CN218068342U - 光波导器件及近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的光波导器件及近眼显示装置，包括第一斜面、第二斜面、第一辅助面、第一平行表面、第二平行表面以及输出耦合件。第一斜面、第二斜面以及第一辅助面设置于光波导器件的第一端，输出耦合件设置于光波导器件的第二端。第一斜面、第二斜面以及第一辅助面均与第一平行表面和第二平行表面成倾角设置，并且第一斜面和第二斜面不平行。辅助面用于连接第一平行表面和第二斜面。第一斜面被定向成基本垂直于主光线的光轴，图像光经第一斜面后，在第二斜面反射后，在第一平行表面和第二平行表面之间通过全反射传输至输出耦合件。此种结构可以减小像散和色差，并且可以通过仅调整第一斜面的倾角，实现投影模组的角度大范围内任意偏转。

Description

光波导器件及近眼显示装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术，尤其涉及一种光波导器件及近眼显示装置。

背景技术

增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术。近年来，电子图像显示设备的小型化和性能的进步使的紧凑型和高性能近眼显示设备走向消费者成为了可能，如何使这样一个系统真正可穿戴对近眼显示设计提出了挑战。为此，紧凑且能支持大视场角的光波导结构则有着重要的意义。

传统的阵列光波导结构，不管是一维还是二维结构，主要由投影模组和光波导组成，其中投影模组的出瞳耦入光波导的结构非常重要，既要满足耦入后光线满足全反射条件，又要充满光波导不出现明显光线的间隙。所以投影模组中心轴和光波导之间的夹角一般要控制在一定范围内，否组很难满足上述条件。但是随着终端客户对AR眼镜人机工程学要求的提高，需要将此夹角控制合适的范围。但现有的耦入方案，光轴和波导的夹角范围比较固定，很难适应不同客户要求进行调整。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种光波导器件及近眼显示装置，可以实现投影模组的角度大范围内任意偏转。

本实用新型实施例提供一种光波导器件，包括第一斜面、第二斜面、第一辅助面、第一平行表面、第二平行表面以及输出耦合件；

所述第一平行表面和所述第二平行表面平行，且所述第一平行表面和所述第二平行表面的长度方向具有相对的第一端和第二端；

所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面设置于所述第一端，所述输出耦合件设置于所述第二端；

所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面均与所述第一平行表面和所述第二平行表面成倾角设置，并且所述第一斜面和所述第二斜面不平行；

所述辅助面用于连接所述第一平行表面和所述第二斜面；

所述第一斜面被定向成基本垂直于主光线的光轴，图像光经所述第一斜面后，在所述第二斜面反射后，在所述第一平行表面和所述第二平行表面之间通过全反射传输至所述输出耦合件。

在其中一个实施例中，所述第一斜面集成于所述第二平行表面。

在其中一个实施例中，所述第一斜面为棱镜的一个面，所述棱镜与所述第二平行表面通过空气分离。

在其中一个实施例中，所述第一斜面为棱镜的一个面，所述棱镜的非所述第一斜面的其他一面与所述第二平行表面胶合，所述第二平行表面的胶合接触面上设置有全反射膜。

在其中一个实施例中，所述棱镜为直角三角棱镜，所述直角三角棱镜的斜面为所述第一斜面，所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面胶合，或者所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面通过空气分离。

在其中一个实施例中，所述输出耦合件为多个耦出反射面或者耦出光栅。

在其中一个实施例中，所述辅助面上设置有吸光材料。

基于相同的发明构思，本实用新型实施例还提供一种近眼显示装置，包括投影模组和如上述实施例中任一项所述的光波导器件，所述投影模组提供所述图像光。

在其中一个实施例中，所述投影模组包括微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器。

在其中一个实施例中，所述近眼显示装置包括虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。

本实用新型实施例提供的光波导器件及近眼显示装置，包括第一斜面、第二斜面、第一辅助面、第一平行表面、第二平行表面以及输出耦合件。所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面设置于光波导器件的第一端，所述输出耦合件设置于光波导器件的第二端。所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面均与所述第一平行表面和所述第二平行表面成倾角设置，并且所述第一斜面和所述第二斜面不平行。所述辅助面用于连接所述第一平行表面和所述第二斜面。所述第一斜面被定向成基本垂直于主光线的光轴，图像光经所述第一斜面后，在所述第二斜面反射后，在所述第一平行表面和所述第二平行表面之间通过全反射传输至所述输出耦合件。此种结构可以减小像散和色差，并且可以通过仅调整第一斜面的倾角，实现投影模组的角度大范围内任意偏转。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种光波导器件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种光波导器件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种光波导器件的结构示意图。

