CN117897588A - 通过主动对准来接合光学表面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种用于通过对准两个或更多个棱镜元件并沿着两个或更多个棱镜元件的接合表面来接合两个或更多个棱镜元件来生产具有多个平坦外表面的复合棱镜的***，该***包括：基础结构，该基础结构被配置成使第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面紧密接近或接触；能够控制的可旋转机械轴，该能够控制的可旋转机械轴被配置成使该第一棱镜部件的至少一个第一表面和该第二棱镜部件的至少一个第二表面对准；光源，该光源被配置成将至少一个准直入射光束投射到所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面上；一个或更多个检测器，所述一个或更多个检测器被配置成感测从该第一表面和该第二表面反射的光束；计算模块，该计算模块被配置成基于所感测的数据来确定所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的平均实际相对取向，并且如果所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的加权平均实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则确定该能够控制的可旋转机械轴的校正角，其中，所述棱镜部件中的一个或更多个棱镜部件是透明的或半透明的。

Description

通过主动对准来接合光学表面的方法和装置

技术领域

本公开内容总体上涉及用于接合和对准光学表面的方法和***。

背景技术

机械或光学元件可以包含两个或更多个平坦反射表面，它们之间应具有特定的相对位置或角度取向。制造这样的元件可能在技术上具有挑战性并且昂贵，特别是在需要高精度的情况下。在本领域中存在未满足的对于用于接合和精确地对准光学元件的容易实现的技术的需要。

发明内容

根据本公开内容的一些实施方式，本公开内容的各方面涉及用于通过使用主动对准来接合两个或更多个棱镜而生产复合棱镜的方法和***。更具体地但非排他性地，根据本公开内容的一些实施方式，本公开内容的各方面涉及生成在部件之间具有高角度精度的复合棱镜结构。这对于生产折射复杂波导结构和保证其质量是特别有意义的。

因此，根据一些实施方式的一个方面，提供了一种用于通过对准两个或更多个棱镜部件并沿着两个或更多个棱镜部件的接合表面来接合两个或更多个棱镜部件来生产具有多个平坦外表面的复合棱镜的***，该***包括：基础结构，该基础结构被配置成使第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面紧密接近或接触；能够控制的可旋转机械轴，该能够控制的可旋转机械轴被配置成使该第一棱镜部件的至少一个第一表面和该第二棱镜部件的至少一个第二表面对准；光源，该光源被配置成将至少一个准直入射光束投射到所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面上；一个或更多个检测器，所述一个或更多个检测器被配置成感测从第一表面和第二表面反射的光束；计算模块，该计算模块被配置成基于所感测的数据来确定所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的平均实际相对取向，并且如果所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的加权平均实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则确定该能够控制的可旋转机械轴的校正角，其中，所述棱镜部件中的一个或更多个棱镜部件是透明的或半透明的。根据一些实施方式，该计算模块还被配置成向与可旋转机械轴功能性地相关联的控制器提供指令，以自动地校正第一表面与第二表面之间的角度。

根据一些实施方式的一个方面，提供了一种通过对准两个或更多个棱镜部件并沿着两个或更多个棱镜部件的接合表面来接合两个或更多个棱镜部件来生产具有多个平坦外表面的复合棱镜的方法，该方法包括以下阶段：使该第一棱镜部件和该第二棱镜部件的接合表面紧密接近或接触；将该第一棱镜部件的至少一个第一表面与该第二棱镜部件的至少一个第二表面对准；将至少一个准直入射光束投射到所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面上；感测从所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面反射的光束；基于所感测的数据来确定所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的平均实际相对取向；并且如果所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面之间的加权平均实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则使用该能够控制的可旋转机械轴沿着该第一棱镜部件和该第二棱镜部件的接合表面来结合该第一棱镜部件和该第二棱镜部件，其中，所述棱镜部件中的一个或更多个棱镜部件是透明的或半透明的。

根据一些实施方式，结合步骤可以包括以下中的一个或更多个：接合、固化、施加压力、加热以及/或者机械收紧。

根据一些实施方式，该方法还可以包括如果第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以上，则重新对准第一表面和第二表面。

根据一些实施方式，该方法还可以包括：如果第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以上，则重复以下阶段：对准第一表面和第二表面；投射至少一个入射光束；以及确定第一表面与第二表面之间的实际相对取向。

根据一些实施方式，在对准第一表面和第二表面的阶段之前，可以在接合表面之间施加粘合剂，并且如果第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则第一棱镜部件和第二棱镜部件沿着第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面固化。在对准第一表面和第二表面的阶段之前，可以在接合表面之间施加粘合剂，并且如果第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则第一棱镜部件和第二棱镜部件沿着第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面固化。

根据一些实施方式，至少一个入射光束可以包括被引导成分别相对于第一表面和第二表面成第一角度和第二角度的第一入射光束和第二入射光束。至少一个入射光束可以是单色的。根据一些实施方式，至少一个入射光束中的每一个入射光束可以是激光束。根据一些实施方式，至少一个入射光束可以是相干的。

根据一些实施方式，从第一表面和第二表面反射的光束被聚焦到光敏表面上，并且其中，第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差是从分别由从第一表面和第二表面反射的光在光敏表面上形成的第一斑点和第二斑点的位置得出的。入射光束可以使用自准直仪生成，并且其中，光敏表面是自准直仪的图像传感器的光敏表面。入射光束可以是相干的，并且第一表面和第二表面之间的实际相对取向与预期相对取向之间的差可以是从所反射的光束的干涉图案的测量得出的。

根据一些实施方式，第一表面和第二表面旨在是邻接的。

根据一些实施方式，第一表面和第二表面旨在彼此垂直或基本上垂直地定向。

根据一些实施方式，第一表面与第二表面之间的角度预期为小于约20度。第一表面和第二表面预期为小于约10度。

根据一些实施方式，第一表面和第二表面旨在彼此平行或基本上平行。

根据一些实施方式，第一表面和第二表面是外表面。根据一些实施方式，第一表面和第二表面中的至少一个是内部小面。根据一些实施方式，所述至少一个第二表面可以包括标称地共平行的多个内部小面，其中，所述至少一个准直入射光束的投射和所述光束的感测在第一表面和内部小面中的每个内部小面上单独地执行。

根据一些实施方式，第一棱镜部件和/或第二棱镜部件可以包括结合的子棱镜，在子棱镜之间限定内部小平面，以及/或者第一棱镜和/或第二棱镜部件包括嵌入的内部小面。

根据一些实施方式，第一表面和/或第二表面涂覆有反射涂层。

根据一些实施方式，第二表面是嵌入的内部小面，并且其中，该方法还可以包括将复合棱镜浸入折射率等于第二棱镜部件的浸没介质中的初始阶段；以及/或者第二棱镜部件可以包括结合的第一子棱镜和第二子棱镜，其中，第二表面是由第一子棱镜与第二子棱镜之间的边界限定的内部小面，并且其中，该方法还可以包括将复合棱镜浸入折射率等于第一子棱镜的介质中的初始阶段。

根据一些实施方式，所述至少一个入射光束被垂直于浸没介质的表面投射。

根据一些实施方式，第二棱镜部件可以包括第一子棱镜和第二子棱镜，其中，所述至少一个入射光束包括分别传播到第一表面和第二表面上的第一入射光束和第二入射光束，并且其中，第二入射光束横穿第一子棱镜以到达第二表面。

根据一些实施方式，该方法还可以包括确定第一棱镜部件相对于第二棱镜部件的相对位置。

根据一些实施方式，确定第一棱镜部件相对于第二棱镜部件的相对位置是使用一个或更多个摄像装置来执行的。根据一些实施方式，使用一个或更多个摄像装置来执行第一棱镜部件相对于第二棱镜部件的相对位置的确定。

根据一些实施方式，第一棱镜部件的第一表面和第二棱镜部件的第二表面旨在不平行，其中，入射光束在基本上垂直于第一棱镜部件的第一表面的方向上投射，并且其中，利用中介光学元件将入射光束的一部分引导到第二棱镜部件的第二表面上，以便基本上垂直于第二棱镜部件的第二表面入射到第二棱镜部件的第二表面上。中介光学元件选自包括以下的组：五棱镜、直角棱镜、一组反射镜和衍射光栅或元件。

根据一些实施方式，准直入射光束是偏振光。

根据一些实施方式，该方法还可以包括在第一棱镜与第二棱镜的接合表面之间放置两个附加子棱镜，并且利用这两个附加子棱镜对准第一棱镜的第一表面和第二棱镜的第二表面，其中，附加子棱镜中的每个附加子棱镜具有限定两个不同角度的两个非平行表面，从而允许可控地设置第一棱镜部件与第二棱镜部件的接合表面之间的角度。

