光波导系统和近眼显示器技术方案

本发明专利技术提供了一种光波导系统和近眼显示器。光波导系统包括：光波导片；耦入光栅，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅为一维光栅，耦入光栅用于将外部微投光机所发出的光耦入到光波导片内；转折光栅，转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧表面或不同侧表面，转折光栅为二维光栅，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅，耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，转折光栅和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，耦出光栅为一维光栅，耦出光栅用于接收转折光栅和耦入光栅的光并将光耦出光波导片。本发明专利技术解决了现有技术中的光波导系统存在成像效果差的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
光波导系统和近眼显示器


[0001]本专利技术涉及衍射光学成像设备
，具体而言，涉及一种光波导系统和近眼显示器。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展和创新，虚拟现实(VR)，增强现实(AR)，混合现实(MR)已经逐步进入人们的生活当中，其中在AR增强现实方面，光波导技术是不可缺少的一步，它采用带有衍射光栅的平板光波导片，将微投光机出射的图像光传输并扩瞳到人眼，使得佩戴者在看到真实世界的同时观察到微投光机投出叠加在真实世界的虚像。
[0003]上述显示技术通常包括微投光机和光波导系统，微投光机提供单色或者彩色的图像信息，光波导系统负责将微投光机的图像信息扩瞳传输到人眼。微投光机与光波导系统的设计组合方式决定最终形成的产品形态，但目前的产品都有部分局限性，最大问题为显示效果不理想，显示效果不理想其原因是光线在光波导片中传输会使光强能量损失，以及衍射光栅的特性导致耦出光的效率不均匀。这种不均匀性会影响图像显示，导致人眼观察到成像效果差。
[0004]也就是说，现有技术中的光波导系统存在成像效果差的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种光波导系统和近眼显示器，以解决现有技术中的光波导系统存在成像效果差的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种光波导系统，包括：光波导片；耦入光栅，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅为一维光栅，耦入光栅用于将外部微投光机所发出的光耦入到光波导片内；转折光栅，转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧表面或不同侧表面，转折光栅为二维光栅，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅，耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，转折光栅和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，耦出光栅为一维光栅，耦出光栅用于接收转折光栅和耦入光栅的光并将光耦出光波导片。
[0007]进一步地，耦入光栅为多个，多个耦入光栅位于转折光栅的一侧，且多个耦入光栅沿一直线间隔排列。
[0008]进一步地，光波导片为一个或多个，当光波导片为多个时，多个光波导片叠加设置，各光波导片上对应设置有耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，且各光波导片上的耦入光栅在相邻的光波导片上的投影重合或不重合。
[0009]进一步地，光波导片还包括功能区光栅，功能区光栅设置在耦入光栅与转折光栅之间，功能区光栅为一维光栅，功能区光栅用于将耦入光栅的光进行偏折传输，进而进入转折光栅中。
[0010]进一步地，一维光栅为闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅和一维多层光栅
中的一种；和/或二维光栅为正方形光栅、长方形光栅、平行四边形光栅、菱形光栅和二维多层光栅中的一种。
[0011]进一步地，耦入光栅的占空比大于等于30％且小于等于80％；和/或当耦入光栅为一维多层光栅时，一维多层光栅的层数大于等于1层且小于等于10层；和/或耦入光栅的高度大于等于50纳米且小于等于500纳米；和/或耦入光栅的周期大于等于300纳米且小于等于600纳米。
[0012]进一步地，转折光栅的占空比大于等于30％且小于等于80％；和/或当转折光栅为二维多层光栅时，二维多层光栅的层数大于等于1层且小于等于10层；和/或转折光栅的高度大于等于30纳米且小于等于300纳米；和/或转折光栅的周期大于等于300纳米且小于等于600纳米。
[0013]进一步地，耦出光栅的占空比大于等于30％且小于等于80％；和/或当耦出光栅为一维多层光栅时，一维多层光栅的层数大于等于1层且小于等于10层；和/或耦出光栅的高度大于等于30纳米且小于等于300纳米；和/或耦出光栅的周期大于等于300纳米且小于等于600纳米。
[0014]进一步地，光波导片的材质为玻璃或光学晶体，玻璃为高折射率玻璃，光学晶体为高折射光学晶体；和/或光波导片的折射率大于等于1.7且小于等于2.3；和/或光波导片的厚度大于等于400微米且小于等于1毫米。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种近眼显示器，包括：微投光机，微投光机为一个或多个；上述的光波导系统，微投光机向光波导系统发射图像光，光波导系统将图像光耦出到人眼中。
