一种膜阵列波导光学系统技术方案

本实用新型专利技术属于光学系统和器件设计技术领域，提供了一种膜阵列波导光学系统，包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，第一全反射膜与多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和第一全反射膜与多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构，从而可有效改善用户观看体验。

A membrane array waveguide optical system

The utility model, which belongs to the technical field of optical system and device design, provides a membrane array waveguide optical system, including a display source used to provide a beam, an eyepiece for collimating a beam, a vertical extended waveguide to expand the beam and a horizontal extended wave to the beam and the beam out of the beam. The vertical spreading waveguide consists of the upper reflection film array and the lower reflection film array, and the upper reflection film array includes the first full reflection film and the multiple upper semi reverse transmises arranged in parallel with the first total reflection film, the first full reflection film and the first full reflection film and the first full reflection film at all upper ends of the upper half reverse semi permeable membrane. The lower surface of the upper semi reverse semi permeable membrane is wedge-shaped, and the lower reflection film array includes a number of lower half reverse semi permeable membranes, and the plane and the lower end of the upper half reverse semi permeable membrane in the lower layer are wedge-shaped, which can effectively improve the user's viewing experience.

【技术实现步骤摘要】
一种膜阵列波导光学系统
本技术属于光学系统和器件设计
，更具体地说，是涉及一种膜阵列波导光学系统。
技术介绍
在虚拟现实(VirtualReality，简称VR)领域，为了追求沉浸感和临场感，需要尽可能大的视场角，导致大部分现有虚拟现实产品位于用户眼前的光学元件均有较大的厚度，佩戴时需要配重系统来平衡重量，增加了用户头部的负担，无法实现轻薄的可穿戴近眼显示；增强现实(AugmentReality，简称AR)可以看到虚拟的图像叠加在真实的场景之上，作为未来近眼显示的主流，正处于概念性的产品开发展示阶段。为了实现光学透射式的近眼显示方案，现有的一些设计采用自由曲面棱镜元件，利用折反光路加补偿棱镜的方式实现光学透射，但这种方案的光学系统的厚度不能做到非常轻薄，影响用户的体验效果。目前虚拟现实产品和增强现实产品中均广泛采用平面光波导技术，平面光波导技术利用光束在平面波导元件内的全内反射来扩展出瞳，可有效降低光学元件的厚度，从而使得智能眼镜的外观更加轻薄和自然。然而，在传统的平面波导结构当中，垂直上下视场光束随着视场角和出瞳距的增大而分开得越厉害，导致重叠的区域减少，从而使得用户基本不能够体验到增强现实的效果，观看效果不好，用户体验较差。以上不足，有待改进。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种膜阵列波导光学系统，以解决传统的平面波导结构存在的用户观看效果不好、体验较差的技术问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种膜阵列波导光学系统，包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；所述垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；所述上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与所述第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，所述第一全反射膜将入射到所述垂直扩展波导上的光束反射到与该第一全反射膜相邻的一个上层半反半透膜上，所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；所述下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，所述多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构。本技术提供的一种膜阵列波导光学系统的有益效果在于：(1)由于上层反射膜阵列的上层半反半透膜成楔形排列，下层反射膜阵列中的下层半反半透膜成楔形排列，从而使得在垂直扩展波导体积不改变的情况下，上层反射膜阵列中能排列更多的上层半反半透膜，下层反射膜阵列中能排列更多的下层半反半透膜，不仅可以使得出瞳扩展的有效区域增大，从而增大了视场角，因此在获得相同视场角的情况下，垂直扩展波导的体积可以进一步缩小，从而可以缩小光学系统的体积。(2)由于上层反射膜阵列的上层半反半透膜成楔形排列，上层反射膜阵列中能排列更多的上层半反半透膜，从而使得相邻上层半反半透膜之间的距离减小，使得经过相邻上层半反半透膜反射之后的光束的间距变小，从而减小了出瞳点阵之间的距离，用户在观看过程中不会丢失光束所携带的图像信号，从而提高了用户的观看效果，改善观看体验。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的整体结构示意图；图2为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的垂直扩展波导的结构示意图一；图3为本技术实施例提供的垂直扩展波导中非楔形排列的反射膜阵列的结构示意图一；图4为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的垂直扩展波导的结构示意图二；图5为本技术实施例提供的垂直扩展波导中非楔形排列的反射膜阵列的结构示意图二；图6为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的水平扩展波导的结构示意图；图7为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的场曲图一；图8为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的畸变图一；图9为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的调制传递函数图一；图10为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的场曲图二；图11为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的畸变图二；图12为本技术实施例提供的膜阵列波导光学系统的目镜的调制传递函数图二。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图1和图2，一种膜阵列波导光学系统，包括依次排列的用于提供光束的显示源1、对光束进行准直的目镜2、对光束进行扩展的垂直扩展波导3和对光束进行扩展并将光束射出的水平扩展波导4。垂直扩展波导3包括上层反射膜阵列31和下层反射膜阵列32。上层反射膜阵列31包括第一全反射膜310和多个上层半反半透膜。其中，该第一全反射膜310用于将由目镜2入射到垂直扩展波导3的光束反射至与该第一全反射膜310相邻的一个半反半透膜上。第一全反射膜310和多个上层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构，下层反射膜阵列32包括多个下层半反半透膜，多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构。多个上层半反半透膜呈楔形结构是指各上层半反半透膜的上端所在平面与下端所在平面的延长线相交于一点；多个下层半反半透膜呈楔形结构是指各下层半反半透膜的上端所在平面与下端所在平面的延长线相交于一点。在本实施例中，上层半反半透膜的数量优选为四个，为了便于描述，四个上层半反半透膜分别记为上层第一反射膜311、上层第二反射膜312、上层第三反射膜313和上层第四反射膜314，四个上层反射膜按顺序排成阵列。下层半反半透膜的数量优选为四个，为了便于描述，四个下层半反半透膜分别记为下层第一反射膜321、下层第二反射膜322、下层第三反射膜323和下层第四反射膜324，四个下层反射膜按顺序排成阵列。本实施例提供的膜阵列波导光学系统的工作原理如下：显示源1发出的光束先经过目镜2进行准直后耦合到垂直扩展波导3中，经第一全反射膜310反射后，光束到达上层半反半透膜，经过多个上层半反半透膜，扩展成多份光束；该多份光束从垂直扩展波导3出射后进入水平扩展波导4并进一步扩展，经过扩展得到的多份光束从水平扩展波导4出射后形成出瞳点阵可供用户5观看。这样设置的有益效果在于：(1)由于上层反射膜阵列31的上层半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜阵列波导光学系统，其特征在于：包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；所述垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；所述上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与所述第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，所述第一全反射膜将入射到所述垂直扩展波导上的光束反射到与该第一全反射膜相邻的一个上层半反半透膜上，所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；所述下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，所述多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构。