根据一些实施方式的一个方面，还提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个非平行表面之间的取向的***，该***包括：基础结构，该基础结构被配置成定位光学元件，该光学元件包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面相对于彼此成角度设置；光源，该光源被配置成投射具有第一子束和第二子束的至少一个准直入射光束，使得第一子束基本上垂直地入射在第一表面上，并且第二子束在穿过中介光学元件之后基本上垂直地入射在第二表面上；一个或更多个检测器，所述一个或更多个检测器被配置成感测从第一表面反射的光和在重新穿过该中介光学元件之后从第二表面反射的光；以及计算模块，该计算模块被配置成基于所感测的数据来确定第一表面与第二表面之间的实际相对取向。

根据一些实施方式的一个方面，提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个非平行表面之间的取向的方法，该方法包括：提供光学元件，该光学元件包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面相对于彼此成角度设置；投射包括第一子束和第二子束的至少一个准直光束，使得第一子束基本上垂直地入射在第一表面上，并且第二子束在穿过中介光学元件之后基本上垂直地入射在第二表面上；感测从第一表面反射的光和在重新穿过该中介光学元件之后从第二表面反射的光；以及基于所感测的数据来确定第一表面与第二表面之间的实际相对取向。

根据一些实施方式，第一表面与第二表面之间的角度为约90°。根据一些实施方式，第一表面与第二表面之间的角度在约20°与约90°之间。根据一些实施方式，第一表面与第二表面之间的角度在约30°与约70°之间。

根据一些实施方式，第一表面和第二表面是外表面。

根据一些实施方式，第一表面是外表面，并且第二表面是内表面。

根据一些实施方式，光学元件还可以包括标称地平行于第一表面的第一多个内表面，并且该方法还可以包括相对于第一多个内表面中的每一个和第二表面应用投射、感测和确定的步骤。

根据一些实施方式，该方法还可以包括第二表面与第一表面和第一多个内表面之间的平均实际相对取向。

根据一些实施方式，光学元件还可以包括标称地平行于第二表面的第二多个内表面，并且其中，该方法还可以包括相对于第二多个内表面中的每一个和第一表面应用投射、感测和确定的步骤。

根据一些实施方式，该方法还可以包括计算第二表面与第一表面和第一多个内表面之间的平均实际相对取向。

根据一些实施方式的一个方面，还提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的***，该***包括：基础结构，该基础结构被配置成定位光学元件，该光学元件包括标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的第一表面和第二表面，其中，第一表面和第二表面中的一个表面具有比另一个表面显著更高的反射率；光源，该光源被配置成非同时投射s偏振准直光束和p偏振准直光束，该s偏振准直光束和该p偏振准直光束被引导以相对于具有基本上较高反射率的表面基本上以布鲁斯特角入射，从而允许将从第一表面反射的光与从第二表面反射的光区分开；一个或更多个检测器，所述一个或更多个检测器被配置成感测从第一表面反射的光和从第二表面反射的光；以及计算模块，该计算模块被配置成基于所感测的数据来确定第一表面与第二表面之间的实际相对取向。

根据一些实施方式的一个方面，提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的方法，该方法包括：提供光学元件，该光学元件包括标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的第一表面和第二表面，其中，第一表面和第二表面中的一个表面具有比另一个表面显著更高的反射率；非同时投射s偏振准直光束和p偏振准直光束，该s偏振准直光束和该p偏振准直光束被引导以相对于具有基本上较高反射率的表面基本上以布鲁斯特角入射，从而允许将从第一表面反射的光和从第二表面反射的光区分开；感测从第一表面反射的光和从第二表面反射的光；以及基于所感测的数据来确定第一表面与第二表面之间的实际相对取向。

根据一些实施方式，第一表面是外表面，并且第二表面是内表面。

根据一些实施方式，光学元件还可以包括标称地平行于第一表面的第一多个内表面，并且其中，该方法还可以包括相对于第一多个内表面中的每一个和第二表面应用投射、感测和确定的步骤。

根据一些实施方式，该方法还可以包括计算第二表面与第一表面和第一多个内表面之间的平均实际相对取向。

根据一些实施方式，标称地接***行的角度小于约5弧分。

根据一些实施方式的一个方面，还提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的***，该***包括：基础结构，该基础结构包括楔形棱镜和快门组件，该基础结构被配置成将该楔形棱镜放置在要检查的光学元件的外部第一表面上，该光学元件还包括外部或内部第二表面，该外部或内部第二表面标称地平行于或标称地接***行于所述第一表面，并且与所述第一表面横向交叠；光源，该光源被配置成投射射向该光学元件和该楔形棱镜的准直入射光束；快门组件，该快门组件被配置成至少在第一状态与第二状态之间可控地切换，在第一状态中，该快门组件阻挡光直接入射在该光学元件的第一表面上，并且在第二状态中，该快门组件阻挡光入射在该楔形棱镜上；一个或更多个光检测器，所述一个或更多个光检测器被配置成感测从第一表面直接反射的光和在穿过该楔形棱镜之后从第二表面反射的光；以及计算模块，该计算模块被配置成基于第一感测数据和第二感测数据来确定第一表面之间的实际角度，第一感测数据是当快门组件处于第一状态时由一个或更多个光检测器获得的，并且第二感测数据是当快门组件处于第二状态时由一个或更多个光检测器获得的。

根据一些实施方式的一个方面，提供了一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的方法，该方法包括：提供光学元件，该光学元件包括标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的外部第一表面和外部或内部第二表面；将楔形棱镜放置在第一表面上，其中，该楔形棱镜具有与该光学元件相同的折射率；将准直入射光束投射到该楔形棱镜的顶表面上，使得该光学元件的第二表面和该楔形物的顶表面反射光，同时阻挡光从第一表面反射；感测在重新穿过该楔形棱镜之后从第二表面反射的光；将准直入射光束投射到第一表面上，使得第一表面反射光，同时阻挡从楔形物的顶表面和从第二表面反射光；感测从第一表面反射的光；以及基于所感测的数据，确定第一表面与第二表面之间的实际角度。

根据一些实施方式，折射率匹配液体被放置在楔形棱镜与光学元件之间。

根据一些实施方式，该方法还可以包括使用快门组件以选择性地阻挡光直接入射在第一表面上或入射在楔形棱镜的顶表面上。

根据一些实施方式，第二表面是内表面。

根据一些实施方式，光学元件包括复合棱镜。根据一些实施方式，光学元件包括波导结构。根据一些实施方式，光学元件包括复合棱镜和波导结构。

本公开内容的某些实施方式可以包括以上优点中的一些、全部或者不包括上述优点。根据本文所包括的附图、说明书和权利要求，一个或更多个其他技术优点对于本领域技术人员而言可以是明显的。此外，虽然以上列举了具体的优点，但是各种实施方式可以包括所列举的优点中的全部、一些或者不包括所列举的优点。

除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在冲突的情况下，以包括定义的专利说明书为主。除非上下文另外明确指出，否则如本文所使用的无量词修饰的项指的是“至少一个”或“一个或更多个”。

除非另外具体说明，否则如从本公开内容中明显的，应该理解，根据一些实施方式，诸如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”、“估计”、“评估”、“测定”等的术语可以指计算机或计算***或类似电子计算设备的动作和/或过程，其将表示为计算***的寄存器和/或存储器内的物理(例如，电子)量的数据操纵和/或变换成类似地表示为计算***的存储器、寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。

本公开内容的实施方式可以包括用于执行本文的操作的装置。该装置可以是为期望的目的而专门构造的，或者可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable and programmable read only memory，EEPROM)、磁卡或光卡、或者适合于存储电子指令并且能够耦接至计算机***总线的任何其他类型的介质。

这里所提出的处理和显示不是固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用***可以与根据这里的教导的程序一起使用，或者可以证明构造更专用的装置来执行期望的方法是方便的。从下面的描述中可以看出各种这些***的期望结构。另外，本公开内容的实施方式不是参考任何特定编程语言来描述的。将理解，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的本公开内容的教导。

本公开内容的各方面可以在诸如程序模块等由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述。通常，程序模块包括例程、程序、对象、部件、数据结构等，它们执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型。所公开的实施方式也可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地计算机存储介质和远程计算机存储介质两者中。

