[发明专利]一种扩展视场角的波导显示装置

权利要求书

1.一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，包括光机投影器、第一波导和第二波导；第一波导的输入衍射光学元件、输出衍射光学元件，以及第二波导的输入衍射光学元件、输出衍射光学元件均选自一维线性衍射光学元件、二维线性衍射光学元件和具有规则衍射柱阵列的光子晶体；光机投影器输出的部分视场角光线经由第一波导的输入衍射光学元件衍射进入第一波导，在第一波导中全反射；剩余部分视场角光线经由第二波导的输入衍射光学元件衍射进入第二波导，在第二波导中全反射；第一波导的输出衍射光学元件和第二波导的输出衍射光学元件输出的视场角拼接为视野完整的虚拟图像。

2.根据权利要求1所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和/或第二波导还具有传输衍射光学元件，所述传输衍射光学元件选自一维线性衍射光学元件、二维线性衍射光学元件和具有规则衍射柱阵列的光子晶体，传输衍射光学元件将在波导中全反射的光衍射传输至输出衍射光学元件。

3.根据权利要求1所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导的基底是对可见光透明的光学材料构成的平板结构，其上下表面平行；第一波导与第二波导相互平行放置。

4.根据权利要求1所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第二波导的输入衍射光学元件与第一波导的输入衍射光学元件沿着波导面的垂直方向重叠。

5.根据权利要求1所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导的输入衍射光学元件的周期使得耦入至各自波导的光线入射角范围分别满足各自波导全反射要求；输出衍射光学元件的周期与同一波导上输入衍射光学元件的周期相等。

6.根据权利要求1所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述光机投影器输出光的偏振态同时包含最大化第一波导和第二波导耦入效率的振动方向。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导的输入衍射光学元件、输出衍射光学元件均为一维线性衍射光学元件，输入光经输入衍射光学元件衍射后直接朝向输出衍射光学元件全反射，在输出衍射光学元件完成一维扩展。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导的输入衍射光学元件均为一维线性衍射光学元件，输出衍射光学元件分别选自二维线性衍射光学元件或者具有规则衍射柱阵列的光子晶体，从输入衍射光学元件进入波导的第一阶衍射级次光线，在波导中全反射，在输出衍射光学元件的二维周期性结构的衍射和透射作用下同时完成光线在两个维度的扩展。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导还具有传输衍射光学元件；输入衍射光学元件、传输衍射光学元件和输出衍射光学元件均为一维线性衍射光学元件，从输入衍射光学元件进入波导的第一阶衍射级次光线，在波导中全反射，在传输衍射光学元件的衍射和透射作用下完成第一维度的扩展，在输出衍射光学元件的衍射和透射作用下将光线耦合出波导到达人眼并完成出瞳第二维度的扩展。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种扩展视场角的波导显示装置，其特征在于，所述第一波导或第二波导还具有传输衍射光学元件；在具有传输衍射光学元件的波导上，输入衍射光学元件、传输衍射光学元件和输出衍射光学元件均为一维线性衍射光学元件，从输入衍射光学元件进入波导的第一阶衍射级次光线，在波导中全反射，在传输衍射光学元件的衍射和透射作用下完成第一维度的扩展，在输出衍射光学元件的衍射和透射作用下将光线耦合出波导到达人眼并完成出瞳第二维度的扩展；另一个波导的输入衍射光学元件为一维线性衍射光学元件，输出衍射光学元件选自一维线性衍射光学元件、二维线性衍射光学元件、具有规则衍射柱阵列的光子晶体。