衍射光栅波导和AR显示设备制造技术

本申请提供了一种衍射光栅波导和AR显示设备，包括：波导板；耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，当入射光入射至所述耦入光栅后发生方向改变并进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述转折光栅，在所述转折光栅内发生方向改变后进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述耦出光栅，在所述耦出光栅内发生方向改变后出射；其中，所述耦入光栅和所述转折光栅的相对位相角ρ等于所述转折光栅和所述耦出光栅的相对位相角ρ；所述耦入光栅和所述耦出光栅的光栅周期均为d，所述转折光栅的光栅周期为d/2cosρ。本申请提供的衍射光栅波导和AR显示设备，耦出光束可以复现耦入光束的信息，降低光束传播中的失真，用户可以看到和图像源一致的画面。图像源一致的画面。图像源一致的画面。

【技术实现步骤摘要】
衍射光栅波导和AR显示设备


[0001]本专利技术涉及近眼显示光学领域，特别涉及一种衍射光栅波导和AR显示设备。

技术介绍

[0002]在AR等近眼显示系统通常包括图像源、光束准直透镜组、传输波导等核心组件。图像源的图像通常是由微型显示屏来生成显示，光束准直透镜组用于将图像点发出的具有不同角度信息的光束变成平行光，传输波导用于将图像从显示屏传送到人眼，对准直后的光束进行调制。传输波导元件可以包括透镜、反射镜、波导板(管)、全息纹和衍射光栅等。
[0003]衍射光栅波导是目前受到行业重视并广泛应用的传输波导，其包括耦入光栅、转折光栅和耦出光栅。由于每个光栅处都会发生衍射，图像在经过传播过程出射后会发生重影，耦出光束不能完全地还原耦入光束的信息，造成图像失真。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种衍射光栅波导和AR显示设备，能够使得耦出光束复现耦入光束的信息，用户能够看到与图像源一致的画面。
[0005]本申请的第一方面公开了一种衍射光栅波导，所述衍射光栅波导包括：波导板；设置在所述波导板表面的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，当入射光入射至所述耦入光栅后发生方向改变并进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述转折光栅，在所述转折光栅内发生方向改变后进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述耦出光栅，在所述耦出光栅内发生方向改变后出射；其中，所述耦入光栅和所述转折光栅的相对位相角ρ等于所述转折光栅和所述耦出光栅的相对位相角ρ；所述耦入光栅和所述耦出光栅的光栅周期均为d，所述转折光栅的光栅周期为d/2cosρ。
[0006]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述相对位相角ρ＝60
°
，此时所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅的光栅周期均为d。
[0007]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦入光栅的面积小于所述耦出光栅的面积，所述转折光栅的一边靠近所述耦入光栅，所述转折光栅的另一边靠近所述耦出光栅。
[0008]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述转折光栅包括连续设置且错位的第一部分和第二部分，所述第一部分靠近所述耦入光栅，所述第二部分远离所述耦入光栅，使得进入所述第一部分的光束比进入所述第二部分的光束先发生衍射。
[0009]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅中的一种或多种为表面光栅，所述表面光栅的光栅周期为250
‑
500nm，槽深度为30
‑
400nm，槽倾角为0
‑
45
°
。
[0010]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦入光栅使得入射光束发生衍射产生衍射光束，所述衍射光束的衍射极角φ满足：φ≥sin^(
‑
1)(1/n)，其中，n为所述耦入光栅所在的波导板的折射率。
[0011]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦入光栅、所述转折光栅、和所述耦出
光栅中的一种或多种为梯形表面浮雕光栅、正弦表面浮雕光栅、全息光栅。
[0012]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦入光栅、所述转折光栅、所述耦出光栅位于所述波导板的同一侧。
[0013]在上述第一方面的一种可能的实现中，所述波导板为玻璃基体、光学胶基体或者表面具有光学胶层的玻璃层。
[0014]本申请的第二方面公开了一种AR显示设备，所述显示设备包括上述第一方面中的衍射光栅波导。
[0015]本申请提供的衍射光栅波导和显示设备，通过设置耦入光栅与转折光栅的位相角、转折光栅和耦出光栅的位相角，以及耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的光栅周期，使得耦出光束可以复现耦入光束的信息，耦出光束是耦入光束的还原。此时光束传播中的失真大幅降低，用户可以看到和图像源一致的画面。
附图说明
[0016]图1为相关技术中的近眼显示系统平面示意图；
[0017]图2(a)
‑
(b)为本申请一个实施例的衍射光栅波导的示意图；
[0018]图3(a)
‑
(c)为本申请一个实施例的SRG剖面示意图；
[0019]图4为本申请另一实施例的衍射光栅波导的示意图；
[0020]图5(a)
‑
(f)显示了不同角度的耦入光束在图4所示实施例的衍射光栅波导中传播路径的示意图；
[0021]图6显示了在图4所示实施例中耦出光栅的区域范围示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例和附图对本申请做进一步说明。可以理解的是，本公开的说明性实施例包括但不限于衍射光栅波导和AR显示设备，此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本申请，而非对本申请的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部的结构或过程。
[0023]以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此专利技术的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作专利技术介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]此外，各种操作将以最有助于理解说明性实施例的方式被描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖于顺序。特别是，这些操作不需要按呈现顺序执行。
[0025]除非上下文另有规定，否则术语“包含”，“具有”和“包括”是同义词。短语“A/B”表示“A或B”。短语“A和/或B”表示“(A和B)或者(A或B)”。
[0026]在附图中，以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可以
不需要这样的特定布置和/或排序。在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包含结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
[0027]应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元或是数据，但是这些单元或数据不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个特征与另一个特征进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一特征可以被称为第二特征，并且类似地第二特征可以被称为第一特征。
[0028]应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0029]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光栅波导，其特征在于，包括：波导板；设置在所述波导板表面不同区域的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，当入射光入射至所述耦入光栅后发生方向改变并进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述转折光栅，在所述转折光栅内发生方向改变后进入所述波导板，在所述波导板内全反射后进入所述耦出光栅，在所述耦出光栅内发生方向改变后出射；其中，所述耦入光栅和所述转折光栅的相对位相角ρ等于所述转折光栅和所述耦出光栅的相对位相角ρ；所述耦入光栅和所述耦出光栅的光栅周期均为d，所述转折光栅的光栅周期为d/2cosρ。2.根据权利要求1所述的衍射光栅波导，其特征在于，所述相对位相角ρ＝60
°
，此时所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅的光栅周期均为d。3.根据权利要求1或2所述的衍射光栅波导，其特征在于，所述耦入光栅的面积小于所述耦出光栅的面积，所述转折光栅的一边靠近所述耦入光栅，所述转折光栅的另一边靠近所述耦出光栅。4.根据权利要求1或2所述的衍射光栅波导，其特征在于，所述转折光栅包括连续设置且错位的第一部分和第二部分，所述第一部分靠近所述耦入光栅，所述第二部分远离所述耦入光栅，使得进入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何新东，王基亭，吕强，
申请(专利权)人：烟台艾睿光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：