CN213423511U - 一种几何光波导装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种几何光波导装置，包括第一波导基板、第二波导基板和耦合入射面；第一波导基板和第二波导基板内均设置有若干层分光膜；耦合入射面与第一波导基板的光波输入面连接；第一波导基板的光波输出面与第二波导基板的光波输入面连接。本实用新型提供了一种几何光波导装置,能够解决现有技术中扩瞳效率不佳的技术问题；同时能够有效地缩小光机的尺寸，不仅能够节省设备的制造成本，还能够实现眼镜的轻量化和小型化，提高用户的使用体验。

Description

一种几何光波导装置

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种几何光波导装置。

背景技术

光波导(optical waveguide)是由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。

现有的光波导装置设置一个耦合入射面和一个波导基板构成一维扩瞳光路，以实现光波的传播，其实现原理为：光机的光线通过反射斜面或棱镜等结构从耦合入射面入射到光波导中，通过设计耦合入射面的角度或棱镜形状使得光波到达光波导中，并往耦出阵列部分进行传播，从而实现将光波反射出到人眼。

本申请的实用新型人在研究中发现，现有的几何光波导装置通过一维扩瞳光路使得光波在传播过程中只能单次实现一个方向的扩瞳，导致扩瞳的效率不佳。

实用新型内容

本实用新型提供了一种几何光波导装置,能够解决现有技术中扩瞳效率不佳的技术问题。

一方面，本实用新型的第一实施例提供了一种几何光波导装置，包括第一波导基板、第二波导基板和耦合入射面；

所述第一波导基板和所述第二波导基板内均设置有若干层分光膜；

所述耦合入射面与所述第一波导基板的光波输入面连接；所述第一波导基板的光波输出面与所述第二波导基板的光波输入面连接。

进一步地，任意相邻两层所述分光膜之间的间距相等。

进一步地，所述第一波导基板的上表面与所述第二波导基板的上表面处于同一平面，所述第一波导基板的下表面与所述第二波导基板的下表面处于同一平面。

进一步地，所述耦合入射面倾斜设置于所述第一波导基板。

进一步地，还包括棱镜，所述棱镜设置于所述第一波导基板和所述第二波导基板的同一侧，所述棱镜的入光面作为所述耦合入射面。

进一步地，所述第一波导基板内置的每一层所述分光膜，与所述第二波导基板所在的平面呈45°夹角。

进一步地，所述第二波导基板内置的每一层所述分光膜，与所述第二波导基板所在平面形成的夹角为光波在所述第二波导基板中入射角的1/2。

本实用新型提供了一种几何光波导装置,通过设置耦合入射面、第一波导基板、第二波导基板，能够将光线从耦合入射面射入到第一波导基板中后，通过第一波导基板中的分光膜将反射光射入到第二波导基板中，实现二维扩瞳以获得更大的出瞳尺寸，能够解决现有技术中扩瞳效率不佳的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的几何光波导装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第一波导基板和耦合入反射面的左视光路图；

图3是本实用新型实施例提供的第一波导基板和耦合入反射面的俯视光路图；

图4是本实用新型实施例提供的第二波导基板和耦合入反射面的前视光路图。

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1：耦合入射面；2：第一波导基板；3：第二波导基板；4：分光膜。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1-4，本实用新型的实施例提供了如图1所示的一种几何光波导装置，包括第一波导基板2、第二波导基板3和耦合入射面1；

所述第一波导基板2和所述第二波导基板3内均设置有若干层分光膜4；

所述耦合入射面1与所述第一波导基板2的光波输入面连接；所述第一波导基板2的光波输出面与所述第二波导基板3的光波输入面连接。

在本实用新型实施例中，请参阅图2-3，光机发出的光从耦合入射面1入射到第一波导基板2中，光线进入第一波导基板2后满足全反射条件θ＞arcsin(n₀/n₁)，其中，θ为光波在所述第一波导基板2的入射角度，n₁为所述波导基底的折射率，n₀为空气的折射率，光线由耦合入射面1的一端向第一波导基板2的另一端传播，实现一维扩瞳。请参阅图3，光线在每次经过一层分光膜4将会发生一次投射和反射，且将可视范围在x方向上扩展，其中透射光线的传播不受分光膜4的影响，反射光线同样遵循第一波导基板2内的全反射条件向第二波导基板3传播，以实现二维扩瞳。

请参阅图4，当反射光线到达第二波导基板3的每一层分光膜4之后将再次发生一次透射和反射，透射光线沿传播方向继续扩瞳，反射光线出射到人眼显示画面，将可视范围在y方向上再进一步扩展。

本实用新型实施例通过第一波导基板2和第二波导基板3将待显示的画面在x方向和y方向上均进行了一次扩瞳，从而实现二维扩瞳，并获得更大的出瞳范围。

进一步地，本实用新型实施例解决了现有的光波导需要通过增大光机的尺寸来提高几何光波导装置其他方向的出光尺寸的技术问题，能够有效地缩小光机的尺寸，不仅能够节省设备的制造成本，还能够实现眼镜的轻量化和小型化，提高用户的使用体验。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，任意相邻两层所述分光膜4之间的间距相等。