【技术特征摘要】
1.一种膜阵列波导光学系统，其特征在于：包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；所述垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；所述上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与所述第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，所述第一全反射膜将入射到所述垂直扩展波导上的光束反射到与该第一全反射膜相邻的一个上层半反半透膜上，所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；所述下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，所述多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构。2.如权利要求1所述的膜阵列波导光学系统，其特征在于：所述垂直扩展波导还包括垂直扩展波导本体，所述垂直扩展波导本体包括用于接收由所述目镜射出的光束的第一上表面和用于将光束出射到所述水平扩展波导的第一下表面，所述上层反射膜阵列设于所述垂直扩展波导本体内且靠近所述第一上表面，所述下层反射膜阵列设于所述垂直扩展波导本体内且靠近所述第一下表面。3.如权利要求2所述的膜阵列波导光学系统，其特征在于：所述第一全反射膜的上端和所述多个上层半反半透膜的上端所在的平面与所述第一上表面齐平，所述第一全反射膜的下端和所述多个上层半反半透膜的下端所在的平面与所述第一上表面不平行；多个所述下层半反半透膜的上端所在的平面与所述第一下表面不平行。4.如权利要求3所述的膜阵列波导光学系统，其特征在于：所述上层反射膜阵列中用于将光束反射到所述下层反射膜阵列的上层半反半透膜为上层第一反射膜，所述下层反射膜阵列中接收所述上层第一反射膜的反射光束的下层半反半透膜为下层第一反射膜，所述上层第一反射膜的中心和所述下层第一反射膜的中心在所述上层反射膜阵列的排列方向上偏移第一预设距离。5.如权利要求2所述的膜阵列波导光学系统，其特征在于：多个所述上层半反半透膜相互平行且与所述第一上表面形成第一夹角，多个所述下层半反半透膜相互平行且与所述第一下表面形成第二夹角，且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国洲，
申请(专利权)人：深圳市柔宇科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44