本发明专利技术公开了一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，包括波导介质，波导介质的表面设置入耦合光栅、左旋偏振体全息液晶光栅和右旋偏振体全息液晶光栅；波导介质用于将入射光进行全反射；左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅周期性排列；入耦合光栅、左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的横向周期一致，其内部的液晶分子均具有三维周期性旋转结构；左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的效率按公式设置。本发明专利技术的偏振体全息光栅具有高衍射效率，低成本，制备简单的特点，利用不同偏振响应的PVG阵列组成出耦合光栅区域，从而来改善传统全息波导显示装置的出瞳均匀性。导显示装置的出瞳均匀性。导显示装置的出瞳均匀性。
【技术实现步骤摘要】
一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置
[0001]本专利技术涉及彩色波导显示装置，具体为一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置。
技术介绍
[0002]增强现实（AR）已经成为一种信息显示技术的重要手段。相较于AR技术的网络、算法、内容来说，AR技术最基本的显示器件仍存在诸多发展困难，显示模组的显示质量、体积、重量、成本、量产能力与人们的需求仍存在的较大的距离。
[0003]相较于基于几何光学原理的近眼显示，衍射波导方案的一大优势是可以打破拉格朗日光学不变式中视场范围和出瞳大小的反比关系，实现出瞳扩展功能，从而获得较大的出瞳。出瞳大小与人眼的移动范围、佩戴舒适度、应用场景都有着密切的关系。虽然目前衍射光波导可以获得较大出瞳，但出瞳均匀性方面却不令人满意。
[0004]出瞳不均匀可以分为两个方面，一是不同视场角度出瞳的不均匀性。即由于不同视场角度下光栅衍射效率的差别，以及不同视场角度在波导内传输角度（全反射间隔）的不同，人眼在出瞳位置所观察到的图像往往存在亮度、色彩的分裂或者不均匀等现象。另一方面，出瞳扩展伴随着光束在出耦合光栅的不同空间位置发生多次的衍射、导出过程，需要根据光束的传播路径和衍射次数平衡不同出瞳位置处的光栅衍射效率才能保证整个出耦合光栅面的出瞳均匀性。
[0005]作为波导耦合光栅，偏振体全息液晶光栅（PVG）在性能、制备难度等多个方面可以更好的满足衍射光波导成像技术的要求，并且其同时表现出体光栅布拉格衍射以及PB相位光栅的偏振选择性。
[0006]现有的彩色波导显示存在出瞳不均匀、成像视场角较小、串扰的问题亟待解决。在常规的衍射波导中，由于出耦合效率单一，或不采取别的效率补偿方法，会使得后面的出瞳亮度越来越低，导致出瞳的不均匀。在近眼显示领域彩色微像源的制造，存在着较多的限制。
技术实现思路
[0007]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种成本较低、衍射效率高的改善成像均匀性的彩色波导显示装置。
[0008]技术方案：本专利技术所述的一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，包括波导介质，波导介质的表面设置入耦合光栅、左旋偏振体全息液晶光栅和右旋偏振体全息液晶光栅；波导介质用于将入射光进行全反射；左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅周期性排列；入耦合光栅、左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的横向周期一致，其内部的液晶分子均具有三维周期性旋转结构；左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的效率按如下公式设置：
其中，m是第m个左旋偏振体全息液晶光栅或第m个右旋偏振体全息液晶光栅，M是左旋偏振体全息液晶光栅的数量或右旋偏振体全息液晶光栅的数量，η
m
是第m个左旋偏振体全息液晶光栅的效率或第m个右旋偏振体全息液晶光栅的效率。本专利技术创新性地利用偏振体全息液晶光栅的偏振特性，在出耦合区域设置不同偏振的PVG从而提高波导的出瞳扩展过程中的均匀性。
[0009]进一步地，波导介质是折射率为1.5~2.2、透过率为90%以上的光学玻璃或树脂玻璃。
[0010]在常规的衍射波导中，由于出耦合效率单一，会使得后面的出瞳亮度越来越低，导致出瞳的不均匀。因此需要在后面部分的出瞳进行效率补偿。左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的数量比为n:1，右旋偏振体全息液晶光栅覆盖在左旋偏振体全息液晶光栅上，且覆盖左旋偏振体全息液晶光栅的后1/n区域处。由于在复制传播的过程中，在到达左旋偏振体全息液晶光栅的后1/n区域处，光束中左旋偏振分量所剩能量较低，此时采用右旋偏振体全息液晶光栅进行补偿，将提高出瞳的均匀性。
[0011]进一步地，左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅在波导介质上的投影面积相等。
