TWI684037B - 具有光學截斷邊緣的導光裝置及其對應的生產方法 - Google Patents

Abstract

一種導光裝置，包含：一導光元件(13)，具有多個面，該些面包含兩平行面(26)，該兩平行面(26)用於通過內反射導引光線；一透明光學元件(19)，具有一介面表面用於附接到該導光元件的一耦合表面(14)，該透明光學元件(19)被配置以使在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面(14)以在該導光元件(13)中傳播；一不透明塗層(15)，塗佈在該導光元件(13)的一個或多個面的至少一部分上，該不透明塗層(15)定義一邊緣鄰接於或重疊於該導光元件(13)的該耦合表面(14)；及一定量的透明黏合劑，配置在該耦合表面及該介面表面之間，以形成一光學透射介面，該黏合劑的一溢出區域(31)延伸到該邊緣(17)並與該邊緣(17)重疊。

Description

具有光學截斷邊緣的導光裝置及其對應的生產方法

本發明關於多種導光裝置，特別是關於一種具有良好定義的光學截斷邊緣的導光裝置及其對應的製造方法。

當製造光學裝置時，通常希望提供一種具有複合形式的導光裝置，其形成有不同的區域具有與選定的非直線方向成角度的多個表面。與本發明有關的這樣的裝置示例包含但不限於，導光元件具有耦合輸入配置結構以及多個導光元件之間的過渡區域具有不同的橫向尺寸及/或不同方向。

圖1A及1B示出裝置的兩個示例，該裝置包含一導光元件以及分別對應於PCT專利申請公開第WO 2015/162611號中的圖3及圖7示出的耦合輸入棱鏡。參照這些附圖中的原始附圖標記，這些裝置中的每一個具有一導光元件20，該導光元件20具有第一及第二平行面26以及一耦合棱鏡44、54用於附接到導光元件20，以便提供適當的成角度輸入表面，使得可以將光導引到靠近棱鏡的表面46、58的法線，然後以所需的角度進入光導，以在表面26通過內反射在光導內傳遞光。

本發明為一種導光裝置及其對應的生產方法。

根據本發明的實施例的教示，提供了一種裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個面，該些面包含一第一平行面及一第二平行面，該導光元件被配置用於在該第一及第二平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個面提供一耦合表面；(b)一透明光學元件，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，該透明光學元件被配置以使在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面以在該導光元件中傳播；(c)一不透明塗層，塗佈在該導光元件的該多個面中的至少一個面的至少一部分上，該塗層定義一邊緣鄰接於或重疊於該導光元件的該耦合表面；及(d)一定量的透明黏合劑，配置在該耦合表面及該介面表面之間，以形成一光學透射介面，該黏合劑延伸到該邊緣並與該邊緣重疊。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合表面設置在該第一平行面及第二平行面中的一個上。

根據本發明實施例的另一個特徵，該塗層在該耦合表面及該介面表面之間延伸。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合表面相對於該第一及第二平行面傾斜。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合表面與該第一平行面在一底面邊緣相接，並且其中該邊緣不與該底面邊緣重疊。

根據本發明實施例的另一個特徵，該黏合劑填充在一凹部，該凹部形成在該底面邊緣與該介面表面之間。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合表面相對於該第 一及第二平行面斜向地傾斜。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合表面垂直於該第一及第二平行面。

根據本發明實施例的另一個特徵，該介面表面大於該耦合表面。

根據本發明實施例的另一個特徵，該塗層是一金屬塗層。

根據本發明實施例的另一個特徵，該塗層是一介電質塗層。

根據本發明實施例的另一個特徵，該透明光學元件是一耦合棱鏡，該耦合棱鏡被配置以提供一輸入表面，該輸入表面定向的用於將光線輸入到該導光元件中。

根據本發明實施例的另一個特徵，該邊緣定義一光學截斷邊緣用於使通過該透明光學元件的光線進入到該導光元件。

根據本發明的實施例的教示，提供了一種裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個面，該些面包含一第一平行面及一第二平行面，該導光元件被配置用於在該第一及第二平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個面提供一耦合表面；(b)一耦合稜鏡，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，以及具有一輸入表面用於將光線輸入到該導光元件中；以及(c)一不透明塗層，塗佈在該導光元件的該耦合表面並在該導光元件與該耦合稜鏡之間延伸，該塗層定義一光學截斷邊緣用於使通過該耦合稜鏡的光線進入到該導光元件。

