光学显示元件及光学设备制造技术

本申请实施例公开了一种光学显示元件及光学设备，该光学设备可以是近眼显示系统、抬头显示系统、光学滤波器、光学相位片、空间光通信设备，该光学显示元件包括：多道条纹，该条纹呈弧线形状，且该条纹的弯曲方向相同，该条纹用于所述光学显示元件的工作光进行反射，使得该工作光成像；其中，该条纹包括：多个谐振元件，所述工作光在一个或多个所述谐振元件中产生谐振效应。光栅结构为微纳尺寸，体积较小，减小了空间占用，实现了设备的小型化。同时，采用谐振元件可以选择性提高工作光的衍射，实现对工作光波长的高反射率，实现波长选择特性。实现波长选择特性。实现波长选择特性。

【技术实现步骤摘要】
光学显示元件及光学设备


[0001]本申请实施例涉及光学
，尤其涉及一种光学显示元件及光学设备。

技术介绍

[0002]增强现实(augmented reality，AR)技术是一种将虚拟信息与真实世界信息相融合的技术，增强现实技术的目标是在屏幕上将虚拟世界套在现实世界，并进行互动，可以将真实世界的时间空间范围内的很难体验到的实体信息(比如视觉信息、声音、或触觉等)通过电脑等模拟仿真后再叠加，将虚拟信息应用到真实世界。目前，增强现实技术已广泛应用在增强现实装置中，比如AR眼镜，能够将虚拟图像投影到人眼之中，实现虚拟图像与真实图像的叠加。
[0003]图1为一种AR近眼成像系统示意图，该系统可分为两大部分：光学投影系统101和光学显示元件102。
[0004]如图1所示，该增强现实近眼成像系统包括：光学投影系统101和光学显示元件102。其中，光学显示元件102位于用户的眼前，光学显示元件102既可以透射外部的环境光，也可以反射投影系统的光到人眼103。
[0005]在一些实施例中，如图2所示，该增强现实近眼成像系统使用了曲面反射镜1021作为光学显示元件，将光学投影系统101发射的图像源反射并成像到人眼中。其中曲面反射镜1021对工作光线进行普通的镜面反射，镜面切线方向与人眼平视前方的视线之间呈现大约45度角。同时，反射面是半反半透型的，呈现均匀的宽波段响应，即对于可见光波段的所有波长，都是一部分光被反射，剩下的一部分光被透射。
[0006]曲面反射镜1021与人眼平视前方的视线之间呈现大约45度的夹角，因此使用者在佩戴时成像系统要往前凸出很大一块体积，不利于实现体积紧凑的近眼成像系统。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供一种光学显示元件及光学设备，将谐振元件与条纹搭配在一起，以增强特定阶数的衍射效率。
[0008]为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：本申请实施例的第一方面，提供一种光学显示元件，包括：多道条纹，该条纹呈弧线形状，且该条纹的弯曲方向相同，该条纹用于对该光学显示元件的工作光进行反射，使得该工作光成像；其中，该条纹包括：多个谐振元件，该工作光在一个或多个该谐振元件中产生谐振效应。由此，光栅结构为微纳尺寸，体积较小，减小了空间占用，实现了设备的小型化。同时，将谐振元件与条纹搭配在一起，可以增强特定阶数的衍射效率。该谐振元件可以选择性提高工作光的衍射，而对其他波段的光的衍射保持在较低的水平，实现对工作光波长的高反射率，以及实现对环境光波长的高透射率，实现波长选择特性。
[0009]一种可选的实现方式中，该条纹的弯曲方向与该光学显示元件的表面平行。由此，可以节省光学显示元件的空间。
[0010]一种可选的实现方式中，至少1道条纹的曲率半径和其他条纹的曲率半径不同。由此，可以根据光线入射角度、出射角度，以及成像需求而设计的非均匀光栅结构，可以在不同区域呈现不同的光栅结构，使得入射光线经过光栅衍射后可以形成一阶衍射光线，衍射光线沿着光学系统所需要的角度发射出来。
[0011]一种可选的实现方式中，该条纹的曲率半径沿一个方向变化。由此，可在不同区域呈现不同的衍射响应，导致光进入不同区域可以实现不同方向的衍射光出来，有利于成像。
[0012]一种可选的实现方式中，所述条纹的曲率半径沿着工作光入射的方向在光学显示元件上的投影逐渐变大。由此，可以将不同方向的入射光衍射光出来，有利于成像。
[0013]一种可选的实现方式中，所述条纹的最小曲率半径不小于100μm。由此，使得条纹的衍射效率均匀性更好。
[0014]一种可选的实现方式中，至少一对相邻条纹之间的距离与其他相邻条纹的之间的距离不同。由此，可以根据光线入射角度、出射角度，以及成像需求而设计的非均匀光栅结构，可以在不同区域呈现不同的光栅结构，使得入射光线经过光栅衍射后可以形成一阶衍射光线，衍射光线沿着光学系统所需要的角度发射出来。
[0015]一种可选的实现方式中，相邻条纹之间的距离沿一个方向均变化。由此，可在不同区域呈现不同的衍射响应，导致光进入不同区域可以实现不同方向的衍射光出来，有利于成像。
[0016]一种可选的实现方式中，相邻条纹之间的距离沿着工作光入射的方向在光学显示元件上的投影逐渐变小。由此，可以将不同方向的入射光的衍射光出来，有利于成像。
[0017]一种可选的实现方式中，相邻两道条纹之间的距离大于或等于工作光波长的1/4，且小于工作光波长的10倍。由此，可保证条纹对工作光的衍射性能。
[0018]一种可选的实现方式中，该工作光的入射方向与该条纹所在平面的法线方向的夹角大于或等于40度。由此，该光学显示元件可对大角度倾斜入射的光进行衍射，使得光系统结构更加紧凑。
[0019]一种可选的实现方式中，所述工作光经光学显示元件反射后呈收敛状。由此，可以使得以大角度倾斜入射的投射光线经过光栅衍射后按照成像所需要的角度反射出来。
[0020]一种可选的实现方式中，所述工作光经光学显示元件反射后，成像的眼盒区域在光学显示元件所在平面的投影位于光学显示元件内部。由此，可以在光学显示元件内部成像。
