耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统，其中，该耦入超构光栅包括：周期排列的多个耦入光栅单元；所述耦入光栅单元被配置为将入射的多种目标光束以相应的目标衍射级次出射，且不同种所述目标光束的出射角相同；不同种所述目标光束具有不同的波长，所述目标衍射级次为相应的所述目标光束被所述耦入光栅单元所调控出射的衍射级次。本实用新型专利技术实施例提供的耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统，耦入超构光栅能够以相同的角度耦入不同波长的目标光束，例如以相同的角度将不同波长的目标光束耦入至光波导内，使得所耦入的多种波长的目标光束能够被统一传播，可以有效抑制彩虹效应。有效抑制彩虹效应。有效抑制彩虹效应。

【技术实现步骤摘要】
耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统


[0001]本技术涉及超构光栅
，具体而言，涉及一种耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统。

技术介绍

[0002]衍射光波导可以利用其包含的衍射光栅将光束耦入至光波导内，具有广阔的应用场景，例如衍射光波导可以应用于AR(Augmented Reality，增强现实)眼镜等成像场景；但是，当衍射光波导应用于成像时，衍射光波导中的衍射光栅(例如表面浮雕光栅SRG)对于不同波长的光束(例如红绿蓝RGB光束)具有不同的衍射角度，由于这个角度的不同，在光波导中经过全反射传输后，在进入耦出光栅时的角度也不一致，所以不同颜色的光在波导内部全内反射的次数不同，结果就导致视野范围内的不同位置处RGB三个颜色的比例不均匀，形成彩虹效应。
[0003]目前，主要通过设计多层光波导(例如三层光波导)分别对RGB各颜色的光进行处理，以能够缓解彩虹效应；三层光波导的结构示意图可参见图1所示。但是多层光波导存在体积大的缺陷，其重量较大，不适用于需要光波导轻薄的场景，例如不适用于AR眼镜。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本技术实施例的目的在于提供一种耦入超构光栅、图像组合器及AR光学系统。
[0005]第一方面，本技术实施例提供了一种耦入超构光栅，包括：周期排列的多个耦入光栅单元；
[0006]所述耦入光栅单元被配置为将入射的多种目标光束以相应的目标衍射级次出射，且不同种所述目标光束的出射角相同；不同种所述目标光束具有不同的波长，所述目标衍射级次为相应的所述目标光束被所述耦入光栅单元所调控出射的衍射级次。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述耦入光栅单元被配置为调控以相同入射角入射的多种所述目标光束；
[0008]不同种所述目标光束对应不同的目标衍射级次。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述耦入光栅单元的周期长度使得所述目标光束的波长与相应的所述目标衍射级次之间为反比例关系。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述耦入光栅单元被配置为调控以不同入射角入射的多种所述目标光束。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述目标衍射级次包括第一目标衍射级次和第二目标衍射级次；
[0012]不同种所述目标光束的所述第一目标衍射级次所对应的第一出射角相同，不同种所述目标光束的所述第二目标衍射级次所对应的第二出射角相同；
[0013]所述第一出射角与所述第二出射角偏向所述耦入光栅单元不同的排列方向。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述耦入光栅单元被配置为调控垂直入射的多种所述目标光束。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述多种目标光束包括：红色波段光束、绿色波段光束和蓝色波段光束。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述耦入光栅单元包括沿所述耦入光栅单元的形状一字排列的多个耦入纳米结构；至少部分所述耦入纳米结构的形状不同。
[0017]第二方面，本技术实施例还提供了一种耦出超构光栅，包括：沿预设方向依次排列的多个耦出区域，所述耦出区域包括沿所述预设方向排列的多个耦出光栅单元；
[0018]所述耦出光栅单元被配置为耦出以相同入射角入射的多种目标光束；不同种所述目标光束具有不同的波长；
[0019]所述多种目标光束整体沿所述预设方向传播，且沿所述预设方向依次排列的多个所述耦出区域的衍射效率逐渐增大。
[0020]在一种可能的实现方式中，所述耦出区域的衍射效率满足：
[0021][0022]其中，eff(n)表示沿所述预设方向排列的第n个耦出区域的衍射效率，N表示所述耦出区域的总数量。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述耦出光栅单元包括沿所述耦出光栅单元的形状一字排列的多个耦出纳米结构；至少部分所述耦出纳米结构的形状不同。
[0024]第三方面，本技术实施例提供一种图像组合器，包括：耦入元件、光波导和耦出元件；所述耦入元件位于所述光波导的耦入端，所述耦出元件位于所述光波导的耦出端；
