一种基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器的制造方法
【专利摘要】本发明的一种基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器，其输入耦合器包括透射光线的一个自由曲面和反射光线的一个球面，并且集成于平板光波导上，形成一个集成光波导，通过采用此结构，集成于平板光波上的输入耦合器直接耦合图像源光线进入波导，同时对光线进行准直，代替光学中继系统，不需要传统的准直光学系统，解决了波导显示器整个体积和重量太大的问题。可以广泛应用于波导显示器领域。
【专利说明】一种基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种波导显示器，尤其涉及一种基于集成化自由曲面光学元件的波导 显示器。
【背景技术】
[0002] 现有透视型光学波导显示器，主要由图像源、中继光学系统、输入耦合器、输出 耦合器（光束组合器）、以及平板光波导这些部分组成。按输出耦合器（光束组合器， combiner，通常有两个通道，使透射光束进入人眼，同时耦合经波导传播后的像源虚拟图像 进入人眼，使人眼能观察到一幅叠加于真实场景之上的虚拟图像）分类，包括基于镀膜反 射镜阵列的波导显示器和基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器。
[0003] 这两种类型的波导显示器的共同缺点之一就是波导显示器在像源后引入附加的 中继光学系统准直其出射光线，这使得显示系统的整个体积和重量显著增大。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题就是如何解决现有波导显示器的中设有中继光学系统 导致波导显示器整个体积和重量显著增大的问题。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于集成化自由曲面光学元件的波导 显示器，包括图像源、输入耦合器、输出耦合器、平板光波导，其特征在于，所述输入耦合器 包括一个透射光线的和一个反射光线的自由曲面，并且集成于平板光波导上，形成一个集 成光波导。
[0008] 优选地，所述自由曲面为球面，或二次曲面，或非球面，或变形非球面，或泽尼克多 项式面型，或XY多项式面型。
[0009] 优选地，所述透射光线的自由曲面为XY多项式，所述反射光线的自由曲面为球 面。
[0010] 优选地，输入f禹合器z方向厚度为3mm以上10mm以下。
[0011] (三）有益效果
[0012] 本发明的一种基于集成化自由曲面光学兀件的波导显不器，其输入f禹合器包括一 个透射光线的和一个反射光线的自由曲面，并且集成于平板光波导上，形成一个集成光波 导，通过采用此结构，集成于平板光波上的输入耦合器直接耦合图像源光线进入波导，同时 对光线进行准直，代替光学中继系统，不需要传统的准直光学系统，解决了波导显示器整个 体积和重量太大的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0014] 图1 :传统的视透型波导显示器的系统结构示意图；
[0015] 图2 :本发明提供基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器的结构示意图；
[0016] 图3 :自由曲面输入耦合器的光路图；
[0017] 图4 :自由曲面输入耦合器调制传递函数曲线图
[0018] 图5 :自由曲面输入耦合器模拟成像图；
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于 说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0020] 现有技术中的视透型波导显示器的显示系统如图1所示，包括中继光学系统，从 而显示系统的整个体积和重量显著增大，且显示器的视角明显受限制。
[0021] 为了解决上述技术问题，本实施例提供了一种基于集成化自由曲面光学元件的波 导显示器，包括图像源、输入耦合器、输出耦合器、平板光波导，其特征在于，所述输入耦合 器包括透射光线的一个自由曲面和反射光线的一个球面，并且集成于平板光波导上。
[0022] 本实施例中，所述输出耦合器厚度为3. 2μπι，且密接于平板光波z向上方。
[0023] 平板光波导ζ方向厚为3mm下，折射率为1. 52。
[0024] 所述基于衍射光学兀件的波导显不器整体y方向长65mm。
[0025] 所述输入耦合器集成于平板光波导上，形成一个集成光波导，如图2所示。
[0026] 所述输入耦合器包括透射光线的一个自由曲面（si)和反射光线的一个球面 (s2)，如图3所示，其几何结构满足以下关系
[0027]
【权利要求】
1. 一种基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器，包括图像源、输入耦合器、输出耦 合器、平板光波导，其特征在于，所述输入耦合器包括一个透射光线的和一个反射光线的自 由曲面，并且集成于平板光波导上，形成一个集成光波导。
2. 根据权利要求1所述的基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器，其特征在于， 所述自由曲面为球面，或二次曲面，或非球面，或变形非球面，或泽尼克多项式面型，或XY 多项式面型。
3. 根据权利要求2所述的基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器，其特征在于， 所述透射光线的自由曲面为XY多项式，所述反射光线的自由曲面为球面。
4. 根据权利要求1所述的基于集成化自由曲面光学元件的波导显示器，其特征在于， 输入f禹合器z方向厚度为3mm以上10mm以下。
【文档编号】G02B6/122GK104090330SQ201410226105
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】刘娟, 韩剑, 王涌天 申请人:北京理工大学