附图说明

本文参考附图描述了本公开内容的一些实施方式。该描述与附图一起使得如何实践一些实施方式对于本领域普通技术人员而言是明显的。附图是为了说明性描述的目的，并且不试图比基本理解本公开内容所必需的更详细地示出实施方式的结构细节。为了清楚起见，图中描绘的一些对象没有按比例绘制。此外，同一图中的两个不同对象可以被绘制成不同的比例。特别地，在同一图中，一些对象的比例与其他对象相比可能被极大地放大。

在附图中：

图1A示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜的等距测图；

图1B示意性地描绘了根据一些实施方式的图1A的复合棱镜的侧视图；

图1C和图1D示意性地描绘了根据一些实施方式的通过图1A的复合棱镜的主动对准进行的接合；

图1E示意性地描绘了根据一些实施方式的通过使用两个中介棱镜的复合棱镜的主动对准的接合；

图2示意性地描绘了根据一些实施方式的通过具有内部小面的复合棱镜的主动对准进行的接合；

图3A和图3B示意性地描述了用于测量表面之间的角度的现有技术方法；

图4A和图4B示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过采用布鲁斯特角来测量表面之间的平行度的方法；

图4C示意性地描绘了根据一些实施方式的用于测量两个几乎平行的表面之间的相对角的方法；

图5A示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜，对于该示例性复合棱镜，两个感兴趣表面之间的所需角度接近垂直(约90°)；

图5B示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜，对于该示例性复合棱镜，两个感兴趣表面(其中一个表面是内部小面)之间的所需角度接近垂直(约90°)；

图5C示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过利用中介光学元件主动对准图5A和图5B的复合棱镜的接近垂直的表面来进行接合的方法；

图5D示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过利用中介光学元件主动对准图5A和图5B的复合棱镜的接近垂直的表面来进行接合的方法；

图5E示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过上升和下降光线测量垂直度的方法；

图6示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过利用中介光学元件主动对准复合棱镜(针对两个感兴趣的表面，在两个感兴趣的表面之间具有任何角度)来进行接合的方法；

图7A示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜，对于该复合棱镜，根据棱镜的外表面来设置两个子棱镜之间的相对位置；

图7B示意性地示出了根据一些实施方式的示例性复合棱镜，对于该复合棱镜，根据棱镜的内部小面来设置两个子棱镜之间的相对位置；

图7C示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜，对于该复合棱镜，根据棱镜的内部小面来设置两个子棱镜之间的取向和相对位置；

图8示意性地描绘了根据一些实施方式的利用光学成像测量和校正两个子棱镜之间的相对位置的设置的俯视图；

图9示意性地描绘了根据一些实施方式的复合棱镜，对于该复合棱镜，需要根据复合棱镜的内表面来设置两个子棱镜的相对定位；

图10A示意性地描绘了根据一些实施方式的具有内部小面的光波导结构，该内部小面应该被验证为平行于该结构的两个外表面；

图10B示意性地描绘了根据一些实施方式的具有内部小面的光波导结构，利用偏振光，该内部小面应该被验证为平行于结构的外表面；以及

图10C示意性地描绘了根据一些实施方式的具有内部小面的光波导结构，该内部小面应该被验证为垂直于该结构的外表面。

具体实施方式

参考所附的描述和附图，可以更好地理解本文的教导的原理、用途和实现。在细读了本文呈现的描述和附图之后，本领域技术人员将能够在没有过度努力或实验的情况下实现本文的教导。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的部件。

在本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括”和“具有”及其形式不限于与该词语相关联的列表中的成员。

如本文所使用的，术语“约”可以用于指定数量或参数(例如，元素的长度)的值在给定(所述)值附近的连续值范围内(并且包括给定(所述)值)。根据一些实施方式，“约”可以指定参数的值在给定值的80％与120％之间。例如，表述“元素的长度等于约1m”等同于表述“元素的长度在0.8m与1.2m之间”。根据一些实施方式，“约”可以指定参数的值在给定值的90％与110％之间。根据一些实施方式，“约”可以指定参数的值在给定值的95％与105％之间。特别地，应该理解，术语“约等于”和“等于约”也涵盖精确的相等。

如本文所使用的，根据一些实施方式，术语“基本上”和“约”可以是可互换的。

为了便于描述，在一些附图中，引入了三维笛卡尔坐标系。应注意，坐标系相对于所描绘对象的取向可以从一个图到另一个图而变化。此外，符号⊙可以用于表示指向“页面外”的轴，而符号可以用于表示指向“页面内”的轴。

在附图中，可选元件和可选阶段(在流程图中)由虚线描画。

在整个说明书中，向量由小写字母、正体字母以粗体表示(例如，v)。

现在参考图1A至图1D，图1A至图1D示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜400的不同视图。图1A示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜400的等轴视图。图1B示意性地描绘了根据一些实施方式的复合棱镜400的侧视图。图1C和图1D示意性地描绘了根据一些实施方式的通过复合棱镜400的主动对准进行的接合。

通过接合两个子棱镜即子棱镜410和子棱镜420，来构造复合棱镜400。根据该示例，期望子棱镜410的表面411和子棱镜420的表面421相对于彼此以精确的角度定向。如图1C所展示，这样的棱镜可以通过以高精度接合子棱镜410的表面412和子棱镜420的表面422来生产。根据一些实施方式，这样的高精度接合可以通过以下方式实现：附接两个表面即表面412和表面422，对准(通过围绕z轴旋转一个或两个子棱镜)棱镜410和棱镜420，以便设置和优化表面411与表面421之间的相对角度取向，然后固定棱镜410与棱镜420之间的相对取向。根据一些实施方式，例如，通过在两个外表面即外表面412与外表面422之间放置一薄层粘合剂物质，对准棱镜410和棱镜420以便在表面411与表面421之间实现所需的角度，并且最后例如使用诸如UV固化或加热的方法来固化粘合剂，可以实现该接合。根据另外的或替选的实施方式，可以使用允许机械旋转(围绕z轴旋转一个或两个子棱镜)的机械轴，然后机械地紧固两个子棱镜，来实现将棱镜410和棱镜420接合在一起。

根据一些实施方式，棱镜410和棱镜420的对准可以在对表面411与表面421之间的相对取向进行测量和校正的迭代过程中执行。根据另外的或替选的实施方式，棱镜410和棱镜420的对准可以通过实时测量相对取向同时校正表面411和表面421的相对取向来执行。

根据一些实施方式，可以光学地进行两个表面之间的角度的测量，这将在下文的图3A和图3B中进行展示。

图1C和图1D示意性地描绘了根据一些实施方式的通过复合棱镜400的主动对准进行的接合。在此定义坐标轴，使得接合的表面412和表面422位于x-y平面中。应注意，由于两个子棱镜即子棱镜410和子棱镜420必须紧密附接并且彼此接合，因此表面411与表面421之间的相对取向只能通过围绕接合的表面412和表面422的法线(n)旋转棱镜来调整。因此，没有控制子棱镜410与子棱镜420之间围绕x轴或y轴的角度取向，并且仅可以调节x-y平面中棱镜之间的角度取向(即，仅可以调节x-y平面中的接合的表面412和表面422的法线之间的角度)。两个表面之间的角度可以分解为其在x-y平面上的投影和其在y-z平面上的投影。在仅在x-y平面中对表面411和表面421的角度取向有高精度要求的情况下，子棱镜410和子棱镜420可以以非常宽松的公差制成；而当在x-z平面中或y-z平面中同样对子棱镜410与子棱镜420之间的角度取向有高精度要求的情况下，棱镜410和棱镜420必须在表面411与表面412之间以及表面421与表面422之间以高精度生产。

