基底导向成像透镜制造技术

本发明专利技术提供一种光学系统，该光学系统包括：基底，具有至少一个主表面和边缘；光学元件，用于通过全内反射将光耦合到所述基底中；由于所述基底承载的至少一个反射表面，以及至少一个延迟片；其特征在于至少一个反射光学元件，其中，所述延迟片位于所述基底的主表面的至少一部分和所述反射光学元件之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基底导向(substrate-guided)光学系统，具体来说， 涉及包含由普通光传输基底承栽的反射表面、延迟片和反射光学元件 的布置的光学系统。这一系统也称为光导准直元件(LCE)。本专利技术可以在大量的成像应用以及非成像应用中有益地实现，所 述成像应用，例如，头戴式显示器和平视显示器、蜂窝电话、小型显 示器、3-D显示器、小型扩束器，所述非成像应用，例如平板指示器、 小型照明器和扫描器。
技术介绍
小型光学元件的一个重要应用是在头戴式显示器中，其中光学模 块既用作反射光学元件又用作组合器，在头戴式显示器中二维显示器 在无限远成像并反射进观察者的眼中。该显示器可以直接从诸如阴极 射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、 扫描源的空间光调制器(SLM)或相似装置获得，或者间接地通过中 继透镜或光纤束获得。该显示器包括元件(像素)阵列，该元件(像 素)阵列通过准直透镜在无限远成像，并通过分别作为非看穿和看穿 应用的组合器的反射或部分反射表面传输到观察者的眼中。通常，常 规的、自由空间光学模块用于这些目的。随着系统的理想视场(FOV) 的增大，这样的常规光学模块变得更大、更沉、更笨重，因此即使对 于中等性能的装置也是不实用的。这对于各种各类的显示器都是一个 主要缺点，尤其在系统必须尽可能地轻便和紧凑的头戴式应用中。对紧凑的追求导致了若千种不同的复杂的光学解决方案，所有的 这些解决方案， 一方面对于大部分实际应用仍然不够紧凑，另一方面 在可制造性方面受到主要缺点的影响。此外，由这些设计导致的光学视角的眼睛运动区(EMB)经常非常小一一通常小于8mm。因此， 即使对于相对于观察者的眼睛光学系统很小的移动该光学系统的性 能也非常敏感，并且不允许瞳孔充分的移动以便从这些显示器舒适地 读取文本。包括在以申请人的名义的公开WO 01/95027、 WO 2006/013565、 WO 2006/085309、 WO 2006/085310和PCT/IL2006/001278中的指导 以引用的方式并入本文。
技术实现思路
除了其它应用，本专利技术促进了用于头戴式显示器(HMD)的非 常紧凑的成像装置的设计和制造。本专利技术允许相对较宽的FOV与相 对较大的EMB值一同实现。结果所得到的光学系统提供大的、高质 量的图像，这样还允许眼睛在较大范围的移动。由于本专利技术提供的光有指定配置的光学系统中，因此本专利技术提供的光学系统特别有益。本专利技术还能够构造改进的平视显示器(HUD)。自从这种显示 器在三十多年前推出以来，在该领域有了显著的进步。的确，HUD 已经变得普及并且它们现在扮演着重要的角色，不仅在大部分现代战 斗机中，而且在民用飞机中，其中HUD系统已经成为低可见度降落 操作的关键部件。此外，最近有很多用于汽车应用中的HUD的提议 和设计，其中这些提议和设计可以潜在地在驾驶和导航任务中辅助驾 驶员。不过，现有技术的HUD具有若干个明显的缺点。当前设计的 所有HUD都需要显示光源，该显示光源必须弥补离组合器的较大的 距离以便确保该光源照射整个組合器表面。结果，组合器投射器HUD 系统必然成为笨重的、大的并且需要相当大的安装空间，这使得其安 装不方便并且有时甚至使用起来不安全。常规的HUD的大光学孔径 也提出了对光学设计的相当大的挑战，或者导致具有折衷性能的 HUD，或者当需要高性能时导致高成本。高质量全息HUD的色散特 别需要关注。因此，本专利技术的主要目的是为了緩解现有技术的紧凑光学显示装 置的缺点，并根据具体要求提供具有改善的性能的其它光学部件和系 统。本专利技术的另一目的涉及其在紧凑HUD中的实现，緩解前述的缺 点。