TW523610B - Optical devices employing beam folding with polarizing splitters - Google Patents
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Description
523610 A7 ________B7 五、發明 (1 ) ~ ~'~ 技術領域. 本發明係關於光學系統,尤其係關於用以折疊光線以增 加其光線長度之裝置。 背景 許多用以處理光線之裝置係具有相當大的尺寸限制,尤 其係針對在裝置内部需要較長光線長度之裝置。 一種常見用以增加光學裝置中之光線長度的技術,便係 在裝置内部來折疊光線。舉例來說,雙筒望遠鏡通常係將 反射光線以“ Z”字形來加以反射,以增加光學長度,同時 保持其較小的實體長度。許多反射式相機係採用五稜鏡, 而得以在較小的相機主體中來增加其鏡頭的光學長度。各 種投影系統係可以藉由在内部折疊其光線,而使得在投影 器與營幕之間距離較短的情況下,可以得到較寬的偏移角 度。舉例來說,投影式電視接收器係經常會採用具有特定 形狀之面鏡,以將由電子鎗行進至螢幕的光線加以折疊。 猫準器及其他類型的裝置係可以藉由在裝置中折疊入射光 線來增加光線的長度。抬頭顯示器及頭戴式軍事光學裝 置,係需要在很小體積中具有多種光學功能。其他類型的 射線,諸如X射線及電子束,係可以藉由在適當裝置中來進 行折疊。 。午夕習知裝置係藉由平面鏡或其他反射器來折疊光線。 以習知反射器所構成之光線折疊器係無法節省較大的空 間。亦即,此一裝置之至少一實聽尺寸係在該裝置的邊界 尺寸内保持相當大部分的有效光學長度。其他習知的折疊 -4- 523610 A7 B7 ==光線分離器。這些裝置係可相較於其實體尺 寸而大f地增加光學長度。然而,光線分離器通常係具有 低光學效率之缺點。輸ά光線之強度通常 :::r小的比例部分。此外,此類裝置在其内= 法執仃,、他的光學功能。其僅具有的魏便係增加路徑長 度;其他的光線操作係必須分開地完成,因而增加了該 之總體積。 發明摘要 本發明係提供一種光學梦晉1 # π 、 很尤子裝置,具係可以在有限的體積中 來增加光線長度,其係制極化光線分離器來重極化或變 換一入射光線之極性,藉此在一定的實體空間中可以提供 較大的光學操縱性。某些裝置係利用極化之光線,而其他 裝置則係以非極化光線來操作。 依照本發明之裝置,其係包括一個或多個極化光線分離 态’每一分離器係具有一通過軸,可以使一入射光線之極 陘通過该分離器,以及一反射軸,其可將不同極性之光線 由《亥刀離态來將其沿著不同方向來反射。採用本發明之裝 置亦包括一個或多個重極化反射器,亦即,可以同時改變 入射光線之方向及其極性之反射器。這些元件係設計成可 使一進入裝置之光線穿透,使得一個或多個分離器會由於 光線之極性在一個或多個反射器中改變而使該光線通過或 反射。 本發明係可應用在光學系統乏許多用途上,諸如投影 為、映像器、準直儀,以及光學及類似射線之操縱。在此 本紙張尺度適用中_家標準(CNS) A4規格( X 297公爱)
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523610 五、發明説明( 長及類型之放射性能量 所用之“光學,,及“光線,,等詞,係廣義地涵蓋具有任何波 圖式 圖係顯示光學元件, 觀念 以說明在本發明t所使用 之 圖2係光線折疊裝置之概要示意圖,其中顯示本發明之直 中一種型式。 八 圖3.1係本發明另一型式之概要示意圖。 之裝置的混合 圖3.2係顯示一種使用多個如圖3」所示型式 裝置。 圖4-9係本發明其他型式之概要示意圖。 裝 圖1(M1係使用在本發明中之極化光線分離器的視圖。 背景環境 訂 圖1.1至1.4係顯示用以闡述本發明之習知元件及觀念。一 進入元件或裝置之光線或射線,在此係稱之為入射光線。 當光線部分離開裝置時則係稱之為離開,並且離開光線一 詞稱之。在圖式中係以細線來顯示光線。當一光線碰到裝 置中之一元件或其一表面時,其係具有方向、極性及/或其 他特性。當在圖式中指示極性時,箭頭及圓圈係表示不同 的極性方向及模式。這些方向係任意的,且不同的符號僅 係用以標示所指定之極性模式彼此的不同。舉例來說,一 稱之為水平極性之光線,係可相對於一光學裝置而具有任 意方向;該標示僅具有的意義係-在於,其極性係相反於在 相同裝置中被稱之為垂直極化之光線。術語“S”及“P,,有 -6 - 本紙張尺度適財s g家料(CNS) A4規格(21QX 297公愛) 523610 A7 ____ B7 五、發明説明(4 ) 時係使用在這些模式中.極性亦可以在彼此相反的右側及 左側圓圈及橢圓模式中發生。以下之說明主要係著重在電 磁波之光學範圍内的光線。本發明亦可以應用在其他範圍 的電磁射線,諸如X光或無線電波。其亦可以應用在不同種 類的波,諸如聲音能量波。諸如反射器及分離器之光學元 件’乃係熟習此一技術領域者所習知的。 圖1.1係顯示一典型五稜鏡光學裝置的概要示意圖,其係 用以增加一單眼反射式相機之鏡頭的光學長度,其整體以 70件標號110所標示。一入射光線或射線U1係進入至相機 透鏡112 ’並且由位在薄膜平面前面之樞接面鏡所反 射。該光線係穿過下表面丨15丨而進入至五稜鏡115,然後 會碰到在表面115.2上之反射性覆層。光線係會反射至另一 表面115.3,該表面亦具有一反射性覆層。表面1152及 115.3係呈角度配置’使得光線係以垂直於其進入稜鏡之方 向而穿過後表面115.4來離開該稜鏡。鏡頭透鏡116接著便 可以構成一可供觀看者觀看的直立影像。 藉由,光線111之行經距離便可遠大於僅在面鏡117處之 反射光線111所會具有之距離。該五稜鏡係將光線i i i加以 折疊,使得其在稜鏡裝置中之長度係會遠大於裝置之實體 尺寸。該尺寸通常係裝置之實體長度或寬度。在稜鏡115 中,相關的尺寸係由進入表面i i 5 ·丨至點i i 7之距離,再加 上由點117至離開表面115.4之距離。換言之,可應用尺寸 係該光線在裝置中若未被折疊之狀態下的行進距離。因 此,折疊係會造成光學長度大於裝置之實體長度。在本說 本紙張又度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2ΐ〇χ 297公釐) 五、發明説明(5 ) ;- 明書中所用之“光線長度,,一詞,·係指一光線在裝置内部 7行經之距離。在光學技術中,所謂的“路徑長度,,便係 才曰此光學距離,但其亦將光線所通過之材料的折射率考 慮在内。在本說明書中,兩長度之差異係相當小。 圖1.2係一習知極化光線分離器12〇之概要視圖。一具有由 箭頭122所示之極性之入射光線121係穿透或通過分離器, 而成為具有與該入射光線大致相同方向之離開光線123。一 具有不同或相反極性(如圓圈125所示)之入射光線1241或 124.2,係會由分離器所排除,亦即,沿不同之方向來加以 反射,如圖所示之離開光線分離器傳送或通 過之光線的極性模式係稱之為通過軸;而其排斥或反射之光 線的極性模式則係稱之為反射軸。一極化光線分離器之通 過及反射軸大體上係彼此垂直,然而其亦可相對於彼此而 具有某些角度。針對圓形極性,該通過軸可以係一右側極 性模式,而反射軸則可以係相反的左側極性模式。換言 之,所謂“軸”並不一定是一線性或其他字義上的方向,其 亦可以視為與極性模式具有相同的意義。 極化光線分離器係可以由數種方式來建構,諸如以一種 在玻璃或可提供結構強度之其他透明基質128上具有一極化 光線-分離功能之反應層127來構成。雖然在此係描述某些 特定的型式,然而任何結構型式皆可以與本發明相配合。 在此所說明之分離器係可以使一光線極性模式穿透且保持 其方向不變,並且以相同於其入-射角度之另一相反模式來 加以反射。然而,重點在於,不同的極性係可以區分成具 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523610 A7 --—_ B7五、發明説明(6 ) 有不同方向或位置之光線。因此,在此所用之通過軸及反 射軸一詞,係以一般性的認知來標示分離器在一給定極性 之波上所具有的不同作用方向,在此並未限制不同極性在 特定方向或角度上之穿透及反射。 圖1.3係顯示一波狀雙極性元件13〇。此一元件係可使一通 過忒兀件之波形相位有某程度的改變,通常係以一波長或 一角度的比例來表示。舉例來說,在以標號13〇概要顯示之 板體中,入射光線13 1係以13 2所示之相位來碰觸到板體, 並且以134所示之延遲相位來顯現為一離開光線133。圖上 亦顯不一未通過板體之參考光線135,以成為比較之用。該 離開光線133之相位134係相對於參考光線之相位136而呈 180度或者係相位之半個波長。因此,板體13〇便可稱之為 半波延遲器。其他相位量值亦相同;例如,四分之一板(9〇 度)延遲器係可使用在許多應用中。延遲器係具有改變一入 射波或光線之極性模式的功效。舉例來說,當適當定位 時’一個半波延遲器係可以將水平極化光線轉換或旋轉成 一垂直極化的光線,且反之亦然。右側及左側圓圈或橢圓 形極化波亦可以藉由一半波延遲器而相互轉換成其相反的 極性。某些特定型式之延遲器將說明如下,但仍可以採用 其他任何類型的延遲器。再者,可以改變一波形極性之其 他習知方法亦可使用在本發明中。 圖1.4係本發明用以執行兩種操作模式之單一光學元件i4〇 之一型式的放大部分視圖。元件—140,稱之為反射重極化 器,係可以同時反射一入射波14 1且修正其極性模式。光線
