平面波导成像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了平面波导成像装置和方法，包括照明光源、光栅膜、图像源、光学准直系统、光波耦合输入面、平面波导衬底和光波耦合输出面。所述照明光源用于发出指数级分布的光波，所述光栅膜对所述照明光源发出的光波进行反射，所述图像源用于调制所述光栅膜反射的光波，而调制后的光波被所述光栅膜透射，所述光学准直系统对经所述光栅膜透射的光波进行准直，所述光波耦合输入面将准直光波耦合进入到平面波导，所述平面波导衬底对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波，所述光波耦合输出面用于视场扩展以及光波耦合输出平面波导衬底。本发明专利技术提供了一种改善穿戴波导输出图像亮度均匀性的装置和方法，降低了设计和加工难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种成像装置和方法，尤其涉及一种平面波导成像装置和方法。
技术介绍
目前平面波导成像领域，采用多个平行反射面反射输出大视场的图像由亮变暗，图像亮度不均一，使人眼不舒服。专利号为US7576916B2的文件中描述了采用多个不同入射角具有不同反射率的反射面来解决图像不均一的问题，但是该设计比较复杂，而且不易加工，对工艺有严苛的要求，更需要大量的经费投入。
技术实现思路
为了解决平面波导成像亮度均一性的技术问题，本专利技术提供了一种平面波导成像装置和方法。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供平面波导成像装置，包括：照明光源，用于发出指数级分布的光波；光栅膜，对所述照明光源发出的光波进行反射；图像源，用于调制所述光栅膜反射的光波，调制后的光波被所述光栅膜透射；光学准直系统，对经所述光栅膜透射的光波进行准直；光波耦合输入面，将准直进入的光波耦合进入到平面波导；平面波导衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；光波耦合输出面，用于视场扩展以及光波耦合输出平面波导衬底；其中，所述光学准直系统位于所述光栅膜和所述平面波导衬底之间，所述照明光源和所述图像源位于所述光栅源两端，所述光波耦合输出面位于所述平面波导衬底远离所述光波耦合输入面一侧。可选的，所述光波耦合输入面的有效通光口径内镀有相应的增透膜。可选的，所述光波耦合输入面的外表面旋涂有相应的反射膜。可选的，所述图像源表面亮度呈指数级变化。可选的，所述光学准直系统为非球面准直透镜。本专利技术的第二方面提供平面波导成像方法，具有以下步骤：发出的指数级分布的光波，经过一定的空间变换反射到图像源表面，光波被所述图像源调制后出射，调制后的光线被光学准直系统准直，光波耦合输入面将准直的光波耦合进入到平面波导，对耦合进入的光波进行全反射传播，直至传播到光波耦合输出面，光波在所述光波耦合输出面被反射和折射，被折射的光线继续传播直至一个所述光波耦合输出面，对应所述图像源不同区域的光线在不同的所述光波耦合输出面被反射输出到所述波导衬底外成像。可选的，所述光波耦合输入面的有效通光口径内镀有相应的增透膜。可选的，所述光波耦合输入面的外表面旋涂有相应的反射膜。可选的，所述图像源表面亮度呈指数级变化。可选的，所述光学准直系统为非球面透镜。本专利技术的有益技术效果如下：本专利技术平面波导输出图像亮度均一性显著改善；本专利技术设计和加工较简单，研究经费可控；本专利技术提出了照明光源新的发展方向；本专利技术扩大了视场角，避免激烈运动时看不清楚图像，提高了人眼舒适度；本专利技术微型化，适用于穿戴是智能设备，具有很大的应用前景和想象空间。附图说明图1是本专利技术一实施例平面波导成像装置示意图。图2是本专利技术一实施例照明光源光线调制装置示意图。图3是本专利技术一实施例均匀照明输出图像示意图。图4是本专利技术一实施例指数级照明输出图像示意图。图5是本专利技术一实施例指数级照明与均匀照明输出图像亮度的对比曲线。图6是本专利技术一实施例结合指数级照明和均匀照明输出图像示意图。图7是本专利技术一实施例结合指数照明和均匀照明的输出图像与均匀照明输出图像亮度的对比。其中，1-照明光源；2-光栅膜；3-图像源；4-光学准直系统；5-光波耦合输入面；6-波导衬底；7-光波耦合输出面；31-第一图像区域；32-第二图像区域；33-第三图像区域；34-第四图像区域；35-第五图像区域；71-第一光波耦合输出面；72-第二光波耦合输出面；73-第三光波耦合输出面；74-第四光波耦合输出面；75-第五光波耦合输出面。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的解释说明。平面波导成像装置，包括：照明光源1，该照明光源1发出指数级分布的S光；光栅膜2，该光栅膜2反射S光；图像源3，经光栅膜2反射的S光被图像源3接收，S光被图像源3调制成P光出射，P光被光栅膜2透射；光学准直系统4，该光学准直系统4用以准直图像源3各点上发出的P光；光波耦合输入面5，该光波耦合输入面5用以反射进入平面波导的P光；以及光波耦合输出面7，多个光波耦合输出面7平行倾斜放置，光波耦合输入面5反射过来的光线经过波导衬底6的多次全反射，依次经过多个光波耦合输出面7，对应图像源3不同区域的光线在不同的光波耦合输出面7被反射输出到波导衬底6外成像，多个光波耦合输出面7用以扩大视场角。可选的，光栅膜2与照明光源1呈45°角。可选的，图像源3表面亮度呈指数级变化。可选的，光学准直系统4为非球面准直透镜。平面波导成像方法，具有以下步骤：照明光源1发出的指数级分布的S光，S光被光栅膜2反射到图像源3表面，S光被图像源3调制成P光出射，图像源3各点上发出的P光经过光栅膜2后被光学准直系统4准直，准直后的P光进入平面波导，进入平面波导的P光经光波耦合输入面5反射后在波导衬底6中遵循全反射定理传播，直至传播到光波耦合输出面7，光线在光波耦合输出面7被反射和折射，被折射的光线继续传播直至下一个光波耦合输出面7，对应图像源3不同区域的光线在不同的光波耦合输出面7被反射输出到波导衬底6外成像。可选的，所述光波耦合输入面5的有效通光口径内镀有相应的增透膜。可选的，所述光波耦合输入面5的外表面旋涂有相应的反射膜。可选的，图像源3表面亮度呈指数级变化。可选的，光学准直系统4为非球面准直透镜。如图1，照明光源1优选LED。采用LED是因为追求平面波导成像装置更小的体积和更高光能。现有技术的照明均是考虑LED出射光线的角度以及光源的均一性问题，而本专利技术采用了指数级照明方式，简化了照明设计的难度，同时通过指数级照明方式可以和传统均匀照明方式互补输出更均一稳定的图像。光栅膜2优选P&S光栅膜。对于穿透式波导显示系统，由于原理性能量损耗过大的原因，为了能够尽可能的提高系统最终的输出亮度，通常采用反射式的光源照射方式来照明图像源3表面，进而通过显示源表面的反射，调制出需要显示的图像信息。考虑到照明光源1的光线通过反射方式照射到图像源3表面后通过图像源的调制反射后能够继续进入后续的光学系统，因此采用P&S光栅膜，一方面可以减小系统整体的尺寸，另一方面保证经过图像源3反射的光线可以进入后续的光学系统和提高最终图像的对比度。图像源3优选LCOS。对于穿透式可穿戴波导光学系统，为了使整体结构变得更小型化，通常采用微显示器作为图像源3。在可穿戴光学设备中，图像源系统主要提供观察的图像信息。目前本文档来自技高网...

