[发明专利]用于制造紧凑型头戴式显示系统的基板引导元件的方法

说明书

一种用于制造具有光波透射基板的光学装置的方法，所述光波透射基板具有至少两个主表面、边缘以及由所述基板承载的输出耦合输出反射元件，从而形成允许光波在所述两个主表面之间穿过所述基板的基板，所述方法包括：(a)将选定厚度的多个平板附接到彼此，所述多个平板各自具有至少两个平行的主表面和两个边缘，所述多个平板布置成无限制的第一周期性叠置件(175)，所述第一周期性叠置件具有平行于所述板的所述主表面的至少两个表面(104U、104D)和边缘(105R、105L)；(b)将所述叠置件切片，以形成限定切片线(107)的多个切片(178)，其中，所述叠置件被定向成使得对于大多数叠置板，所述切片线穿越所述板的至少两个边缘；(c)研磨或抛光所述切片，以形成具有两个主表面以及耦合输出反射元件的基板，其中，所述主表面彼此平行且不平行于所述耦合输出反射元件；以及(d)将所述基板切割成最终尺寸。

技术领域

本发明涉及基于基板的光波导光学装置，并且特别是涉及包括由透光基板承载的反射表面的装置，以及用于制造这种光学装置的方法。

本发明可在大量的成像应用中有利地实施，例如头戴式和平视显示器，以及蜂窝式电话、紧凑型显示器和3-D显示器。

背景技术

紧凑型光学元件的重要应用之一是头戴式显示器(HMD)，其中，光学模块既作为成像透镜又作为合路器，其中二维显示被成像到无限远并反射到观看者的眼睛中。显示可间接地借助于中继透镜或光纤束而直接从任一空间光调制器(SLM)获得，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管阵列(OLED)、扫描源和类似装置。该显示包括元素(像素)的阵列，其通过准直透镜成像到无限远，并且借助于相应地作为非透视和透视应用的合路器的反射或部分反射表面而传输到观看者的眼睛中。通常，常规的自由空间光学模块被用于这些目的。随着系统的期望视场(FOV)的增加，这种常规的光学模块变得更大、更重和更笨重，并且因此，即使对于中等性能的装置来说，也是不实用的。这是所有类型的显示器的一个主要缺点，但尤其是HMD中的主要缺点，其中系统应尽可能地轻和紧凑。

对紧凑性的需求已导致若干不同的复杂光学解决方案，一方面，所有这些解决方案对于大多数实际应用来说仍然不够紧凑，并且另一方面，在可制造性、价格和性能方面存在重大缺陷。

公开号WO2017/141239、WO2017/141240、WO2017/141242、WO2019/077601、WO2020/157747和IL 276466中包含的教导通过引用结合于本文中。

发明内容

本发明有助于为HMD以及其他应用提供紧凑型基板。本发明允许相对宽的FOV以及相对大的眼动框(EMB)值。所得的光学系统提供了大的高质量图像，其也适应眼睛的大幅度移动。根据本发明的光学系统是特别有利的，因为它比现有技术的实施方式显著更加紧凑，而且它可很容易地结合，甚至结合到具有专门构造的光学系统中。

因此，本发明的一个广泛目的在于，根据特定需求，减轻现有技术的紧凑型光学显示装置的缺点，并提供具有改进性能的其他光学部件和系统，并且提供用于制造这种光学装置的方法。

根据本发明，提供了一种用于制造具有光波透射基板的光学装置的方法，所述光波透射基板具有至少两个主表面、边缘以及由所述基板承载的输出耦合输出反射元件，从而形成允许光波在所述两个主表面之间穿过所述基板的基板，所述方法包括：a.将选定厚度的多个平板附接到彼此，每个平板各自具有至少两个平行的主表面和两个边缘，所述多个平板布置成无限制的第一周期性叠置件，所述第一周期性叠置件具有平行于所述板的所述主表面的至少两个表面和边缘；b.将所述叠置件切片，以形成限定切片线的多个切片，其中，所述叠置件被定向成使得对于大多数叠置板，所述切片线穿越所述板的至少两个边缘；c.研磨或抛光所述切片，以形成具有两个主表面以及耦合输出反射元件的基板，其中，所述主表面彼此平行且不平行于所述耦合输出反射元件；以及d.将所述基板切割成最终尺寸。

附图说明

参考以下说明性附图结合某些优选实施例来描述本发明，使得可更全面地理解本发明。