Световодное устройство с краем, обеспечивающим оптическую отсечку, и соответствующие способы его изготовления

Изобретение относится к световодным устройствам, в частности к световодному устройству, содержащему четко определенный край, обеспечивающий оптическую отсечку, и к соответствующим способам изготовления таких устройств. Заявленный оптический узел световодного устройства содержит: (a) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя пару параллельных поверхностей, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных параллельных поверхностях, причем одна из указанного множества поверхностей обеспечивает поверхность связи; (b) прозрачный оптический элемент, имеющий поверхность раздела для прикрепления к указанной поверхности связи, причем указанный прозрачный оптический элемент выполнен таким образом, что свет, распространяющийся внутри указанного прозрачного оптического элемента, проходит через указанную поверхность раздела и указанную поверхность связи для распространения внутри указанного световодного элемента; (c) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанных параллельных поверхностей световодного элемента, причем указанное покрытие определяет край, примыкающий к указанной поверхности связи указанного световодного элемента или перекрывающий ее; и (d) некоторое количество прозрачного связующего вещества, размещенного между указанной поверхностью связи и указанной поверхностью раздела для формирования оптически пропускающей поверхности раздела, причем указанное связующее вещество проходит до указанного края и перекрывает его, причем указанный край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для световых лучей, проходящих от указанного прозрачного оптического элемента в указанный световодный элемент, и причем указанное непрозрачное покрытие выполнено с возможностью генерировать внутреннее отражение в нижележащей области указанной по меньшей мере одной из параллельных поверхностей. Причем поверхность связи наклонена относительно параллельных поверхностей. Причем поверхность связи и параллельная поверхность сходятся на скругленном крае, причем указанный край не перекрыт скругленным краем. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область и уровень техники

Настоящее изобретение относится к световодным устройствам и, в частности, оно относится к световодному устройству, содержащему четко определенный край, обеспечивающий оптическую отсечку, и к соответствующим способам изготовления таких устройств.

При изготовлении оптических устройств часто желательно обеспечить сложную форму световодного устройства, в которой различные области обладают наклонными поверхностями с выбранными криволинейными ориентациями. Примеры таких устройств, относящихся к настоящему изобретению, включают, без ограничения, световодные элементы с конфигурациями для ввода излучения и переходные области между световодными элементами с различными поперечными размерами и/или различными ориентациями.

На фиг. 1А и 1В показаны два примера устройств, содержащих световодный элемент вместе с призмой для ввода излучения, или призмой связи, соответствующей фиг. 3 и 7, соответственно, из публикации заявки РСТ № WO 2015/162611. Обратившись к первоначальным позиционным обозначениям на этих чертежах в круглых скобках, можно видеть, что каждое из этих устройств содержит световодный элемент (20) с первой и второй параллельными поверхностями (26) и призму (44, 54) связи для прикрепления к световодному элементу, чтобы обеспечить соответствующим образом наклоненную поверхность ввода таким образом, что свет может быть введен близко к нормали к поверхности (46, 58) призмы с последующим входом в световодное устройство под углом, необходимым для внутреннего распространения света посредством внутреннего отражения на поверхностях (26).