【技术保护点】
平面波导成像装置，其特征在于，包括：照明光源，用于发出指数级分布的光波；光栅膜，对所述照明光源发出的光波进行反射；图像源，用于调制所述光栅膜反射的光波，调制后的光波被所述光栅膜透射；光学准直系统，对经所述光栅膜透射的光波进行准直；光波耦合输入面，将准直进入的光波耦合进入到平面波导；平面波导衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；光波耦合输出面，用于视场扩展以及光波耦合输出平面波导衬底；其中，所述光学准直系统位于所述光栅膜和所述平面波导衬底之间，所述照明光源和所述图像源位于所述光栅源两端，所述光波耦合输出面位于所述平面波导衬底远离所述光波耦合输入面一侧。

【技术特征摘要】
2016.01.28 CN 20161005866231.平面波导成像装置，其特征在于，包括：
照明光源，用于发出指数级分布的光波；
光栅膜，对所述照明光源发出的光波进行反射；
图像源，用于调制所述光栅膜反射的光波，调制后的光波被所述光栅膜透射；
光学准直系统，对经所述光栅膜透射的光波进行准直；
光波耦合输入面，将准直进入的光波耦合进入到平面波导；
平面波导衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；
光波耦合输出面，用于视场扩展以及光波耦合输出平面波导衬底；
其中，所述光学准直系统位于所述光栅膜和所述平面波导衬底之间，所述照明光源和
所述图像源位于所述光栅源两端，所述光波耦合输出面位于所述平面波导衬底远离所述光
波耦合输入面一侧。
2.根据权利要求1所述的平面波导成像装置，其特征在于：所述光波耦合输入面的有效
通光口径内镀有相应的增透膜。
3.根据权利要求1所述的平面波导成像装置，其特征在于：所述光波耦合输入面的外表
面旋涂有相应的反射膜。
4.根据权利要求1所述的平面波导成像装置，其特征在于：所述图...

【专利技术属性】
技术研发人员：张圣军，张庆，
申请(专利权)人：上海理湃光晶技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31