[发明专利]光波导及显示设备

说明书

本发明涉及一种光波导，包括光波导本体，光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域，光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入光波导本体、并在光波导本体内以全反射的方式传播；光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至光束耦出区域的光束耦出光波导本体，并使得光束在耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。本发明还涉及一种显示设备。通过在光波导本体的出光面设置透射式耦出光栅，并在第一面上设置反射式耦出光栅，保证耦入光栅不发生二次衍射的同时能得到连续的扩展出瞳。

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光波导及显示设备。

背景技术

增强现实技术(Augmented Reality，AR)显示设备在显示虚拟图像信息的同时，能够融合真实的背景环境，实现虚拟与现实的有机结合，因此在模拟训练、电子游戏、显微技术、外科手术等诸多领域已获得广泛应用。AR显示设备主要以头戴式为主，因此要求器件的轻薄化以满足长期佩戴的舒适性。在AR显示设备的各种实现方案中，全息光波导技术利用平板波导作为光传播媒质，利用全息元件作为光路折叠器件，具有结构简单、重量轻、体积小的优点，是下一代AR显示的关键技术。

全息光波导的技术原理如下：入射光经耦入光栅发生衍射被耦合进入光波导，当光束衍射角小于光波导的全反射临界角时，光束将在光波导内部以全反射的方式向前传播。耦出光栅的结构与耦入光栅对称，因此光束传播到耦出光栅发生衍射从光波导出射，出射角度与入射光角度对称。为了保证人眼在一定范围内都能观察到图像，需要进行出瞳扩展，通过合理的设置耦出光栅的衍射效率分布，使得光束在经过耦出光栅时有部分能量耦出光波导，剩余能量继续向前传播，这样光束多次经过耦出光栅，实现了出瞳的扩展。

通常全息光波导要求在耦入光栅处不发生二次衍射、以保证能量的有效利用，同时要求在耦出光栅处的扩展出瞳是连续的、以保证观察的连续性，而这两个条件是在光路上是矛盾的，需要更加复杂的光路设计来同时满足这两个条件。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光波导以及显示设备，解决不能同时满足光波导的两个要求：在耦入光栅处不发生二次衍射、以及在耦出光栅处的扩展出瞳是连续的的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光波导，包括光波导本体，所述光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域：

所述光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入所述光波导本体、并在所述光波导本体内以全反射的方式传播；

所述光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至所述光束耦出区域的光束耦出所述光波导本体，并使得光束在所述耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；

所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。

可选的，沿着光束在所述光波导本体内的传播的方向，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端错位设置。

可选的，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离小于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离；

或者，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离大于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离。

可选的，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。

可选的，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的最大错位间隔为以最大视场角入射至所述光波导本体内的光束、以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。