平板波导制造技术

本发明专利技术提出一种平板波导，用于传输并消除被传输图像的镜像图像，形成实际图像，包括：平行平板和级联分光膜，平行平板具有相互平行的两个表面，用于接收并传输入射波导光，入射波导光承载被传输图像，级联分光膜，设置于平行平板内，与平行平板的上下表面不平行，用于将入射波导光反射出平板波导。本发明专利技术的平板波导可有效解决级联分光膜近眼显示系统中的镜像问题，改善了图像质量。

Slab waveguide

【技术实现步骤摘要】
平板波导
本专利技术涉及显示用光学设备领域，尤其涉及一种平板波导。
技术介绍
头盔显示(HMD)在现代各个
具有广泛的应用，无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据，还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，HMD都得到了应用。基于全反射原理，光束需要在波导的上、下表面不断反射传输，最后传入人眼，但是其波导传输图像过程中，会形成左右相反的镜像，影响图像的清晰度。
技术实现思路
为了解决上述波导传输图像过程中，形成左右相反的镜像，进而影响图像清晰度的问题，本专利技术提出了一种平面波导，用于消除镜像。本专利技术提出了一种平板波导，包括：平行平板，所述平行平板具有相互平行的两个表面，用于接收并传输入射波导光，所述入射波导光承载被传输图像，以及级联分光膜，设置于所述平行平板内，与所述平行平板的上下表面不平行，用于将入射波导光反射出平板波导，假定所述级联分光膜与所述平行平板的下表面之间的夹角为a，所述入射波导光的中心图像光与所述平行平板的下表面之间的夹角为b，被传输图像的图像显示视角为2ω，所述平行平板的折射率为n，平板波导的平面距离人眼瞳孔的距离为d，人眼瞳孔的直径为D，当a>b时，90-2a-b>90-4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90-2a-b-ω))×d-Tan(arcsin(n×sin(90-4a+b+ω))×d当a<b时，90-2a-b<90-4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90-4a+b-ω))×d-Tan(arcsin(n×sin(90-2a-b+ω))×d并且满足以下关系：L>D/2。此外，优选进一步满足L>D。此外，优选平行平板的折射率大于1.5。此外，优选级联分光膜的半高谱角为90°-0.5×(|a+b|+|a-b|)；级联分光膜在实际角度入射光线范围[0,90°-a-b+ω]的透射率为1-R，0.1≤R＜0.5；级联分光膜在镜像角度光线范围[90°-|b-a|-ω,90°]的透射率为96％以上；级联分光膜在半高谱角的透射率为(2-R)/2，0.1≤R＜0.5，其中，R为反射率。此外，优选入射波导光具有预定的偏振态，并且，平板波导还具有1/4波片，分别设置于平行平板的上下表面，用于全反射入射波导光，并转换入射波导光的偏振态。此外，优选入射波导光的偏振态为S态或P态，级联分光膜具有偏振选择性，透射全部S态光或全部P态光，反射部分的另一种偏振态的光。此外，优选当入射波导光的偏振态为P态、并且第一次反射发生在平行平板的下表面时，经过平行平板上下表面的奇数次反射，P态光被转换为S态光，经过上下表面的偶数次反射，S态光被转换为P态光，级联分光膜透射全部P态光且反射部分S态光，或者透射全部S态光且反射部分P态光。此外，优选当入射波导光的偏振态为P态、并且第一次反射发生在平行平板的上表面时，经过平行平板上下表面的奇数次反射，P态光被转换为S态光，经过上下表面的偶数次反射，S态光被转换为P态光，级联分光膜透射全部S态光且反射部分P态光，或者透射全部P态光且反射部分S态光。此外，优选当入射波导光的偏振态为S态、并且第一次反射发生在平行平板的下表面时，经过平行平板上下表面的奇数次反射，S态光被转换为P态光，经过上下表面的偶数次反射，P态光被转换为S态光，级联分光膜透射全部P态光且反射部分S态光，或者透射全部S态光且反射部分P态光。此外，优选当入射波导光的偏振态为S态、并且第一次反射发生在平行平板的上表面时，经过平行平板上下表面的奇数次反射，S态光被转换为P态光，经过上下表面的偶数次反射，P态光被转换为S态光，级联分光膜透射全部P态光且反射部分S态光，或者透射全部S态光且反射部分P态光。本专利技术的技术效果在于，本专利技术的平板波导有效解决级联分光膜近眼显示系统中的镜像问题，将镜像亮度降低到实际图像的5％以下，并且不增加系统的体积和重量，胶层均匀性高，提高了透过光束能量阈值，减小在高能激光应用中出现炸裂的可能性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中平板波导的光路示意图。图2为现有技术中级联分光膜前表面反射产生镜像的光路分析示意图。图3为现有技术中级联分光膜后表面反射产生镜像的光路分析示意图。图4为本专利技术第一实施例的级联分光膜透射率曲线示意图。图5为当a<b时平板波导内光路示意图。图6为当a>b时平板波导内光路示意图。图7为本专利技术第二实施例的平板波导的结构示意图。图8为本专利技术第二实施例的平板波导内的光路示意图。图9为当第一次反射发生在平行平板下表面时的光路示意图。图10为当第一次反射发生在平行平板上表面时的光路示意图。图11为本专利技术第三实施例的平板波导的结构示意图。附图标号：平行平板100级联分光膜2001/4波片300准直光学系统400图像源500入射波导光10镜像光21镜像图像中心光22实际图像光31实际图像中心光32具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护的范围。图1为现有技术中平板波导的光路示意图。如图1所示，传统平板波导在传输图像过程中，入射波导光10需要基于全反射原理在平板波导的上表面、下表面不断反射和传输，平板波导的上表面反射的光束、下表面反射的光束，当入射到级联分光膜200时，都会被反射出平板波导，从而形成左右相反的图像，影响实际图像的清晰度。根据光束在级联分光膜200所反射的位置的不同，镜像的产生分为两种情况：一种为上表面反射的光线入射级联分光膜200前表面反射后出射，另一种为上表面反射的光线入射阵列膜后表面反射后出射，结合图2、图3，对上述两种镜像产生方式分别说明。图2为现有技术中级联分光膜前表面反射产生镜像的光路分析示意图，如图2所示，并通过三角关系和反射定律可知：实际图像光31在平板波导内的全反射角度为90°-b；镜像光21在平板波导内的全反射角度为90°-2a+b；实际图像中心光32出射角度为arcsin(n×sin(90°-2a-b))；镜像图像中心光22出射角度为arcsin(n×sin(90°-4a+b))；其中，平板波导玻璃折射率为n，级联分光膜200与平板波导的下表面之间夹角为a，入射波导光与平板波导的下表面之间夹角为b，且此时b<a。由于镜像图像中心光22与实际图像中心光32的出射角度不同，上表面反射的光线入射级联分光膜200前表面反射后出射，形成了镜像图像，因此该镜像图像会影响实际图像的清晰度。图3为现有技术中级联分光膜后表面反射产生镜像的光路分析示意图，如图3所示，并通过三角关系和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平板波导，包括：平行平板，所述平行平板具有相互平行的两个表面，用于传输入射波导光，所述入射波导光承载被传输图像，以及级联分光膜，设置于所述平行平板内，与所述平行平板的上下表面不平行，用于将入射波导光反射出平板波导，假定所述级联分光膜与所述平行平板的下表面之间的夹角为a，所述入射波导光的中心图像光与所述平行平板的下表面之间的夹角为b，被传输图像的图像显示视角为2ω，所述平行平板的折射率为n，平板波导的平面距离人眼瞳孔的距离为d，人眼瞳孔的直径为D，当a≥b时，90‑2a‑b>90‑4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90‑2a‑b‑ω))×d‑Tan(arcsin(n×sin(90‑4a+b+ω))×d当a<b时，90‑2a‑b<90‑4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90‑4a+b‑ω))×d‑Tan(arcsin(n×sin(90‑2a‑b+ω))×d并且满足以下关系：L>D/2。

