一种光学装置，包含：一第一光学波导(10)，具有一矩形横截面以及包含与所述波导的一延伸方向形成一倾斜角度的多个部分反射表面(40)；及一第二光学波导(20)，也包含呈一倾斜角度的多个部分反射表面(45)，并与所述第一光学波导(10)光学相耦合。一图像以一倾斜耦合角的一初始传播方向耦合进入到所述第一光学波导中，并沿着所述第一光学波导通过四重内反射而前进，所述图像以一强度比例在所述多个部分反射表面上反射，以便耦合进入到所述第二光学波导中，并接着在所述第二光学波导内通过双重反射进行传播，所述图像并以一强度比例在所述多个部分反射表面反射，以便从所述多个平行面中的一个向外导出而成为一可视图像。
【技术实现步骤摘要】
光学装置本申请为申请号201780003193.8(PCT申请号为PCT/IL2017/051028)、申请日2017年09月12日、专利技术名称“使用矩形波导的孔径倍增器”的分案申请。
本专利技术是关于多种光学孔径倍增器，特别是关于一种包含矩形波导的光学孔径倍增器以及采用上述的孔径倍增器的近眼显示器及抬头显示器。
技术介绍
用于近眼显示器或抬头显示器的光学装置需要大孔径以覆盖观看者的眼睛所在区域(眼睛动作区，eyemotionbox)。为了实现紧凑的装置，图像由具有小孔径的微小光学图像产生器产生，其被倍增以产生一大孔径。一种在一个维度上孔径倍增的方式已经被开发，基于图像在透明材料形成的一平行平板，在所述平行平板内部通过内反射进行传播。图像波阵面的一部分通过使用倾斜角度部分反射器或通过使用一绕射光学元件而在所述平板的一表面上耦合输出到所述平板外。这样的一平板在本文被称为一维波导，因为其包含在一个维度上通过内反射的图像波阵面。在所述平板的平面(即平板表面)中，图像必须被准直，以保持穿过波导的图像品质。平板传播方法非常适用于孔径倍增的第二阶段，其中所述平板被部署于观看者的眼睛对面(如同近眼显示器的玻璃透镜，或较大平视显示器的视窗)并形成图像到达眼睛处的最终输出表面。然而，这种方式对于倍增的第一阶段并非是最佳的，图像波阵面宽度相似平板宽度的需求增加了装置的体积及重量。
技术实现思路
本专利技术关于一种光学孔径倍增器，所述光学孔径倍增器包含一矩形波导。根据本专利技术一个实施例的教示，一种光学孔径倍增器，包含：一第一光学波导，具有一延伸方向，所述第一光学波导具有一第一对平行面及一第二对平行面以共同形成一矩形横截面，其中多个部分反射表面至少部分地横置于所述第一光学波导，所述多个部分反射表面相对于所述延伸方向形成一倾斜角度；及(b)一第二光学波导，与所述第一光学波导光学相耦合，所述第二光学波导具有一第三对平行面以形成一板式波导，其中多个部分反射表面至少部分地横置于所述第二光学波导，所述多个部分反射表面相对于所述第三对平行面形成一倾斜角度；其中所述第一及第二光学波导的光学耦合及所述多个部分反射表面是被配置为使得当一图像以一初始传播方向并以与所述第一及第二对平行面两者皆倾斜的一耦合角耦合进入到所述第一光学波导中时，所述图像沿着所述第一光学波导通过四重内反射而前进，所述图像以一强度比例在所述多个部分反射表面上反射，以便耦合进入到所述第二光学波导中，并在所述第二光学波导内通过双重反射进行传播，所述图像并以一强度比例在所述多个部分反射表面反射，以便从所述多个平行面的一向外导出而成为一可视图像。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第一对平行面包含一第一面及一第二面，且所述第二对平行面包含一第三面及一第四面，所述第一面的一端部终止在一第一近端边缘处，并且所述第三面的一端部终止于一第二近端边缘处；及所述光学孔径倍增器更包含：一耦合反射器装置，与所述光学波导一体成形或光学耦合，所述耦合反射器装置包含：(a)一第一反射器，被布置为所述第三面的一近端延伸部，或者布置为一反射器平行于所述第三面且位在所述第三面外，所述第一反射器具有一宽度垂直于所述延伸方向，所述第一反射器的所述宽度大于所述第三表面的一宽度；及(b)一第二反射器，被布置为所述第四面的一近端延伸部，或者布置为一反射器平行于所述第四面且位在所述第四面外，所述第二反射器具有一宽度垂直于所述伸长方向，所述第二反射器的所述宽度大于所述第四表面的一宽度；使得当沿着一光学输入轴线观察时，所述第一及第二近端边缘呈现一外显的波导孔径，所述外显的波导孔径是由所述第一及第二近端边缘以及在所述耦合反射器装置内反射的所述第一及第二近端边缘的多个图像加以限定边界。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述光学输入轴线相对于所述第一及第二反射器两者皆呈倾斜。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述耦合反射器装置为一耦合棱镜，所述耦合棱镜与所述光学波导一体成形，或光学地耦合于所述光学波导，所述耦合棱镜呈现一耦合表面，大致上垂直于所述光学输入轴线。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述耦合反射器装置为一耦合棱镜，所述耦合棱镜与所述光学波导一体成形，或光学地耦合于与所述光学波导，所述耦合棱镜与一图像投影装置的至少一光学元件整合。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述至少一光学元件包含一分光棱镜，所述分光棱镜具有一输入面、一反射面、一内部倾斜分光元件及一输出面，所述输出面大致垂直于输出图像传播的一主要方向，以及其中所述耦合反射器的所述第一及第二反射器的至少部分延伸跨过所述输出面的一平面。