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к световодному устройству и соответствующим способам его изготовления.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство, содержащее: (а) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на первой и второй параллельных поверхностях, причем одна из множества поверхностей обеспечивает поверхность связи; (b) прозрачный оптический элемент, имеющий поверхность раздела для прикрепления к поверхности связи, причем прозрачный оптический элемент выполнен с возможностью распространения света, проходящего внутри прозрачного оптического элемента, через поверхность раздела и поверхность связи для распространения внутри световодного элемента; (с) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанного множества поверхностей световодного элемента, причем покрытие определяет край, примыкающий к поверхности связи световодного элемента или перекрывающий ее; и (d) некоторое количество прозрачного связующего вещества, размещенного между поверхностью связи и поверхностью раздела, для формирования оптически пропускающей поверхности раздела, причем связующее вещество проходит до края и частично перекрывает его.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность связи обеспечена на одной поверхности из первой и второй параллельных поверхностей.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения покрытие проходит между поверхностью связи и поверхностью раздела.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность связи наклонена относительно первой и второй параллельных поверхностей.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность связи и первая параллельная поверхность сходятся на шлифованном крае, причем край не перекрыт с шлифованным краем.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения связующее вещество заполняет углубление, образованное между шлифованным краем и поверхностью раздела.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность связи наклонена относительно первой и второй параллельных поверхностей.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность связи перпендикулярна первой и второй параллельным поверхностям.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения поверхность раздела больше поверхности связи.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения покрытие выполнено в виде металлического покрытия.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения покрытие выполнено в виде диэлектрического покрытия.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения прозрачный оптический элемент выполнен в форме призмы связи, выполненной с возможностью обеспечения поверхности ввода, ориентированной для ввода света в световодный элемент.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для световых лучей, проходящих от прозрачного оптического элемента в световодный элемент.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения также предложено устройство, содержащее: (а) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на первой и второй параллельных поверхностях, причем одна из множества поверхностей обеспечивает поверхность связи; (b) призму связи, имеющую поверхность раздела, сцепленную с поверхностью связи, и поверхность ввода для ввода света в световодный элемент; и (с) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть поверхности связи световодного элемента и проходящее между световодным элементом и призмой связи, причем покрытие определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для света, проходящего от призмы связи через поверхность связи в световодный элемент.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения призма связи присоединена к поверхности связи световодного элемента без связующего вещества.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения также предложено устройство, содержащее: (а) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на первой и второй параллельных поверхностях, причем одна из множества поверхностей обеспечивает поверхность связи; (b) призму связи, содержащую поверхность раздела для прикрепления к поверхности связи и, поверхность ввода для ввода света в световодный элемент; и (с) некоторое количество прозрачного связующего вещества, размещенного между поверхностью связи и поверхностью раздела для формирования оптически пропускающей поверхности раздела, причем часть этого количества связующего вещества частично заполняет наклонное углубление между световодным элементом и призмой связи, в котором воздушный зазор проходит вдоль одной из поверхностей световодного элемента ниже частичного заполнения, причем воздушный зазор закончен на краю внутри связующего вещества для определения края, обеспечивающего оптическую отсечку, рядом с поверхностью связи световодного элемента.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения также предложен способ изготовления оптического узла, включающий: (а) обеспечение световодного элемента, содержащего множество поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на первой и второй параллельных поверхностях; (b) нанесение покрытия по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанного множества поверхностей световодного элемента; (с) шлифование световодного элемента вдоль плоскости, пересекающей покрытие, для одновременного выполнения поверхности связи световодного элемента и края покрытия; и (d) соединение поверхности раздела прозрачного оптического элемента с поверхностью связи, причем прозрачный оптический элемент выполнен с возможностью распространения света, проходящего внутри прозрачного оптического элемента, через поверхность раздела и поверхность связи для распространения внутри световодного элемента, причем соединение выполнено посредством нанесения некоторого количества прозрачного связующего вещества между поверхностью связи и поверхностью раздела, а количество нанесенного связующего вещества таково, что при сжатии поверхности связи и поверхности раздела друг с другом излишек прозрачного связующего вещества перекрывает край покрытия.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения покрытие выполнено в форме непрозрачного покрытия таким образом, что край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку.

Согласно другой особенности варианта реализации настоящего изобретения также предложена операция селективного удаления покрытия для освобождения края, обеспечивающего отсечку, определенного краем воздушного зазора, образованного в прозрачном связующем веществе.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описано здесь только посредством примера со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Описанные выше фиг. 1А и 1В соответствуют фиг. 3 и 7, соответственно, публикации заявки РСТ № WO 2015/162611 и показывают световодные устройства, к которым настоящее изобретение может быть предпочтительно применено;

На фиг. 1С схематически показан изометрический вид световодного устройства согласно одной особенности настоящего изобретения, причем в этом контексте настоящее изобретение может быть также предпочтительно применено;

На фиг. 2А, 2В и 2С схематически показаны увеличенные частичные виды в разрезе области соединения двух прозрачных оптических элементов, иллюстрирующих, соответственно, соединение без клея, с клеем, и с защитным слоем, перекрытым клеем согласно варианту реализации настоящего изобретения, причем каждый вид иллюстрирует различные пути светового луча для каждого случая;

На фиг. 3А-3С показана последовательность схематических изометрических видов, поясняющих стадии изготовления световодного устройства согласно варианту реализации настоящего изобретения, причем указанные виды иллюстрируют световодный элемент после нанесения покрытия, после шлифования поверхности связи и после присоединения призмы связи, соответственно;

На фиг. 3D схематически показан изометрический вид световодного элемента после нанесения покрытия с предварительно сформированным краем согласно альтернативной последовательности операций изготовления в определенных вариантах реализации настоящего изобретения;

На фиг. 4А и 4В схематически показаны виды сбоку, поясняющие стадии изготовления согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения и иллюстрирующие световодный элемент после нанесения покрытия и после присоединения призмы связи, соответственно;

На фиг. 4С показан вид, аналогичный фиг. 4В и поясняющий полный оптический эффект устройства, возникающий вследствие последовательности операций изготовления по фиг. 4А и 4В;

На фиг. 5А-5С схематически показаны виды сбоку, поясняющие стадии изготовления согласно варианту реализации устройства по фиг. 4С;

На фиг. 6А-6С показана последовательность схематических изометрических видов, поясняющих стадии изготовления световодного устройства согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, причем виды иллюстрируют световодный элемент после нанесения покрытия, после шлифования поверхности связи и после присоединения призмы связи, соответственно;

На фиг. 6D показан вид, аналогичный фиг. 6С и поясняющий полный оптический эффект устройства, возникающий вследствие последовательности операций изготовления по фиг. 6А-6С;