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線 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 523610 發明説明( 141首先係通過一層體142,其係可以將光線延遲其波長範 圍之四刀之一波長。接著,光線便由層體143反射,而形成 一具有與光線141之入射角度相同之離開光線144。由於 線係通過層體142兩次,因此其總延遲量便為半個波長,且 其極性模式係相反於入射光線141,與圖13所示者相同。 光、=141係由層體143之前表面145所反射。雖然亦可以採用 一背面反射器,然而一般使用前面反射器係較有效。此一 反射重極化器係可以在_單_光學元件中提供本說明内容 中之兩種加長路徑長度的操作,《中該單一光學元件係可 以延構且定位成-單—整體裝置,藉此可以同時節省成本 及工間。兩種無作方式亦可以幾乎同時來進行,使得不當 裝 的作用不會干擾到其對準性或相互的配合性。然、而,依照 本發明之-裝置’ |亦可以採用兩種分開的元件,以進行 光線之反射> 以及修正其極性;在此所用之”反射重極化器,,一 «司係/函蓋可以進仃這兩種功能之任何裝置或裝置的组 合。 、 詳細說明 圖2係概要地顯示—種光學裝置·,其係用以折疊-入 射先線201,以產生一具有光線長度大於相關之裝置尺寸 2〇3的離開光線。可由任何光源21〇發出之光線201係具有一 以心號204所;^不之極性。該光源本身亦可具有極性,或者 :傳統的析光器(未顯示)亦可設置在該入射光線進入路 徑或在裝置200内部之路徑上,甚-至係、設置在離開部位。該 極性模式係任意的;其可以係線性垂直或水平的,右側圓 -10-
523610 A7 B7 五、發明説明(8 ) 圈或左側圓圈等等。一極化光線分離器220係設置成使其反 射軸係位在光線201之極性模式上。因此,該光線便可以由 分離器220所反射。經反射之光線接著便會通過極化光線分 離器240,其中該極化光線分離器240之反射軸係垂直於該 分離器220之反射轴,且該光線係會碰到一反射重極化器 230。已具有不同或相反極性之光線係以標號205加以標 示,其接著便會碰觸到極化光線分離器240,其中該極化光 線分離器240之通過及反射軸係設計成使得該光線會被反 射。當光線再次碰到第一分離器220時,其極性便會與其通 過軸相對齊。因此,該光線便可以穿透該220,並且離開該 裝置220而成為一朝向一標的之離開光線202,其在圖上係 概要地以250來加以標示。為了方便說明,在圖2中係以相 同於標示光線之極性符號來標示該分離器之通過及反射 軸。若入射光線20 1之角度或位置改變,例如朝向圖2右 側’則入射光線可能會先碰到分離器240,該光線將會通該 分離器240而到達分離器220,並且將其反射至重極化器 230。該重極化器係可將光線反射回到分離器22〇,而該光 線將會通過該分離器220而碰到分離器240,並且在該處反 射而由裝置頂部離開。換言之,接觸之順序係可以改變, 但其功效則保持相同。 在裝置200中之光線210的光學長度係兩倍於裝置之實體 長度203,且不會有過大的光學損失。圖示之分離器22〇及 240係彼此垂直,並且相對於反奸重極化器23〇而呈對角配 置(亦即,大約45度之銳角),而呈現X-立方體的組合型式。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523610 A7 B7 五、發明説明(9 ) -— 相交之分離器的中心軸係彼此正交·:其中一者的反射軸係 與另-者之通過軸相同,且反之亦然。光線係碰觸每一分 離器兩次,且碰觸該重極化器一次。每一分離器係同時; 使光線在其路徑上的不同位置處來通過及反射。很明顯 地,兩分離器之中心軸係可以互換,或者係光線極性係^ 以旋轉的。在此例中,光線係會先通過分離器22(),然後在 分離器240處被反射。重極化器23〇亦可以放置在裝置之另 一側面。 用以作為極化光線分離器之大部分物質係等向性,且未 具有實質的通過軸及反射軸。某些材料,諸如可換性塑夥 片(例如,由明尼蘇達礦業及製造公司以,,Dual Bnghtnew
Enhancmg Fllm,’(DBEF)名稱所販售),其本身係具有異向 性,且可以在本發明中作為極化光線分離器。換言之,該 材料本身係具有通過軸及反㈣,並且不需要額外的元 件諸如半波延遲器,來構成一極化光線分離器。此一特 f可以大大地減少重量及尺寸。DBEF薄膜在可見光範圍中 係具有良好的功效,並且具有較大的接受角度,且成本較 低。用以製造該薄臈之方法將在下文中參考圖10來加以說 明。 。裝置200如可以應用在,例如,一投影系統中。光源2⑺ 可以係-投影器,且朝向一螢幕25〇來發射。整個系統係可 以安裝影像後面,且其損失很小。 圖3.仏一 $置3〇〇之概要示意圖一,其係具有一類似於圖2 裝置200的結構。光源310係可發射一未極化之光線301- -12-
523610 A7 __ B7 五、發明説明(1Q ) 換言之’同時具有水平及垂直極性部分之光線,如3 〇2所標 示者。光線之一部分303係會在極化分離器320處被反射, 通過分離器340,在重極化器330處以相反極性反射,在分 離器340處被反射,通過分離器320,而以離開光線3〇4打向 標的350,此與裝置2〇〇相同。元件320、330及340係設計成 具有與元件220、230及240相同的方向;換言之,分離器 320之通過軸及反射軸係可以與分離器34〇互換。入射光線 3〇1其具有不同於部分303之極性的另一部分3〇5,係會通過 该分離為320 ’但在分離器340處係會被反射。接著,此一 部分便會碰觸到另一反射重極化器36〇,而改變其極性,使 其會通過該分離器340且由分離器320反射,並且以離開光 線306打向標的350。分離器32〇及34〇係可以由一本身具有 通過軸及反射軸之薄膜所製成,或者係由其他結構所製 成,諸如具有半波延遲器(圖上未顯示)之傾斜薄片或層體。 裝置300係具有許多用途。較為人所知的是一種長桿,其 係可用以作為一種多光線之高效率混合器。裝置3〇〇亦可以 作為由多光源310發出之多個入射光線3〇1之高效率混合 器,但僅具有一未經折疊之裝置的實體長度3〇7的一半,其 中該未經折疊之裝置係具有一相等的光線長度。若重極化 器330及360係以具有可變相位改變或延遲係數之重極化器 ^取代時,則裝置300便可以作為一種可變衰減器或調光 為。兀件371及372亦可表示傳統的可變衰減器或具有此用 途之其他控制器。在此例中,可:變延遲僅係將水平極性部 刀也改憂成垂直極性,或者反之亦然,使得分離器只會使 •13-
