[发明专利]一种曲折光学波导器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导类型的光学器件，特别是一种曲折光学波导器件。

背景技术

可穿戴显示设备及其它紧凑的平板显示、笔记本显示系统等通常都依靠光学元件来传输需要显示的图像。例如，显示系统利用透镜将放大后的图像信息显示在人眼的前方2米处，同时又不影响人眼对周围景物的观察。从而可以在从事其它活动如驾驶汽车、操作仪器的同时浏览所需的电子信息内容。通常此类显示系统的核心组件光学系统主要由三部分组成：光波耦合装置、光波传输组件以及光波输出耦合装置，其中的光波传输组件通常为四棱柱的结构，光波输出耦合装置为一个三棱镜，图像的光线通过四棱柱传输到光波输出耦合装置后在三棱镜的表面发生全反射，改变传输方向后进入人眼。虽然采用常规的成像方法可以获得大的视场，但是随着视场的增加，光学系统整体的重量和体积随之急剧增加，因此寻求轻巧、紧凑的光学系统的设计便成了此类成像系统的趋势。

为了解决传统可穿戴设备由于光学成像系统重量和体积造成的不足，本发明设计了一种新型的光学波导组件。

发明内容

本发明提价一种曲折光学波导器件，其特征在于，包括：光波耦合输入棱镜、光波传输曲折衬底、光波耦合输出棱镜、图像展开组件以及光波压束组件。其中，光波耦合输入棱镜与光波传输曲折衬底连接，用于接收来自外界的光信号并将其输入至光波传输曲折衬底。光波传输曲折衬底由至少一个重复单元构成，重复单元的形状为大小相同的两个上底相连接的等腰梯形，等腰梯形的形状能够使得光信号在其中进行全反射传输。光波耦合输出棱镜与光波传输曲折衬底连接，将通过光波传输曲折衬底传输过来的光信号输出。图像展开组件与光波耦合输出棱镜连接，图像展开组件的整体形状为等腰梯形，等腰梯形由多个大小和形状相同的平行四边形棱镜以及至少一个多边形棱镜组成，图像展开组件对光波耦合输出棱镜输出的光信号进行展开。光波压束组件接收来自图像展开组件的光信号并使其均匀的分布在压束组件的输出端面上。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：

其中，重复单元的光波传输曲折衬底的下表面与曲折衬底的中轴线的夹角在10°～20°之间，并且满足以下列关系：

α_sur=2α_out-β_sur1

其中，β_sur1是曲折衬底下表面与曲折衬底的中轴线的夹角，α_sur是主轴光线与曲折衬底表面法线的夹角，α_sur大于45°，α_out是耦合输出棱镜反射面与输出面的夹角，α_out应小于45°。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：

其中，光波耦合输入棱镜的输入面与反射面的夹角小于45°，并且与光波耦合输出棱镜的反射面与输出面的夹角相等。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：其中，光波压束组件由大小和形状相同的多个直角梯形棱镜紧密排列组成，多个直角梯形的直角腰排列于一条直线上，并且多个直角梯形棱镜的上底均朝向同一方向。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：

其中，平行四边形棱镜的长边与等腰梯形的下底成45°～90°的夹角，并且满足以下关系：

2α_e-β_o-α_out-90°=γ

其中，γ是图像展开组件的出射光线和光波耦合输出棱镜的输出面法线的夹角，α_e是平行四边形棱镜的长边与等腰梯形的下底成的夹角，α_out是耦合输出棱镜的反射面与输出面的夹角。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：其中，光波压束组件由大小和形状相同的多个直角梯形棱镜紧密排列组成，多个直角梯形的直角腰排列于一条直线上，并且多个直角梯形棱镜的上底均朝向同一方向。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：其中，直角梯形棱镜与图像展开组件中的平行四边形棱镜和多边形棱镜为一一对应关系，并且直角梯形棱镜的直角腰的宽度与平行四边形棱镜的短边的宽度相等。

另外，在本发明的曲折光学波导器件中，还可以具有这样的特征：其中，直角梯形棱镜的斜腰和下底的夹角满足公式：

n*sin(90°-α_p)=sinθ