[发明专利]一种衍射光学器件及终端设备

说明书

一种衍射光学器件及终端设备，衍射光学器件可应用于增强现实AR领域，如AR设备、抬头显示HUD设备等；或应用于虚拟现实VR领域，如VR设备；或应用于滤波器、分光器以及光谱检测设备等。衍射光学器件包括在第一维度上呈现周期性分布的光栅组件，光栅组件包括N个光波导，N个光波导中包括M个在第二维度上呈现周期性变化的光波导，在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的结构不同；第二维度与第一维度之间的夹角大于0度且小于180度，N为大于1的整数，M为大于1且不大于N的整数。通过M个在第二维度上呈现周期性变化的光波导，可以选择出特定角度的特定波段的光，即既可以实现窄带响应又可以实现异常角度调控。

技术领域

本申请涉及衍射光学器件技术领域，尤其涉及一种衍射光学器件及终端设备。

背景技术

增强现实(augmented reality，AR)技术是一种将真实世界与虚拟世界融合在一起的技术，可以把现实世界中不存在的感官体验(如视觉、听觉、触觉等)通过计算机生成后模拟叠加到真实世界的场景，被用户所感知，从而达到超越现实的感官体验，实现对真实世界场景的增强。AR技术具有广阔的应用场景，目前已成功应用于军事、工业生产、医疗、教育等领域。近年来，随着5G高速移动通信技术的逐渐普及，AR技术面向消费者终端的应用场景不断被开拓，大规模应用的前景逐渐明朗。

AR技术模拟提供的几种感官体验当中，视觉是较最重要的一种。因此，实现包含虚拟信息的光线与包含外部环境信息的光线的结合是AR技术的核心问题之一，如何实现紧凑轻便的、能高效结合虚实光学图像的AR系统是目前研究的热点之一。AR系统通常可分为两大部分：光学投影系统和光学叠加器。其中，光学叠加器既需要透射现实环境光，也需要反射投影系统的投影光到人眼，是负责虚实图像融合的核心光学部件，也是决定AR系统用户体验的关键光学部件之一。目前，已有的AR系统中的光学叠加器一般是半反半透镜、偏振分束镜、波导镜片等，这几类光学叠加器不能同时实现窄带响应和调控异常角度反射，因此AR系统难以满足在体积紧凑的提前下、对环境光有较高的透射率且对投影光也有较高的反射率的要求。

综上所述，提供一种既可以实现窄带响应，又可以实现调控异常角度反射的光学器件，是当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种衍射光学器件及终端设备，用于使得该衍射光学器件既可以实现窄带响应，又可以实现调控异常角度反射。

第一方面，本申请提供一种衍射光学器件，该衍射光学器件包括在第一维度上呈现周期性分布的光栅组件，光栅组件包括N个光波导，N个光波导中包括M个在第二维度上呈现周期性变化的光波导，在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的结构不同；其中，第二维度与第一维度之间的夹角大于0度且小于180度，N为大于1的整数，M为大于1且不大于N的整数。

基于上述衍射光学器件，通过M个在第二维度上呈现周期性变化的光波导，可以选择出特定波段的光，即实现窄带响应；通过在第一维度上呈现周期性分布的光栅组件，形成光栅结构，从而可以实现调控异常角度反射功能。进一步，还可以实现在特定波段内增强衍射光学器件的异常反射角度的衍射效率。由于该衍射光学器件既可以实现窄带响应，又可以实现调控异常角度反射，因此，当该衍射光学器件应用于AR设备或VR设备时，可以实现在紧凑的体积内，让光学叠加器对投影光波段实现高效的衍射成像，同时对其他波段的环境光实现高透射率。

在一种可能的实现方式中，在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的结构不同，例如可以是在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的周期性变化的方式不同；再比如，可以是在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的波导周期不同；再比如，在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中至少两个光波导的形状不同。

在一种可能的实现方式中，在第二维度上呈现周期性变化的M个光波导中结构不同的光波导对应的导模共振的谐振波长不同。如此，可以实现选择出M个不同的谐振波长，即可以实现M个不同波段的窄带响应。