[发明专利]基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统

权利要求书

1.一种基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，包括：

图像源(1)：提供需要显示的图像；

自由曲面光学部分(2)：将图像源(1)提供的图像进行放大；

输入耦合部分(3)：将放大后的图像耦合入光波导部分(4)；

光波导部分(4)：传输放大的图像；

输出耦合部分(5)：输出光波导部分(4)中传输的图像。

2.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，自由曲面光学部分(2)包括：第一自由曲面(21)、第二自由曲面(22)和半透半反射面(23)，半透半反射面(23)位于第一自由曲面(21)和第二自由曲面(22)之间；

图像源(1)提供的图像经由第一自由曲面(21)引导，穿过半透半反射面(23)，经过第二自由曲面(22)放大反射后再次经过半透半反射面(23)反射出自由曲面光学部分(2)。

3.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，光波导部分(4)包括：第一外部层(41)、内部层(42)和第二外部层(43)，第一外部层(41)和第二外部层(43)分别设置于内部层(42)的两侧；

内部层(42)的折射率n2大于第一外部层(41)的折射率n1以及第二外部层(43)的折射率n3。

4.根据权利要求3所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，光波导部分(4)的光线入射角θ＞arcsin(n1/n2)，θ＞arcsin(n3/n2)。

5.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，输出耦合部分(5)包括多个半反半透斜面构成的半反半透斜面阵列，每个半反半透斜面的反射率不同。

6.根据权利要求5所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，所述半反半透斜面包括衍射面或菲涅尔面。

7.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，图像源(1)包括硅基液晶显示器或者微型有机发光二极管显示器，亮度大于1000尼特，尺寸小于0.5英寸，像面边缘出射光纤与像面法线的夹角a的范围在±10°≤a≤150°。

8.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，自由曲面光学部分(2)包括一个或者多个自由曲面，所述自由曲面包括变形非球面、复曲面XY多项式曲面或者双二次曲面。

9.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，输入耦合部分(3)或输出耦合部分(5)为一个或多个反射面，反射面的面型包括平面、球面、非球面或者衍射面中的一个或多个。

10.根据权利要求1所述的基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，其特征在于，光波导部分(4)包括平面阵列光波导或者衍射光波导。