本发明专利技术提供了一种用于显示的折叠准直光学波导器件，包括显示光源、准直透镜、光波耦合输入面、光波扩展传输衬底、光波耦合输出面以及光波准直组件。其中显示光源用于发出显示所需图像的显示光波，准直透镜对光源发出的光波进行准直，光波耦合输入面将准直光波耦合进入到平面波导，光波扩展传输衬底则对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；光波耦合输出面用于改变衬底中传输光波的传播方向，使其耦合输出衬底，光波准直组件会将耦合出衬底的光线进行准直，从而扩大观察视场。本发明专利技术光学器件拥有大的视场和紧凑的光学设计，不仅能用于可穿戴显示，还可用于汽车导航显示以及裸眼3D显示等领域。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 一种用于显示的折叠准直光学波导器件
本专利技术涉及一种光学波导器件，特别是一种可用于图像显示的折叠准直光学波导器件。
技术介绍
目前，流行的可穿戴显示设备以及其他结构紧凑的平板显示、笔记本显示系统等通常都是依靠光学器件来传输和显示所需要预览的图像信息。例如显示系统通过使用光学透镜可以将图片虚拟地显示在人眼前方的一定距离处，从而可以边走路边浏览相关的电子信息的内容，增强了现实感。通常此类光学系统主要的核心组件由三部分组成:耦合输入装置、传输衬底以及耦合输出装置。另外结构紧凑、轻巧、视场大以及高的图像分辨率一直是此类光学系统追求的目标。虽然常规的成像方式即潜望镜系统可以获得较大的视场，但是随着视场的增加，光学系统整体的重量和体积也会随之急剧增加，导致在很多情况下，此类光学系统的应用受到了限制。为此寻求结构轻巧、紧凑的光学系统的设计便成了此类成像器件研究的趋势。为了解决传统可穿戴设备由于光学成像系统重量和体积造成的缺陷，本专利技术设计了一种新型的用于显示的折叠准直光学波导器件。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于显示的折叠准直光学波导器件。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下的技术方案: 一种用于显示的折叠准直光学波导器件，其特征在于:依次包括:显示光源，用于发出显示所需图像的显示光波；准直透镜，对光源发出的光波进行准直；光波耦合输入面，将准直光波耦合进入到平面波导；光波扩展传输衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；光波耦合输出面，改变衬底中传输光波的传播方向，使其耦合输出衬底；光波准直组件，用于将耦合出衬底的光线进行准直，从而扩大观察视场。其中，准直透镜位于显示光源和扩展传输衬底之间，准直透镜和显不光源位于衬底中稱合输入面一侧的上方，光波准直组件则位于衬底中耦合输出面一侧的下方，紧挨着衬底的下表面。本专利技术主要利用内反射、视角放大以及棱镜改变光波传播方向原理实现的。采用准直透镜将来自显示光源的光波进行准直，并将准直后的光信号直接耦合到衬底中，利用全反射的设计使光波在衬底中能够无损耗地传输到所需的耦合输出位置，利用棱镜在耦合输出位置打破光波在波导内的全反射条件将光波耦合输出衬底，然后利用准直光束组件对耦合输出的光波进行准直，从而达到增大观察视场的效果。本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件，还具有这样的特征:准直透镜是由双凸透镜组成。本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件，还具有这样的特征:光波扩展传输衬底满足使得在衬底中传输的光线与衬底上下表面法线的夹角大于全反射临界角。本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件，还具有这样的特征:光波准直组件是有一系列特殊结构的梯形单元组成的，该梯形单元的反射面使得入射到该反射面的光线发生全反射。与现有的成像波导系统相比，本专利技术拥有大的视场和紧凑的光学设计。这些优点使得本专利技术相比于传统的成像系统，体积和重量得以减小，在相同的体积下，视场更大，结构也更紧凑、轻巧。本专利技术光学系统不仅能用于可穿戴显示，还可用于汽车导航显示以及裸眼3D显示等领域。【附图说明】图1为本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件的示意图； 图2为本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件中光波在衬底传输的示意图； 图3为本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件的光波准直组件示意图；以及图4为本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件的一种应用实例。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的具体工作过程给予说明。图1为本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件的示意图。如图1所示，本专利技术的系统组成包括:显不光源10、准直透镜11、光波稱合输入面12、光波扩展传输衬底13、光波耦合输出面14和光波准直组件15。显示光源10发出的光波经过准直透镜11的准直后，入射到光波稱合输入面12上,经过稱合输入面的反射,光波被稱合进入到光波扩展传输衬底13中，光波在衬底中以全反射的形式进行无损耗地传输，到达光波耦合输出面14上，经过输出面的反射，光波输出衬底，进入到光波准直组件15中，该组件将输出光束进行准直，从而扩大观察视场。本专利技术用于显示的折叠准直光学波导器件由六部分组成，对于具体的应用可对本专利技术波导器件的组成部分进行相应的扩展，从而进一步提升系统的应用潜力。下面针对本专利技术的具体四部分的作用给以相应解释性说明: 显示光源10在头戴显示应用系统中主要提供用来观察的图像信息。而目前主流的显示光源有LCD、OLED等。由于不同的显示光源，其偏振态也不相同，因此在选择光源时需要按照平面齿形波导对不同光源光波传输特性的要求进行选取，否则将导致图像中出现重影，进而降低了图像的显示质量，影响了图像的分变率。准直透镜11主要是对显示光源发出的光波进行准直，它由双凸透镜组成。为了实现图像的虚拟显示以及使光波尽可能地耦合进入衬底中，通常根据具体的需求，应设计相应的消色差透镜来对光波进行准直。光波耦合输入面12主要是用于将外界的光信号耦合到折叠衬底中去。对于此输入面可以有棱镜等方式来代替。光波扩展传输衬底13用于将耦合到衬底中的光波的视场给予放大。由于该扩展传输衬底的存在，使光信号在观察方向内的不同角度都可以进入到观察者的视野中，从而扩大了观察者的视场。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于显示的折叠准直光学波导器件，依次包括：显示光源，用于发出显示所需图像的显示光波；准直透镜，对显示光源发出的光波进行准直；光波耦合输入面，将准直光波耦合进入到平面波导；光波扩展传输衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；光波耦合输出面，改变衬底中传输光波的传播方向，使其耦合输出衬底；光波准直组件，用于将耦合出衬底的光线进行准直，从而扩大观察视场，其中，准直透镜位于显示光源和扩展传输衬底之间，准直透镜和显示光源位于衬底中耦合输入面一侧的上方，光波准直组件则位于衬底中耦合输出面一侧的下方，紧挨着衬底的下表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张圣军，张庆，
申请(专利权)人：上海理湃光晶技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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