[发明专利]平面透镜

说明书

背景

众所周知，从透镜的焦平面中的点发出的光线是准直的，入射到透镜上的平行光束集中在一点上。平面透镜使从一点发出的光线准直，但需要该点和光线准直平面之间没有光线扇出。然而在平面透镜中，点和平面周边是分开的，在点和平面周边之间中存在不合需要的空白(margin)。

普通透镜和其每一个焦平面之间存在空间，这可能使光学系统体积庞大。一个建议的解决方案公开了一种平面透镜，该平面透镜使从一点(或者说是从一点到平面透镜)发出的光线在长锥形光导内准直。焦点和出射表面近似共面但相互移位，因为在两者之间设置了光导板以便光线能够从焦点扇出到出射表面。

背投电视机通常是体积庞大的，因为视频投影机和漫射屏幕之间需要空间以便画面填充屏幕。该空间可用平面透镜来替代，但是不需要使光线准直，因为屏幕必然会破坏准直。因此，具有均匀横截面的简单锥形光学波导就够用了。然而，光导板(来自投影机的光线在光导板内扇出)形成了屏幕上的空白，但用户宁愿希望在这些地方看到画面填充屏幕。

作为替代，可使用一对棱镜将板包在屏幕后面，但是板、锥形波导以及棱镜必须被精细地对准，这可能是代价高的。在又一尝试方案中，可在所有线性光学系统中颠倒光线的方向，可使用锥形光导来去除照相机和正被拍照的对象之间的空间。然而，这同样需要光导板，使得光线能够扇入。尽管可用折叠棱镜去除所导致的空白，但是这仍然可能代价很高。

发明内容

下面提供了简化的概述，以便提供对此处所描述的一些新颖实施例的基本理解。本概述不是详尽的综述，并且它不旨在标识关键/重要元素或描绘本发明的范围。其唯一的目的是以简化形式提出一些概念，作为稍后提出的更详细描述的序言。

所公开的是具有最少或无空白的平面透镜作为锥形光导。不使用折叠棱镜，并且可从单块透明材料来制作光导。在一个实现中，锥形光导包括薄端，而其厚端是斜面镜或光学等价物。斜面(bevel)是这样的：通过薄端处一点入射的光线从光导表面之一准直射出，通过光导表面之一以适当角度入射的准直光从薄端处的一点射出。

光导在平面显示器和提供直接人类触觉交互的显示器(不依赖于诸如鼠标和键盘等传统输入设备)、照相机、投影电视机等中有具体的应用，仅列举了几个例子。通过挤压成型、注入成型、或挤压成型和注入成型的组合/变型以及其他公知的技术，锥形光导可被制造成单件。

为了实现上述及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面。这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。结合附图阅读下面的详细描述，其他优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

图1例示出一种透镜系统，其特性和尺寸减少或消除了显示器上的空白。

图2例示出从光源以不同角度入射到光导的受光面的光以及来自厚端处的反射面的偏转光的例子。

图3例示出具有以不同角度定向的受光面的替代光导，适合于提供根据临界角离开第一光导的镜面反射光。

图4例示出入射到光导的薄端中心的光线能够扇出达到光导的宽度。

图5例示出反射面可被配置成交替反射角的菲涅耳化表面。

图6例示出具有曲面的光导的替代实施例，其中所有光线在离开之前经历相同次数的反射。

图7例示出在光线遇到反射面之前提供从锥形部分到具有平行边的部分的平滑过渡的光导。

图8例示出厚端的曲率半径可以是光导长度的两倍。

图9例示出采用各自厚端根据图7和图8所述的实现而弯曲的重复光导的表示的示图。

图10例示出当光导表面是平面时推导出光导的最小厚度的技术。

图11例示出用于将图10绘制在球面上的技术，使得进入光导表面任一端的光线在离开薄端时相遇。

图12例示出可被用于厚端处的反射面的光学性质。

图13例示出反射面可由布拉格反射器替代的透镜系统。

图14例示出反射面可由一对布拉格反射器替代。

图15例示出透镜系统的替代实施例，其中光导在薄端和厚端之间使用渐变折射率。

图16示出可用于采用根据所公开的架构的透镜系统的计算系统的框图。

具体实施方式