公开了一种包括光学平板和光学楔形件的波导。光学平板具有第一折射率n1＞1。该光学平板包括：一对相对表面和输入端口。该对相对表面以平行配置布置。输入端口布置成以一角度将光接收到光学平板中，从而通过一系列内部反射在第一和第二相对表面之间引导光。光学楔形件具有第二折射率n2，其中，1＜n2＜n1。光学楔形件包括以楔形配置布置的一对相对表面。光学楔形件的第一表面邻接光学平板的第二表面以形成界面，该界面允许由光学平板引导的光在沿着界面的多个点处部分地透射到光学楔形件中，从而使光被多次划分。楔形件的角度允许在界面处接收的光通过光学楔形件的第二表面逸出，使得波导的出射光瞳被光的多个划分扩展。导的出射光瞳被光的多个划分扩展。导的出射光瞳被光的多个划分扩展。
【技术实现步骤摘要】
光瞳扩展器
[0001]本申请是申请人于2021年2月19日提交的名称为“光瞳扩展器”的第202110191344.5号专利申请的分案申请。
[0002]本公开涉及一种光瞳扩展器，比如波导光瞳扩展器。更具体地，本公开涉及一种用于平视显示器的图片生成单元的平板波导光瞳扩展器。本公开还涉及一种投影仪和投影方法，比如全息投影的投影仪和投影方法。一些实施例涉及平视显示器和增加平视显示器的观察窗口或眼动盒的方法。
技术介绍
[0003]从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或回放图像。
[0004]计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。例如，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
[0005]可以在布置为调制入射光的振幅和/或相位的空间光调制器上对计算机生成的全息图进行编码。例如，可以使用电可寻址液晶、光学可寻址液晶或微镜来实现光调制。
[0006]空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元素。光调制方案可以是二元的、多级或连续的。可替代地，装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个装置上是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射输出。
[0007]可以使用本文描述的系统来提供全息显示装置，比如全息投影仪。这样的投影仪已经在平视显示器“HUD”中找到了应用。
技术实现思路
[0008]本文公开了一种包括光学平板和光学楔形件的波导。光学平板具有第一折射率n1>1。该光学平板包括：一对相对表面和输入端口或更简单地称为“输入部”。该对相对表面以平行配置布置。即，光学平板的第一表面和第二表面基本平行。第一表面包括输入部(端口)，其布置成以一角度将光接收到光学平板中，从而通过一系列内部反射在第一和第二相对表面之间引导光。因此，在实施例中，第一表面在输入部(端口)处不平行于第二表面。光学楔形件具有第二折射率n2，其中，1<n2<n1。
[0009]光学楔形件包括以楔形配置布置的一对相对表面。即，光学楔形件的第一表面和第二表面不平行。光学楔形件具有一个相对较厚的端部和一个相对较薄的端部。光学楔形
件的第一表面邻接光学板的第二表面，并且基本平行于光学板的第二表面，以形成界面，该界面允许由光学平板引导的光在沿着界面的多个点处部分地透射到光学楔形件中，从而使光被多次划分。在光学楔形件的第一表面和第二表面之间通常形成锐角，使得随着距波导输入端的距离增加，在楔形件的第二表面和第一表面之间的距离或间隔(在基本垂直于楔形件的第一表面的方向上)减小。因此，第二表面通常渐缩以在波导的输出端的一点或顶点处与第一表面相交。楔形件的角度允许在界面处接收的光通过光学楔形件的第二表面逸出，使得波导的出射光瞳被光的多个划分扩展。通过在平板的第一表面与周围介质(例如空气)之间的界面处的全内反射将光包含在波导内。
[0010]光学平板的第一和第二相对表面是平板的导光表面。即，它们是通过内部反射在其间反弹光的表面，以便以光学领域的技术人员所熟悉的方式将光从平板的一端传播到另一端。在这方面，可以说光学平板的第一和第二表面是光学平板的主表面。平板一词在本文用来反映第一和第二表面是基本平面的并且是基本平坦的。本领域技术人员将熟悉具有传播轴线或传播方向的光学平板，该传播轴线或传播方向指示光被引导的大致方向，即使实际光线路径是两个导光表面之间的锯齿形。光学平板的成对导光表面基本平行，使得每次反弹的入射角是恒定的。