在本专利技术的HUD设计中，该组合器使用可以附着于基底的紧凑 显示光源。因此，整个系统非常紧凑并且可以容易地以不同的配置安 装从而用于较大范围的应用。另外，显示器的色散可以忽略不计，并 且这样可以以宽的光语源操作，包括常规的白光光源。另外，本专利技术 扩大了图像，从而使得组合器的有效区域可以比由光源实际照射的区 域大得多。本专利技术的另一目的是为提供用于移动的、手持应用例如手机的具 有宽FOV的紧凑显示器。在当今的无线互联网访问市场中，可以实 现用于全视频传输的足够带宽。限制因素仍然在于终端用户的装置内 的显示器质量。移动性要求限制了显示器的物理大小，结果是直接显 示很差的图像观看质量。本专利技术能够实现具有非常大的可视图像的物 理上非常紧凑的显示器。这一点在移动通信中是关键特征，特别是对 于移动互联网访问，解决了其实际实施的一个主要限制。因此，本专利技术能够在小的手持装置例如手机或任何娱乐装置中观看全格式的互 联网页面的数字内容。因此，根据本专利技术，提供一种光学系统，该光学系统包括具有至 少一个主表面和边缘的基底、用于通过全内反射将光耦合进所述基底 的光学元件、由所述基底承栽的至少一个反射表面、以及至少一个延 迟片，该光学系统的特征在于至少一个反射光学元件，其中所述延迟 片位于基底的主表面的至少一部分和所述反射光学元件之间。附图说明参考下述示例图结合某些优选实施例描述本专利技术，从而可以更全 面地理解本专利技术。就对附图的详细特定参考而言，强调了所示出的细节是通过举例的方式并且只是出于对本专利技术的优选实施例的示例性讨论的目的，并 且由于提供被认为在本专利技术原理和概念方面是最有用和容易理解的 描述的原因而提供这些细节。在这点上，没有试图去示出比基本上理 解本专利技术所需的结构细节更详细的本专利技术的结构细节。就附图进行的 描述是用来指导本领域技术人员实践中如何可以实施本专利技术的若干 形式。在附图中图1是示出根据本专利技术的用于使来自显示光源的输入光波准直 的光学系统的视图2是示出根据本专利技术的用于将来自显示光源的输入光波准直 和耦合入LOE中的方法的碎见图3是示出根据本专利技术的用于使来自硅基液晶(liquid crystal on silicon) (LCOS)显示光源的输入光波准直的方法的视图4a、图4b和图4c是示出根据本专利技术的用于使来自显示光源 的输入光波准直和扩展它的方法的视图5是示出根据本专利技术的用于通过使用场透镜和准直透镜使来 自显示光源的输入光波准直的方法的视图6是示出根据本专利技术的用于通过使用两个透镜来使来自显示 光源的输入光波准直的方法的视图7是示出根据本专利技术的用于通过使用两个透镜来使来自LCOS显示光源的输入光波准直的方法的视图8a和图8b是示出根据本专利技术的用于通过使用三个透镜来使来 自(a) LCD和(b) LCOS显示光源的输入光波准直的方法的视图9是示出根据本专利技术的用于通过使用两个透镜来将来自LCOS 显示光源的输入光波准直和耦合入LOE的方法的视图IO是示出现有技术的准直透镜的光学性能的视图ii是示出根据本专利技术的准直透镜的光学性能的曲线图12是示出根据本专利技术的用于通过耦合入偏振敏感反射表面将偏振输入波耦合入光导光学元件的光学系统的视图；图l3是示出根据本专利技术的用于通过耦合入偏振敏感反射表面将来自显示光源的输入光波准直和耦合入LOE的光学系统的视图14示出通过耦合入常规反射表面而耦合入LOE的两条边缘光线；图15示出根据本专利技术的通过耦合入偏振敏感反射表面而耦合入 LOE的两条边缘光线；图16是示出根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，包括：　基底，具有至少一个主表面和边缘；　光学元件，用于通过全内反射将光耦合到所述基底中；　由所述基底承载的至少一个反射表面，以及　至少一个延迟片；　其特征在于至少一个反射光学元件，　其中， 所述延迟片位于所述基底的主表面的至少一部分和所述反射光学元件之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y艾米泰，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]