替选地，根据一些实施方式，多个子棱镜(例如，两个、三个、四个或更多个)可以被放置在两个子棱镜的两个接合表面之间，以促进两个子棱镜的两个相应表面在x-y平面和y-z平面两者中的主动精确角度对准。现在参考图1E，图1E示意性地描绘了根据一些实施方式的通过使用两个中介棱镜的复合棱镜的主动对准进行的接合的示例。在这个示例中，复合棱镜400'应被形成为使得表面411'与表面421'之间的角度取向应被精确地控制。根据该实施方式，两个附加子棱镜即子棱镜430和子棱镜440可以用于实现x-y平面和y-z平面两者中的精确的角度对准。子棱镜430和440中的每一个分别具有两个不平行的表面431和表面432以及表面441和表面442，其中，表面431与表面432之间的角度可以不同于表面441与表面442之间的角度。棱镜420'通过接合的表面422'和表面431接合到子棱镜430，并且棱镜410'通过接合的表面412'和表面441接合到子棱镜440。子棱镜430和子棱镜440可以在固定/定位其取向之前围绕z轴旋转，并且棱镜410'和420'可以分别围绕表面412'和表面422'的法线旋转。如果y-z平面中的表面412'与表面422'之间的初始角度接近所需的角度，则子棱镜430与子棱镜440相比的小旋转将足以完全控制y-z平面上中所需的校正。在这种情况下，表面420'围绕表面420'的法线旋转将主要控制x-y平面中的角度，而子棱镜430或子棱镜440围绕表面442或表面432的法线的旋转将分别主要控制y-z平面中的角度。应注意，棱镜420围绕其法线的旋转仅提供一个自由度，因此仅可以控制y-x平面中表面411'与表面421'之间的角度(换句话说，校正表面411'与表面421'之间的相对角度仅可以在一个维度上执行)。有利地，添加子棱镜430和子棱镜440引入了另一个自由度，并且因此允许在两个维度上控制表面411'与表面421'之间的相对角度，因此也可以在y-z平面中控制角度。

根据一些实施方式，复合棱镜400'、棱镜410'、棱镜420'、表面411'、表面421'、表面412'和表面422'中的每一个可以分别与复合棱镜400、棱镜410、棱镜420、表面411、表面421、表面412和表面422相同(例如，具有相同的特性)。根据替选实施方式，以下元件中的一些或全部可以不同于复合棱镜400，棱镜410、棱镜420、表面411、表面421、表面412和表面422：复合棱镜400'、棱镜410'、棱镜420'、表面411'、表面421'、表面412'和表面422'。

根据一些实施方式，图1A和图1E展示了根据外表面的对准。然而，根据其他实施方式，子棱镜可以由组合在一起的若干较小的子棱镜组成，以及/或者可以包括一些内部结构，并且期望的对准可以在内表面之间或在内表面与外表面之间进行。这在图2中展示，图2示意性地描绘了根据一些实施方式的通过具有内部小面的复合棱镜500的主动对准进行的接合。通过将两个子棱镜即子棱镜510和子棱镜520的两个相应的表面512和表面522附接起来，从而接合这两个子棱镜而构成复合棱镜500。子棱镜520由两个较小的子棱镜520a和子棱镜520b组成，这两个子棱镜接合在一起形成位于其间的内表面。根据该示例，期望子棱镜510的外表面511和子棱镜520的内表面523将相对于彼此以精确的角度定向。

根据一些实施方式，子棱镜520a和子棱镜520b可以由不同的材料制成，并且内表面523可以涂覆有光学涂层。应注意，由于光在进入介质时被折射并且由于表面521未被测量，因此根据上述针对复合棱镜400(图1C和图1D)的方法，表面523与表面511之间的绝对角度不一定能被精确地测量。根据一些实施方式，如果例如外表面521将会以某种精度平行于内表面523，并且表面511应根据表面521和表面523两者来对准，则可以使用图1C和图1D的配置。

当不一定是这种情况时，根据一些实施方式，复合棱镜500的子棱镜520(或其部分)可以被放置成与由折射率与子棱镜520(或至少具有子棱镜520a)的折射率匹配的的介质制成的另一个结构接触，其中该结构的几何形状被制成使得射在表面521的光将以垂直入射(或接近垂直入射)进入折射率匹配的介质。例如，整个复合棱镜或其部分可以放置在具有折射率匹配的浸没介质(例如液体)的容器内。在这种情况下，光在表面521进入介质时将不会被折射，并且可以测量表面511与表面523之间的精确的绝对角度。

图3A和图3B中展示了用于测量两个期望表面(例如表面411和表面421)之间角度的光学装置的两个示例。

如图3A中所描绘的，光学装置600a包括准直照明源602a，该准直照明源602a被配置成照射(例如，利用光学元件604a，例如分束器)在其之间应精确地测量和对准角度的两个表面A和表面B(例如但不限于子棱镜410的表面411和子棱镜420的表面421或子棱镜510的表面511和子棱镜520的表面523)。应注意，表面A和表面B未完整示出并且可以表示相同棱镜或不同子棱镜的两个表面或如下所述的中介光学元件的表面。

准直光束(由箭头描绘)射在表面A和表面B两者上，使得光束的一部分由表面A反射并且光束的另一部分由表面B反射。然后从表面A和表面B反射的光聚焦(例如，使用诸如透镜608a的透镜)在诸如摄像装置610a的检测器上成小点或线，从而将任何角度错误取向转换成来自每个表面的光的空间分离。换句话说，表面A和表面B的不同角度导致摄像装置601a上的移位的点，并且两个点的位移指示它们的相对角度取向。根据一些实施方式，光学装置600a还可以包括遮光器612a和遮光器612b，其被配置成允许可控地阻挡入射光射在表面A或表面B上，以便有助于一次检测来自一个表面的光。这在表面A和表面B标称地平行的实施方式中可能特别相关，在这种情况下，如果不使用遮光器612，则两个点可能不能很好地分辨，并且测量的精度将受到限制。

根据一些实施方式，也可以使用市场上可买到的自准直仪。

替选地，可以使用光学装置600b(如图3B所描绘)，利用诸如准直激光器602b的相干照明源。准直激光束照射(如图3A中，例如利用诸如分束器的光学元件604b)在其之间的角度应被精确地测量和对准的两个表面即表面A和表面B(例如但不限于子棱镜410的表面411和子棱镜420的表面421)。准直激光束射到表面A和表面B两者上，使得光束的一部分被表面A反射，并且光束的另一部分被表面B反射。从表面A和B两者反射的准直光可以叠加，以便在检测器(例如摄像装置610b)上产生亮点和暗点的干涉图案。所得干涉图案的条纹间距指示两个表面即表面A和表面B的相对角取向。对于高达几度的角度，这样的方法可以产生低至约1弧秒的高分辨率。

然而，当测量/验证表面之间的平行度时，通常难以使用诸如图3A和图3B中描述的方案来精确地测量小角度(例如大约几弧秒)。

在待对准的表面(或需要验证其对准)彼此横向交叠的情况下(例如，当表面中的一者为外表面并且第二表面为内表面，通常与其平行且位于其下方时)，不可能利用遮光器来阻挡表面中的一者或另一者(如图3A中)。在这样的情况下，如果两个表面之间的相对角度小，则可能无法分辨点，尤其是如果来自一个表面的反射率强于第二表面的反射率。类似地，在图3B的方法中，如果存在清晰的干涉图案，即如果当两个表面横向交叠时所测量的表面A与B之间的角度不太小，则可以精确地测量相对角度。

根据一些实施方式，其中，两个表面标称地平行且横向交叠，为了克服上一段中讨论的挑战，可以应用以布鲁斯特角通过偏振光对样本的照射(如图4A和4B所描绘)。由于外表面的布鲁斯特角不同于内部结构的布鲁斯特角，所以通过用偏振光照射这两个样本可以区分这两个信号。反射信号可以由以适当角度收集光的检测器检测，或者通过利用将光反射回光源的诸如反射镜的光学元件来检测(例如，当使用自准直仪时)。如果其中一个表面具有明显较高的反射率，则样本应以该表面的布鲁斯特角的角度取向放置。然后，对于s偏振光，两个表面都反射，但是一个表面主导检测信号；而对于p偏振光，仅低反射率表面反射光。

图4A和图4B示意性地描绘了根据一些实施方式的通过采用布鲁斯特角测量/验证复合棱镜700的两个表面即外表面721与内部小面723之间的平行度的方法。假设其中一个表面具有比另一个表面显著更高的反射率(在这种情况下，内部小面723具有比表面721更高的反射率，但是如果表面721的反射率大于小面723的反射率，则也可以应用该方法)，以该表面(在这种情况下，小面723)的布鲁斯特角的角度取向放置样本。然后，s偏振光(由750和755指示)分别被引导朝向表面721和表面723(图4A)。对于s偏振，来自表面721和表面723两者的光被反射(由760和765指示)，但是一个表面(表面723)支配所检测的信号。然而，当p偏振光750'被引导朝向表面721和表面723(图4B)时，仅低反射率表面721反射光(光760')。反射光可以由以适当角度收集光的检测器或者通过利用诸如反射镜770的光学元件来检测。如果反射镜770垂直于表面721，则它将充当一维后向反射器，并且将光反射回光源(例如，当使用自动准直仪时，未示出)。

