TWI770502B

TWI770502B - 應用於浮空投影裝置的分光鏡

Info

Publication number: TWI770502B
Application number: TW109115159A
Authority: TW
Inventors: 劉德偉
Original assignee: 晶將科技股份有限公司
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW202142897A

Abstract

一種應用於浮空投影裝置的分光鏡，其包含：一基板，以及一光學薄膜，其中光學薄膜形成於基板的上表面。光學薄膜包含至少一第一鍍膜層、一第二鍍膜層、一第三鍍膜層、一第四鍍膜層，其中第一鍍膜層、第二鍍膜層、第三鍍膜層、第四鍍膜層為高折射率的光學鍍膜材料和低折射率光學鍍膜材料，依序交替堆疊而形成。

Description

應用於浮空投影裝置的分光鏡

本發明屬於浮空投影裝置的領域，尤指一種應用於浮空投影裝置的分光鏡。

浮空投影技術(Holography)，乃是一種將影像透過光影反射，以在視覺上產生懸浮於空中及立體成像效果的3D投影技術。浮光投影裝置(Holographic projector)係利用半穿透半反射鏡或光學透鏡，經由適當的環境光線控制，讓投影機放映的平面影像達到類似3D影像漂浮在空中的視覺效果。浮光投影裝置的優點在於，即使觀賞者長時間的觀看浮光投影裝置所投影的3D影像，也不容易對使用者的眼睛造成傷害，此外，使用浮空投影技術能夠增加影像的可變性與使用者的互動感。由於浮空投影技術可創造令人震撼的觀賞體驗，其已經廣泛使用於大型展覽會、演唱會、舞台表演、遊戲、教學器具等等需要與觀賞者互動或是學習的活動，讓觀賞者體驗到穿梭在真實和虛幻之間的夢幻感。

普遍來說，浮空投影裝置中最基礎且最重要的元件。便是分光鏡(beam splitter)。分光鏡為浮空投影裝置中不可或缺的元件，其係用來將光束分割成分別朝向不同方向的兩個相同的光束。分光鏡的品質好壞，將會直接影響到浮空投影的效果。若分光鏡的品質不佳，將造成浮空投影裝置所投影出來的影像不清晰，導致色偏或是有雙影產生。

傳統上，一般的浮空投影裝置，都是使用有色玻璃(colored glass)來當分光鏡。眾所周知的，有色玻璃能夠吸收可見光並具有一定的透明度。有色玻璃的吸收率的高低，會直接影響浮空投影的品質好壞。因此，傳統的浮空投影裝置的投影的品質好壞，會由於所使用的有色玻璃的吸收率的變化而變得不穩定。再者，有色玻璃在吸收熱量的同時，自身的溫度也會隨著所吸收的可見光熱量而提高。當熱度達到玻璃的臨界值，有色玻璃容易產生熱脹裂。

因此，若是能夠設計出一種來應用於浮空投影裝置的分光鏡，其中包含一光學薄膜來調控分光鏡的反射率與穿透率，以提昇浮空投影裝置的投影品質。

職是之故，基於克服習用技術中所存在的缺點，發明人經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終發展出本發明的「應用於浮空投影裝置的分光鏡」，除能夠克服上述先前技術之缺點，還增加許多不同的優點，以下為本發明之簡要說明。

有鑑於此，本發明的主要目的，在於提供一種應用於浮空投影裝置的分光鏡，其能夠調控分光鏡的反射率與穿透率，以提昇浮空投影裝置的投影品質。

為了達成此目的，本發明提出一種應用於浮空投影裝置的分光鏡，其包含一基板，以及一光學薄膜，形成於基板的一上表面。光學薄膜包含至少一第一鍍膜層、一第二鍍膜層、一第三鍍膜層、一第四鍍膜層，其中第一鍍膜層、第二鍍膜層、第三鍍膜層、第四鍍膜層為高折射率的光學鍍膜材料和低折射率光學鍍膜材料，依序交替堆疊而形成。

在本發明的一較佳實施態樣中，分光鏡係為一半反射鏡，且基板係為玻璃或高分子材料所組成。

在本發明的一較佳實施態樣中，高折射率的光學鍍膜材料的折射率在2.00至2.70之間，而低折射率的光學鍍膜材料的折射率在1.35至1.85之間。高折射率的光學鍍膜材料可為硫化鋅(ZnS)、二氧化鈦(TiO₂)、氮化矽(Si₃N₄)、二氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)的其中一種或其中兩種以上的混合，而低折射率的光學鍍膜材料為一氧化矽(SiO)、二氧化矽(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氟化鎂(MgF₂)的其中一種或其中兩種以上的混合。

在本發明的一較佳實施態樣中，光學薄膜係經由物理氣相沉積法來形成，例如以熱蒸鍍法、電子槍蒸鍍法或濺鍍法來形成。

在本發明的一較佳實施態樣中，其中光學薄膜的光譜範圍在420至680納米(nm)之間。

下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細的說明。

100:分光鏡

10:基板

20:光學薄膜

21:第一鍍膜層

22:第二鍍膜層

23:第三鍍膜層

24:第四鍍膜層

圖1為本發明的一較佳實施例中應用於浮空投影裝置的分光鏡的結構示意圖。

圖2顯示本發明的分光鏡中的光學薄膜的反射率特性圖。

為能進一步瞭解本發明之構成內容及其他特點，茲舉本發明較具體之實施例，並配合附圖詳細說明如以下所述。

請參見圖1，其顯示本發明的應用於浮空投影裝置的分光鏡的一較佳實施例的結構示意圖。本發明的分光鏡可應用於金字塔型或單片型的浮光投影裝置。為了簡化說明起見，金字塔型或單片型的浮光投影裝置並未顯示於附圖中，然而任何在本領域中有通常知識者皆可迅速明瞭金字塔型或單片型的浮光投影裝置的結構與運作原理，在此不另行贅述或圖例說明。