[0025]所述耦入元件为如上所述的耦入超构光栅，和/或，所述耦出元件为如上所述的耦出超构光栅；
[0026]所述耦入超构光栅中的多个耦入光栅单元沿光束的整体传播方向排列，所述耦出超构光栅中的多个耦出光栅单元沿所述整体传播方向排列，所述整体传播方向为从所述光波导的耦入端至耦出端的方向。
[0027]第四方面，本技术实施例提供一种AR光学系统，包括如上所述的图像组合器、图像源和中继镜组；
[0028]所述图像源位于所述图像组合器的耦入元件的入光侧，被配置为向所述耦入元件入射包含至少三种目标光束的成像光束；
[0029]所述中继镜组位于所述图像源和所述图像组合器的光路中，被配置为将所述目标光束1：1投影或者放大投影到所述图像组合器中。
[0030]本技术实施例上述第一方面提供的方案中，包括周期排列的多个耦入光栅单元，该耦入光栅单元对不同波长的目标光束进行相应的调控，调控不同目标光束所对应的目标衍射级次，从而使得不同目标光束入射至耦入光栅单元后，能够以相同的出射角出射。该耦入超构光栅能够以相同的角度耦入不同波长的目标光束，例如以相同的角度将不同波长的目标光束耦入至光波导内，使得所耦入的多种波长的目标光束能够被统一传播，可以有效抑制彩虹效应；并且，该耦入超构光栅整体为单层结构，不需要设置多层光波导，结构轻薄，能够应用于AR眼镜等对体积重量要求较高的场景。
[0031]为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1示出了现有三层光波导的结构示意图；
[0034]图2示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的一种俯视结构示意图；
[0035]图3示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的第一侧视结构示意图；
[0036]图4示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的第二侧视结构示意图；
[0037]图5示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的第三侧视结构示意图；
[0038]图6示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的第四侧视结构示意图；
[0039]图7示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的第五侧视结构示意图；
[0040]图8示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的另一种俯视结构示意图；
[0041]图9示出了本技术实施例所提供的耦入超构光栅的再一种俯视结构示意图；
[0042]图10示出了本技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦入超构光栅，其特征在于，包括：周期排列的多个耦入光栅单元(10)；所述耦入光栅单元(10)被配置为将入射的多种目标光束以相应的目标衍射级次出射，且不同种所述目标光束的出射角相同；不同种所述目标光束具有不同的波长，所述目标衍射级次为相应的所述目标光束被所述耦入光栅单元(10)所调控出射的衍射级次。2.根据权利要求1所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述耦入光栅单元(10)被配置为调控以相同入射角入射的多种所述目标光束；不同种所述目标光束对应不同的目标衍射级次。3.根据权利要求2所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述耦入光栅单元(10)的周期长度使得所述目标光束的波长与相应的所述目标衍射级次之间为反比例关系。4.根据权利要求1所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述耦入光栅单元(10)被配置为调控以不同入射角入射的多种所述目标光束。5.根据权利要求1所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述目标衍射级次包括第一目标衍射级次和第二目标衍射级次；不同种所述目标光束的所述第一目标衍射级次所对应的第一出射角相同，不同种所述目标光束的所述第二目标衍射级次所对应的第二出射角相同；所述第一出射角与所述第二出射角偏向所述耦入光栅单元(10)不同的排列方向。6.根据权利要求5所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述耦入光栅单元(10)被配置为调控垂直入射的多种所述目标光束。7.根据权利要求1所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述多种目标光束包括：红色波段光束、绿色波段光束和蓝色波段光束。8.根据权利要求1所述的耦入超构光栅，其特征在于，所述耦入光栅单元(10)包括沿所述耦入光栅单元(10)的形状一字排列的多个耦入纳米结构(101)；至少部分所述耦入纳米结构(101)的形状不同。9.一种图像组合器，其特征在于，包括：耦入元件、光波导(3)和耦出元件；所述耦入元件位于所述光波导(3)的耦入...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，朱健，郝成龙，谭凤泽，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：