根據本發明實施例的另一個特徵，該耦合棱鏡附接到該導 光元件的該耦合表面且沒有使用黏合劑。

根據本發明的實施例的教示，提供了一種裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個面，該些面包含一第一平行面及一第二平行面，該導光元件被配置用於在該第一及第二平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個面提供一耦合表面；(b)一耦合稜鏡，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，以及具有一輸入表面用於將光輸入到該導光元件中；以及(c)一定量的透明黏合劑，配置在該耦合表面與該介面表面之間，以形成一光學透射介面，所述定量的黏合劑的一部分形成一具角度的凹部的一局部填充，該具角度的凹部位在該導光元件及該耦合棱鏡之間；其中一空氣間隙在該局部填充下方沿著該導光元件的該些面中的一個延伸，該空氣間隙終止於該黏合劑內的一邊緣處，以便定義一光學截斷邊緣鄰接於該導光元件的該耦合表面。

根據本發明的實施例的教示，提供了一種用於製造一光學組件的方法，包含：(a)提供一導光元件，該導光元件具有多個面，該些面包含一第一平行面及一第二平行面，該導光元件被配置用於在該第一及第二平行面處通過內反射導引光線；(b)塗佈一塗層到該導光元件的該些面中的至少一個面的至少一部分；(c)沿著與該塗層相交的一平面研磨該導光元件，以便同時形成該導光元件的一耦合表面及該塗層的一邊緣；以及(d)將一透明光學元件的一介面表面結合到該耦合表面，該透明光學元件被配置成使得在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面以在該導光元件內傳播；其中該結合的步驟是通過將一定量的透明黏合劑塗佈在該耦合表面與該介面表面之間來執行，該定量的黏合劑被塗 佈使得當該耦合表面及該介面表面被壓在一起時，一多餘量的該透明黏合劑重疊於該塗層的該邊緣。