在另一个实施方式中，如图4C所示，可以测量两个几乎平行的表面之间的相对角度。如上所述，难以测量/验证两个几乎平行的表面之间的相对角度。例如，当使用其中通过用准直光束照射表面来确定每个表面的角度的自动准直仪装置时，从每个表面反射的每个光束被聚焦到检测器(例如，摄像装置)的平面上的小斑点。以这种方式，表面的角度位移转化为信号的横向位移。光学上，每个斑点具有一定的宽度，并且通过考虑点的中心部分可以提高测量的分辨率。然而，当测量来自两个几乎平行的表面的反射时，来自两个表面的点将部分交叠，并且测量的精度将降低。因此，需要分离从两个表面中的每一个获得的信号。根据一些实施方式，这可以通过以下方式来解决：将楔形棱镜放置在光学元件的顶表面上并且阻挡未通过楔形棱镜的光，使得仅光学元件的底(或内)表面和楔形棱镜的顶表面将反射光，并且没有光将从光学元件的顶表面反射(如果折射率匹配的液体被放置在楔形棱镜与光学元件之间)。由于楔形棱镜的顶表面与光学元件的底面不平行，因此它们的反射光信号将是可区分的，从而可以精确地计算光学元件的底表面的反射角。接着，通过阻挡来自楔形棱镜的光并且仅考虑从光学元件的顶表面反射的光，可以获得光学元件的顶表面的测量结果。

如图4C所示，考虑具有外表面1211和外表面1213以及内部部分反射表面1212的棱镜1200，其中期望测量内表面1212与外表面1211之间的相对角度。这是通过将具有楔形物(楔形物的角度可以小到约弧分)的薄棱镜1220放置在具有折射率匹配液体的表面1211的顶部上来实现的。以此方式，由光线1231表示的准直光束/激光束可以被引导以入射棱镜1200。光束1231的一部分入射在表面1211上并被反射成光线1231'，并且光束1231的一部分入射在棱镜1220的表面1221上并且被反射为光线1231”。光线1231'与光线1231”之间的相对角度指示表面1221与1211之间的相对角度。部分光线1231通过表面1221透射成成光线1232，然后由内表面1212反射成光线1232'，然后通过表面1221透射成光线1233。最后，如上所述，可以根据光线1233与光线1231'之间的相对角度的测量结果以及楔形物1220的角度的测量结果来计算表面1212与表面1211之间的相对角度。

应注意，根据一些实施方式，光线1231'和光线1231”可以通过物理地阻挡光束的一部分而在检测时被区分。因此，如果来自1212的反射与来自1221的反射相比较弱，则可以分别进行光线1231'与光线1233之间的相对角度的测量以及光线1231'与光线1231”之间的相对角度的测量。如果需要(即，如果光线1211和表面1213几乎平行)，可以通过在表面1213上放置折射率匹配的液体来抑制来自表面1213的反射，所述液体将漫射反射光，或者替选地，将其反射到其他不相关的方向。

根据一些实施方式，例如但不限于，在两个感兴趣表面之间的角度相对大，即约90°的情况下，可以优选地使用中介光学元件测量角度。这样的情况的示例在图5A至图5D中展示。

图5A示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜800，对于该复合棱镜，两个感兴趣表面之间的所需角度是接近垂直的(约90°)。在这种情况下，两个外表面，即子棱镜810的表面811和子棱镜820的表面825，应该以它们之间的相对角度接近90°来定位。类似地，图5B示意性地描绘了根据一些实施方式的示例性复合棱镜800，对于该复合棱镜800，两个感兴趣表面(其中一个表面是内部小面)之间的所需角度接近垂直(约90°)。在这种情况下，子棱镜810的外表面811和子棱镜820的内表面824应该以它们之间的相对角度接近90°来定位。可以使用光学***(例如图3A和图3B中所示的那些)，来测量来自两个表面的反射光。

现在参照图5C，图5C示意性地描绘了根据一些实施方式的用于通过复合棱镜800的主动对准子棱镜810和子棱镜820根据接近垂直的外表面即子棱镜810的表面811和子棱镜820的表面825进行接合的方法/装置，其中所述接近垂直的外表面即子棱镜810的表面811和子棱镜820的表面825应被定位成它们之间的相对角度接近90°。利用放置在表面825前面的中介光学元件(例如中介光学元件(光折叠元件)830)来实现这样的对准和接合。根据一些实施方式，中介光学元件可以是如图5C所展示的五棱镜，或者是精确地折叠光的任何其他元件，包括但不限于直角棱镜、一组反射镜、衍射光栅或元件等。中介光学元件应该以高精度生产，或者至少其几何误差应仔细和精确地测量并且从每次测量结果中减去。类似地，根据一些实施方式，中介光学元件也可以用于两个感兴趣表面之间的相对角度小但不为零的情况。

根据一些实施方式，中介光学元件830折叠光的角度等于表面825(中介光学元件830附接到其上)与表面811之间的标称角度(如下文在关于图6的讨论中更详细地指示的)。

准直光束/激光的第一部分(由箭头850描绘)垂直地入射在表面811处的样本(复合棱镜800)上，并且被反射回来以由检测器检测(光束由箭头850'表示)。准直光束/激光的第二部分(由箭头855描绘)垂直地入射在中介光学元件830的表面832上，该中介光学元件被放置成使得表面832平行于表面811。准直光束/激光855的第二部分透射通过表面832，在中介光学元件830内经历内反射，离开中介光学元件830以便标称地法向地入射在表面825上，并且通过光学元件830传播回以由检测器检测(光束由箭头855'描绘)。表面811与表面825之间的相对角度可以根据上述方法(例如，如图3A和图3B中所述)通过光测量。

根据一些实施方式，在样本具有两个平行的反射表面的情况下，例如，当子棱镜810的表面811和表面813平行并且表面825与其标称地垂直时，可以通过在样本翻转使得表面811代替表面813并且表面832保持在其位置(平行于表面813)的情况下执行附加测量来增加测量精度。最后，中介光学元件的相对角度可以被计算为这两个测量结果的绝对值的平均值。

有时，中介光学元件的一个(或多个)表面可以将光反射到测量***中，并且使记录的图像受到有害反射的污染。为了克服这种影响，根据一些实施方式，可以通过在不期望的反射表面上应用吸光材料(例如，用吸光涂料涂覆表面)、研磨表面或用散射光的折射率匹配材料(例如，油脂或蜡)覆盖表面来抑制有害反射。根据另外的或替选的实施方式，通过用光谱敏感的光学涂层涂覆表面，可以将有害反射与所需反射区分开。以这种方式，两个表面将反射不同的光谱。

现在参考图5D，图5D示意性地描绘了根据一些附加或替选实施方式的用于通过主动对准进行接合或者用于测量复合棱镜(例如利用中介光学元件840的复合棱镜800)的接近垂直表面(子棱镜810的外表面813和子棱镜820的外表面826)的方法。该方法基于两个垂直表面有效地形成回射效应的事实。为了解释的目的并且不限制于任何理论，如果第一表面813具有范数并且第二表面826具有范数/>并且如果/>则在方向上传播的光将以相同的角度取向(但是相反的符号)被反射回来。为了克服在入口处的分散和避免入射光的全内反射(total internal reflection，TIR)(即，在/>超过临界角的情况下)，调节光学元件840，在这种情况下，其是耦合输入棱镜。更具体地，准直光束/激光(由箭头860描绘)入射在中介光学元件840的表面842上，并且从外表面826和813通过中介光学元件840的表面842反射回(如由箭头描绘)光线860'。

注意，存在两个可能的光学路径：一个是入射光860首先被表面813反射，然后被表面826反射(由灰色箭头815描绘)，并且另一个是入射光860首先被表面825反射，然后仅被表面813反射(由灰色箭头815描绘)。如果表面813和表面826不完全垂直，光线860和光线860'将不平行，并且源自第一光学路径的光线860'将不同于源自第二光学路径的光线。每个路径将在相反方向上倾斜，并且这两个光峰之间的角距离将指示表面的相对取向。

类似地，根据一些实施方式，图5E的配置也可以用于测量复合棱镜900的两个表面即表面903和表面901的垂直度。在这种情况下，上升和下降光线可以用于观察首先入射一个表面的光或入射另一个表面的光之间的分离。准直平行的光线931和光线941入射在棱镜910的表面911上(如果表面901和表面902彼此平行，则光线将被捕获在由这些表面构成的平板波导中)。光线931将被表面901反射(通过菲涅耳反射，或者更优选地，通过全内反射)成光线931'。光线931'然后被表面903反射成光线932'，该光线然后被棱镜920的表面921透射。棱镜910和920的表面912和表面922可以分别放置在表面902之上，或者可以用折射率匹配的粘合剂接合(这在光全内反射到表面902的情况下是需要的)。类似地，光线941被表面902反射至光线942，然后被表面901反射至光线942'。光线942'被棱镜920的表面921透射。应注意，光线931首先被表面901反射，然后被表面903反射，而光线941首先被表面903反射，然后被表面901反射。因此，如果两个表面即表面903和表面901不完全彼此垂直，则光线932'和光线942'将彼此不平行，并且它们之间的角间距(由诸如图3A和图3B中的那些光学***测量)指示表面901与表面903之间的相对角度。