主要元件附图标号说明

10、光波导器件；11、第一斜面；12、第二斜面；13、第一辅助面； 14、第一平行表面；15、第二平行表面；16、输出耦合件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种光波导器件10。光波导器件10包括第一斜面11、第二斜面12、第一辅助面13、第一平行表面14、第二平行表面15以及输出耦合件16。所述第一平行表面14和所述第二平行表面15平行，且所述第一平行表面14和所述第二平行表面15的长度方向具有相对的第一端和第二端。所述第一斜面11、所述第二斜面12以及所述第一辅助面13设置于光波导器件10的第一端。所述输出耦合件16设置于光波导器件10的第二端。所述第一斜面11、所述第二斜面12以及所述第一辅助面13均与所述第一平行表面14和所述第二平行表面15成倾角设置，并且所述第一斜面11和所述第二斜面12不平行。所述辅助面用于连接所述第一平行表面14和所述第二斜面12。所述第一斜面11被定向成基本垂直于主光线的光轴。图像光经所述第一斜面11后，在所述第二斜面12反射后，在所述第一平行表面14和所述第二平行表面15之间通过全反射传输至所述输出耦合件16。

可以理解的是，所述第一平行表面14和所述第二平行表面15的第一端和第二端可以理解为是光波导长度方向上的两个相对的端部，如图1-3，所述第一平行表面14和所述第二平行表面15的第一端可以理解为是光波导器件10的右端，所述第一平行表面14和所述第二平行表面15的第二端可以理解为是光波导器件10的左端。

可以理解的是，“基本垂直”包括在任一方向上至多达约20度的旋转偏移。主光线可以理解为是限定图像视场角的中点处的光线。

输出耦合件16可以为多个耦出反射面或者耦出光栅。当输出耦合件16为多个耦出反射面时，多个耦出反射面沿所述光波导器件10的长度方向以预设间距相互平行倾斜地内嵌于所述第一平行表面14和所述第二平行表面15之间。其中，图1-3中示出的六个耦出反射面（分束镜）仅是示意性的，并不是对本实用新型实施例的限定，具体实施时可以根据实际情况设计分束镜的数量，也不对多个耦出反射面的形成工艺作限定，例如可以先制作多个平行四边形结构，在平行四边形的两个侧面镀半透半返膜形成分束镜，再贴合在一起形成多个耦出反射面。

当输出耦合件16为耦出光栅时，耦出光栅设置于所述第一平行表面14或所述第二平行表面15上。耦出光栅可以为体全息光栅。

可选地，构成光波导器件10的各个光学面的材料相同或相近。此种设计可以实现，图像光入射至第一斜面11的入射角与从光波导器件10中最终出射的图像光角度相同，图像光从第一斜面11出射的角度与耦入进光波导器件10的入光角度相同，进而可以减小像散和色差。

进一步地，构成光波导器件10的各个光学面的材料可以是透明玻璃材料或者透明树脂材料。

本实施例中，此种结构可以减小像散和色差，并且可以通过仅调整第一斜面11的倾角，实现投影模组的角度大范围内任意偏转。

在其中一个实施例中，所述第一斜面11集成于所述第二平行表面15。即上述全部的光学面集成在一起，形成一个封闭的光波导器件10。请参见图1，第一斜面11和第二斜面12抵接。图像光垂直于第一斜面11进入光波导器件10中，并在第二斜面12反射后，满足全反射条件，在所述第一平行表面14和所述第二平行表面15之间通过全反射传输至所述输出耦合件16，并通过所述输出耦合件16将图像光线扩瞳后耦出，并输出至人眼。

请参见图2，在其中一个实施例中，所述第一斜面11为棱镜的一个面，所述棱镜与所述第二平行表面15通过空气分离。即可以理解为，光波导器件10包括基板和棱镜。基板包括上述第一平行表面14、第二平行表面15。第一辅助面13以及第二斜面12。棱镜至少包括第一斜面11和一个其它面。为了方便设置，棱镜的其它面可以与第二平行表面15平行。

可选地，上述棱镜可以为直角三角棱镜，所述直角三角棱镜的斜面为所述第一斜面11，所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面15通过空气分离。