[0021]一种可选的实现方式中，该光学显示元件集成有像差矫正功能。由此，光学显示元件集成像差矫正功能，使得AR近眼显示系统可以避免在前端光路使用像差矫正透镜组，进一步减小系统体积和重量。
[0022]一种可选的实现方式中，所述光学显示元件对入射的工作光在沿着光学显示元件表面的两个相互正交的方向上具有不同的光焦度。由此，可以缓解光系统的像散问题，使得AR近眼显示系统可以避免在前端光路使用像差矫正透镜组，减小系统体积和重量。
[0023]一种可选的实现方式中，所述工作光形成的像与光学元件之间的距离大于或等于5cm。由此，可以在合适的位置成像。
[0024]一种可选的实现方式中，该条纹包括：邻接设置的凸条纹和凹条纹。由此，实现了条纹的衍射功能。
[0025]一种可选的实现方式中，该凸条纹由多个该谐振元件组成。由此，凸条纹直接由谐振元件组成，无需专门成型凸条纹，制备工艺更简单。
[0026]一种可选的实现方式中，该凸条纹上设有多个该谐振元件。由此，可以在光栅结构上设置谐振元件，可实现更高的衍射效率。
[0027]一种可选的实现方式中，该凹条纹中设有多个该谐振元件。由此，可以在光栅结构上设置谐振元件，通过谐振元件与光栅凸条纹搭配，可在不增加工艺复杂度的条件下实现更高的衍射效率。
[0028]一种可选的实现方式中，该条纹包括：多个间隔排布的谐振元件，每道条纹的相邻谐振元件之间的距离小于或等于工作波长的2倍。由此，可以提高谐振强度，有助于产生更高的衍射效率。
[0029]一种可选的实现方式中，该谐振元件的谐振方式为米氏共振、导模共振GMR、连续体束缚态BIC共振或回音壁模式WGM中的任意一种或几种。由此，可以利用单个谐振元件的谐振现象。
[0030]一种可选的实现方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学显示元件，其特征在于，包括：多道条纹，所述条纹呈弧线形状，且所述条纹的弯曲方向相同，所述条纹用于对所述光学显示元件的工作光进行反射，使得所述工作光成像；其中，所述条纹包括：多个谐振元件，其中，所述工作光在一个或多个所述谐振元件中产生谐振效应。2.根据权利要求1所述的光学显示元件，其特征在于，所述条纹的弯曲方向与所述光学显示元件的表面平行。3.根据权利要求1或2所述的光学显示元件，其特征在于，至少1道条纹的曲率半径和其他条纹的曲率半径不同。4.根据权利要求3所述的光学显示元件，其特征在于，所述条纹的曲率半径沿一个方向变化。5.根据权利要求3或4所述的光学显示元件，其特征在于，所述条纹的曲率半径沿着工作光入射的方向在光学显示元件上的投影逐渐变大。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述条纹的最小曲率半径不小于100μm。7.根据权利要求1
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6任一项所述的光学显示元件，其特征在于，至少一对相邻条纹之间的距离与其他相邻条纹的之间的距离不同。8.根据权利要求7所述的光学显示元件，其特征在于，相邻条纹之间的距离沿一个方向变化。9.根据权利要求7或8所述的光学显示元件，其特征在于，相邻条纹之间的距离沿着工作光入射的方向在光学显示元件上的投影逐渐变小。10.根据权利要求7
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9任一项所述的光学显示元件，其特征在于，相邻两道条纹之间的距离大于或等于工作光波长的1/4，且小于工作光波长的10倍。11.根据权利要求1
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10任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述工作光的入射方向与所述条纹所在平面的法线方向的夹角大于或等于40度。12.根据权利要求11所述的光学显示元件，其特征在于，所述工作光经光学显示元件反射后呈收敛状。13.根据权利要求11或12所述的光学显示元件，其特征在于，所述工作光经光学显示元件反射后，成像的眼盒区域在光学显示元件所在平面的投影位于光学显示元件内部。14.根据权利要求1
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13任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述光学显示元件集成有像差矫正功能。15.根据权利要求1
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14任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述光学显示元件对入射的工作光在沿着光学显示元件表面的两个相互正交的方向上具有不同的光焦度。16.根据权利要求1
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15任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述工作光形成的像与光学元件之间的距离大于或等于5cm。17.根据权利要求1
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16任一项所述的光学显示元件，其特征在于，所述条纹包括：邻接设置的凸条纹和凹条纹。18.根据权利要求17所述的光学显示元件，其特征在于，所述凸条纹由多个所述谐振元件组成。
19.根据权利要求17所述的光学显示元件，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚湛史，郭睿，李根，孟培雯，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：