[發明專利]寬帶寬、高均勻性的級聯分光膜陣列波導及其應用

有效

• 申請號: 201711062635.4
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107728253B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李勇;吳斐;鄭臻榮
• 申請（專利權）人: 北京亮亮視野科技有限公司
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B27/01
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張德斌;姚亮

技術領域

本發明涉及光學顯示領域，具體的說，本發明涉及一種寬帶寬、高均勻性的級聯分光膜陣列波導及其應用。

背景技術

近年來，頭戴式可視設備的大量涌現，例如，聯想眼鏡、谷歌眼鏡、虛擬現實(VR)游戲眼鏡等，虛擬現實(Virtual Reality，VR)、增強現實(Augmented Reality，AR)及混合現實(Mixed Reality，MR)技術逐漸進入我們的日常生活中。頭戴式顯示器(HMD，也稱為頭戴式可視設備)是把二維圖像直接反射到觀看者的眼睛里，具體就是通過一組光學系統(主要是精密光學透鏡)放大超微顯示屏上的圖像，將影像投射于視網膜上，進而將大屏幕圖像呈現在觀看者眼中，形象點說就是拿放大鏡看物體呈現出放大的虛擬物體圖像。圖像可以直接通過發光二極管(LED)、主動式矩陣液晶顯示器(AMLCD)、有機發光二極管(OLED)或液晶附硅(LCOS)獲得，也可以通過光纖等傳導方式間接獲得。顯示系統通過準直透鏡成像在無窮遠處，然后通過耦合器把圖像反射進人的眼睛里同時保證外面的圖像清晰可見。

增強現實顯示系統將虛擬信息疊加到現實場景中，不僅需要高亮度的虛擬信息，并且需要良好的現實外界場景透過率。自由曲面棱鏡、目鏡透射式等單層耦合器透射式光學方案，一方面存在體積大、難以同時滿足大視場和大出瞳直徑。另一方面，單層耦合器的光能利用率n和外界透過m兩者之和必然低于100％，當光能利用率過高時光學系統通透性差，使用不舒適、影響室內環境體驗效果，當外界透過率m高時，光能利用率低，虛擬圖像亮度低、難以滿足室外應用場合。

因此，如何研發一種具有大視場大出瞳直徑的近眼顯示系統耦合器提高透過率和虛擬圖像光能利用率，成為本領域是本領域技術人員長期亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種寬帶寬、高均勻性的級聯分光膜陣列波導。

本發明的另一目的在于提供所述寬帶寬、高均勻性的級聯分光膜陣列波導的應用。

為達上述目的，一方面，本發明提供了一種寬帶寬、高均勻性的級聯分光膜陣列波導，其中，所述級聯分光膜陣列波導包括多片玻璃基底以及夾在相鄰兩片玻璃基底中間的分光膜系陣列，每片分光膜系陣列結構均分別各自獨立為：₁Hβ₁L/α₂Hβ₂L/…α_n-1Hβ_n-1L/α_nHβ_nL，其中H為高折射率材料膜層，L為低折射率材料膜層，各分光膜系陣列的膜層層數分別為2n。

其中可以理解的是，本發明的每片分光膜系陣列結構應為α₁Hβ₁L/α₂Hβ₂L/…α_n-1Hβ_n-1L/α_nHβ_nL，而所述的級聯分光膜陣列波導的結構應為玻璃基底/α₁Hβ₁L/α₂Hβ₂L/…α_n-1Hβ_n-1L/α_nHβ_nL/玻璃基底/α₁Hβ₁L/α₂Hβ₂L/…α_n-1Hβ_n-1L/α_nHβ_nL/玻璃基底/……/玻璃基底。

也就是說，本發明的玻璃基底和分光膜系陣列間隔設置，且在級聯分光膜陣列波導沿光線入射方向的兩端均為玻璃基底。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述分光膜系陣列各膜層的平均透過率為50-80％。

根據本發明一些具體實施方案，其中，相鄰兩片分光膜系陣列之間的垂直距離為2-5mm。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述高折射率材料H的折射率n>2.0；所述低折射率材料L的折射率n<1.5。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述高折射率材料H為Ta₂O₅。

根據本發明一些具體實施方案，其中，所述低折射率材料L為SiO₂。

根據本發明一些具體實施方案，其中，各分光膜系陣列的膜層層數2n為4-12；優選為6-8。