在本实用新型实施例中，分光膜4可以为光强分光膜4、偏振分光膜4中的一种或多种，多层分光膜4构成分光膜4阵列以实现光线的透射和反射。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，所述第一波导基板2的上表面与所述第二波导基板3的上表面处于同一平面，所述第一波导基板2的下表面与所述第二波导基板3的下表面处于同一平面。

在本实用新型实施例中，第一波导基板2的上表面与所述第二波导基板3的上表面处于同一平面，所述第一波导基板2的下表面与所述第二波导基板3的下表面处于同一平面，使得第一波导基板2的反射光线能够充分射入到第二波导基本中实现二维扩瞳，有利于提高二维扩瞳的效率。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，所述耦合入射面1倾斜设置于所述第一波导基板2。

在本实用新型实施例中，倾斜设置的耦合入射面1设置于耦入区域中。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，还包括棱镜，所述棱镜设置于所述第一波导基板2和所述第二波导基板3的同一侧，所述棱镜的入光面作为所述耦合入射面1。

在本实用新型实施例中，将所述棱镜设置于所述第一波导基板2和所述第二波导基板3的同一侧，使光线通过棱镜的入光面依次射入到第一波导基板2和第二波导基板3中，实现二维扩瞳。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，第一波导基板2内置的每一层分光膜4，与第二波导基板3所在的平面呈45°夹角。

在本实用新型实施例中，第一波导基板2内置的每一层分光膜4，与第二波导基板3所在的平面呈45°夹角，使光波在经过第一波导基板2的每一层分光膜4后，反射进入到第二波导基板3的入射角满足全反射条件：

θ＞arcsin(n₀/n₁)；

其中θ为光波在第二波导基板3的入射角度，n₁为第二波导基板3的折射率，n₀为空气的折射率。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，第二波导基板3内置的每一层分光膜4，与第二波导基板3所在平面形成的夹角为光波在第二波导基板3中入射角的1/2。

优选地，耦合入射面1与第一波导基板2所在平面形成的夹角，为第二波导基板3中每一层分光膜4与第二波导基板3所在平面形成的夹角的两倍。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，光波耦入到第一波导基板2内的入射角度满足全反射条件：

θ＞arcsin(n₀/n₁)；

其中θ为光波在第一波导基板2的入射角度，n₁为第一波导基板2的折射率，n₀为空气的折射率。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，第一波导每一层分光膜4反射的光线入射到第二波导基板3后的入射角满足全反射条件：

θ＞arcsin(n₀/n₁)；

其中θ为光波在第二波导基板3的入射角度，n₁为第二波导基板3的折射率，n₀为空气的折射率。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，所述第一波导基板2和所述第二波导基板3中每一层所述分光膜4的反射率沿光路传播方向逐渐提高。

在本实用新型实施例中，第一波导基底内置的每一层分光膜4的反射率沿光路传播方向逐渐提高。优选地，最后一层分光膜4的反射率为100％，倒数第二层分光膜4的反射率为50％，倒数第三层分光膜4的反射率为33.3％，倒数第四层分光膜4的反射率为25％，依次类推…。

第二波导基板3内置的每一层分光膜4的反射率沿光路传播方向逐渐提高，反射率依次为r₁，r₂，r₃，r₄…(其中r₂＝r₁/(1-r₁)，r₃＝r₁/(1-2r₁)，r₄＝r₁/(1-3r₁)…)，优选的，为了保证第二波导基底的透光率，第二波导基板3内置的最后一层分光膜4的反射率r_n≤15％。

实施本实用新型实施例，具有以下有益效果：

本实用新型实施例通过第一波导基板2和第二波导基板3将待显示的画面在x方向和y方向上均进行了一次扩瞳，从而实现二维扩瞳，并获得更大的出瞳范围。进一步地，本实用新型实施例解决了现有的光波导需要通过增大光机的尺寸来提高光波导中其他方向的出光尺寸的技术问题，能够有效地缩小光机的尺寸，不仅能够节省设备的制造成本，还能够实现眼镜的轻量化和小型化，提高用户的使用体验。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种几何光波导装置，其特征在于，包括第一波导基板、第二波导基板和耦合入射面；

所述第一波导基板和所述第二波导基板内均设置有若干层分光膜；

所述耦合入射面与所述第一波导基板的光波输入面连接；所述第一波导基板的光波输出面与所述第二波导基板的光波输入面连接。

2.如权利要求1所述的几何光波导装置，其特征在于，任意相邻两层所述分光膜之间的间距相等。

3.如权利要求1所述的几何光波导装置，其特征在于，所述第一波导基板的上表面与所述第二波导基板的上表面处于同一平面，所述第一波导基板的下表面与所述第二波导基板的下表面处于同一平面。

4.如权利要求1所述的几何光波导装置，其特征在于，所述耦合入射面倾斜设置于所述第一波导基板。

5.如权利要求4所述的几何光波导装置，其特征在于，还包括棱镜，所述棱镜设置于所述第一波导基板和所述第二波导基板的同一侧，所述棱镜的入光面作为所述耦合入射面。

6.如权利要求1所述的几何光波导装置，其特征在于，所述第一波导基板内置的每一层所述分光膜，与所述第二波导基板所在的平面呈45°夹角。

7.如权利要求1所述的几何光波导装置，其特征在于，所述第二波导基板内置的每一层所述分光膜，与所述第二波导基板所在平面形成的夹角为光波在所述第二波导基板中入射角的1/2。

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