根據本發明實施例的另一個特徵，該塗層是一不透明塗層，使得該邊緣定義一光學截斷邊緣。

根據本發明實施例的另一個特徵，更提供一步驟：選擇性地去除該塗層，以留下一截斷邊緣，該截斷邊緣是通過在該透明黏合劑內形成的一空氣間隙的一邊緣所定義形成的。

R11‧‧‧光線

R12‧‧‧光線

R13‧‧‧光線

R14‧‧‧光線

R15‧‧‧光線

R21‧‧‧光線

R22‧‧‧光線

R23‧‧‧光線

R24‧‧‧光線

R25‧‧‧光線

R31‧‧‧光線

R32‧‧‧光線

R33‧‧‧光線

R34‧‧‧光線

R35‧‧‧光線

10‧‧‧導光元件

13‧‧‧導光元件

14‧‧‧耦合表面

15‧‧‧塗層

17‧‧‧邊緣

18‧‧‧輸入表面

19‧‧‧透明光學元件

20‧‧‧導光元件

26‧‧‧平行面

31‧‧‧溢出區域

32‧‧‧邊緣

34‧‧‧空氣間隙

37‧‧‧區域

44‧‧‧耦合棱鏡

46‧‧‧表面

54‧‧‧耦合棱鏡

58‧‧‧表面

2110‧‧‧膠體

2705‧‧‧底部外部面

2710‧‧‧頂部外部面

40f1‧‧‧保護塗層

40f2‧‧‧保護塗層

40f3‧‧‧保護塗層

40f4‧‧‧保護塗層

80f1‧‧‧塗層

80f2‧‧‧塗層

80f3‧‧‧保護塗層

這裡僅通過舉例的方式參照附圖描述本發明，其中：第1A圖及第1B圖如上描述分別對應於PCT專利申請公開第WO 2015/162611號的第3圖及第7圖，示出了可有利地應用於本發明的導光裝置；第1C圖示出根據本發明的一個方面的導光裝置的示意等角視圖，其中本發明的內文也可以有利地應用；第2A圖、第2B圖及第2C圖示出兩個透明光學元件的接合區域的示意放大截面局部視圖，根據本發明一個實施例分別示出接合部沒有黏合劑、有黏合劑以及一保護層通過黏合劑覆蓋，每個視圖示出針對每種情況的各種光線路徑；第3A圖至第3C圖示出根據本發明的實施例在製造導光裝置期間一系列階段的示意性等角視圖，分別示出光導元件在塗覆塗層之後，在研磨耦合表面之後，以及在耦合輸入棱鏡結合之後；第3D圖示出一光導元件的示意等角視圖，根據本發明的某些實施例的 替代生產順序塗覆塗層與預成形邊緣之後；第4A圖及第4B圖示出本發明的另一個實施例在製造工藝中各個階段的示意側視圖，分別示出光導元件在塗覆塗層之後以及在耦合輸入棱鏡結合之後；第4C圖是類似於第4B圖的視圖，示出了由第4A圖及第4B圖的製造工藝生產的裝置的整體光學效應；第5A圖至第5C圖示出在第4C圖的裝置的變型實施方案的生產工藝中的階段的示意側視圖；第6A圖至第6C圖示出根據本發明的另一個實施例的導光裝置生產的各個階段的示意等角視圖，分別示出光導元件在塗覆塗層之後，在研磨耦合表面之後，以及在耦合輸入棱鏡結合之後；第6D圖是類似於第6C圖的視圖，示出由第6A圖至第6C圖的製造工藝生產的裝置的整體光學效應；第7A圖是類似於第2C圖的視圖，示出本發明的另一個變型實施方式，根據該變型實施方式塗層被去除以留下空氣間隙；第7B圖是類似於第6D圖的視圖，示出根據第7A圖的使用空氣間隙裝置的實施方式；第8A圖示出第1C圖及第3C圖的裝置的另一變型實施方式的導光裝置的等角視圖，其為根據本發明的一個實施例教示的構造及操作；第8B圖示出通過第8A圖的裝置鄰接於導光元件的基部的示意水準橫截面視圖，示出沿著導光元件的輸入圖像孔徑的傳播；以及第9圖是根據本發明的一個方面教示的實施方式示出由兩個導光元件 的疊加而成的導光裝置的示意端視圖。

本發明是一種導光裝置及其相對應的生產方法。

參考附圖及所附描述，可以更好地理解根據本發明的導光裝置的原理及操作。

通過說明的方式，本發明關於兩種透明元件被接合的一系列情況，並且特別地(但不特定地)，兩個元件的外表面以一個角度或一個台階相接。一光學系統的兩個透明元件之間的接合存在一些實際應用的挑戰。首先，透明材料塊的邊緣不是完美銳利的邊緣，並且通過某個曲率半徑被修改(扭曲)，通常具有一些缺口或其他缺陷。這種弧形的程度通常取決於材料的特性及所用設備的類型。第2A圖示出兩個透明光學元件(導光元件)13及19的一接合區域的一個示意局部截面放大圖，其中該導光元件13之的一個邊緣32處經研磨後具有一個曲率半徑。該曲率半徑導致各種散射效應，其降低該光學裝置的整體質量。因此，當光線R11及R13沒有散射的從透明光學元件19到導光元件13並沿著導光元件13如預期地傳播，且光線R15被排除在導光元件13之外時，光線R12及R14與表面的各種中間角度的相互影響因為圓弧的邊緣32，導致散射的光線在多個角度而不是對應於裝置的設計，從而降低該整體裝置的信噪比。

通過使用光學黏合劑產生了另一個問題，如第2B圖所示。為了在介面處確保均勻的光學性能，足夠量的光學黏合劑介於相對表面之間，將相對表面壓在一起之後，待連接的相對表面的整個區域被黏合劑覆蓋。這通常導致在待接合的表面的末端處有一些溢出的過量黏合劑，形成一溢出 區域31，其可能是任意尺寸及不受控制的形狀。由於該黏合劑是透明黏合劑，並且通常地也與該透明光學元件的折射率匹配，所以溢出區域31定義了另外光線的光學路徑，這可能導致散射及不想要的多個角度的光線在導光元件13內傳播。因此，在這裡示出的實施例中，光線R23及R24從透明光學元件19到導光元件13而沒有散射且沿著導光元件13傳播，並且光線R22逸出沒有到達導光元件13。然而，光線R21及R25及黏合劑的溢出區域31的任何角度表面一起相互影響，導致光線多個角度的散射而不是對應於裝置的設計，從而降低該整體裝置的信噪比。

