一種用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件制造技術

本發明專利技術提供了一種可用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件，包括光波耦合輸入面、光波擴展傳輸襯底、光波耦合輸出面以及光波展開組件。其中，光波耦合輸入面用于改變外界光信號的方向使其進入襯底中，光波擴展傳輸襯底則對耦合輸入的光波進行反射傳播使其能夠無損耗地傳輸到達輸出位置，光波耦合輸出面用于使光波耦合輸出襯底，光波展開組件將對耦合輸出的光波進行擴束，從而擴大視場。本發明專利技術具有視場大、結構緊湊的特點，不僅能用于可穿戴顯示，還可用于擴展照明、汽車導航顯示以及裸眼3D顯示等領域。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】 一種用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件
本專利技術涉及一種光學波導器件，特別是一種可用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件。
技術介紹
目前，可穿戴顯示設備以及其他結構緊湊的平板顯示、筆記本顯示系統等通常都是依靠光學器件來傳輸和顯示所需要預覽的圖像信息。例如顯示系統通過使用光學透鏡可以將圖片虛擬地顯示在人眼前方的一定距離處，從而可以邊走路邊瀏覽相關的電子信息內容。一般情況下，此類顯示系統的核心光學組件主要由三部分組成:光波耦合輸入組件、光波傳輸襯底以及光波耦合輸出顯示組件。另外結構輕巧、緊湊、大視場以及圖像的高分辨率一直是此類光學系統的追求，其中大視場尤為重要。雖然傳統的成像方式可以獲得大的視場，但是隨著視場的增加，光學系統整體的重量和體積也會隨之增加。因此結構輕巧、緊湊的光學系統的設計便成了此類成像器件的趨勢。為了解決傳統可穿戴設備由于光學成像系統重量和體積造成的問題，本專利技術設計了一種新型的用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件。為了達到上述目的，本專利技術采用了以下的技術方案: 一種用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件，其特征在于:依次包括:光波耦合輸入面，用于改變外界的光信號的方向，使其進入襯底中；光波擴展傳輸襯底，對耦合輸入的光波進行反射傳播使其能夠無損耗地傳輸到達輸出位置；光波耦合輸出面，用于使光波耦合輸出襯底；光波展開組件，對親合輸出的光波進行擴束，從而擴大視場。其中，光波親合輸入面和光波耦合輸出面分別和光波擴展傳輸襯底連接，位于傳輸襯底的兩端，光波展開組件與光波耦合輸出襯底的下表面相連接，位于襯底中耦合輸出的位置處。本專利技術主要利用內反射原理、視角放大以及棱鏡耦合光波原理實現的。經過準直透鏡準直后的圖像光波，被耦合輸入面耦合進入到玻璃襯底中，該玻璃襯底是按照耦合進入的光波可以在其內部進行全反射傳播的結構來設計的，這樣光波可以無損耗地傳輸到所需的輸出位置上，利用棱鏡結構的耦合輸出面，使光波耦合輸出襯底，輸出的光波經過擴展光束組件的擴束，從而達到增大觀察視場的效果。本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件，還具有這樣的特征:光波展開組件由一系列的棱鏡單元組成，這些棱鏡單元的表面進行過鈍化處理。與現有的成像波導系統相比，本專利技術顯著的有益效果是:視場大和結構緊湊。這些優點使得本專利技術相比于傳統的成像系統，體積和重量得以減小，在相同的體積下，視場更大，結構也更緊湊、輕巧。本專利技術光學系統不僅能用于可穿戴顯示，還可用于擴展照明、汽車導航顯示以及裸眼3D顯示等領域。【附圖說明】圖1為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件的示意圖； 圖2為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件中光波在襯底中傳輸的示意圖；圖3為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件中光波在展開組件中傳輸的示意圖；以及 圖4為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件的一種應用實例。【具體實施方式】以下結合附圖對本專利技術的具體工作過程給予說明。圖1為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件的示意圖。如圖1所示，本專利技術的系統組成包括:光波親合輸入面10，光波擴展傳輸襯底11，光波親合輸出面12，光波展開組件13。