光波导和显示设备制造技术

本发明专利技术涉及一种光波导(30)，其包括至少第一衍射区域和第二衍射区域，所述第一衍射区域设置成将沿着波导传播的载像光进行衍射，以便在第一维将其展开并将载像光转向第二衍射区域，第二衍射区域设置成将载像光进行衍射，以便在第二维将其展开并从波导中作为可视图像释放。第一衍射区域通过嵌入到波导内部的第一衍射光栅(14)形成，当载像光从所述光栅之上或之下以一个给定角度入射到所述光栅上时，该衍射光栅被设置成与载像光具有基本相似的面形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光波导和显示设备
本专利技术涉及一种光波导和显示设备，特别涉及一种显示设备，在该显示设备中，载像光入射到波导中，在两个正交的维度上展开，形成一个可视图像并从波导中释放。
技术介绍
在本申请人早期的公开号为WO2010/119240的国际专利申请中描述了在显示设备中使用波导的公知形式，参考图4对其进行了描述。在该申请中的波导包括：输入衍射区域42，用于将载像光的输入光瞳44耦合到波导中，通过全内反射进行传播。输入光瞳44指向反射表面46，在该反射表面，朝向转向衍射区域48反射。转向衍射区域48通过与区域48多次交互作用在第一维50展开该光瞳，并将其转向到输出衍射区域52。输出衍射区域52在第二维54展开光瞳，并从具有出射光瞳56的波导中输出载像光。反射表面46的使用允许输入衍射区域42和转向衍射区域48由单一一个光栅58形成。反射表面46可以省略，虽然在该情况下每个衍射区域通过各自的光栅形成。光栅58的凹槽的定位以60度向X轴倾斜，从而在输入区域42上入射的载像光被衍射并传播到反射表面46，并因此反射从而使主光束传播，并以相对于凹槽的法线呈60度的角度入射到旋转区域48的凹槽中(见插图A)。光线被部分衍射并且在第一维展开(在此为X维)，并通过波导传播到输出低衍射效率(2％～20％)的光栅52，该光栅在X方向上定位(凹槽)。衍射的光束垂直地入射到这个光栅上(见插图B)，并且部分衍射到波导之外，部分衍射在第二维上展开光瞳，此处为Y维，产生出射光瞳56。上面所描述的波导设计典型实施方式是使用承载于波导表面的光栅52、58，或者使用面形(profile)如较早的专利申请中的如图5所示的用于转向区域48的闪耀光栅面形60的光栅以优化衍射效率。分析显示，有角度的转向衍射区域48，根据需要将光线导向输出衍射区域52，通常会旋转下述光的偏振，即，导向输出衍射区域52的衍射的光和继续传播产生多个进一步交互作用以在一个维上展开输入光瞳的光。参见图5，不论是否通过反射表面46，主输入光束62显示为从输入衍射区域42(图5中未示出)导向转向衍射区域48。输入光束62具有第一偏振角，即，光线的偏振状态的改变可以通过参考与输入光束62的偏振状态相关的角度被识别出来，即使光线不必是平面偏振的。在与转向区域48的第一交互作用64中，光线的一部分66被导向输出衍射区域52(图5中未示出)，并且光线的一部分68沿着转向区域48继续传播。在第一交互作用64中，光线的部分66、68的偏振角在一个方向上旋转，例如顺时针方向，因此光线66、68的偏振角与输入光束62的偏振角不同。在与光栅48的第二交互作用70中，传播的光线68的一部分72导向输出衍射区域52，并且光线的一部分74沿着转向区域48继续传播。在第二交互作用70中，光线的部分72、74的偏振角以相同的方向旋转，例如顺时针方向。因此，光束72、74的偏振角通常与输入光束62和传播光束68的偏振角不同。在与光栅48的第三交互作用76中，传播光束74的一部分78导向输出衍射区域52，并且光线的一部分80沿着旋转区域继续传播。在第三交互作用76中，部分78、80的偏振角以相同的方向旋转，例如顺时针方向。因此，光束78、80的偏振角通常与输入光束62、传播光束68和传播光束74的偏振角不同，多个进一步的交互作用将发生在传播光束和光栅48之间，虽然只示出三个交互作用。相应地，导向输出衍射区域52的光束66、72、78的偏振角通常相互不同。在图4所示的实施例中，输出衍射区域52对光线的偏振敏感，从而具有一个偏振角的光束将比具有另一个偏振角的光束更优先地朝向观看者衍射。光束66、72、78构成了载像光在X维上光瞳的展开，并因此当光线从波导中输出，以不同亮度产生较亮或较黑的区域时，在出射光瞳56内可以产生垂直条纹。
技术实现思路
