[发明专利]一种高光效光栅波导元件

说明书

本发明公开了一种高光效光栅波导元件，包括：光学基板、光栅波导结构和入射回转光栅；其中，所述光栅波导结构和入射回转光栅分别设置在所述光学基板的表面；所述入射回转光栅间隔设置在所述光栅波导结构的入射光栅的外侧，与所述入射光栅组成入射外溢衍射光回转光路。通过在入射光栅外无其他光栅一侧设置入射回转光栅，提升了整个器件的光效，也避免了杂光影响器件性能，结构相对简单，成本低，且提升效果明显，对器件体积影响小。

技术领域

本发明涉及光栅波导元件领域，尤其涉及一种高光效光栅波导元件。

背景技术

近眼显示设备是虚拟现实和增强现实技术所应用的主要设备，近眼显示设备的显示可通过光栅波导器件实现，光栅波导器件是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。光栅波导显示具有透视效果好，轻薄，量产成本低等诸多优势，被认为是AR近眼显示技术的发展方向，而目前的光栅波导器件仍存在需要提高光能利用效率的问题。

目前的光栅波导器件主要由光学基板和位于光学基板表面的光栅组成(参见图1)，光学基板通常是光学材料制成的平面结构体，如光学玻璃板、光学塑料板等，光学基板一般具有两个互相平行的表面作为光学面，光栅设置在光学基板的一个表面上，光栅通常有入射光栅112，转折光栅114和出射光栅116三个区域。图2示意的现有光栅波导器件的工作原理中，投影系统210发出的带有图像信息的光线214投射到入射光栅112上，入射光栅112会发生衍射，产生两束衍射光，-1级衍射光216和+1级衍射光218，当衍射光满足光学基板的全反射条件，即入射到光学基板的光学表面的角度大于光学基板的全反射临界角时，光束会产生全反射而在光学基板中近乎无损传导，-1级衍射光216朝向-y，即转折光栅114方向传导，当入射至转折光栅114区域中时，由于受到转折光栅114的衍射作用，会在继续沿-y方向传导的同时，产生朝向出射光栅116传导的一系列衍射光，这部分光传导至出射光栅116，被出射光栅116衍射后，出射衍射光222进入人眼212被感知，而反向衍射光220不再满足光学基板的全反射条件而被导出光学基板，泄露到周围环境中，入射光栅112产生的+1级衍射光218朝向+y方向传导，无法传导至转折光栅114及出射光栅116，因此无法得到有效利用，这部分外溢衍射光的一部分还可能会成为系统的杂散光，影响器件的性能。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种高光效光栅波导元件，能利用入射光栅产生的+1级衍射光，提升光效的同时，也避免了这部分衍射光成为杂散光，影响器件性能，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种高光效光栅波导元件，包括：

光学基板、光栅波导结构和入射回转光栅；其中，

所述光栅波导结构和入射回转光栅分别设置在所述光学基板的表面；

所述入射回转光栅间隔设置在所述光栅波导结构的入射光栅的外侧，与所述入射光栅组成入射外溢衍射光回转光路。

与现有技术相比，本发明所提供的高光效光栅波导元件，至少具有以下有益效果：

通过在入射光栅一侧设置入射回转光栅，可使传导出入射光栅且不能被传导至出射光栅的衍射光再次被衍射回并传导至出射光栅，产生朝向人眼方向的衍射光，提高能量利用率，同时避免了这部分光造成的杂散光影响器件性能；并且，这种结构的光栅波导元件由于仅在入射光栅一侧布置入射回转光栅，相比于现有利用复杂的入射光栅结构来提高能量利用率的方案，其结构和制作工艺更简单。

附图说明