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碰觸到該分離器之不同入射曰 ^ „ 町往性之先線犯I的一部分地通 2反射。亦可串聯使用多個裝置·,以得到具有任何所 為要之動錢圍的複合裝置1由適#地 器,輸出光線便可以由一搞純L 』殳莖極化 換成另一極性。在寒置30 ° 、,J I由任意極性而轉 裝置3 〇〇之輸出表面上之可變延哭 如380)係可以藉由使—極性模式通過而控制離開光線之極 性。若僅有-重極化器’諸如33〇,係可變的,則兩 :串聯而構成-調光器’但僅需要-組控制電子裝置371。 當然,其所具有之限制係在於,可變衰減器僅可以係一 on/off開關一種相應於電子信號或其他媒介而選擇性地拇 閉光線之閘閥。 某些型式的極化光線分離器僅可以在一特別的波長波段 上有效地操作。若分離器32〇及34〇係僅可以在一種顏色或 其他範圍之波長上操作,則裝置3〇〇便可用以控制顏色的平 衡。舉例來說,若選擇反射重極化器,則在光線中之紅光 分量係可以受到控制,而不會影響到綠光及藍光。若此一 型式之裝置300係額外串聯具有綠光分離器以及藍光分離器 之另一裝置300,則複合的裝置便可以同時進行混合、調整 一顏色的平衡。串聯該光學裝置係表示將裝置排配成使得 一裝置之離開光線會變成下一個裝置之入射光線。 圖3.2係顯示此一複合裝置。個別之裝置300.1、300.2以及 300.3係串聯在一起,使得一裝置之離開光線會變成下一個 裝置之進入或入射光線。組成裝—置3〇〇 1-3〇〇 3係具有可以 分別在紅、綠及藍光波長波段上操作之分離器。(亦可以採 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210χ 297公釐) 523610 A7 B7 五、發明説明(12 ) " 用其他的波長帶)。控制器組371.1/372.1、37 1.2/372.2以及 371.3/372.3仏可分別改變裝置之延遲,並且因此可以獨立 地改變每—顏色之強度。每一構成裝置300.1、300.2以及 300.3係可使這些顏色的其中兩種穿透,如同未具有反射極 化器一般-亦即,如同其分離器未具有反射軸一般。 裝置3 0 0 ’之形狀係會造成射線將構成裝置之反射重極化器 以極陡的角度彈回。在接近垂直及較大的入射角度上,其 係很難獲得高效率。若每一裝置係由具有高折射率之連續 的(此術語係包括一液體)透明材料所構成時,則在連續材料 與每一重極化器之間設置低折射率覆層係可以造成光線未 受影響的部分,形成内部全反射,這比掠過式反射還更具 有效率。此一技術亦可應用在其他實施例中,尤其係在用 以作為混合器之裝置中,其中某些入射光線係未受到分離 器的影響。若重極化器之折射率夠低’則不需要覆層便可 以達到内部全反射。重極化器之面鏡便可以在所要之波長 上以接近垂直的角度來反射。視光源31〇的尺寸及角度以及 串聯的裝置數量而定,為數頗多的大入射角度的反射係會 由重極化器來產生;低折射率之覆層將可以增加這些系統的 效率。 當光線以一角度行經透明板時,在一光學系統中之傾斜 透明板係會造成像差。該像差對於影像品質最大的影響便 係像散性。在一具有多個裝置串聯在一起之複合系統3〇〇, 中,如圖3.1所示,像散性係可以―藉由將構成裝置以特定方 式加以定向而降低,此將在下文中配合圖4來加以說明。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
523610 A7 ______B7 五、發明説明(13 ) 在圖2-3中所示之裝置係具有兩個極化光線分離器,其係 定位成彼此垂直。採用其他數量之此類光線分離器,以及/ 或其他的形狀,便可以在一較小的體積中以不同的方式來 執行光學功能。 圖4係顯示一裝置4〇〇,其中由光源41〇發出之光線4〇1係 被限制在預定的極性,諸如垂直或右側圓圈。一單一極化 光線分離器420,其結構如同圖3」之分離器32〇或34〇,其 反射軸‘與光線4 01之極性相對準。因此,光線係會由分離 器反射回來’且會碰觸到該重極化器43〇。該極性已由元件 430所改變之光線便會通過該分離器42〇,並且撞擊在另一 個重極化器440上。該已修正回其原來極性方向之光線便會 因此再次被分離器420所反射,並且離開該裝置。換言之, 光線係以三次不同的時間來碰觸該分離器42〇,並且有兩次 反射及一次通過。兩重極化器係定位成彼此平行,且與分 離器呈對角線配置,使得該離開光線402係沿著相同於入射 光線40 1之方向來離開。在此,該光線長度係三倍於相關的 裝置尺寸403,亦即裝置之實體長度。經修正過之光線々ο] 仏以大致相同於入射光線4〇1入射的方向來離開裝置4〇〇。 其他裝置,諸如裝置400,係能以如圖3·2所示之相同方式 來加以混合。圖表404係表示該γζ平面係位在圖4之紙面 上。令分離器420之表面法線在圖表4〇4之標準表示法中係 平行於向量j+k。將其他裝置(圖上未顯示)之對應分離器定 位在相同的方向上,以將整體裝-置之像差合成在一起。然 而,將第二裝置之分離器定向成使其表面法線平行於向量 -16-
523610 A7 _____B7 1、發明説明(14 ) ' ^
Hk(或者同義地平行該-i + k),係會大大地減少像差的整體 量值。另一種可以看出此方法的方式,係將第二裝置以圖 表404之Z軸為中心而在任一方向上旋轉9〇度。就中空元件 裝置而言,分離器係會增加像差;使用此裝置之串聯系統則 係可以成對地增加該像差,以使該像差可以相互抵消。 圖5係顯示一裝置500,其係用以將影像由一光源51〇投射 至一標的520。標號50 1.1、501.2以及501.3係標示由一液晶 顯示器(LCD)511或其他類型之習知光源51〇所發出之極化射 線的入射光線5 0 1。光源5 10係包括投影或聚光性光學元 件,諸如一投影透鏡5 12以及一折疊面鏡513。透鏡512及面 鏡5 13係習知的,且視裝置500所需要的整體設計,其可以 由其他光學元件以任何習知設置方式來加以取代,或者全 部省略之。舉例來說’在此一實例中,藉由利用元件5 3 〇後 面之其他閒置空間’該面鏡5 13便可以減少投影器5 〇 〇之整 體尺寸。 該極化之入射光線501係由光源510之面鏡513行進至一第 一極化光線分離器520,該分離器係具有一相對於該光線 501之極性而定位之通過軸,以使射線5〇ι·υ〇1.3可以穿透 而到達一第二極化光線分離器540。分離器540係具有一反 射軸,其係與分離器520之通過軸方向相對齊,換言之,其 通過軸係相對於分離器520之通過軸而大致呈垂直或正交。 因此’該通過第一分離器5 20之光線501係會由第二分離器 540所反射。分離器520及540以及其他將在下文中針對其他 實施例來說明之分離器,係可以由本身具有通過軸及反射 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 523610 五、發明説明(15 軸之薄片或層體材料所構成,或者係以下文中將說明之其 他方式來製成。 〃 光線501接著便會行進至一反射重極化器53〇,其係將光 線之極性轉變成相反的模式:水平轉變成垂直等等(再次 地,極性方向或模式係任意命名的;本發明之重點係在於 這些極性之間的差異)。光線5〇 1因此所具有之極性便與分 離器520之反射軸相對齊,因此其可將光線反射回到該分離 器540。由於分離器540之軸係與分離器53〇之軸相交,因此 光線511之極性如今便會與該分離器54〇之通過軸對齊。因 此,分離器540便會使光線穿透而成為一離開光線5〇2,以 抵達一穿透性標的投射螢幕550。射線502.1-502.3係分別對 應於光源射線501.1-501.3。分離器520及54〇之平面係以相 對於彼此而呈一銳角、非平行之角度而延伸出於圖5之紙 面。該特定之角度係視系統所需要的整體幾何形狀而定。 元件之投影光學裝置及形狀係可使該離開光線聚合在一 起,而在螢幕550上構成由LCD 5 12所形成之影像。當由方 向551觀看時,圖5所顯示之螢幕55〇係大致位在與第二分離 540相同的位置上。螢幕55〇及分離器54〇係可以製造成一 單一整合裝置,以易於作結構上的支撐。或者,其可以 5又计成分離式的實體裝置,或者該螢幕可以與分離器54〇分 開且具有反射性,使得其可以在相反於箭頭551之方向上被 看到。依照本發明之裝置5〇〇的形狀,其中極化光線分離器 並非係彼此垂直的(亦即,非正交且其中該重極化器亦非 相對於分離器而呈斜向配置(亦即,非以45度角來配置)。該 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(2獻挪公爱) 裝 訂 18- A7 B7 五、發明説明(16 ) 光線係分別經過兩分離器兩:欠,並且由每—分離器通過及 反射。再次地,經折疊之光線係遠大於裝置之實體尺寸 5〇2。裝置500之分離器,以及以下將說明之裝置,係可以 由一種本身具有通過軸及反射軸之材料 任何其他可以在所需波長帶中作為一極化丄 一或複合結構所構成。 在圖2-5所示之系統中,其係具有平行且平坦狀之極化反 射器。然@,去除其中一個或兩個需求,其亦可以藉由將 其併入至依照本發明之光線折疊器中,而得以在一實體上 較小之裝置中來執行其他的光學功能。