请参见图3，在其中一个实施例中，所述第一斜面11为棱镜的一个面，所述棱镜的非所述第一斜面11的其他一面与所述第二平行表面15胶合，所述第二平行表面15的胶合接触面上设置有全反射膜。即可以理解为，光波导器件10包括基板和棱镜。基板包括上述第一平行表面14、第二平行表面15。第一辅助面13以及第二斜面12。棱镜至少包括第一斜面11和一个其它面。为了方便设置，棱镜的其它面可以与第二平行表面15平行。

可选地，所述棱镜为直角三角棱镜，所述直角三角棱镜的斜面为所述第一斜面11，所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面15胶合。

当进入光波导器件10的图像光在第二斜面12上实现两次反射时，在较大视场角下，会形成鬼像，并对像质产生影响。为了减小此影响，所述辅助面上设置有吸光材料。辅助面上的吸光材料用于吸收在在第二斜面12上实现两次反射的图像光。

基于相同的发明构思，本实用新型实施例还提供一种近眼显示装置，包括投影模组和如上述实施例中任一项所述的光波导器件10，所述投影模组提供所述图像光。所述投影模组发出多条光线。可选地，所述多条光线包括有效光线和鬼像光线，所述有效光线包括限定图像角视场中点的主光线。所述鬼像光线为在所述第一斜面11实现两次反射的光线，所述有效光线为在所述第一斜面11实现一次反射的光线。所述鬼像光线经所述光波导器件10的第二斜面12两次反射后传输至所述第一辅助面13。所述有效光线经所述第二斜面12一次反射后传输至输出耦合件16。

其中，本实用新型实施例中的近眼显示装置可以为虚拟现实VR显示装置或增强现实AR显示装置。具体的，当光波导器件10板不能透过外界光线或者设置有遮光器件时，人眼不能观察到外界环境光线，该近眼显示装置即为VR显示装置，当光波导器件10对外界光线具有一定的透过性时，人眼能同时观察到外界环境光线和投影模组出射的光线，该近眼显示装置即为AR显示装置，具体实施时可以根据实际情况设计，本实用新型实施例对此不作限定。

投影模组用于出射成像光束，本实施例提供的近眼显示装置可以匹配多种投影模组使用。可选的，投影模组包括微有机发光二极管（Micro OLED）显示器、微发光二极管（Micro LED）显示器或液晶（LC）显示器。进一步的，微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器可以均为硅基显示器。硅基显示器以单晶硅片为基底，像素尺寸约为传统显示器的1/10，具有功耗低、体积小、分辨率高等优点，非常适用于近距离观察的近眼显示装置。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光波导器件，其特征在于，包括第一斜面、第二斜面、第一辅助面、第一平行表面、第二平行表面以及输出耦合件；

所述第一平行表面和所述第二平行表面平行，且所述第一平行表面和所述第二平行表面的长度方向具有相对的第一端和第二端；

所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面设置于所述第一端，所述输出耦合件设置于所述第二端；

所述第一斜面、所述第二斜面以及所述第一辅助面均与所述第一平行表面和所述第二平行表面成倾角设置，并且所述第一斜面和所述第二斜面不平行；

所述辅助面用于连接所述第一平行表面和所述第二斜面；

所述第一斜面被定向成基本垂直于主光线的光轴，图像光经所述第一斜面后，在所述第二斜面反射后，在所述第一平行表面和所述第二平行表面之间通过全反射传输至所述输出耦合件。

2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述第一斜面集成于所述第二平行表面。

3.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述第一斜面为棱镜的一个面，所述棱镜与所述第二平行表面通过空气分离。

4.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述第一斜面为棱镜的一个面，所述棱镜的非所述第一斜面的其他一面与所述第二平行表面胶合，所述第二平行表面的胶合接触面上设置有全反射膜。

5.根据权利要求3或者4所述的光波导器件，其特征在于，所述棱镜为直角三角棱镜，所述直角三角棱镜的斜面为所述第一斜面，所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面胶合，或者所述直角三角棱镜的一直角面与所述第二平行表面通过空气分离。

6.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述输出耦合件为多个耦出反射面或者耦出光栅。

7.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述辅助面上设置有吸光材料。

8.一种近眼显示装置，其特征在于，包括投影模组和如权利要求1-7中任一项所述的光波导器件，所述投影模组提供所述图像光。

9.根据权利要求8所述的近眼显示装置，其特征在于，所述投影模组包括微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器。

10.根据权利要求8所述的近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示装置包括虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。

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