На фиг. 7А схематически показан вид, аналогичный фиг. 2С и поясняющий еще один вариант реализации настоящего изобретения, согласно которому слой покрытия удален для освобождения воздушного зазора;

На фиг. 7В схематически показан вид, аналогичный фиг. 6D и поясняющий изготовление этого устройства при использовании воздушного зазора по фиг. 7А;

На фиг. 8А схематически показан изометрический вид световодного устройства, которое представляет собой еще один вариант реализации устройств по фиг. 1С и 3С, построенный и работающий согласно варианту реализации настоящего изобретения;

На фиг. 8В схематически показан горизонтальный вид в разрезе, проведенном через устройство по фиг. 8А рядом с основанием световодного элемента, поясняющий распространение апертуры вводимого изображения вдоль световодного элемента; и

На фиг. 9 схематически показан вид с торца световодного устройства, образованного в результате наложения двух световодных элементов, выполненных согласно одной особенности настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение описывает световодное устройство и соответствующие способы его изготовления.

Принципы и работа световодных устройств согласно настоящему изобретению могут быть лучше поняты со ссылками на чертежи и из прилагаемого описания.

В качестве введения необходимо отметить, что настоящее изобретение относится к широкому диапазону ситуаций, в которых соединены два прозрачных элемента, и особенно, хотя и не исключительно, к ситуациям, в которых внешние поверхности этих двух элементов сходятся под углом или со ступенькой. Соединения прозрачных элементов оптической системы представляют собой ряд проблем при практической реализации. Во-первых, края блоков прозрачного материала не представляют собой идеально острые края и модифицированы (искажены) некоторым радиусом кривизны, часто с некоторыми сколами или другими дефектами. Степень этого закругления обычно зависит от свойств материалов и типа используемого оборудования. На фиг. 2А схематически показан увеличенный частичный вид в разрезе области соединения двух прозрачных оптических элементов 13 и 19, где край 32 одного из элементов 13 после шлифования имеет некоторый радиус кривизны. Этот радиус кривизны приводит к различным эффектам рассеяния, которые уменьшают общее качество оптического устройства. Таким образом, в то время как лучи R11 и R13 проходят от оптического элемента 19 к оптическому элементу 13 без рассеяния и распространяются, как и предназначено, вдоль оптического элемента 13, а луч R15 не попадает в оптический элемент 13, лучи R12 и R14 взаимодействуют под различными промежуточными углами с поверхностью вследствие закругления края 32, что приводит к рассеянию лучей под углами, отличными от углов, соответствующих конструкции устройства, с соответствующим уменьшением значения сигнал-шум для устройства в целом.

Еще одна проблема возникает при использовании оптических связующих веществ, или оптических клеев, как показано в настоящей заявке на фиг. 2В. Для обеспечения однородных оптических свойств на поверхности раздела достаточное количество оптического клея вводят между противостоящими поверхностями, так что после сжатия их друг с другом вся область подлежащих соединению противостоящих поверхностей покрыта клеем. Это обычно приводит к некоторому вытеканию избыточного клея на оконечностях соединяемых поверхностей, что образует область 31 перелива, размер которой произволен, а форма неконтролируема. Поскольку клей прозрачен и его показатель преломления обычно также согласован с показателем преломления прозрачных оптических элементов, область 31 перелива определяет дополнительные пути оптических лучей, которые могут привести к рассеянию и к нежелательным углам распространения луча внутри оптического элемента 13. Таким образом, в показанном здесь примере лучи R23 и R24 проходят от оптического элемента 19 к оптическому элементу 13 без рассеяния и распространяются, как и предназначено, вдоль оптического элемента 13, а луч R22 выходит, не достигая оптического элемента 13. Однако, лучи R21 и R25 взаимодействуют под различными произвольными углами с поверхностями области 31 перелива клея, что приводит к рассеянию лучей под углами, отличными от углов, соответствующих конструкции устройства, с соответствующим уменьшением значения сигнал-шум для устройства в целом.

Согласно одной особенности настоящего изобретения, как показано на фиг. 2С, предложено оптическое устройство или устройство, содержащее два прозрачных оптических элемента, обычно световодный элемент 13 с множеством поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности 26, так что свет может быть направлен внутрь элемента 13 посредством внутреннего отражения на первой и второй параллельных поверхностях 26. Второй прозрачный оптический элемент 19 содержит поверхность раздела для прикрепления к поверхности для ввода излучения, или поверхности связи, световодного элемента 13. Непрозрачное покрытие (светонепроницаемое) 15 нанесено по меньшей мере на часть по меньшей мере одной из поверхностей световодного элемента 13, в этом случае на одну из параллельных поверхностей 26. В предпочтительном варианте реализации покрытие 15 выбрано для обеспечения (или сохранения) отражательных свойства для обеспечения внутреннего отражения на поверхности световодного элемента, и предпочтительно определяет край 17 рядом с поверхностью связи световодного элемента 13, или в некоторых описанных ниже случаях перекрывает эту поверхность. Определенное количество прозрачного клея нанесено между поверхностью связи и поверхностью раздела для формирования оптически прозрачной поверхности раздела, причем клей формирует область 31 перелива, которая проходит до края 17 и частично перекрывает его.