本专利技术提供一种光波导，其中在工作中，载像光在其中通过全内反射传播，所述波导包括：至少第一衍射区域和第二衍射区域，第一衍射区域设置成将沿着波导传播的载像光进行衍射，从而在第一维将其展开并将载像光转向第二衍射区域，第二衍射区域设置成将载像光进行衍射，从而在第二维将其展开并从波导中作为可视图像进行释放，其中第一衍射区域由嵌入在波导内的第一衍射光栅形成，当在光栅之上或以下从一个特定角度入射到光栅时，该衍射光栅被设置为呈现出与载像光基本相似的面形，从而通过与第一衍射区域连续的交互作用，载像光的偏振以基本上相似的量但以相反方向进行旋转，从而增加从波导释放的可视图像的亮度的均匀度。在与第一衍射区域进行偶数次交互作用之后转向第二衍射区域的载像光可以具有基本上相同的偏振。此外或者可选地，在与第一衍射区域进行奇数次交互作用之后转向第二衍射区域的载像光可以具有基本相同的偏振。光栅的面形可以相对于垂直于波导延伸的平面对称，并且与波导的第一主表面和第二主表面通过不同的量间隔开。第一衍射区域可以具有周期方波，正弦或三角面形。本专利技术还提供包括这样的光波导的头盔式的、头戴式的、平视的或其它的显示设备。附图说明下面仅以举例的方式参考附图来对本专利技术进行描述，其中，图1所示为光波导；图2所示为该光波导的衍射区域；图3所示为包括该光波导的显示设备；图4所示为现有技术的光波导；以及图5所示为现有技术的光波导的衍射区域。具体实施方式参考图1和图2，所示的光波导10具有与上述现有技术的波导一样的多个特征，参考图4和图5并如WO2010/119240所示，该专利申请的内容以引用的方式并入于此。为了简要，本实施例的描述将主要集中在图4和图5所示的现有技术的波导与本专利技术的波导之间的创造性区别上，特别是转向衍射区域(图4中的区域48)的设置上。波导10包括输入衍射区域11，用于将载像光的输入光瞳12耦合到波导10中，通过全内反射进行传播。在这个实例中，输入光瞳12导向反射表面13，在反射表面13处将输入光瞳朝向转向衍射区域14进行反射。转向衍射区域14在第一维15通过与区域14多个交互作用对载像光的光瞳进行展开，并将其转向输出衍射区域16。输出衍射区域16在第二维17对载像光的光瞳进行展开，并将其作为出射光瞳180从波导输出。如上所述，反射表面13可以被省略。在图2中，详细说明从波导取出的一段所示为用于实施转向衍射区域14的衍射光栅18。光栅18的面形设置成与从波导的平面P的上面或下面以给定的任意角度接近光栅18的光的面形相同。光栅18的面形例如可以是图2所示的方波形，或者正弦或三角形。这种规则的、周期的光栅面形分享了垂直于波导10的平面P的平面对称的性质。然而，面形的周期性穿过光栅18时可以变化，同时仍然保持与从波导的平面P的上面或下面以给定的任意角度接近光栅18的光的面形相同。光栅18嵌入于波导10内部，这与图4和图5中在波导表面形成的现有技术波导不同。光栅18可以在波导的任意平面P延伸，虽然在本实例中，其与在波导10的主表面30、31之间等距地间隔的平面偏移。该偏移足以改进瞳纹和均匀度。光栅18的嵌入式设置导致在光线和光栅18之间产生了比在表面形成的光栅更多的交互作用。不论是否通过反射表面13，主要的输入光束19从输入衍射区域11(图2中未示出)导向转向衍射区域14的光栅18。输入光束19具有第一偏振角。在与光栅18的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导，其中在工作中，载像光在该光波导中通过全内反射进行传播，该波导包括：至少第一衍射区域和第二衍射区域，所述第一衍射区域设置成用于将沿着波导传播的载像光进行衍射，以便在第一维将其展开并将载像光转向到第二衍射区域，所述第二衍射区域设置成将载像光进行衍射，以便在第二维将其展开并从波导中作为可视图像释放，其中，所述第一衍射区域通过嵌入到波导内部的第一衍射光栅形成，当载像光从所述光栅之上或之下以一个给定角度入射到所述光栅上时，该衍射光栅被设置为呈现出与载像光基本相似的面形，从而通过与所述第一衍射区域持续的交互作用，所述载像光的偏振以基本相似的量但以相反方向进行旋转，从而增加从波导中释放的可视图像的亮度的均匀度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.04 GB 1117029.71.一种光波导，其中在工作中，载像光在该光波导中通过全内反射进行传播，该光波导包括：至少第一衍射区域和第二衍射区域，所述第一衍射区域设置成用于将沿着光波导传播的载像光进行衍射，以便在第一维将其展开并将载像光转向到第二衍射区域，所述第二衍射区域设置成将载像光进行衍射，以便在第二维将其展开并从光波导中作为可视图像释放，其中，所述第一衍射区域通过嵌入到光波导内部的第一衍射光栅形成，当载像光从所述光栅之上或之下以一个给定角度入射到所述光栅上时，该衍射光栅被设置为呈现出与载像光基本相似的面形，从而通过与所述第一衍射区域持续的交互作用，当进行奇数次交互作用后，所述载像光的偏振角旋转，且该奇数次交互作用的光束的偏振角是一致的，当进行偶数次交互作用后，所述载像光...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·梅森，
申请(专利权)人：BAE系统公共有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB