b透射，並且被反射器104c透射。光源12b發射第二顏色的光束(示意性地表示為光線14b)，該第二顏色的光束通過表面106進入基板103，被反射器104b反射(與光束14a混合)，並且被反射器104c透射。光源12c發射通過表面106進入基板103的一顏色的光束(示意性地表示為光線14c)，該光束被反射器104c反射，隨後反射光束14c與光束14a和14b組合，並且作為顏色組合輸出光束112通過輸出表面110離開基板103。在圖2所示的二向色光束組合器102的特定配置中，光束14a、14b和14c通過沿著共同的傳播方向(投影方向)朝向表面106傳播來照射相應反射器104a、104b和104c，該共同傳播方向通常垂直於基板103的伸長方向。輸出光束112離開基板103並且沿著伸長方向(即垂直於投影方向)傳播。

以下段落描述了用於製造二向色光束組合器102的步驟。參照圖4A至圖4F，圖4A至圖4F示出了製造過程中的各個步驟。首先參照圖4A，圖4A示出了製造過程中的第一步驟，在該第一步驟中，獲得多個透明板120。每個透明板120具有兩個平行主表面122、124。通常，所有透明板120優選地具有相同的長度(該長度在本文中任意地示出為沿著從x軸旋轉偏移α的“x’軸”測量，並且該長度對應於主表面122、124的長度)和相同的寬度(沿垂直於紙平面的軸測量)。在某些實施方式中，所有透明板120具有相同的厚度(該厚度在本文中任意地示出為沿“y’軸”測量，並且該厚度對應於主表面122、124之間的距離)，而在其他實施方式中，大部分透明板120具有第一厚度，並且其餘透明板120(透明板的少數集)的具有大於第一厚度的第二厚度(即，少數集中的透明板120比多數集中的透明板120厚)。

在下一步驟中，將塗層施加到與透明板120相關聯的相 應表面上以產生多個塗覆表面。通常，將第一塗層施加到與透明板120相關聯的第一組表面，以形成多個塗覆表面126a。第一塗層可以是至少對第一顏色的光是反射性的反射塗層，或者可以是僅對第一顏色的光是反射性的二向色塗層。將第二塗層施加到與透明板120相關聯的第二組表面，以形成多個塗覆表面126b。第二塗層優選地是以下二向色塗層，該二向色塗層對於第二顏色的光是反射性的並且對於第一顏色的光是透射性的。將第三塗層施加到與透明板120相關聯的第三組表面，以形成多個塗覆表面126c。第三塗層優選地是以下二向色塗層，該二向色塗層對於第三顏色的光是反射性的並且對於第一顏色的光以及對於第二顏色的光是透射性的。將這三個塗層施加到各組表面，並且佈置塗覆表面(可以包括塗覆透明板120)，以創建由相同且不交疊的片段序列組成的週期性構造，其中每個片段包含恰好一個塗覆表面126a、恰好一個塗覆表面126b以及恰好一個塗覆表面126c。塗覆表面126a、126b和126c最終形成相應反射器104a、104b和104c。在每個塗覆表面都屬於一個(並且僅一個)片段的意義上，這些片段是不交疊的。週期性構造是通過將(片段序列中的)第一片段重複設定次數來形成的。該設定次數(也被稱為“重複因數”)原則上可以是任何正整數，其包括重複因數的下邊界情況1，這會產生由單個片段組成的片段序列。本發明內容的實施方式優選地以2與30之間(包含2和30在內)的任何重複因數來實現，並且最通常地以至少為4的重複因數來實現，並且在一些特別優選的情況下，以5至10的範圍內(包含5和10在內)的重複因數來實現。

可以以各種方式執行將塗層施加到表面的步驟。圖4B示出了一個非限制性示例，在該示例中，對於透明板120中的每隔一個(限定透明板120的子集)，透明板120的每個主表面122、124均塗覆有(從三個塗層中選定的)塗層。換言之，將塗層直接施加到透明板120中的每隔一個的兩個主表面。其餘的透明板120的表面122、124(不在子集中)未被塗覆。這裡，與透明板120相關聯的表面實際上是透明板120中的一 些的主表面(122、124)。注意，由於存在三個塗層，因此可能存在其中透明板120之一僅在其主表面之一上被塗覆以確保所有片段都具有恰好三個塗覆表面的情況。在圖4B中示出了這種情況。當採用這種“雙面”塗覆方法時，可以實現偶數個片段，而無需塗覆透明板120之一的僅一個表面。通常，為了實現2k個片段(其中k是任何正整數)，需要6k+1個透明板120。

圖5示出了另一個非限制性示例，在該示例中，將多個薄透明板121交替地佈置在透明板120之間。薄透明板121被稱為“薄板”，並且具有與透明板120的厚度相比通常數量級較小的厚度。每個薄板121(在其主表面(未示出)上)塗覆有從三個塗層中選擇的塗層。塗覆的薄板121和透明板120被佈置成通過以交替的順序堆疊透明板120和塗覆的薄板121來形成週期性構造。在此，與透明板120相關聯的表面是薄板121的塗覆表面。

在另一個非限制性示例(未示出)中，將塗層施加到所有透明板120(除了透明板120中的未塗覆的透明板之外)的同一側(例如，表面122或表面124)。這裡，與圖4B類似，與透明板120相關聯的表面實際上是透明板120中的一些的主表面(122、124)。應注意，已經發現，在某些情況下，對透明板120中的每一個的單側進行塗覆會在塗覆過程期間對透明板施加應力，這可能導致板翹曲，從而導致板的不期望的曲率和顏色組合功能的效果退化。相比之下，已經發現，“雙面”塗覆方法(在圖4B中示出)在塗覆過程期間減小了透明板上的塗覆應力，從而減小了翹曲的可能性。

通常注意到，板120和121二者都是由諸如玻璃(例如，BK-7)的透光材料形成的透明基板，該透光材料對於具有在三個波長範圍中的任何一個中的波長的光波是透明的。還注意到，每個施加的塗層本身可以包括多層塗層。提供此類(二向色性)塗層的常用方法是在基板(例如透明板120或薄板121)上建立具有不同折射率的光學塗層的交替的層， 以實現塗覆表面126a、126b和126c的期望反射和透射特性。

在將塗層施加到相關表面以形成塗覆表面126a、126b和126c之後，佈置塗覆表面126a、126b和126c(通過適當地堆疊塗覆的透明板120或具有塗覆的薄板121的透明板120)，以創建以下週期性構造，該週期性構造由具有至少一個片段，優選地具有多個相同片段的片段序列組成。圖4C示出了塗覆表面126a、126b和126c的期望佈置，在該佈置中，透明板120(或者，具有塗覆薄板121的透明板120)被佈置成堆疊130，使得所有塗覆表面126a、126b和126c彼此平行，並且每個片段由恰好一個塗覆表面126a、恰好一個塗覆表面126b以及恰好一個塗覆表面126c組成。儘管在圖式中未示出，但是堆疊可以是交錯的堆疊。

堆疊130的塗覆表面呈現週期性構造，在該週期性構造中，週期性構造的每個片段是相同的，並且包括相同順序的相同數目塗層。片段內的塗層的順序應與二向色光束組合器的反射器的所需的順序對應，以實現顏色組合。在圖4C中，虛線矩形指示片段序列中的第一片段129。第一片段129包括總共三個塗覆表面(126a、126b和126c)，將第一片段129重複三遍以形成三個片段的序列。從堆疊130的底部開始，每個片段由恰好一個塗覆表面126c、恰好一個塗覆表面126b以及恰好一個塗覆表面126a組成。與第一片段129的塗覆表面對應的透明板120的表面如下：從圖4A中的底部起的第二個透明板120的表面124被塗覆以形成塗覆表面126c，從圖4A中的底部起的第二個透明板120的表面122被塗覆以形成塗覆表面126b，以及從4A中的底部起的第四個透明板120的表面124被塗覆以形成塗覆表面126a。在圖4C中，示出了兩個另外的片段，從而產生從堆疊130的底部起的總共九個塗覆表面(三個塗覆表面126a、三個塗覆表面126b和三個塗覆表面126c)，這九個塗覆表面從堆疊130的底部開始具有以下順序(方括號指示片段)：[塗覆表面126c、塗覆表面126b、塗覆表面126a]、[塗覆表面126c、塗覆表面126b、塗覆表面126a]、[塗覆表面126c、塗覆表面126b和塗覆表面126a]。

例如，通過在堆疊130的相鄰表面之間施加光學膠將堆疊130的板附接(即，膠合)在一起。應注意的是，為了通過反射器104a、104b和104c獲得有效光束組合，獲得反射器104a、104b和104c之間的高度的平行是至關重要的。這種高度的平行可以通過在附接堆疊130的板之前確保塗覆表面126a、126b與126c之間的對應的高度的平行來獲得。塗覆表面126a、126b與126c之間的平行可以通過使用各種計量技術來獲得。

在下一步驟中，如圖4D所示，沿著標記為128的成對的平行平面將堆疊130進行切片(切割)，以產生切片132(或“片”)。儘管圖4D僅示出了用於產生單個切片132(或“片”)的單對平行平面128，但是單對平面128是可以用於由堆疊130產生多個這樣的切片132的多對平行平面的代表性樣本。平面128相對於堆疊130的所有透明板120的主表面是呈對角線的，使得平面128以共同的傾斜角β(其中β=180-α)與所有的平坦塗覆表面126a、126b和126c相交。

順便指出，在許多情況下，由二向色塗層提供的反射率和透射率是入射光的波長和射入光的入射角(angle of incident，AOI)二者的函數。例如，形成塗覆表面126b的二向色塗層可以在AOI的第一特定範圍內顯示第二顏色的光的峰值反射率和第一顏色的光的峰值透射率。類似地，形成塗覆表面126c的二向色塗層可以在AOI的第二特定範圍內顯示第三顏色的光的峰值反射率以及第一顏色和第二顏色的光的峰值透射率。因此，期望的是對堆疊130進行切片，使得共同的傾斜角對應於在入射角的這兩個範圍內的入射角。由於光束14a、14b和14c在進入基板103之前被準直，因此光束大致垂直於表面106進入基板103，因此AOI為α(相對於反射器104a、104b和104c的法線測量)。因此，由於切割角β和AOI是互補角，因此可以選擇切割角β，使得AOI落入二向色塗層提供峰值期望反射率和透射率的範圍內。

返回圖4D，可以相對於平面128以90度切割切片132的端部，使得切片132形成大致矩形的板。注意，沿平面128以相對於堆疊 130的前平坦表面127(其正交於主表面122、124)的無偏角(即，正交)對堆疊130進行切片。還要注意的是，相鄰平面128之間的間隔決定反射器104a、104b和104c的長度(以及反射器104a、104b和104c的有效區域的大小)，由此間隔和長度是相同的。

圖4E示出了切片132，切片132具有嵌入在主外表面106、108之間的週期性塗覆表面126a、126b和126c(對應於多個片段)。由於對堆疊130的對角線切割，塗覆表面126a、126b和126c相對於主表面106、108傾斜。優選地，對主表面106(其用作最終的二向色光束組合器102產品的光波入射表面)進行拋光以提高光學品質(optical quality)。透明板120優選地足夠厚，使得塗覆表面126a、126b和126c彼此不交疊(即，塗覆表面126a、126b與126c在表面106的平面中的投影不交疊)。

可選地，可以將延遲板(優選地為半波片)附接到表面106，以實現射入到反射器104a、104b和104c的光的偏振旋轉。在這樣的配置中，由相應光源12a、12b和12c發射的光束14a、14b和14c相對於反射器104a、104b和104c的反射表面以第一偏振方向偏振(例如p偏振)。偏振光束在進入基板103(通過表面106)之前穿過延遲板(retardation plate)，該延遲板使偏振旋轉到第二偏振方向(與第一偏振方向正交，例如，s偏振)。在這樣的實施方式中，光源12a、12b和12c本身可以是偏振光源，或者可以是非偏振光源與線性偏振器的組合。

在下一步驟中，如圖4E所示，沿標記為134的至少一個平面(優選地為一組平行平面)對切片132進行切割(切片)，以將切片132分成多個相鄰部段140。平面134正交於主表面106、108，並且正交於在部段140的形成期間由表面127形成的前平坦表面。在圖4E中任意標記的坐標系中，平面134在yz平面中，並且由標記為135a、135b的分別沿著y軸和z軸延伸的成對的正交線限定。每個部段140包含與週期性構造的恰好一個片段對應的塗覆表面。換言之，每個部段140(也被稱為“子切片”)具有恰好一個塗覆表面126a、恰好一個塗覆表面126b以及恰好一個 塗覆表面126c。應當清楚的是，塗覆表面的順序在各部段之間不改變(即，在每個部段中塗覆表面的順序是相同的)。在相鄰片段之間的區域中進行切割，以將切片132有效分成包含恰好一個片段的部段。應當注意，與來自兩個相鄰片段的塗覆表面相關聯的透明板120可以具有比其他透明板120稍大的厚度，以在相鄰片段的塗覆表面之間提供更大的間隔(例如，在圖4C至圖4E中，在塗覆表面126a與126c之間提供更大的間隔)。

沿著平面134的切割也優選地不偏斜。沿平面134的切割在每個部段140上形成(垂直於主表面106、108的)矩形表面110。表面110(其最終是二向色光束組合器102的輸出表面)優選地被拋光以提高光學品質。

注意，在堆疊130僅包括單個片段的情況下，切片132將必然僅包括單個部段140，因此不需要沿著平面134的切割。

在下一步驟中，沿標記為136的至少一個平面(優選地為一組平行平面)對每個部段140進行切片(切割)，以將部段140分成多個基板103。平面136正交於主表面106、108並且正交於平面134。在圖4F中任意標記的坐標系中，平面136在xy平面中，並且由標記為137a、137b的分別沿著y軸和z軸延伸的成對的正交線限定。每個基板103包括(由相應塗覆表面126a、126b和126c形成的)單組反射器104a、104b和104c，該單組反射器104a、104b和104c以相對於主表面106、108和基板103的伸長方向成的傾斜角嵌入在基板內。

注意，選擇透明板120的厚度，使得二向色光束組合器102的相鄰反射器之間的間隔為大約一毫米(mm)，使得基板103的總長度在2-6mm範圍內。還優選的是，將反射器104a、104b和104c均勻地間隔開(即，反射器104a與104b之間的間隔和反射器104b與104c之間的間隔相同(或大致相同))。

參照圖4A至圖4F所述的製造二向色光束組合器的方法 特別適用於期望大量產生光束組合器的情況，從而使得能夠由單個堆疊130產生幾十到幾百個光束組合器。例如，可以設置堆疊130的尺寸和大小：使得可以(通過沿著平面128切割)由堆疊132產生約10個切片132，並且使得每個切片132的週期性構造包括約4個片段以(通過沿著平面134切割)由每個切片132產生4個部段140(每個部段140具有單個片段)，並且使得每個部段140可以被進一步(沿著平面136)切割以形成約7個光束組合器。因此，在該示例中，堆疊132可以產生10*4*7=280個二向色光束組合器。然而，應當明顯的是，可以增大堆疊的尺寸，特別是透明板的寬度(沿垂直於紙平面的軸測量)，以使得能夠進行沿平面136的附加切割以由單個部段140產生多至20個二向色光束組合器(結果是單個堆疊產生10*4*20=800個二向色光束組合器)。

關鍵要注意的是，對於本發明內容的所有光學裝置，進入基板並且被嵌入基板內的反射器反射/透射的光束(例如，光束14a、14b和14c)作為無引導光束在基板內傳播。在本發明內容的上下文中使用的術語“無引導”通常是指未被引導的光。未被引導的光穿過光透射材料(例如，基板)而沒有被束縛在光透射材料內，即，沒有被光透射材料的外部主表面之間的(全)內反射束縛，並且更優選地不經歷來自光透射材料的外部主表面的任何反射。光束14a、14b和14c穿過基板的無引導傳播是通過用於形成塗覆表面(最終形成反射器)的塗層設計以及切割平面128相對於塗覆表面的傾斜角β(該傾斜角β確定部署反射器的傾斜角α)實現的。

儘管圖2所示的二向色光束組合器102利用了沿著共同的投影方向發射相應光束14a、14b和14c以經由表面106進入基板103的三個光源12a、12b和12c，但是以下的其他配置也是可能的：來自光源12a的光束14a具有與光束14b和14c不同的投影方向，並且經由表面109而不是表面106進入基板103。在這樣的設計中，光源12a和準直光學器件16a與表面109相關聯，並且第一塗層被設計成對於至少第一顏色的光是透射 性的(優選地被設計為對於第一顏色的光是透射性的並且對其他顏色的光是反射性的二向色塗層)。為了製造根據這樣的配置的二向色光束組合器，優選地在沿著平面136進行切片之前對表面109(如圖4E所示，在沿著平面134切割之後產生)進行拋光(連同表面110一起)。

替選地，可以在不使用反射器104a的情況下實現光束組合功能。在圖3中示出了這樣的配置，其中光源12a和準直光學器件16a與表面109(現在是光波入射表面)相關聯。圖3的二向色光束組合器可以類似於二向色光束組合器102那樣製造，主要區別在於，包含週期性構造的恰好一個完整迴圈的片段限於恰好一個塗覆表面126b和恰好一個塗覆表面126c。另外，在部段140水平處對表面109進行拋光，以改進光波入射表面109的光學品質。儘管與對表面106、108進行拋光相比由於表面積較小該拋光步驟可能更難以執行，但是圖3的二向色光束組合器可以提供優於二向色光束組合器102的優點，尤其是沿伸長方向的長度的減小，從而產生光學裝置的減小的形狀因數。

再次參照圖2，回應於相應光源12a、12b和12c對反射器104a、104b和104c的照射而產生的輸出光束112沿平行於基板103的伸長方向並且垂直於準直光束14a、14b和14c的投影方向的傳播方向進行傳播。在某些情況下，例如，當使用二向色光束組合器照射空間光調變器(例如LCoS)以投影要經由作為HMD或NED的一部分的光學基板觀看的圖像時，為輸出光束的傳播方向提供不同的選項可能是有利的。

圖6示出了提供輸出光束的不同傳播方向的一個配置選項，該配置依賴於修改用於產生反射器104c的塗層設計，使得反射器104c透射第三顏色的光並且反射第一顏色的光和第二顏色的光。在這樣的配置中，分別由反射器104b透射和反射的光束14a和14b入射在反射器104c上，反射器104c反射光束14a、14b並且透射光束14c，以產生顏色組合光束112。光束112通過表面108離開基板103，並且沿著投影方向並且垂直於伸長方向傳播。在這樣的配置中，將切片132的主表面108(用作光波 出射表面)拋光以提高光學品質。最優選地，使用被稱為“雙面拋光”的技術在切片水平132上同時拋光表面106、108。另外，由於表面110不用作光波出射表面，所以表面110不需要拋光。通常，部分地由於表面106、108的表面積較大，因此將主表面106、108雙面拋光是比將側表面110(和側表面109)拋光更簡單的拋光過程。因此，反射器104c透射第三顏色的光並且反射第一顏色的光和第二顏色的光的配置可以在製造過程中提供優於反射器104c反射第三顏色的光並且透射第一顏色的光和第二顏色的光的配置的優點。

提供輸出光束的不同傳播方向的其他配置選項依賴於附加反射器的使用，所述附加反射器被嵌入在基板103內和/或嵌入在與基板103分開的光學結構中。以下段落描述根據各種這樣的配置選項的光學裝置。

繼續參照圖2，還參照示出了光學裝置100A的圖7，光學裝置100A與圖2的光學裝置100大體上類似，並且等效元件被類似地標記。光學裝置100A包括二向色光束組合器102A，二向色光束組合器102A包括基板103A。基板103A包括平行於反射器104a、104b和104c，並且另外包括第四反射表面(反射器)104d，反射器104d平行於反射器104a、104b和104c並且位於反射器104c之後，反射器104c的作用是改變輸出光束的方向。在此，來自反射器104c的顏色組合光束入射在反射器104d上，反射器104d將光束112重定向為垂直於伸長方向，從而沿著投影方向傳播並且經由主表面108離開基板103。

用於製造二向色光束組合器102A的過程大體上與用於製造二向色光束組合器102的過程類似，但是具有用於製造第四反射器104d的附加步驟。除了施加三個塗層以形成多個塗覆表面126a、126b和126c之外，將第四塗層施加到與透明板120相關聯的第四組表面以形成多個塗覆表面126d。第四塗層對於所有三種顏色的光是反射性的，使得當三種顏色中的任何顏色的光入射在塗覆表面126d中的任何一個上時，該光被塗覆 表面126d反射。

可以以與上面例如參照圖4B和圖5所描述的類似的方式，將塗層施加到表面以形成塗覆表面126a、126b、126c和126d。如圖8A所示，塗覆表面126a、126b、126c和126d被佈置在堆疊130A中。例如，通過在堆疊130A的相鄰表面之間施加光學膠將堆疊130A的板進行附接(即，膠合)在一起。

與圖4C類似，每個片段包含週期性構造的恰好一個完整迴圈。然而，在圖8A中，完整迴圈還包括塗覆表面126d，使得而完整迴圈由恰好一個塗覆表面126a、恰好一個塗覆表面126b、恰好一個塗覆表面126c以及恰好一個塗覆表面126d組成。塗覆表面126a、126b、126c和126d最終形成相應反射器104a、104b、104c和104d。注意，與第四塗層相關聯的透明板120可以相對於其他透明板具有增加的厚度，從而實現相鄰的塗覆表面126c與126d之間的較大間隔。

在將堆疊130A的板膠合之後，沿著標記為128的兩個平行平面將堆疊130A進行切片(切割)，以產生切片132A，如圖8B所示。如圖8C所示，切片132A具有嵌入主表面106、108之間的週期性塗覆表面126a、126b、126c和126d(對應於多個片段)。優選地，將主表面106(用作最終二向色光束組合器102A產品的主表面106的光波入射表面))進行拋光以提高光學品質。另外，優選地，將主表面108(用作最終的二向色光束組合器102A產品的光波出射表面)進行拋光以提高光學品質。最優選地，對切片132A進行雙面拋光，以拋光表面106、108。可選地，可以將延遲板(優選地為半波片)附接至表面106，以實現射入到反射器104a、104b和104c的光的偏振旋轉。在這樣的配置中，由相應光源12a、12b和12c發射的光束14a、14b和14c以第一偏振方向偏振(例如，p偏振)。偏振光束在(通過表面106)進入基板103A之前穿過延遲板，基板103A將偏振旋轉到第二偏振方向(垂直於第一偏振方向，例如，s偏振)。在這樣的實施方式中，光源12a、12b和12c本身可以是偏振光源，或者可 以是非偏振光源與線性偏振器的組合。

在下一步驟中，如圖8C所示，沿著至少一個平面134對切片132A進行切割(切片)，以將切片132A分成多個部段140A，其中，每個部段140A包含與週期性構造的恰好一個片段對應的塗覆表面。在下一步驟中，如圖8D所示，沿至少一個平面136對每個部段140A進行切片(切割)，以將部段140A分成多個基板103A。每個基板103A包括單組反射器104a、104b、104c和104d(由相應塗覆表面126a、126b、126c和126d形成)，所述反射器以相對於主表面106、108和基板103A的伸長方向成的傾斜角嵌入在基板內。

可以提供二向色光束組合器的製造過程中的附加步驟，以提供輸出光束的傳播方向的附加選項。例如，可以在製造期間修改二向色光束組合器102，以向每個基板103提供對角線切割，以去除外部平坦表面110。與第三塗覆表面126c相關聯的透明板120可以比其餘的透明板厚，以在第三塗覆表面126c與外部平坦表面110之間提供附加的空間。

圖9A是類似於圖2所示的二向色光束組合器的基板的等距視圖，但是在反射器104c與平坦表面110之間具有附加的間隔。沿著相對於外部平坦表面109、110傾斜的平面142進行對角線切割，優選地，平面142相對於外部平坦表面109、110成45度角。

圖9B示出了沿平面142進行切割的結果，其中，由於沿平面142進行切割而形成了傾斜於外部平坦表面109的平坦表面144。表面144是基板103的輸出(光波出射)表面144，將表面144進行拋光並且用反射塗層進行塗覆，從而使其對所有三種顏色的光是反射性的。圖9C示出了光穿越圖9B的二向色光束組合器。射入的準直光束14a、14b和14c根據反射器104a、104b和104c的透射和反射特性被反射器104a、104b和104c反射/透射。來自反射器104c的顏色組合光束入射在表面144上，表面144將光束112重定向為垂直於伸長方向，以經由平坦外部主表面111離開基板103。表面111正交於表面108和109。因此，表面144重定向輸 出光束以進行“平面外”傳播，從而沿垂直於伸長方向和準直光束14a、14b和14c的投影方向二者的方向傳播。

沿平面142的切割和對表面144的拋光可能提出某些技術挑戰。為了避免這些步驟，參照10A至圖11C，呈現了用於實現輸出光束的“平面外”傳播的替選方法。這些方法依賴於將附加的光學結構附接到二向色光束組合器基板，以形成一體化二向色光束組合器。

首先參照圖10A，圖10A示出了圖2的基板103和長方體150的等距視圖，長方體150在與長方體150的各組平行表面154、156、158和160傾斜的平面上具有反射表面(反射器)152(例如，該平面可以相對於表面154成傾斜角γ)。反射器152對所有三種顏色的光是反射性的。為了實現平面外傳播，在基板103的主表面之一處將長方體150附接到基板103。圖10B示出了將長方體150在表面110和160處附接到基板103，使得反射器152在相對於表面110傾斜的平面上。該附接可以是機械附接，但是優選地通過以下操作而形成：將表面110和160彼此光學地膠合，使得長方體150和基板103形成一體化二向色光束組合器結構162。優選地，長方體150和基板103由具有相同折射率的材料製成，以使得長方體150與基板103之間的介面處的不必要的反射和/或折射最小化。表面110與160之間的介面區域可以填充有折射率匹配材料，以減少對在長方體150與基板103之間進行拋光的需要。

圖10C示出了光穿越二向色光束組合器162。穿過基板103的傳播類似於參照圖9C描述的光束傳播，並且這裡將不再重複。顏色組合光束經由表面110離開基板103，經由表面160進入長方體150，並且入射在反射器152上，該反射器152將光束反射為穿過表面156離開長方體150。

圖10D示出了長方體150到基板103的替選附接位置。在此，在表面108與160之間進行長方體150與基板103之間的附接(黏結)，以形成一體化二向色光束組合器162。進行附接使得反射器152在 相對於主表面106、108傾斜的平面上，並且使得表面154和110對準並且共面。在這種配置中，根據參照圖6描述的設計，反射器104c設計有塗層，即反射器104c透射第三顏色的光並且反射第一顏色的光和第二顏色的光。

在圖10E中示出了光穿越圖10D的二向色光束組合器。如圖所示，光束14a和14b被反射器104c反射，而光束14c被反射器104c透射。顏色組合光束從反射器104c經由表面108離開基板103，經由表面160進入長方體150，並且入射在反射器152上，反射器152將光束反射為穿過表面156離開長方體150。

參照圖11A至圖11C示出了附接到長方體150的二向色光束組合器基板的另一配置，在該配置中，長方體150附接到圖7的基板103A。首先參照圖11A，圖11A示出了長方體150、基板103A以及嵌入在基板103A內的反射器104a、104b、104c和104d的立體圖。圖11B示出了附接到基板103A的長方體150。長方體150與基板103A之間的附接類似於參照圖11D所述，其中在表面108與160之間進行附接，以形成一體化二向色光束組合器162A。進行附接使得反射器152在相對於主表面106、108傾斜的平面上，並且使得表面154和110對準並且共面。這裡還優選的是，長方體150和基板103A由具有相同折射率的材料製成，以使得長方體150與基板103A之間的介面處的不期望的反射和/或折射最小化。表面108與160之間的介面區域可以填充有折射率匹配材料，以減少對在長方體150與基板103A之間進行拋光的需要。

在圖11C中示出了光穿越二向色光束組合器162A。光對基板103A的穿越類似於參照圖7所述，並且在此將不再重複。在被反射器104d反射並且經由表面108離開基板103A之後，顏色組合光束經由表面160進入長方體150，並且入射在反射器152上，反射器152將光束反射為穿過表面156離開長方體150。

可以使用與用於製造二向色光束組合器102和102A的過程類似的過程來製造具有嵌入的反射器152的長方體150。例如，如圖12A 所示，可以獲得多個透明板120(其尺寸類似於參照圖4A描述的尺寸)，並且每隔一個板的兩側(主表面)可以塗覆有反射塗層(類似於用於產生塗覆表面126d的反射塗層)，以產生多個塗覆表面164。然後，可以將塗覆表面164佈置在堆疊166(圖12B)中。替選地，類似於參照圖5所述，可以將多個薄板塗覆以反射塗層，並且交替地佈置在透明板之間。替選地，可以將每個透明板的頂側(主表面)塗覆以反射塗層。

參照圖12C，然後沿兩個平行平面168以傾斜角(優選地為135度角)對堆疊166進行切割，使得形成反射器152的塗覆表面相對於長方體150的主表面154、156、158和160成45度角(即，γ為45度)。沿著垂直於平面168的成對平面170進行一系列切割以形成部段151，可以沿著與平面168、170正交的平面對部段151進一步進行切割以形成長方體150。可以通過改變切割角度和成對平面之間的間距來調整長方體150的幾何參數。

在某些優選實施方式中，長方體150被形成為立方體(即，長方體150的六個主表面是正方形)。在這樣的實施方式中，平面168之間的間距(以及成對平面170中的平面之間的間距)優選地等於透明板120的厚度，以形成具有正方形截面的部段151。在這樣的實施方式中，透明板的寬度可以與透明板的厚度相同，使得部段151形成長方體150(作為正方體)。替選地，透明板的寬度可以是透明板的厚度的整數倍，使得每個部段151可以被切割以形成整數個長方體150(作為正方體)。然後，可以適當地拋光每個長方體150的外表面。

到目前為止，所描述的二向色光束組合器涉及大致矩形的板型基板，其具有兩個主外表面106、108以及以相對於外表面106、108的傾斜角嵌入在基板內在外表面106、102之間的一組反射器104a、104b和104c(以及可選地104d)。為了提高組合輸出光束的品質，輸入光束14a、14b和14c在進入基板之前由與基板分離的準直光學器件16a、16b和16c進行準直。為了提供更緊湊的光束組合器裝置，包括嵌入作為光束組 合器裝置的一部分的準直光學器件會是特別有利的。

現在參照圖13，圖13示出了光學裝置100B，光學裝置100B大體上類似於圖7的光學裝置100A，其中，等效元件被類似地標記。光學裝置100B包括具有嵌入的光學器件的二向色光束組合器102B。光學器件包括與相應光源12a、12b和12c以及相應反射器104a、104b和104c相關聯的準直光學器件180a、180b和180c(例如，透鏡或透鏡組)。光學器件還包括與反射器104d相關聯的用於向輸出光束112施加光焦度的焦度光學器件182(例如，透鏡)。

光學器件光學地附接到基板103B的主表面106、108。優選地，在製造過程期間在沿著平面134(圖8C)進行切割之前在切片水平處執行將光學器件向主表面106、108的附接。

參照圖8C，還參照圖14A，圖14A示出了將光學器件附接到切片132B的主表面106、108的第一步驟。具有與切片132B的主表面108大致相同的大小和尺寸的透明板186承載微透鏡陣列187，該微透鏡陣列187由以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置的透鏡182組成。將透明板186與主表面108對準，使得每個相應塗覆表面126d與微透鏡陣列187的相應列中的一個或更多個透鏡182相關聯。圖14B示出了與主表面108對準並接觸的具有透鏡182的透明板186的平面圖，其中，平面圖從透明板186上方獲取，以虛象(phantom)示出塗覆表面126a、126b、126c和126d。通常，陣列中的列數與切片132B中的塗覆表面126d的數目一一對應。在圖14B所示的示例中，存在與三個塗覆表面126d對應的三個列。此外，行的數目(即，與每個塗覆表面126d相關聯的透鏡的數目)與在沿著平面136執行切割之後要產生的基板的數目一一對應。在圖14B所示的示例中，存在與由沿著兩個平面136進行切割而形成的三個基板對應的三行透鏡。因此，每個塗覆表面126d與來自同一列的三個透鏡182相關聯。

另一個透明板184(具有與切片132B的主表面106大致相同的大小和尺寸)承載微透鏡陣列188，該微透鏡陣列188由以具有若 干行和列的二維陣列或柵格佈置的透鏡180a、180b和180c組成。透明板184與主表面106對準，使得每個相應塗覆表面126a與微透鏡陣列188的相應列中的一個或更多個透鏡180a相關聯，每個相應塗覆表面126b與微透鏡陣列188的相應列中的一個或更多個透鏡180b相關聯，並且每個相應塗覆表面126c與微透鏡陣列188的相應列中的一個或更多個透鏡180c相關聯。圖14C示出了與主表面106對準並且接觸的透明板184的平面圖，該平面圖從透明板184的下方獲取，其中，以虛象示出塗覆表面126a、126b、126c和126d。陣列中的列的數目與切片132B中的塗覆表面126a、126b和126c的總數一一對應。在圖14C所示的示例中，存在與三組三個塗覆表面126a、126b和126c對應的九列。此外，行數(即，與塗覆表面126a、126b和126c中的每一個相關聯的透鏡的數目)與在沿著平面136執行切割之後要產生的基板的數目一一對應。在圖14C所示的示例中，存在與由沿著兩個平面136進行切割而形成的三個基板對應的三行透鏡。因此，每個塗覆表面126a與來自同一列的三個透鏡180a相關聯，每個塗覆表面126b與來自同一列的三個透鏡180b相關聯，並且每個塗覆表面126c與來自同一列的三個透鏡180c相關聯。

優選地，對透鏡180a、180b和180c的大小和尺寸進行設置，使得這些透鏡與相應塗覆表面126a、126b和126c在表面106的平面中的投影對準，而不與和相應塗覆表面126a、126b和126c相鄰的塗覆表面的投影中的任何投影交疊。此外，優選地，對透鏡182的大小和尺寸進行設置，使得這些透鏡與相應塗覆表面126d在表面108的平面中的投影對準，而不與和相應塗覆表面126d相鄰的塗覆表面的投影中的任何投影交疊。

一旦將透明板184和186與表面106和108適當對準，則將微透鏡陣列188、187的透鏡經由光學黏合劑(即，膠合劑)光學地附接到相應表面106和108，從而將透鏡結合到切片132B。可選地，可以在將透鏡附接到切片132B之後移除透明板184和186。替選地，如果透明板184和186(對於光源12a、12b和12c發射的光)是光學透明的，則透明 板184和186本身可以經由光學黏合劑結合到切片132B的相應表面106和108。

如圖14D所示，在將透鏡附接到切片132B之後，類似於參照圖8C所述，沿著至少一個平面134對切片132B進行切割(切片)，以將切片132B分成多個部段。然後，類似於參照圖8D所述，沿著至少一個平面136切割每個部段，以形成基板103B。

通常期望的是，連續監測光源12a、12b和12c中的每一個的功率輸出，以識別強度波動並且回應地使輸出功率衰減以補償這樣的波動。這可以通過與相應反射器104a、104b和104c相關聯地部署檢測器(功率檢測器或光電檢測器)以測量指示由光源12a、12b和12c輸出的強度的強度來實現。另外，實際上，反射器104a、104b和104c的(選擇性)反射表面不能用作理想的反射器，並且存在與每個反射器相關聯的光的洩漏。使用圖2的二向色光束組合器102的相同示例配置，反射器104a透射第一顏色的入射光的強度的一小部分。類似地，反射器104b透射第二顏色的入射光的強度的一小部分，並且反射第一顏色的入射光的強度的一小部分。類似地，反射器104c透射第三顏色的入射光的強度的一小部分，並且反射第一顏色和第二顏色的入射光的強度的一小部分。

這種洩漏降低了顏色組合輸出光束的總體強度，這可能會對總體光束品質產生負面影響。因此，還期望的是可以經由功率/強度監測來對洩漏進行量化。電連接到檢測器的電腦處理器可以被程式設計為執行演算法以確定光源12a、12b和12c中的每一個的功率輸出，並且如果需要的話，基於所測量的強度來解釋通過反射器發生的洩漏。

現在參照圖15，示出了光學裝置100C，光學裝置100C大體上類似於圖12的光學裝置100B，其中等效元件被類似地標記。光學裝置100C包括具有檢測器裝置190的二向色光束組合器102C，該檢測器裝置190具有與相應反射器104a、104b和104c相關聯的檢測器192a、192b和192c，用於測量指示由光源12a、12b和12c中的每一個輸出的功率的強 度，並且用於測量由反射器104a、104b和104c中的每一個洩漏的光的強度。由反射器104a、104b和104c洩漏的光由開放箭頭(open arrow)指示。注意，與光學裝置100B不同，圖15中示出的光學裝置100C不包括用於將光焦度施加到由反射器104d反射的輸出光束112的焦度光學器件182(例如，透鏡)，然而，可以設想其中光學裝置100C包括焦度光學器件182的實施方式。

檢測器裝置190光學地附接到基板103C的主表面106。優選地，在製造過程期間在沿著平面134進行切割之前(如在圖8C中)在切片水平處執行將檢測器裝置190向主表面106的附接。

參照圖8C、圖14A和圖14C，還參照圖16A，圖16A示出了將檢測器裝置190和光學器件附接至切片132C的相應主表面108和106的第一步驟。類似於參照圖14A和圖14C所述，將具有微透鏡陣列188的透明板184與主表面106對準並附接。

具有與切片132C的主表面108大致相同的大小和尺寸的透明板194承載以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置的檢測器192a、192b和192c。檢測器192a、192b和192c經由載體箔196被保持在透明板194上的適當位置處。在某些實施方式中，箔196可以包括導電元件，該導電元件為檢測器192a、192b和192c提供電接觸點。在其他實施方式中，例如在圖15和16A中所示的實施方式中，具有為檢測器192a、192b和192c提供電接觸點的導電元件198a、198b和198c的導電表面200與檢測器192a、192b和192c相關聯並且附接到檢測器192a、192b和192c，並且在將透明板194附接到主表面108之後去除箔196。

將透明板194與主表面108對準，使得每個相應塗覆表面126a與相應列中的一個或更多個檢測器192a相關聯，每個相應塗覆表面126b與相應列中的一個或更多個檢測器192b相關聯，並且每個相應塗覆表面126c與相應列中的一個或更多個檢測器192c相關聯。圖16B示出了與主表面108對準並且接觸的透明板194平面圖，該平面圖從透明板194 上方獲取，其中，塗覆表面126a、126b、126c和126d以虛象示出。檢測器陣列中的列的數目與切片132C中的塗覆表面126a、126b和126c的總數一一對應。在圖16A和圖16B所示的示例中，存在與三組三個塗覆表面126a、126b和126c相對應的九列。此外，行數(即，與塗覆表面126a、126b和126c中的每一個相關聯的檢測器的數目)與在沿著平面136執行切割之後要產生的基板的數目一一對應。在圖16A和圖16B所示的示例中，存在與沿著兩個平面136切割而形成的三個基板對應的三行檢測器。因此，每個塗覆表面126a與來自同一列的三個檢測器192a相關聯，每個塗覆表面126b與來自同一列的三個檢測器192b相關聯，並且每個塗覆表面126c與來自同一列的三個檢測器192c相關聯。

在將透明板194與主表面108對準之後，經由光學黏合劑(即，膠合劑)將透明板194附接到表面108，以將透明板194結合到切片132C。隨後，將箔196從透明板194去除，並且將導電表面200與透明板194對準。將導電元件198a、198b和198c以與檢測器陣列的柵格尺寸對應的具有若干行和列的二維陣列或柵格進行佈置，使得在導電元件198a、198b和198c與檢測器192a、192b和192c之間存在一一對應的關係。將導電表面200與透明板194對準，使得每個檢測器192a、192b和192c與一個相應導電元件198a、198b和198c相關聯(即，每個元件198a與相應檢測器192a相關聯，每個元件198b與相應檢測器192b相關聯，並且每個元件198c與相應檢測器192c相關聯)。一旦對準，則將導電元件198a、198b和198c經由導電黏合劑附接到檢測器192a、192b和192c。作為結果，每個導電元件被夾在相關聯的檢測器與導電表面200之間，如圖16C所示。

在附接光學元件(經由透明板184)和檢測器裝置190(經由透明板194和導電表面200以及元件198a、198b和198c)之後，類似於參照圖8C所述，沿著至少一個平面134對切片132C進行切割(切片)，以將切片132C分成多個部段。然後，類似於參照圖8D所述，沿著至少一個平面136對每個部段進行切割，以形成基板103C。注意，替選地， 具有導電元件198a、198b和198c的導電表面200可以在基板水平而不是在切片水平處附接到檢測器192a、192b和192c。

圖17示出了光學裝置100C的另一配置，在該配置中，箔196包括為檢測器192a、192b和192c提供電接觸點的導電元件。在此，不需要導電表面200和導電元件198a、198b和198c的陣列。

對於某些類型的偏振光源，例如發射線性偏振光束的雷射二極體，發射的光束可以是不對稱光束，其中，沿一個軸(被稱為“快軸”)傳播的光發散成沿正交軸(被稱為“慢軸”)傳播的光的數倍寬(通常為兩倍或三倍)。光束發散導致產生的輸出光束中的功率損耗。因此，通常期望的是通過產生對稱光束來減小發散，以盡可能多地利用光束輸出功率。產生對稱光束的一種方法依賴於部署兩個正交定向的柱面透鏡，這些柱面透鏡分別將光焦度施加到沿相應軸傳播的光。

圖18示出了光學裝置100D，該光學裝置100D包括二向色光束組合器102D，該二向色光束組合器102D具有成組的柱面透鏡，以用於向沿快軸和慢軸傳播的光分別施加光焦度，以產生對稱光束。具有與相應反射器204a、204b和204c相關聯的柱面透鏡208a、208b和208c的透鏡裝置206附接到主表面106(類似於參照圖13至圖17所述)。柱面透鏡208a、208b和208c可以向快軸和慢軸兩者施加光焦度，但是有利的是，柱面透鏡208a、208b和208c主要對快軸進行操作。將延遲板202附接到主表面108，延遲板202優選地為四分之一波片。將具有與相應反射器204a、204b和204c相關聯並且與柱面透鏡208a、208b和208c正交定向的柱面透鏡212a、212b和212c的透鏡裝置210附接到延遲板202，使得延遲板202夾在透鏡裝置210與主表面108之間。柱面透鏡212a、212b和212c可以將光焦度施加到快軸和慢軸，但是有利的是，柱面透鏡212a、212b和212c主要對慢軸進行操作。另外，柱面透鏡212a、212b和212c塗覆有部分反射塗層。將檢測器裝置190(類似於參照圖15至圖17所述)附接到透鏡裝置210，以用於測量指示由光源12a、12b和12c中的每一個輸出的功率的 光強度。

除了兩點不同以外，反射器204a、204b、204c和204d總體上類似於反射器104a、104b、104c和104d。首先，反射器204a、204b、204c和204d是偏振選擇性的。這意味著反射器204a、204b和204c是偏振色選擇性(polarization-chromatic-selective)反射器，而204d是偏振選擇性反射器。可以通過在二向色光束組合器102D的製造過程期間施加表現出偏振和色選擇特性的塗層(以形成塗覆表面126a、126b和126c)，使反射器204a、204b和204c具有偏振色選擇性。類似地，可以通過在二向色光束組合器102D的製造過程期間施加表現出偏振選擇特性的塗層(以形成塗覆表面126d)來使反射器204d具有偏振選擇性。將在本發明內容的後續章節中詳述具體的塗層要求。

其次，反射器204a、204b、204c和204d與反射器104a、104b、104c和104d相比具有不同的定向，由此反射器204a、204b、204c和204d繞水平軸(基板103D的伸長方向)翻轉(180度)。這種定向變化是在製造期間通過沿與平面128正交的平面進行切片來實現的。

在圖18所示的配置中，反射器204a被配置成透射相對於反射器204a的表面以第一偏振方向偏振(例如，豎直偏振並且被稱為p偏振)的第一顏色的光，並且反射相對於反射器204a的表面以正交於第一偏振方向的第二偏振方向偏振(例如，水平偏振並且被稱為s偏振)的第一顏色的光。反射器204b被配置成透射相對於反射器204b的表面以第一偏振方向偏振(例如，p偏振)的第二顏色的光，透射相對於反射器204b的表面以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的第一顏色的光，並且反射相對於反射器204b的表面以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的第二顏色的光。反射器204c被配置成透射相對於反射器204c的表面以第一偏振方向偏振(例如，p偏振)的第三顏色的光，透射相對於反射器204c的表面以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的第一顏色和第二顏色的光，並且反射相對於反射器204c的表面以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的第 三顏色的光。反射器204d被配置成反射以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的所有三種顏色的光。

柱面透鏡208a、208b和208c被定向為呈與來自光源12a、12b和12c的射入光波的偏振方向(即，第一偏振方向)正交的第一定向，從而主要沿快軸施加光焦度(即，在該示例中，柱面透鏡208a、208b和208c被沿x軸水平定向)。柱面透鏡212a、212b和212c被定向為呈第二定向(與柱面透鏡208a、208b和208c的定向正交，並且與第二偏振方向正交)，從而主要沿慢軸施加光焦度(即，在該示例中，柱面透鏡212a、212b和212c被沿z軸豎直定向)。

以下段落描述了光束14a、14b和14c通過二向色光束組合器102D的傳播。在此，由相應光源12a、12b和12c發射的光束14a、14b和14c關於反射器204a、204b和204c的表面是線性偏振的，例如p偏振。偏振光束14a、14b和14c由相應柱面透鏡208a、208b和208c在快軸上準直，並且入射在相應反射器204a、204b和204c上。

p偏振準直光束14a由反射器204a透射並且穿過將偏振方向旋轉成圓偏振的延遲板202。圓偏振光到達柱面透鏡212a，其中一部分光(一定比例的強度)通過柱面透鏡212a被透射到檢測器192a，並且一部分光(大部分強度)被部分反射塗層反射，並且由柱面透鏡212a在慢軸上準直。反射準直光穿過將光的偏振方向旋轉為s偏振的延遲板202。現在的s偏振光由反射器204a反射，由反射器204b透射，並且由反射器204c透射，以形成輸出光束112的一部分。

p偏振準直光束14b由反射器204b透射，並且穿過將偏振方向旋轉成圓偏振的延遲板202。圓偏振光到達柱面透鏡212b，其中一部分光(一定比例的強度)通過柱面透鏡212b被透射到檢測器192b，並且一部分光(大部分強度)被部分反射塗層反射，並且由柱面透鏡212b在慢軸上準直。反射準直光穿過將光的偏振方向旋轉為s偏振的延遲板202。現在的s偏振光由反射器204b反射，並且由反射器204c透射，以形成輸 出光束112的一部分。

p偏振準直光束14b由反射器204c透射，並且穿過將偏振方向旋轉成圓偏振的延遲板202。圓偏振光到達柱面透鏡212c，其中一部分光(一定比例的強度)通過柱面透鏡212c被透射到檢測器192c，並且一部分光(大部分強度)被部分反射塗層反射，並且由柱面透鏡212c在慢軸上準直。反射準直光穿過將光的偏振方向旋轉為s偏振的延遲板202。現在的s偏振光由反射器204c反射，以形成輸出光束112的一部分。

由所有三種顏色的s偏振分量構成的輸出光束112入射到反射器204d上，反射器204d反射s偏振光，從而使輸出光束112偏轉(重定向)為垂直於伸長方向，從而經由主表面106離開基板103D(即，沿與投影方向大致相反的方向，即，朝著光源12a、12b和12c返回)。

優選地，在製造過程期間在沿著平面134進行切割之前(如在8C、圖14A和圖16A中)在切片水平處執行將透鏡裝置206、延遲板202、透鏡裝置210和檢測器裝置190向基板103D的附接。

圖19示出了將透鏡裝置206、延遲板202、透鏡裝置210和檢測器裝置190附接到切片132D的第一步驟。還參照圖8C、圖14A和圖16A。具有與切片132D的主表面106大致相同的大小和尺寸的透明板216包括以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置的成組柱面透鏡208a、208b和208c。透鏡具有由規定的第一定向決定的伸長方向(在本示例中，該第一定向與切片132D的伸長方向即基板103D的伸長方向一致)。柱面透鏡208a、208b和208c的彎曲部分向下延伸至透明板216的下側(圖中未示出)。透明板216與主表面106對準，使得每個相應塗覆表面126a與陣列的相應列的一個或更多個柱面透鏡208a相關聯，每個相應塗覆表面126b與陣列的相應列的一個或更多個柱面透鏡208b相關聯，並且每個相應塗覆表面126c與陣列的相應列的一個或更多個柱面透鏡208c相關聯。陣列中的列數通常與切片132D中的塗覆表面126a、126b和126c的總數一一對應。在圖19所示的示例中，存在與三組三個塗覆表面126a、126b和 126c對應的九列。此外，行數(即，與塗覆表面126a、126b和126c中的每一個相關聯的透鏡的數目)與沿平面136執行切割之後要產生的基板的數目一一對應。在圖19所示的示例中，存在與沿著兩個平面136進行切割而形成的三個基板對應的三行透鏡。因此，每個塗覆表面126a與來自同一列的三個柱面透鏡208a相關聯，每個塗覆表面126b與來自同一列的三個柱面透鏡208b相關聯，並且每個塗覆表面126c與來自同一列的三個柱面透鏡208c相關聯。

一旦透明板216與表面106適當地對準，則將柱面透鏡208a、208b和208c經由光學黏合劑光學地附接到表面106，以將柱面透鏡208a、208b和208c結合到切片132D。如果透明板216是可移除的，則可以在附接柱面透鏡208a、208b和208c之後移除透明板216。替選地，如果透明板216(對於光源12a、12b和12c發射的光)是光學透明的，則可以將透明板216本身通過光學黏合劑結合到表面106。

將與切片132D的主表面108的大小和尺寸大致相同的波片218(優選地為四分之一波片)與主表面108對準。在進行切片步驟期間(即，沿著平面134和136切割)，將波片218切割成單獨的片，其中每個片形成延遲板202。一旦波片218與表面108正確對準，則將波片218經由光學黏合劑(即，膠合劑)附接到表面108，從而將波片218結合到切片132D。

與波片218(和切片132D的主表面108)的大小和尺寸大致相同的透明板220包括以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置的成組柱面透鏡212a、212b和212c。透鏡具有由規定的第二定向決定的伸長方向，該第二定向與柱面透鏡208a、208b和208c的伸長方向正交。這裡，柱面透鏡212a、212b和212c的彎曲部分從透明板220的頂側向上延伸。透明板220與波片218和主表面108對準，使得每個塗覆表面126a與一個相應柱面透鏡212a相關聯，每個塗覆表面126b與一個相應柱面透鏡212b相關聯，並且每個塗覆表面126c與一個相應柱面透鏡212c相關聯。陣列 中的列數對應於切片132D中的塗覆表面126a、126b和126c的總數。在圖19所示的示例中，存在與三組三個塗覆表面126a、126b和126c對應的九列。通常，柱面透鏡212a、212b和212c形成單行，並且沿平面136的切割將每個柱面透鏡有效地細分成多組柱面透鏡，其中，每組柱面透鏡與相應基板103D相關聯。

一旦將透明板220與波片218(和主表面108)適當地對準，則經由光學黏合劑將柱面透鏡212a、212b和212c光學地附接到波片218，從而將柱面透鏡212a、212b和212c結合到切片132D。如果透明板220是可移除的，則可以在附接柱面透鏡212a、212b和212c之後移除透明板220。替選地，如果透明板220是(對於光源12a、12b和12c發射的光)光學透明的，則可以將透明板220本身經由光學黏合劑結合到波片218。

最後，將包括檢測器192a、192b和192c的透明板194與透明板220對準並且相附接。透明板194的對準和附接通常類似於參照圖16A所述。具體地，將透明板194與透明板220對準，使得每個柱面透鏡212a與一個或更多個相應檢測器192a相關聯，每個柱面透鏡212b與一個或更多個相應檢測器192b相關聯，並且每個柱面透鏡212c與一個或更多個相應檢測器192c相關聯。此外，將透明板194與透明板220對準，使得與特定柱面透鏡212a相關聯的塗覆表面126a也與和該柱面透鏡212a相關聯的一個或更多個相應檢測器192a相關聯，與特定柱面透鏡212b相關聯的塗覆表面126b也與和該柱面透鏡212b相關聯的一個或更多個相應檢測器192b相關聯，並且與特定柱面透鏡212c相關聯的塗覆表面126c也與和該柱面透鏡212c相關聯的一個或更多個相應檢測器192c相關聯。

儘管在圖19中未示出，但是可以將導電表面200與透明板194對準，以將檢測器192a、192b和192c與導電表面200的相應導電元件198a、198b和198c相關聯(類似於參照參照圖16A所述)。替選地，透明板194的箔196可以是導電的(如先前所討論的)。

在(通過直接或間接附接)將透鏡裝置206(即透明板 216)、延遲板202(即波片218)、透鏡裝置210(即透明板220)和檢測器裝置190(即透明板194和可選的導電表面200)結合到切片132D之後，類似於參照圖8C所述，沿著至少一個平面134對切片132D進行切割(切片)，以將切片132C分成多個部段。然後，類似於參照圖8D所述，沿著至少一個平面136切割每個部段，以形成基板103D。

注意，在某些實施方式中，例如當柱面透鏡208a、208b和208c具有其中伸長方向沿著x軸的定向時(如圖19所示)，對於每個片段，可以將來自單行的柱面透鏡208a、208b和208c組合成單個長形的柱面透鏡，而不是三個單獨的柱面透鏡。當來自光源12a、12b和12c的射入光波的偏振方向以水平方向偏振(即，s偏振)時，情況可能並非如此。在這種情況下，柱面透鏡208a、208b和208c以及柱面透鏡212a、212b和212c的定向將互換(即，柱面透鏡208a、208b和208c將是豎直定向的，而柱面透鏡212a、212b和212c將是水平定向的)。另外，反射器204a、204b、204c和204d對p偏振光和s偏振光的回應將互換(即，每次提及的p偏振光將由s偏振光代替，反之，每次提及的s偏振光將由p偏振光代替)。

圖20示出了光學裝置100E，光學裝置100E是圖18的光學裝置100D的變型。光學裝置100E包含在外部平坦表面210上的一般標記為214的表面，該表面包括反射塗層以及延遲板(優選地為半波片)。在此，反射器204d被配置成透射以第二偏振方向偏振(例如，s偏振)的所有三種顏色的光，並且反射以第一偏振方向偏振(例如，p偏振)的所有三種顏色的光。s偏振輸出光束112在從反射器204c出射之後被反射器204d透射，並且被表面214反射，表面214將偏振旋轉到第二偏振方向(例如，p偏振)。現在的p偏振光束入射到反射器204d上，反射器204d反射p偏振光，從而將輸出光束112偏轉(重定向)為垂直於伸長方向並且沿著投影方向，從而經由該主表面108離開基板103E。

在沿平面134進行切割之後，但在沿平面136進行切割之 前，可以在製造過程期間在部段水平上併入表面214。此處，對於每個部段，(具有延遲板(半波片)和反射表面的)表面214可以(經由光學黏合劑)光學附接到與外部平坦表面110對應的平坦表面。

注意，用於反射器204a、204b、204c和204d的不同塗層設計可以用於施加光束組合的不同顏色順序或者分量有色光束和/或輸出光束的不同偏振方向。改變偏振方向的一個示例是通過在透鏡裝置206與主表面106之間與相應光源12a、12b和12c相關聯地引入不同的相應延遲板。可以在使用參照圖19描述的用於嵌入波片218的類似技術來製造光學裝置期間將這樣的延遲板引入透鏡裝置206與主表面106之間。在圖21中示出了下述示例：該示例與圖19大致類似，不同之處在於，這裡將波片218替換成了分別與塗覆表面126a、126b和126c相關聯(並且因此分別與光源12a、12b和12c相關聯)的成組波片219a、219b和219c。注意，在由光源12a、12b和12c之一發射的光束不需要偏振旋轉的情況下，與和該光源相關聯的塗覆表面相關聯的波片可以由空白透明板代替。

改變偏振方向的另一示例是通過將一個或更多個延遲板嵌入在基板103D內、在主表面106、108之間、與反射器204a、204b、204c和204d平行並且在反射器204a、204b、204c和204d中的一些之間。此處，嵌入的延遲板以及反射器204a、204b、204c和204d都相對於主表面106、108成傾斜角α。在反射器204a、204b、204c和204d中的一些之間嵌入延遲板使得能夠實現基板內的偏振旋轉，從而減輕了對反射器的偏振和色選擇性塗層的要求。

參照圖22A至圖22E描述了將一個或更多個延遲板嵌入基板內的過程。首先參照圖22A，圖22A示出了多個延遲板222和透明板120相關聯的表面的塗覆。在該配置中，透明板120中的每隔一個的兩個主表面122、124二者被塗覆(類似於參照圖4B和圖8A所述)。在該特定示例中，塗覆的透明板120和延遲板222被佈置成使得延遲板222位於未塗覆的透明板120與被塗覆以產生塗覆表面126d的塗覆透明板120的表 面之間。從圖22A所示的裝置的底部開始，透明板和延遲板被佈置如下：未塗覆的透明板120；在其底表面上塗覆以形成塗覆表面126d並且在其頂表面上塗覆以形成塗覆表面126c的透明板120；未塗覆的透明板120；延遲板222；在其底表面上塗覆以形成塗覆表面126b並且在其頂表面上塗覆以形成塗覆表面126a的透明板120；未塗覆的透明板120。可以根據需要重複該週期性模式。

圖22B示出了利用透明板120、塗覆的薄板121和延遲板222的替選塗覆方法。這裡，所有透明板120都是未塗覆的。從圖22A所示的裝置的底部開始，板的週期性順序如下：未塗覆的透明板120；在其頂表面上塗覆以形成塗覆表面126d的薄板121；未塗覆的透明板120；在其頂表面上塗覆形成塗覆表面126c的薄板121；未塗覆的透明板120；在其頂表面上塗覆以形成塗覆表面126b的延遲板222；未塗覆的透明板120；在其頂表面塗覆以形成塗覆表面126a的薄板121；未塗覆的透明板120。這裡也可以根據需要重複該週期性模式。

圖22C示出了佈置在堆疊230中以形成由多個相同片段組成的週期性構造的塗覆表面126a、126b、126c和126d和延遲板222，其中，每個片段恰好包含該週期性構造的一個完整週期。在該說明性示例中，每個片段包含恰好一個塗覆表面126a、恰好一個塗覆表面126b、恰好一個延遲板222、恰好一個塗覆表面126c和恰好一個塗覆表面126d。例如通過在堆疊230的相鄰表面之間施加光學膠合劑使堆疊230中的板附接(即，膠合)在一起。

在下一步驟中，如圖22D所示，沿著標記為228的兩個平行平面對堆疊230進行切片(切割)，以產生切片232(或“片”)。該步驟類似於參照圖4D所述用於產生切片132的步驟，並且應該以類似的方式被理解。作為該步驟的結果，塗覆表面126a、126b、126c和126d以及延遲板222以根據週期性構造的週期性順序被嵌入在切片232內。圖22E示出了具有嵌入在主表面106、108之間的塗覆表面126a、126b、126c和 126d以及延遲板222的切片232的視圖。圖22E還示出了平面134和136的示例，隨後可以沿平面134和136將切片232進行切割以產生單獨的部段和基板(類似於先前貫穿本發明內容所述，例如參照圖4E和圖4F)。

注意，可以使用類似於圖22A至圖22E所示的技術，在塗覆表面之間(例如在塗覆表面126a與塗覆表面126b之間以及/或者在塗覆表面126c與塗覆表面126d之間)引入附加的延遲板。還應注意，用於將一個或更多個延遲板嵌入基板內的過程(圖22A至圖22E)以及在透鏡裝置206與主表面106之間引入不同的相應延遲板的過程(如參照圖21所述)不是互斥的，而是可以結合使用。實際上，可以使用先前描述的技術將透鏡裝置206、210、檢測器裝置190以及波片218或219a、219b和219c結合到切片232，以產生具有嵌入的光學器件、檢測器和波片的緊湊型光學裝置。

這些緊湊型光學裝置以及圖18和圖20中所示的緊湊型光學裝置除了執行顏色組合之外，還執行用於對稱光束生成(即，減少快軸和慢軸發散)和經由光學器件206和210的光束準直以及(經由檢測器裝置190的)光源功率監測的功能。在某些由這樣的光學器件發出的輸出光束將用作後續光學裝置的輸入的情況下，由這樣的光學裝置發出的輸出光束對於由後續光學裝置直接使用而言可能過準直。例如，當將由這樣的光學裝置發出的輸出光束用於將光投射到光波導中的掃描裝置中時，就是這樣的情況。結果，可能在光學裝置與光波導之間的光路上需要中繼光學器件，以使輸出光束去準直和重新準直。為了使後續光學裝置能夠直接使用輸出光束，可能理想的是將顏色組合功能和對稱光束生成與準直功能分開，使得這些功能由兩個單獨的光學裝置執行。

圖23至圖26示出了根據本發明內容的另一方面構造和操作的一般地上標記為300的光學裝置的各種視圖，該光學裝置提供對稱光束生成和光束準直功能以及功率監測功能。注意，光學裝置300的一些部件雖然在圖23至圖26的一些圖式中可見，但是在圖23至圖26的其他圖 式中未示出。例如，功率監測和偏振旋轉部件在圖23和圖26中可見，但是在圖25和26中未示出。

一般而言，光學裝置300包括被形成為平行面對的板的基板302，基板302具有第一伸長方向(本文中任意地示出為與“y軸”對應)以及與第一伸長方向正交的第二伸長方向(本文中任意地示出為與“z軸”對應)。基板302具有(在xy平面中)形成矩形截面的第一對平行主外部平坦表面(面)306、308。主表面306和308分別主要用作光波入射表面和光波出射表面。基板302還包括第二對平行外部平坦表面310、312和第三對平行外部平坦表面326、328，其中，與表面306、308之間的距離相比，表面310、312之間的距離的數量級通常較大，並且表面326、328之間的距離大約等於表面306、308之間的距離。

相互平行的多色偏振選擇性分束器配置(polarization beam splitter，可以被稱為“PBS”)314和316嵌入在基板302內在主表面306、308之間，與第一伸長方向成傾斜角φ，優選地成45度角(等同地與表面306、308成相同的傾斜角)。優選地，形成PBS 314和316的平坦表面的尺寸被確定為使得PBS 314和316在表面306的平面中的投影不交疊。

PBS 314被配置成透射相對於PBS 314的表面以第一偏振方向偏振的入射光，並且反射相對於PBS 314的表面以(正交於第一偏振方向的)第二偏振方向偏振的入射光。PBS 316具有與PBS 314相同的透射和反射特性，具體地，PBS 316被配置成透射相對於PBS 316的表面以第一偏振方向偏振的入射光，並且反射相對於PBS 316的表面以第二偏振方向偏振的入射光。因此，被PBS 314和316透射的光的類型是以第一偏振方向偏振的光，並且被PBS 314和316反射的光的類型是以第二偏振方向偏振的光。

光源12a、12b和12c與主表面306和PBS 314相關聯。光源12a、12b和12c被佈置成在表面326、328之間橫向(沿第二伸長方向)延伸的陣列。延遲板318(優選地為四分之一波片)與PBS 314相關 聯，並且在主表面308處光學附接到基板302。部分反射柱面透鏡320與PBS 314相關聯並且光學附接到延遲板318。柱面透鏡320被以與光源12a、12b和12c發射的光的線性偏振方向正交的第一定向部署(即，如果光源12a、12b和12c發射的光以第一偏振方向偏振，則柱面透鏡320被以與第二偏振方向對應的方向進行定向)。當被適當地定向時，柱面透鏡320沿著與第一偏振方向對應的方向施加光焦度。在該定向上，柱面透鏡320具有與基板302的第二伸長方向平行的伸長方向，並且柱面透鏡320沿著基板302的第二伸長方向在表面326、328之間橫向延伸。

延遲板324(優選地為四分之一波片)與PBS 316相關聯，並且在主表面306處光學地附接到基板302。以正交於第一定向的第二定向部署的成組部分反射柱面透鏡322a、322b和322c與PBS 316相關聯，並且光學附接到延遲板324。第二定向沿著與由光源12a、12b和12c發射的光的線性偏振方向相同的方向(即，如果光源12a、12b和12c發射以第一偏振方向偏振的光，則將柱面透鏡322a、322b和322c以與第一偏振方向對應的方向定向)。當被適當地定向時，柱面透鏡322a、322b和322c沿著與第二偏振方向對應的方向施加光焦度。在該定向上，柱面透鏡322a、322b和322c具有與基板302的第一伸長方向平行的伸長方向。柱面透鏡322a、322b和322c被並排佈置在表面326、328之間橫向延伸的陣列中。

檢測器326a、326b和326c與相應光源12a、12b和12c相關聯，並且附接到柱面透鏡320。像光源12a、12b和12c一樣，檢測器326a、326b和326c被佈置在表面326、328之間橫向延伸的陣列中。替選地，檢測器326a、326b和326c可以附接到相應柱面透鏡322a、322b和322c。

光源12a、12b和12c被配置成發射線性偏振光束14a、14b和14c。光束14a、14b和14c相對於PBS 314、316的表面以第一偏振方向偏振。在本非限制性說明性示例中，第一偏振方向是豎直偏振(示出為雙頭箭頭，並且被稱為p偏振)，其中光束14a、14b和14c的快軸豎直 擴展。

以下段落描述了光束14c穿過基板302的傳播路徑。參照圖23至圖26。P偏振光束14c通過表面306進入基板302，被PBS 314透射，並且通過表面308離開基板302。光束14c穿過延遲板318，該延遲板318將光束14c的偏振方向旋轉成圓偏振，並且光束14c入射到(具有水平定向的)柱面透鏡320上。入射到柱面透鏡320上的光的一部分(強度的一小部分)通過柱面透鏡320傳輸到檢測器326c，檢測器326c測量光的強度(指示光源12c的輸出功率)。光的另一部分(強度的大部分)被柱面透鏡320反射，柱面透鏡320施加豎直光焦度以使光束14c的豎直發散快軸準直(防止光束14c沿著快軸擴展)。反射光束14c返回穿過延遲板318，該延遲板318將光束14c的偏振方向旋轉到第二偏振方向，在該情況下，該第二偏振方向是水平偏振(被示出為點並且稱為s偏振)。

現在的s偏振光束14c通過表面308重新進入基板302，被PBS 314反射，被PBS 316反射，並且通過表面306離開基板。光束14c穿過延遲板324，延遲板324將光束14c的偏振方向旋轉成圓偏振，並且光束14c入射到(具有豎直定向的)柱面透鏡322c上。光束14c被柱面透鏡322c反射，柱面透鏡322c施加水平光焦度，以使光束14c的水平發散慢軸準直(防止光束14c沿慢軸擴展)。反射光束14c返回穿過延遲板324，該延遲板將光束14c的偏振方向旋轉到第一偏振方向(p偏振)。現在的p偏振光束14c通過表面306重新進入基板302，被PBS 316透射，並且作為近似圓形(對稱)光束15c通過表面308離開基板。

光束14a和14b遵循與光束14c的傳播路徑類似的傳播路徑，以分別產生近似圓形的光束15a和15b。應當理解，隨著光束14a和14b的傳播，入射在柱面透鏡320上的一部分光通過柱面透鏡320分別傳輸到檢測器326a和326b，檢測器326a和326b分別測量光的強度(指示光源12a和12b的輸出功率)。此外，光束14a和14b(在偏振旋轉成圓偏振之後)分別入射在(具有豎直定向的)柱面透鏡322a和322b上。光束14a和 14b分別被柱面透鏡322a和322b反射，柱面透鏡322a和322b施加水平光焦度以使光束14a和14b的水平發散慢軸準直。反射光束14a和14b返回通過延遲板324，該延遲板324將光束14a和14b的偏振方向旋轉到第一偏振方向(p偏振)。現在的p偏振光束14a和14b通過表面306重新進入基板302，由PBS 316透射，並且作為近似圓形(對稱)光束15a和15b通過表面308離開基板。

以下段落描述了用於製造光學裝置300的步驟。參照圖27A至圖27F，圖27A至圖27F示出了製造過程中的各個步驟。還參照圖23至圖26以及圖4A、圖4E、圖4F、圖16A至圖16C和圖19。

在製造過程的第一步驟中，類似於參照圖4A所述，獲得多個透明板120。在下一步驟中，將塗層施加到與透明板120相關聯的各種表面以產生多個塗覆表面。圖27A示出了如何施加塗層的一個非限制性示例，但是通常，將塗層施加到與透明板120相關聯的第一組表面以形成多個塗覆表面329。該塗層是形成多色偏振選擇性分束器配置314和316的多色偏振選擇性塗層。因此，每個塗覆表面329透射以相對於塗覆表面329的第一偏振方向偏振的入射光，並且反射以相對於塗覆表面329的(正交於第一偏振方向的)第二偏振方向偏振的入射光。

在圖27A的非限制性說明性示例中，透明板120中的每隔一個(限定透明板120的子集)的兩個主表面122、124二者塗覆有多色偏振選擇性塗層。其餘透明板120(不在子集中)的表面122、124是未塗覆的。在此，與透明板120相關聯的表面實際上是一些透明板120的主表面(122、124)。塗覆的透明板120和未塗覆的透明板120以透明板120與塗覆的透明板120之間交替的佈置方式進行佈置。換言之，這些板以如下的交替順序佈置：未塗覆的透明板120；雙面塗覆的透明板120；未塗覆的透明板120；雙面塗覆的透明板120；未塗覆的透明板120，依此類推。

圖27B示出了用於施加塗層的另一個非限制性示例。這裡，在透明板120之間交替地佈置多個薄透明板121。每個薄板121(在其 主表面上，未示出)塗覆有多色偏振選擇性塗層。塗覆的薄板121和透明板120被佈置成在透明板120與塗覆的薄板121之間交替。換言之，這些板以如下的交替順序佈置：透明板120；塗覆的薄板121；透明板120；塗覆的薄板121；透明板120，依此類推。在此，與透明板120相關聯的表面是薄板121的塗覆表面。

在另一非限制性示例(未示出)中，將多色偏振選擇性塗層施加到所有透明板120(除了透明板120中的沒有塗覆的透明板120)的同一側(例如，表面122或表面124)。這裡，類似於圖27A，與透明板120相關聯的表面實際上是透明板120中的一些的主表面(122、124)。

如上所述，一旦多色偏振選擇性塗層被施加到相關表面以形成塗覆表面329時，則佈置塗覆表面329(通過適當地堆疊塗覆透明板120或者透明板120與塗覆薄板121)。如圖27C所示，該佈置採用其中所有塗覆表面329相互平行的堆疊330的形式。堆疊330內的塗覆表面329具有由多個相同且不交疊的片段組成的週期性構造，其中每個片段恰好包含該週期構造的一個完整迴圈，並且完整迴圈由恰好兩個(即，一對)塗覆表面329組成。在每個塗覆表面屬於一個(並且僅一個)片段的意義上，這些片段是不交疊的。類似地，通過以設定次數重複恰好包含兩個(即，一對)塗覆表面329的第一片段來形成週期性構造。

在將塗覆表面329佈置在堆疊330中之後，例如通過在堆疊330的相鄰表面之間(例如，在透明板120的未塗覆表面處)施加光學膠合劑，將堆疊件330的板附接(即，膠合)在一起。

在下一步驟中，如圖27D所示，沿著標記為331的兩個平行平面對堆疊330進行切片(切割)，以產生切片332(或“片”)。該步驟大體上類似於參照圖4D和圖8B描述的切片步驟。平面331相對於堆疊330的所有透明板120的主表面成斜的，使得平面331以共同的傾斜角與所有平坦塗覆表面329相交。切片角(即，公共傾斜角)與PBS 314、316部署在基板302內的傾斜角φ成補角。因此，優選地選擇切片角以產生與落 在多色偏振選擇性塗層提供峰值期望反射率和透射率特性的範圍內的AOI對應的角度φ。

圖27E示出了具有(在本文中任意示出為對應於“y軸”，並且對應於基板302的第一伸長方向)第一伸長方向的單個切片332，並且具有第二伸長方向(在本文中任意地示出為對應於“z軸”，並且對應於基板302的第二伸長方向)。應當理解，可以通過沿著多對平行平面331對堆疊330進行切片來產生多個切片。切片332具有嵌入在主表面306、308之間的週期性塗覆表面329(對應於多個片段)。由於堆疊件330的對角線切割，因此塗覆表面329相對於主表面306、308成傾斜角φ。可以看出，對於(包含成對塗覆表面329的)每個片段，塗覆表面329中的第一個形成PBS 314，並且塗覆表面329中的第二個形成PBS 316。優選地對(用作基板302的光波入射和出射表面的)主表面306、308進行拋光以提高光學品質。

在圖27E中還示出了平面134和136的示例，隨後可以沿著平面134和136對切片332進行切割(切片)以產生單獨的部段340和基板302(類似於先前貫穿本發明內容所述，例如參照圖4E和圖4F)。注意，相鄰片段之間的透明板120優選地具有(與其他透明板120相比的)增加的厚度，以在來自被切割平面134分開的相鄰片段的塗覆表面329之間提供附加的空間。

類似於參照圖19所述，施加(對應於延遲板318、324的)波片、(對應於柱面透鏡320、322a、322b和322c的)光學器件和(對應於檢測器326a、326b和326c的)檢測器裝置的步驟優選地在切片級上執行。

圖27F示出了(光學)透明和/或可移除板350、360、370、380和390的佈置，它們分別承載(即保持)檢測器326a、326b、326c，柱面透鏡320，延遲板318，延遲板324以及柱面透鏡322a、322b、322c。

承載延遲板318(優選地四分之一波片)的板370與切片332的主表面308對準，使得每個相應延遲板318與形成PBS 314的塗覆表面329中的相應塗覆表面相關聯。在延遲板318與形成PBS 314的塗覆表面329之間存在一一對應關係。在對準後，將延遲板318經由光學黏合劑(即，膠合劑)光學附接到表面308，以將延遲板318結合到切片332。如果板370可移除，則可以在附接延遲板318之後將板370移除。替選地，如果板370(對於由光源12a、12b和12c發射的光)是光學透明的，則可以將板370本身經由光學黏合劑結合到切片332。

接下來，將承載柱面透鏡320的板360與延遲板318對準，使得每個相應柱面透鏡320與延遲板318中的相應延遲板相關聯。在柱面透鏡320與延遲板318之間存在一一對應關係。柱面透鏡320被部署成使得柱面透鏡320的伸長方向與切片332的第二伸長方向一致。在對準之後，經由光學黏合劑(即，膠合劑)將柱面透鏡320光學地附接到延遲板318，以將柱面透鏡320結合到切片332。如果板360是可移除的，則可以在附接柱面透鏡320之後將板360移除。替選地，如果板360(對由光源12a、12b和12c發射的光)是光學透明的，則可以將板360本身經由光學黏合劑結合到延遲板318或板370。

接下來，將承載檢測器326a、326b和326c的板350與柱面透鏡320對準。將檢測器326a、326b和326c以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置在板350上。行任意地對應於切片332的第一伸長方向，而列任意地對應於切片332的第二伸長方向。在列與柱面透鏡320之間存在一一對應關係，使得每個相應柱面透鏡320與相應列相關聯。陣列的每一列包括N+1組檢測器，其中，每個組由一個檢測器326a、一個檢測器326b和一個檢測器326c組成，並且其中，N是表示平面136的數目的整數(即，N+1是將由每個部段340產生的基板302的數目)。每個組內的檢測器326a、326b和326c的順序在各組之間保持一致。

將板350與柱面透鏡320對準，使得每一列的檢測器326a、 326b和326c與柱面透鏡320中的相應透鏡相關聯。在對準之後，檢測器326a、326b和326c經由例如黏合劑(例如光學膠)耦合到柱面透鏡320。類似於先前參照圖16A至圖16C和圖19所述，板350可以包括導電載體箔，該箔為檢測器326a、326b和326c提供導電接觸點。替選地，箔可以用作檢測器326a、326b和326c的臨時保持器，並且可以在檢測器326a、326b和326c附接到柱面透鏡320之後被去除。在這種情況下，可以將具有導電元件的導電表面附接到檢測器326a、326b和326c中的每一個。

承載延遲板324(優選地為四分之一波片)的板380與切片332的主表面306對準，使得每個相應延遲板324都與形成PBS 316的塗覆表面329中的相應塗覆表面相關聯。在延遲板324與形成PBS 316的塗覆表面329之間存在一一對應關係。在對準之後，將延遲板324經由光學黏合劑(即，膠合劑)光學附接到表面306，從而將延遲板324結合到切片332。如果板380是可移除的，則可以在附接延遲板324之後將板380移除。替選地，如果板380(對於由光源380a、12b、12b和12c發射的光)是光學透明的，則可以將板380本身經由光學黏合劑結合到切片332。

接下來，將承載柱面透鏡322a、322b和322c的板390與延遲板324對準。將柱面透鏡322a、322b和322c部署成使得柱面透鏡322a、322b和322c的伸長方向與切片332的第一伸長方向一致(即，柱面透鏡322a、322b和322c與柱面透鏡320正交定向)。柱面透鏡322a、322b和322c以具有若干行和列的二維陣列或柵格佈置在板350上。與檢測器326a、326b和326c的陣列類似，行任意地對應於切片332的第一伸長方向，而列任意地對應於切片332的第二伸長方向。列與延遲板324之間存在一一對應關係，使得每個相應延遲板324與相應列相關聯。與檢測器326a、326b和326c的陣列類似，陣列的每一列包括N+1組透鏡，其中，每一組由一個柱面透鏡322a、一個柱面透鏡322b和一個柱面透鏡322c組成。每個組內的柱面透鏡322a、322b和322c的順序在各組之間保持一致。將板390與延遲板324對準，使得每一列的柱面透鏡322a、322b和322c與延遲板324 中的相應延遲板相關聯。在對準之後，柱面透鏡322a、322b和322c經由光學黏合劑(即，膠合劑)光學地附接至延遲板324，以將柱面透鏡322a、322b和322c結合到切片332。如果板390是可移除的，則在附接柱面透鏡322a、322b和322c之後可以移除板390。替選地，如果板390(對於由光源12a、12b和12c發射的光)是光學透明的，則可以將板390本身經由光學黏合劑結合到延遲板324或板380。

注意，參照圖27F描述的對準和附接步驟通常可以以任何循序執行，只要保持成組柱面透鏡、延遲板、PBS與檢測器組之間的整體對準和關聯即可。在將由板350、360、370、380和390承載的部件(直接地或者經由板所承載的其他部件間接地)附接到切片332後，可以沿平面134對切片332進行切割(圖27E)，以產生多個部段340，其中，每個部段由成對塗覆表面329組成。然後，可以將每個部段340沿著平面136進行切割以產生基板302，每個基板302都具有如參照圖23至圖26所示和所述的附接部件。

如所討論的，光學裝置300響應於來自偏振光束14a、14b和14c的照射，提供近似圓形(對稱)的準直偏振輸出光束15a、15b和15c。為了組合輸出光束15a、15b和15c，可以將光學裝置300與二向色光束組合器組合以產生顏色組合輸出光束。由於光學裝置300提供了用於功率監測、準直和減小光束發散(即生成對稱光束)的功能，因此光學裝置300特別適合與二色性光束組合器一起操作，其中二色性光束組合器限於顏色組合功能，例如圖2、圖6、圖7、圖9B、圖10B、圖10D和圖11B所示的二向色光束組合器。

圖28示出了包括光學裝置300和二向色光束組合器(在該說明性示例中實現為圖2所示的二向色光束組合器102)的光學系統/裝置400。光學裝置300與二向色光束組合器102在表面308和106處彼此光學耦合，表面308和106限定了兩個裝置之間的介面區域(介面平面)。可以將光學耦合實現為表面308與106之間具有氣隙或者在表面308與106 之間具有以折射率匹配材料填充的間隙的機械耦合。替選地，可以將光學裝置300與二向色光束組合器102經由表面308和106之間光學黏合劑層耦合。應當明顯的是，用於製造光學裝置300的透明板120(或透明板120和薄板121)和二向色光束組合器102應當具有相同的折射率，以使光束15a、15b和15c在光學裝置300與二向光束組合器102之間的介面區域的不期望的折射最小化。