根據本發明的一個方面，如第2C圖所示，提供了一種光學裝置或設備，其包含兩個透明光學元件，通常為一個導光元件13，具有多個面包含一第一平行面及第二平行面26，以致於光可以通過在第一及第二平行面26上的內反射在導光元件13內引導。該第二透明光學元件19具有一介面表面用於附接到導光元件13的一耦合表面。一非透明(不透明)塗層15被塗佈到導光元件13的多個面的至少一個面的至少一部分上，在這種情況下，是該些平行面26中的一個。塗層15優選地被選擇以提供(或保持)用於在該導光元件13的表面內反射的反射特性，且優選地定義一邊緣17鄰接於，或者在下面一些情況下描述的重疊於，導光元件13的耦合表面上。一定量的透明黏合劑被部署在該耦合表面及該介面表面之間，以便於形成一光學透射介面，該黏合劑形成一溢出區域31，其延伸到且部分地重疊該邊緣17。

如第2C圖所示，根據示例性實施方式塗層15的存在顯著地增強了裝置的光學特性。首先，由於導光元件13的表面上存在塗層15，溢出區域31的黏合劑不損害導光元件13的內反射特性，使得光線R31在該導 光元件內部是內部地反射，並且在該導光元件內正確地傳播，此外，邊緣17在此作為一光學截斷邊緣，清晰地描繪在多個光線R31、R33及R34之間進入該導光元件而未失真，且光線R32及R35被排除在外，任何雜散光通過該黏合劑溢出區域31的不規則表面反射，如光線R35，碰到外表面的塗層15而從該導光元件中排除。

塗層15可以由適用於塗佈在一光學元件的表面的任何材料形成，並提供該透明光學元件該所需的光阻擋特性且提供內部反射特性。實施例包含但不限於各種金屬塗層及各種介電質塗層。在一個特別優選的但非限制性的實施例中，一銀塗層一薄密封保護層用以防止氧化已經被知道是特別有效的並且適用於這種應用。

本發明適用於將兩個透明光學元件連接在一起的廣泛應用。特別重要的應用的子集關於將光從另一個導光元件或透明光學元件19引導進入到一導光元件13內的裝置。這樣的應用可以採用許多不同的附接幾何形狀，將附接的透明光學元件19安裝到該導光元件13的各個不同的表面上，如第1A圖至第1C圖所示。在第1A圖中，一耦合棱鏡被附接在該導光元件的其中多個主要平行表面的其中一個上，同時在第1B圖中，附接的一棱鏡在一個傾斜具角度的耦合輸入表面處。附接也可以在垂直於一導光元件的主要表面的一個端面處，如第1C圖的新穎結構所示，其關於具有兩對平行表面的一矩形導光元件。本發明實施方式的又一實施例可以在下文找到用於這些幾何形狀中的每一個。

根據本發明生產光學裝置的操作順序可根據所採用的具體設計而變化。第3A圖至第3C圖示出了一個生產階段的順序，對應於本發明 的一個方面的一個特別優選的方法，但是非限制性的。在這種情況下，光學組裝的生產包含一步驟：塗佈一塗層15到一導光元件13的至少一個面的至少一部分，該導光元件13可以是具有兩個主要平行面的一個矩形(包含方形)的導光元件，具有兩對平行面用於引導光通過四重內反射，如第3A圖所示，根據此處所示的特別優選的順序，導光元件13沿著與該塗層相交的一平面被研磨，以同時形成塗層15的一端部耦合表面14及一邊緣17，如第3B圖所示。一透明光學元件的介面表面，透明光學元件(如一耦合輸入稜鏡)19，然後結合到耦合表面14上，使得在該透明光學元件內傳播的光可以通過該介面表面及該耦合表面，從而在該光導元件內傳播。通過在該耦合表面及該介面表面之間塗佈一定量的一透明黏合劑來執行與導光元件13的結合。黏合劑被施用，因此，當該耦合表面及該介面表面被壓在一起時，該透明黏合劑的多餘部分與塗層15的邊緣17重疊，從而產生類似於上面所述參照第2C圖的最終配置，該塗層可防止該黏合劑對該導光元件特性造成不利影響，其中邊緣17提供了一個定義的光學截斷邊緣，並劃定了何種的光束進入及不進入該導光元件。這種方法可以是有利的用來在任何所需的角度上耦合表面，包含例如第1C圖的正交耦合表面及例如第3B圖及第3C圖的傾斜耦合表面。

