一种光学器件包括：透光基板；输入孔口和输出孔口；眼部运动框；基板外部的中间元件，用于将光波通过输入孔口耦合到基板中；在透光基板的两个主表面之间的第一反射表面，用于反射耦合输入的光波以实现从基板主表面的全内反射；定位在透光基板的主表面之间的平行于第一反射表面的第二平坦反射表面，用于将光波从基板耦合输出；以及光学元件，用于将通过输出孔口从基板耦合输出的光波重定向到眼部运动框中。输入孔口显著小于输出孔口，第一反射表面和第二反射表面的有效面积类似，并且每个耦合光波覆盖眼部运动框的整个孔口。光波覆盖眼部运动框的整个孔口。光波覆盖眼部运动框的整个孔口。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有小的输入孔口的高效紧凑型头戴式显示系统
[0001]本专利技术涉及基于基板的光波引导的光学器件，并且特别涉及包括由透光基板承载的反射表面和附接到基板的部分反射表面阵列的器件。
[0002]本专利技术可以有利地实现在大量成像应用中，诸如头戴式和平视显示器，以及蜂窝电话、紧凑型显示器和三维显示器。
技术介绍
[0003]紧凑型光学元件的一个重要应用是在头戴式显示器（HMD）中，其中光学模块既充当成像透镜又充当组合器，其中二维显示被成像到无限远并反射到观察者的眼睛中。显示器可以直接从诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、有机发光二极管阵列（OLED）、扫描源和类似设备的空间光调制器（SLM）获得，或者借助于中继透镜或光纤束间接获得。显示器包括元件（像素）阵列，所述元件（像素）阵列由准直透镜成像到无限远，并且借助于反射或部分反射表面透射到观察者的眼睛中，该反射或部分反射表面分别用作非透视和透视应用的组合器。典型地，常规的自由空间光学模块用于这些目的。随着系统的期望视场（FOV）的增加，这样的常规光学模块变得更大、更重和更笨重，并且因此，即使对于中等性能的器件，也是不切实际的。这是所有种类显示器、但尤其是在HMD中的主要缺点，其中系统应当尽可能轻和紧凑。
[0004]对紧凑性的需求已经导致了几种不同的复杂光学解决方案，所有这些解决方案一方面对于大多数实际应用来说仍然不够紧凑，并且另一方面，在可制造性、价格和性能方面经受重大缺陷。
[0005]公开号WO2017/141239、WO2017/141240、WO2017/141242和PCT/IL2018/051105中包含的教导通过引用并入本文。
技术实现思路
[0006]除了其他应用之外，本专利技术还促进为HMD提供紧凑型基板。本专利技术允许相对宽的FOV以及相对大的眼部运动框（EMB）值。所得的光学系统提供了大的高质量图像，这也适应了眼睛的大幅移动。根据本专利技术的光学系统是特别有利的，这是因为它比现有技术的实现更加紧凑，而且它甚至可以容易地并入到具有专门化配置的光学系统中。
[0007]因此，本专利技术的广泛目的是要减轻现有技术的紧凑型光学显示器件的缺点，并根据具体要求提供具有改进性能的其他光学组件和系统。
[0008]根据本专利技术，因此提供了一种包括光学器件的光学器件，该光学器件包括具有至少两个平行主表面和两个相对边缘的第一透光基板；输入孔口；靠近基板的主表面之一定位的输出孔口；具有孔口的眼部运动框；第一中间元件，具有定位在基板外部的至少两个表面，用于将具有视场的光波通过输入孔口耦合到基板中；第一平坦反射表面，具有定位在透光基板的两个主表面之间的有效面积，用于反射耦合输入的光波以实现从基板的主表面的全内反射；平行于第一平坦反射表面的第二平坦反射表面，具有有效面积并定位在透光基
板的两个主表面之间，用于将光波从基板耦合输出；以及重定向光学元件，具有定位在基板外部的至少两个表面，用于将通过输出孔口从基板耦合输出的光波重定向到眼部运动框中，其中输入孔口显著小于输出孔口，第一反射表面的有效面积与第二反射表面的有效面积相似，并且每个耦合光波覆盖眼部运动框的整个孔口。
附图说明
[0009]结合某些优选实施例，参考以下说明性的图来描述本专利技术，使得可以更全面地理解本专利技术。
[0010]具体参考详细的图，要强调的是，所示出的详情以示例的方式，并且仅用于本专利技术的优选实施例的说明性讨论的目的，并且被呈现以提供被认为是对本专利技术的原理和概念方面最有用和最容易理解的描述的内容。在这点上，没有试图比对本专利技术的基本理解所必需的更详细地示出本专利技术的结构细节。结合附图进行的描述将充当对本领域技术人员的关于可以如何在实践中体现本专利技术的几种形式的指导。
[0011]在附图中：图1是现有技术示例性透光基板的侧视图；图2是另一现有技术示例性透光基板的侧视图；图3A和3B图示了现有技术示例性透光基板中使用的选择性反射表面对于两个入射角范围的期望反射性和透射性特性；图4图示了示例性介电涂层的作为入射角的函数的反射性曲线；图5是现有技术的透光基板的示意性截面图，其中耦合输入和耦合输出元件是衍射光学元件；图6A、6B和6C图示了具有耦合输入和耦合输出表面以及部分反射重定向元件的现有技术透明基板的截面图；图7示意性地图示了根据系统的视角和EMB的耦合输出表面的有效部分；图8A、8B、8C和8D示意性地图示了根据系统的视角和EMB的耦合输入表面的有效部分；图9A、9B、9C和9D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的基板引导实施例的示意性截面图；图10是图示了根据本专利技术的对于三种不同波长的作为入射角的函数的入射光波在界面平面上的反射的曲线图；图11是图示了根据本专利技术的作为波长的函数的两种不同光波在界面平面上的入射角和界面平面的临界角的曲线图；图12A、12B和12C是图示了根据本专利技术的对于三种不同波长的作为入射角的函数的入射光波在界面平面上的反射，以及两种特定光波的入射角的曲线图；图13A、13B、13C和13D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的其他基板引导实施例的示意性截面图；图14A、14B、14C和14D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的又其他的基板引导实施例的示意性截面图；图15是图示了根据本专利技术的对于三种不同波长的作为入射角的函数的入射光波