[0011]光学楔形件的第一(底)表面邻接光学平板的第二(顶)表面。光学平板的第一(底)表面和光学楔形件的第二(顶)表面与诸如空气的低折射率材料形成界面。光学平板的材料的折射率高于光学楔形件的材料的折射率。平板和楔形件之间的界面产生光线的多个副本。楔形件的倾斜第二(顶)表面允许光线副本离开波导。波导的出射光瞳通过形成光线的多个副本而扩展。楔形件的第一(底)表面接收光，楔形件的第二(顶)表面透射光。在这方面，可以说光学楔形件的第一和第二表面是光学楔形件的主表面。术语“楔形件”在本文中用来反映该部件的厚端的厚度逐渐减小到薄端。锥度可以是线性的或非线性的。术语楔形件还反映顶表面和底表面之间存在一角度。该角度可以是恒定的，也可以随着沿楔形件的距离而变化。楔形件的第一(底)表面上的入射角不同于楔形件的第二(顶)表面上的入射角。在本文使用弯曲的楔形表面描述的实施例中，光在楔形件的第一(底)表面上的入射角大于光在楔形件的第二(顶)表面上的入射角。
[0012]在实施例中，来自光学平板的第一(底)表面的反射满足用于全内反射的条件，即入射角大于平板与空气之间的临界角。在实施例中，来自光学平板的第二(顶)表面的反射不满足用于全内反射的条件，因此一些光通过平板与楔形件之间的界面透射。这是因为平板
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楔形件界面的临界角大于平板
‑
空气界面的临界角，因为1<n2<n1。在来自平板
‑
楔形件界面的每次反弹处，光都会被划分。在实施例中，提供多个划分用于光瞳扩展。光学楔形件的功能是将光提取或耦合出波导。由于具有比空气更高的折射率，光学楔形件的底表面破坏了平板内的全内反射的条件。通过使顶表面相对于底表面成角度来增加光学楔形件的顶表面的透射率。本公开的波导制造起来并不复杂，并且提供了减少来自去耦部件的顶表面的不想要的反射的强度的技术进步。
[0013]波导光瞳扩展器的问题在于，每个副本的强度都不相同，因为每次反弹都会不断地划分光。专利技术人通过弯曲楔形件的顶表面解决了这个问题。具体地，光学楔形件的第一和第二相对表面之间的角度随着距输入部(端口)的距离增加而变化。根据实施例，光学楔形件的第一和第二相对表面之间的角度朝向输入端更大，而朝向输出端减小。换句话说，楔形
件的角度朝向输入端更陡峭，而朝向输出端则不那么陡峭(或更平缓)。因此，可以补偿副本之间的强度差异。换句话说，曲率至少部分地补偿每次反弹时副本的强度减少。在某些情况下，可以使每个划分处的透射光的强度基本相同。曲率如本文所述补偿，因为入射角随着沿波导的距离的变化(例如减小)改变透射率—如本领域技术人员从他们对菲涅尔方程的理解中将会明白。在一些实施例中，光学楔形件的第二表面形成波导的凹面。在其他实施例中，光学楔形件的第二表面形成波导的凸面。
[0014]本文公开了一种包括波导的平视显示器，其中波导的弯曲表面形成平视显示器的成角度的盖玻璃或眩本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种波导，包括：具有第一折射率n1>1的光学平板，其中，所述光学平板包括：以平行配置布置的第一和第二相对表面；以及输入部，所述输入部布置成以一角度将光接收到光学平板中，从而通过一系列内部反射在所述第一和第二相对表面之间引导光；具有第二折射率n2的光学楔形件，其中，所述光学楔形件包括以楔形配置布置的第一和第二相对表面，其中，1<n2<n1；并且其中，所述光学楔形件的第一表面邻接光学平板的第二表面以形成界面，该界面允许由光学平板引导的光在沿着界面的多个点处部分地透射到光学楔形件中，从而使光被多次划分，并且其中，所述楔形件的角度允许在界面处接收的光通过光学楔形件的第二表面逸出，使得所述波导的出射光瞳被光的多个划分扩展，其中所述光学楔形件的厚度随着距所述输入部的距离增加而线性减小。2.如权利要求1所述的波导，其中，所述光学楔形件的折射率随着距所述输入部的距离增加而变化，可选地，所述光学楔形件的折射率随着距所述输入部的距离增加而减小。3.如前述权利要求中任一项所述的波导，还包括夹在所述光学平板和光学楔形件之间的折射率匹配流体层，其中，折射率匹配流体的折射率随着距所述输入部的距离增加而变化，可选地，折射率匹配流体的折射率随着距所述输入部的距离增加而减小。4.如前述权利要求中任一项所述的波导，还包括布置成从光学平板射出光的输出端口。5.一种显示系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的波导，并且还包括布置为显示图案的图片生成单元，其中，由所述输入部接收的光是由所述图片生成单元显示的图案的光。6.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：恩维世科斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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