[实用新型]一种膜阵列波导光学系统

说明书

本实用新型属于光学系统和器件设计技术领域，提供了一种膜阵列波导光学系统，包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，第一全反射膜与多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和第一全反射膜与多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构，从而可有效改善用户观看体验。

技术领域

本实用新型属于光学系统和器件设计技术领域，更具体地说，是涉及一种膜阵列波导光学系统。

背景技术

在虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)领域，为了追求沉浸感和临场感，需要尽可能大的视场角，导致大部分现有虚拟现实产品位于用户眼前的光学元件均有较大的厚度，佩戴时需要配重系统来平衡重量，增加了用户头部的负担，无法实现轻薄的可穿戴近眼显示；增强现实(Augment Reality，简称AR)可以看到虚拟的图像叠加在真实的场景之上，作为未来近眼显示的主流，正处于概念性的产品开发展示阶段。为了实现光学透射式的近眼显示方案，现有的一些设计采用自由曲面棱镜元件，利用折反光路加补偿棱镜的方式实现光学透射，但这种方案的光学系统的厚度不能做到非常轻薄，影响用户的体验效果。

目前虚拟现实产品和增强现实产品中均广泛采用平面光波导技术，平面光波导技术利用光束在平面波导元件内的全内反射来扩展出瞳，可有效降低光学元件的厚度，从而使得智能眼镜的外观更加轻薄和自然。然而，在传统的平面波导结构当中，垂直上下视场光束随着视场角和出瞳距的增大而分开得越厉害，导致重叠的区域减少，从而使得用户基本不能够体验到增强现实的效果，观看效果不好，用户体验较差。

以上不足，有待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种膜阵列波导光学系统，以解决传统的平面波导结构存在的用户观看效果不好、体验较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种膜阵列波导光学系统，包括依次排列的用于提供光束的显示源、对光束进行准直的目镜、对光束进行扩展的垂直扩展波导和对光束进行扩展并将光束出射的水平扩展波导；

所述垂直扩展波导包括上层反射膜阵列和下层反射膜阵列；

所述上层反射膜阵列包括第一全反射膜及与所述第一全反射膜并排排列的多个上层半反半透膜，所述第一全反射膜将入射到所述垂直扩展波导上的光束反射到与该第一全反射膜相邻的一个上层半反半透膜上，所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有上端所在的平面和所述第一全反射膜与所述多个上层半反半透膜的所有下端所在的平面呈楔形结构；

所述下层反射膜阵列包括多个下层半反半透膜，所述多个下层半反半透膜的上端所在的平面和下端所在的平面呈楔形结构。

本实用新型提供的一种膜阵列波导光学系统的有益效果在于：

(1)由于上层反射膜阵列的上层半反半透膜成楔形排列，下层反射膜阵列中的下层半反半透膜成楔形排列，从而使得在垂直扩展波导体积不改变的情况下，上层反射膜阵列中能排列更多的上层半反半透膜，下层反射膜阵列中能排列更多的下层半反半透膜，不仅可以使得出瞳扩展的有效区域增大，从而增大了视场角，因此在获得相同视场角的情况下，垂直扩展波导的体积可以进一步缩小，从而可以缩小光学系统的体积。

(2)由于上层反射膜阵列的上层半反半透膜成楔形排列，上层反射膜阵列中能排列更多的上层半反半透膜，从而使得相邻上层半反半透膜之间的距离减小，使得经过相邻上层半反半透膜反射之后的光束的间距变小，从而减小了出瞳点阵之间的距离，用户在观看过程中不会丢失光束所携带的图像信号，从而提高了用户的观看效果，改善观看体验。