根据一些实施方式，上文公开的附图通常(不是必须)涉及两个表面(待测量/验证或对准)之间的所需角度较小(例如小于约10度)或较大(例如大于约80度)的情况。根据一些实施方式，在两个表面之间的所需角度为中间(例如，在约10度与约80度之间)的情况下，相对角度可以通过定制的中介光学元件来计算(例如图6中所示)。

图6根据一些实施方式示意性地描绘了一种用于在复合棱镜中利用中介光学元件通过主动对准来接合或者用于测量/验证其间具有任何倾斜角的两个感兴趣表面的取向的方法。如所展示，复合棱镜1900的子棱镜1910的表面1911和子棱镜1920的表面1925应该基于它们之间的预定所需角度对准，和/或这两个表面之间的标称角度应该根据预定所需角度测量/验证。

来自自准直仪1901的光被引导以垂直入射在光学元件1970的平行于子棱镜1910的表面1911定位的表面1972上，使得通过表面1974的透射光线入射表面1911(光束由箭头1980描绘)，以及入射在子棱镜1920的表面1925(光束由箭头1985描绘)上。从子棱镜1920的表面925反射回的光(光束由箭头1985'描绘)由检测器检测。透射到光学元件1970中的光从其离开，从而标称地垂直地入射在子棱镜1910的表面1911上，并且通过光学元件1970传播回来以由检测器检测(光束由箭头1980'描绘)。在检测器上获得的两个光峰之间的距离将因此指示表面1911与1925之间的相对取向。

应注意，光学元件1970在本文中被示为棱镜，但可以是被配置成以期望的预定角度折叠光的任何其他光学元件。

根据一些附加的或替选的实施方式，通常需要控制和/或验证在复合棱镜结构中子棱镜相对于其他(一个或更多个)子棱镜的相对定位。除了控制、调整和/或验证然后将被接合在一起的两个或更多个棱镜(或其表面)之间的角度取向之外，或者代替控制、调整和/或验证然后将被接合在一起的两个或更多个棱镜(或其表面)之间的角度取向，这可能是需要的。根据一些实施方式，在图7A至图7C中，描述了这样的情况的示例。

根据一些实施方式，提供了一种用于根据复合棱镜的外表面控制两个或更多个子棱镜之间的相对位置的方法和***，如图7A所示，图7A示意性地描绘了示例性的复合棱镜1000，对于该复合棱镜1000，应该根据子棱镜1010和子棱镜1020各自的外表面1011和外表面1021来设置和/或验证它们之间的相对位置。可以通过沿着y轴(如箭头1002所描绘)、x轴(如箭头1003所描绘)或这两者相对于另一个子棱镜移动一个子棱镜来执行调整子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对位置。根据一些实施方式，对于y轴位置，摄像装置应该被定位成使得其指向x轴。对于x轴位置，摄像装置应该被定位成使得摄像装置指向-y轴。例如，如果相应的子棱镜1010和子棱镜1020的表面1011和表面1021打算对准使得表面1021的左边缘与表面1011的右边缘彼此重合，则图7A中未示出此情况并且需要调整。

根据一些实施方式，提供了一种根据复合棱镜的外表面和内部小面来控制两个或更多个子棱镜之间的相对位置的方法和***，例如如图7B所示，图7B示意性地描绘了示例性复合棱镜1000，对于示例性复合棱镜1000，子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对位置应该根据(子棱镜1010的)外表面1011和内部小面1021(子棱镜1020)来设置和/或验证。可以通过沿着y轴(如箭头1002所描绘)、x轴(如箭头1003所描绘)或这两者相对于另一个子棱镜移动一个子棱镜来调整子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对位置。根据一些实施方式，对于y轴位置，摄像装置应该被定位成使得其指向x轴。对于x轴位置，摄像装置应该被定位成使得摄像装置指向-y轴。

根据一些实施方式，提供了一种用于控制两个或更多个子棱镜的相对位置和取向(通常但不限于同时)的方法和***。两个或更多子棱镜之间的相对位置可以根据复合棱镜的外表面来设置，例如，如图7C所示，图7C示意性地描绘了示例性复合棱镜1000，对于该示例性复合棱镜1000，子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对位置应该根据(子棱镜1010的)外表面1011和内部小面1023(和/或子棱镜1020的外表面1021)来设置和/或验证。可以通过沿着y轴(如箭头1002所描绘)、x轴(如箭头1003所描绘)或这两者使子棱镜1010和1020之一相对于另一个子棱镜移动来调整子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对位置。根据一些实施方式，对于x轴位置，摄像装置应该从上方放置，沿着y轴指向(换句话说，摄像装置的表面的法线将平行于y轴)。可以通过使子棱镜1010和子棱镜1020之一相对于另一个子棱镜围绕z轴旋转(如箭头1006所描绘)来执行调整子棱镜1010与子棱镜1020之间的相对取向。

根据一些实施方式，如在控制子棱镜的角度取向的情况下，控制棱镜之间的相对位置可以利用相对位置的测量和校正的迭代过程来进行；或者根据替选实施方式，通过在校正相对位置的同时实时测量相对位置。

根据一些实施方式，位置测量可以光学地执行，例如通过使用具有光学成像***的两个摄像装置，使得可以沿着棱镜的相对侧跟随定位，使得每个摄像装置具有可见性以允许确定沿着x轴和y轴两者的位移。应注意，在一些情况下，单个摄像装置也可以用于此目的。现在参考图8，其示意性地描绘了根据一些实施方式的用于验证和/或测量和校正两个子棱镜(子棱镜1110和子棱镜1120)之间的相对位置的装置1101的俯视图，该装置在复合棱镜1100的两侧上利用两个摄像装置(摄像装置1150和摄像装置1155，可选地具有透镜组件)以便捕获接合两个子棱镜(子棱镜1110和子棱镜1120)的两个表面之间的连接。

根据替选实施方式，可以使用一个摄像装置，连同对子棱镜1110与子棱镜1120之间(例如，如上文所讨论的，子棱镜1110的表面1111与子棱镜1120的表面1121之间)的相对角度取向的精确测量。

根据一些实施方式，图9示意性地描绘了更复杂的场景的示例，其中复合棱镜1300由三个子棱镜即子棱镜1310、子棱镜1320和子棱镜1330组成，使得子棱镜1310被设置在子棱镜1320与子棱镜1330之间。子棱镜1310包括两个内部小面即内部小面1312和内部小面1313。子棱镜1320包括三个内部小面即内部小面1324、内部小面1325和内部小面1326。子棱镜1330包括两个内部小面即内部小面1332和内部小面1333。在该特定非限制性示例中，需要根据这些棱镜(子棱镜1330的)的内部小面1332和内部小面1333以及(子棱镜1310的)内部小面1312和内部小面1313来设置两个子棱镜即子棱镜1310和子棱镜1330的相对定位，并且需要根据(子棱镜1310的)内部小面1312和内部小面1313以及(子棱镜1320的)内部小面1324和内部小面1326来对准两个子棱镜1310和1320以及可选地还有子棱镜1330的相对角度取向。子棱镜1310、子棱镜1320或子棱镜1330还可以包括内部结构，例如衍射光栅或部分反射表面。

如上所述，根据一些实施方式，本文公开的方法和***不仅适用于棱镜和子棱镜的主动对准，而且适用于内部和/或外部表面的取向和位置的(被动)测量，特别是在单个光波导结构的质量分析的背景下。下面的图10A至图10C提供了光导光学元件(light-guideoptical element，LOE)的质量保证测量的示例。

现在参考图10A，图10A示意性地描绘根据一些实施方式的具有内部小面1412的光波导结构1410，内部小面1412应该被验证为平行于两个外表面1411和外表面1413。准直光束/激光1425被引导以垂直地入射在样本1410的外表面1411上，并且通过光波导结构1410透射以标称地垂直地入射在内部小面1412和表面1413上。从表面1411反射的光由箭头1426描绘，从表面1412反射的光由箭头1427描绘，并且从表面1413反射的光由箭头1428描绘。这些表面之间的相对角度(和/或它们之间的平行度的检验)可以根据上述方法(例如如图3A和图3B中所述)来测量。根据一些实施方式，也可以使用图4C中呈现的方法来执行这些表面的测量。

