[发明专利]光学波导器件系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学波导器件系统，特别是一种可用于微型图像显示的光学波导器件系统。

背景技术

头戴式可视设备及其它紧凑的显示系统、平板显示、笔记本等通常依靠光学元件来传输需要显示的图像。例如，显示系统通过透明的镜片将图像显示在人眼的前方，从而可以在透过镜片观察前方环境的同时浏览镜片中的图像信息。通常此类显示的核心光学系统主要由三部分组成：光波耦合输入装置、光波传输衬底以及光波输出耦合装置。同时，轻巧、紧凑、大视场以及图像的高分辨率一直是此类光学系统的追求。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也随之急剧增加，因此设计轻巧、紧凑的光学系统便成为此类成像器件系统的趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中随着视场增大而产生的重量和体积方面的缺陷。

为了实现这一目的，本发明提供了一种光学波导器件系统，包括：显示光源，提供用于显示的图像光波；准直透镜，对来自显示光源的光波进行准直；光学传输衬底，经准直透镜准直的光波进入到光学传输衬底中，并且在光学传输衬底中按照预定的路径传输，光学传输衬底在其底面上具有横向凹槽，该凹槽在衬底纵向上的横截面为三角形优选为等腰三角形并且三角形横截面在凹槽的纵向上保持不变；以及光波耦合输出元件，其具有朝上的三角形凸起部，并且该三角形凸起部能与光学传输衬底上的凹槽相匹配，三角形凸起部的两个侧表面上设有膜层，设有膜层的两个侧表面经由紫外胶胶合到凹槽的侧表面上，从而通过三角形凸起部的设有膜层的侧表面将在光学传输衬底中传输的光耦合出光学传输衬底，其中通过膜层能够实现入射角大于全反射角的大角度入射光线选择性地透过，并且入射角小于全反射角的小角度入射光线的透过率得以提高。

根据本发明的一优选实施例中，尚未被光波耦合输出元件耦合出光学传输衬底的光波在光学传输衬底的除底面之外的表面上的入射角以及在光波耦合输出元件的底面上的入射角大于全反射角。

根据本发明的一优选实施例中，在光学传输衬底的除底面之外的表面上以及在光波耦合输出元件的底面上设有另一膜层，通过该膜层使得尚未被光波耦合输出元件耦合出光学传输衬底的光波即使在入射角小于全反射角的情况下也能大部分被反射。

根据本发明的一优选实施例中，光学传输衬底在其底面上具有多个横向凹槽，并且相邻凹槽的相邻侧面相交，光波耦合输出元件相应地具有多个三角形凸起部，各个横向凹槽的尺寸相同。

此外，可以在光学传输衬底的一端设置有显示光源和准直透镜，也可以在光学传输衬底的两端都设置有显示光源和准直透镜。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，在不改变视场的情况下能够极大地减轻整个系统的重量、缩小整个系统的体积；而在相同的重量及体积的情况下，能够显著增大视场。换言之，本发明很好地解决了视场增大与系统体积、重量之间的矛盾，能够在实现大视场的同时，具有紧凑的结构、小巧的体积。

附图说明

图1为根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统的结构示意图；

图2为根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统右边耦合光波时的光路示意图；

图3为根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统左边耦合光波时的光路示意图；

图4为根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统左、右两边耦合光波时的光路示意图；

图5示出了根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统的一具体应用；以及

图6A和图6B分别示意性示出了根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统中的光波传输衬底和光波耦合输出元件。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明优选实施例的光学波导器件系统。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。

如图1所示，根据本发明一优选实施例的光学波导器件系统包括：光波传输衬底10，光波耦合输出元件12，显示光源22，准直透镜20。

显示光源22可由CRT、OLED、LCD等目前主流的显示光源构成。显示光源主要提供用于显示的图像光波。由于不同的光源偏振态不一样，为了避免光波在光波传输衬底10中传输时引起重影等不理想的现象，可根据具体采用的光源对光波传输衬底10进行相应的镀膜，以改变这些不理想的光线传输方向。