在一研磨/拋光工藝中同時形成耦合表面14及邊緣17被認為是有利的，因為它確保了邊緣17相對於耦合表面14的正確位置，通常地剛好超出在該耦合表面末端出現的任何非平面邊緣影響，如第2C圖所示，並避免了在該塗層工藝中形成一個尖銳邊緣的需要，作為此工藝的結果，該耦合表面14及該導光元件的多個平行多面中的一個在一底面邊緣相接，以 及該塗層的邊緣17與該底面邊緣處於非重疊關係。本文中的“底面邊緣”是指偏離平面的一個角度轉變發生的整個區域。

替代地，如第3D圖中的示例所示，塗層15的一區域可以被應用於一導光元件13以在該塗層塗佈期間定義一邊緣17。通常本發明塗佈該塗層的技術，特別是對於選擇性的塗佈一層以形成一個良好定義的邊緣，此技術中是已知的，並且可以根據所使用的塗層類型進行選擇，並且採用相應的塗佈技術，例如，一個被保護的銀塗層或一個介電質塗層可以通過傳統的沉積技術如濺射或濕式化學沉積來塗佈，並且該塗層的形狀可以由各種傳統技術包含，但不限於，光刻技術定義一圖案化的光阻，以及機械光罩例如通過使用黏合劑膠帶。該塗層的塗佈在塗佈工藝期間定義具有良好定義的邊緣特別地有用，在另一個透明光學元件在多個主要平行表面中的一個上結合到該導光元件的塗佈，例如在第1A圖的結構中。這種應用的實施例將在下文描述並參照圖第4A圖至第4C圖。

本發明的塗層可以塗佈在將要結合的一個或兩個光學元件的一個或多個表面上，並且可以塗佈於該表面的整個(多個)表面或者，更優選地，只是(多個)表面的一部分，顯著地接近該結合區域，將被需要黏合劑保護特性的區域，因此，在許多實施方式中，在該最終裝配裝置中該塗層的總面積小於總表面積的一半，在某些情況下，小於該些結合表面的總面積。

在某些應用中，塗層僅在該多個面的一側或多個面的子集合上塗覆就足夠了。例如，在兩個組件要被耦合以使得某些表面將在耦合之後齊平，有可能在結合之後有效地去除多餘的黏合劑，通過進一步的拋 光步驟，該步驟有效地使這兩個部件以一共平面重新表面化。

現在參考第4A圖至第4C圖，示出本發明的一個實施方式，該耦合表面被提供在定義光導的多個主要平行面的一個上。在這種情況下，塗層15是有利地塗佈以便定義邊緣17，最優選地是在通過該透明光學元件19附接之後重疊的一個位置(第4B圖)。在該透明光學元件19的附接之後，該塗層被看見在該耦合表面及該介面表面之間延伸。因此，黏合劑的任何溢出區域31以及透明光學元件(如耦合稜鏡)19的該底面邊緣，落在該光學截斷邊緣17的之外，使得該黏合劑溢出及該耦合稜鏡邊緣的任何缺陷不會對該裝置的光學性質造成不利影響。

第4C圖示意地示出組裝組件的整體光學特性。如在本文的一些其他特別優選的實施方式示出，透明光學元件19是一種耦合稜鏡，配置成以提供一個輸入表面18，用於將光輸入到導光元件13中。特別地，對於一個導光元件來說，其是作為一個系統的部件的實施方式，其中光在該元件內在多個角度的給定範圍內傳播，輸入表面18可以有利地大致垂直於該輸入光線方向，由此使失真最小化。另外，使用邊緣17作為一光學截斷，這種配置可以用於以一圖像的光線“填滿”該導光元件，其中一個稍微超過尺寸的圖像孔徑被通過一光學截斷邊緣“修整”以保證該圖像(及其反射的共軛圖像)出現在該導光元件內的所有位置。為此目的，邊緣17不需要一定是筆直的邊緣，但應該是一個清楚定義的任何期望的形狀的邊緣。用於以一圖像填充在一導光元件的各種裝置在PCT專利申請案公開第WO 2015/162611號中描述了具有一對平行面的導光元件，以及一起在申請中的PCT專利申請第PCT/IL2017/051028號中(在本案申請日申請時尚未公開) 用於具有兩對平行面的導光元件。在這些配置的每一個中，用於修整該輸入耦合圖像的光學截斷邊緣可以有利地根據本發明的教示來實施。應該注意的是，該修整邊緣厚度由該塗層的厚度定義，該修整邊緣為一層薄層，並會產生最小的散射。