Как можно видеть на фиг. 2С, наличие покрытия 15 согласно этому взятому в качестве примера варианту реализации значительно улучшает оптические свойства устройства. Во-первых, вследствие наличия покрытия 15 на поверхности световодного элемента 13 клей области 31 перелива не ставит под угрозу свойства внутреннего отражения световодного элемента 13, так что луч R31 претерпевает внутреннее отражение внутри световодного элемента и распространяется правильно внутри световодного элемента. Кроме того, здесь край 17 выступает в качестве края, обеспечивающего оптическую отсечку, четко отличая лучи R31, R33 и R34, входящие неискаженными в световодный элемент, от лучей R32 и R35, которые исключены из него. Любой паразитный свет, отраженный нерегулярными поверхностями области 31 перелива клея, например, луч R35, попадает на внешнюю поверхность покрытия 15 с удалением из световодного элемента.

Покрытие 15 может быть выполнено из любого материала, который подходит для нанесения на поверхность оптического элемента, обеспечивает необходимые свойства блокировки света и обеспечивает свойства внутреннего отражения прозрачных оптических элементов. Примеры включают, без ограничения, различные металлические покрытия и различные диэлектрические покрытия. В одном особенно предпочтительном, но неограничивающем, примере было обнаружено, что покрытие из серебра, защищенное от окисления тонким слоем уплотнения, является особенно эффективным и подходящим для этого нанесения.

Настоящее изобретение применимо к широкому диапазону приложений, в которых соединяют два прозрачных оптических элемента. Подгруппа приложений особой важности относится к устройствам, в которых свет вводят в световодный элемент 13 или от другого световодного элемента или от конфигурации 19 для ввода излучения. В таких приложениях обеспечена возможность множества различных конфигураций прикрепления, которые используют прикрепление оптического элемента 19 ко всевозможным поверхностям световодного элемента 13, как показано на фиг. 1А-1С. На фиг. 1А призма связи прикреплена к одной из основных параллельных поверхностей световодного элемента, а на фиг. 1В прикрепление призмы происходит на наклоненной под углом поверхности связи. Прикрепление может также происходить на торцевой поверхности, перпендикулярной основным поверхностям световодного элемента, как это показано в новой конфигурации по фиг. 1С, которая относится к прямоугольному световодному элементу с двумя парами параллельных поверхностей. Ниже можно найти другие примеры реализации настоящего изобретения для каждой из этих геометрий.

Последовательность операций для изготовления оптических устройств согласно настоящему изобретению может быть весьма различна в соответствии с конкретной используемой конструкцией. На фиг. 3А-3С показана последовательность стадий изготовления, соответствующая способу согласно одной особенно предпочтительной, но неограничивающей, особенности настоящего изобретения. В этом случае изготовление оптического узла включает операцию нанесения покрытия 15 по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности световодного элемента 13, который может быть выполнен в форме пластинчатого световодного элемента с двумя основными параллельными поверхностями, или может быть выполнен прямоугольным (в том числе квадратным) световодным элементом с двумя парами параллельных поверхностей для направления света посредством четырехкратного внутреннего отражения, как показано на фиг. 3А. Согласно показанной здесь особенно предпочтительной последовательности световодный элемент 13 затем шлифуют вдоль плоскости, пересекающей покрытие для одновременного выполнения торцевой поверхности 14 связи и края 17 покрытия 15, как показано на фиг. 3В. Поверхность раздела прозрачного оптического элемента, например, призму 19 связи затем соединяют с поверхностью 14 связи, так что свет, распространяющийся внутри прозрачного оптического элемента, способен проходить через поверхность раздела и поверхность связи для распространения внутри световодного элемента. Соединение призмы 19 со световодным элементом 13 выполнено посредством нанесения некоторого количества прозрачного клея между поверхностью связи и поверхностью раздела. Клей нанесен таким образом, что при сжатии поверхности связи и поверхности раздела друг с другом излишек прозрачного клея перекрывает край 17 покрытия 15, образуя, таким образом, окончательную конфигурацию, аналогичную конфигурации, описанной выше со ссылкой на фиг. 2С, в которой покрытие препятствует негативному воздействию клея на свойства световодного элемента, и в котором край 17 обеспечивает четко определенный край оптической отсечки, указывающий, какие пучки входят и какие не входят в световодный элемент. Этот подход может быть применен предпочтительно к поверхностям связи под любым желательным углом, включая ортогональные поверхности ввода излучения, например, такие как на фиг. 1С, и наклонные поверхности связи, например, такие, как на фиг. 3В и 3С.