在耦合输入表面上的反射的曲线图；图16是图示了根据本专利技术的作为波长的函数的两种不同光波在耦合输入表面上的入射角和耦合输入表面的临界角的曲线图；图17A、17B和17C是图示了根据本专利技术的对于三种不同波长的作为入射角的函数的入射光波在耦合输入平面上的反射，以及两种特定光波的入射角的曲线图；图18 A、18B、18C和18D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、两个中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的基板引导实施例的示意性截面图；图19A、19B、19C和19D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、两个中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的基板引导实施例的其他示意性截面图；图20A、20B、20C和20D是根据本专利技术的具有单个耦合输出元件、两个中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的基板引导实施例的又其他的示意性截面图；图21是根据本专利技术的具有两个相邻基板的基板引导实施例的示意性截面图，所述两个相邻基板具有不同的耦合输入表面倾斜角；图22A、22B、22C和22D是根据本专利技术的在具有两个相邻基板的基板引导实施例内部耦合的单个光波的示意性截面图；图23A、23B、23C和23D是根据本专利技术的在具有两个相邻基板的基板引导实施例内部耦合的另一光波的示意性截面图；图24A、24B和24C是根据本专利技术的在具有两个相邻基板的基板引导实施例内部耦合的又一光波的示意性截面图；图25是根据本专利技术的在具有两个相邻基板、中间棱镜和显著小于输出孔口的输入孔口的基板引导实施例内部耦合的三种不同光波的示意性截面图；图26A和26B是基板引导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学器件，包括：第一透光基板，具有至少两个平行的主表面和两个相对的边缘；输入孔口；靠近基板的主表面之一定位的输出孔口；具有孔口的眼部运动框；第一中间元件，具有定位在基板外部的至少两个表面，用于将具有视场的光波通过输入孔口耦合到基板中；第一平坦反射表面，具有定位在透光基板的两个主表面之间的有效面积，用于反射耦合输入的光波以实现从基板的主表面的全内反射；平行于第一平坦反射表面的第二平坦反射表面，具有有效面积并定位在透光基板的两个主表面之间，用于将光波从基板耦合输出；以及重定向光学元件，具有定位在基板外部的至少两个表面，用于将从基板通过输出孔口耦合输出的光波重定向到眼部运动框中，其中输入孔口显著小于输出孔口，第一反射表面的有效面积类似于第二反射表面的有效面积，并且每个耦合光波覆盖眼部运动框的整个孔口。2.根据权利要求1所述的光学器件，其中耦合到基板中和从基板耦合输出的光波具有亮度，由第二平坦反射表面从基板耦合输出的光波的亮度基本上类似于耦合到基板中的光波的亮度。3.根据权利要求1所述的光学器件，其中，第一平坦反射表面和第二平坦反射表面通过全内反射分别将光波耦合到基板中和耦合来自基板的光波。4.根据权利要求1所述的光学器件，其中，耦合在基板内部的光波从第一平坦反射表面和第二平坦反射表面反射相同次数的反射。5.根据权利要求1所述的光学器件，其中，耦合到基板中的光波仅入射在第一平坦反射表面和第二平坦反射表面的一部分上。6.根据权利要求5所述的光学器件，其中，入射在第一反射表面的更接近基板边缘之一的部分上的光波由第二反射表面的更接近基板的另一边缘的部分从基板耦合输出。7.根据权利要求5所述的光学器件，其中，入射在第一反射表面的更接近基板中心的部分上的光波由第二反射表面的更接近基板中心的部分从基板耦合输出。8.根据权利要求5所述的光学器件，其中，入射在第一反射表面的中心部分上的光波由第二反射表面的中心部分从基板耦合输出。9.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括第二中间元件，其中光波在由第一反射表面耦合到基板中之前穿过第一中间元件和第二中间元件。10.根据权利要求1所述的光学器件，其中，耦合输入的光波在被表面反射以耦合到基板中之前，穿过第一平坦反射表面至少两次。11.根据权利要求1所述的光学器件，其中，第一中间元件和重定向光学元件由第一光学粘合剂光学粘合到具有折射率的基板的主表面，限定第一界面平面和第二界面平面，其中粘合剂的折射率显著低于基板的折射率，并且抗反射涂层被施加到...
【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：奥里姆光学有限公司，
类型：发明
国别省市：
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