[发明专利]半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统

权利要求书

1.半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统，其特征在于，该光学系统包括微显示屏(1)、目镜系统(2)、垂直扩展波导(3)和水平扩展波导(4)；

所述垂直扩展波导(3)和水平扩展波导(4)均由等间距或者变间距排布半透膜倾斜地内嵌于基底构成；所述垂直扩展波导(3)与水平扩展波导(4)两者相互垂直紧密贴合，垂直扩展波导(3)的中心与水平扩展波导(4)中的全反射镜(41)的中心沿竖直方向保持对准；

所述目镜系统(2)位于微显示屏(1)和垂直扩展波导(3)之间，其出瞳平面位于垂直扩展波导(3)内部；所述目镜系统(2)至少包含一个透射元件，且各元件同轴放置；

所述微显示屏(1)的线视场分布的发散光通过目镜系统(2)后变为角视场分布的平行光，各角视场平行光先后经过垂直扩展波导(3)和水平扩展波导(4)扩展后形成二维分布的扩展出瞳阵列，当观察者眼瞳(5)与系统出瞳平面(6)重合并落在出瞳阵列以内即可获得微显示屏(1)上的显示信息。

2.根据权利要求1所述的半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统，其特征在于，目镜系统(2)中双凸透镜(21)、第一正弯月形透镜(22)、双凹透镜(23)、第二正弯月形透镜(24)和负弯月形透镜(25)依次同轴设置，其中第二正弯月形透镜(24)和负弯月形透镜(25)构成双胶合透镜，系统各透镜前后表面均为标准球面。

3.根据权利要求1所述的半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统，其特征在于，所述垂直扩展波导(3)包括条形基底(30)、内嵌于条形基底(30)的半透膜阵列I(31)和半透膜阵列II(32)；半透膜阵列I(31)由五个互相平行且大小相等的半透膜构成，在第二半透膜(312)、第三半透膜(313)、第四半透膜(314)和第五半透膜(315)中相邻半透膜间距相等，且该间距小于半透膜第一半透膜(311)与第二半透膜(312)的间距；半透膜阵列II(32)由四个互相平行且大小相等的半透膜构成，在半透膜二(322)、半透膜三(323)和半透膜四(324)中相邻半透膜间距相等，且该间距小于半透膜一(321)与半透膜二(322)的间距；第二半透膜(312)与半透膜一(321)的中心沿y方向精确对准；半透膜阵列I(31)的和半透膜阵列II(32)的各个表面与条形基底(30)的表面之间呈特定夹角，且该夹角相等；半透膜阵列I(31)的顶部和半透膜阵列II(32)的底部重合，并且二者的倾斜方向关于y-o-z坐标平面镜像对称。

4.根据权利要求1所述的半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统，其特征在于，所述水平扩展波导(4)包括平板基底(40)和内嵌于平板基底(40)的全反射面(41)和半透膜阵列(42)；平板基底(40)中互相平行的上下表面构成其工作面；全反射面(41)与平板基底(40)的工作面之间的夹角应保证入射平行光束能够被全反射面(41)无遮挡的反射；半透膜阵列(42)由六个互相平行的半透膜等间距排布构成，半透膜I(421)、半透膜II(422)、半透膜III(423)、半透膜IV(424)、半透膜V(425)和半透膜VI(426)的表面与平板基底(40)的工作面之间呈特定夹角；经全反射面(41)反射后的各视场光束在平板基底(40)的工作面上发生反射时满足全反射条件。