CN116381955A

CN116381955A - 光学组件、包含其的测试装置以及测试方法

Info

Publication number: CN116381955A
Application number: CN202211734510.2A
Authority: CN
Inventors: 杨乐宝; 金贤敏
Original assignee: Wuxi Photonic Chip Joint Research Center
Current assignee: Wuxi Photonic Chip Joint Research Center
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-07-04

Abstract

本申请实施例涉及光学组件、包含其的测试装置以及测试方法。根据本申请的一些实施例的光学组件包括：棱镜波导，其包括多个棱镜，多个棱镜中的相邻棱镜在棱镜界面处贴合，第一棱镜界面位于所述棱镜波导的中间位置，第二棱镜界面位于所述棱镜波导的两端，且关于所述棱镜波导的中间位置大致对称，位于所述棱镜波导的两端中的一端的第二棱镜界面与所述第一棱镜界面大致平行；以及1/4波片，其位于所述第一棱镜界面下方，且与所述第一棱镜界面相配合以将从所述棱镜波导的两端射入所述棱镜波导的中间位置的光反射为输出所述棱镜波导之外的输出光。本申请实施例提供的光学组件、包含其的测试装置以及测试方法可有效解决传统技术中遇到的问题。

Description

光学组件、包含其的测试装置以及测试方法

技术领域

本申请实施例大体上涉及光波导，更具体地，涉及光学组件、包含其的测试装置以及测试方法。

背景技术

一般的虚拟现实器件或者增强现实器件VR/AR的双目测试和校准，都是由两台测量设备分别进行校准，但是存在以下问题：

1.因为是两台测量设备，两台测量设备自身的系统误差不一致，导致双目的测试有问题；以及

2.双目校准问题，在双目系统中需要对同一方向的光做视差校准，但是因为是两台测量设备，自身的双目视差校准就会有问题(自身存在双目视差)，且两台设备会随着运输、时间、固定松紧等一系列原因导致位置或角度的偏差，最终导致测试的不准确。

因此，本申请提出一种光学组件、包含其的测试装置以及测试方法。

发明内容

本申请实施例的目的之一在于提供一种光学组件、包含其的测试装置以及测试方法，与传统的方法相比，其仅使用一台测试设备进行测试，且测试结果更加准确。

本申请实施例提供了一种光学组件，其特征在于，其包括：棱镜波导，其包括多个棱镜，多个棱镜中的相邻棱镜在棱镜界面处贴合，第一棱镜界面位于棱镜波导的中间位置，第二棱镜界面位于棱镜波导的两端，且关于棱镜波导的中间位置大致对称，位于棱镜波导的两端中的一端的第二棱镜界面与第一棱镜界面大致平行；以及1/4波片，其位于第一棱镜界面下方，且与第一棱镜界面相配合以将从棱镜波导的两端射入棱镜波导的中间位置的光反射为输出棱镜波导之外的输出光。

根据本申请的一些实施例，第三棱镜界面位于棱镜波导的两端，位于棱镜波导的同一端的第二棱镜界面和第三棱镜界面大致平行。

根据本申请的一些实施例，棱镜界面与相应棱镜的相邻底面之间的夹角为20度-70度。

本申请的一些实施例还提供一种测试装置，其包括：根据前述的光学组件；以及探测器，其用于接收输出光并产生探测结果。

本申请的再一些实施例还提供一种测试方法，其包括：使用前述的测试装置对待测器件进行测试。其中待测器件是用于发出平行光的平行光发生器。

根据本申请的一些实施例，上述测试方法还包括：使用遮光板遮挡棱镜波导的两端中的一端；使平行光发生器发出的光进入棱镜波导的两端中的另一端；以及根据探测器的探测结果测量平行光发生器的聚焦点。

根据本申请的一些实施例，上述测试方法还包括：根据聚焦点对测试装置进行校准。

根据本申请的一些实施例，其中待测器件是虚拟现实器件或者增强现实器件VR/AR。VR/AR的双目发出的光经过光学组件进入探测器。

与现有技术相比，本申请实施例提供的光学组件、包含其的测试装置以及测试方法将双目的测试，通过一套系统统一进行测试，只用一套测量设备就可以对双目进行校准。

附图说明

在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。

图1为根据本申请一些实施例的光学组件100的示意图。

图2为根据本申请一些实施例的测试装置的示意图。

图3为根据本申请一些实施例的测试方法的示意图。

图4为根据本申请一些实施例的校准方法的示意图。

具体实施方式

为更好的理解本申请实施例的精神，以下结合本申请的部分优选实施例对其作进一步说明。

本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。

在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“垂直”、“侧面”、“上部”、“下部”以及其衍生性的用词(例如“上表面”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本申请以特定的方向建构或操作。