[0012]进一步地，入耦合光栅包括左旋PVG和右旋PVG，两者互相堆叠或并排放置，能够衍射两种不同旋向的偏振光。
[0013]为扩大波导显示的最终成像视场角，入耦合光栅包括第一入耦合光栅、第二入耦合光栅、第三入耦合光栅中的一种或多种，用于衍射红光、蓝光、绿色中的一种或多种。波导介质沿垂直方向设置多个时，相邻波导介质间为空气层。第一入耦合光栅、第二入耦合光栅、第三入耦合光栅在垂直于波导介质的方向上不重合。将不同波长置于不同波导介质内进行传播，中间设置空气，从而避免了串扰的问题，并且提高了视场角。
[0014]为进一步提高视场角，利用PVG偏振特性，入耦合光栅包括第一入耦合光栅、第二入耦合光栅，分别用于衍射左视场的光束和右视场的光束，波导介质包括第一波导、第二波导，第一波导、第二波导间为空气层，避免的串扰的问题，第一波导的表面设置左旋偏振体全息液晶光栅和右旋偏振体全息液晶光栅。波导介质堆叠在一起时，衍射不同波段光束的入耦合光栅在垂直于波导介质的方向上不重合。根据布拉格公式计算合适的光栅周期，分别将左视场和右视场的光衍射导入波导，实现大视场彩色均匀出瞳波导显示。
[0015]进一步地，入耦合光栅的入射圆偏振光束与左旋偏振体全息液晶光栅或右旋偏振体全息液晶光栅的内部液晶分子扭曲螺旋方向相同时，产生单级布拉格衍射。入耦合光栅的入射圆偏振光束与左旋偏振体全息液晶光栅或右旋偏振体全息液晶光栅的内部液晶分子扭曲螺旋方向相反时，布拉格衍射无法发生，直接透过左旋偏振体全息液晶光栅或右旋偏振体全息液晶光栅，并保持偏振不变。
[0016]进一步地，不同波长的光束可以由一个微像源发出，也可以由多个微像源发出不
同波段的光束，并配合入耦合光栅区域水平放置结构，实现彩色效果。将不同波长的光束分成多通道或单一通道，利用上述的出耦合均匀出瞳控制方法，从而实现彩色均匀出瞳效果。
[0017]工作原理：利用波导耦合器件，将来自光机的光导入波导介质进行全反射，进行复制与扩展的同时衍射至人眼，实现光束的出瞳扩展。在出耦合光栅区域处，PVG作为出耦合光栅，PVG阵列组成出耦合光栅区域，在大出瞳的情况下实现均匀出瞳。
[0018]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：1、偏振体全息光栅（PVG）具有高衍射效率，低成本，制备简单的特点，利用不同偏振响应的PVG阵列组成出耦合光栅区域，从而来改善传统全息波导显示装置的出瞳均匀性；2、提出一种偏振体全息液晶光栅效率的计算公式，有利于进一步调控出瞳均匀性；3、右旋PVG覆盖在左旋PVG的后1/n区域处，采用右旋PVG进行补偿，有利于提高出瞳的均匀性；4、左旋偏振体全息液晶光栅、右旋偏振体全息液晶光栅的周期一致，能够保证色散曲线的一致性；5、在微像源处将入射光束分成左视场和右视场两部分，左旋PVG和右旋PVG不发生串扰，可以获得两倍视场角。
附图说明
[0019]图1是本专利技术左旋偏振体全息液晶光栅3的效率控制示意图；图2是本专利技术实施例1、8的结构示意图；图3是本专利技术实施例1入耦合光栅2的结构示意图；图4是本专利技术实施例1的主视图；图5是本专利技术左旋偏振体全息液晶光栅3的偏振特性响应示意图；图6是本专利技术右旋偏振体全息液晶光栅4的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，其特征在于：包括波导介质（1），所述波导介质（1）的表面设置入耦合光栅（2）、左旋偏振体全息液晶光栅（3）和右旋偏振体全息液晶光栅（4）；所述波导介质（1）用于将入射光进行全反射；所述左旋偏振体全息液晶光栅（3）、右旋偏振体全息液晶光栅（4）周期性排列；所述入耦合光栅（2）、左旋偏振体全息液晶光栅（3）、右旋偏振体全息液晶光栅（4）的横向周期一致，其内部的液晶分子均具有三维周期性旋转结构；所述左旋偏振体全息液晶光栅（3）、右旋偏振体全息液晶光栅（4）的效率按如下公式设置：其中，m是第m个左旋偏振体全息液晶光栅（3）或第m个右旋偏振体全息液晶光栅（4），M是左旋偏振体全息液晶光栅（3）的数量或右旋偏振体全息液晶光栅（4）的数量，η
m
是第m个左旋偏振体全息液晶光栅（3）的效率或第m个右旋偏振体全息液晶光栅（4）的效率。2.根据权利要求1所述的一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，其特征在于：所述波导介质（1）是折射率为1.5~2.2、透过率为90%以上的光学玻璃或树脂玻璃。3.根据权利要求1所述的一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，其特征在于：所述左旋偏振体全息液晶光栅（3）、右旋偏振体全息液晶光栅（4）的数量比为n:1，右旋偏振体全息液晶光栅（4）覆盖在左旋偏振体全息液晶光栅（3）上，且覆盖左旋偏振体全息液晶光栅（3）的后1/n区域处。4.根据权利要求1所述的一种改善成像均匀性的彩色波导显示装置，其特征在于：所述左旋偏振体全息液晶光栅（3）、右旋偏振体全息液晶光栅（4）...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾雨晨，王闯，魏然，何乃龙，
申请(专利权)人：南京平行视界技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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