Світлопровідний оптичний пристрій
Формула / Реферат
1. Оптичний пристрій, який містить світлопровідну підкладку, що має принаймні дві головні паралельні одна одній поверхні й краї, розташований у зазначеній підкладці оптичний засіб уведення променів світла, які знаходяться у заданому полі зору, в зазначену підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття і принаймні одну частково відбиваючу поверхню, розташовану в зазначеній підкладці, причому не паралельну зазначеним головним поверхням підкладки, який характеризується тим, що вказана частково відбиваюча поверхня є плоскою, селективною за кутом відбиваючою поверхнею, і при цьому вказана частково відбиваюча поверхня розташована так, що світлові промені, які знаходяться в указаному полі зору, надходять на обидві сторони вказаної частково відбиваючої поверхні.
2. Оптичний пристрій за п. 1, у якому вказаний оптичний засіб уведення світла у вказану підкладку розташований під кутом до вказаних головних поверхонь, так щоб принаймні частина променів указаного введеного світла перед тим, як вийтиз підкладки, перетнулася з указаною частково відбиваючою поверхнею принаймні двічі при двох різних кутах падіння.
3. Оптичний пристрій за п. 1 або п. 2, у якому вказана відбиваюча поверхня розташована усередині вказаної підкладки під кутом, більшим, ніж кут відхилення від осі світлових променів, введених у підкладку, завдяки чому вказані промені падають на одну зі сторін поверхні під першим кутом падіння, а на другу сторону-під другим, меншим, кутом падіння.
4. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-3, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має малу відбивну здатність для однієї частини спектра і більшу відбивну здатність для інших частин спектра.
5. Оптичний пристрій за п. 4, у якому вказана, селективна за кутом, частково відбиваюча поверхня має низьку відбивну здатність для великих кутів падіння і високу відбивну здатність для малих кутів падіння.
6. Оптичний пристрій за п. 3, у якому вказана селективна за кутом частково відбиваюча поверхня має низьку відбивну здатність для одного з указаних кутів падіння і суттєво більшу відбивну здатність для вказаного другого кута падіння.
7. Оптичний пристрій за п. 3, у якому перший кут падіння, що відповідає малій відбивній здатності, значно більше, ніж зазначений другий кут падіння.
8. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-7, у якому передбачений ряд складається із двох або більше частково відбиваючих поверхонь, при цьому зазначені частково відбиваючі поверхні паралельні одна одній і не паралельні вказаним головним поверхням підкладки.
9. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-8, у якому зазначений оптичний засіб є розташованою в зазначеній підкладці відбиваючою поверхнею.
10. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-9, у якому принаймні одна вказана частково відбиваюча поверхня виводить світло, захоплене повним внутрішнім відбиттям, із підкладки.
11. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-10, який додатково містить засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі і вихідні світлові хвилі розташовані з однієї сторони вказаної підкладки.
12. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-10, який додатково містить засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі знаходяться з однієї сторони вказаної підкладки, а вихідні світлові хвилі-з іншої її сторони.
13. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-10, який додатково містить засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі вводяться у вказану підкладку через один із її країв.
14. Оптичний пристрій за п. 8, у якому відбивна здатність кожної з указаних відбиваючих поверхонь є неоднорідною.
15. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для Р-поляризованого світла.
16. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для S-поляризованого світла.
17. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для неполяризованого світла.
18. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-17, який додатково містить другий ряд з однієї або більше відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь, розташованих у вказаній підкладці, причому відбиваючі або частково відбиваючі поверхні другого ряду паралельні одна одній і не паралельні вказаній принаймні одній частково відбиваючій поверхні і вказаним головним поверхням.
19. Оптичний пристрій за п. 18, у якому другий ряд відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття.
20. Оптичний пристрій за пп. 18 або 19, у якому за рахунок відбивної здатності частково відбиваючих поверхонь другого ряду створюється поле зору з однорідним профілем яскравості.
21. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-20, який додатково містить принаймні одну пару відбиваючих поверхонь у вказаній підкладці, причому відбиваючі поверхні вказаної пари паралельні одна одній і краям указаної підкладки.
22. Оптичний пристрій за п. 21, у якому вказана принаймні одна пара відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в указану підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття, а потім відбиває його знову у первісному напрямку.
23. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-22, який додатково включає принаймні ще одну підкладку, яка об'єднана з першою підкладкою.
24. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-23, який додатково містить джерело світла у вигляді дисплея.
25. Оптичний пристрій за п. 24, у якому джерело світла у вигляді дисплея є рідкокристалічним дисплеєм.
26. Оптичний пристрій за п. 25, у якому між джерелом світла і рідким кристалом указаного рідкокристалічного дисплея розташований розсіювач із кутовою селективністю.
27. Оптичний пристрій за п. 24, у якому джерело світла у вигляді дисплея є світлодіодний дисплей з кутом розходження.
28. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 24-27, який додатково містить матрицю мікролінз, установлених із боку від указаного джерела світла у вигляді дисплея.
29. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-28, у якому вказана підкладка є частково прозорою для забезпечення наскрізного спостереження.
30. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-29, який додатково включає непрозору поверхню, розташовану на підкладці або всередині неї, виконану з можливістю блокування входження у підкладку світла від зовнішніх об’єктів.
31. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-30, який додатково включає поверхню з регульованим пропусканням, розташовану таким чином, щоб послабляти світло, яке проходить через підкладку, для регулювання яскравості світла, що проходить через зазначений пристрій від зовнішніх об’єктів.
32. Оптичний пристрій за п. 31, який містить автоматичний пристрій для автоматичного регулювання пропускання вказаної поверхні з регульованим пропусканням у залежності від яскравості світла, спрямованого на проходження до підкладки.
33. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові хвилі в напрямку, у якому розташоване око спостерігача.
34. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені хвилі в напрямку, у якому розташовані обидва ока спостерігача.
35. Оптичний пристрій за п. 34, який додатково включає множину джерел світла у вигляді дисплеїв.
36. Оптичний пристрій за п. 35, у якому зображення від кожного з указаних джерел світла у вигляді дисплеїв відрізняються одне від одного.
37. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-36, у якому світлові промені від зовнішніх об'єктів вводяться у вказану підкладку.
38. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-37, який додатково включає підсилювач світла зірок.
39. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 33-38, який виконаний з можливістю розташування збоку від голови спостерігача, з об'єктивом, розташованим позаду, й окуляром, розташованим спереду.
40. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-39, який встановлюється на оправі окулярів.
41. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-39, який встановлюється в пристрої мобільного зв’язку.
42. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові промені в напрямку, такому, щоб опромінювати об'єкт.
43. Оптичний пристрій за п. 42, у якому вказаним об'єктом є рідкокристалічний дисплей.
Текст
1. Оптичний пристрій, який містить світлопровідну підкладку, що має принаймні дві головні паралельні одна одній поверхні й краї, розташований у зазначеній підкладці оптичний засіб уведення променів світла, які знаходяться у заданому полі зору, в зазначену підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття і принаймні одну частково відбиваючу поверхню, розташовану в зазначеній підкладці, причому не паралельну зазначеним головним поверхням підкладки, який характеризується тим, що вказана частково відбиваюча поверхня є плоскою, селективною за кутом відбиваючою поверхнею, і при цьому вказана частково відбиваюча поверхня розташована так, що світлові промені, які знаходяться в указаному полі зору, надходять на обидві сторони вказаної частково відбиваючої поверхні. 2. Оптичний пристрій за п. 1, у якому вказаний оптичний засіб уведення світла у вказану підкладку розташований під кутом до вказаних головних поверхонь, так щоб принаймні частина променів указаного введеного світла перед тим, як вийти з підкладки, перетнулася з указаною частково відбиваючою поверхнею принаймні двічі при двох різних кута х падіння. 3. Оптичний пристрій за п. 1 або п. 2, у якому вказана відбиваюча поверхня розташована усередині вказаної підкладки під кутом, більшим, ніж кут відхилення від осі світлових променів, введених у підкладку, завдяки чому вказані промені падають на одну зі сторін поверхні під 2 (19) 1 3 81409 13. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-10, який додатково містить засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі вводяться у вказану підкладку через один із її країв. 14. Оптичний пристрій за п. 8, у якому відбивна здатність кожної з указаних відбиваючих поверхонь є неоднорідною. 15. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для Р-поляризованого світла. 16. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для S-поляризованого світла. 17. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-14, у якому вказана частково відбиваюча поверхня має покриття для неполяризованого світла. 18. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-17, який додатково містить другий ряд з однієї або більше відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь, розташованих у вказаній підкладці, причому відбиваючі або частково відбиваючі поверхні другого ряду паралельні одна одній і не паралельні вказаній принаймні одній частково відбиваючій поверхні і вказаним головним поверхням. 19. Оптичний пристрій за п. 18, у якому другий ряд відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття. 20. Оптичний пристрій за пп. 18 або 19, у якому за рахунок відбивної здатності частково відбиваючих поверхонь другого ряду створюється поле зору з однорідним профілем яскравості. 21. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-20, який додатково містить принаймні одну пару відбиваючих поверхонь у вказаній підкладці, причому відбиваючі поверхні вказаної пари паралельні одна одній і краям указаної підкладки. 22. Оптичний пристрій за п. 21, у якому вказана принаймні одна пара відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в указану підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття, а потім відбиває його знову у первісному напрямку. 23. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-22, який додатково включає принаймні ще одну підкладку, яка об'єднана з першою підкладкою. 24. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-23, який додатково містить джерело світла у вигляді дисплея. 25. Оптичний пристрій за п. 24, у якому джерело світла у вигляді дисплея є рідкокристалічним дисплеєм. 26. Оптичний пристрій за п. 25, у якому між джерелом світла і рідким кристалом указаного рідкокристалічного дисплея розташований розсіювач із кутовою селективністю. 27. Оптичний пристрій за п. 24, у якому джерело світла у вигляді дисплея є світлодіодний дисплей з кутом розходження. 4 28. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 24-27, який додатково містить матрицю мікролінз, установлених із боку від указаного джерела світла у вигляді дисплея. 29. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-28, у якому вказана підкладка є частково прозорою для забезпечення наскрізного спостереження. 30. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-29, який додатково включає непрозору поверхню, розташовану на підкладці або всередині неї, виконану з можливістю блокування входження у підкладку світла від зовнішніх об’єктів. 31. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-30, який додатково включає поверхню з регульованим пропусканням, розташовану таким чином, щоб послабляти світло, яке проходить через підкладку, для регулювання яскравості світла, що проходить через зазначений пристрій від зовнішніх об’єктів. 32. Оптичний пристрій за п. 31, який містить автоматичний пристрій для автоматичного регулювання пропускання вказаної поверхні з регульованим пропусканням у залежності від яскравості світла, спрямованого на проходження до підкладки. 33. