本申请公开了一种用于图像显示的光学波导装置以及显示设备。该光学波导装置包括设置在波导基板上的耦入光栅和耦出光栅，耦出光栅用于将沿输入方向传播到其中的光的至少一部分从波导基板耦出，其具有沿输入方向位于上游的接收端和位于下游的耦出端，接收端分为第一光栅区、第二光栅区和在垂直于输入方向的宽度方向上位于第一和第二接收区之间的空白区。该空白区的设置可以避免该中央部分的光过早地被耦出光栅衍射分光而造成相当一部分光能量不能进入有效耦出区域ec，从而在确保向视窗范围内的有效耦出的情况下减小光能量损失，最大化地提高耦出效率，提升光学波导装置的光效。提升光学波导装置的光效。提升光学波导装置的光效。
【技术实现步骤摘要】
用于图像显示的光学波导装置及具有其的显示设备
[0001]本专利技术涉及基于衍射的显示技术，特别是用于图像显示的光学波导装置及具有该光学波导装置的显示设备。
技术介绍
[0002]随着科学技术的发展，AR(Augmented Reality)增强现实技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。
[0003]光学波导装置是目前实现AR显示的一个主流方案，其中在波导基底上设置有波导光栅，波导光栅包括耦入光栅和耦出光栅，有的情况下还进一步包括转折光栅。耦入光栅将载有图像信息的入射光耦入波导基底中。耦出光栅一边对载有图像信息的光进行传播和扩展，一边将光从波导基底中耦出，形成耦出光场。眼睛接收耦出光场的光，从而可以例如观察到入射光所载图像。
[0004]用于图像显示的光学波导装置中对耦出光栅进行分区可以帮助提升光耦出效率和出射光场的均匀性。现有分区技术中有规则形状分区的，也有随机分区的，这些分区方式能够一定程度上提升波导的光效。然而，这些分区方式并没有考虑视窗(eyebox)位置的影响。事实上，希望光学波导装置传输和耦出的能量尽可能地往视窗里集中，这样才能最大化进入眼睛的能量。因此，用于图像显示的光学波导装置尚有待于进一步改进。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于图像显示的光学波导装置以及具有该光学波导装置的显示设备，以至少部分地克服了现有技术中的不足。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于图像显示的光学波导装置，其包括波导基板和设置在所述波导基板上的耦入光栅和耦出光栅，其中，所述耦入光栅配置为将载有图像信息的光耦合到所述波导基板中以使之通过全内反射传播；所述耦出光栅用于将直接或经转折光栅从所述耦入光栅沿输入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板耦出，其具有沿所述输入方向位于上游的接收端和位于下游的耦出端，所述接收端用于接收来自所述耦入光栅的光并引导光向所述耦出端的传播，所述耦出端用于在引导光的传播的同时将光朝向视窗耦出，其中，所述接收端分为三个区域，所述三个区域包括第一光栅区、第二光栅区和在垂直于所述输入方向的宽度方向上位于所述第一光栅区和所述第二光栅区之间的空白区。
[0007]在一些实施例中，所述视窗在所述耦出光栅上投影得到视窗投影区，来自所述耦入光栅的光经过转折光栅或直接传播到所述耦出光栅，其中：当所述耦入光栅的光经转折光栅传播到所述耦出光栅时，所述转折光栅与所述耦出端或所述视窗投影区的中心连线穿过所述空白区；当所述耦入光栅的光直接传播到所述耦出光栅时，耦入光栅与所述耦出端或所述视窗投影区的中心连线穿过所述空白区。
[0008]有利地，所述空白区具有所述宽度方向上的第一平均宽度，所述接收端具有所述宽度方向上的第二平均宽度，所述第一平均宽度小于所述第二平均宽度的50％。
[0009]有利地，所述第一平均宽度在所述第二平均宽度的15％～40％的范围内。
[0010]有利地，所述空白区具有沿所述输入方向变小的宽度。
[0011]有利地，所述空白区可以具有矩形、梯形、三角形或有着台阶状侧边的形状。
[0012]有利地，所述第一光栅区与所述第二光栅区是彼此分离的，使得来自所述空白区朝向来自所述耦入光栅的光是敞开的。
[0013]在一些实施例中，所述耦入光栅相对于所述耦出光栅的所述耦出端大致对中布置，并且所述第一光栅区与所述第二光栅区关于所述中心连线对称。
[0014]在一些实施例中，所述耦出光栅的耦出端具有大致四边形的形状，所述四边形具有沿所述输入方向位于上游和下游的两个顶边和连接在所述两个顶边之间的两个侧边以及沿输入方向位于上游的第一角部和第二角部，所述耦出光栅构造为所述四边形的所述侧边相对于所述输入方向倾斜，使得所述四边形的靠近所述第一光栅区的第一角部比所述四边形的靠近所述第二光栅区的第二角部更加远离所述中心连线。
[0015]有利地，以所述中心连线为分割线，所述空白区分为靠近所述第一光栅区的第一空白区和靠近所述第二光栅区的第二空白区，所述第一空白区的平均宽度大于所述第二空白区的平均宽度。
[0016]有利地，在所述输入方向上，所述第一光栅区的长度小于所述第二光栅区的长度。
[0017]在一些实施例中，所述输入光在所述波导基板的平面内以相对于一中心线逐渐发散的全反射传播路径传播到所述耦出光栅，所述中心线平行于所述输入方向并穿过所述空白区。