這可以藉由元件形 狀的设計來達成,使得相同的元件可以執行除了簡單的反 射及極性轉換以外之其他光學功能或光線操縱。 圖6係顯示一裝置6〇〇,其係用以作為一種同軸準直儀。 射線源610係包括一以標號611概要顯示之照明器、一可控 制之光閥612以及透鏡、濾波器或其他光學元件613。極化 之入射光線601係以不同的角度進入裝置。如圖2所示之裝 置200,該入射光線係由一第一極化光線分離器62〇所反 射。(某些射線係先通過第二極化光線分離器64〇,其中該 分離器640之軸係與分離器620相交)。元件630係反射光線 601且延遲其全部波長的一半。然而,此一重極化器並非上 述的扁平或平坦狀。相反地,其係具有非扁平的形狀,使 其可以藉由聚合 '準直或其他光學操作而操縱光學特性。 在此一實例中,一拋物線形狀之-重極化器係可將相同方向 上所有入射光線加以重新導向,以使其準直。換言之,該 -19- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523610 A7 ________ B7 五、發明説明(17—) —~ ^ --- 操縱係在進行反射及重極化操作之相同光學元件中來進 行,並且可以在大致相同的時間來進行,以藉此在一單— 元件中來組合數種操作,以節省空間及時間。在不同模式 中已經極化之後’雖然某些射線係先通過該分離器62〇,1 而光線501便可以由分離器640所反射。 射線602係彼此平行地行進至標的65〇。若有需要,可視 情況選用的光學元件660亦可控制或進_步操縱該離開光^ 6〇2 ;例如,元件660可以係一光閥。在圖示之裝置6〇〇中, 重極化器㈣之形狀係設計成可以準直該離開光線。不同的 形狀亦可達到其他的功效。當然,在相反方向上行進之光 線係會通過裝置而有不當的影響:由一位在標的65〇之位置 上的光源發出之平行入射光線6〇2係可以聚合在先前的光源 610。在相同的整體裝置中,重極化器係可更換或可控制 的,以達到不同的功效。重極化器630係可設計成一中空立 方體狀的分離元件,或者係在實心立方體之表面上設計有 適當的曲率,然後再以延遲及反射層來加以塗佈。諸如612 及660之光學元件係可設計成分離元件,或者係在一載有元 件620-640之實心立方體之表面上形成進入及離開表面。舉 例來說,此元件亦可用以控制像差。其他的光學元件(未顯 不)亦可進一步放置在特定形狀之反射重極化器63〇的前 面,其係位在重極化器與分離器62〇及64〇之間的路徑上。 裝置600之光線長度係大致兩倍於其實體尺寸6〇3,藉此可 以在距離光源610之較短距離中來~達到準直光線的功效。 圖7係顯示另一個曲面反射重極化器,其係應用在諸如一 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523610 A7 ______B7 五、發明説明(ΐίΊ " 頭戴式顯不器中。在裝置7〇〇中,一由光源71〇發出之入射 光線701係具有一極性,其係與極化光線分離器72〇之反射 軸相對準以及與另一極化光線分離器740之通過軸相對準。 該光線係可以先通過任一分離器,但在碰到反射重極化器 730之前則係會先碰到兩個分離器。在此一實例中,元件 730係包括一光閥731,其係可加以控制,以改變一碰到該 70件之波的延遲性。舉例來說,閥73 i係可以藉由一電子信 號或其他裝置來加以設定,以延遲一入射光線之半個波長 或完全不延遲,或者係逐漸地延遲。此一設計之一優點係 在於,極性未由光閥73丨所改變的光線係會經由分離器7別 及740而沿著路徑702及7〇3而返回到光源71〇。若光源將某 些射線加以散射回來而未保留其極性,則便可以增加裝置 700之整體效率。裝置7〇〇之光線長度係大約三倍於未折疊 之尺寸。在圖7中,此一未折疊尺寸係入射光線7〇1其由光 源710至首先被反射之分離器72〇之長度,再加上離開光線 704其由分離器至離開表面之長度。 極性在重極化器730中已改變之射線便會與分離器72〇之 通過軸以及分離器740之反射軸相對齊。此一射線便會行進 至反射重極化器750,其極性係會再次改變。圖示之重極化 器750係曲面狀,使得其可以圖6所示之元件63〇之方式來操 縱光線,然而其結果或有些許不同。射線接著便會回到分 離器720及740,然後通過在先前反射該光線之分離器,然 後再由先前使其通過之分離器所友射。離開光線7〇4接著便 離開立方體7 0 〇而到達標的7 6 〇。 -21 -
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圖8係顯示另一裝置8〇〇,其係可以應用在直線準直器。 在此一實例中,一由光源810發出之極化入射光線8〇1係與 極化光線分離器820之反射軸相對齊。分離器82〇及84〇之軸 線係相交的,使得光線80 1係在由分離器820反射之前係先 碰到且通過分離器840。在由分離器82〇所反射之後,該光 線便會碰到極化光線分離器83〇。元件83〇係設計為一回射 器,使得光線係沿著大致相反於其抵達之方向而被反射回 去,藉由一分離層體831,便可以達到延遲的目的。然而, 在經過延遲以改變其極性模式之後,該光線便可以在分離 器840處反射,並且通過該分離器82〇(或者係反向的順序)。 離開光線802係會由立方體通至標的85〇。回射器亦可以設 计成一皁一角緣反射器、一周緣之陣列或者係其他的設 計。 到目刚為止所述之裝置8〇〇係在一小型光學系統中構成一 真實影像。該光線長度係兩倍於該裝置之實體長度8〇3。若 光源810係包括一準直透鏡811及一光圈812,則該光圈之影 像2形成在標的850上。舉例來說,此一系統係在頭戴式顯 示為中提供較大的眼睛調適。 圖9係一投影裝置9〇〇之實例,其中顯示數個功能性光 元件係如何利用本發明之光線折疊而内裝在一小體積中 由光源910發出之極化光線9〇1係可以在通過分離器94〇之 由極化光線分離器92〇所反射。這些分離器之通過轴及反 軸係相交#,或者係可配置在不,同的方向上。該 遇到彎曲的重極化3930,且一裳一矣而品拉 '' ” 态30且一第一表面面鏡係可操縱該 國豕標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 訂
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線且以相反的極性來將其反射回到光線分離器。若元件 之兩表面係具有不同的曲率,則甚至可以達到其他的光學 操縱功能。在此邊上,極性係與分離器94〇之通過軸以及與 分離器92G之反射軸對齊。因此,光線便可通至重極化器 950’其係具有不同曲面之另一個第二表面面鏡。因此,該 光線便可與分離器940之通過軸相對齊,但在到達分離器 920之後便會被反射。在通過另—㈣96〇之後,㈣光線 9〇2便會碰到標的970,其可以係—投影螢幕。 圖1〇係一圖表1000,其中顯示使用一可挽性薄膜, 諸如前述的職F,以作為—極化光線分㈣。薄膜ΠΠΜ 活性表面係具有]、的捲曲狀,而降低了 m統的解相 度,且因此限制了此一薄膜在高性能裝置中之可使用性。 加熱該薄膜且將其置於拉緊狀態下,係可以大大地減少指 曲的尺寸,而增進其性能,使其可以使用在光學折疊裝置 中’其中該光學折疊裝置係使用薄膜來作為一影像元件。 薄膜係能以數種方法來加以拉伸。在㈣中,Μ過的薄 膜刪係、可岐在骨㈣21上,同時該#架购㈣加壓 =成密封。骨架刪料以具有圓形以外之形狀,諸如 長方形。就某些形狀而言,該薄膜應加以切開,以解除受 較大應力的區域,以避免其破損。骨架1〇2〇係會在其平面 上沿著兩方向來拉張該薄膜。若骨架僅 張,其性能仍會大大地增進。 7内术# 在薄膜刪拉張之後,該捲曲部係必須維持在較小的尺 寸。若薄膜在冷卻之後於拉緊狀態下保持在骨竿刪中, -23-
裝 訂
