[發明專利]一種全彩傾斜波導投影顯示系統

在審

• 申請號: 201811318456.7
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109445096A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 黃戰華;劉澤陽;潘成;鄭賢鑫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種全彩傾斜波導投影顯示系統，其特征在于，該系統包括微顯示屏(101)、自由曲面準直棱鏡(102)、傾斜波導板(103)、耦合輸入光柵(104)以及耦合輸出光柵(105)，其中：

自由曲面準直棱鏡(102)設置在沿微顯示屏(101)發出的發散光的光路上，傾斜波導板(103)在水平方向被傾斜放置，耦合輸入光柵(104)位于傾斜波導板(103)靠近自由曲面棱鏡(102)一端，耦合輸出光柵(105)位于傾斜波導板(103)另一端；

微顯示屏(101)發出攜帶有圖像信息的發散光經過自由曲面棱鏡(102)四個工作面的四次反射和折射，所轉化成的各個空間角度的平行光從傾斜波導板(103)表面法線的左側折射進入傾斜波導板(103)內，并被耦合輸入光柵(104)衍射。耦合輸入光柵(104)將入射光的能量聚集在反射正一級且該級次衍射角大于傾斜波導板(103)的全反射角，使其被限制在傾斜波導板(103)內部傳播，傳播光線在耦合輸出光柵(105)區域被輸出光柵多次衍射，在每一次的衍射中的反射零級繼續在傾斜波導板(103)內部傳播進行下一次衍射，反射負一級衍射光作為出射光從傾斜波導板(103)中出射，進入人眼中在視網膜上成像，出射光位于為傾斜波導板(103)表面法線右側。

2.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的微顯示屏(101)，其特征在于，可選地，所述微顯示屏(101)為高分辨率液晶顯示屏、發光二極管顯示屏或有機發光二極管顯示屏。

3.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的自由曲面棱鏡(102)，其特征在于，微顯示屏(101)發出來的帶有圖像信息的發散光從第四工作面(604)進入自由曲面棱鏡(102)，在第二工作面(602)被全反射，然后在第三工作面(603)被再次反射，最后從第一工作面(601)出射；經所述的自由曲面棱鏡(102)準直后，各個視場的平行光束的橫向寬度等于它在波導內兩次連續全反射之間的橫向傳播距離。

4.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統，其特征在于，所述的波導板(103)為傾斜放置，且傾斜角度大于水平方向視場角的一半，使得各視場的平行光束只從波導表面法線左側入射。

5.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的傾斜波導板(103)，其特征在于，可選的，材料為高折射率的超薄平板玻璃或聚合物。

6.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的耦合輸入光柵(104)，其特征在于，結構為反射式閃耀光柵，由三層材料構成，下層為金屬反射層，中間層為高折射率透光薄膜，最上層為高折射率的波導材料。

7.如權利要求6所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的耦合輸入光柵(104)，其特征在于，可選地，所述下層金屬反射層為銀，所述中間層為二氧化鈦薄膜，所述最上層的波導材料為高折射率玻璃或聚合物。

8.如權利要求1所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的耦合輸出光柵(105)，其特征在于，結構為透射式矩形結構光柵，占空比為1:1；由兩層材料構成，下層為高折射率波導材料，上層為覆蓋在光柵表面上的一層高折射率透光薄膜。

9.如權利要求8所述的一種全彩傾斜波導投影顯示系統中的耦合輸出光柵(105)，其特征在于，可選的，所述波導材料為高折射率玻璃或聚合物，所述高折射率透光薄膜為二氧化鈦材料。