Одновременное формирование поверхности 14 связи и края 17 в последовательности операций шлифования/полировки считают предпочтительным в том отношении, что это гарантирует правильное расположение края 17 относительно поверхности 14 связи, обычно при отсутствии любых неплоских краевых эффектов, имеющих место на оконечности поверхности связи, такой как показано на фиг. 2С, и избегает необходимости выполнения острого края во время последовательности операций нанесения покрытия. В результате этой последовательности операций, поверхность 14 связи и одна из параллельных поверхностей световодного элемента сходятся на шлифованном крае, и край 17 покрытия не перекрыт с шлифованным краем. В этом контексте термин "шлифованный край" относится ко всей области, по которой происходит угловой переход с отклонением от плоской поверхности.

В качестве другого варианта реализации, как показано на фиг. 3D, область покрытия 15 может быть нанесена на световодный элемент 13 таким образом, чтобы определить край 17 во время нанесения покрытия. Способы нанесения покрытия согласно настоящему изобретению вообще, и в частности, для селективного нанесения слоя для образования четкого края, известны при современном уровне техники и могут быть выбраны согласно типу используемого покрытия и соответствующей используемой методики нанесения. Например, защищенное серебряное покрытие или диэлектрическое покрытие могут быть нанесены известными способами осаждения, например, способом напыления в вакууме или способом нанесения посредством осаждения из жидких реактивов, а форма покрытия может быть определена различными известными способами включая, но без ограничения, литографические способы, определяющие картину слоя фоторезиста, и механическую маскировку, например, посредством нанесения липкой ленты. Нанесение покрытия с хорошо выраженным краем, определенным во время операции нанесения, в частности пригодно в приложениях, в которых другой прозрачный оптический элемент должен быть прикреплен к световодному элементу на одной из основных параллельных поверхностей, например, в конфигурации по фиг. 1А. Пример такого приложения будет описан ниже со ссылками на фиг. 4А-4С.

Покрытия согласно настоящему изобретению могут быть нанесены на одну или больше подлежащих соединению поверхностей одного или обоих оптических элементов и могут быть нанесены или на всю площадь поверхности (поверхностей) или, что предпочтительнее, только на часть поверхности (поверхностей), которая достаточно близка к области присоединения, что необходимо для использования ее свойств защиты клея. Таким образом, во многих вариантах реализации общая площадь покрытия в окончательно собранном устройстве меньше половины полной площади поверхности соответствующей поверхности, а в определенных случаях меньше общей площади соединяемых поверхностей.

В определенных приложениях достаточно нанесения покрытия только на одной стороне или на подмножестве поверхностей. Например, при необходимости соединения двух компонентов таким образом, что определенные поверхности должны быть заподлицо после соединения, возможно удаление избыточного клея после прикрепления посредством выполнения дополнительной операции полировки, которая подходит для повторного выполнения поверхностей этих двух компонентов в общей плоскости.

Если обратиться теперь к фиг. 4А-4С, они иллюстрируют вариант реализации настоящего изобретения, в котором поверхность связи выполнена на одной из основных параллельных поверхностей, определяющих световодное устройство. В этом случае покрытие 15 предпочтительно наносят так, чтобы образовать край 17, наиболее предпочтительно в месте, которое должно быть перекрыто прозрачным оптическим элементом 19 после прикрепления (фиг. 4В). После прикрепления прозрачного оптического элемента 19 можно видеть, что покрытие проходит между поверхностью связи и поверхностью раздела. В результате любая область 31 перелива клея, а также шлифованный край призмы 19 связи, лежат вне края 17, обеспечивающего оптическую отсечку, таким образом, что перелив клея и любые дефекты призмы связи не оказывают негативного воздействия на оптические свойства устройства.

На фиг. 4С схематично отражены полные оптические свойства собранных компонентов. Как и в ряде других показанных здесь, особенно предпочтительных вариантов реализации, прозрачный оптический элемент 19 представляет собой призму связи, выполненную с возможностью обеспечения поверхности 18 ввода, ориентированной для ввода света в световодный элемент 13. В частности, для световодного элемента, который реализован как часть системы, в которой свет проходит внутри элемента в пределах заданного диапазона углов, поверхность 18 ввода предпочтительно может быть ориентирована примерно перпендикулярно направлениям вводимого луча, минимизируя, таким образом, искажения. Кроме того, при использовании края 17 в качестве оптической отсечки эти конфигурации могут быть использованы для "заполнения" световодного элемента лучами изображения, причем слегка увеличенная апертура изображения "подрезана" краем, обеспечивающим оптическую отсечку, для обеспечения того, что изображение (и его отраженные сопряжения) присутствует во всех местах внутри световодного элемента. Для этого край 17 не обязательно должен быть прямым краем, но должен быть четко определенным краем любой нужной формы. Различные устройства для заполнения световодного элемента изображением описаны в WO 2015/162611 для световодных элементов с одной парой параллельных поверхностей, и в одновременно рассматриваемой заявке PCT/IL 2017/051028 (которая не была опубликована на дату регистрации настоящей заявки) для световодных элементов с двумя парами параллельных поверхностей. В каждой из этих конфигураций край, обеспечивающий оптическую отсечку и служащий для подрезания совместно вводимых изображений, может предпочтительно быть использован согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что толщина края подрезки определена толщиной слоя покрытия, который тонок и будет вырабатывать минимальное рассеяние.