如圖1所示，本發明的應用於浮空投影裝置的分光鏡100主要包含一基板10，其係為玻璃或高分子材料所組成。在基板10的一上表面形成一光學薄膜20。光學薄膜20係經由物理氣相沉積法(PVD)來形成。此間所指的物理氣相沉積法係為熱蒸鍍法、電子槍蒸鍍法、濺鍍法的其中一種。

在圖1中，光學薄膜20係由至少一第一鍍膜層21、一第二鍍膜層22、一第三鍍膜層23、一第四鍍膜層23所組成。在本實施例中，光學薄膜20係由四個鍍膜層所組成，然而，光學薄膜的鍍膜層數目並不限於此間所精確揭露的數字。光學薄膜的鍍膜層數目可為任何大於四的正整數，此間所舉出的例子僅為示範說明之用，並非用以限制本發明的範圍。

值得注意的是，第一鍍膜層21、第二鍍膜層22、第三鍍膜層23、第四鍍膜層24為高折射率的光學鍍膜材料和低折射率的光學鍍膜材料，依照不同的膜厚，依序交替堆疊而形成。在本實施例中，第一鍍膜層21、第三鍍膜層23為高折射率的光學鍍膜材料所組成，而第二鍍膜層22、第四鍍膜層24為低折射率的光學鍍膜材料所組成。在本發明中，高折射率的光學鍍膜材料係定義為折射率在2.00至2.70之間的光學鍍膜材料，而低折射率的光學鍍膜材料定義為折射率在1.35至1.85之間的光學鍍膜材料。

底下表一列出常用的光學鍍膜材料在550納米(nm)波長的折射率：

因此，在本實施例中，第一鍍膜層21、第三鍍膜層23為高折射率(折射率在2.00至2.70之間的光學鍍膜材料)的光學鍍膜材料所組成，例如硫化鋅(ZnS)、二氧化鈦(TiO₂)、氮化矽(Si₃N₄)、二氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)的其中一種或其中兩種以上的混合，而第二鍍膜層22、第四鍍膜層24為低折射率(折射率在1.35至1.85)的光學鍍膜材料所組成，例如一氧化矽(SiO)、二氧化矽(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氟化鎂(MgF₂)的其中一種或其中兩種以上的混合。因此，本發明可允許根據分光鏡的需求來設計光膜薄膜的各層鍍膜的膜厚以及鍍膜層數，藉此調控反射與穿透率，提升投影品質。

請參見圖2，其顯示本發明的分光鏡中的光學薄膜的反射率特性圖。如圖2所示，本發明的光學薄膜10的鍍膜層21-24的光譜範圍在420~680nm之間，反射率為30~50%之間，也就是說穿透率為50~70%之間。與習知技術相較，本發明的分光鏡使用在浮空投影裝置的反射率可達40%，為習知採用有色玻璃當作分光鏡的浮空投影裝置的反射率4%的數倍。因此，將本發明的分光鏡應用到浮空投影裝置中，可以讓浮空投影裝置的投影影像的品質變得更好。

在本發明的另一可行的實施例中，可以設定第一鍍膜層21、第三鍍膜層23為低折射率的光學鍍膜材料所組成，而第二鍍膜層22、第四鍍膜層24為高折射率的光學鍍膜材料所組成。因此，在這個實施例中，第一鍍膜層21、第三鍍膜層23為低折射率(折射率在1.35至1.85)的光學鍍膜材料所組成，例如一氧化矽(SiO)、二氧化矽(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氟化鎂(MgF₂)的其中一種或其中兩種以上的混合，而第二鍍膜層22、第四鍍膜層24為高折射率(折射率在2.00至2.70之間的光學鍍膜材料)的光學鍍膜材料所組成，例如硫化鋅(ZnS)、二氧化鈦(TiO₂)、氮化矽(Si₃N₄)、二氧化鋯(ZrO₂)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)的其中一種或其中兩種以上的混合。

總和來說，本發明的分光鏡捨棄了習知使用有色玻璃作為浮空投影裝置的分光鏡的設計，而改採用以多層不同材料所組成的鍍膜層結構來實現浮空投影裝置的半反射鏡，其中鍍膜層結構為高折射率的光學鍍膜材料和低折射率的光學鍍膜材料，依照不同的膜厚，依序交替堆疊而形成的光學薄膜。因此，本發明能夠調控分光鏡的反射率與穿透率，藉此提昇浮空投影裝置的投影品質。

綜上所述，本發明的結構新穎且實用，功能上遠勝習知者，具進步性及產業利用價值，符合發明專利要件，爰依法提出發明專利之申請。上述的具體實施例是用來詳細說明本發明的目的、特徵及功效，僅為本發明的部分實施例，當不能以此限定本發明的實施範圍，凡熟悉該項技藝者根據上述說明所作等效性的變換或修改，其本質未脫離出本發明的精神範疇者，皆應包含在本發明的專利權範圍。