到目前為止所描述的光學裝置可以用於需要微型顏色組合器的廣泛應用中。合適應用的示例包括但不限於：各種成像應用，例如，利用將圖像投影到近眼顯示器(near eye display，NED)、頭戴式顯示器(head mounted display，HMD)和平視顯示器(head-up display，HUD)的部件中的圖像投影儀的NED、HMD和HUD，蜂窩電話，緊湊型顯示器，3-D顯示器，緊湊型擴束器；以及非成像應用，例如平板指示器和掃描器。當用作這種採用需要偏振光照射以生成圖像像素的SLM微型顯示器的圖像投影儀的照射部件時，本實施方式的光學裝置可以具有特殊的價值。適用於NED、HMD和HUD應用的各種類型的圖像投影儀可以從魯姆斯有限公司(LUMUS Ltd.)(以色列)商購獲得。這些圖像投影儀可以採用各種棱鏡組件(包括照射棱鏡和準直棱鏡)以及反射顯示裝置(例如，LCoS)。本實施方式的光學裝置還可以與不可見光源一起使用，例如不可見雷射二極體，不可見雷射二極體對於需要多個不可見雷射光源的光雷達(light detection and ranging，LIDAR)型系統具有特殊的適用性。這樣的LIDAR類型的系統可以與本文描述的光學裝置結合使用，並且可以例如部署在車輛HUD環境中，例如安裝在車輛的儀錶板或風擋中。

作為對一個特別優選但非限制性的應用子集的說明，圖29示出了產生顏色組合輸出光束的光學裝置500以及與之結合的生成準直圖像的圖像投影儀設備502和從圖像投影儀裝置502接收注入的圖像的導光基板514，以形成光學系統。光學裝置500可以在結構上對應於相對於圖2、圖6、圖7、圖9B、圖10B、圖10D，圖11B、圖13、圖15、圖17、 圖18、圖20和圖28描述的任何光學裝置和對應部件。

現在將描述基板514和圖像投影儀裝置502的通用結構，然而，可以在以下PCT專利出版物中找到圖像投影儀裝置502和基板514的更詳細的描述，這些PCT專利出版物的全部公開內容通過引用併入本文：WO 2018/100582、WO 01/95027和WO 2008/023367。注意，本文所述的圖像投影儀裝置502和基板514僅是光學裝置100可以利用以獲得益處的圖像投影裝置和導光光學元件的示例。

圖像投影儀裝置502包括形成圖像準直棱鏡的兩個構成棱鏡504、506。偏振選擇分束器配置510(PBS 510)被部署在圖像準直棱鏡內。從光學裝置500輸出的光波112優選地作為s偏振光波進入棱鏡504。可以在光學裝置500與圖像投影儀裝置502之間部署一個或更多個延遲板，以實現期望的s偏振。s偏振光波被PBS 510朝向圖像顯示表面反射，在該圖像顯示表面上，s偏振光波入射在反射顯示裝置522(優選地實現為LCoS)上。與圖像明亮區域對應的像素以調變的旋轉偏振進行反射，以將光波從s偏振轉換為p偏振，從而使來自明亮像素的輻射在進入覆蓋延遲板的至少一部分的至少一個光波準直部件508之前透射穿過PBS 510，並且穿過至少一個延遲板(未示出)(優選地為四分之一波片)，並且被反射回來穿過四分之一波片，以將光波轉換回s偏振。然後，s偏振光波被PBS 510反射出棱鏡506，在那裡它們進入基板514。

基板514通常包括彼此平行的至少兩個主表面516和518、一個或更多個部分反射表面520以及用於將光耦合到基板514中的光學楔形元件512。來自圖像投影儀裝置502的輸出光波112通過光學楔形元件512進入基板514。射入光波(面對基板514)通過全內反射(total internal reflection，TIR)被捕獲在基板514中，如圖29所示。可以通過部分反射表面520或者通過衍射元件或任何其他合適的耦出裝置來實施捕獲的光波從基板514的耦出。光學楔形元件512僅是一種非限制性光學耦合配置的說明，並且其他元件和配置可以用於將來自圖像投影儀設備502的光耦合 到基板514中。

圖30A和圖30B示出了本發明內容的二向色光束組合器可以特別有用的另一非限制性應用子集。在此，將產生顏色組合輸出光束的光學裝置600與用於將光投射到光波導中的光學裝置進行組合，以形成光學系統(雷射掃描系統)。光學裝置600可以在結構上對應於相對於圖2、圖6、圖7、圖9B、圖10B、圖10D，圖11B、圖13、圖15、圖17、圖18、圖20和圖28描述的任何光學裝置和對應部件。

光源12a發射有色光束14a，該有色光束14a在入射到二向色光束組合器602的反射器之一上之前被微透鏡604(可以是圖13中的透鏡180a)準直。來自其他光源的、入射在二向色光束組合器602中的其他二向色反射器上的準直光束14b和14c僅被表示為箭頭。二向色光束組合器602將光束14a、14b和14c進行組合(如在本發明內容全文中詳細討論的)，以產生顏色組合輸出光束，並且將該輸出光束朝向中繼光學裝置606反射，該中繼光學裝置606起到使光束去準直和重新準直的作用(在輸出光束過準直的情況下)。成對掃描鏡608掃描輸出光束的角度以產生照射場。來自掃描鏡608的照射場由透鏡610成像到出射光瞳618(圖30B所示)上。在一些情況下，輸出光束的數值孔徑被微透鏡陣列612擴展。圖30B示出了雷射掃描系統的底部的側視圖，其中，輸出光束被PBS 614反射到反射透鏡616上，反射透鏡616使輸出光束準直並且將準直光束傳輸到出射光瞳618，出射光瞳618可以光學耦合到光波導，例如圖29的基板514。

順便指出，如果圖28的光學裝置400與雷射掃描系統一起使用以產生顏色組合輸出光束，則不需要微透鏡604和中繼光學裝置606，因為在組合之前各個有色光束是經過準直和對稱的，從而避免了將輸出光束去準直和重新準直的需要。

注意，對於在本文描述的示例中遵循特定偏振波路徑的每種情況，偏振是可互換的，從而在交換各種選擇性反射表面(例如，反 射器204a、204b、204c和204d、表面214、PBS 314、PBS 316等)的偏振選擇特性後，每次提及的p偏振光都可以用s偏振光代替，反之，每次提及的s偏振光都可以用p偏振光代替。

在整個檔中，提到了特定顏色的光，特別是紅光、綠光和藍光。此類光統稱為“有色光”。如討論的那樣，這些特定顏色中的每種顏色的光的中心波長都在可見光譜的特定對應光譜區域中，因此紅光的中心波長通常為638奈米(nm)──或大約為638nm，綠光的中心波長通常為532nm──或者大約532nm，以及藍光的中心波長通常為456nm──或者大約456nm。然而，這些特定波長僅是示例性的，並且可以從可見光譜的相關光譜區域中的任何位置選擇不同類型的有色光的特定波長，在藍光的情況下，該相關光譜區域大約在450nm至485nm的範圍內(但在某些情況下可能會延伸超出此範圍)，並且在綠光的情況下，該相關光譜區域大約在500nm至565nm的範圍內(但在某些情況下可能會延伸超出此範圍)，並且紅光的情況，該相關光譜區域大約在625nm至740nm的範圍內(但在某些情況下可能會延伸超出此範圍)。本發明內容的光束組合器的反射器的塗層應當被設計成對於針對對應有色光選擇了任何特定中心波長和波長範圍都實現期望的反射率和透射率。

另外，儘管已經在將可見光(特別是紅光、綠光和藍光)進行組合的上下文下描述了本發明內容的實施方式，但是由本發明內容的光束組合器實現的光束組合功能可以等同地應用於將可見光譜中其他成組顏色的光或者來自電磁譜中其他區域(包括例如紅外(infrared，IR)區域、近紅外(near-infrared，NIR)區域等)的光束進行組合。

本發明內容的各種實施方式的描述已經出於說明的目的被呈現，但是不旨在窮舉或者限於所公開的實施方式。在不脫離所述實施方式的範圍和精神的情況下，許多修改和變型對於本領域的普通技術人員將會是明顯的。選擇本文使用的術語是為了最佳地解釋實施方式的原理、實際應用或對市場中發現的技術的技術改進，或者使本領域其他技術人員 能夠理解本文公開的實施方式。

除非上下文另有明確規定，否則如本文所使用，無量詞修飾詞包括複數指代。

在本文中使用詞語“示例性”來表示“用作示例、實例或說明”。被描述為“示例性”的任何實施方式不必然被解釋為比其他實施方式優選或有利以及/或者排除併入來自其他實施方式的特徵。

應理解，為清楚起見而在分開的實施方式的上下文中描述的本發明的某些特徵也可以在單個實施方式中組合地提供。反之，為簡化起見而在單個實施方式的上下文中描述的本發明的各個特徵也可以單獨地提供或以任何合適的子組合提供，或者適用於本發明的任何其他描述的實施方式。在各種實施方式的上下文中描述的某些特徵不應被認為是這些實施方式的必要特徵，除非該實施方式在沒有這些元件的情況下不起作用。

就在沒有多項引用的情況下撰寫所附申請專利範圍來說，這樣做僅是為了適應不允許這樣的多項引用的司法管轄區的形式要求。應當注意，通過使請求項多項引用而隱含的特徵的所有可能組合被明確地設想並且應該被認為是本發明的一部分。

儘管已結合本發明的特定的實施方式描述了本發明，但是對於本領域普通技術人員來說，許多替選、修改及變型是明顯的。因此，旨在涵蓋落入所附申請專利範圍的精神和寬範圍內的所有這樣的替選、修改和變型。

102:二向色光束組合器(光學裝置)

12a,12b,12c:光源

14a,14b,14c,112:光線(束)

16a,16b,16c:準直光學器件(透鏡或透鏡組)

100:光學裝置

103:基板

104a,104b,104c:反射表面(反射器)

106,108,109,110:表面

126a,126b,126c:塗覆表面

Claims (41)

1. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

   將多個塗覆表面佈置成堆疊，以呈現包括片段序列的週期性構造，所述片段序列包括第一片段，並且所述週期性構造通過將所述第一片段重複設定次數來形成，所述第一片段包括：

   第一塗覆表面，其反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，

   第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有所述第一波長範圍內的波長的光，以及

   第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，透射或反射具有所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光；

   將所述堆疊進行切片以形成具有至少兩個平行主外表面和多個相鄰部段的切片，每個部段具有在所述兩個主外表面之間的來自所述週期性構造的一個片段的塗覆表面；以及

   將所述切片切割至少一次以由每個部段形成至少一個基板，所述至少一個基板中的每個基板具有至少兩個平行主表面以及在所述兩個主表面之間的來自所述週期性構造的單個片段的塗覆表面。
2. 如請求項1所述的方法，其中，通過將反射塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成所述第一塗覆表面。
3. 如請求項1所述的方法，其中，通過將第一二向色塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成所述第二塗覆表面，並且其中，通過將第二二向色塗層施加到與至少一個透明板相關聯的表面來形成所述第三塗覆表面。
4. 如請求項1所述的方法，還包括：

   同時拋光所述切片的兩個主外表面。
5. 如請求項1所述的方法，其中，所述至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有與所述伸長方向平行的傳播方向的組合光束。
6. 如請求項1所述的方法，其中，將所述切片切割至少一次包括：

   沿著垂直於所述切片的兩個主外表面的至少一個平面切割所述切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段。
7. 如請求項6所述的方法，還包括：

   拋光通過沿著所述至少一個平面將所述切片進行切片而形成的至少一個表面。
8. 如請求項6所述的方法，其中，將所述切片切割至少一次還包括：

   沿著垂直於所述至少一個平面以及所述切片的兩個主外表面的至少一個第二平面將所述單個部段進行切片，以形成所述至少一個基板。
9. 如請求項6所述的方法，還包括：

   沿著傾斜於所述至少一個平面的平面將所述至少一個基板中的基板進行切片以形成平坦表面；以及

   拋光所述平坦表面並且用反射塗層塗覆所述平坦表面，以對具有所述第一波長範圍、所述第二波長範圍或所述第三波長範圍內的波長的光是反射性的，使得所述基板被配置成輸出具有垂直於所述基板的伸長方向並且平行於所述基板的兩個主表面的傳播方向的組合光束。
10. 如請求項1所述的方法，其中，所述第三塗覆表面反射具有在所述第三波長範圍內的波長的光並且透射具有在所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光。
11. 如請求項10所述的方法，其中，將所述切片切割至少一次包括：

    沿著垂直於所述切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割所述切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及

    沿著垂直於所述至少一個第一平面以及所述切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對所述單個部段進行切片，以形成所述至少一個基板，其中，所述至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於所述伸長方向的傳播方向的組合光束；

    並且其中，所述方法還包括：

    將長方體結構附接到在所述至少一個第一平面處形成的表面，所述長方體結構具有部署在傾斜於在所述至少一個第一平面處形成的表面的平面中的反射表面，所述反射表面被配置成使所述組合光束沿著垂直於所述伸長方向並且平行於所述主外表面的方向偏轉。
12. 如請求項1所述的方法，其中，所述第三塗覆表面透射具有在所述第三波長範圍內的波長的光並且反射具有在所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光。
13. 如請求項12所述的方法，其中，將所述切片切割至少一次包括：

