[发明专利]一种大视场双层深度AR波导

说明书

本发明公开了一种大视场双层深度AR波导，包括第一光源、第二光源、耦入光学系统和两个平板光学波导，第一光源出射偏振态为第一偏振态且将呈像于第一深度的第一视场图像光，并同时出射偏振态为第二偏振态且将呈像于第二深度的第一视场图像光；第二光源出射偏振态为第一偏振态且将呈像于所述第一深度的第二视场图像光，并同时出射偏振态为第二偏振态且将呈像于所述第二深度的第二视场图像光；近眼侧平板光学波导靠近人眼侧的表面设置有偏振相关透镜器件。第一偏振态光全视场图像被聚焦在第一深度处以显示该深度图像信息，而第二偏振态光全视场图像在无穷远处以显示第二深度图像信息，同时实现大视场拼接和具有深度信息的图像显示。

技术领域

本发明涉及波导结构技术领域，尤其涉及一种大视场双层深度AR波导。

背景技术

现有应用于增强现实(Augmented Reality，AR)领域的近眼显示模组，大多具有视场角做不大的问题，以现有技术中基于波导的显示模组为例：现有基于波导的显示模组一般都包括图像源、目镜系统、耦入光栅、波导和耦出光栅。图像源发出的光束经目镜系统准直后，通过耦入光栅以一定的角度耦入到波导中进行全反射传输，波导中对应出瞳位置设置的耦出光栅将波导中传输的光束耦出至人眼。如图1所示。图像源1发出的光束经目镜系统2准直后，通过耦入光栅3以一定的角度耦入到波导4中进行全反射传输，波导中对应出瞳位置设置的耦出光栅5将波导中传输的光束耦出至人眼。由于光栅是对入射角度非常敏感的元件，对于耦入光栅来说，不同角度入射光栅的光，其衍射效率和角度也不同，在特定入射角度时处具有最大衍射效率，当入射角度偏离该特定入射角度时，衍射效率会迅速下降(即光栅对此角度的入射光几乎不起衍射作用，近乎透射进光栅)，如图4所示，耦入光栅衍射效率分布曲线图中横坐标是入射到光栅的光束的角度，纵坐标是光栅的衍射效率，图中所示的光栅的有效衍射角带宽为±20°。如图5所示的光束传输图，其中，光线1表示-20°入射光的衍射光路，光线2表示0°入射光的衍射光路，光线3表示+20°入射光的衍射光路；光线1、光线2和光线3被耦入到波导内进行全反射传输后，经耦出光栅耦出波导呈现于人眼。其他角度的入射光(即超出±20°的入射光)，其衍射效率非常低，光线近乎透射过光栅不发生任何角度改变，如图中光线4所示，这束光线虽然也能在波导内全反射传输，但耦出光栅对它也不起衍射作用，它在波导里不能被耦出到人眼。因此，人眼只能观察到±20°的视场角。

在中国专利CN107024769中我们可以看到，现有技术已经想到了运用拼接方式来扩大视场角，这种拼接方式每增加拼接一组视场角即需要增加一组对应的输入光源模组，属于硬件堆砌型拼接，该拼接方案使得近眼显示模组的体积无法实现小型化。

如何解决近眼显示模组大视场和小型化兼顾问题，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种大视场双层深度AR波导，用以解决近眼显示模组大视场和小型化兼顾问题，与此同时实现了多深度图像的形成。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种大视场双层深度AR波导，包括第一光源、第二光源、与光源一一对应设置的耦入光学系统和两个平板光学波导，其中，第一光源出射偏振态为第一偏振态且将呈像于第一深度的第一视场图像光，并同时出射偏振态为第二偏振态且将呈像于第二深度的第一视场图像光；

第二光源出射偏振态为第一偏振态且将呈像于所述第一深度的第二视场图像光，并同时出射偏振态为第二偏振态且将呈像于所述第二深度的第二视场图像光；

所述的两个平板光学波导包括堆叠设置的第一平板光学波导和第二平板光学波导，

所述的第一平板光学波导上设置有与第一光源相配合并将第一光源射出的光束耦入第一平板光学波导的第一耦入部件和将由第一耦入部件耦入并在第一平板光学波导内部传播的光束朝人眼方向全部耦出的第一耦出部件；

所述的第二平板光学波导上设置有与第二光源相配合并将第二光源射出的光束耦入第二平板光学波导的第二耦入部件和将由第二耦入部件耦入并在第二平板光学波导内部传播的光束朝人眼方向全部耦出的第二耦出部件；