На фиг. 5А-5С показаны модифицированная последовательность операций и окончательная форма оптического узла, функционально аналогичного узлу по фиг. 4А-4С, но с усиленной оптической геометрией. В этом случае световодный элемент 13 покрыт покрытием 15, как и на фиг. 4А. В ходе следующей операции (фиг. 5В) прямоугольная призма 19 приклеена на одной из основных параллельных поверхностей световодного элемента 13, частично покрывая покрытие 15. Использование прямоугольной призмы во время сборки облегчает эффективное сжатие призмы вместе со световодным элементом, что, таким образом, обеспечивает лучшее соединение. Присоединенную призму и световодный элемент затем полируют вдоль штриховой линии для образования усиленной геометрии устройства, показанной на фиг. 5С.

Между прочим, хотя описание, прежде всего, относится к устройствам, в которых оптические элементы связаны при помощи оптического клея, следует отметить, что определенные варианты настоящего изобретения могут быть реализованы без клея при использовании альтернативных способов соединения. Структуры по фиг. 4А-4С и 5А-5С представляют собой примеры структур, подходящих для такой реализации, при которой поверхность связи световодного элемента 13 и поверхность раздела прозрачного оптического элемента 19 тщательно подготавливают до высокой степени плоскостности и затем соединяют бесклеевым контактным соединением ("непосредственное соединение") посредством приведения поверхностей в непосредственный контакт. В таких случаях нет никакой проблемы с переливом клея. Однако, способ нанесения покрытия с краем, обеспечивающим оптическую отсечку и проходящим между компонентами, гарантирует высококачественную оптическую отсечку, не зависящую от любых дефектов на краю призмы связи.

Если обратиться теперь к фиг. 6A-6D, они показывают взятую в качестве примера неограничивающую последовательность операций для реализации настоящего изобретения в контексте геометрии, аналогичной геометрии по фиг. 1В. В этом примере на световодный элемент 13 сначала наносят покрытие 15, как показано на фиг. 6А. Конец световодного элемента затем полируют для формирования поверхности связи с одновременным уменьшением покрытой области для образования обрезного края 17, как показано на фиг. 6В. На фиг. 6С призма 19 соединена с поверхностью связи световодного элемента 13 с некоторым проливом 31 клея, перекрывающим край 17 и часть покрытия 15. В этом случае, при необходимости, поверхность раздела призмы 19 может предпочтительно быть больше поверхности связи световодного элемента. На фиг. 6D схематично показана полная оптическая структура комбинированного узла, в котором край 17 обеспечивает оптическую отсечку, и оптические свойства не чувствительны к дефектам наклонных краев элементов.

Если обратиться теперь к фиг. 7А и 7В, на них показан еще один вариант реализации настоящего изобретения. В этом случае вместо непрозрачного покрытия для определения края отсечки использовано удаляемое покрытие 15, предназначенное для защиты поверхностей световодного элемента во время нанесения клея и для определения края 17 отсечки. После завершения соединения и затвердевания клея покрытие селективно удаляют для освобождения края отсечки, определенного краем воздушного зазора 34, образованного в прозрачном клею.

В этом случае покрытие/слой не обязательно обладают конкретными оптическими характеристиками и присутствуют только во время нанесения клея для прикрепления призмы 19 связи. Воздушный зазор 34 образован после удаления материала слоя (такого, как фоторезист или воск). Оптические свойства этой конфигурации, включая поведение различных лучей, аналогичны поведению лучей, показанных на фиг. 2С, за исключением того, что коэффициент отражения луча R21 теперь определен полным внутренним отражением световодного элемента (вместо коэффициента отражения от слоя), а коэффициент отражения луча R25 определен полным внутренним отражением внутри клея (вместо коэффициента отражения от внешней поверхности покрытия). Обрезной край 17 теперь определен краем воздушного зазора, после которого оптическая траектория непрерывна. Полные оптические свойства устройства схематично изображены на фиг. 7В.

Настоящее изобретение может быть реализовано в контекстах оптических элементов, которые присоединены на поверхностях любой ориентации, включая поверхности связи, которые перпендикулярны пространственному направлению световодного элемента, как показано выше на фиг. 1С. Как упомянуто, настоящее изобретение также применимо к световодным элементам с двумя парами параллельных поверхностей, внутри которых лучи распространяются посредством четырехкратного отражения, что названо "2D волноводом".