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發明説明( 則捲曲部係會保持較小的尺寸。 方 — ^ ^ 力方法係將拉張之薄膜 猎由黏膠而層疊在一基板上。該薄膜係可以僅層叠在一表 面上,或者係層疊在兩表面丨,以增加強度。或者,—種 諸如環氧樹脂之物質係可充填在薄膜之—表面或兩表面上 之凹口中;該環氧樹脂係提供結構性支撐,以維持該曲 率。扁平式分離器亦可以藉由這些方法來加以製造。" 極化光線分離器亦可以呈彎曲狀以及扁平狀。虛線ι〇ιι 及1012係表示一薄片之曲率。該曲率係可以藉由增加空氣 壓力來產生,其係由固定在骨架1020上之薄片1010之一側 邊上的箭頭1030所表示;壓力亦可以減少,以使薄膜在另 一方向上呈彎曲。圓形骨架係會產生可旋轉式的對稱曲 線,而另一骨架的形狀則係可以產生具有另一對稱性之曲 率。彎曲之分離器形狀亦可以藉由將適當的薄膜於一實心 凸體或具有所需曲率之圓柱體上加以拉張來達成。 圖11顯示另一個極化光線分離器1 100 ,其係可以構成本 發明之裝置。在某些應用中,其係可以將該裝置製造成一 中空充氣式立方體。該通常需要使極化光線分離器支撐在 一基板上’諸如一透明基板12 8。然而,當光線以一角度而 行經這些基板時,傾斜的透明基板係會導致像差的產生, 如圖1.2所示。該像差對於影像品質最大的影響便是像散 性。雖然經反射之入射光線124.1係由主動層體127所直接 反射,然而,由相反方向接近之反射光線124.2係必須行經 基板兩次,而在每次行程中係會受到一次突然轉向。具有 足夠機械強度的基板通常係至少為覆層或其他層體的三倍 -24- 本紙張尺度適用中國國家標竿(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 線 523610 A7 _ B7__;____ 五、發明説明(22 ) 厚度’其可以提供主動光線分離功能,而在許多應用中造 成明顯的像差。 在圖11中之分離器1100係具有一主體1110,其係由一透 明基板1111(諸如玻璃)以及在每一表面上之主動層體1112及 1113所構成。該基板係提供足夠的結構強度,以將該主動 層體固定在定位上。兩層體之通過軸及反射軸係彼此對 齊’使得可以穿透任一層體之極性方向亦可以穿透另一者; 同樣地,由一層體所反射之任何極性亦會由另一層體所反 射。一具有極性(由箭頭所示)與該層體1112及1113之通過軸 相對齊之入射光線1101,係可以穿透該層體,並且穿透該 透明基板1111,而成為一離開光線i 1〇2。一具有極性(由圓 圈所示)與層體1112之反射軸相對齊之入射光線11〇3」係會 將光線加以反射,以形成離開光線丨丨〇4.丨。一具有與光線 1103 · 1相同極性方向或模式但由分離器丨丨丨〇之另一表面抵 達之入射光線1103.2,係與層體丨113之反射軸相對齊,並 且將其反射而成為離開光線1104 2。因此,該光線11〇31及 113.2皆不需要通過該基板mi。 圖12係顯示另一種改良的極化光線分離器12〇〇。 結論 上述之說明係足以使習於此技者可以據以實施本發明。 在不脫離本發明觀念的情況下,在上述實施例之結構、材 料及其他特徵上係可以進行變化,其中本發明之範圍係僅 由以下申請專利範圍及其等義詞和界定。除了特別聲明或 者為了執行其功能所需以外’在申請專利範圍中之元件並
裝 訂
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523610 A7 B7 五、發明説明(23 ) 非一定要相互連接在一起。操作方式並不一定要遵循特定 的順序,除非有加以詳述列舉或本質上應具有的特定順 序0 -26- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- A B c D 、申請專利範圍 1· ^一種光學裝置,甘 / 、包括至少一具有通過軸及反射軸之極 、光泉刀離器,以及至少一用以將入射光線之極性在通 ϋ射轴之間變換之重極化反射器,該分離器與反 =:=位成可使得該分離器至少碰觸到光線兩次,一 人^ ϋ著通過轴而另一次則係沿著反射軸,且該重極化 反射态之设計係除了可反射及重極化該光線以外,其尚 可對入射光線來執行_光學功能。 t艮據申明專利範圍第1項之裝置,其中該入射光線係沿 著該通過軸及反射軸之其中一軸而極化。 3·根據申請專利範圍第1項之裝置,其中該重極化反射器 係具有一曲面。 4·根據申請專利範圍第3項之裝置,其中該重極化反射器 係用以準直該入射光線。 5.根據申請專利範圍第1項之裝置,其中該重極化反射器 係設計成可以改變光線之密度。 , 6·根據申請專利範圍第5項之裝置,其中係藉由在重極化 反射器中改變光線延遲性而改變該光線之密度。 7.根據申請專利範圍第1項之裝置,其中裝置係包括另一 極化光線分離器’其所具有之另一通過軸及反射軸係分 別沿著第一極化光線分離器之反射軸及通過軸。 8·根據申請專利範圍第7項之裝置,其中該另一極化光線 分離器係會碰觸光線兩次,一次係沿著該另一通過轴而 另一次係沿著另一反射軸。 一 9.根據申請專利範圍第1項之裝置,其中該裝置係在入射 -27· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)10 10 11. 12. 13. 14. 15. 其中該另一重極化反 其中另一該重極化反 其尚包括一入射光線 光線之路徑上包括另一重極化反射器。 根據申請專利範圍第9項之裝置,其 射另一重極化反 _除了反射及重極化該光線以外 光學功能。 门了執仃另一 根據申請專,利範圍第10項之裝置 射器係具有一曲面。 根據申請專利範圍第10項之裝置 射器係可改變光線之密度。 根據申請專利範圍第1項之裝置 之光源。 根據申請專利範圍第13項 , 2 ^ ^具尚包括一標的部 位,以接收離開該裝置外面的光線。 一種光學裝置,其包含: 光線; 第一極化光線分離器,其係定位成可以接 收一入射 一重極化反射器,其係定位成可 、、, 取* J以接收由第一分離器 达出之光線,且其形狀係設計成可 上仏 τ取」以執仃重極化及反射 先線以外之光學功能; ^二極化光線分離器,其係以—相對於第—分離器 而呈-角度來配置,以接收由重極化器所反射之光線, 以增加入射光線在裝置中之光線長度。 16. 17. 根據申請專利脑第15項之裝置,;巾該重極化反射器 係可聚合光線。 〜 根據申請專利範圍第15項之裝置,其中該 器 523610 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 係可準直該光線。 18·根據中請專利範圍第15項之裝置,其中該重極化反射器 係可減弱該光線。 19·根據申請專利範圍第15項之裝置,纟尚包含另一重極化 反射器,其係以相對於第一及第二分離器而呈一角度之 方式來配置。 20·根據申請專利範圍第19項之裝置,其中該另一重極化反 射器係除了反射及重極化該光線以外,其尚可執行其他 的光學功能。 ^ 2 1 ·根據申凊專利範圍第丨5項之裝置,其尚包含: 一進入表面; 一離開表面; 另 元件’其係定位在其中一表面或同時兩表面 上,以在光線上進行一光學功能。 22·根據申請專利範圍第21項之裝置,其中該另一元件係一 光閥。 23.根據申請專利範圍第21項之裝置,其中該另一元件係一 农減器。 24·根據申請專利範圍第23項之裝置,其中該衰減器係可變 式衰減器。 25·根據申請專利範圍第21項之裝置,其中該另_元件係一 透鏡。 26.根據申請專利範圍第21項之裝置,其中該離開表面係平 行於進入表面。 -29- 本紙張尺度適财g國家標準(cns) Μ規格_ χ 297公羡) 523610 A8 B8 C8 -------___ K、申請專利範圍 27·根據申請專利範圍第2丨項之裝置.,其中該離開表面係垂 直於進入表面。 28. 根據申請專利範圍第2丨項之裝置,其尚包含額外元件, 其係定位在該兩表面上。 29. 根據申請專利範圍第28項之裝置,其中該光學元件係可 在光束上執行不同的光學功能。 30. 根據申請專利範圍第15項之裝置,其尚包含一入射光線 之光源。 31. 根據申請專利範圍第3〇項之裝置,其中該光源係包括一 用以在入射光線上執行一光學功能之元件。 32. 根據申請專利範圍第3〇項之裝置,其尚包含一標的部 位,以接收該光線。 33. 根據申請專利範圍第32項之裝置,其中該光線係在該標 的部位上形成一影像。 34· —種可在一光學裝置中增加光線長度之方法,其包含: 由一第一極化光線分離器來反射該入射光線; 使該入射光線通過一第二極化光線分離器; 在碰觸到兩分離器之後,便反射及重極化該光線,同 時在光線上執行至少另一光學操縱; 由第二分離器來將該重極化光線加以反射; 使該重極化光線通過第一分離器。 35. 根據申請專利範圍第34項之方法,其中操縱該光線係包 含使該光線準直。 - 36. 根據申請專利範圍第34項之方法,其中操縱該光線係包 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 523610含將該光線聚合。 37. 根據中請專利範圍第34項之方法,其中操縱該光線係包 含改變其密度。 