一種基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器的製造方法
2023-05-24 11:11:26
一種基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器的製造方法
【專利摘要】本發明的一種基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器，其輸入耦合器包括透射光線的一個自由曲面和反射光線的一個球面，並且集成於平板光波導上，形成一個集成光波導，通過採用此結構，集成於平板光波上的輸入耦合器直接耦合圖像源光線進入波導，同時對光線進行準直，代替光學中繼系統，不需要傳統的準直光學系統，解決了波導顯示器整個體積和重量太大的問題。可以廣泛應用于波導顯示器領域。
【專利說明】一種基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種波導顯示器，尤其涉及一種基於集成化自由曲面光學元件的波導 顯示器。
【背景技術】
[0002] 現有透視型光學波導顯示器，主要由圖像源、中繼光學系統、輸入耦合器、輸出 耦合器（光束組合器）、以及平板光波導這些部分組成。按輸出耦合器（光束組合器， combiner，通常有兩個通道，使透射光束進入人眼，同時耦合經波導傳播後的像源虛擬圖像 進入人眼，使人眼能觀察到一幅疊加於真實場景之上的虛擬圖像）分類，包括基於鍍膜反 射鏡陣列的波導顯示器和基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器。
[0003] 這兩種類型的波導顯示器的共同缺點之一就是波導顯示器在像源後引入附加的 中繼光學系統準直其出射光線，這使得顯示系統的整個體積和重量顯著增大。
【發明內容】
[0004] (一）要解決的技術問題
[0005] 本發明要解決的技術問題就是如何解決現有波導顯示器的中設有中繼光學系統 導致波導顯示器整個體積和重量顯著增大的問題。
[0006] (二）技術方案
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基於集成化自由曲面光學元件的波導 顯示器，包括圖像源、輸入耦合器、輸出耦合器、平板光波導，其特徵在於，所述輸入耦合器 包括一個透射光線的和一個反射光線的自由曲面，並且集成於平板光波導上，形成一個集 成光波導。
[0008] 優選地，所述自由曲面為球面，或二次曲面，或非球面，或變形非球面，或澤尼克多 項式面型，或XY多項式面型。
[0009] 優選地，所述透射光線的自由曲面為XY多項式，所述反射光線的自由曲面為球 面。
[0010] 優選地，輸入f禹合器z方向厚度為3mm以上10mm以下。
[0011] (三）有益效果
[0012] 本發明的一種基於集成化自由曲面光學兀件的波導顯不器，其輸入f禹合器包括一 個透射光線的和一個反射光線的自由曲面，並且集成於平板光波導上，形成一個集成光波 導，通過採用此結構，集成於平板光波上的輸入耦合器直接耦合圖像源光線進入波導，同時 對光線進行準直，代替光學中繼系統，不需要傳統的準直光學系統，解決了波導顯示器整個 體積和重量太大的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0014] 圖1 :傳統的視透型波導顯示器的系統結構示意圖；
[0015] 圖2 :本發明提供基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器的結構示意圖；
[0016] 圖3 :自由曲面輸入耦合器的光路圖；
[0017] 圖4 :自由曲面輸入耦合器調製傳遞函數曲線圖
[0018] 圖5 :自由曲面輸入耦合器模擬成像圖；
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於 說明本發明，但不能用來限制本發明的範圍。
[0020] 現有技術中的視透型波導顯示器的顯示系統如圖1所示，包括中繼光學系統，從 而顯示系統的整個體積和重量顯著增大，且顯示器的視角明顯受限制。
[0021] 為了解決上述技術問題，本實施例提供了一種基於集成化自由曲面光學元件的波 導顯示器，包括圖像源、輸入耦合器、輸出耦合器、平板光波導，其特徵在於，所述輸入耦合 器包括透射光線的一個自由曲面和反射光線的一個球面，並且集成於平板光波導上。
[0022] 本實施例中，所述輸出耦合器厚度為3. 2μπι，且密接於平板光波z向上方。
[0023] 平板光波導ζ方向厚為3mm下，折射率為1. 52。
[0024] 所述基於衍射光學兀件的波導顯不器整體y方向長65mm。
[0025] 所述輸入耦合器集成於平板光波導上，形成一個集成光波導，如圖2所示。
[0026] 所述輸入耦合器包括透射光線的一個自由曲面（si)和反射光線的一個球面 (s2)，如圖3所示，其幾何結構滿足以下關係
[0027]
【權利要求】
1. 一種基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器，包括圖像源、輸入耦合器、輸出耦 合器、平板光波導，其特徵在於，所述輸入耦合器包括一個透射光線的和一個反射光線的自 由曲面，並且集成於平板光波導上，形成一個集成光波導。
2. 根據權利要求1所述的基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器，其特徵在於， 所述自由曲面為球面，或二次曲面，或非球面，或變形非球面，或澤尼克多項式面型，或XY 多項式面型。
3. 根據權利要求2所述的基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器，其特徵在於， 所述透射光線的自由曲面為XY多項式，所述反射光線的自由曲面為球面。
4. 根據權利要求1所述的基於集成化自由曲面光學元件的波導顯示器，其特徵在於， 輸入f禹合器z方向厚度為3mm以上10mm以下。
【文檔編號】G02B6/122GK104090330SQ201410226105
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】劉娟, 韓劍, 王湧天 申請人:北京理工大學