另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

为便于描述，“第一”、“第二”等等可在本文中用于区分一个组件或一系列组件的不同操作。“第一”、“第二”等等不意欲描述对应组件或操作。

图1为根据本申请一些实施例的光学组件100的示意图。

如图1所示，光学组件100包括棱镜波导180，棱镜波导180包括多个棱镜，多个棱镜中的相邻棱镜在棱镜界面处贴合，第一棱镜界面103位于棱镜波导180的中间位置，第二棱镜界面101位于棱镜波导的两端(第一端110和第二端120)，且关于棱镜波导的中间位置大致对称，位于棱镜波导的两端中的一端(第一端110)的第二棱镜界面101与第一棱镜界面103大致平行；以及位于第一棱镜界面103下方的1/4波片104，1/4波片104与第一棱镜界面103相配合以将从棱镜波导的两端射入中间位置的光反射为输出棱镜波导108之外的输出光(第一输出光30和第二输出光31)。

由于目前棱镜都是模具复制的，加工精度很高，棱镜角度可以精准控制，以得到所需的反射光。多个棱镜之间只需要贴合进行连接，对准误差很低，例如可通过粘接的方式进行贴合，由此使得运输或者使用都不会错位、精度的延续性更好，所以在低精度下直接装配粘合就可以实现棱镜单元的制造。因此，上述光学组件自身的装配公差就能保证满足对光传输的需求。

本申请提出的光学组件根据人的双目的对称特性，例如按照双目的瞳距和视场角等参数进行设计，将棱镜波导的两端的第二棱镜界面设置为关于棱镜波导的中间位置大致对称，且位于棱镜波导的两端中的一端的第二棱镜界面与第一棱镜界面大致平行，使得棱镜波导的两端的入光的光程一致，所以棱镜波导的中间位置会稍微有点偏离棱镜波导的正中心。

通过对光学组件100的输出光的探测可进一步分析射入棱镜波导180的两端的入射光的特点，从而可对产生入射光的待测器件进行测试分析或校准。

如图1所示，第一棱镜150和第二棱镜160在第一棱镜界面103处贴合，从棱镜波导180的两端入射的光(第一入射光20和第二入射光21)经棱镜波导180的第一端110和第二端120分别变为第一反射光10和第二反射光11，第一反射光10和第二反射光11经第一棱镜界面和位于其下的1/4波片104反射出棱镜波导180。

第二棱镜160和1/4波片104的交界面镀膜为全透射镀膜，1/4波片104的下表面为全反射镀膜。

第一棱镜界面103的左侧的面可镀膜为偏振分光，透射P态偏振光，反射S态偏振光。

第一入射光20经过棱镜波导的第一端110的棱镜后汇合成第一反射光10，第一反射光10经过第一棱镜界面103反射成第一输出光30。

第二入射光21经过棱镜波导的第二端120后汇合成第二反射光11，第二反射光11经过第一棱镜界面103反射成第三反射光13，第三反射光13经过1/4波片104的上表面透射并由1/4波片104的下表面反射成第四反射光14，再次经过第一棱镜界面103，直接透射为第二输出光31。

棱镜波导180的两端中的任一端也可设置只有一个棱镜界面(图1中为3个第二棱镜界面101)，但也并不限于此，例如棱镜波导180的两端中的任一端可以设置1-8个第二棱镜界面101。如果在棱镜波导180的两端中的第一端110设置5个第二棱镜界面101，则沿着光传输方向(第一反射光10的方向)，第二棱镜界面101的透反比依次分别为：0:100；50:50；66:34；75:25；80:20。同理，棱镜波导180的两端中的第二端120也可如此设置。

本申请的另一些实施例还提出一种测试装置，其包括前述的光学组件；以及探测器，其用于接收输出光并产生探测结果。

图2为根据本申请一些实施例的测试装置的示意图。

如图2所示，探测器200用于接收输出光并产生探测结果。探测器200可为图像探测设备。

对于虚拟现实器件或者增强现实器件(VR/AR)，双目的校准都是一个比较困难的事情。因为人眼对于角度非常敏感，而现在的设备都是单独对左目或者右目进行测量，所以测量的误差无法掌控，完全取决于设备自己的基准。

使用本申请提出的测试装置进行双目的校准和测试，测试精度更高。

图3为根据本申请一些实施例的测试方法的示意图。

如图3所示，VR/AR包括分别佩戴于人眼双目前方的左目302和右目301。将光学组件100的两端，即棱镜波导180的两端(第一端110和第二端120)分别于右目301和左目302平行安置(有一定的角度偏移也可以)，则VR/AR的右目301和左目302分别发出的光经过棱镜波导180的两端的光路传播到探测器200中进行探测，并最终给出探测结果。根据探测结果，可以校准VR/AR的偏差，偏差太大的时候，需要把VR/AR的双目校准回来，一直校准到偏差范围之内。根据偏差，通过调节VR/AR的微显面板的尺寸和距离，或者将微显的像素图像位置进行校准，使得相同角度的图像发出的光角度一致。