38. —種光學裝置,其包含: 第一極化光線分離器,其係具有第一通過軸及反射 軸,且定位成可以接收一入射光線; 第一極化光線分離器,其係具有分別與第一反射軸 及通過軸對齊之第二通過軸及反射軸,且以相對於第一 分離器而呈銳角之方式來加以定位; 一重極化反射器,其係用以將光線之極性在光線分離 器之通過軸及反射軸之間來互換,且定位成使得兩光線 分離器係會碰到光線至少兩次。 39·根據申請專利範目第38項之裝置,其中該入射光線係具 有一單一極性模式。 40.根據申請專利範圍第38項之裝置,其尚包含一光源,該 光源係包括可將入射光線聚合之元件。 41·根據申請專利範圍第4〇項之裝置,其中該光源尚包括一 折疊面鏡,以將光線反射至第一光線分離器。 42·根據申請專利範圍第38項之裝置,其尚包括一投影螢 幕,其係定位成可以接收該已經接觸兩光線分離器兩次 之光線。 43·根據申請專利範圍第42項之裝置,其中該螢幕係定位在 第二光線分離器之位置上。 - 44·根據申請專利範圍第38項之裝置,其中該重極化反射器 -31 - 本紙張尺度相中g g家標準(CNS) A4規格(21Q〉〈 297公爱) ο 1Χ 6 3 2 5 A BCD 圍範利 請 中 係定位成相對於至少一光線分離器而非呈對角線之關 係。 45· —種投影一影像之方法,其包含: 使一由光源發出之光線通過一第一極化光線分離器之 通過轴; 將光線由一第二極化光線分離器之反射軸來加以反 射,其中該第二極化光線分離器係相對於第一極化光線 分離器而呈非正交的關係; 反射及重極化該光線; 由第一極化光線分離器之反射軸來反射該光線; 使該光線通過第二極化光線分離器之通過軸而到達一 螢幕。 46. 根據申請專利範圍第45項之方法,其中該操作係依照上 述所列之順序來進行。 47. 根據申請專利範圍第45項之方法,其中該反射與重極化 係同時來進行。 48·根據申請專利範圍第45項之方法,其中該第一極化光線 分離器之通過軸及反射軸係分別對應於第二極化光線分 離器之反射軸及通過軸。 49·根據申請專利範圍第45項之方法,其中該第一及第二光 線分離器係定位成彼此呈銳角之關係。 50. —種光學裝置,其係用以增加具有一極性模式之入射光 線之光線長度,其包括一具有二通過軸及一反射軸之極 化光線分離器,以及一對重極化反射器,其係用以將入 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 523610 申叩專利祀圍 $光線之極性在通過軸與反射軸之間加以變換,該分離 益與反射器係定位成可使該光線碰到分離器至少-欠。 a根據申請專利範圍第50項之裝置,其中該^線分離 益之通過軸而碰到分離器一次’且沿著分離器之反射軸 而碰到分離器兩次。 52. 根據申請專利範圍第5〇項之裝置,其中該光線之極性模 式係沿著分離器之反射軸。 、 53. 根據申請專利範圍第5〇項之裝置,其中兩重極化反射 k疋位成彼此平行。 ^ 54·根據申請專利範圍第53項之裝置,其中該分離器係相 於重極化反射器而呈對角配置關係。 55. —種光學裝置,其係用以增加一光線之長度,其包含·· 一第一極化光線分離器,其係具有第一通過軸及反 軸; 一第二極化光線分離器,其係具有分別與第一反射軸 及通過軸對齊之第二通過軸及反射軸; 重極化器’其係用以將光線之極性由一通過軸變換 至相對應之反射軸,且反之亦然; 一反射器,其係鄰近該重極化器,以使光線沿著一輪 入路徑而通過該重極化器,並且沿著相同的路徑而回 該重極化器; 該專分離器及反射器被定位成使光線之極化與裝置 之二通過軸及二反射轴對齊。~ 56·根據申請專利範圍第55項之裝置,其中該反射器係 器 曹 對 射 到 内 回 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 523610射器。 57. 58. 根據申請專利範圍第55項之裝置,其中該入射光線# 著第一分離器之反射軸來極化。 σ 根據申請專利範圍第55項之裝置,其尚包含一準 鏡0 59.根據申請專利範圍第58項之裝置,其在入射光線之路徑 上尚包含一光圈。 6〇· —種光學裝置,其包含複數個串聯的單元,每一單元係 包括至少一具有通過軸及反射軸之極化光線分離器,Z 及至少一用以將入射光線之極性在通過軸與反射軸之間 變換之重極化反射器,且包含一元件,其除了可加長光 線之路徑以外,尚可以操縱該光線。 61. 根據申請專利範圍第60項之裝置,其中每一單元係包括 一第二極化光線分離器,其係具有分別與該第一極化光 線分離器之反射軸與通過軸相對齊之通過軸及反射轴。 62. 根據申請專利範圍第60項之裝置,其中在至少一單元中 用以操縱該入射光線之元件係一衰減器。 63. 根據申請專利範圍第62項之裝置,其中該衰減器係可變 式衰減器。 64·根據申請專利範圍第62項之裝置,其中該衰減器係可改 變在重極化反射器中之重極化量。 65.根據申請專利範圍第60項之裝置’其中在每—單元中之 極化光線分離器係僅轉變該單-元之入射光線之部分的極 性0 -34- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523610 A8 B8 C8 D8、申請專利範圍 66.根據申請專利範圍第65項之裝置,其中該光線部分係— 波長的波段。 ’' 6 7 ·根據申請專利範圍第6 5項之裝置,豆中兮本 '衣置具宁忒先線部分係針 對不同的單元而有所不同。 68. -種混合一極化光線之不同波長波段的方法, -波長波段係包含: 十對弟 使-包含所有波段之入射光線穿過一具有通過轴及反 射軸且僅針對其巾-波段有效之極化光線分離器,並且 使其他的波段通過; 使入射光線之其中該波段之極性在該分離器之通過轴 與反射軸之間變換’並且衰減其中一波段; 使該經過衰減之波段形成離開光線,而另其 光線通過; ^ 針對其他的波段來重覆上述之操作,其中每_重覆操 作之入射光線係刖一個操作之離開光束。 、 69·=申請專利範圍第68項之方法,其中該波段係紅、綠 根=巾請專利範圍第68項之方法,其尚包含在每一重覆 刼作期間,再次地變換該其中—波段之極性。 71.根據申請專利範圍第70項之 摔作ftp弓^ A L ^ , ,、尚包含在母一重覆 探作期間,再次地哀減該其中一波段。 72·根據申請專利範圍第68項之 操作係同時發生。 &以該變換及重極化 73·根據申請專利範圍第72項 义乃法,其中該衰減其中一波 # 裝 線 -35-523610 A B c D六、申請專利範圍 段係匕S將其極性變換一可變量。 74. —種光學裝置,其係用以增加一具有一定極性模式之光 線的長度,其包含: 一第一極化光線分離器,其係由一種本身具有第一通 過軸及反射軸之材料所製成; 一第二極化光線分離器,其係由一種本身具有分別與 第一反射軸及通過軸相對齊之第二通過軸及反射軸之材 料所製成; 一重極化反射器,其係用以將光線之極性模式由其中 一通過軸變換成對應之一反射軸,且反之亦然; 該分離器與反射器係定位成使得該光線之極性在裝置 内部係與兩通過軸以及兩反射軸相對齊。 75·根據申請專利範圍第74項之裝置,其中僅有一單一重極 化反射器’該重極化反射器係與兩分離器形成對角線配 置之關係。 76. 根據申請專利範圍第74項之裝置,其中該重極化反射器 係包含彼此相接觸之一反射器及一相位延遲器。 77. 根據申請專利範圍第76項之裝置,其中該反射器係一第 一表面反射器。 78·根據申請專利範圍第76項之裝置,其中該反射器係一第 二表面反射器。 79·根據申請專利範圍第76項之裝置,其中該相位延遲器係 可將一入射光線以及一反射光線延遲四分之一波長。 80.根據申請專利範圍第74項之裝置,其中該極化光線分離 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523610為係彼此呈垂直〇 81·根據申請專利範圍第74項之裝置,其中每一極化光線分 離為係具有一透明基板,該基板係具有相對兩表面,且 在母一該表面上係具有一極化光線分離層。 82·根據申請專利範圍第81項之裝置,其中該極化光線分離 層係具有彼此相對齊之通過軸及反射軸。 83. 根據申請專利範圍第74項之裝置,其中至少一極化光線 分離器係非平坦狀。 84. 根據申請專利範圍第74項之裝置,&中該裝置係以固態 透明材料加以充填。 85·根據申請專利範圍第74項之裝置,其中該裝置係呈中空 狀。 