现在参考图10B，图10B示意性地描绘了根据一些实施方式的具有内部小面1423的光学波导结构1420，利用偏振光，内部小面1423应该被验证为平行于结构的外表面1421。更具体地说，假设内部小面1423具有比表面1421明显更高的反射，则样本以小面1423的布鲁斯特角的角度取向放置。然后，s偏振光(由1450和1455指示)分别被引导朝向表面1421和1423。对于s偏振光，光被表面1421和1423两者反射(由光1460和光1465指示)，但是一个表面(表面1423)支配所检测的信号。然而，当p偏振光1450'被引导朝向表面1421和表面1423时，仅低反射率表面1421反射光(光1460')。反射光可以通过以适当角度收集光的检测器或者通过利用将光反射回光源(例如，当使用未示出的自准直仪时)的光学元件(例如，反射镜1470)来检测。因此，在一些实施方式中，该方法可用于验证两个(或更多个)表面之间的平行度。应注意，尽管在这种情况下内部小面1423被证明具有比表面1421更高的反射，但是该方法可以适于也应用于表面1421的反射率大于小面1423的反射率的情况。还应注意，该方法可以用于任何两个(或更多个)内部小面和/或外表面之间的平行度的验证测量。

现在参考图10C，图10C示意性地描绘了根据一些实施方式的具有内表面1480的光学波导结构1430，内表面1480应该被验证为垂直于该结构的外表面1490。由光线1460表示的准直光束(经由中介光学元件1500，根据一些实施方式，该中介光学元件可以类似于图5D的中介光学元件840)入射在表面1480和表面1490上，并且分别被反射到光线1461和光线1462。光线1461和光线1462然后分别由表面1490和表面1480，分别反射到光线1463和光线1462。如果内表面1480完全垂直于外表面1490，则光线1462和光线1463将完全平行。然而，如果内表面1480与外表面1490之间的相对角度不垂直，则光线1462和光线1463将不平行，并且光线1462与光线1463之间的相对角度将指示表面1480和1490的相对取向。

在整个说明书中，三维元件的内表面(例如三维元件的两个部分之间的平坦边界或结合到三维元件中的材料的内部平坦层)被称为“内部小面”。

如本文所使用的，根据一些实施方式，术语“小面”、“内部小面”和“内表面”可互换使用。如本文所使用的，根据一些实施方式，术语“小面”、“内部小面”、“内表面”、“外表面”和“表面”是指平坦的“小面”、“内部小面”、“内表面”、“外表面”和“表面”。

如本文所使用的，根据一些实施方式，术语“测量”和“感测”可互换使用。类似地，术语“感测的数据”和“测量数据”(或“测量的数据”)可互换使用。

如本文所使用的，根据一些实施方式，关于诸如棱镜或波导结构的光学元件的术语“复合的”和“复合”可互换使用，并且可以包括由两个或更多个子光学元件组成的光学元件和/或可以包括一个或更多个内部小面(例如，约10至20、10至50、50至100或更多)。一个或更多个内部小面可以是共平行的。

根据一些实施方式，如本文所使用的术语“接合的”或“接合”应该理解为是指用光学胶或胶水或任何其他合适的接合剂附接的或附接。

如本文所使用的，根据一些实施方式，术语“光学波导结构”、“波导结构”、“折射复杂波导结构”和“光导光学元件(light-guide optical element，LOE)”可互换使用。

如本文所使用的，当对象旨在通过设计和制造而具有例如样本(例如光学元件)的平坦表面之间的角度的性质，但实际上由于制造公差，实际上可能未完全具有该性质时，可以说对象“标称地”具有(即，表征)该性质。

如本文所使用的，根据一些实施方式，关于两个表面的术语“横向地交叠”或“横向交叠”可以指完全或部分水平交叠，其中，应理解，两个表面垂直分离。

如本文所使用的，术语“测量”和“感测”可互换使用。类似地，术语“感测的数据”和“测量的数据”可互换使用。

应当理解，为了清楚起见在单独的实施方式的上下文中描述的本公开内容的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反地，为了简洁起见在单个实施方式的上下文中描述的本公开内容的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合或如在本公开内容的任何其他描述的实施方式中合适地提供。在实施方式的上下文中描述的特征不应被认为是该实施方式的必要特征，除非明确地这样指定。

尽管可以以特定顺序描述根据一些实施方式的方法的阶段，但是本公开内容的方法可以包括以不同顺序执行和/或进行所描述的阶段中的一些或全部。本公开内容的方法可以包括所描述的几个阶段或所描述的所有阶段。在所公开的方法中没有特定的阶段被认为是该方法的基本阶段，除非明确地这样规定。

尽管结合本公开内容的具体实施方式描述了本公开内容，但是显然，可以存在对于本领域技术人员明显的许多替选、修改和变化。因此，本公开内容包含落入所附权利要求的范围内的所有这样的替选、修改和变化。应当理解，本公开内容在其应用中不一定限于本文阐述的部件和/或方法的构造和布置的细节。可以实践其他实施方式，并且可以以各种方式来实现实施方式。

这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被认为是限制性的。本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可作为本公开内容的现有技术。本文使用章节标题以便于理解说明书，并且不应被解释为必然限制。

Claims (39)

1.一种用于通过对准两个或更多个棱镜部件并沿着所述两个或更多个棱镜部件的接合表面来接合所述两个或更多个棱镜部件来生产具有多个平坦外表面的复合棱镜的方法，所述方法包括以下阶段：

使第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面紧密接近或接触；

将所述第一棱镜部件的至少一个第一表面与所述第二棱镜部件的至少一个第二表面对准；

将至少一个准直入射光束投射到所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面上；

感测从所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面反射的光束；

基于所感测的数据来确定所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的平均实际相对取向；以及

如果所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面之间的加权平均实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则使用能够控制的可旋转机械轴沿着所述第一棱镜部件和所述第二棱镜部件的接合表面来结合所述第一棱镜部件和第二棱镜部件，

其中，所述棱镜部件中的一个或更多个棱镜部件是透明的或半透明的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结合包括以下中的一个或更多个：接合、固化、施加压力、加热以及/或者机械收紧。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：如果所述第一表面和所述第二表面之间的所述实际相对取向与所述预期相对取向之间的差在所述准确度阈值以上，则重新对准所述第一表面和所述第二表面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：如果所述第一表面和所述第二表面之间的所述实际相对取向与所述预期相对取向之间的差在所述准确度阈值以上，则重复以下阶段：对准所述第一表面和所述第二表面；投射所述至少一个入射光束；以及确定所述第一表面与所述第二表面之间的所述实际相对取向。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在对准所述第一表面和所述第二表面的阶段之前，在所述接合表面之间施加粘合剂，并且其中，如果所述第一表面和所述第二表面之间的所述实际相对取向与预期相对取向之间的差在所述准确度阈值以下，则沿着所述第一棱镜部件和所述第二棱镜部件的接合表面固化所述第一棱镜部件和所述第二棱镜部件。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个入射光束包括被引导成分别相对于所述第一表面和所述第二表面成第一角度和第二角度的第一入射光束和第二入射光束。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个入射光束是单色的。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个入射光束中的每一个入射光束是激光束。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个入射光束是相干的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第一表面和所述第二表面反射的所述光束聚焦到光敏表面上，并且其中，所述第一表面和所述第二表面之间的所述实际相对取向与所述预期相对取向之间的差是从分别由从所述第一表面和所述第二表面反射的光在所述光敏表面上形成的第一斑点和第二斑点的位置得出的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述入射光束是使用自准直仪生成的，并且其中，所述光敏表面是所述自准直仪的图像传感器的光敏表面。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述入射光束是相干的，并且其中，所述第一表面和所述第二表面之间的所述实际相对取向与所述预期相对取向之间的差是从对所反射的光束的干涉图案的测量得出的。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和所述第二表面旨在是邻接的。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和所述第二表面旨在彼此垂直或基本上垂直地定向。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面与所述第二表面之间的角度预期为小于约20度。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面与所述第二表面之间的角度预期为小于约10度。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和所述第二表面预期为彼此平行或基本上平行。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和所述第二表面是外表面。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和所述第二表面中的至少一个是内部小面。