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові хвилі в напрямку, у якому розташоване око спостерігача. 34. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені хвилі в напрямку, у якому розташовані обидва ока спостерігача. 35. Оптичний пристрій за п. 34, який додатково включає множину джерел світла у вигляді дисплеїв. 36. Оптичний пристрій за п. 35, у якому зображення від кожного з указаних джерел світла у вигляді дисплеїв відрізняються одне від одного. 37. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-36, у якому світлові промені від зовнішніх об'єктів вводяться у вказану підкладку. 38. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-37, який додатково включає підсилювач світла зірок. 39. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 33-38, який виконаний з можливістю розташування збоку від голови спостерігача, з об'єктивом, розташованим позаду, й окуляром, розташованим спереду. 40. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-39, який встановлюється на оправі окулярів. 41. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-39, який встановлюється в пристрої мобільного зв’язку. 42. Оптичний пристрій за будь-яким із пп. 1-32, у якому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові промені в напрямку, такому, щоб опромінювати об'єкт. 43. Оптичний пристрій за п. 42, у якому вказаним об'єктом є рідкокристалічний дисплей. 5 81409 Цей винахід стосується оптичних пристроїв зі світлопровідною підкладкою, і, зокрема, пристроїв, що мають ряд відбиваючих поверхонь у спільній світлопровід-ній підкладці, яка також називається оптичним світловодом. Винахід може бути використаний для удосконалення великого числа застосувань, що відносяться до формування зображень, таких як дисплеї, що закріплюються на голові або призначені для читання на ходу (без нахилу голови - прим, перекл.), стільникові телефони, компактні дисплеї, тривимірні дисплеї, компактні розширювачі світлового пучка, а також застосувань, що не відносяться до формування зображень, таких як індикаторні панелі, компактні освітлювальні прилади і сканери. Одним з важливих застосувань компактних оптичних елементів є дисплеї, що закріплюються на голові, коли оптичний модуль служить одночасно й об'єктивом, що формує зображення, і оптичним пристроєм відбиття, де двовимірний дисплей створює зображення в нескінченності і відбиває його в око спостерігача. Відеозображення може бути отримане безпосередньо за допомогою просторового модулятора світла (ПМС), наприклад, електронно-променевої трубки (ЕПТ), рідкокристалічного дисплея (РКД), органічної світлодіодної матриці (OLED), чи скануючого джерела і подібних йому пристроїв, або, непрямо, за допомогою об'єктива переносу зображення чи оптоволоконного джгута. Дисплей являє собою матрицю елементів (пікселей), що відображаються в нескінченність за допомогою колімуючої лінзи, і які передаються в око спостерігача за допомогою відбиваючої або частково відбиваючої поверхні, яка діє як пристрій відбиття для застосувань, де не потрібна або потрібна наскрізна видимість, відповідно. Звичайно, для цього застосовується традиційний оптичний модуль у вільному просторі. На жаль, при збільшенні необхідного поля зору (ПЗ) системи такий традиційний оптичний модуль у вільному просторі збільшується за габаритами, масою й об'ємом і, отже, навіть для приладів із середніми характеристиками стає непрактичним. Це є основним недоліком усіх видів дисплеїв, особливо там, де дисплеї монтуються на голові, коли система повинна бути настільки легкою і компактною, наскільки це можливо. Прагнення до мініатюризації привело розроблювачів до декількох складних оптичних рішень, які, з одного боку, усе ще не забезпечують необхідної компактності приладу для більшості практичних застосувань і, з іншого боку, мають основні недоліки, які обумовлені можливостями виробництва. Більш того, область руху ока (вихідна зіниця - прим, перекл.) у кута х оптичного огляду, яка реалізована в цих розробках, звичайно дуже мала; її типовий розмір менше 8мм. Отже, оптична система дуже чутлива навіть до найменших її переміщень відносно ока спостерігача, і не припускає значних рухів зіниці при читанні тексту з таких дисплеїв. Цей винахід полегшує проектування і виготовлення досить компактних світлопровідних 6 оптичних елементів (СОЕ) для застосувань, серед яких дисплеї, що закріплюються на голові. Винахід забезпечує відносно широке ПЗ при відносно великих межах руху ока. Така оптична система дає велике, високоякісне зображення, дозволяючи оку рухатися в широких межах. Оптична система за цим винаходом має великі переваги завдяки її більшій компактності у порівнянні з відомими пристроями, і вона може легко встановлюватися навіть в оптичні системи спеціальної конфігурації. Цей винахід також дозволяє удосконалити дисплеї для читання на ходу (HUD). З початку використання цих дисплеїв три десятиліття тому у цій галузі відбувся значний прогрес. Дійсно, HUDдисплеї набули великої популярності, і тепер вони відіграють велику роль не тільки в сучасних бойових літальних апаратах засобах, але й у цивільній авіації, де HUD-системи стали провідним елементом для забезпечення посадки літальних апаратах в умовах поганої видимості. Більш того, недавно були представлені численні плани та проекти по впровадженню HUD-дисплеїв в автомобільних застосуваннях, де вони могли б істотно допомогти водієві в керуванні і навігації. Проте, сучасні HUD-дисплеї мають кілька істотних недоліків. Усі реально спроектовані HUD-дисплеї вимагають джерела зображення, що повинно знаходитися на значній відстані від пристрою відбиття для того, щоб джерело могло забезпечити передачу зображення на всю поверхню пристрою відбиття. Внаслідок цього, HUD-системи з проектором і пристроєм відбиття обов'язково великі і громіздкі і вимагають великого простору для установки, що робить цю систему незручною для установки й іноді небезпечною у використанні. Велика оптична апертура традиційних HUD-дисплеїв також обумовлює серйозні вимоги до оптичного пристрою, що змушують шукати або якихось компромісних характеристик HUD-дисплеїв, або, коли потрібні високі характеристики, за рахунок їх вартості. Зокрема, має значення хроматична дисперсія високоякісних голографічних HUD-дисплеїв. Важливим застосуванням цього винаходу, що послабляє вищевказані недоліки, є його використання в компактних HUD-дисплеях. У конструкції HUD-дисплея в рамках цього винаходу, пристрій відбиття освітлюється компактним джерелом зображення, яке може бути прикріплене до підкладки. Тому така система дуже компактна і може легко встановлюватися в різних конфігураціях для широкого кола застосувань. Крім того, хроматична дисперсія в дисплеї є неістотною, і тому дисплей може працювати з джерелами із широким спектром випромінювання, включаючи традиційне джерело білого світла. Більш того, ця розробка дозволяє збільшити зображення, тому робоча зона пристрою відбиття може бути набагато більша, ніж зона, дійсно освітлювана джерелом світла. Інше важливе застосування цього винаходу полягає в створенні широкоформатного екрана зі справжнім тривимірним (3D) оглядом. Розробки, що ведуться в галузі інформаційних технологій, 7 81409 привели до збільшення потреби в 3D-дисплеях. Дійсно, на ринку представлений широкий спектр 3D-обладнання. Такі системи, однак, вимагають від користувача надягати на себе спеціальні пристрої, що розділяють зображення для правого і лівого ока. Такі системи «з озброєним оком» були впроваджені в багатьох професійних застосуваннях. Однак подальший розвиток цієї галузі буде вимагати розробки систем «з неозброєним оком» з поліпшеною комфортністю спостерігання і більш близькою адаптацією до механізму бінокулярного зору. Відомі рішення цієї проблеми страждають від різних недоліків, і вони поступаються якістю зображення і комфортністю спостерігання звичайним двовимірним дисплеям. Однак, з використанням цього винаходу стає можливим одержати дійсно високоякісний автоматично стереоскопічний 3D-дисплей, що не вимагає ніяких додаткових пристроїв, і виготовлення якого можна легко налагодити на базі стандартного оптичного виробництва. Подальше застосування цього винаходу спрямовано на одержання компактного дисплея з широким ПЗ для мобільних ручних пристроїв, таких як мобільні телефони. На сучасному ринку безпровідного доступу в мережу «Інтернет» смуга пропускання є достатньою для повної передачі відеозображення. Обмежуючим фактором залишається якість дисплея в кінцевому пристрої користувача. Вимоги до мобільності обмежують фізичні розміри дисплеїв, і результатом цього є дисплей з низькою якістю спостерігання зображення. Цей винахід дозволяє одержати фізично дуже компактний дисплей з дуже великим віртуальним зображенням. Це провідна особливість у технологіях мобільного зв'язку, особливо в галузі мобільного доступу в «Інтернет», яка вирішує проблему одного з головних обмежень його практичного застосування. Таким чином, цей винахід дозволяє спостерігати повноформатне цифрове зображення Інтернет-сторінки з невеликого ручного пристрою, наприклад мобільного телефону. Головною метою винаходу, є згладжування недоліків відомих компактних оптичних дисплеїв і забезпечення створення інших оптичних компонентів і систем з поліпшеними характеристиками, що відповідають конкретним вимогам. Таким чином, у цьому винаході розроблений оптичний пристрій, який містить світлопровідну підкладку, що має принаймні дві головні паралельні одна одній поверхні й краї; розташований у зазначеній підкладні оптичний засіб уведення променів світла, які знаходяться у заданому полі зору, в зазначену підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття і принаймні одну частково відбиваючу поверхню, розташовану в зазначеній підкладці, причому не паралельну зазначеним головним поверхням підкладки. Згідно з винаходом, вказана частково відбиваюча поверхня є плоскою, селективною за кутом відбиваючою поверхнею, причому вказана частково відбиваюча поверхня розташована так, що світлові промені, які знаходяться в указаному 8 полі зору, надходять на обидві сторони вказаної частково відбиваючої поверхні. При цьому винаходом передбачені наступні можливості. Оптичний засіб уведення світла у вказану підкладку розташований під кутом до вказаних головних поверхонь, так щоб принаймні частина променів указаного введеного світла перед тим, як вийти з підкладки, перетнулася з указаною частково відбиваючою поверхнею принаймні двічі при двох різних кутах падіння. Вказана відбиваюча поверхня розташована усередині вказаної підкладки під кутом, більшим, ніж кут відхилення від осі світлових променів, введених у підкладку, завдяки чому вказані промені падають на одну зі сторін поверхні під першим кутом падіння, а на другу сторону - під другим, меншим, кутом падіння. Вказана частково відбиваюча поверхня може мати малу відбивну здатність для однієї частини спектра і більшу відбивну здатність для інших частин спектра. Селективна за кутом, частково відбиваюча поверхня може мати низьку відбивну здатність для великих кутів падіння і високу відбивну здатність для малих кутів падіння. Вказана селективна за кутом частково відбиваюча поверхня може мати низьку відбивну здатність для одного з указаних кутів падіння і суттєво більшу відбивну здатність для вказаного другого кута падіння. Перший кут падіння, що відповідає малій відбивній здатності, може бути значно більше, ніж зазначений другий кут падіння. Передбачений ряд із двох або більше частково відбиваючих поверхонь, при цьому зазначені частково відбиваючі поверхні паралельні одна одній і не паралельні вказаним головним поверхням підкладки. Оптичний засіб є розташованою в зазначеній підкладці відбиваючою поверхнею. Принаймні одна вказана частково відбиваюча поверхня виводить світло, захоплене повним внутрішнім відбиттям, із підкладки. Пристрій може додатково містити засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі і вихідні світлові хвилі розташовані з однієї сторони вказаної підкладки або засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі знаходяться з однієї сторони вказаної підкладки, а вихідні світлові хвилі - з іншої її сторони. Він може додатково містити засіб формування вихідних світлових хвиль із вхідних світлових хвиль, причому вказані вхідні світлові хвилі вводяться у вказану підкладку через один із її країв. Відбивна здатність кожної з указаних відбиваючих поверхонь є неоднорідною. Частково відбиваюча поверхня може мати покриття для Рполяризованого світла чи покриття для Sполяризованого світла чи може мати покриття для неполяризованого світла. Пристрій може додатково містити другий ряд з однієї або більше відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь, розташованих у вказаній підкладці, причому відбиваючі або частково відбиваючі поверхні другого ряду паралельні одна одній і не паралельні вказаній принаймні одній частково відбиваючій поверхні і вказаним головним 9 81409 поверхням. Другий ряд відбиваючих або частково відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття. За ра хунок відбивної здатності частково відбиваючих поверхонь другого ряду створюється поле зору з однорідним профілем яскравості. Пристрій може містити принаймні одну пару відбиваючих поверхонь у вказаній підкладці, причому відбиваючі поверхні вказаної пари паралельні одна одній і краям