【技术特征摘要】
1.一种平板波导，包括：平行平板，所述平行平板具有相互平行的两个表面，用于传输入射波导光，所述入射波导光承载被传输图像，以及级联分光膜，设置于所述平行平板内，与所述平行平板的上下表面不平行，用于将入射波导光反射出平板波导，假定所述级联分光膜与所述平行平板的下表面之间的夹角为a，所述入射波导光的中心图像光与所述平行平板的下表面之间的夹角为b，被传输图像的图像显示视角为2ω，所述平行平板的折射率为n，平板波导的平面距离人眼瞳孔的距离为d，人眼瞳孔的直径为D，当a≥b时，90-2a-b>90-4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90-2a-b-ω))×d-Tan(arcsin(n×sin(90-4a+b+ω))×d当a<b时，90-2a-b<90-4a+b，镜像和实际光线入射到人眼距离时的水平偏差L为：Tan(arcsin(n×sin(90-4a+b-ω))×d-Tan(arcsin(n×sin(90-2a-b+ω))×d并且满足以下关系：L>D/2。2.根据权利要求1所述的平板波导，其中，进一步满足L>D。3.根据权利要求1所述的平板波导，其中，所述平行平板的折射率大于1.5。4.根据权利要求1所述的平板波导，其中，所述级联分光膜的半高谱角为90°-0.5×(|a+b|+|a-b|)；所述级联分光膜在实际角度入射光线范围[0,90°-a-b+ω]的透射率为1-R，0.1≤R＜0.5；所述级联分光膜在镜像角度光线范围[90°-|b-a|-ω,90°]的透射率为96％以上；所述级联分光膜在所述半高谱角的透射率为(2-R)/2，0.1≤R＜0.5，其中，R为反射率。5.根据权利要求1所述的平板波导，其中，所述入射波导光具有预定的偏振态...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：北京亮亮视野科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11