В определенных случаях защитные покрытия слоя могут быть предпочтительно использованы на выбранных поверхностях двух связываемых элементов. Например, на фиг. 8А и 8В может быть предпочтительным нанесение защитного покрытия с обеих сторон световодного элемента 13 для уменьшения неоднородности, которая может быть вызвана разрывом между призмой 19 и световодным элементом 13 (область 37 на фиг. 8А). Покрытие показано с обеих сторон световодного элемента 13 как 80f1 и 80f2. При нанесении слоя защитного покрытия вокруг всего конца световодного элемента 13 (включая 80f1, 80f2 и другие две ортогональных стороны) управление волноводом будет защищено от пролива клея или неоднородностей края со всех сторон. При малости ступеньки (или при ее отсутствии) между призмой 19 и световодным элементом 13 вблизи 80f2 выгодно также защитить коэффициент отражения призмы 19 от любого пролива клея посредством защитного покрытия 80f3.

Обратившись, наконец, к фиг. 9, можно видеть, что, хотя рассмотрение здесь проведено прежде всего в контексте призмы связи, прикрепленной к световодному элементу, настоящее изобретение может быть в равной степени применено к другим приложениям, например, при введении первого световодного элемента (или "волновода") в другой. На фиг. 9 показан один такой пример, в котором прямоугольный (2D) световодный элемент 10 введен в пластинчатый световодный элемент 20 (1D). Эта конфигурация соответствует одной из множества таких опций, описанных в вышеупомянутой одновременно рассматриваемой заявке PCT/IL 2017/051028 (которая не была опубликована на дату регистрации настоящей заявки), причем настоящее изобретение может быть в равной степени применено к различным описанным там вариантам реализации (с призмой связи или без нее).

Волновод 10 немного больше волновода 20 для обеспечения возможности полного освещения (заполнения) волновода 20. Клей 2110 может быть пролит на любой из волноводов 20 и 10 или на оба. Таким образом, этот особенно предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения обеспечивает слои защитного покрытия на обоих волноводах, как показано позиционными обозначениями 40f1, 40f2, 40f3 и 40f4.

Приложенные пункты формулы изобретения были сформулированы без множественных зависимостей лишь для удовлетворения формальным юридическим требованиям, которые не разрешают такие множественные зависимости. Следует отметить, что все возможные комбинации особенностей, которые подразумевались бы при формулировке пунктов формулы изобретения с множественными зависимостями, явно предусмотрены и должны быть рассмотрены как часть настоящего изобретения.

Следует иметь в виду, что вышеупомянутые описания предназначены только в качестве примеров и что множество других вариантов реализации возможно в рамках настоящего изобретения, определенного в приложенных пунктах формулы изобретения.

1. Оптический узел световодного устройства, содержащий:

(a) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя пару параллельных поверхностей, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных параллельных поверхностях, причем одна из указанного множества поверхностей обеспечивает поверхность связи;

(b) прозрачный оптический элемент, имеющий поверхность раздела для прикрепления к указанной поверхности связи, причем указанный прозрачный оптический элемент выполнен таким образом, что свет, распространяющийся внутри указанного прозрачного оптического элемента, проходит через указанную поверхность раздела и указанную поверхность связи для распространения внутри указанного световодного элемента;

(c) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанных параллельных поверхностей световодного элемента, причем указанное покрытие определяет край, примыкающий к указанной поверхности связи указанного световодного элемента или перекрывающий ее; и

(d) некоторое количество прозрачного связующего вещества, размещенного между указанной поверхностью связи и указанной поверхностью раздела для формирования оптически пропускающей поверхности раздела, причем указанное связующее вещество проходит до указанного края и перекрывает его, причем

указанный край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для световых лучей, проходящих от указанного прозрачного оптического элемента в указанный световодный элемент, и причем указанное непрозрачное покрытие выполнено с возможностью генерировать внутреннее отражение в нижележащей области указанной по меньшей мере одной из параллельных поверхностей,

причем поверхность связи наклонена относительно параллельных поверхностей,

причем поверхность связи и параллельная поверхность сходятся на скругленном крае, причем указанный край не перекрыт скругленным краем.

2. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором поверхность связи обеспечена на одной поверхности из параллельных поверхностей.

3. Оптический узел световодного устройства по п. 2, в котором указанное покрытие проходит между поверхностью связи и поверхностью раздела.

4. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором указанное связующее вещество заполняет углубление, образованное между скругленным краем и поверхностью раздела.

5. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором поверхность раздела больше поверхности связи.

6. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором указанное покрытие выполнено в виде металлического покрытия.

7. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором указанное покрытие выполнено в виде диэлектрического покрытия.

8. Оптический узел световодного устройства по п. 1, в котором прозрачный оптический элемент выполнен в форме призмы связи, выполненной с возможностью обеспечения поверхности ввода, ориентированной для ввода света в световодный элемент.