第5A圖至第5C圖示出與第4A圖至第4C圖的功能類似的一光學組裝的改善生產順序及最終形式，但是其中幾何形狀的光學被增強。在這種情況下，如第4A圖所示，導光元件13被塗層15所塗覆。在下個步驟(第5B圖)中，透明光學元件(如一矩形稜鏡)19被膠合在導光元件13的該等主要平行面上，且部分地覆蓋該塗層15。在組裝時使用一個矩形促使便於將該稜鏡與該導光元件有效地壓合在一起，從而實現更好的結合。結合稜鏡及導光元件然後沿虛線拋光，以增強裝置的幾何形狀，如第5C圖所示。

附帶一說，雖然主要地描述是關於裝置其中的光學元件通過使用光學黏合劑而結合，但應該注意的是，本發明的某些實施例可以在不使用黏合劑的情況下實施，其中替代的黏合技術被使用。第4A圖至第4C圖及第5A圖至第5C圖的結構適合於這樣的實施方式的多個實施例，其中，該導光元件13的耦合表面及該透明光學元件19的介面表面是周密地準備一高度平面性然後通過使該些表面直接接觸，通過無膠接觸(“直接接合”)進行接合，在這種情況下，不存在黏合劑溢出的問題。然而，提供一塗層與在組件之間延伸的一光學截斷邊緣的技術確保高質量的光學截斷，而不受該耦合稜鏡的邊緣的任何缺陷影響。

現在參考第6A圖至第6D圖，這些圖示示出示例性非限制性 工藝用於與第1B圖類似的幾何形狀的情況下實施本發明。在這樣的實施例中，如第6A圖所示，導光元件13首先塗佈有塗層15。然後將該導光元件的端部拋光以形成該耦合表面，並同時縮短該塗覆區域，從而產生修整邊緣17，如第6B圖所示。在第6C圖中，透明光學元件(如稜鏡)19與該導光元件13的該耦合表面結合，具有任何黏合劑溢出31覆蓋邊緣17及塗層15的一部分。在這種情況下，任選地，該透明光學元件(如稜鏡)19的該介面表面的可有利地大於該導光元件的該耦合表面。第6D圖示意性地示出組合組裝的整體光學結構，其中邊緣17提供一光學截斷，並且光學特性對元件的角度邊緣的缺陷不敏感。

現在參考第7A圖及第7B圖，示出本發明的另一個變型的實施方式。在這種情況下，代替地使用一不透明塗層來定義一截斷邊緣，一可移除的塗層15用於在黏合劑的塗佈期間保護該導光元件的表面，並且定義截斷邊緣17。在結合完成之後且該黏合劑已經固化，該塗層選擇性地被去除，從而留下通過形成在該透明黏合劑中的一個空氣間隙34的一邊緣所定義的一截斷邊緣。

在這種情況下，該塗覆/塗層不需要具有任何特定的光學要求，並且僅在塗佈黏合劑以附接該透明光學元件(如耦合輸入稜鏡)19時存在。空氣間隙34是在該層的材料(如光阻或蠟)已被去除後產生。這種配置光學的特性包含的各種光線的行為類似於在第2C圖中示出的光線，除了光線R21的反射現在是通過該導光元件的全內反射(TIR)(而不是層反射)並且R25的反射是通過在該黏合劑內的TIR(而不是該塗層的一個外表面)。修整邊緣17現在通過該空氣間隙的邊緣決定，之後的光學路徑是連 續的。該裝置的整體光學特性在第7B圖中示意性地示出。

本發明可以在任何方向的表面處組合的光學元件的背景中實施，包含在多個耦合表面處，該些耦合表面與一導光元件的一延伸方向垂直，如上在第1C圖中所示。如上所述，本發明也適用於導光元件具有兩對平行面，其中光線通過四重反射傳播，被稱為“二維(2D)波導”。