20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第二表面包括标称地共平行的多个内部小面，其中，所述至少一个准直入射光束的投射和所述光束的感测在所述第一表面和所述内部小面中的每一个内部小面上单独地执行。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一棱镜部件和/或所述第二棱镜部件包括结合的子棱镜，在所述子棱镜之间限定内部小面，以及/或者其中，所述第一棱镜部件和/或所述第二棱镜部件包括嵌入的内部小面。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一表面和/或所述第二表面涂覆有反射涂层。

23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二表面是嵌入的内部小面，并且其中，所述方法还包括将所述复合棱镜浸入折射率等于所述第二棱镜部件的折射率的浸没介质中的初始阶段；以及/或者

其中，所述第二棱镜部件包括结合的第一子棱镜和第二子棱镜，其中，所述第二表面是由所述第一子棱镜与所述第二子棱镜之间的边界限定的内部小面，并且其中，所述方法还包括将所述复合棱镜浸入折射率等于所述第一子棱镜的折射率的介质中的初始阶段。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述至少一个入射光束被垂直于所述浸没介质的表面投射。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二棱镜部件包括所述第一子棱镜和所述第二子棱镜，其中，所述至少一个入射光束包括分别传播到所述第一表面和所述第二表面上的第一入射光束和第二入射光束，并且其中，所述第二入射光束横穿所述第一子棱镜以到达所述第二表面。

26.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述第一棱镜部件相对于所述第二棱镜部件的相对位置。

27.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一棱镜部件相对于所述第二棱镜部件的相对位置是使用一个或更多个摄像装置来执行的。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一棱镜部件的所述第一表面和所述第二棱镜部件的所述第二表面预期为不平行，其中，所述入射光束在基本上垂直于所述第一棱镜部件的所述第一表面的方向上投射，并且其中，利用中介光学元件来将所述入射光束的一部分引导到所述第二棱镜部件的所述第二表面上，以便基本上垂直于所述第二棱镜部件的所述第二表面入射在所述第二棱镜部件的所述第二表面上。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述中介光学元件选自包括以下的组：五棱镜、直角棱镜、一组反射镜以及衍射光栅或元件。

30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准直入射光束是偏振光。

31.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一棱镜与所述第二棱镜的所述接合表面之间放置两个附加子棱镜，并且利用所述两个附加子棱镜对准所述第一棱镜的所述第一表面和所述第二棱镜的所述第二表面，其中，所述附加子棱镜中的每个附加子棱镜具有限定两个不同角度的两个非平行表面，从而允许可控地设置所述第一棱镜部件与所述第二棱镜部件的所述接合表面之间的角度。

32.一种用于测量和/或验证光学元件的两个非平行表面之间的取向的方法，所述方法包括：

提供光学元件，所述光学元件包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对于彼此成角度设置；

投射包括第一子束和第二子束的至少一个准直光束，使得所述第一子束基本上垂直地入射在所述第一表面上，并且所述第二子束在穿过中介光学元件之后基本上垂直地入射在所述第二表面上；

感测从所述第一表面反射的光和在重新穿过所述中介光学元件之后从所述第二表面反射的光；以及

基于所感测的数据，确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际相对取向。

33.一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的方法，所述方法包括：

提供光学元件，所述光学元件包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面标称地平行或标称地接***行并且横向交叠，其中，所述第一表面和所述第二表面中的一个表面具有比另一个表面显著更高的反射率；

非同时投射s偏振准直光束和p偏振准直光束，所述s偏振准直光束和所述p偏振准直光束被引导成相对于具有显著高反射率的所述表面基本上以布鲁斯特角入射，从而允许将从所述第一表面反射的光与从所述第二表面反射的光区分开；

感测从所述第一表面反射的光和从所述第二表面反射的光；以及

基于所感测的数据，确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际相对取向。

34.一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的方法，所述方法包括：

提供光学元件，所述光学元件包括外部第一表面以及外部或内部第二表面，所述第一表面与所述外部或内部第二表面标称地平行或标称地接***行并且横向交叠；

将楔形棱镜放置在所述第一表面上，其中，所述楔形棱镜具有与所述光学元件相同的折射率；

将准直入射光束投射到所述楔形棱镜的顶表面上，使得所述光学元件的所述第二表面和所述楔形棱镜的所述顶表面反射光，同时阻挡光从所述第一表面反射；

感测在重新穿过所述楔形棱镜之后从所述第二表面反射的光；

将所述准直入射光束投射到所述第一表面上，使得第一表面反射光，同时阻挡光从所述楔形物的顶表面和从所述第二表面反射；

感测从所述第一表面反射的光；以及

基于所感测的数据，确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际角度。

35.一种用于对准两个或更多个棱镜部件并通过沿着所述两个或更多个棱镜部件的接合表面接合所述两个或更多个棱镜部件来生产具有多个平坦外表面的复合棱镜的***，所述***包括：

基础结构，被配置成使第一棱镜部件和第二棱镜部件的接合表面紧密接近或接触；

能够控制的可旋转机械轴，被配置成使所述第一棱镜部件的至少一个第一表面和所述第二棱镜部件的至少一个第二表面对准；

光源，被配置成将至少一个准直入射光束投射到所述至少一个第一表面和所述至少一个第二表面上；

一个或更多个检测器，被配置成感测从所述第一表面和所述第二表面反射的光束；以及

计算模块，被配置成基于所感测的数据来确定所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的平均实际相对取向，并且如果所述至少一个第一表面与所述至少一个第二表面之间的加权平均实际相对取向与预期相对取向之间的差在准确度阈值以下，则确定用于所述能够控制的可旋转机械轴的校正角，其中，所述棱镜部件中的一个或更多个棱镜部件是透明的或半透明的。

36.根据权利要求35所述的***，其中，所述计算模块还被配置成向与所述可旋转机械轴功能上相关联的控制器提供指令以自动校正所述第一表面与所述第二表面之间的所述角度。

37.一种用于测量和/或验证光学元件的两个非平行表面之间的取向的***，所述***包括：

基础结构，被配置成定位光学元件，所述光学元件包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对于彼此成角度设置；

光源，被配置成投射具有第一子束和第二子束的至少一个准直入射光束，使得所述第一子束基本上垂直地入射在所述第一表面上，并且所述第二子束在穿过中介光学元件之后基本上垂直地入射在所述第二表面上；

一个或更多个检测器，被配置成感测从所述第一表面反射的光和在重新穿过所述中介光学元件之后从所述第二表面反射的光；以及

计算模块，被配置成基于所感测的数据来确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际相对取向。

38.一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的***，所述***包括：

基础结构，被配置成定位光学元件，所述光学元件包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面标称地平行或标称地接***行并且横向交叠，其中，所述第一表面和所述第二表面中的一个表面具有比另一个表面显著更高的反射率；

光源，被配置成非同时投射s偏振准直光束和p偏振准直光束，所述s偏振准直光束和所述p偏振准直光束被引导成相对于具有显著更高反射率的表面基本上以布鲁斯特角入射，从而允许将从所述第一表面反射的光与从所述第二表面反射的光区分开；

一个或更多个检测器，被配置成感测从所述第一表面反射的光和从所述第二表面反射的光；以及

计算模块，被配置成基于所感测的数据来确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际相对取向。

39.一种用于测量和/或验证光学元件的两个标称地平行或标称地接***行并且横向交叠的表面之间的取向的***，所述***包括：

基础结构，所述基础结构包括楔形棱镜和快门组件，

所述基础结构被配置成将所述楔形棱镜放置在要检查的光学元件的外部第一表面上，所述光学元件还包括外部或内部第二表面，所述外部或内部第二表面标称地平行于或标称地接***行于所述第一表面，并且与所述第一表面横向交叠；

光源，被配置成投射射向所述光学元件和所述楔形棱镜的准直入射光束；

快门组件，所述快门组件被配置成至少在第一状态与第二状态之间可控地切换，在所述第一状态中，所述快门组件阻挡光直接入射在所述光学元件的所述第一表面上，并且在所述第二状态中，所述快门组件阻挡光入射在所述楔形棱镜上；

一个或更多个光检测器，被配置成感测从所述第一表面直接反射的光和在穿过所述楔形棱镜之后从所述第二表面反射的光；以及

计算模块，被配置成基于第一感测数据和第二感测数据来确定所述第一表面与所述第二表面之间的实际角度，所述第一感测数据是在所述快门组件处于第一状态时由所述一个或更多个光检测器获得的，并且所述第二感测数据是在所述快门组件处于第二状态时由所述一个或更多个光检测器获得的。