[发明专利]光学装置

说明书

一种光学装置，包含：一第一光学波导(10)，具有一矩形横截面以及包含与所述波导的一延伸方向形成一倾斜角度的多个部分反射表面(40)；及一第二光学波导(20)，也包含呈一倾斜角度的多个部分反射表面(45)，并与所述第一光学波导(10)光学相耦合。一图像以一倾斜耦合角的一初始传播方向耦合进入到所述第一光学波导中，并沿着所述第一光学波导通过四重内反射而前进，所述图像以一强度比例在所述多个部分反射表面上反射，以便耦合进入到所述第二光学波导中，并接着在所述第二光学波导内通过双重反射进行传播，所述图像并以一强度比例在所述多个部分反射表面反射，以便从所述多个平行面中的一个向外导出而成为一可视图像。

本申请为申请号201780003193.8(PCT申请号为PCT/IL2017/051028)、申请日2017年09月12日、发明名称“使用矩形波导的孔径倍增器”的分案申请。

技术领域

本发明是关于多种光学孔径倍增器，特别是关于一种包含矩形波导的光学孔径倍增器以及采用上述的孔径倍增器的近眼显示器及抬头显示器。

背景技术

用于近眼显示器或抬头显示器的光学装置需要大孔径以覆盖观看者的眼睛所在区域(眼睛动作区，eye motion box)。为了实现紧凑的装置，图像由具有小孔径的微小光学图像产生器产生，其被倍增以产生一大孔径。

一种在一个维度上孔径倍增的方式已经被开发，基于图像在透明材料形成的一平行平板，在所述平行平板内部通过内反射进行传播。图像波阵面的一部分通过使用倾斜角度部分反射器或通过使用一绕射光学元件而在所述平板的一表面上耦合输出到所述平板外。这样的一平板在本文被称为一维波导，因为其包含在一个维度上通过内反射的图像波阵面。在所述平板的平面(即平板表面)中，图像必须被准直，以保持穿过波导的图像品质。

平板传播方法非常适用于孔径倍增的第二阶段，其中所述平板被部署于观看者的眼睛对面(如同近眼显示器的玻璃透镜，或较大平视显示器的视窗)并形成图像到达眼睛处的最终输出表面。然而，这种方式对于倍增的第一阶段并非是最佳的，图像波阵面宽度相似平板宽度的需求增加了装置的体积及重量。

发明内容

本发明关于一种光学孔径倍增器，所述光学孔径倍增器包含一矩形波导。

根据本发明一个实施例的教示，一种光学孔径倍增器，包含：一第一光学波导，具有一延伸方向，所述第一光学波导具有一第一对平行面及一第二对平行面以共同形成一矩形横截面，其中多个部分反射表面至少部分地横置于所述第一光学波导，所述多个部分反射表面相对于所述延伸方向形成一倾斜角度；及(b)一第二光学波导，与所述第一光学波导光学相耦合，所述第二光学波导具有一第三对平行面以形成一板式波导，其中多个部分反射表面至少部分地横置于所述第二光学波导，所述多个部分反射表面相对于所述第三对平行面形成一倾斜角度；其中所述第一及第二光学波导的光学耦合及所述多个部分反射表面是被配置为使得当一图像以一初始传播方向并以与所述第一及第二对平行面两者皆倾斜的一耦合角耦合进入到所述第一光学波导中时，所述图像沿着所述第一光学波导通过四重内反射而前进，所述图像以一强度比例在所述多个部分反射表面上反射，以便耦合进入到所述第二光学波导中，并在所述第二光学波导内通过双重反射进行传播，所述图像并以一强度比例在所述多个部分反射表面反射，以便从所述多个平行面的一向外导出而成为一可视图像。