[实用新型]波导光学装置及显示设备

说明书

本实用新型公开了一种波导光学装置，包括波导本体，在所述波导本体的第一区域设置有第一光学元件，所述第一光学元件使得光耦合入所述波导本体内并使光在所述波导本体内在至少两个维度扩展，在所述波导本体的第二区域设置有将所述波导本体内传播的光向所述波导本体外耦合出的第二光学元件。本波导光学装置在波导本体第一区域的第一光学元件能够将光耦合入波导本体内，并能够使光在波导本体内在至少两个维度扩展，使得光在波导本体内通过不同的维度传播而到达第二区域，能够使在第二区域相同面积内耦合出光束增多，进而有助于提升输出图像的均匀性。本实用新型还公开一种显示设备。

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，特别是涉及一种波导光学装置。本实用新型还涉及一种显示设备。

背景技术

在增强现实显示的硬件实现方案中，光栅波导方案是一种主流的技术方案。现有的光栅波导方案有以下两种构型：

第一种是使用三块光栅，请参考图1所示，通过光栅11将输入光耦合入平板波导10内，使得其满足平板波导10的全反射条件，通过光栅12进行横向扩瞳，光每次遇到光栅12会发生衍射，产生朝着光栅13传播的衍射级次以及继续向后传播的衍射级次，实现光在横向上的扩展；朝着光栅13传播的光在每次遇到光栅13时发生衍射，产生向平板波导10外输出的衍射级次以及继续向下传播的衍射级次，通过光栅13实现光在纵向上的扩展。另一种是使用两块光栅，请参考图2所示，通过光栅21将输入光耦合入平板波导20内，通过二维光栅22同时起到在两个维度的扩展以及耦出的作用。

然而，上述两种方案具有一个共性问题，输入光在较小入射角度时和输入光在较大入射角度时输出光束的多少不相同，当输入光的入射角度较大时，由于衍射角增大，因此经过光栅扩瞳后两束耦出光束之间的距离增大，使得在相同面积内输出光束减少。比如请参考图3(a)至图4(b)，图3(a)和图3(b)为图2所示光栅波导方案在入射角度为0度的光束传播情况，图4(a)和图4(b)为图2所示光栅波导方案在入射角度为大于0度的光束传播情况(入射角度较大)，图3(b)和图4(b)中光栅22中的圆圈表示有光束出射的区域。对比两种情况可以看出，入射角度较小时在耦出光栅22面内有光束出射的区域较多，入射角度较大时在耦出光栅22面内有光束出射的区域较少。可以看出，现有的光栅波导方案，输入光在不同入射角度时在相同面积内输出光束的多少不同，导致输入光在不同入射角度时的输出图像不均匀，影响了成像质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种波导光学装置，与现有技术相比，能够提升输入光在不同入射角度时输出图像的均匀性。本实用新型还提供一种显示设备。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种波导光学装置，包括波导本体，在所述波导本体的第一区域设置有第一光学元件，所述第一光学元件使得光耦合入所述波导本体内并使光在所述波导本体内在至少两个维度扩展，在所述波导本体的第二区域设置有将所述波导本体内传播的光向所述波导本体外耦合出的第二光学元件。

优选的，所述第一光学元件包括周期性排布的结构单元，该结构单元相对于所述波导本体第一区域的表面法向倾斜。

优选的，所述第一光学元件包括周期性排布的结构单元，该结构单元的形状为柱状，该结构单元包括顶面和底面，顶面和底面的形状相同，顶面和底面的尺寸相同或者不同。

优选的，设置在所述波导本体第二区域的所述第二光学元件使得在所述波导本体内沿单一维度传播的光在至少两个维度扩展。

优选的，所述第一光学元件包括沿着两个方向周期性排布的结构单元，所述第二光学元件包括沿着两个方向周期性排布的结构单元。

优选的，所述第一光学元件的结构单元周期性排布的排布方向与所述第二光学元件的结构单元周期性排布的排布方向一致。