[发明专利]基于反射式波导耦合器的光线传导和分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及波导耦合器领域，更具体地，涉及基于反射式波导耦合器的光线传导和分离方法及装置。

背景技术

头戴式显示器是佩戴在头上的图像显示器器件，通常以帽子、头盔或者眼镜架等作为支撑放置在使用者的头部。头戴式显示器主要由四部分构成：图像信息显示源，电路控制系统、光学成像系统，固定支撑结构，利用光学系统将微显示器发出的图像投影在人的眼前成放大的虚像。头戴式显示器是现代便携式移动显示装置中的新产品，在增强现实、虚拟现实的图像显示以及立体显示等方面有广泛的应用。

眼镜显示器是一种新型的穿戴式显示设备，是头戴式显示器中最为轻便的一种，不仅能应用在军事方面，更可以应用在工业上、医疗上及日常生活中，扩展了传统头戴式显示器的应用领域。它能将小型的二维显示器所产生的图像经过光学系统，成像于人眼前方。可以分为透过式和视频式眼镜显示器。透过式眼镜显示器作为一种增强显示装置，可以将虚拟的物体或者信息叠加在真实场景上显示，比直视型的更加安全、使用范围更广泛。

反射式波导耦合器是嵌入直线反射光学器件的导光器件。与其他应用在透过式眼镜显示器中的导光器件相比，反射式波导耦合器没有颜色不均匀的问题，而且可以使用塑料衬底，可以大大减轻器件质量，同时降低成本。另外，反射式波导耦合器对投影器件没有特殊要求(比如，偏振式波导耦合器需要使用极化了的微显示器作为微型投影器)。

反射式波导耦合器是眼镜显示器中的关键耦合器件，携带有图像信息的入射光线通过反射式波导耦合器后，出射光线的质量将决定最后在人眼中形成的图像的质量。现有技术中提供的反射式波导耦合器均没有考虑到经反射式波导耦合器后的出射光线的质量问题，将会导致最后在人眼上形成鬼像，进而降低眼镜显示器的用户体验。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种基于反射式波导耦合器的光线传导和分离方法及装置。

一方面，本发明提供了一种基于反射式波导耦合器的光线传导和分离方法，包括：

获取设定的所述波导耦合器的入射视场角和入射光线在所述导光板表面的折射角度范围；

在所述折射角度范围内调整所述折射角度的大小，同时调整所述波导耦合器中反射单元与导光板表面之间的锐角夹角的大小，使所述锐角夹角和所述折射角度满足预设条件，以使所述入射视场角对应的入射光线从所述波导耦合器的出射端导出，并且从所述波导耦合器的出射光线中分离出用于形成图像的信息光线。

优选地，所述信息光线与所述入射光线关于所述导光板表面的一条法线对称。

优选地，所述预设条件包括：

180-4θ+α>0，

其中，θ为所述锐角夹角，α为所述折射角度。

优选地，所述预设条件还包括：

其中，n为所述导光板的折射率，n₀为真空折射率。

优选地，所述方法还包括：

根据所述预设条件，以及所述波导耦合器的出射视场角与所述折射角度的大小关系，确定所述导光板为不同折射率时所述出射视场角与所述锐角夹角之间对应的第一变化曲线。

优选地，所述方法还包括：

根据所述预设条件，以及所述波导耦合器的出瞳直径，确定所述导光板为不同折射率时所述出瞳直径与所述锐角夹角之间对应的第二变化曲线。

优选地，所述导光板的折射率的取值范围为1.3≤n≤1.8，n为所述导光板的折射率。

优选地，所述锐角夹角和所述折射角度满足：

其中，θ为所述锐角夹角，α为所述折射角度，n为所述导光板的折射率，n₀为真空折射率。

另一方面，本发明还提供了一种基于反射式波导耦合器的光线传导和分离装置，包括：角度获取模块和调整模块。其中，

角度获取模块用于获取设定的所述波导耦合器的入射视场角和入射光线在所述导光板表面的折射角度范围；

调整模块用于在所述折射角度范围内调整所述折射角度的大小，同时调整所述波导耦合器中反射单元与导光板表面之间的锐角夹角的大小，使所述锐角夹角和所述折射角度满足预设条件，以使所述入射视场角对应的入射光线从所述波导耦合器的出射端导出，并且从所述波导耦合器的出射光线中分离出用于形成图像的信息光线。

优选地，所述预设条件包括：

180-4θ+α>0，

其中，θ为所述锐角夹角，α为所述折射角度。