[0016]应用本专利技术的技术方案，光波导系统包括光波导片、耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅为一维光栅，耦入光栅用于将外部微投光机所发出的光耦入到光波导片内；转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧表面或不同侧表面，转折光栅为二维光栅，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，转折光栅和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，耦出光栅为一维光栅，耦出光栅用于接收转折光栅和耦入光栅的光并将光耦出光波导片。
[0017]通过设置光波导片，使得光波导片为耦入光栅、转折光栅和耦出光栅提供了设置位置，提高了耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的使用可靠性，同时保证了光在光波导片中传输的均匀性，保证光波导系统能够均匀成像。耦入光栅为一维光栅，使得耦入光栅能够将外部微投光机发射的光大部分耦入光波导片中，以使耦入光栅将光衍射成不同角度不同级次进行传输，以保证光在光波导片中传输的均匀性，同时能够保证耦入光栅的耦入效率。转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧表面或不同侧表面，转折光栅为二维光栅，以使得转折光栅能够接收耦入光栅的大部分光，可以将光波导片内的光进行一维或者二维方向上的传输，以将光沿着两个特定方向进行传输，将微投光机的信息进行扩瞳传输，以保证转折光栅的扩瞳匀光作用。耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，耦出光栅为一维光栅，耦出光栅用于接收转折光栅和耦入光栅的光并将光高效耦出光波导片，以将微投光机的信息均匀高效地耦出至人眼。转折光栅和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，这样设置缩短了光由转折光栅传输至耦出光栅的距离，减小了光强能量的损失，增加了耦出效率，同时使得耦出至人眼的光更加均匀，保证了耦出光的均匀性，使得用户观察到
的图像更加清晰均匀，提高了成像效果。
[0018]另外，转折光栅和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，这样设置能够有效减少转折光栅和耦出光栅在光波导片上的占用面积，保证了光波导系统的小型化。使得本申请的光波导结构使用较小的光波导片就能得到均匀的显示图像，提高了显示均匀性。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1示出了本专利技术的一个可选实施例的光波导系统的结构示意图；
[0021]图2示出了图1中的光波导系统的另一个角度的示意图；
[0022]图3示出了本专利技术的近眼显示器的结构示意图；
[0023]图4示出了本专利技术的另一个实施例的光波导系统的结构示意图；
[0024]图5示出了本专利技术的另一个实施例的光波导系统的结构示意图；
[0025]图6示出了本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光波导系统，其特征在于，包括：光波导片(10)；耦入光栅(20)，所述耦入光栅(20)设置在所述光波导片(10)的一侧表面上，所述耦入光栅(20)为一维光栅，所述耦入光栅(20)用于将外部微投光机(50)所发出的光耦入到所述光波导片(10)内；转折光栅(30)，所述转折光栅(30)设置在所述光波导片(10)上且与所述耦入光栅(20)位于同一侧表面或不同侧表面，所述转折光栅(30)为二维光栅，所述转折光栅(30)用于接收所述耦入光栅(20)的光；耦出光栅(40)，所述耦出光栅(40)设置在所述光波导片(10)的另一侧表面上，所述转折光栅(30)和所述耦出光栅(40)在所述光波导片(10)上的投影至少部分重合，所述耦出光栅(40)为一维光栅，所述耦出光栅(40)用于接收所述转折光栅(30)和所述耦入光栅(20)的光并将所述光耦出所述光波导片(10)。2.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述耦入光栅(20)为多个，多个所述耦入光栅(20)位于所述转折光栅(30)的一侧，且多个所述耦入光栅(20)沿一直线间隔排列。3.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述光波导片(10)为一个或多个，当所述光波导片(10)为多个时，多个所述光波导片(10)叠加设置，各所述光波导片(10)上对应设置有所述耦入光栅(20)、所述转折光栅(30)和所述耦出光栅(40)，且各所述光波导片(10)上的所述耦入光栅(20)在相邻的所述光波导片(10)上的投影重合或不重合。4.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述光波导片(10)还包括功能区光栅(60)，所述功能区光栅(60)设置在所述耦入光栅(20)与所述转折光栅(30)之间，所述功能区光栅(60)为一维光栅，所述功能区光栅(60)用于将所述耦入光栅(20)的光进行偏折传输，进而进入所述转折光栅(30)中。5.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述一维光栅为闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一峰，熊羚鹤，孙理斌，汪杰，陈远，
申请(专利权)人：宁波舜宇奥来技术有限公司，
类型：发明
国别省市：