[發(fā)明專利]通過(guò)超精細(xì)結(jié)構(gòu)保護(hù)的緊湊型頭戴式顯示系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580061163.3
• 申請(qǐng)日: 2015-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN107111132B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y·艾米泰;Y·歐菲兒;E·莫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 魯姆斯有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 鄭宗玉

提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：光傳輸基片(20)，具有至少兩個(gè)外部主要表面和邊；光學(xué)元件，用于耦合光波進(jìn)入利用內(nèi)反射的基片(20)；位于基片(20)中的至少一個(gè)部分反射面，用于將光波從基片(20)中耦出；至少一個(gè)透明空氣間隙薄膜(110)，包括基座(112)和在基座上構(gòu)建的定義浮雕構(gòu)造的超精細(xì)結(jié)構(gòu)(111)；其中，空氣間隙薄膜附連到基片(20)的主要表面之一，浮雕構(gòu)造面向基片(20)，定義了界面平面(58)，以便耦合在基片(20)內(nèi)部的光波基本上完全從界面平面(58)反射。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基片引導(dǎo)的光學(xué)設(shè)備，具體而言，涉及包括由共同的光傳輸基片(也被稱為光導(dǎo)元件)攜帶的多個(gè)反射面的設(shè)備。

背景技術(shù)

緊湊型光學(xué)元件的一個(gè)重要應(yīng)用是頭戴式顯示器(HMD)，其中，光學(xué)模塊用作成像透鏡和組合器兩者，其中，二維圖像源被成像到無(wú)窮遠(yuǎn)處并且被反射到觀察者的眼睛中。可以直接從諸如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、有機(jī)發(fā)光二極管陣列(OLED)之類的空間光調(diào)制器(SLM)、掃描源或類似的設(shè)備獲得顯示源，或者可以間接地通過(guò)中繼透鏡或者光纖束獲得顯示源。顯示源包括被準(zhǔn)直透鏡成像到無(wú)窮遠(yuǎn)處并且通過(guò)分別對(duì)于非透視應(yīng)用和透視應(yīng)用充當(dāng)組合器的反射或部分反射面?zhèn)鬏數(shù)接^看者的眼睛中的元素(像素)的陣列。通常，常規(guī)的自由空間光學(xué)模塊用于這些目的。然而，隨著系統(tǒng)的所希望的視場(chǎng)(FOV)增大，這樣的常規(guī)光學(xué)模塊變得更大、更重和更笨重，因此，即使對(duì)于諸如系統(tǒng)之類的中等性能的設(shè)備，也是不切實(shí)際的。這是各種顯示器、特別是頭戴式應(yīng)用中的主要缺點(diǎn)，其中系統(tǒng)必然應(yīng)該是盡可能輕并且緊湊的。

為緊湊性而作的努力導(dǎo)致若干個(gè)不同的復(fù)雜的光學(xué)解決方案，一方面，所有這些光學(xué)解決方案對(duì)于大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用仍然不是充分緊湊的，另一方面，就可制造性而言，所有這些光學(xué)解決方案存在主要缺點(diǎn)。另外，由這些設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的光學(xué)視角的眼睛運(yùn)動(dòng)框(EMB)通常非常小，通常小于8mm。因此，即使對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于觀看者的眼睛的小的移動(dòng)，光學(xué)系統(tǒng)的性能也非常敏感，并且不允許充分的瞳孔運(yùn)動(dòng)以從這樣的顯示器舒服地閱讀文本。

公開號(hào)WO 01/95027、WO 03/081320、WO 2005/024485、WO 2005/024491、WO 2005/024969、WO 2005/124427、WO 2006/013565、WO 2006/085309、WO 2006/085310、WO 2006/087709、WO 2007/054928、WO 2007/093983、WO 2008/023367、WO 2008/129539、WO 2008/149339、WO 2013/175465和IL 232197(所有這些都在申請(qǐng)人名下)中所包括的教導(dǎo)都通過(guò)引用合并于此。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明促進(jìn)對(duì)用于HMD以及其他應(yīng)用的非常緊湊的光導(dǎo)光學(xué)元件(LOE)的開發(fā)。本發(fā)明允許相對(duì)寬的FOV，以及相對(duì)大的EMB值。作為結(jié)果的光學(xué)系統(tǒng)提供大的高質(zhì)量圖像，還適應(yīng)眼睛的大的運(yùn)動(dòng)。由本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)特別有益，因?yàn)樗旧媳痊F(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)更緊湊，它還可以輕松地集成到甚至具有專門配置的光學(xué)系統(tǒng)中。

因此，本發(fā)明的廣泛目標(biāo)是減輕現(xiàn)有技術(shù)的緊湊的光學(xué)顯示設(shè)備的缺點(diǎn)，并且根據(jù)具體的要求提供具有改善的性能的其他光學(xué)組件和系統(tǒng)。

本發(fā)明可被實(shí)現(xiàn)為有利于大量的成像應(yīng)用，諸如便攜式DVD、蜂窩電話、移動(dòng)式電視接收機(jī)、視頻游戲、便攜式媒體播放器或任何其他移動(dòng)顯示設(shè)備。

LOE的操作的主要物理原理是：光波從LOE的外表面被俘獲在利用全內(nèi)反射的基片內(nèi)部。然而，存在需要將另一光學(xué)元件附連到至少一個(gè)外表面的情形。在該情況下，有必要確認(rèn)，一方面，來(lái)自外表面的光波的反射將不會(huì)被該附連劣化，另一方面，來(lái)往于LOE的光波的耦出機(jī)制和耦入機(jī)制不會(huì)被干擾。結(jié)果，需要在外表面處添加角度敏感反射機(jī)制，該角度敏感反射機(jī)制將基本上反射被耦合在LOE內(nèi)部并以傾斜角度照射在表面上的全部光波，并且基本上透射以接近于法向入射而照射在表面上的光波。