указаної підкладки. Вказана принаймні одна пара відбиваючих поверхонь змінює напрямок розповсюдження світла, введеного в указану підкладку за рахунок повного внутрішнього відбиття, а потім відбиває його знову у первісному напрямку. Пристрій додатково може включати принаймні ще одну підкладку, яка об'єднана з першою підкладкою і додатково містити джерело світла у вигляді дисплея. Джерело світла може бути рідкокристалічним дисплеєм. Між джерелом світла і рідким кристалом указаного рідкокристалічного дисплея розташований розсіювач із кутовою селективністю. Джерело світла у вигляді дисплея є світлодіодний дисплей з кутом розходження. Він може додатково містити матрицю мікролінз, установлених із боку від указаного джерела світла у вигляді дисплея. Вказана підкладка може бути частково прозорою для забезпечення наскрізного спостереження. Пристрій може додатково включати непрозору поверхню, розташовану на підкладці або всередині неї, виконану з можливістю блокування входження у підкладку світла від зовнішніх об'єктів. Додатково може включати поверхню з регульованим пропусканням, розташовану таким чином, щоб послабляти світло, яке проходить через підкладку, для регулювання яскравості світла, що проходить через зазначений пристрій від зовнішніх об'єктів. Пристрій може містити автоматичний пристрій для автоматичного регулювання пропускання вказаної поверхні з регульованим пропусканням у залежності від яскравості світла, спрямованого на проходження до підкладки. Вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові хвилі в напрямку, у якому розташоване принаймні одне око спостерігача. При цьому оптичний пристрій може додатково включати множину джерел світла у вигляді дисплеїв, а зображення від кожного з указаних джерел світла у вигляді дисплеїв відрізняються одне від одного. Пристрій може додатково включати підсилювач світла зірок. Пристрій може бути виконаний з можливістю розташування збоку від голови спостерігача, з об'єктивом розташованим позаду й окуляром, розташованим спереду, встановлюватися на оправі окулярів або в пристрої мобільного зв'язку. При цьому вказана принаймні одна частково відбиваюча поверхня відбиває захоплені світлові промені в напрямку, такому щоб опромінювати об'єкт, а вказаним об'єктом є рідкокристалічний дисплей. Цей винахід описується у зв'язку з кращими варіантами виконання з посиланням на 10 нижченаведені ілюстративні креслення для його більш повного розуміння. Стосовно конкретних посилань на креслення, підкреслюється, що наведені особливості показані як приклад і винятково для ілюстративного обговорення кращих варіантів виконання цього винаходу, і наведені для того, щоб показати, що розуміється під найбільш корисним і простим у розумінні описом принципів і концептуальних аспектів винаходу. У цьому відношенні, не було зроблено ніяких спроб показати структурні деталі цього винаходу більш докладно, ніж того вимагає фундаментальне розуміння винаходу. Описи креслень призначені для фахівців, щоб показати, як деякі форми цього винаходу можуть бути втілені на практиці. Креслення представляють: Фіг.1 - вигляд збоку загальної моделі відомого оптичного пристрою з поворотом; Фіг.2 - вигляд збоку варіанта виконання світлопровідного оптичного елемента згідно з цим винаходом; Фіг.3А і 3В - бажані характеристики відбиття і пропускання селективно відбиваючих поверхонь, які використані у цьому винаході, для двох діапазонів кутів падіння; Фіг.4 - криві відбивної здатності як функції довжини хвилі для характерного дихроїчного покриття; Фіг.5 - криву відбивної здатності як функцію кута падіння для типового дихроїчного покриття; Фіг.6 - криві відбивної здатності як функції довжини хвилі для іншого дихроїчного покриття; Фіг.7 - криву відбивної здатності як функцію кута падіння для іншого дихроїчного покриття; Фіг.8 - схематичний розріз відбиваючої поверхні згідно з цим винаходом; Фіг.9А и 9В - схему, що ілюструє докладні розрізи варіанта виконання ряду селективно відбиваючих поверхонь; Фіг.10 - схему, що ілюструє докладні вигляди в розрізах на варіант виконання ряду селективно відбиваючих поверхонь, коли до нижньої сторони СОЕ доданий тонкий прозорий шар; Фіг.11 - схема, що ілюструє докладні вигляди в розрізах на варіант виконання ряду селективно відбиваючих поверхонь для трьох різних кутів спостереження; Фіг.12 - розріз представленого як приклад пристрою згідно з цим винаходом, що використовує напівхвильову пластину для обертання поляризації вхідного світла; Фіг.13 - два графіка обчисленої на моделі залежності яскравості від ПЗ по зображенню проекційного дисплея, і по зовнішніх джерелах у режимі наскрізної видимості; Фіг.14 - схему, що ілюструє пристрій СОЕ з набором із чотирьох частково відбиваючих поверхонь згідно з цим винаходом; Фіг.15 - схему, що ілюструє пристрій СОЕ з набором з чотирьох частково відбиваючих поверхонь згідно з іншим варіантом виконання цього винаходу; 11 81409 Фіг.16 - схему, що ілюструє метод розширення пучка уздовж обох осей з використанням подвійної конфігурації СОЕ; Фіг.17 - вигляд збоку на пристрій згідно з цим винаходом, що використовує рідкокристалічний дисплей (РКД) як джерело світла; Фіг.18 - схему, що ілюструє оптичне компонування колімуючого і повертаючого оптичних елементів згідно з цим винаходом; Фіг.19 - схему, що ілюструє «сліди» світла, що вводиться в підкладку, на передній поверхні колімуючої лінзи згідно з цим винаходом; Фіг.20 - схему, що ілюструє еквівалентне оптичне компонування без повороту світла згідно з цим винаходом; Фіг.21 - схему, що ілюструє оптичне компонування згідно з цим винаходом, яке використовує дві пари паралельних відбиваючих дзеркал для одержання широкого ПЗ; Фіг.22А - вигляд зверху, а Фіг.22В - вигляд збоку на альтернативні схеми розширення світла згідно з цим винаходом; Фіг.23 - схему, що ілюструє один з варіантів виконання пристрою згідно з цим винаходом, вмонтованого в стандартну оправу для окулярів; Фіг.24 - схему, що ілюструє приклад способу вмонтовування варіанта цього винаходу в мобільний ручний пристрій, наприклад, у мобільний телефон; Фіг.25 - приклад HUD-системи згідно з цим винаходом; Фіг.26 - один з варіантів виконання цього винаходу, де СОЕ освітлюється рядом дисплеївджерел; Фіг.27-29 - один з варіантів виконання системи формування зображення, що проектує тривимірне зображення в очі спостерігача, згідно з цим винаходом; Фіг.30 - варіант виконання з традиційною реалізацією пристрою з підсилювачем світла зірок (ПСЗ); Фіг.31 - один з варіантів виконання з удосконаленою реалізацією пристрою з ПСЗ з використанням пристрою згідно з цим винаходом; Фіг.32 - вигляд збоку на пристрій згідно з цим винаходом, що використовує відбиваючий РКД як джерело зображення з традиційним освітлювальним пристроєм; Фіг.33 - вигляд збоку на пристрій згідно з цим винаходом, який використовує відбиваючий РКД як джерело зображення і у якому СОЕ використовується для освітлення джерела; Фіг.34 схему, що ілюстр ує спосіб виготовлення ряду селективно відбиваючих поверхонь згідно з цим винаходом; Фіг.35 - схему, що ілюстр ує вимірювальний пристрій, який використовує дві призми для виміру відбивної здатності пластини з покриттям на двох різних кута х; і Фіг.36 - схему, що ілюструє вимірювальну систему, яка використовує дві призми для виміру відбивної здатності пластини з покриттям на двох різних кута х і яка додатково використовує призму, що повертає, для суміщення вихідного пучка з падаючим вхідним пучком. 12 На Фіг.1 представлений звичайний оптичний пристрій з поворотом, у якому підкладка 2 освітлюється джерелом зображення 4. Зображення колімуються за допомогою колімуючої лінзи 6. Світло, що виходить із джерела зображення 4, вводиться в підкладку 2 за допомогою першої відбиваючої поверхні 8 таким чином, що головний промінь 10 є паралельним площині підкладки. Друга відбиваюча поверхня 12 виводить світло з підкладки в око спостерігача 14. Незважаючи на компактність цієї схеми, вона має серйозні недоліки, зокрема, може бути задіяне досить обмежене ПЗ. Як видно з Фіг.1, максимальний кут з віссю усередині підкладки складає: æ T - dey e ö ÷ (1) a max = arctg ç ç ÷ 2l è ø де Т - товщина підкладки; deye - необхідний діаметр вихідної зіниці; l - відстань між відбиваючими поверхнями 8 і 12. При кутах, що перевищують a mах, промені відбиваються від поверхні підкладки до того, як вони досягають відбиваючої поверхні 12. Отже, відбиваюча поверхня 12 буде освітлюватися в небажаному напрямку, і в цьому випадку виникнуть паразитні зображення. Тому максимально досяжне ПЗ цієї схеми дорівнює: (2) ПЗmax»2na max де n - коефіцієнт переломлення підкладки. Звичайне значення коефіцієнта переломлення лежить між 1,5 і 1,6. Були запропоновані ряд методів для подолання цієї проблеми. Вони включають збільшувальний телескоп усередині підкладки і непаралельні напрямки введення. Але проте, навіть при цьому і навіть якщо застосовується тільки одна відбиваюча поверхня, товщина системи залишається обмеженої приблизно тими ж значеннями. ПЗ обмежується діаметром проекції відбиваючої поверхні 12 на площину підкладки. Математично, максимально досяжне ПЗ, обумовлене таким обмеженням дорівнює: æ T × tga sur - dey e ö ÷ (3) ПЗmax » ç ç ÷ Rey e è ø де a sur - кут між відбиваючою поверхнею і нормаллю до площини підкладки; і Reye - відстань між оком спостерігача і підкладкою (звичайно 30-40мм). На практиці tga sur не може бути більше 1; звідси, при тих же параметрах, описаних вище, для ПЗ=8° товщина підкладки буде приблизно дорівнювати 7мм, що є явним поліпшенням при попередніх обмеженнях. Проте, при збільшенні ПЗ товщина підкладки швидко росте. Наприклад, для ПЗ у 15° і 30° обмежуюча товщина підкладки буде дорівнює 18мм і 25мм відповідно. Для пом'якшення цих обмежень у цьому винаході використовується ряд селективно відбиваючих поверхонь, виготовлених усередині світлопровідного оптичного елемента (СОЕ). На 13 81409 Фіг.2 показаний розріз СОЕ згідно з цим винаходом. Перша відбиваюча поверхня 16 освітлюється колімованим випромінюванням 18, що надходить від джерела світла (не показаний), розташованого за пристроєм. Відбиваюча поверхня 16 відбиває падаюче від джерела світло таким чином, що світло захоплюється усередині плоскої підкладки 20 за рахунок повного внутрішнього відбиття. Після декількох відбиттів від поверхонь підкладки захоплені хвилі досягають ряду селективно відбиваючих поверхонь 22, що виводять світло з підкладки в око спостерігача 24. У припущенні, що центральна хвиля джерела виходить з підкладки 20 у напрямку нормалі до поверхні підкладки 26, і кут з віссю захопленої хвилі в підкладці дорівнює a in кут a sur2 між відбиваючими поверхнями і нормаллю до поверхні підкладки дорівнює: a (4) a sur 2 = in 2 Як видно з Фіг.2, захоплені промені досягають відбиваючих поверхонь за двома різними напрямками 28, 30. У цьому конкретному варіанті виконання захоплені промені падають на відбиваючу поверхню за одним з цих напрямків 28 після парного числа відбиттів від поверхонь 26 підкладки, причому кут падіння b ref між захопленим променем і нормаллю до відбиваючої поверхні дорівнює: a (5) b ref = 90° - (a in - a sur2 ) = 90° - in 2 Захоплені промені падають на відбиваючу поверхню за другим напрямком 30 після непарного числа відбиттів від поверхні 26 підкладки, причому кут з віссю дорівнює а '/„=180°- asur, і кут падіння між променем і нормаллю до відбиваючої поверхні дорівнює: b ref = 90° - (a¢ - a sur2 ) = 90° in (6) 3a in 2 Для запобігання небажаних відбиттів і паразитних зображень дуже важливо, щоб відбиття було неістотним для одного з цих двох напрямків. Необхідне розрізнення між двома напрямками падіння може бути отримано, якщо один кут значно менше іншого. Два рішення цієї задачі, які використовують властивості відбиття Sполяризованого світла, були запропоновані раніше, але ці рішення мають недоліки. Головним недоліком першого рішення є відносно велике число відбиваючих поверхонь, необхідних для забезпечення достатнього ПЗ. Головним недоліком другої конфігурації є небажане відбиття променів із внутрішнім кутом а іn. Приведене альтернативне рішення використовує властивості відбиття Р-поляризованого світла й у деяких випадках також S-поляризованого світла і забезпечує зменшення кута нахилу відбиваючих поверхонь, що веде за собою зменшення необхідного для цього застосування кількості відбиваючих поверхонь. Характеристики відбиття як функції кута падіння для S- і Р-поляризованого світла різні. - (180° - a in - a sur 2 ) = - 90° + 14 Розглянемо як приклад границю розділу повітря/кронглас. Тоді як обидві поляризації мають коефіцієнт відбиття 4% при нульовому куті падіння, френелівське відбиття S-поляризованого світла, що падає на границю розділу середовищ, монотонно підвищується до 100% при ковзному куті, а френелівське відбиття Р-поляризованого світла спочатку знижується до 0% при куті Брюстера і тільки потім підвищується до 100% при ковзному куті. Отже, існує можливість створення покриття з високою відбивною здатністю для Sполяризованого світла при косому куті падіння світла і близької до нульовою відбивною здатністю для нормального падіння. Крім того, існує можливість легко створити покриття для Рполяризованого світла з дуже низькою відбивною здатністю при великих кута х падіння світла і з високою відбивною здатністю при малих кутах падіння. Ці властивості можуть