[发明专利]一种光波导结构及光学系统

说明书

一种光波导(301)，包括至少一个第一基底(11)和扩展波导(20)，第一基底(11)和扩展波导(20)相接，扩展波导(20)包括多个相互平行倾斜地内嵌于基板(22)的半透膜(a,b,c,d,e)，光波导(301)的左右侧面中的至少一侧设置有吸光材料；其中，入射光(L1，T1)进入扩展波导(20)后出射多条相互平行的出射光线(L2,L3,L4,L5,L6,T2,T3,T4,T5,T6)；当入射光(L1，T1)进入扩展波导(20)经至少一个半透膜(a,b,c,d,e)反射的反射光进入第一基底(11)后，经第一基底(11)全反射传播至光波导(301)的设置有吸光材料的侧面，或者，当入射光(L1，T1)进入扩展波导(20)经至少一个半透膜(a,b,c,d,e)反射的反射光经第一基底(11)传播至光波导(301)的设置有吸光材料的侧面。包括该光导波(301)的光学系统，可减轻鬼像，进而提高了成像质量。

技术领域

本发明涉及光波导领域，尤其涉及一种光波导结构及光学系统。

背景技术

头戴显示器(Head-Mounted Display，HMD)以其沉浸性、交互性以及可提高势态感知等特点，在军事、工业、医疗等领域得到了广泛的应用。随着微显示器技术、光学加工技术和光学设计理论的日益成熟，HMD正朝着小型化方向发展。

鉴于头部佩戴的特殊要求，现有的穿透式HMD通常采用折返中继结构和离轴反射组合镜结合的方式。虽然折返中继结构使得HMD获得大的出瞳，但离轴反射组合镜的使用大大增加了系统离轴像差矫正的难度。可见，组合镜与中继系统的结合严重增加了系统的体积和重量。为了解决上述问题，提出了在HMD中使用光波导技术。光波导技术摒弃了传统HMD中复杂的光学系统，利用波导完成图像的传输和扩展，在获得较大出瞳的同时，极大地减小了HMD的尺寸和重量。

目前，用于HMD的波导技术主要有全息波导和半透膜阵列波导。全息波导是利用全息技术和光波导理念实现显示，但是系统光能利用率低，全息光栅制备难度高，衍射引入的杂光和色散等严重阻碍了其发展。半透膜阵列波导是利用几何光学折反射原理实现显示，色散小容易实现彩色显示，因此在设计和制备方面的要求远低于全息波导显示，但是传统的半透膜阵列波导造成的鬼像严重影响成像质量。因此，研究出一种能够减轻，甚至消除鬼像的半透膜阵列波导是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光波导结构及光学系统，以减轻鬼像，进而提高了成像质量。

第一方面，本发明实施例提供一种光波导结构，所述光波导包括至少一个第一基底和扩展波导，所述第一基底和所述扩展波导相接，所述扩展波导包括多个相互平行倾斜地内嵌于基板的半透膜，所述光波导的左右侧面中的至少一侧设置有吸光材料；

其中，入射光进入所述扩展波导后出射多条相互平行的出射光线；当入射光进入所述扩展波导经至少一个半透膜反射的反射光进入所述第一基底后，经所述第一基底全反射传播至所述光波导的设置有吸光材料的侧面，或者，当入射光进入所述扩展波导经所述至少一个半透膜反射的反射光经所述第一基底传播至所述光波导的设置有吸光材料的侧面。

第二方面，本发明实施例提供一种光学系统，包括显示器、目镜系统和第一方面所述的光波导，所述目镜系统置于所述显示器与所述光波导之间，所述目镜系统的光轴与所述显示器垂直；

所述显示器的线视场分布的发散光通过所述目镜系统后变为角视场分布的平行光，各角视场平行光先后经过所述光波导后扩展出瞳阵列，当人眼眼瞳与所述光学系统的出瞳平面重合即可获得所述显示器上显示的显示信息。

在本方案中，当入射光进入所述扩展波导经至少一个半透膜反射的反射光进入基底后，经基底全反射传播至光波导的设置有吸光材料的侧面，或者，当入射光进入扩展波导经至少一个半透膜反射的反射光经基底传播至光波导的设置有吸光材料的侧面，在光波导的侧面会将这部分的光吸收，以防止这部分光经光波导的侧面反射进入扩展波导中，进而减轻了鬼影，提高了成像质量。