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述耦合反射器装置为一耦合棱镜，所述耦合棱镜与所述光学波导一体成形，或光学地耦合于所述光学波导，所述耦合棱镜呈现一倾斜反射面，用于沿着垂直于所述第一及第二反射器其中一个的一光轴反射一光输入，以便入射所述外显的波导孔径。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述光学孔径倍增器更包含一图像投影器，所述图像投影器被布置成投影一图像以沿着所述光学输入轴线平行到无穷远，以便与所述外显的波导孔径完全重叠。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述光学孔径倍增器更包含一去偏振器元件，插置于所述图像投影器及所述耦合反射器装置之间的一光学路径中。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第一光学波导光学地耦合到所述第二光学波导的一端面，所述端面是延伸于所述第三对平行面之间。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述端面与所述第三对平行面形成垂直。根据本专利技术一个实施例的一个替代特征，所述端面具角度的与所述第三对平行面形成倾斜。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第二光学波导的所述多个部分反射表面在一组平行线处与所述第三对平行面中的第一对相交，并且其中所述多个端面沿着一边缘与所述第三对平行面中的所述第一对相会，所述边缘不平行于所述组平行线。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第一光学波导光学耦合到所述第三对平行面中的一个。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第一光学波导的所述多个部分反射表面相对于所述第一对平行面及所述第二对平行面两者形成一倾斜角度。根据本专利技术一个实施例的另一特征，来自所述第一及第二对平行面中的至少一面是涂覆有多层的一介电材料以形成一介质镜面。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述第一光学波导的所述多个面中的一个是一耦合面，通过所述耦合面，所述第一光学波导与所述第二光学波导光学地相耦合，并且其中所述第一光学波导的所述多个部分反射表面是为重叠关系，使得在所述多个部分反射表面沿着一主要图像传播方向投影到所述耦合面上的一几何投影中，位于所述投影内的一大部分区域被包含在所述多个部分反射表面中的至少两个的投影内。根据本专利技术一个实施例的另一特征，所述光学孔径倍增器更包含一图像投影装置，所述图像投影装置与所述第一光学波导相联结，并且被布置以引导一第一图像以一第一传播角度方向进入所述第一光学波导，及其中所述四重内反射产生的一第二共轭图像、一第三共本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学装置，其特征在于：所述光学装置包含：/n(a)一种图像投影器，配置为通过一输出表面投射与一准直图像相对应的一图像照明，所述图像投影器包含至少一个偏振元件，使所述图像照明偏振；/n(b)一光学孔径扩大装置，包含至少一个波导，所述至少一个波导具有至少一对平行的外部表面，所述图像照明通过在所述至少一对外部表面处的内反射在所述至少一个波导内传播，所述光学孔径扩大装置包含一耦合输出装置，用于将所述图像照明的一比例从所述光学孔径扩大装置向外逐渐重新导向以朝向一观看者；以及/n(c)一去偏振器，部署在所述图像投影器的所述至少一个偏振元件之后以及在所述至少一个波导之前的所述图像照明的一路径中。/n
【技术特征摘要】
20161009 US 62/405,936;20161108 US 62/418,919;20171.一种光学装置，其特征在于：所述光学装置包含：
(a)一种图像投影器，配置为通过一输出表面投射与一准直图像相对应的一图像照明，所述图像投影器包含至少一个偏振元件，使所述图像照明偏振；
(b)一光学孔径扩大装置，包含至少一个波导，所述至少一个波导具有至少一对平行的外部表面，所述图像照明通过在所述至少一对外部表面处的内反射在所述至少一个波导内传播，所述光学孔径扩大装置包含一耦合输出装置，用于将所述图像照明的一比例从所述光学孔径扩大装置向外逐渐重新导向以朝向一观看者；以及
(c)一去偏振器，部署在所述图像投影器的所述至少一个偏振元件之后以及在所述至少一个波导之前的所述图像照明的一路径中。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：所述去偏振器是一被动去偏振器。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：所述去偏振器包含至少一层的双折射材料部署在所述图像照明的一路径中。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：所述去偏振器选自于由以下组成的群组：柯努去偏振器、里奥去偏振器及光楔去偏振器。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：所述去偏振器是一主动去偏振器。
【专利技术属性】
技术研发人员：尤查·丹齐格，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL
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