在某些情況下，保護層塗覆來可以使用而有利地在要結合的兩個元件的選定表面上。因此，在第8A圖及第8B圖中，可以優選地在導光元件13的兩側上塗佈一保護塗層，為了減少不均勻性，其可能由透明光學元件(如稜鏡)19及導光元件13之間(第8A圖中的區域37)的不連續性引起。該塗層在導光元件13的兩側示出為80f1及80f2。通過導入一保護塗層在該導光元件13的端部的所有周圍(包含80f1、80f2及其他兩個正交側)，該波導的引導將免受來自所有側面的膠溢出或邊緣不均勻性的影響。如果在80f2附近的透明光學元件(如棱鏡)19及導光元件13之間的台階很小(或不存在)，則也是有利的通過保護塗層80f3也保護透明光學元件(如棱鏡)19的反射免受任何膠體的溢出影響。

最後參考第9圖，儘管本文主要在一耦合輸出棱鏡附接到一導光元件的的背景下示出，但是本發明同樣地可以應用於其他應用，例如在一第一導光元件(或“波導”)饋入另一個。第9圖示出一個這樣的實施例，其中一矩形(二維(2D))導光元件10饋入到一板型(一維(1D))導光元件20中。此配置對應於前述共同申請PCT專利申請案第PCT/IL2017/051028號(其在本申請的申請日未公開)中描述的多個這樣的選項之一，並且本發明可以同樣地應用到各種變型的實施方式，具有或不具有一 耦合棱鏡，如本文所描述的。

波導10比波導20稍為較大，為了能夠完整的照射(填充)波導20。膠體2110可以溢出波導20及10中的任一個或兩者皆是。本發明特別優選的實施方式提供保護塗層皆在兩個波導上，如示出在40f1、40f2、40f3及40f4處。

所附的申請專利範圍撰寫沒有包含多重附屬的範圍，這僅是為了符合在司法管轄權的形式要求上不允許多重附屬。應該注意的是，通過使得申請專利範圍多重附屬而暗示的所有可能特徵組合都被明確地設想過並且應該被認為是本發明的一部分。

應該理解的是，以上描述僅用作示例，並且有許多其他的實施方式亦可以屬於本發明的範圍，如同在所附的申請專利範圍中所定義。

R31‧‧‧光線

R32‧‧‧光線

R33‧‧‧光線

R34‧‧‧光線

R35‧‧‧光線

13‧‧‧導光元件

15‧‧‧塗層

17‧‧‧邊緣

19‧‧‧透明光學元件

26‧‧‧平行面

31‧‧‧溢出區域

32‧‧‧邊緣

Claims (20)