I 86· —種製造一極化光線分離器之方法,其包含: 加熱一本身具有通過軸及反射軸之可撓性薄膜; 在拉張狀態下來放置該加熱過之薄膜,以減小形成在 其中之捲曲部的尺寸; 在拉張狀態下來冷卻該薄膜,以使該捲曲部保持在縮 減之尺寸。 、 87. 根據申請專利範圍第86項之方法,其中該薄膜係僅在— 方向上受拉張之狀態下來放置。 88. 根據申請專利範圍第86項之方法,其中該薄膜係在兩方 向上受拉張之狀態下來放置。 89. 根,申請專利範圍第86項之方法,其中該薄模係在拉張 狀恶下藉由將其伸展在一骨架上而加以放置·。裝-37-根據申請專利範圍第86項 曲。 、方去,其尚包含使該薄膜彎 根據申請專利範圍第90項 其固定在骨架上且在薄 …寻膜係藉由將 才乂據申請專利範圍第86項之 ^ 一基板上。 、 ,八中該薄膜係拉伸在 其中該基板係彎曲 其中該拉張之薄膜係 其中該拉張之薄膜係 根據申請專利範圍第92項之方法 的0 根據申請專利範圍第86項之方法 藉由黏膠而層疊於一基板上。 根據申請專利範圍第94項之方法 層疊在其兩表面上。 根據申請專利範圍第86項之方法,其中 填在鄰近該拉張薄膜之一表面上的凹洞t 基板材料係 根據申請專利i q A 5 J乾圍弟96項之方法,其中該基板材料 填在鄰近拉張薄膜之另 ^ 哥联炙另一表面上的另一凹洞。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI678588B (zh) * | 2014-12-01 | 2019-12-01 | 德商羅伯特博斯奇股份有限公司 | 將影像用像素方式投影的投影裝置與方法 |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1390805A1 (en) * | 2001-05-18 | 2004-02-25 | 3M Innovative Properties Company | Polarization arrangement |
US10073264B2 (en) | 2007-08-03 | 2018-09-11 | Lumus Ltd. | Substrate-guide optical device |
US7458688B2 (en) * | 2005-04-08 | 2008-12-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Prism |
US8059344B2 (en) * | 2005-06-07 | 2011-11-15 | Honeywell International Inc. | Multi-band lens |
WO2007004084A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Waveguide for a projection engine |
US7529029B2 (en) | 2005-07-29 | 2009-05-05 | 3M Innovative Properties Company | Polarizing beam splitter |
US7362507B2 (en) | 2005-07-29 | 2008-04-22 | 3M Innovative Properties Company | Polarizing beam splitter |
WO2007129266A2 (en) * | 2006-05-08 | 2007-11-15 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Bi-directional use of waveguides |
CZ2006328A3 (cs) * | 2006-05-22 | 2008-02-20 | Short Images S. R. O. | Svetlovod pro rozvod svetla z bodového nebo ohraniceného svetelného zdroje ke kruhovému prusvitnémudifuzoru |
US8792070B2 (en) * | 2007-03-21 | 2014-07-29 | Honeywell International Inc. | Polarization plate for use in a liquid crystal display |
WO2011074117A1 (ja) | 2009-12-18 | 2011-06-23 | 三菱電機株式会社 | 光モジュール |
KR101411428B1 (ko) * | 2012-07-12 | 2014-06-24 | 한국과학기술원 | 집광식 휴대용 형광 검출 시스템 |
IL232197B (en) | 2014-04-23 | 2018-04-30 | Lumus Ltd | Compact head-up display system |
FR3039655B1 (fr) * | 2015-07-27 | 2018-08-17 | Valeo Comfort And Driving Assistance | Afficheur tete-haute compact |
EP3420387A4 (en) | 2016-02-24 | 2019-10-30 | Magic Leap, Inc. | POLARIZATION BEAM SEPARATOR WITH LIGHT LEAKAGE LEAKAGE |
US10139644B2 (en) * | 2016-07-01 | 2018-11-27 | Tilt Five, Inc | Head mounted projection display with multilayer beam splitter and color correction |
WO2018065975A1 (en) | 2016-10-09 | 2018-04-12 | Lumus Ltd | Aperture multiplier using a rectangular waveguide |
AU2017356702B2 (en) | 2016-11-08 | 2021-04-15 | Lumus Ltd | Light-guide device with optical cutoff edge and corresponding production methods |
KR20190000456U (ko) * | 2016-12-02 | 2019-02-19 | 루머스 리미티드 | 소형 시준 이미지 프로젝터를 구비한 광학 시스템 |
US11243434B2 (en) | 2017-07-19 | 2022-02-08 | Lumus Ltd. | LCOS illumination via LOE |
IL259518B2 (en) | 2018-05-22 | 2023-04-01 | Lumus Ltd | Optical system and method for improving light field uniformity |
US11415812B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-08-16 | Lumus Ltd. | Compact collimating optical device and system |
KR20240059655A (ko) | 2019-12-08 | 2024-05-07 | 루머스 리미티드 | 소형 이미지 프로젝터를 갖는 광학 시스템 |
CN114967106A (zh) * | 2021-02-26 | 2022-08-30 | 华为技术有限公司 | 光学组件、投影模组和增强现实设备 |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2248287A (en) * | 1940-02-16 | 1941-07-08 | Schirmer Clara | Cowtail holder |
US2449287A (en) * | 1946-09-23 | 1948-09-14 | Merrill M Flood | Polarizing beam-splitting prism |
