[发明专利]一种全息波导显示装置

说明书

本发明公开了一种全息波导显示装置，属于可穿戴显示技术领域。本发明全息波导显示装置包括微显示器、准直镜、光阑、波导、入耦合衍射光学元件、出耦合衍射光学元件；所述入耦合衍射光学元件包括反射型体全息光栅和亚波长一维金属纳米光栅；所述反射型体全息光栅的一侧密接于所述波导，亚波长一维金属纳米光栅设置于反射型体全息光栅的另一侧表面；所述亚波长一维金属纳米光栅可使得穿过反射型体全息光栅的光子耦合成表面等离子体模式，从而使光子再次进入反射型体全息光栅发生衍射并进入波导。相比现有技术，本发明可在保证TE光的高衍射效率的前提下，提高TM光的衍射效率，继而提高全息波导显示装置的总光能利用率，同时有效抑制传输中的杂散光。

技术领域

本发明属于可穿戴显示技术领域，具体涉及一种全息波导显示装置。

背景技术

全息波导显示器是一种利用高亮度微型显示器为图像源，以透明的全息护目镜为显示屏，通过小型化光学系统将图像通过波导结构投射到人眼成像的显示技术。全息波导显示器的关键技术是将全息光学元件作为波导耦合器，代替传统光学元件，构成高集成度的可穿戴成像系统，具有结构简单、体积小、轻便等优点。

现有技术中，全息波导显示的光源及像元为微显示器，发出的自然光同时包含TE偏振成分和TM偏振成分。全息光学元件对TE波有较高的衍射效率，对TM波的衍射效率较低，因此降低了总光能利用率。另外，全息光学元件在衍射时会产生杂散光现象。杂散光是一种能量很小的衍射光波，偏离于主要能量集中的衍射光束。杂散光现象会造成图像模糊及“鬼像”的出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种全息波导显示装置，可在保证TE光的高衍射效率的前提下，提高TM光的衍射效率，继而提高全息波导显示装置的总光能利用率，同时有效抑制传输中的杂散光。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种全息波导显示装置，包括微显示器、准直镜、光阑、波导、入耦合衍射光学元件、出耦合衍射光学元件；入耦合衍射光学元件与出耦合衍射光学元件集成于所述波导的同一侧且关于所述波导的y轴镜像对称；所述微显示器加载彩色图像，向外发射带有图像信息的发散光，所述发散光通过准直镜后转变为平行光，所述平行光的孔径被光阑限制，垂直入射到入耦合衍射光学元件上，被入耦合衍射光学元件衍射，进入波导中；在波导中，光以全反射的形式传播，直至被出耦合衍射光学元件衍射输出；所述入耦合衍射光学元件包括反射型体全息光栅和亚波长一维金属纳米光栅；所述反射型体全息光栅的一侧密接于所述波导，亚波长一维金属纳米光栅设置于反射型体全息光栅的另一侧表面；所述亚波长一维金属纳米光栅可使得穿过反射型体全息光栅的光子耦合成表面等离子体模式，从而使光子再次进入反射型体全息光栅发生衍射并进入波导。

进一步地，所述全息波导显示装置为非透视型全息波导显示装置；所述出耦合衍射光学元件与入耦合衍射光学元件的结构相同，包括反射型体全息光栅和亚波长一维金属纳米光栅；所述反射型体全息光栅的一侧密接于所述波导，亚波长一维金属纳米光栅设置于反射型体全息光栅的另一侧表面。

所述波导可以为平板波导或自由曲面波导。

优选地，所述波导的厚度为1mm~3mm。

优选地，所述亚波长一维金属纳米光栅的厚度小于等于100nm。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明技术方案可使得入射平行光的TE偏振成分和部分TM偏振成分被入耦合体全息光栅衍射，剩余的TM偏振成分穿过入耦合体全息光栅,在金属纳米光栅的表面激发等离子体共振，受等离子体效应和衍射光学元件的衍射作用共同调制；TE偏振成分和TM偏振成分在相同的位置，以相同的角度进入波导传输；亚波长纳米金属光栅诱发的表面等离子体共振效应提高了TM偏振成分的衍射效率，减小了入耦合处的光能损失，继而提高了整个波导显示系统的光能利用率，同时可有效抑制传输中的杂散光。