[發(fā)明專利]一種光波導結(jié)構(gòu)及光學系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780004629.5
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN108521794B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 李國洲
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市柔宇科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種光波導(301)，包括至少一個第一基底(11)和擴展波導(20)，第一基底(11)和擴展波導(20)相接，擴展波導(20)包括多個相互平行傾斜地內(nèi)嵌于基板(22)的半透膜(a,b,c,d,e)，光波導(301)的左右側(cè)面中的至少一側(cè)設置有吸光材料；其中，入射光(L1，T1)進入擴展波導(20)后出射多條相互平行的出射光線(L2,L3,L4,L5,L6,T2,T3,T4,T5,T6)；當入射光(L1，T1)進入擴展波導(20)經(jīng)至少一個半透膜(a,b,c,d,e)反射的反射光進入第一基底(11)后，經(jīng)第一基底(11)全反射傳播至光波導(301)的設置有吸光材料的側(cè)面，或者，當入射光(L1，T1)進入擴展波導(20)經(jīng)至少一個半透膜(a,b,c,d,e)反射的反射光經(jīng)第一基底(11)傳播至光波導(301)的設置有吸光材料的側(cè)面。包括該光導波(301)的光學系統(tǒng)，可減輕鬼像，進而提高了成像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光波導領(lǐng)域，尤其涉及一種光波導結(jié)構(gòu)及光學系統(tǒng)。

背景技術(shù)

頭戴顯示器(Head-Mounted Display，HMD)以其沉浸性、交互性以及可提高勢態(tài)感知等特點，在軍事、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。隨著微顯示器技術(shù)、光學加工技術(shù)和光學設計理論的日益成熟，HMD正朝著小型化方向發(fā)展。

鑒于頭部佩戴的特殊要求，現(xiàn)有的穿透式HMD通常采用折返中繼結(jié)構(gòu)和離軸反射組合鏡結(jié)合的方式。雖然折返中繼結(jié)構(gòu)使得HMD獲得大的出瞳，但離軸反射組合鏡的使用大大增加了系統(tǒng)離軸像差矯正的難度。可見，組合鏡與中繼系統(tǒng)的結(jié)合嚴重增加了系統(tǒng)的體積和重量。為了解決上述問題，提出了在HMD中使用光波導技術(shù)。光波導技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)HMD中復雜的光學系統(tǒng)，利用波導完成圖像的傳輸和擴展，在獲得較大出瞳的同時，極大地減小了HMD的尺寸和重量。

目前，用于HMD的波導技術(shù)主要有全息波導和半透膜陣列波導。全息波導是利用全息技術(shù)和光波導理念實現(xiàn)顯示，但是系統(tǒng)光能利用率低，全息光柵制備難度高，衍射引入的雜光和色散等嚴重阻礙了其發(fā)展。半透膜陣列波導是利用幾何光學折反射原理實現(xiàn)顯示，色散小容易實現(xiàn)彩色顯示，因此在設計和制備方面的要求遠低于全息波導顯示，但是傳統(tǒng)的半透膜陣列波導造成的鬼像嚴重影響成像質(zhì)量。因此，研究出一種能夠減輕，甚至消除鬼像的半透膜陣列波導是需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種光波導結(jié)構(gòu)及光學系統(tǒng)，以減輕鬼像，進而提高了成像質(zhì)量。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種光波導結(jié)構(gòu)，所述光波導包括至少一個第一基底和擴展波導，所述第一基底和所述擴展波導相接，所述擴展波導包括多個相互平行傾斜地內(nèi)嵌于基板的半透膜，所述光波導的左右側(cè)面中的至少一側(cè)設置有吸光材料；

其中，入射光進入所述擴展波導后出射多條相互平行的出射光線；當入射光進入所述擴展波導經(jīng)至少一個半透膜反射的反射光進入所述第一基底后，經(jīng)所述第一基底全反射傳播至所述光波導的設置有吸光材料的側(cè)面，或者，當入射光進入所述擴展波導經(jīng)所述至少一個半透膜反射的反射光經(jīng)所述第一基底傳播至所述光波導的設置有吸光材料的側(cè)面。

第二方面，本發(fā)明實施例提供一種光學系統(tǒng)，包括顯示器、目鏡系統(tǒng)和第一方面所述的光波導，所述目鏡系統(tǒng)置于所述顯示器與所述光波導之間，所述目鏡系統(tǒng)的光軸與所述顯示器垂直；

所述顯示器的線視場分布的發(fā)散光通過所述目鏡系統(tǒng)后變?yōu)榻且晥龇植嫉钠叫泄猓鹘且晥銎叫泄庀群蠼?jīng)過所述光波導后擴展出瞳陣列，當人眼眼瞳與所述光學系統(tǒng)的出瞳平面重合即可獲得所述顯示器上顯示的顯示信息。

在本方案中，當入射光進入所述擴展波導經(jīng)至少一個半透膜反射的反射光進入基底后，經(jīng)基底全反射傳播至光波導的設置有吸光材料的側(cè)面，或者，當入射光進入擴展波導經(jīng)至少一個半透膜反射的反射光經(jīng)基底傳播至光波導的設置有吸光材料的側(cè)面，在光波導的側(cè)面會將這部分的光吸收，以防止這部分光經(jīng)光波導的側(cè)面反射進入擴展波導中，進而減輕了鬼影，提高了成像質(zhì)量。