以VR/AR的左目302的测试为例：点亮待测器件VR/AR的左目光学系统，其发出的光(例如第二入射光21)陆续经过棱镜波导180的第二端120的棱镜接收，分别经过第二端120的一或多个第二棱镜界面101成为第二反射光11射入棱镜波导180的中间位置。第二反射光11经过第一棱镜界面103反射成第三反射光13，经过器件1/4波片104的上表面透射并由1/4波片104的下表面反射成第四反射光14，再次经过第一棱镜界面103，直接透射为第二输出光31，然后进入探测器200中。

左目302的光学系统的发光口径可能会小于棱镜波导的第二端120的棱镜的口径，这是因为本申请的光学组件需要兼容不同类型的VR/AR。

因此，可使用本申请的测试装置对待测器件进行光路测试，以使待测器件满足要求。

由于本申请提出的光学组件能够同时双目传光，可以同时测量双目器件中的两目参数，对测试装置对待测器件进行探测和校准。本申请提出的测试装置只使用了一个探测器，所以只需要保证双目校准器件的准确性，就可以最大限度的减少因为双目探测设备位置误差造成的系统误差，从而提高了测试的准确性。

然而，作为一种测试装置，其自身更需满足一定的标准，以使测试精度更高。因此，上述测试装置可作为一个测试标准器件，通过在使用前对其进行校准，以确保测试装置的精确性。

本申请另一些实施例还提供一种测试方法，以对测试装置进行校准，该方法包括：使用前述的测试装置对平行光发生器进行测试。

图4为根据本申请一些实施例的校准方法的示意图。

校准方法如下：

使用光学组件100和探测器200对更加准确的平行光发生器400进行测试。

如图4所示，平行光发生器400能够发出平行光，例如标准具大口径的平行光管，平行光发生器400的出光口径需要覆盖光学组件100的尺寸。遮光板402用于遮挡平行光发生器400的左右两侧的输出光。

具体校准过程如下：

步骤1.按照如图4的放置方式放置光学组件100、探测器200以及平行光发生器400，并利用遮光板402遮挡住棱镜波导180的两端中的一端(例如，第二端120，即光学组件100的右侧部分)。

步骤2.点亮平行光发生器400，平行光发生器400发出的平行光经过光学组件100的左侧进入到探测器200中，得到平行光发生器400的聚焦点A。

步骤3.保持系统不变，只移动遮光板402遮挡住棱镜波导180的两端中的第一端110(光学组件100的左侧入光位置)，点亮平行光发生器400，平行光发生器400发出的平行光经过光学组件100的右侧进入到探测器200中，测得平行光发生器400的聚焦点为B。

步骤4.计算聚焦点A和聚焦点B的差值，该差值就是整个系统的左右目的系统误差，将该系统误差写入探测器200中。

校准过程完毕。

本申请提出的一种光学组件、包含其的测试装置以及测试方法，可以采用一台测量设备，同时测量双目的校准，边测试边校准，且更加精确。

本申请的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本申请的教示及揭示而作种种不背离本申请精神的替换及修饰。因此，本申请的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本申请的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。

Claims

1.一种光学组件，其特征在于，其包括：

棱镜波导，其包括多个棱镜，所述多个棱镜中的相邻棱镜在棱镜界面处贴合，第一棱镜界面位于所述棱镜波导的中间位置，第二棱镜界面位于所述棱镜波导的两端，且关于所述棱镜波导的中间位置大致对称，位于所述棱镜波导的两端中的一端的第二棱镜界面与所述第一棱镜界面大致平行；以及

1/4波片，其位于所述第一棱镜界面下方，且与所述第一棱镜界面相配合以将从所述棱镜波导的两端射入所述棱镜波导的中间位置的光反射为输出所述棱镜波导之外的输出光。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，第三棱镜界面位于所述棱镜波导的两端，位于所述棱镜波导的同一端的所述第二棱镜界面和所述第三棱镜界面大致平行。

3.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述棱镜界面与相应棱镜的相邻底面之间的夹角为20度-70度。

4.一种测试装置，其特征在于，其包括：

根据前述权利要求1-3中的任一权利要求所述的光学组件；以及

探测器，其用于接收所述输出光并产生探测结果。

5.一种测试方法，其包括：使用根据权利要求4所述的测试装置对待测器件进行测试。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述待测器件是用于发出平行光的平行光发生器。

7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

使用遮光板遮挡所述棱镜波导的两端中的一端；

使所述平行光发生器发出的光进入所述棱镜波导的两端中的另一端；以及

根据所述探测器的探测结果测量所述平行光发生器的聚焦点。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：根据所述聚焦点对所述测试装置进行校准。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述待测器件是虚拟现实器件或者增强现实器件VR/AR。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述VR/AR的双目发出的光经过所述光学组件进入所述探测器。