經過準直后的光波信號入射到耦合輸入面10上，利用棱鏡轉像的原理改變光波的傳輸方向，使其耦合進入到襯底中，再利用特殊結構的擴展傳輸襯底11，使光波在襯底中以全反射的形式進行無損耗傳輸到達光波耦合輸出面12，利用棱鏡反射面破壞光波在襯底中傳輸的全反射條件，使光波被耦合輸出襯底，到達光波展開組件13，對耦合輸出的光波進行擴束，從而實現增大視場。本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件由四部分組成，對于具體的應用可對本專利技術波導器件的組成部分進行相應的擴展，從而進一步提升系統的應用潛力。下面針對本專利技術的具體四部分的作用給以相應解釋性說明: 本專利技術折疊擴展光學波導器件的光波耦合輸入面10主要用于將外界的準直光波耦合進入襯底。對于光信號的耦合，輸入面10可由棱鏡等方式來代替，這些組件都能夠滿足把需要的光波耦合到襯底中。本專利技術折疊擴展光學波導器件的光波擴展傳輸襯底11主要用于將耦合進入到襯底中的光波的視場進行擴大，且為了保證光波能夠無損耗地傳輸，應使光波在襯底中傳輸時，滿足全反射的條件。另外。由于光波擴展傳輸襯底的存在，在襯底的另一側一定擴展角度內的不同觀察方向處都可以觀察到圖像信息，從而擴大了觀察者的視場。本專利技術折疊擴展光學波導器件的光波耦合輸出面12主要用于將光波信號耦合輸出襯底。由于光波在襯底中傳輸時滿足全反射的條件，為了能夠使光波耦合輸出襯底，需要使光波在襯底表面的入射角小于襯底的全反射臨界角，所以耦合輸出面12就是依據此條件進行設計的。本專利技術折疊擴展光學波導器件的光波展開組件13主要用于對耦合輸出襯底的光波進行擴束，從而擴大觀察視場。耦合輸出襯底11的光線，由于其發散角較大就造成了直接觀察輸出圖像時的視場太小，故需要引入擴束組件對耦合輸出的光波進行展開，從而擴大觀察視場。本專利技術的光波展開組件13由棱鏡單元組成，棱鏡組將耦合輸出的光波進行擴展，使每個棱鏡單獨輸出光信號的一部分，其效果等同于平面鏡成像，從而整體上擴大觀察視場。本專利技術光學波導器件的工作步驟以及實例應用: 圖2為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件中光波在襯底中傳輸的示意圖。如圖2所示，來自光源同一光波的光線20、21垂直入射到耦合輸入面上，經過輸入面的反射光波被耦合進入到擴展傳輸襯底中，以全反射的形式進行傳播，到達耦合輸出面，進而被反射出襯底外。為了使光波在襯底中能夠滿足全反射的條件，襯底應由一系列能夠對光線的傳播方向進行準確定位的折疊展開組件構成。經過該過程光波的傳播，一方面可以對光線的傳播方向進行擴展，起到視場擴大的作用，另一方面可以有效地避免由于光線傳播方向的變化帶來的重影效果。圖3為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件中光波在展開組件中傳輸的示意圖。如圖3A所示，光線30經過耦合輸出面的反射后垂直輸出襯底進入到光波擴展組件中。由于該光波擴展組件由一系列的擴束棱鏡單元組成，因此當光線30進入擴展組件后，首先與棱鏡單元表面32相碰，為了達到擴展視場的目的，光線到達面32后應盡可能地全部透射出去，這樣一方面可以避免由于光線傳播方向的改變導致的重影，另一方面也可以使擴展棱鏡每個表面的亮度保持均一。圖3B為光線31經過耦合輸出面的反射后傾斜進入到光波擴展組件中，當光線傾斜入射到棱鏡單元表面32時，為了擴展光波和避免由于反射面對入射光線的反射帶來的重影，從而對棱鏡表面做特定的處理，使對入射到其表面的光線具有鈍化作用，從而可以使入射光線無阻礙地透過反射面，從而對入射光波進行擴展。圖4為本專利技術用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件的一種應用實例。由于本專利技術折疊擴展光學波導器件可用于照明、成像以及3D投影等方面，下面結合具體的應用實例來對本專利技術的工作原理作進一步的說明性解釋:來自光源40的同一光波的光線47、48經過準直透鏡41的準直，入射到耦合輸入面42，由于光線47、48經過準直透鏡的準直，可以很好地進入到耦合輸入面。經過耦合輸入面12的反射，光線47、48被耦合輸入到擴展傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于圖像顯示的折疊擴展光學波導器件，依次包括：光波耦合輸入面，用于改變外界光信號的方向，使其進入襯底中；光波擴展傳輸襯底，對耦合輸入的光波進行反射傳播使其能夠無損耗地傳輸到達輸出位置；光波耦合輸出面，用于使光波耦合輸出襯底；光波展開組件，對耦合輸出的光波進行擴束，從而擴大視場，其中，光波耦合輸入面和光波耦合輸出面分別和光波擴展傳輸襯底連接，位于傳輸襯底的兩端，光波展開組件與光波耦合輸出襯底的下表面相連接，位于襯底中耦合輸出的位置處。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張圣軍，張慶，
申請(專利權)人：上海理湃光晶技術有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31