бути використані для запобігання небажаних відбиттів і паразитних зображень, як описувалося вище, за рахунок виключення відбиття в одному з двох напрямків. Наприклад, при bref~25° з рівнянь (5) і (6) можна одержати: (7) b'ref=105°; a in=130°; a'in=50°; a sur2=65° Тепер якщо відбиваюча поверхня має властивість відбивати при b ref і не відбивати при b'ref, необхідні умови отримані. На Фіг.3А и 3В показане бажане поводження відбиття від селективно відбиваючих поверхонь. Поки промінь 32 (Фіг.3А) з кутом до осі bref~25° частково відбивається і виводиться з підкладки 34, промінь 36 (Фіг.3В), що падає на відбиваючу поверхню під кутом до осі b'ref~75° (що еквівалентно b'ref~105°), проходить крізь відбиваючу поверхню 34 без будьякого помітного відбиття. На Фіг.4 показані криві відбивної здатності дихроїчного покриття, створеного для одержання описаних вище характеристик відбиття, для чотирьох різних кутів падіння: 20°, 25°, 30° і 75°, усі для Р-поляризованого світла. Поки відбиття променя з великим кутом незначне в межах відповідного спектра, промені, що мають кути з віссю 20°, 25° і 30°, відбивають майже з постійним коефіцієнтом відбиття в 26%, 29% і 32% відповідно в межах того ж спектра. Очевидно, що відбивна здатність знижується зі збільшенням кута падіння променів. На Фіг.5 показані криві відбивної здатності того ж дихроїчного покриття як функції від кута падіння Р-поляризованого світла з довжиною хвилі l=550нм. Видно, що на цьому графіку виділяються дві важливих області: між 50° і 80°, де відбивна здатність дуже мала, і між 15° і 40°, де відбивна здатність монотонно зростає зі зменшенням кута падіння. Отже, оскільки для цього ПЗ можна гарантувати, що весь кутовий спектр b'ref, при якому потрібна низька відбивна здатність, буде знаходитися в межах першої області, у той час як весь кутовий спектр b ref, де потрібна більш висока відбивна здатність, буде знаходитися в межах другої області, існує можливість гарантувати відбиття тільки однієї моди в підкладці в око 15 81409 спостерігача і забезпечити відсутність паразитного зображення. Дотепер аналізувалося тільки Р-поляризоване світло. Цей розгляд є істотним для систем, що використовують поляризоване джерело зображення, такий як РКД, або для систем, де вихідна яскравість не є вирішальним чинником і Sполяризоване світло може бути відфільтроване. Однак, для неполяризованих джерел зображення, таких як ЕПТ або OLED, і там, де яскравість є критичним чинником, S-поляризоване світло не може бути відкинутим і повинно бути прийнятим у розрахунок при проектуванні. На щастя, незважаючи на те, що це більш складно, чим для Р-поляризованого світла, існує можливість створити покриття з такими ж характеристиками для S-поляризованого світла, які обговорювалися вище. Таким чином, покриття, що має дуже низьку відбивну здатністю для всього кутового спектра b'ref і вище, визначило відбиття для відповідного кутового спектра b ref. На Фіг.6 і 7 представлені криві відбивної здатності того ж дихроїчного покриття, описаного вище з посиланням на Фіг.4 і 5, але тепер для Sполяризованого світла. Безсумнівно, існують деякі розходження в характеристиках цих двох поляризацій: область великих кутів, де відбивна здатність дуже низька, для S-поляризації значно більш вузька; для S-поляризованого світла набагато сутужніше досягти постійної відбивної здатності для цього кута по всій спектральній смузі, чим для Р-поляризованого світла; і, нарешті, монотонне поводження S-поляризованого світла на кутовому спектрі b ref, коли потрібна більш висока відбивна здатність, протилежна поводженню для Р-поляризованого світла, тобто відбивна здатність для S-поляризованого світла зростає з кутом падіння променів. Напевно, це суперечливе поводження двох поляризацій на кутовому спектрі b ref може бути використане при проектуванні оптичних систем для одержання бажаного відбиття усього світла у відповідності зі спеціальними вимогами конкретної системи. Ясно, що відбивна здатність першої відбиваючої поверхні 16 (Фіг.2) повинна бути високою настільки, наскільки це можливо, для того, щоб увести якнайбільше світла від джерела зображення в підкладку. Якщо припустити, що центральна хвиля джерела падає на підкладку по нормалі, тобто =180° тоді кут a sur1 між першою відбиваючою поверхнею і нормаллю до площини підкладки дорівнює: a + a0 a¢ + a 0 (8) a sur1 = in ; a ¢ 1 = in sur 2 2 Рішеннями для a sur1 і a'sur1 для наведеного вище прикладу будуть 155° і 115° відповідно. На Фіг.8 представлений розріз відбиваючої поверхні 16, що вводить світло 38 від джерела зображення (не показаний) і захоплює його в підкладці 20 за рахунок повного внутрішнього відбиття. Як показано на кресленні, проекція S1 відбиваючої поверхні на поверхню підкладки 40 дорівнює: (9) S1=T×tg(a) 16 де Τ - товщина підкладки. Рішення a sur1=a'sur1 є кращим, оскільки площа введення для наведеного прикладу більш як у 4,5 рази більша, ніж для попередніх рішень. Подібні співвідношення характеристик справедливі і для інших систем. Припускаючи, що введена хвиля освітлює всю площу відбиваючої поверхні, після відбиття від відбиваючої поверхні 16 вона освітлює площу 2S1=2tg(a) поверхні підкладки. З іншого боку, проекція відбиваючої поверхні 22 на площину підкладки дорівнює S2=T×tg(a sur2). Для виключення як перекриттів, так і розривів між відбиваючими поверхнями проекція кожної поверхні примикає до сусідніх проекцій. Звідси, кількість N відбиваючих поверхонь 22, через які проходить промінь за один цикл (тобто між двома відбиттями від однієї і тієї ж поверхні підкладки), дорівнює: 2S1 2T × tg(a sur1 ) N= = (10) S2 T × tg(a sur 2 ) У прикладі, при a sur2=65° і a sur1=115° кількість відбиваючих поверхонь N=2; тобто кожен промінь проходить через дві різні поверхні під час одного циклу. Це є концептуальною зміною і значним удосконаленням у порівнянні з нашими попередніми викладами, коли кожен промінь проходив через шість різних поверхонь за один цикл. Можливість зменшення кількості відбиваючих поверхонь при заданих вимогах до ПЗ пов'язана з проекцією відбиваючої поверхні на площину спостереження: оскільки кути в цьому варіанті більше, потрібна менша кількість відбиваючих поверхонь для охоплення всього зображення. Зменшення кількості відбиваючих поверхонь дозволяє спростити реалізацію СОЕ і забезпечити значне зниження вартості його виготовлення. Варіант виконання, описаний вище (Фіг.8), являє собою приклад способу введення вхідних хвиль у підкладку. Вхідні хвилі можуть, однак, бути введені в підкладку іншими оптичними засобами, включаючи (але не обмежуючи ними) заломлюючі призми, волоконно-оптичні джгути, дифракційні решітки й інші рішення. Крім того, у прикладі, проілюстрованому на Фіг.2, вхідні хвилі і хвилі, що несуть зображення, знаходяться з однієї сторони підкладки. Представляються також можливими й інші конфігурації, у яких вхідні хвилі і хвилі, що несуть зображення, можуть знаходитися на протилежних сторонах підкладки. Також можливо, у конкретних застосуваннях, уведення вхідних хвиль у підкладку через одну з периферійних сторін підкладки. Фіг.9А являє собою докладний вигляд у розрізі на ряд селективно відбиваючих поверхонь, що виводять світло, захоплене у підкладці, назовні в око спостерігача. Як видно, у кожнім циклі введений промінь проходить через відбиваючі поверхні 42 у напрямку під кутом a'іn=130°, унаслідок чого кут між променем і нормаллю до відбиваючих поверхонь дорівнює ~75°, і відбиття від цих поверхонь є неістотним. До того ж, промінь під час кожного циклу проходить двічі через відбиваючу поверхню 44 у напрямку під кутом 17 81409 a іn=50°, причому кут падіння дорівнює 25°, і частина енергії променя виходить з підкладки. Якщо припустити, що один ряд із двох селективно відбиваючих поверхонь 22 використовується для виведення світла в око спостерігача, максимальне ПЗ буде дорівнювати: ПЗmax » 2T × tg(a sur1 ) - dey e (11) Rey e Отже, при тих же параметрах описаного вище прикладу, граничне значення товщини підкладки для ПЗ=8° дорівнює 2,8мм; для ПЗ=15° і 30° гранична товщина підкладки буде дорівнювати відповідно 3,7мм і 5,6мм. Ці значення більш сприятливі, ніж гранична товщина підкладки відомих рішень, описаних ви ще. Більш того, можна використовува ти більш двох селективно відбиваючих підкладок. Наприклад, для трьох селективно відбиваючих поверхонь 22 гранична товщина підкладки при ПЗ=15° і 30° приблизно дорівнює 2,4мм і 3,9мм відповідно. Аналогічно можуть бути введені додаткові відбиваючі поверхні, що, поряд з іншими перевагами, зменшує мінімальну товщину оптичного пристрою. Для конфігурацій, де потрібно відносно невелике ПЗ, може бути досить однієї частково відбиваючої поверхні. Наприклад, для системи з такими параметрами: Reye=25мм; a sur=12° і Т=5мм, середнє ПЗ=17° може бути отримано навіть при використанні однієї відбиваючої поверхні 22. Частина променів будуть перетинати поверхню 22 кілька разів, перед тим як вийти з підкладки в потрібному напрямку. Оскільки мінімальний кут розповсюдження світла усередині підкладки для досягнення умов повного внутрішнього відбиття для матеріалу ВК7 або аналогічного матеріалу дорівнює a in(min)=420, кут напрямку розповсюдження світла при центральному куті ПЗ дорівнює a in(сеn)=48°. Отже, зображення проектується не по нормалі до поверхні, а трохи похило під кутом 12° до осі. Проте, для багатьох випадків це припустимо. Як показано на Фіг.9В, кожна відбиваюча поверхня освітлена оптичними променями різної інтенсивності. У той час, як права відбиваюча поверхня 46 освітлена променями відразу від нижньої поверхні 48 підкладки 20, ліва поверхня 50 освітлена променями, що вже пройшли через частково відбиваючу поверхню 46 і, як наслідок, що мають більш низьку інтенсивність. Щоб одержувати зображений з однорідною яскравістю, необхідно компенсувати різницю інтенсивностей у різних частинах зображення. Дійсно, нанесення на відбиваючі поверхні різного покриття так, щоб відбивна здатність поверхні 46 була нижче, ніж у поверхні 50, компенсує нерівномірне освітлення. Ще одна можлива неоднорідність на кінцевому зображенні може виникнути в результаті різної послідовності відбиття променів, що досягають селективно відбиваючих поверхонь: одні промені приходять безпосередньо без відбиття від селективно відбиваючої поверхні, інші ж піддаються одному або декільком відбиттям. Цей ефект показаний на Фіг.9А. Промінь перетинає першу відбиваючу поверхню 22 у точці 52. Кут 18 падіння променя дорівнює 25°, і частина його енергії виходить з підкладки. Потім промінь перетинає ту ж відбиваючу поверхню в точці 42 при куті падіння 75° без помітного відбиття, а потім - ще раз у точці 54 з кутом падіння 25°, і чергова порція енергії частково виходить з підкладки. А промінь, показаний на Фіг.9В, навпаки, піддається тільки одному відбиттю від тієї ж поверхні. Ми помітили, що найчастіше багаторазові відбиття відбуваються при малих кута х падіння. Тому один з методів компенсації неоднорідності, що виникає внаслідок багаторазових перетинань, полягає в розробці такого покриття, коефіцієнт відбиття якого монотонно зростав би зі зменшенням кута падіння, як показано на кривій Фіг.5 для діапазону 10-40°. Цілком компенсувати такі розходження в ефекті багаторазових перетинань представляється важким. Однак у реальних ситуаціях людське око допускає значні зміни яскравості, що залишаються їм непоміченими. У випадку дисплеїв, розташованих поруч з оком, око збирає усе світло, що ви ходить з цілого кута зору і фокусує його в одній точці сітківки ока, і, внаслідок того, що чутливість ока є логарифмічною функцією яскравості, невеликі коливання яскравості зображення, якщо вони і з'являться, не будуть помітні. Отже, навіть при середніх рівнях однорідності освітленості в межах дисплея, людське око спостерігає високоякісне зображення. Необхідний рівень однорідності для СОЕ може бути легко досягнутий. Однак для дисплеїв, віддалений від очей спостерігача, наприклад для дисплеїв, призначених для читання на ходу, неоднорідність, обумовлена багаторазовим перетинанням, не може вважатися припустимою. Тому в подібних випадках для подолання неоднорідностей застосовується більш системний метод. Один з можливих підходів показаний на Фіг.10. До нижньої сторони СОЕ додають тонкий прозорий шар 55 товщиною Тadd. У цьому випадку, наприклад, промінь, що падає під кутом 25°, що відповідно до Фіг.9А перетинав першу відбиваючу поверхню 22 у трьох точках, перетинає цю поверхню тільки двічі і відбивається тільки один раз у точці 52. У цьому випадку ефект подвійного відбиття не виникає. Товщина Tadd , що забезпечує мінімізацію ефекту подвійного відбиття для усього поля огляду оптичної системи, може бути розрахована. Наприклад, для оптичної системи з параметрами ПЗ=24°, a sur=64°, a in=52°, n=1,51 і Т=4мм для виключення ефекту подвійного проходження може бути доданий шар товщиною Tadd=2,1мм. Очевидно, що при цьому загальна товщина СОЕ складе 6,1мм замість 4мм, однак у HUD-системах, де пристрій відображення досить великий і до СОЕ пред'являються вимоги з механічної міцності, збільшена товщина не обов'язково є недоліком. Можливе також нарощування прозорого шару у верхній частині СОЕ або навіть по обидва боки підкладки, причому точна конструкція буде спроектована в залежності від специфічних вимог до конкретної оптичної системи. Для запропонованої конфігурації, де