    沿著垂直於所述切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割所述切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及

    沿著垂直於所述至少一個第一平面以及所述切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對所述單個部段進行切片，以形成所述至少一個基板，其中，所述至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於所述伸長方向的傳播方向的組合光束；

    並且其中，所述方法還包括：

    將長方體結構附接到所述兩個主外表面中的一個主外表面的一部分，所述長方體結構具有部署在傾斜於所述兩個主外表面的平面中的 反射表面，所述反射表面被配置成使所述組合光束沿著垂直於所述伸長方向並且平行於所述主外表面的方向偏轉。
14. 如請求項1所述的方法，其中，所述第一片段還包括：第四塗覆表面，所述第四塗覆表面反射具有在所述第一波長範圍、所述第二波長範圍或所述第三波長範圍內的波長的光。
15. 如請求項14所述的方法，其中，將所述切片切割至少一次包括：

    沿著垂直於所述切片的兩個主外表面的至少一個第一平面切割所述切片，以形成包括恰好一個片段的單個部段，以及

    沿著垂直於所述至少一個第一平面以及所述切片的兩個主外表面的至少一個第二平面對所述單個部段進行切片，以形成所述至少一個基板，其中，所述至少一個基板中的每個基板具有伸長方向並且被配置成輸出具有平行於所述伸長方向的傳播方向的組合光束；

    並且其中，所述方法還包括：

    將長方體結構附接到所述兩個主外表面中的一個主外表面的一部分，所述長方體結構具有部署在傾斜於所述兩個主外表面的平面中的反射表面，所述反射表面被配置成使所述組合光束沿著垂直於所述伸長方向並且平行於所述主外表面的方向偏轉。
16. 如請求項1所述的方法，還包括：

    將第一板與所述切片的兩個主外表面中的第一主外表面對準，所述第一板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及

    將第二板與所述切片的兩個主外表面中的第二主外表面對準，所述第二板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每 個片段，所述第四塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個透鏡相關聯。
17. 如請求項1所述的方法，還包括：

    將第一板與所述切片的兩個主外表面中的第一主外表面對準，所述第一板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。
18. 如請求項17所述的方法，還包括：

    將第二板與所述切片的兩個主外表面中的第二主外表面對準，所述第二板具有二維檢測器陣列，所述二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。
19. 如請求項17所述的方法，還包括：

    將至少一個延遲板附接到所述切片的兩個主外表面中的第二主外表面；以及

    將第二板與所述延遲板對準，所述第二板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。
20. 如請求項19所述的方法，還包括：

    將第三板與所述第二板對準，所述第三板具有二維檢測器陣列，所述二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，所述第二塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。
21. 如請求項20所述的方法，還包括：

    將多個延遲板部署在所述堆疊中，使得所述第一片段包括至少一個延遲板。
22. 如請求項1所述的方法，還包括：

    將板與所述切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，所述板具有二維檢測器陣列，所述二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。
23. 如請求項22所述的方法，其中，所述板還包括導電載體箔，所述導電載體箔承載所述板上的檢測器。
24. 如請求項22所述的方法，還包括：

    將導電表面附接到所述板，所述導電表面包括多個電接觸點，每個接觸點與所述檢測器中的相應檢測器相關聯。
25. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，所述多個塗覆表面包括：

    至少一個第一塗覆表面，其至少反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有所述第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光，以及

    至少一個第四塗覆表面，其反射具有所述第一波長範圍、所述第二波長範圍或所述第三波長範圍內的波長的光，

    其中，所述第一片段具有所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面、恰好一個第三塗覆表面以及所述至少一個第四塗覆表面中的恰好一個第四塗覆表面；

    將所述堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有所述兩個主外表面之間的一個片段的塗覆表面；以及

    將所述切片切割至少一次，以由所述至少一個部段中的每個部段形成至少一個基板，所述至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及在所述兩個主表面之間的來自單個片段的塗覆表面。
26. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，所述多個塗覆表面包括：

    至少一個第一塗覆表面，其透射以第一偏振方向偏振的具有第一波長範圍內的波長的光並且反射以第二偏振方向偏振的具有所述第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第二塗覆表面，其透射以所述第一偏振方向偏振的具有第二波長範圍內的波長的光以及以所述第二偏振方向偏振的 具有所述第一波長範圍內的波長的光，並且反射以所述第二偏振方向偏振的具有所述第二波長範圍內的波長的光，

    至少一個第三塗覆表面，其透射以所述第一偏振方向偏振的具有第三波長範圍內的波長的光以及以所述第二偏振方向偏振的具有所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光，並且反射以所述第二偏振方向偏振的具有所述第三波長範圍內的波長的光，

    其中，所述第一片段包括所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及所述至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；

    將所述堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有在所述兩個主外表面之間的來自所述至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及

    將延遲板附接到所述切片的兩個主外表面中的一個主外表面。
27. 如請求項26所述的方法，還包括：

    將所述切片切割至少一次，以由所述至少一個部段中的每個部段形成至少一個基板，所述至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及在所述兩個主表面之間的來自所述週期性構造的單個片段的塗覆表面。
28. 如請求項26所述的方法，還包括：

    將第一板與所述延遲板對準，所述第一板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列 中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及

    將第二板與所述切片的兩個主外表面中的另一個主外表面對準，所述第二板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。
29. 如請求項28所述的方法，還包括：

    將第三板與所述第一板對準，所述第三板具有二維檢測器陣列，所述二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，所述第二塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述檢測器陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。
30. 如請求項28所述的方法，其中，所述多個塗覆表面還包括至少一個第四塗覆表面，所述至少一個第四塗覆表面是偏振選擇性的，並且其中，所述第一片段還包括恰好一個第四塗覆表面。
31. 如請求項30所述的方法，其中，所述至少一個第四塗覆表面透射以所述第一偏振方向偏振的光並且反射以所述第二偏振方向偏振的光。
32. 如請求項30所述的方法，其中，所述至少一個第四塗覆表面透射以所述第二偏振方向偏振的光並且反射以所述第一偏振方向偏振的光。
33. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，所述多個塗覆表面包括：

    至少一個第一塗覆表面，其至少反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有所述第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光，

    其中，所述第一片段包括所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及所述至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；

    將所述堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有在所述兩個主外表面之間的來自所述至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及

    將具有二維透鏡陣列的板與所述切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三透鏡相關聯。
34. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    獲得多個透明板；

    向與所述透明板相關聯的至少一個第一表面施加偏振選擇性塗層，以形成至少一個第一塗覆表面；

    向與所述透明板相關聯的至少一個第二表面施加第一色偏振選擇性塗層，以形成至少一個第二塗覆表面；

    向與所述透明板相關聯的至少一個第三表面施加第二色偏振選擇性塗層，以形成至少一個第三塗覆表面；

    將所述板佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，其中，所述第一片段包括所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及所述至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；

    將所述堆疊進行切片以形成具有至少第一主外表面和第二主外表面以及至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有在所述主外表面之間的來自所述至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；

    將第一板與所述第一主外表面或所述第二主外表面對準，所述第一板具有二維透鏡陣列，所述二維陣列以與第一偏振方向相關聯的第一定向被佈置，並且被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三透鏡相關聯；以及

    將第二板與所述切片的兩個主外表面中的另一個主外表面對準，所述第二板具有二維透鏡陣列，所述二維透鏡陣列以與第二偏振方向相關聯的第二定向被佈置，並且被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第一透鏡相關聯，所述第二塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第二透鏡相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述第二板的陣列中的至少一個第三透鏡相關聯，其中，所述第二定向和所述第二偏振方向分別與所述第一定向和所述第一偏振方向正交。
35. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    將多個塗覆表面佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，所述多個塗覆表面包括：

    至少一個第一塗覆表面，其至少反射或透射具有第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第二塗覆表面，其反射具有第二波長範圍內的波長的光並且透射具有所述第一波長範圍內的波長的光，

    至少一個第三塗覆表面，其反射或透射具有第三波長範圍內的波長的光，並且透射或反射具有所述第一波長範圍或所述第二波長範圍內的波長的光，

    其中，所述第一片段包括所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及所述至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面；

    將所述堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有在所述兩個主外表面之間的來自所述至少一個片段中的一個片段的塗覆表面；以及

    將板與所述切片的兩個主外表面中的一個主外表面對準，所述板具有二維檢測器陣列，所述二維檢測器陣列被佈置成使得對於每個片段，所述第一塗覆表面與所述陣列中的至少一個第一檢測器相關聯，所述第二塗覆表面與所述陣列中的至少一個第二檢測器相關聯，並且所述第三塗覆表面與所述陣列中的至少一個第三檢測器相關聯。
36. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    獲得多個透明板和至少一個延遲板；

    將多個塗覆表面和所述至少一個延遲板佈置成具有至少一個片段的堆疊，所述至少一個片段包括重複至少一次的第一片段，所述多個塗覆表面包括：

    至少一個第一塗覆表面，其通過向與所述透明板相關聯的至少一個表面施加偏振選擇性塗層來形成；

    至少一個第二塗覆表面，其通過向與所述透明板相關聯的至少一個表面施加第一色偏振選擇性塗層來形成；

    至少一個第三塗覆表面，其通過向與所述透明板相關聯的至少一個表面施加第二色偏振選擇性塗層來形成；

    其中，所述第一片段包括所述至少一個第一塗覆表面中的恰好一個第一塗覆表面、所述至少一個第二塗覆表面中的恰好一個第二塗覆表面以及所述至少一個第三塗覆表面中的恰好一個第三塗覆表面以及所述至少一個延遲板中的一個或更多個延遲板；以及

    將所述堆疊進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和至少一個部段的切片，所述至少一個部段具有在所述兩個主外表面之間的來自所述至少一個片段中的一個片段的塗覆表面和至少一個延遲板。
37. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    獲得多個透明板；

    向與所述透明板相關聯的多個表面施加偏振選擇性塗層，以形成多個塗覆表面，所述多個塗覆表面透射以第一偏振方向偏振的至所述塗覆表面的入射光，並且反射以與所述第一偏振方向正交的第二偏振方向偏振的至所述塗覆表面的入射光；

    將所述板佈置成堆疊，使得所述塗覆表面相互平行；

    將所述堆疊進行切片，以形成包括至少第一主外表面和第二主外表面以及多個相鄰部段的切片，每個部段包括所述第一主外表面與所述第二主外表面之間的塗覆表面中的恰好兩個塗覆表面；

    將第一延遲板陣列附接到所述第一主外表面或所述第二主外表面，使得對於每個部段，所述部段的兩個塗覆表面中的第一塗覆表面與所述第一延遲板陣列中的延遲板中的相應延遲板相關聯；

    將第二延遲板陣列附接到所述第二主外表面或所述第一主外表面，使得對於每個部段，所述部段的兩個塗覆表面中的第二塗覆表面與所述第二延遲板陣列中的延遲板中的相應延遲板相關聯；

    將以第一定向部署的第一透鏡陣列附接到所述第一延遲板陣列，使得對於每個部段，所述部段的兩個塗覆表面中的第一塗覆表面與所述第一透鏡陣列中的透鏡中的相應透鏡相關聯；以及

    將以與所述第一定向正交的第二定向部署的第二透鏡陣列附接到所述第二延遲板陣列，使得對於每個部段，所述部段的兩個塗覆表面中的第二塗覆表面與所述第二透鏡陣列中的透鏡中的相應透鏡相關聯。
38. 一種用於製造光學裝置的方法，所述方法包括：

    將多個塗覆表面佈置成堆疊，以呈現包括片段序列的週期性構造，所述片段序列包括第一片段，並且所述週期性構造通過以設定次數重複所述第一片段來形成，所述第一片段包括第一塗覆表面和第二塗覆表面，所述塗覆表面中的每一個被配置成透射某些類型的光並且反射其他類型的光；

    將所述堆疊以相對於所述塗覆表面的傾斜角進行切片，以形成具有至少兩個主外表面和多個相鄰部段的切片，每個部段具有在所述兩個主外表面之間並且相對於所述兩個主外表面傾斜的來自所述週期性構造的一個片段的塗覆表面；以及

    將所述切片切割至少一次，以由每個部段形成至少一個基板，所述至少一個基板中的每個基板具有至少兩個主表面以及嵌入在所述兩個主表面之間的來自所述週期性構造的單個片段的塗覆表面，其中，用於產生所述塗覆表面的塗層和所述傾斜角使得對於所述至少一個基板中的每個基板，被所述塗覆表面透射和反射的光作為未引導的光傳播通過所述基板。
39. 如請求項38所述的方法，其中，所述第一塗覆表面被配置成透射具有第一波長範圍內的波長的光並且反射具有第二波長範圍內的波長的光，並且其中，所述第二塗覆表面被配置成透射具有所述第一波長範圍內的波長的光和所述第二波長範圍內的光，並且反射具有第三波長範圍內的波長的光。
40. 如請求項38所述的方法，其中，所述第一塗覆表面被配置成透射相對於所述第一塗覆表面具有沿第一偏振方向的偏振的光，並且反射相對於所述第一塗覆表面具有沿與所述第一偏振方向正交的第二偏振方向的偏振的光，並且其中，所述第二塗覆表面被配置成透射相對於所述第二塗覆表面具有沿所述第一偏振方向的偏振的光，並且反射相對於所述第二塗覆表面具有沿所述第二偏振方向的偏振的光。
41. 如請求項38所述的方法，其中，所述第一塗覆表面和所述第二塗覆表面二者均被配置成透射具有第一波長範圍內的波長的光並且反射具有第二波長範圍內的波長的光。

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