一种衍射光波导及增强现实显示设备制造技术

本申请实施例公开了一种衍射光波导及增强现实显示设备，衍射光波导包括：波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述转折光栅具有多个衍射转折区域，至少两个所述衍射转折区域的分界线与光线经所述转折光栅偏转后的传输方向相匹配。本申请实施例提供的衍射光波导能够在一定程度上避免转折光栅分区后可能存在的显示图像出现条纹形状的暗区或亮区的问题，进而弱化甚至消除存在暗区或亮区的显示问题，优化显示的亮度均匀性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射光波导及增强现实显示设备


[0001]本申请涉及增强现实领域，尤其涉及一种衍射光波导及增强现实显示设备。

技术介绍

[0002] 增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，光波导系统则是实现AR技术的关键部件之一。在进行增强现实的显示场景中，需要通过光机将需要叠加在真实场景的画面光束投射在光波导系统上，通过光波导系统对画面光束的传导方向进行偏转，使得画面光束进入人眼。现有的一维架构的光波导系统通常采用一维光栅进行扩瞳和耦出。
[0003]为了提升显示的亮度以及亮度均匀性，通常会将转折光栅与耦出光栅分为光栅参数不同的多个区域。但对转折光栅分区后可能会出现造成显示图像出现条纹形状的暗区或亮区，严重影响显示图像的亮度均匀性的现象。

技术实现思路

[0004]本申请旨在缓解现有技术中对转折光栅分区后可能会出现的造成显示图像出现条纹形状的暗区或亮区，严重影响显示图像的亮度均匀性的现象。
[0005]基于此，提供一种衍射光波导，包括：波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述转折光栅具有多个衍射转折区域，至少两个所述衍射转折区域的分界线与光线经所述转折光栅偏转后的传输方向相匹配，所述分界线与所述传输方向相匹配，即使得所述分界线与中心视场光线经所述转折光栅偏转后的传输方向基本平行；具体限定为所述分界线与空间直角坐标系中X轴正方向的夹角的范围为[]；其中，为光线经所述转折光栅偏转后的传输方向与X轴正方向的夹角，其满足如下关系式：其中，为的弧度形式，为所述光线的中心波长，为光机光轴与YZ平面的夹角，为的弧度形式，为光机光轴与XZ平面的夹角，为的弧度形式，为耦入光栅的光栅矢量与X轴正方向的夹角，为的弧度形式，为转折光栅的光栅矢量与X轴正方向的夹角，为的弧度形式，为的弧度形式，为耦入光栅的光栅周期，为转折光栅的光栅周期，为容差值。
[0006]可选地，任意两个所述衍射转折区域的分界线与中心视场光线经所述转折光栅偏
转后的传输方向基本平行。
[0007]可选地，所述耦入光栅、转折光栅和/或耦出光栅中任意一个为一维光栅或二维光栅的一种或其组合。
[0008]可选地，至少两个所述衍射转折区域对同一衍射级次的衍射效率沿远离所述耦入光栅的方向逐渐增大。
[0009]可选地，至少两个所述衍射转折区域内光栅深度、占空比或倾斜角沿远离所述耦入光栅的方向逐渐变化。
[0010]可选地，所述耦出光栅具有多个衍射耦出区域，至少两个所述衍射耦出区域对同一衍射级次的衍射效率沿所述传输方向逐渐增大。
[0011]可选地，至少两个所述衍射转折区域内光栅深度、占空比或倾斜角沿远离所述传输方向逐渐变化。
[0012]可选地，所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅中至少一个的表面设置有高折射率膜层。
[0013]本申请还提供了一种增强现实显示设备，所述增强现实显示设备包括光机以及如上述任一项所述的衍射光波导。
[0014]本申请提供的衍射光波导及增强现实显示设备，通过对相邻两个衍射转折区域的分界线的位置进行特别设置，使其光线经转折光栅偏转后的传播方向相匹配，这样可以在一定程度上避免光线在传播过程中，有效部分与损耗部分在衍射效率变化趋势上的差异所造成的显示图像出现条纹形状的暗区或亮区的问题，进而弱化甚至消除存在暗区或亮区的显示问题，优化显示的亮度均匀性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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；图1为现有技术中的一种衍射光波导的架构示意图；图2为本申请一种实施例中衍射光波导的设计示意图；图3为本申请一种实施例中光波导显示暗纹改善前后的对比示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0017]在本申请说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0018]在本申请说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0019]在本申请的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
[0020]在本申请说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0021]下面以具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。以下具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0022]现有的一维架构的光波导系统通常采用一维光栅进行耦入、扩瞳以及耦出，如图1所示，衍射光波导包括耦入光栅101、转折光栅102和耦出光栅103。光线经过耦入光栅101衍射耦入波导基底后，向转折光栅102所在方向全内反射传输；光线在入射到转折光栅102，由于转折光栅102的衍射作用，会分裂出新的光线转向耦出光栅103所在方向全内反射传输，该光线经过耦出光栅103衍射耦出入射到人眼中，使人眼看到显示画面。然而在衍射效率保持不变时，光线在传输过程中不断衍射导致能量不断衰减，进而导致显示均匀性差。现有技术中为了提升衍射光波导显示的亮度以及均匀性，常常会将转折光栅和/或耦出光栅分为光栅参数不同的几个区域，并通过光栅参数设置，使得沿光线传输方向，不同区域的衍射效率逐渐变化。这样能够提高显示均匀性。
[0023]但本申请专利技术人发现在对转折光栅102分区后，在一些情况下会存在显示图像出现条纹形状的暗区或亮区的现象。然而导致该技术缺陷现象产生的原因并不是显而易见的，本申请专利技术人按照本领域常规思路，通常会认为是分区后各区内光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光波导，包括：波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述转折光栅具有多个衍射转折区域，至少两个所述衍射转折区域的分界线与光线经所述转折光栅偏转后的传输方向相匹配，所述分界线与所述传输方向相匹配，即使得所述分界线与中心视场光线经所述转折光栅偏转后的传输方向基本平行，具体限定为所述分界线与空间直角坐标系中X轴正方向的夹角的范围为[]；其中，为光线经所述转折光栅偏转后的传输方向与X轴正方向的夹角，其满足如下关系式：其中，为的弧度形式，为所述光线的中心波长，为光机光轴与YZ平面的夹角，为的弧度形式，为光机光轴与XZ平面的夹角，为的弧度形式，为耦入光栅的光栅矢量与X轴正方向的夹角，为的弧度形式，为转折光栅的光栅矢量与X轴正方向的夹角，为的弧度形式，为的弧度形式，为耦入光栅的光栅周期，为转折光栅的光栅周期，为容差值。2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，任意两个所述衍射转折区域的分界线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蕾，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：