9. Оптический узел световодного устройства, содержащий:

(a) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя пару параллельных поверхностей, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных параллельных поверхностях, причем одна из указанного множества поверхностей обеспечивает поверхность связи;

(b) прозрачный оптический элемент, имеющий поверхность раздела для прикрепления к указанной поверхности связи, причем указанный прозрачный оптический элемент выполнен таким образом, что свет, распространяющийся внутри указанного прозрачного оптического элемента, проходит через указанную поверхность раздела и указанную поверхность связи для распространения внутри указанного световодного элемента;

(c) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанных параллельных поверхностей световодного элемента, причем указанное покрытие определяет край, примыкающий к указанной поверхности связи указанного световодного элемента или перекрывающий ее; и

(d) некоторое количество прозрачного связующего вещества, размещенного между указанной поверхностью связи и указанной поверхностью раздела для формирования оптически пропускающей поверхности раздела, причем указанное связующее вещество проходит до указанного края и перекрывает его, причем

указанный край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для световых лучей, проходящих от указанного прозрачного оптического элемента в указанный световодный элемент, и причем указанное непрозрачное покрытие выполнено с возможностью генерировать внутреннее отражение в нижележащей области указанной по меньшей мере одной из параллельных поверхностей,

причем поверхность связи наклонена относительно параллельных поверхностей,

причем поверхность связи перпендикулярна параллельным поверхностям.

10. Оптический узел световодного устройства, содержащий:

(a) световодный элемент, содержащий множество поверхностей, включающих в себя пару параллельных поверхностей, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных параллельных поверхностях, причем одна из указанного множества поверхностей обеспечивает поверхность связи;

(b) призму связи, имеющую поверхность раздела, сцепленную с указанной поверхностью связи, и поверхность ввода для ввода света в световодный элемент; и

(c) непрозрачное покрытие, нанесенное по меньшей мере на часть поверхности связи световодного элемента и проходящее между световодным элементом и призмой связи, причем указанное покрытие определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для света, проходящего от призмы связи через поверхность связи в световодный элемент, и причем указанное непрозрачное покрытие выполнено с возможностью генерировать внутреннее отражение в нижележащей области указанной по меньшей мере одной параллельной поверхности,

причем призма связи присоединена к поверхности связи указанного световодного элемента без связующего вещества.

11. Способ изготовления оптического узла, включающий:

(a) обеспечение световодного элемента, содержащего множество поверхностей, включающих в себя первую и вторую параллельные поверхности, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных первой и второй параллельных поверхностях;

(b) нанесение покрытия по меньшей мере на часть по меньшей мере одной поверхности из указанного множества поверхностей световодного элемента;

(c) шлифование световодного элемента вдоль плоскости, пересекающей указанное покрытие, для одновременного выполнения поверхности связи световодного элемента и края указанного покрытия; и

(d) соединение поверхности раздела прозрачного оптического элемента с поверхностью связи, причем прозрачный оптический элемент выполнен таким образом, что свет, распространяющийся внутри прозрачного оптического элемента, проходит через поверхность раздела и поверхность связи для распространения внутри световодного элемента,

причем указанное соединение выполнено посредством нанесения некоторого количества прозрачного связующего вещества между поверхностью связи и поверхностью раздела,

причем указанное некоторое количество связующего вещества нанесено таким образом, что при сжатии поверхности связи и поверхности раздела друг с другом излишек указанного прозрачного связующего вещества перекрывает указанный край указанного покрытия.

12. Способ по п. 11, в котором указанное покрытие выполнено в форме непрозрачного покрытия таким образом, что указанный край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку.

13. Способ по п. 11, дополнительно включающий этап селективного удаления указанного покрытия для освобождения края, обеспечивающего отсечку, определенного краем воздушного зазора, образованного в указанном прозрачном связующем веществе.

14. Способ изготовления оптического узла, включающий:

(a) обеспечение световодного элемента, содержащего множество поверхностей, включающих в себя пару параллельных поверхностей, причем световодный элемент выполнен с возможностью направления света посредством внутреннего отражения на указанных параллельных поверхностях, причем одна из указанного множества поверхностей обеспечивает поверхность связи;

(b) нанесение непрозрачного покрытия по меньшей мере на часть по меньшей мере одной из параллельных поверхностей, причем указанное непрозрачное покрытие определяет край, примыкающий к указанной поверхности связи указанного световодного элемента или перекрывающий ее; и

(c) соединение поверхности раздела прозрачного оптического элемента с поверхностью связи, причем прозрачный оптический элемент выполнен таким образом, что свет, распространяющийся внутри прозрачного оптического элемента, проходит через поверхность раздела и поверхность связи для распространения внутри световодного элемента,

причем указанное соединение выполнено посредством нанесения некоторого количества прозрачного связующего вещества между поверхностью связи и поверхностью раздела, причем указанное некоторое количество связующего вещества нанесено таким образом, что при сжатии поверхности связи и поверхности раздела друг с другом излишек указанного прозрачного связующего вещества перекрывает указанный край указанного покрытия, и

причем указанный край определяет край, обеспечивающий оптическую отсечку для световых лучей, проходящих от указанного прозрачного оптического элемента в указанный световодный элемент, и причем указанное непрозрачное покрытие выполнено с возможностью генерировать внутреннее отражение в нижележащей области указанной по меньшей мере одной параллельной поверхности, включая области, перекрытые излишком указанного прозрачного связующего вещества.

15. Способ по п. 14, в котором поверхность связи обеспечена на одной из указанных параллельных поверхностей.