[0018]在一些实施例中，所述耦入光栅相对于所述耦出光栅的所述耦出端大致对中布置，并且所述第一光栅区与所述第二光栅区关于所述中心线对称。
[0019]在一些实施例中，以所述中心连线为分割线，所述空白区分为靠近所述第一光栅区的第一空白区和靠近所述第二光栅区的第二空白区，所述第一空白区的平均宽度大于所述第二空白区的平均宽度，并且在所述输入方向上，所述第一光栅区的位置相对于所述第二光栅区向后偏移。
[0020]有利地，所述接收端具有沿着所述输入方向逐渐增大的宽度。
[0021]有利地，所述接收端具有沿所述输入方向位于上游的顶端和位于下游的底端，所述底端的宽度小于所述耦出端的宽度。
[0022]有利地，所述第一光栅区中形成有第一一维光栅，所述第二光栅区中形成有第二一维光栅，所述第一一维光栅的光栅矢量和所述第二一维光栅的光栅矢量相对于所述输入方向朝向彼此相反的方向偏转。
[0023]在一些实施例中，所述耦入光栅为一维光栅。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种显示设备，其包括如上所述的光学波导装置。
[0025]在一些实施例中，所述显示设备为近眼显示设备，并且包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，所述镜片包括所述光学波导装置。
[0026]在一些实施例中，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
[0027]根据本专利技术实施例，耦出光栅的接收端的空白区用于接收来自耦入光栅的光中的大致中间位置上的光，以在确保向视窗范围内的有效耦出的情况下减小光能量损失，从而最大化地提高耦出效率，提升光学波导装置的光效。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1为用于图像显示的光学波导装置的光输入和输出的立体示意图；
[0030]图2示意性地示出了在来自耦入光栅的光的全反射传播路径中位于边缘的光线进入耦出光栅后的光传播情况；
[0031]图3示意性地示出了在来自耦入光栅的光的全反射传播路径中位于中央的光线进入耦出光栅后的光传播情况；
[0032]图4为根据本专利技术实施例一的用于图像显示的光学波导装置的一示例的示意图；
[0033]图5示出了仿真计算所基于的光学波导装置的五种光栅配置；
[0034]图6、图7、图8和图9分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于图像显示的光学波导装置，包括波导基板和设置在所述波导基板上的耦入光栅和耦出光栅，其中，所述耦入光栅配置为将载有图像信息的光耦合到所述波导基板中以使之通过全内反射传播；所述耦出光栅用于将直接或经转折光栅从所述耦入光栅沿输入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板耦出，其具有沿所述输入方向位于上游的接收端和位于下游的耦出端，所述接收端用于接收来自所述耦入光栅的光并引导光向所述耦出端的传播，所述耦出端用于在引导光的传播的同时将光朝向视窗耦出，其中，所述接收端分为三个区域，所述三个区域包括第一光栅区、第二光栅区和在垂直于所述输入方向的宽度方向上位于所述第一光栅区和所述第二光栅区之间的空白区。2.如权利要求1所述的光学波导装置，其中，所述视窗在所述耦出光栅上投影得到视窗投影区，来自所述耦入光栅的光经过转折光栅或直接传播到所述耦出光栅，其中：当所述耦入光栅的光经转折光栅传播到所述耦出光栅时，所述转折光栅与所述耦出端或所述视窗投影区的中心连线穿过所述空白区；当所述耦入光栅的光直接传播到所述耦出光栅时，耦入光栅与所述耦出端或所述视窗投影区的中心连线穿过所述空白区。3.如权利要求1所述的光学波导装置，其中，所述空白区具有所述宽度方向上的第一平均宽度，所述接收端具有所述宽度方向上的第二平均宽度，所述第一平均宽度小于所述第二平均宽度的50％。4.如权利要求3所述的光学波导装置，其中，所述第一平均宽度在所述第二平均宽度的15％～40％的范围内。5.如权利要求1所述的光学波导装置，其中，所述空白区具有沿所述输入方向变小的宽度。6.如权利要求1所述的光学波导装置，其中，所述空白区具有矩形、梯形、三角形或有着台阶状侧边的形状。7.如权利要求1所述的光学波导装置，其中，所述第一光栅区与所述第二光栅区是彼此分离的，使得来自所述空白区朝向来自所述耦入光栅的光是敞开的。8.如权利要求2所述的光学波导装置，其中，所述耦入光栅相对于所述耦出光栅的所述耦出端大致对中布置，并且所述第一光栅区与所述第二光栅区关于所述中心连线对称。9.如权利要求2所述的光学波导装置，其中，所述耦出光栅的耦出端具有大致四边形的形状，所述四边形具有沿所述输入方向位于上游和下游的两个顶边和连接在所述两个顶边之间的两个侧边以及沿输入方向位于上游的第一角部和第二角部，所述耦出光栅构造为所述四边形的所述侧边相对于所述输入方向倾斜，使得所...
【专利技术属性】
技术研发人员：范真涛，赵兴明，田克汉，
申请(专利权)人：嘉兴驭光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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