1. 一種光學裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個面，該些面包含一對平行面，該導光元件被配置用於在該些平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個面提供一耦合表面；(b)一透明光學元件，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，該透明光學元件被配置以使在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面以在該導光元件中傳播；(c)一不透明塗層，塗佈在該導光元件的該些平行面中的至少一個面的至少一部分上，該塗層定義一邊緣鄰接於或重疊於該導光元件的該耦合表面；及(d)一定量的透明黏合劑，配置在該耦合表面及該介面表面之間，以形成一光學透射介面，該黏合劑延伸到該邊緣並與該邊緣重疊，其中該邊緣定義一光學截斷邊緣用於使通過該透明光學元件的光線進入到該導光元件，及其中該不透明塗層配置用以在至少一個的該些平行面的一下面區域產生內反射。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該耦合表面設置在該些平行面中的一個上。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學裝置，其中該塗層在該耦合表面及該介面表面之間延伸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該耦合表面相對於該些平行面傾斜。
5. 如申請專利範圍第4項所述的光學裝置，其中該耦合表面與該平行面在一底面邊緣相接，並且其中該邊緣不與該底面邊緣重疊。
6. 如申請專利範圍第5項所述的光學裝置，其中該黏合劑填充在一凹部，該凹部形成在該底面邊緣與該介面表面之間。
7. 如申請專利範圍第4項所述的光學裝置，其中該耦合表面相對於該些平行面斜向地傾斜。
8. 如申請專利範圍第4項所述的光學裝置，其中該耦合表面垂直於該些平行面。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該介面表面大於該耦合表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該塗層是一金屬塗層。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該塗層是一介電質塗層。
12. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該透明光學元件是一耦合棱鏡，該耦合棱鏡被配置以提供一輸入表面，該輸入表面定向的用於將光線輸入到該導光元件中。
13. 一種光學裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個面，該些面包含一對的平行面，該導光元件被配置用於在該些平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個面提供一耦合表面；(b)一耦合稜鏡，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，以及具有一輸入表面用於將光線輸入到該導光元件中；以及(c)一不透明塗層，塗佈在該導光元件的該耦合表面並在該導光元件與該 耦合稜鏡之間延伸，該塗層定義一光學截斷邊緣用於使通過該耦合稜鏡的光線進入到該導光元件，其中該不透明塗層配置用以在至少一個的該些平行面的一下面區域產生內反射。
14. 如申請專利範圍第13項所述的光學裝置，其中該耦合棱鏡附接到該導光元件的該耦合表面且沒有使用黏合劑。
15. 一種光學裝置，包含：(a)一導光元件，具有多個外部面，該些外部面包含一第一平行外部面及一第二平行外部面，該導光元件被配置用於在該第一平行外部面及該第二平行外部面處通過內反射導引光線，該些外部面中的一個外部面提供一耦合表面；(b)一耦合稜鏡，具有一介面表面用於附接到該耦合表面，以及具有一輸入表面用於將光輸入到該導光元件中；以及(c)一定量的透明黏合劑，配置在該耦合表面與該介面表面之間，以形成一光學透射介面，所述定量的黏合劑的一部分形成一具角度的凹部的一局部填充，該具角度的凹部位在該導光元件及該耦合棱鏡之間；其中一空氣間隙在該局部填充下方沿著該導光元件的該些外部面中的一個延伸，該空氣間隙終止於該黏合劑內的一邊緣處，以便定義一光學截斷邊緣鄰接於該導光元件的該耦合表面。
16. 一種用於製造一光學組件的方法，包含：(a)提供一導光元件，該導光元件具有多個面，該些面包含一第一平行面及一第二平行面，該導光元件被配置用於在該第一平行面及該第二平行 面處通過內反射導引光線；(b)塗佈一塗層到該導光元件的該些面中的至少一個面的至少一部分；(c)沿著與該塗層相交的一平面研磨該導光元件，以便同時形成該導光元件的一耦合表面及該塗層的一邊緣；以及(d)將一透明光學元件的一介面表面結合到該耦合表面，該透明光學元件被配置成使得在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面以在該導光元件內傳播；其中該結合的步驟是通過將一定量的透明黏合劑塗佈在該耦合表面與該介面表面之間來執行，該定量的黏合劑被塗佈使得當該耦合表面及該介面表面被壓在一起時，一多餘量的該透明黏合劑重疊於該塗層的該邊緣。
17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該塗層是一不透明塗層，使得該邊緣定義一光學截斷邊緣。
18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，更包含一步驟：選擇性地去除該塗層，以留下一截斷邊緣，該截斷邊緣是通過在該透明黏合劑內形成的一空氣間隙的一邊緣所定義形成的。
19. 一種用於製造一光學組件的方法，包含：(a)提供一導光元件，該導光元件具有多個面，該些面包含一對的平行面，該導光元件被配置用於在該些平行面處通過內反射導引光線，該些面中的一個提供一耦合表面；(b)塗佈一不透明塗層到該些平行面中的至少一個的至少一部分，該不透明塗層定義一邊緣以鄰接到該導光元件的該耦合表面，或與該導光元件的該耦合表面相重疊； (c)沿著與該塗層相交的一平面研磨該導光元件，以便同時形成該導光元件的一耦合表面及該塗層的一邊緣；以及(d)將一透明光學元件的一介面表面結合到該耦合表面，該透明光學元件被配置成使得在該透明光學元件內傳播的光線穿過該介面表面及該耦合表面以在該導光元件內傳播；其中該結合的步驟是通過將一定量的透明黏合劑塗佈在該耦合表面與該介面表面之間來執行，該定量的黏合劑被塗佈使得當該耦合表面及該介面表面被壓在一起時，一多餘量的該透明黏合劑重疊於該塗層的該邊緣，及其中該邊緣定義一光學截斷邊緣用於使通過該透明光學元件的光線進入到該導光元件，及其中該不透明塗層配置用以在至少一個的該些平行面的一下面區域包含與該透明黏合劑的過量重疊的區域產生內反射。
20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該耦合表面提供在該些平行面中的一個上。

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