значення товщини Tadd не має значення, принаймні деякі промені 19 81409 перетинають ту саму селективно відбиваючу поверхню двічі. Наприклад, на Фіг.10 промені спочатку проходять через першу відбиваючу поверхню 22 при куті падіння 25°, причому частина енергії променів виводиться з підкладки, і один раз проходять через неї при куті падіння 75° без помітного відбиття. Природно, тільки перше перетинання дає внесок у зображення, що формується СОЕ. При розгляді кутів спостереження виявляється, що різні ділянки кінцевого зображення походять від різних ділянок частково відбиваючих поверхонь, що ілюструє Фіг.11: розріз компактної системи формування зображення на СОЕ, заснованої на запропонованій конфігурації. Тут одиночна плоска хвиля 56, що представляє конкретний кут спостереження, освітлює тільки частину всієї множини частково відбиваючих поверхонь 22. Таким чином, для кожної точки на частково відбиваючій поверхні номінальний кут спостереження визначений, і коефіцієнт відбиття визначається відповідно до цього кута. Проектування покриттів різних частково відбиваючих поверхонь СОЕ відбувається в такий спосіб: для кожного конкретного кута накреслюється промінь (з урахуванням рефракції за законом Снеліуса) від центра наміченої зіниці ока 60 до частково відбиваючої поверхні. Обчислений напрямок вважається номінальним напрямком падіння променя, і конкретне покриття проектується відповідно до цього напрямку, але також з урахуванням попереднього коефіцієнта відбиття, що відноситься до цього конкретного кута спостереження. Отже, для кожного кута огляду середнє значення коефіцієнта відбиття відповідних поверхонь буде дуже близьким до бажаного. Крім того, при необхідності до СОЕ додається шар товщиною Tadd. Відносно СОЕ з неоднаковими селективно відбиваючими поверхнями існує дві можливості. У системах з режимом наскрізної видимості, таких як дисплей, що закріплюється на голові пілота, коли спостерігач повинний бачити зовнішні об'єкти через СОЕ, відбивна здатність селективно відбиваючих поверхонь повинна бути досить високою. Оскільки в цьому випадку коефіцієнт відбиття не однаковий для всіх селективно відбиваючих поверхонь, існує небезпека появи також неоднорідності в зображенні зовнішніх об'єктів, що спостерігаються через підкладку. Ці неоднорідності, на щастя, досить малі, і в більшості випадків ними можна зневажити. В інших ситуаціях, коли можлива неоднорідність має вирішальне значення, для її компенсації і досягнення однорідної яскравості зображення на всім ПЗ, на зовнішню поверхню наноситься додаткове неоднорідне покриття. У системах без режиму наскрізної видимості, таких як дисплеї з віртуальною реальністю, підкладка непрозора, і пропускання системи значення не має. Однак у подібних випадках відбивна здатність може бути набагато вище, ніж у раніше описаних ситуаціях, і тут необхідно подбати про забезпечення проходження через першу відбиваючу поверхню інтенсивності, 20 достатньої для одержання однорідної яскравості на всім ПЗ. Ще одним важливим моментом є поляризація світла. Як було сказано вище, для покриття селективно відбиваючих поверхонь краще Р-поляризоване світло. На щастя, деякі компактні джерела зображень (наприклад, нематичні рідкокристалічні дисплеї) лінійно поляризовані. Це також може бути застосовано до ситуацій, у яких джерело зображення орієнтоване так, що вхідне світло виявляється Sполяризованим стосовно відбиваючих поверхонь. У таких ситуаціях можна або проектувати покриття для S-поляризованого світла, або, як альтернатива, повернути поляризацію джерела за допомогою напівхвильової пластини. Як показано на Фіг.12, світло від джерела зображення 4 має лінійну S-поляризацію. З використанням напівхвильової пластини 62 поляризація повертається так, що на відбиваючу поверхню 22 падає вже необхідне Р-поляризоване світло. Для ілюстрації роботи типової системи з режимом наскрізної видимості була проведена комп'ютерне моделювання з розрахунком яскравості як проектованого зображення, так і зовнішніх об'єктів. Система має такі параметри: T=4,3мм, Tadd=0, a іn=50°, ПЗ=24°, Reye=25мм, n=1,51; джерело зображення є S-поляризованим; є дві селективно відбиваючи поверхні, і номінальний коефіцієнт відбиття дорівнює 22%. На Фіг.13 представлені результати моделювання, нормовані на необхідні номінальні значення. На обох графіках спостерігаються невеликі флуктуації, але ці зміни несуттєві для пристроїв, розташовуваних поруч з оком. Дотепер ми розглядали тільки ПЗ тільки уздовж осі ξ. Необхідно також розглянути ПЗ уздовж ортогональної їй осі η. ПЗ уздовж осі η не залежить від розмірів і кількості селективно відбиваючих поверхонь, а залежить від поперечного розміру уздовж осі η вхідних хвиль, введених у підкладку. Максимально досяжне значення розміру ПЗ уздовж осі η дорівнює:Dh - dey e (12) Rey e + l / (n sinain ) де Dη - поперечний розмір уздовж осі η хвиль, введених у підкладку. Тобто, якщо бажане ПЗ складає 30°, то, використовуючи наведені вище параметри, одержимо граничний поперечний розмір рівним 42мм. Раніше було показано, що подовжній розмір уздовж осі ξ хвиль, введених у підкладку, можна визначити за формулою: S1=T×tg(ain). При товщині підкладки Т=4мм одержуємо S1=8,6мм. Очевидно, поперечна довжина СОЕ в п'ять разів перевищує подовжні розміри. Навіть при відношенні сторін зображення 4:3 (що застосовується в стандартних відеодисплеях) і при ПЗ 22° по осі η, необхідний поперечний розмір складає близько 34мм, що як і раніше в чотири рази перевищує подовжній розмір. Ця асиметрія є проблемою: необхідно використовува ти або колімуючу лінзу з великою числовою апертурою, або джерело зображення великого розміру. У будь-якому випадку, при таких ПЗmax » 21 81409 числових значеннях розмірів створити компактну систему неможливо. Альтернативний метод, що дозволяє вирішити цю проблему, представлений на Фіг.14. Замість використання тільки одного ряду відбиваючих поверхонь 22, розташованих тільки уздовж осі ξ, уздовж осі η розташовують інший ряд відбиваючих поверхонь 22а 22b 22с і 22d. Ці поверхні розміщуються по нормалі до площини підкладки 20 уздовж бісектриси кута, утвореного осями ξ і η. Відбивна здатність селективно відбиваючих поверхонь визначається з міркувань однорідності вихідних світлови х хвиль. Приміром, для чотирьох відбиваючих поверхонь 22а, 22b, 22с і 22d їхні коефіцієнти відбиття повинні мати значення 75%, 33%, 50% і 100% відповідно. Таке поєднання дозволяє одержати послідовність хвильових фронтів, з інтенсивністю кожного, яка дорівнює 25% від вхідної інтенсивності. Як правило, такий ряд відбиваючих поверхонь легко спроектувати для S-поляризованого світла. На щастя, 5поляризоване світло перед частково відбиваючими поверхнями 22а-22d, буде Рполяризованим перед частково відбиваючою поверхнею 22. Отже, якщо вертикальне розширення зображення уздовж вертикальної осі η здійснюється з S-поляризованим світлом, немає необхідності в напів-хвильовій пластині для обертання поляризації світла, що падає на горизонтальний розширник уздовж осі ξ. Показані розміщення сукупностей рядів 22 і 22а-22d наведені винятково як приклад. Інші можливі варіанти розміщення, що дозволяють збільшити поперечний розмір оптичних хвиль уздовж обох осей, відповідно до оптичної системи і бажаних параметрів, також можливі, і деякі з них розглянуті нижче. На Фіг.15 ілюструється альтернативний метод розширення пучка уздовж осі η. У представленій конфігурації відбиваючі поверхні 22а, 22b і 22c мають коефіцієнти відбиття 50% для Sполяризованого світла, a 22d являє собою 100%-е дзеркало. Хоча поперечні розміри для розширення у вертикальному напрямку в цьому варіанті більші, ніж у попередньому, проте він вимагає тільки одного селективно відбиваючого покриття, та й уся конструкція в цілому простіше у виготовленні. Загалом, для кожної конкретної оптичної системи може бути обраний точний спосіб розширення пучка уздовж осі η, що відповідає особливим вимогам до системи. У припущенні симетричної колімучої лінзи 6, поперечний розмір уздовж осі η після відбиття від відбиваючих поверхонь 22а-22d визначається за формулою Sn=NTtg(a in), де N- число відбиваючих поверхонь. Максимально досяжний розмір ПЗ уздовж осі η визначається за формулою: ПЗh = max Sh - d ey e NT × tg (a in ) - dey e (13) Rey e + l / (n sin ain ) R ey e + l / (n sina in ) Оскільки відбиваючий ряд поверхонь 22а-22d може бути розташований ближче до ока, очікується, що відстань l між відбиваючими поверхнями буде менше, ніж у попередніх прикладах. Прийнявши l=40мм і вибравши = 22 параметри рівними: Т=4мм, N=4мм, ain=65°, Reye=25мм і n=1,5, одержимо величину ПЗ рівною: h (14) ПЗmax = 30 ° Цей результат значно краще отриманих раніше. На Фіг.16 показаний ще один метод розширення пучка уздовж обох осей з використанням конфігурації з подвійним СОЕ. Вхідна хвиля вводиться в перший оптичний елемент 20а першою відбиваючою поверхнею 16а, а потім розповсюджується уздовж осі ξ. Частково відбиваючі поверхні 22а виводять світло з 20а, після чого світло уводиться в другий СОЕ 20b відбиваючою поверхнею 16b. Далі світло розповсюджується уздовж осі η і виводиться селективно відбиваючими поверхнями 22b. Як показано на кресленні, вихідний пучок розширюється уздовж обох осей, причому повне розширення визначається відношенням поперечних розмірів елементів 16а і 22b відповідно. Конфігурація, запропонована на Фіг.16, тільки приклад структури з подвійним СОЕ. Можливі й інші конфігурації з двома і великою кількістю СОЕ, об'єднаних у складну оптичну систему. Наприклад, для одержання триколірної системи зображення можуть бути об'єднані три різні підкладки, причому покриття кожної з них проектується для одного з трьох основних кольорів. У цьому випадку кожна підкладка повинна бути прозорою для інших дво х кольорів. Така система може знадобитися для застосувань, у яких для формування кінцевого зображення потрібна комбінація трьох різних монохроматичних дисплеїв-джерел. Існує безліч інших прикладів, коли з декількох підкладок формуються і більш складні системи. Далі мова йтиме про яскравість оптичної системи. Ця тема дуже важлива для систем з режимом наскрізної видимості, у яких, для забезпечення прийнятного ступеня контрастності і зручності спостерігання через пристрій відображення, бажано, щоб яскравість зображення була порівнянна з яскравістю зовнішніх джерел. При цьому неможливо гарантувати низький рівень утрат, що привносяться, для більшості систем. Наприклад, як описано вище для пристрою відображення з чотирма поверхнями на Фіг.14, через необхідне розширення пучка уздовж осі η яскравість оптичних хвиль зменшується в 4 рази. У загальному випадку, для N відбиваючих поверхонь рівень яскравості зменшується в N раз. Взагалі, джерела зображення з високим рівнем яскравості могли б перебороти ці труднощі, але цей підхід завжди має практичне обмеження. Джерела зображення високої яскравості не тільки дуже дорогі, вони ще споживають дуже багато енергії, що супроводжується сильним струмом. Крім цього, у більшості дисплеїв існує обмеження на максимально можливе значення яскравості. Наприклад, для передавальних РКД, одних із самих розповсюджених на сьогоднішній день джерел для компактних дисплеїв, світлова потужність заднього опромінення обмежується, щоб уникнути появи небажаних ефектів, таких, як 23 81409 спалахування, що веде до зниження розрізнення і рівня контрастності зображення. Отже, для оптимізації використання наявного світла від джерела потрібні інші підходи. Один з таких можливих методів підвищення рівня яскравості зображення, що досягає ока спостерігача, є регулювання відбивної здатності поверхонь 22 СОЕ відповідно до кута огляду (КО) спостерігача. Як показано на Фіг.11, кожна відбиваюча поверхня системи селективно відбиваючих поверхонь 22 освітлюється тільки частиною ПЗ. Отже, можна встановити коефіцієнт відбиття кожної поверхні так, щоб оптимізувати яскравість усього ПЗ. Наприклад, відбивна здатність правої поверхні 22а на Фіг.11 могла б бути встановлена так, щоб забезпечити більш високий коефіцієнт відбиття для правої частини ПЗ і найменший коефіцієнт відбиття - для лівої частини ПЗ, у той час як ліва поверхня 22b має більш високий коефіцієнт відбиття для лівої частини ПЗ. Подібний метод проектування може бути застосований до двовимірних систем розширення. Якщо прийняти на Фіг.16 вісь η вертикальною, відбивна здатність відбиваючих поверхонь 22а могла б бути встановлена такою, що нижні поверхні мали б більш високий коефіцієнт відбиття для нижньої частини ПЗ і найнижчий коефіцієнт - для верхньої частини ПЗ, у той час як верхні поверхні мали б більш високий коефіцієнт відбиття для верхньої частини ПЗ. Отже, коефіцієнт, на який яскравість зменшується за рахунок поперечного розширення, повинний бути значно менше R, де R - відношення поверхні введення 16а і поверхонь виведення 22b. В іншому способі підвищення загальної яскравості можна регулювати яскравість дисплеївджерел без змін вхідної енергії. Як було показано вище на Фіг.11, велика частина енергії, що вводиться в відбиваючу підкладку 20 дзеркалом 16, відбивається в область зіниці ока 60. Щоб збільшити максимальне значення яскравості, однак, також бажано, щоб велика частина світла від джерела зображення попадала в підкладку. На Фіг.17 показаний приклад дисплея з підкладкою, де як дисплей-джерело використовується передавальний