US2958258A (en) * | 1953-09-21 | 1960-11-01 | Technicolor Corp | Optical projection of beam controlled object fields |
DE1569165A1 (de) | 1964-11-04 | 1970-06-04 | Marks Alvin Melville | Verfahren zur Herstellung eines orientierten Kunststoffilmes,insbesondere zur Verwendung als Polarisationsfolie |
US3677621A (en) | 1969-11-24 | 1972-07-18 | Vickers Ltd | Optical field flattening devices |
US4749259A (en) | 1987-05-15 | 1988-06-07 | Hughes Aircraft Company | Liquid crystal image projection with multicolor prepolarizing system |
US4895769A (en) | 1988-08-09 | 1990-01-23 | Polaroid Corporation | Method for preparing light polarizer |
US5381278A (en) * | 1991-05-07 | 1995-01-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Polarization conversion unit, polarization illumination apparatus provided with the unit, and projector provided with the apparatus |
EP0605191B1 (en) | 1992-12-25 | 1998-06-17 | Mitsui Chemicals, Inc. | Polarizing color filter |
JPH07159719A (ja) * | 1993-12-07 | 1995-06-23 | Olympus Optical Co Ltd | 映像表示装置 |
GB2292248B (en) | 1994-08-05 | 1996-07-03 | Central Research Lab Ltd | An apparatus for displaying an image |
US5850307A (en) * | 1994-09-23 | 1998-12-15 | Gerber Systems Corporation | Scanner system having a dual trace spinner |
TW275590B (en) * | 1994-12-09 | 1996-05-11 | Sega Enterprises Kk | Head mounted display and system for use therefor |
EP1063554B1 (en) * | 1994-12-28 | 2004-03-03 | Seiko Epson Corporation | Polarization luminaire and projector using it |
CN1134678C (zh) * | 1996-08-20 | 2004-01-14 | 精工爱普生株式会社 | 光学元件、偏振光照明装置及投影型显示装置 |
US5833360A (en) | 1996-10-17 | 1998-11-10 | Compaq Computer Corporation | High efficiency lamp apparatus for producing a beam of polarized light |
US6310713B2 (en) * | 1997-04-07 | 2001-10-30 | International Business Machines Corporation | Optical system for miniature personal displays using reflective light valves |
US6486997B1 (en) | 1997-10-28 | 2002-11-26 | 3M Innovative Properties Company | Reflective LCD projection system using wide-angle Cartesian polarizing beam splitter |
US6080980A (en) | 1998-02-18 | 2000-06-27 | Hewlett-Packard Company | Optics for reducing one dimension of a folded optical path |
US5900976A (en) * | 1998-02-20 | 1999-05-04 | Displaytech, Inc. | Display system including a polarizing beam splitter |
US6108131A (en) * | 1998-05-14 | 2000-08-22 | Moxtek | Polarizer apparatus for producing a generally polarized beam of light |
JP3622500B2 (ja) | 1998-05-20 | 2005-02-23 | 株式会社富士通ゼネラル | 液晶プロジェクタ装置 |
US5943171A (en) | 1998-06-03 | 1999-08-24 | International Business Machines Corporation | Head mounted displays utilizing reflection light valves |
US6064523A (en) * | 1998-06-29 | 2000-05-16 | International Business Machines Corporation | Apparatus for polarization conversion |
US6271969B1 (en) | 1998-12-11 | 2001-08-07 | Agilent Technolgoies, Inc. | Folded optical system having improved image isolation |
SE516715C2 (sv) | 1999-05-26 | 2002-02-19 | Ericsson Telefon Ab L M | Display för huvudmontering |
JP4341108B2 (ja) * | 1999-07-14 | 2009-10-07 | ソニー株式会社 | 虚像観察光学装置 |
-
2000
- 2000-12-29 US US09/751,339 patent/US6597504B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2001
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-
2003
- 2003-07-11 US US10/618,254 patent/US6927912B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI678588B (zh) * | 2014-12-01 | 2019-12-01 | 德商羅伯特博斯奇股份有限公司 | 將影像用像素方式投影的投影裝置與方法 |
US10652508B2 (en) | 2014-12-01 | 2020-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Projector and method for projecting an image pixel by pixel |
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