РКД. Світло, що виходить від джерела 64 і сколімовано лінзою 66, освітлює РКД 68. Зображення РКД колімується і відбивається оптичним компонентом 70 на підкладку 20. На Фіг.18 показана оптична схема колімуючої лінзи 70 зі зламом, а на Фіг.19 - сліди світла, що вводиться в підкладку 20, на передній поверхні 72 лінзи 70. Як правило, для більшості джерел зображення існує ламбертовський розподіл світла, що виходить із зображення. Отже, енергія розподіляється рівномірно на кутовому спектрі в 2p стерадіан. Однак, як показано на Фіг.18 і 19, тільки невелика порція світла від джерела зображення дійсно вводиться в підкладку 20. Від кожного точкового джерела на поверхні зображення тільки невеликий конус світла - 20-30° - фактично освітлюють слід на передній поверхні 72 і вводиться в підкладку 20. Отже, можна досягти значного збільшення яскравості, якщо 24 світло від дисплея концентрується усередині цього конуса. Один з методів досягнення такої спрямованості у освітленні джерела полягає у використанні спеціального селективного дифузора для РКД. Звичайно стандартний дифузор розсіює світло рівномірно в усі х напрямках. В альтернативному випадку, селективний дифузор може розсіювати світло таким чином, що світло від кожного точкового джерела розходиться в конусі під необхідним кутом. Тоді кількість світлової енергії, що перевипромінює РКД, залишається тією ж самою. Просторовий кут розбіжності світла в конусі з кутом при вершині 20-30° для кожного точкового джерела більш, ніж у 50 разів менше π стерадіан ламбертовського джерела, при цьому яскравість світла збільшується в стільки ж раз. Отже, значного поліпшення яскравості системи можна досягти з мінімальними зусиллями при проектуванні і виготовленні і без збільшення енергоспоживання системи. Альтернативне рішення, що підходить не тільки для РКД, але й для інших дисплеїв-джерел, полягає у використанні набору мікролінз, узгоджених з пікселями дисплея-джерела. Для кожного пікселя мікролінзи звужують пучок, що розходиться, виходячи з пікселя, у необхідний кутовий конус. Фактично цей метод є ефективним тільки при низькому коефіцієнті заповнення пікселей. У поліпшеному варіанті цього рішення пропонується створити функцію розподілу випромінювання пікселей у наборі пікселей так, щоб випромінювання кожного пікселя розходилося в необхідному куті. Наприклад, у OLED дисплеях звичайно намагаються збільшити кут розбіжності світла від окремих світлодіодів, щоб дозволити спостерігання в широкому куті. Однак для наших конкретних застосувань дисплеїв із СОЕ для оптимізації яскравості системи вигідно зберігати малий кут розбіжності, у межах 20-30° Як говорилося раніше з посиланням на Фіг.14 і 15, можна досягти широкого ПЗ і уздовж вертикального напрямку η без значного збільшення об'єму системи. Але існують ситуації, коли таке рішення недостатнє. У першу чергу це справедливо для систем з дуже широким ПЗ і обмеженням відстані l між відбиваючими поверхнями 16 і 22. На Фіг.20 представлена розгорнута оптична система з такими параметрами: l=70мм, T=4мм, a in=65°, Reye=24мм, n=1,51, вхідна зіниця - 10мм і необхідне ПЗ у вертикальному напрямку 42°. Якщо простежити шлях променів від вихідної зіниці 74, з'ясовується, що світло проходить через проекцію вихідної зіниці на вивідну оптику, 22, де 76, 78 і 80 проекції верхнього, центрального і нижнього кутів ПЗ відповідно. Таким чином, щоб одержати необхідне значення ПЗ, необхідна величина вхідної апертури 82 повинна складати 65мм. Це значення дуже велике й обов'язково збільшує розміри системи в цілому, навіть якщо підкладка залишається тонкою пластиною. І навпаки, якщо апертура 84 повинна бути не більш 40мм, досяжна величина вертикального ПЗ скоротиться до 23°, що складає біля половини необхідного значення. 25 81409 На Фіг.21 показано, як можна вирішити цю проблему. Замість використання звичайної прямокутної пластини 20 дві горизонтальні грані пластин заміняються двома парами паралельних відбиваючих поверхонь - 88а, 88b і 90а, 90b відповідно. Центральна частина ПЗ проектується, як і раніше, безпосередньо через апертуру 84, промені від нижньої частини ПЗ відбиваються поверхнями 88а і 88b, а від верхньої частини ПЗ відбивають від площин 90а і 90b. Як правило, кути між захопленими променями усередині підкладки і відбиваючими поверхнями 88 і 90 досить великі, щоб забезпечити повне внутрішнє відбиття, тому немає необхідності наносити на них спеціальні відбиваючи покриття. Оскільки всі промені або направляються безпосередньо від вхідної апертури, або двічі відбивають від пари паралельних поверхонь, первісний напрямок кожного окремого променя зберігається, і це не впливає на вихідне зображення. Дійсно, дуже важливо забезпечити, щоб кожен промінь, відбитий від поверхні 88а, відбився б від поверхні 88b, перш ніж він потрапить в апертуру 84. Щоб це підтвердити, досить перевірити два шляхи: бічний промінь під крайнім кутом 92, що попадає на поверхню 88а в точці 94, повинний потрапити на поверхню 88b праворуч від його перетинання з поверхнею 90а; на додаток, бічний промінь 96, що попадає на поверхню 88а відразу за її перетинанням 98 з поверхнею 90b повинний потрапити на поверхні 88b перед її перетинанням з апертурою 84. Через те, що обидва бічних променя відповідають умовам, усі промені з ПЗ, що падають на поверхню 88а, також обов'язково потраплять на поверхню 88b. Цей приклад забезпечує для ПЗ 42° значно вузькішу вхідну апертуру 84: 40мм. Природно, у випадках, коли l надзвичайно велике, щоб досягти бажаного ПЗ при підтримці прийнятної вхідної апертури, можна застосувати каскад із двох або більш пар відбиваючих поверхонь. Варіант виконання, представлений на Фіг.21, є тільки прикладом, що ілюстр ує просту реалізацію цього методу. Використання пар паралельних відбиваючих поверхонь з метою звуження апертури системи для заданого ПЗ або, навпаки, розширення до прийнятних значень ПЗ для даної апертури не обмежується оптикою з підкладкою; вони можуть бути використані в інших оптичних системах, що включають, але не обмежуються ними, просторові системи, такі як дисплеї для читання на ходу, епіскопи або перископи. Очевидно, як уже було сказано раніше з посиланням на Фіг.21, поперечні розміри вхідної апертури підкладки складають 40мм по осі η і 8,5мм по осі ξ. Фіг.22 А и 22Б демонструють варіант виконання, альтернативний тому, що представлений на Фіг.14-15. Цей підхід містить у собі настроювання між симетричної колімуючою лінзою 6 і асиметричною вхідною апертурою. Поперечні розміри вхідної апертури приймаються як D і 4D уздовж двох осей відповідно. Лінза 6 з апертурою в 2D колімує зображення на підкладку. Передня половина колімованого світла вводиться в підкладку за допомогою дзеркала 16а. Дві пари 26 паралельних відбиваючих поверхонь 22а; 22b і 22с; 22d розщеплюють пучок світла назовні і потім відбивають його в первісному напрямку. Задня частина колімованого світла проходить через підкладку 20, а потім, переломлена призмою 99, повертається назад у підкладку. Друге дзеркало 16Ь збирає переломлене світло на підкладку 20. Очевидно, що поперечні розміри вхідної апертури складають D і 4D уздовж двох осей відповідно, як і було потрібно. Існують деякі переваги підходу, описаного вище з посиланням на Фіг.22. Система симетрична відносно осі η і, що більш важливо, не має втрат інтенсивності світла. Цей підхід є лише прикладом, можливі й інші подібні способи перетворення симетричного вхідного пучка в асиметричний введений пучок. Придатна конфігурація для розтягування зображення уздовж осі η вимагає ретельного аналізу всіх характеристик системи. Взагалі, різні типи СОЕ, розглянуті ви ще, забезпечують кілька важливих переваг перед альтернативними видами компактної оптики, призначеної для використання в дисплейних застосуваннях, таких, наприклад, як: 1) Дисплей-джерело вхідного пучка може бути розташований дуже близько до підкладки, так що система в цілому стає дуже компактною і легкою, що забезпечує форм-фактор, який не має собі рівного. 2) На відміну від інших компактних конфігурацій з дисплеєм, цей винахід забезпечує гнучкість у розташуванні дисплея-джерела вхідного пучка відносно окуляра. Ця гнучкість, у сполученні з можливістю розташування джерела в безпосередній близькості від розширювальної підкладки, зменшує потреби в застосуванні неосьових оптичних конфігурацій, традиційних для інших дисплейних систем. Плюс до усього, у зв'язку з тим, що вхідна апертура СОЕ набагато менша активної зони вихідної апертури, числова апертура колімуючої лінзи 6 значно менше, ніж потрібно для порівнянних загальноприйнятих систем формування зображення. Отже, можуть бути впроваджені значно більш зручні оптичні системи, і багато труднощів, пов'язаних із застосуванням неосьової оптики і лінз з великою числовою апертурою, таких як польова або хроматична аберація, можуть бути легко й ефективно переборені. 3) Коефіцієнти відбиття селективно відбиваючих поверхонь у цьому винаході істотно однакові у всьому необхідному спектрі. Отже, як дисплей-джерело можуть бути використані як монохроматичні, так і поліхроматичні джерела випромінювання. СОЕ має і неістотну залежність від довжини хвилі, що забезпечує кольорові зображення високої якості з високою роздільною здатністю. 4) Оскільки кожна точка вхідного дисплея трансформується в плоску хвилю, що відбивається в око спостерігача від великої частини набору відбивачів, вимоги до точності розташування ока можуть бути істотно ослаблені. Спостерігач може бачити все ПЗ, і вихідна зіниця 27 81409 може бути значно більше, ніж в інших компактних дисплейних конфігураціях. 5) Оскільки велика частина інтенсивності дисплея-джерела вводиться в підкладку, і велика частина енергії використовується повторно і виводиться в око спостерігача, зображення порівняно високої яскравості можуть бути отримані навіть з дисплеями-джерелами з низьким енергоспоживанням. Фіг.23 представляє варіант виконання цього винаходу, у якому СОЕ 20 убудований в оправу для окулярів 100. Дисплей-джерело 4, колімуюча лінза 6 і лінза 70 зі зламом встановлені в кронштейні 102 усередині рами окуляра в безпосередній близькості до краю СОЕ 20. У тому випадку, коли джерело випромінювання дисплея є електронним елементом, наприклад, невеликими ЕПТ, РКД або OLED, керувальна електроніка 104 могла б бути розміщена усередині задньої частини дужки 102. Джерело живлення й інтерфейс за даними 106 можна з'єднати з дужкою 102 виводом 108 або будь-яким іншим способом з'єднання, включаючи оптичне або радіо-з'єднання. Як альтернатива, в оправу для окулярів можуть бути інтегровані батарея і мініатюрна електроніка каналу передачі даних. Варіант виконання, описаний вище, здатний обслуговува ти як системи з наскрізною видимістю, так і без неї. В останньому випадку перед СОЕ розміщаються непрозорі шари. Закривати весь СОЕ цілком немає необхідності, звичайно тільки активна зона, де дисплей є видимим, потребує блокування. Як така, конструкція може забезпечити підтримку периферійного зору користувача, відтворюючи досвід спостерігання комп'ютерних і телевізійних екранів, у яких подібний периферійний зір виконує важливу пізнавальну функцію. Як альтернатива, перед системою можуть бути встановлені регульований фільтр, що дозволяють користувачеві регулюва ти рівень яскравості світла, що надходить від зовнішніх джерел. Як регульований фільтр можуть бути обрані механічно керовані пристрої, наприклад, стулчастий фільтр, або фільтр у вигляді двох обертових поляризаторів, або пристрій з електронним регулюванням, або навіть автоматичний пристрій, за допомогою якого коефіцієнт пропускання фільтра буде визначатися яскравістю зовнішнього тла. Існує кілька альтернативних варіантів застосування СОЕ в цій конструкції. Найпростішим є використання окремого елемента для одного ока. Інший варіант - використання окремого елемента і дисплея-джерела для кожного ока, але з тим самим зображенням. Існує альтернатива проектувати в кожне око дві різні частини одного зображення з невеликим перекриттям між ними, що уможливлює розширення ПЗ. Ще одна можливість є проектування двох різних сцен для кожного ока, з метою створення стереоскопічного зображення. З подібними альтернативами можливі такі привабливі застосування, як тривимірне кіно, просунута віртуальна реальність, тренажерні системи й таке інше. 28 Варіант виконання, представлений на Фіг.23, являє приклад простого втілення цього винаходу. Оскільки оптичний елемент із провідною підкладкою, що представляє собою серце системи, дуже компактний і легкий, він може бути встановлений у дуже широкому ряді пристроїв. Отже, стає можливим створення і численних інших пристроїв, включаючи козирок, складаний дисплей, монокль і багато чого іншого. Ця конструкція розроблена для тих випадків, коли монітор повинний розташовува тися в безпосередній близькості до ока: встановлюватися на голові, носитися на голові або триматися на голові. Існують, однак, галузі застосування, де дисплей може розташовуватися інакше. Прикладом подібного застосування можуть служити конструкції, що носяться в руках, такі як, наприклад, стільникові телефони. Очікується, що в найближчому майбутньому подібні пристрої будуть виконувати нові операції, що вимагають роздільної здатності для великих екранів, включаючи відефон, Інтернет-з'єднання, доступ до електронної пошти і навіть високоякісна передача суп утникових телепрограм. Застосування існуючих технологій дозволяє вмонтувати мініатюрний дисплей у телефон, однак, у цей момент подібні дисплеї можуть передавати або відеоінформацію поганої якості, або кілька рядків даних з Інтернету або електронної пошти безпосередньо в око. Фіг.24 демонструє альтернативний метод, заснований на цьому винаході, який усуває сформований компроміс між малими розмірами мобільних пристроїв і бажанням переглядати цифровий вміст на повноформатному дисплеї шляхом проектування високоякісного зображення безпосередньо в око користувача. Оптичний модуль, що включає: дисплей-джерело 6, поворотну і колімуючу оптику 70 і підкладку 20, інтегрований в корпус мобільного телефону ПО, де підкладка заміщає штатне захисне віконце телефону. Більш конкретно, об'єм необхідних компонентів, що включає джерело 6 і оптику 70, достатньо малий, щоб розміститися в рамках прийнятного об'єму усередині сучасних стільникових пристроїв. Для того щоб побачити повний екран, переданий пристроєм, користувач розміщує віконце перед оком 24, щоб зі зручністю спостерігати зображення із широким ПЗ, великою вихідною зіницею і комфортним розслабленням ока. Можливо, також охопити все ПЗ цілком при більшому розслабленні ока шляхом нахилу пристрою для показу різних ділянок зображення. Крім того, оскільки оптичний модуль може працювати в конфігурації, що має режим наскрізної видимості, можливе подвійне використання пристрою, а саме, як опція, можлива експлуатації звичайного стільникового дисплея в недоторканому вигляді. У такий спосіб стандартний дисплей з низькою роздільною здатністю може бути видимий через СОЕ при виключеному дисплеї-джерелі 6. В другому режимі, призначеному для читання електронної пошти, під час роботи в Інтернету або в режимі відео, традиційний дисплей 112 виключений, у той час як дисплей-джерело 6 проектує необхідне 29 81409 зображення із широким ПЗ в око користувача через СОЕ. Варіант виконання, показаний на Фіг.24, усього лише приклад, що ілюструє можливість реального створення дисплеїв, інших, ніж ті, що встановлюються на голові. Серед інших можливих пристроїв, що носяться в руках, можна назвати кишенькові комп'ютери, мініатюрні дисплеї, вмонтовані в наручні годинники, кишенькові дисплеї, з розмірами і вагою як у кредитної картки, і багато чого іншого. Варіанти виконання, описані вище, являють собою монокулярні оптичні системи, іншими словами, зображення проектується в одне око. Існують, однак, такі галузі застосування як, наприклад HUD-дисплеї, де бажано проектувати зображення в обидва ока. Донедавна подібні системи використовувалися, в основному, у військовій і цивільній авіації. Останнім часом були численні пропозиції і розробки з установлення HUD в автомобілях перед водієм для допомоги в дорожній навігації або проектування в його очі теплового зображення в умовах недостатньої видимості. Існуючі в авіації HUD системи дуже дорогі, вартість окремого пристрою складає порядку декількох сотень тисяч доларів. Плюс до того, існуючі системи громіздкі, важкі й об'ємні і занадто незручні для розміщення в тісних умовах літака, не говорячи вже про автомобілі. СОЕ потенційно забезпечує можливість створення дуже компактних і автономних HUD-систем, що легко можуть бути встановлені в обмеженому просторі. Він дозволить також спростити конструкцію і виготовлення оптичних систем, що мають відношення до HUD, і, отже, потенційно може бути застосований як для удосконалення аерокосмічних HUD-систем, так і для впровадження компактної, недорогої споживчої версії для автомобільної промисловості. Фіг.25 ілюструє спосіб впровадження в життя HUD-системи, заснованої на цьому винаході. Світло від дисплея-джерела 4 колімується лінзою 6 на нескінченність і вводиться першою відбиваючою поверхнею 16 у підкладку 20. Після відбиття другою відбиваючою сукупністю (не показана), оптичні хвилі падають на треті відбиваючі поверхні 22, що виводять світло в очі 24 спостерігача. У цілому система може бути дуже компактною і легкою, розміром з велику поштову листівку і товщиною кілька міліметрів. Дисплейджерело об'ємом у кілька кубічних сантиметрів може бути прикріплений до одного з кутів підкладки, де електричний кабель зможе постачати у систему енергію й інформацію. Очікується, що встановлення представленої HUDсистеми буде не складніше встановлення звичайної промислової аудіосистеми. Більш того, через відсутність необхідності використання зовнішнього дисплея-джерела для проектування зображення, усувається також необхідність установлення компонентів у небезпечних місцях. Через те, що вихідна зіниця типової HUD системи набагато більша, ніж у системах, установлюваних на голові, очікується, що для досягнення необхідного ПЗ буде потрібно трирядна конфігурація, описана вище з 30 посиланням на Фіг.14-16. Однак, є багато особливих випадків, що включають системи з малим вертикальним ПЗ, або з вертикальним рядом світлодіодів як дисплея-джерела, або пари паралельних відбиваючих дзеркал (як описано вище з посиланням на Фіг.21), де буде досить дворядної конфігурації. Варіанти виконання, представлені на Фіг.25, можуть бути впроваджені в інших застосуваннях, на додаток до HUD-систем для транспортних засобів. Ще одна можлива галузь застосування цих варіантів виконання - як плоский дисплей для комп'ютера або телевізора. Головною унікальною особливістю подібних дисплеїв є те, що картинка не розташовується на площині екрана, а фокусується на нескінченності або на зручній аналогічній відстані. Одним з основних недоліків існуючих комп'ютерних дисплеїв є те, що користувач повинний сфокусувати свій зір на дуже близькій відстані від 40 до 60см, тоді як природне фокусування здорового ока здійснюється на нескінченність. Багато людей страждають від головних болів після тривалої роботи за комп'ютером. У багатьох, що працюють часто з комп'ютером, є тенденція розвитку короткозорості. Плюс до того, багато людей, що страждають як від короткозорості, так і від далекозорості, мають потребу в особливих окулярах для роботи за комп'ютером. Плоский дисплей, заснований на цьому винаході, може стати придатним рішенням для людей, що страждають недугами, описаними вище, і не бажаючими працювати з дисплеями, що закріплюються на їхній голові. Більш того, цей винахід дозволить істотно зменшити фізичний розмір екрана. Оскільки зображення, сформоване СОЕ, перевершує за своїми розмірами сам пристрій, з'являється можливість умонтувати великі екрани в менші рамки. Це особливо важливо для мобільних застосувань, таких як ноутбуки і кишенькові комп'ютери. Одна з потенційно можливих проблем, що може виникнути в зв'язку із СОЕ з великим дисплеєм, стосується його яскравості. В ідеалі для забезпечення компактності вигідно використовува ти мініатюрний дисплей-джерело, але це в обов'язковому порядку знижує яскравість дисплея внаслідок великого збільшення зони активного освітлення СОЕ, у порівнянні з активною освітленою областю самого джерела. Тому, навіть після застосування описаних вище мір, можна чекати зниження яскравості навіть серед застосувань без режиму наскрізної видимості. Зниження яскравості може бути компенсовано або шляхом підвищення яскравості джерела, або застосуванням більшого числа джерел. Іншими словами, СОЕ може освітлюватися за допомогою ряду джерел з об'єднаними з ними колімуючими лінзами. Фіг.26 демонструє приклад такого способу. Те саме зображення генерується рядом з чотирьох дисплеїв-джерел 4а-4d; випромінювання кожного з них колімується відповідним рядом лінз 6а-6d з утворенням одного колімованого зображення, що вводиться в СОЕ 20 відбиваючою поверхнею 16. На перший погляд здається, що подібне рішення є дуже дорогим. Описуване тут 31 81409 будь-яке збільшення вартості системи внаслідок збільшення числа компонентів або необхідності координувати зображення джерел спеціальною електронікою компенсується низькою вартістю, внутрішньо властивою мікродисплеям як таким, і можливістю зменшити числову апертуру колімуючих лінз. Також при подібному компонуванні відпадає необхідність у поперечному розширенні; цілком реально включити тільки одномірний розширник зображення на СОЕ і відповідно підвищити рівень яскравості. Важливо відзначити, що дисплеї-джерела не обов'язково повинні бути ідентичними один одному, так що може бути сконструйована більш складна система з різними дисплеями-джерелами, що буде показано нижче. Іншою особливістю зображень на основі СОЕ згідно з цим винаходом є їхня плоска форма, навіть у порівнянні з існуючими плоскопанельними дисплеями. Ще одна відмінність значно більше спрямований кут спостереження: зображення, отримане за допомогою СОЕ, можна розглянути тільки в межах дуже обмеженого діапазону кутів, у порівнянні зі звичайними плоскопанельними дисплеями. Подібне обмеження кута спостереження зручно для комфортного використання одиночним користувачем, а також надає додаткові вигоди в конфіденційності в багатьох ситуаціях. Далі, зображення екрана, заснованого на СОЕ, знаходиться на віддаленій площині, розташованої позад дисплея-джерел а, а не на його фізичній поверхні. Сприйняття зображення схоже на спостерігання його через вікно. Подібна конфігурація надзвичайно зручна для створення тривимірних дисплеїв. Триваючий розвиток інформаційних технологій породжує попит на 3D-дисплеї. І насправді, на ринку представлений широкий ряд подібних пристроїв. Однак існуючі системи мають один недолік: користувачі змушені застосовувати спеціальні пристрої, щоб розділити зображення, призначені для лівого і правого ока. Подібні системи «з озброєним оком» затвердилися в багатьох професійних галузях застосування. Але нинішня експансія в інших галузях вимагає появи систем «вільного бачення» з підвищеним комфортом спостерігання і більш тісною адаптацією до механізму бінокулярного бачення. Сучасні рішення цієї проблеми страждають різними недоліками і відстають від широко відомих двовимірних дисплеїв за якістю зображення і зручністю спостерігання. На Фіг.27а і 27b показані вигляди спереду і зверху, відповідно, на можливу конфігурацію, засновану на цьому винаході і призначену для реалізації 3D-дисплеїв. Замість одинарного дисплея-джерела застосований ряд 114 з η різних дисплеїв-джерел 114l-114n, розміщених у нижньої частини підкладки 20, причому кожний з них проектує зображення, отримані при різних ракурсах однієї і тієї ж сцени. Зображення від кожного дисплея-джерела вводиться в підкладку способом, подібним описаному вище з посиланням на Фіг.26. Коли спостерігач розглядає 32 дисплей, його праве 24а і ліве 24b ока бачать зображення, спроектовані дисплеями-джерелами 114і і 114j відповідно. Отже, спостерігач бачить кожним оком ту саму сцену в різних ракурсах. Створюване враження дуже нагадує відчуття, коли ви спостерігаєте реальний ЗО-об'єкт через вікно. Як видно з Фіг.28а-28b, коли спостерігач переміщає свій погляд у горизонтальній площині, його очі бачать зображення, спроектовані від різних дисплеїв-джерел 114k 114l; одержуваний ефект нагадує рух головою уздовж вікна під час перегляду зовнішньої сцени. Коли ж спостерігач переміщає погляд у вертикальній площині, як показано на Фіг.28А -28В, його очі спостерігають точки на екрані, розташовані нижче попередніх. Оскільки ці точки розташовані ближче до дисплеївджерел 114, спостерігач бачить зображення, що надходять від різних дисплеїв-джерел 114g-114h, розташованих ближче до центра ряду 114, чим раніше. У результаті враження спостерігача подібно тому, що виникають при перегляді сцени, розташованої ближче до вікна. Тобто сцена через підкладку виглядає як тривимірна панорама, де нижня її частина знаходиться ближче до спостерігача. Варіант виконання, описаний вище і представлений на Фіг.27-29, усього лише приклад. Застосовуючи винахід, можна реалізувати й інші схеми створення реального 3Б-зображення з різною апертурою, кількістю ракурсних точок і т.п. Іншим можливим застосуванням цього винаходу може бути телесуфлер, використовуваний для одержання проекцій тексту перед оратором або диктором телебачення; через те, що телесуфлер прозорий, в аудиторії створюється відчуття зорового контакту з ним, у той час як насправді оратор читає текст. З застосуванням СОЕ телесуфлер може бути виконаний з використанням малогабаритного джерела, прикріпленого до оптичної схеми, що усуває необхідність розміщува ти великий екран у безпосередній близькості від пристрою. Ще одним можливим застосуванням цього варіанта виконання є екран для особистого цифрового помічника (ОЦП). Розміри існуючих звичайних екранів, які використовуються у цей час, не більш 10 сантиметрів. Оскільки мінімальна відстань, з якого може бути прочитана інформація з подібного дисплея, складає близько 40 см, одержуване ПЗ складає не більш 15°, отже, обсяг інформації на цих дисплеях, особливо якщо це текст, обмежений. Значне вдосконалення в проектованому ПЗ може бути досягнуте з використанням варіанта виконання, якій показаний на Фіг.24. Зображення сфокусоване в нескінченність, і екран може бути розташований набагато ближче до очей спостерігача. Якщо кожне око бачить різні фрагменти загального ПЗ (ЗПЗ) з їх перекриттям у центрі, то може бути досягнуте додаткове збільшення ОПЗ. Таким чином, можливе створення дисплеїв із ПЗ у 40° і більше. В усіх варіантах виконання цього винаходу, описаних вище, зображення, передане через підкладку 20, походить від електронного дисплея 33 81409 джерела, як, наприклад, ЕПТ або РКД. Однак, існують випадки, у яких зображення може бути частиною реальної сцени, коли, наприклад, необхідно ввести реальну сцену в оптичну систему. На Фіг.30 представлений підсилювач світла зірок (ПСЗ) 116, де потрібна подібна конструкція. Зображення реальної сцени може фокусуватися коліматором 118 у ПСЗ, де електронний сигнал, що містить зображення, підсилюється з метою створення штучного зображення, яке за допомогою окуляра 120 проектується в око спостерігача. Подібна схема досить популярна у військових, навколовійськових і цивільних випадках. Ця широко використовувана конфігурація обов'язково дуже видається вперед перед користувачем, що робить незручним тривалу роботу з конструкцією, яка закріплюється на голові. Пристрій має досить велику вагу, і внаслідок того, що він фізично взаємодіє з предметами, що знаходяться в безпосередній близькості до користувача, він також викликає значну напругу його голови і шиї. Більш зручна конструкція показана на Фіг.31. Пристрій розташовується не перед користувачем, а збоку від його голови, і центр ваги УСЗ розташовується на головній осі голови. Компонування пристрою виконане за зворотною схемою, тобто коліматор 118 розташований ззаду, а окуляр 120 спереду. Тепер зображення фронтальної зовнішньої сцени передається в коліматор 118 з використанням СОЕ 20а, а зображення з окуляра 120 передається в око спостерігача за допомогою другого СОЕ 20b. Незважаючи на наявність додаткових оптичних елементів 20а і 20b, привнесених у первісну схему, вага цих елементів неістотна у порівнянні з вагою УСЗ, а в цілому вся система є набагато зручнішою, ніж раніше. Більш того, у зв'язку з тим що знімаються тверді обмеження на точність установки цих пристроїв, цілком можливо втілити їх у модульній формі, так що вони можуть бути або зсунуті користувачем з їхньої позиції, або навіть вилучені. Таким чином, прилад спостереження з УСЗ може бути переконфігурований для зручного використання в режимі закріплення на голові з установленим СОЕ або для установки на стандартні монтировки або прицільні пристосування, де модулі СОЕ не задіяні. Можна також зсувати СОЕ з метою припасування пристрою до будь-якого ока. В усіх описаних вище варіантах виконання СОЕ використовуються для передачі світлових хвиль з метою формування зображень. Однак цей винахід може бути використаний не тільки з подібною метою, але також і у випадках без формування зображення, головним чином, в освітлювальних системах, де оптична якість вихідної хвилі не є ключовим чинником, а важливими параметрами є інтенсивність і однорідна яскравість. Винахід може бути застосований, наприклад, для заднього підсвічування плоско-панельних моніторів, в основному РКД систем, де для побудови зображення потрібно підсвічувати площину 34 світлом настільки яскравим і однорідним, наскільки це можливо. Інші такі можливі застосування включають, не обмежуючись ними, плоскі і недорогі замінники кімнатного підсвічування або прожекторів, підсвічування дактилоскопічних сканерів і хвиль, що зчитують, для тривимірних голограм-дисплеїв. Одна з галузей застосування, що може бути серйозно просунута за допомогою застосування СОЕ, - це відбиваючі РКД. Фіг.32 демонструє приклад дисплея з підкладкою, у якому дисплеємджерелом є відбиваючий РКД. Світло, що випускається освітлювачем 122, проходить через поляризатор 124, колімується лінзою 126, відбивається поляризованим розщеплювачем пучка 128 і освітлює РКД 130. Поляризація світла, відбитого від РКД повертається на 90° чвертьхвильовою пластиною або, як альтернатива, самим матеріалом РКД. Тепер зображення з РКД проходить через розщеплювач, щоб колімуватися і повернутися лінзою 132 на підкладку 20. Унаслідок такої конфігурації з розщеплювачем, компоновка всієї системи освітлення виходить великою, громіздкою і звичайно недостатньо компактної для застосування в системах, що закріплюються на голові. Більш того, через наявність розщеплювача 128 колімуюча лінза 132 розташовується ще далі від дисплея-джерела, у той час як для зменшення спотворень рекомендується польову лінзу розміщувати якнайближче до поверхні дисплея. Удосконалена версія освітлювальної установки показана на Фіг.25. Світло від джерела 122 вводиться в інший СОЕ 134, що освітлює поверхню РКД 130, причому частково відбиваючі поверхні чутливі до поляризації. Очевидно, що вся система зараз набагато компактніше, ніж та, що продемонстрована на Фіг.32, і лінза 132 розташована набагато ближче до поверхні РКД. До того ж, оскільки вхідна апертура СОЕ 134 набагато менша, ніж у розщеплювача 128, може бути застосована колімуюча лінза 126 значно меншого розміру і, отже, з великим діафрагмовим числом. Освітлювальний пристрій, показаний на Фіг.32, є лише прикладом. Можливе створення й інших пристроїв для освітлення відбиваючих або проникних РКД систем, або для будь-яких інших освітлювальних цілей відповідно до оптичної системи і необхідних параметрів. Важливою проблемою, на яку треба звернути увагу є технологія виробництва СОЕ, ключовим компонентом якого є ряд селективно відбиваючих поверхонь 22. На Фіг.34 представлений можливий спосіб виготовлення ряду частково відбиваючих поверхонь. Поверхні множини прозорих плоских пластинок 138, покривають необхідним покриттям 140, після чого пластинки скріплюють разом у стопку 142. Потім зі стопки шляхом зрізання, шліфування і полірування, з метою одержання необхідного ряду відбиваючих поверхонь 146, виділяють сегмент 144, який може з'єднується з іншими елементами з утворенням повного СОЕ. З кожного сегмента 144 може бути отримано більш одного ряду відповідно до дійсних розмірів пластинок 138 з покриттям і необхідним розміром. 35 81409 Як показано на Фіг.4-7, для того, щоб забезпечити правильну роботу СОЕ, необхідне покриття відбиваючих поверхонь повинне мати визначені кутові і спектральні характеристики. Отже, перед остаточною зборкою СОЕ дуже важливо ретельно вимірити реальні характеристики покриттів. Як було показано вище, є два кутових діапазони, що повинні бути виміряні: область великих кутів падіння (звичайно між 60° і 85°), де відбивна здатність дуже низька, і область малих кутів падіння (звичайно між 15° і 40°), де відбивна здатність використовується для виведення частини захоплених променів із СОЕ. Природно, покриття повинне бути виміряне в цих двох областях. Основною проблемою процедури досліджень є те, що дуже важко робити на існуючому вимірювальному устаткуванні вимірювання коефіцієнтів відбиття (або, навпаки, пропускання) при дуже великих кутах падіння, звичайно більш 60°, для покрить, розташованих, як у нашому випадку, між двома прозорими пластинами. На Фіг.35 представлений пропонований метод вимірювання відбивної здатності поверхонь з покриттям 150 при дуже великих кутах падіння. Спочатку дві призми 152 з кутом a приєднані до пластини. Вхідний пучок 154 падає на пластину з покриттям під кутом падіння a. Частина пучка 156 продовжує рухатися в первісному напрямку, і її інтенсивність Тa може бути виміряна. Отже, приймаючи в розрахунок френелівське відбиття від зовнішньої поверхні, можна обчислити коефіцієнт відбиття досліджуваного покриття при куті a як Ra=1-Τa. Крім того, друга частина пучка відбивається від поверхні з покриттям, відбивається знову за рахунок повного внутрішнього відбиття від зовнішньої поверхні нижньої призми, падає знову на поверхню з покриттям під кутом 3a, знову відбивається від зовнішньої поверхні верхньої призми за рахунок повного внутрішнього відбиття, а потім відбивається від поверхні з покриттям під кутом a і виводиться з призми. Тут інтенсивність вихідного пучка 158 може бути виміряна. З урахуванням френелівського відбиття, інтенсивність вихідного пучка дорівнює (Ra)2×T3a. Отже, з урахуванням коефіцієнта відбиття Ra на попередньому кроці, відбивна здатність при куті 3a може бути обчислена відповідним чином. Існує іспитове устаткування, де вихідний пучок повинний розташовуватися на тій самій осі, що й вхідний. На Фіг.36 представлена повертаюча призма 160, яка використовується для переміщення пучка в напрямок первісного пучка. Залишок первісного променя 154 можна блокувати, використовуючи відповідну ширму або блокувальний шар 162. Очевидно, що кожна пара призм може вимірювати відбивну здатність на двох кутах - a і 3a. Наприклад, якщо головний кут дорівнює 25°, те відбиття на 25° і 75° може бути виміряне одночасно. Отже, для коректних вимірювань пластин з покриттям звичайно потрібна мала кількість пар призм (2 або 3). Природно, що представлена схема може бути використана для 36 вимірювання відбивної здатності на цих двох кутах при різних довжинах хвиль, а також для двох поляризацій, якщо це необхідно. Для фахівців буде очевидно, що цей винахід не обмежується подробицями згаданих вище варіантів виконання, і що винахід може бути втілений в інших конкретних формах без відхилення від його духу або істотних ознак. Тому представлені варіанти виконання розглядаються у всіх аспектах як ілюстративні і не обмежувальні, причому об'єм винаходу представлений у більшому ступені доданою формулою винаходу, ніж згаданим вище описом, і тому передбачається, що всі зміни, які можуть з'явитися в межах розуміння і діапазону еквівалентності цієї формули, нею охоплені. 37 81409 38 39 81409 40 41 81409 42 43 81409 44 45 81409 46 47 81409 48
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюLight-guide optical device
Автори англійськоюAmitai Yaakov
Назва патенту російськоюСветопроводное оптическое устройство
Автори російськоюАмитаи Яаков
МПК / Мітки
МПК: G02B 27/14, G02B 23/02
Мітки: оптичний, пристрій, світлопровідний
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/24-81409-svitloprovidnijj-optichnijj-pristrijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Світлопровідний оптичний пристрій</a>
Пристрій оптичний для визначення овуляції
Номер патенту: 28597
Опубліковано: 10.12.2007
Автори: Козловський В'ячеслав Олексійович, Вальшонок Володимир Зіновійович
МПК: A61P 15/08
Мітки: пристрій, оптичний, овуляції, визначення
Формула / Реферат:
1. Оптичний пристрій для визначення овуляції, що містить східчастий корпус, усередині якого розташовано електронний блок, що включає автономне джерело живлення, плату з світлодіодом і вимикач, знімний окуляр, який складається з прозорого диска і оптичної системи, захисний ковпачок, що закриває окуляр зовні, який відрізняється тим, що східчастий корпус виконаний нерозбірним, при цьому електронний блок розташовано в герметичній камері в нижній...
Оптичний довгочасний запам’ятовуючий пристрій
Номер патенту: 47110
Опубліковано: 17.06.2002
Автор: Лобода Всеволод Іванович
МПК: G11B 7/00
Мітки: запам'ятовуючий, довгочасний, оптичний, пристрій
Формула / Реферат:
1. Оптичний довгочасний запам'ятовуючий пристрій, який містить носій інформації, систему управління та лінзовий растр, який відрізняється тим, що лінзовий растр виконаний з кроками по двох вимірах, кратних розмірам області зберігання біта на носії інформації з міжобласними проміжками, а самі лінзи - з розмірами світлової плями порядку розмірів області зберігання біта.2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що використовують...
Оптичний пристрій для вимірювання потужності та інтегральної дози іонізуючого випромінювання
Номер патенту: 34988
Опубліковано: 15.03.2001
Автори: Романюк Микола Миколайович, Костецький Олексій Михайлович, Кравців Роман Йосипович
МПК: G01T 1/202, G01N 23/20
Мітки: випромінювання, дози, пристрій, інтегральної, іонізуючого, оптичний, вимірювання, потужності
Формула / Реферат:
1. Оптичний пристрій для вимірювання потужності та інтегральної дози іонізуючого випромінювання, що складається з джерела світла, оптичного датчика радіації, відрізняється тим, що в нього введено чутливий елемент, виготовлений з оптично прозорого анізотропного кристалу у вигляді плоскопаралельної пластинки, та установки для вимірювання оптичного двозаломлення на експериментально встановленій фіксованій довжині хвилі, що відповідає...
Пожежний димовий оптичний сповіщувач
Номер патенту: 29253
Опубліковано: 10.01.2008
Автор: Сорокопуд Олексій Семенович
МПК: G08B 17/10
Мітки: сповіщувач, пожежний, оптичний, димовий
Формула / Реферат:
Пожежний димовий оптичний сповіщувач, що містить димову камеру з корпусом і кришкою, всередині якої установлені під кутом один до одного джерело направленого світла у вигляді інфрачервоного випромінювача і приймач розсіяного світла, оптично ізольовані між собою перегородкою, що має козирок, направлений в сторону випромінювача, а також розташований напроти випромінювача дзеркальний відбивач, який містить дві відбиваючі поверхні, що...
Оптичний диск і пристрій для сканування оптичного диска
Номер патенту: 65589
Опубліковано: 15.04.2004
Автор: Ван ден Енден Гійзберт Дж.
МПК: G11B 7/007
Мітки: оптичного, оптичний, пристрій, сканування, диск, диска
Формула / Реферат:
1. Оптичний диск, що має область записування для записування даних із до суттєвої міри постійною щільністю, поділену на множину співвісних кільцевих зон, що включають в себе кругові або спіральні доріжки, причому всі доріжки в межах однієї зони призначені для зберігання тієї ж самої заздалегідь визначеної кількості даних із певною щільністю для кожної доріжки, і середнє значення щільностей для доріжок в межах однієї зони є до суттєвої міри...