【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及近眼显示技术，特别是近眼显示波导装置和具有该波导装置的近眼显示设备。
技术介绍
1、随着科学技术的发展，ar(augmented reality，增强现实)显示技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。衍射光波导装置已广泛应用于ar显示中。衍射光波导具有轻薄、扩瞳能力强、易量产等优点，已成为ar显示设备的核心器件。
2、随着衍射光波导技术的逐渐发展，人们对其色彩均匀性和视场范围提出了越来越高的要求。为了扩大视场并实现全彩，人们提出了采用三个波导基片的方案，如图1所示，其中三个波导基片wr、wg、wb分别用于红、绿、蓝三种颜色的图像显示，并且波导基片wr、wg、wb中的每一个上形成有用于将相应颜色的光耦入到波导基片中的耦入光栅1和用于扩瞳并将光从波导基片中耦出以实现图像显示的耦出光栅2；不同颜色的光在由耦出光栅2耦出之后相互叠加，从而人眼e能够观察到彩色图像。然而，现有的技术方案中不同波导基片之间的颜色往往易于发生串扰，导致色彩均匀性变差。不仅如此，所能够显示的视场范围受限于波导基片的折射率以及其上所形成的耦入光栅和耦出光栅的光栅参数，不能满足日益提高的显示需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种近眼显示波导装置和具有该波导装置的近眼显示设备，其至少部分地克服了现有技术中的上述问题。
2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种近眼
3、对应于每一个主波长，所述m个波导基片形成有至少两个耦入光栅，所述至少两个耦入光栅形成在不同的波导基片上，并且具有不同的光栅周期，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中，其中所述耦入视场角范围各自都小于所述图像视场角范围，并且所述耦入视场角范围整体上覆盖所述图像视场角范围。
4、有利地，每一个波导基片形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅；每一个主波长的图像载置光在经过相应的耦入光栅耦合到一个波导基片中之后经由该耦入光栅所对应的一全反射路径传播至所述一个波导基片的耦出光栅；并且在用于耦入一个主波长的光的耦入光栅所对应的全反射路径不经过用于耦入另一个主波长的光的耦入光栅。
5、有利地，形成在所述m个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且形成在所述m个波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅在平行于各个所述波导基片且垂直于所述光栅矢量方向的方向上彼此分离。
6、有利地，形成在同一波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在基本上相同的方位上；或者
7、形成在同一波导基片上的耦入光栅具有不同的光栅矢量方向和/或光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在不同的方位上。
8、有利地，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
9、有利地，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的所述至少两个耦入光栅在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
10、有利地，所述至少两个耦入光栅形成在彼此相邻的波导基片上。
11、有利地，所述m个波导基片为波导基片wi，i为整数且1≤i≤m，其中，
12、
13、对于i＝1，波导基片w1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅g(1,1)，耦入光栅g(1,1)具有光栅周期d1；
14、对于i＝m，波导基片wm上形成有用于主波长λm-1的耦入光栅g(m-1,2)，耦入光栅g(m-1,2)具有光栅周期dm；
15、对于2≤i≤m-1，波导基片wi上形成有用于主波长λi的耦入光栅g(i,1)和用于主波长λi-1的耦入光栅g(i-1,2)，并且满足：λi-1>λi>λi+1。
16、有利地，对于2≤i≤m-1，耦入光栅g(i,1)和耦入光栅g(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。
17、有利地，m＝4，并且所述图像载置光包括红光、绿光和蓝光。
18、有利地，所述m个波导基片由折射率相同或相近的材料制成。
19、有利地，对于1≤i≤m-1，满足：λi/di近似为常数c1，并且/或者λi/di+1近似为常数c2，其中偏差在±5％以内。
20、有利地，对于2≤i≤m-1，耦入光栅g(i,1)和耦入光栅g(i-1,2)具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
21、有利地，对于1≤i≤m-1，j为整数且1≤j≤m-1，k＝1或2，且i≠j，耦入光栅g(i,k)与耦入光栅g(j,k)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此分离。
22、有利地，对于1≤i≤m-1，耦入光栅g(i,1)与耦入光栅g(i,2)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
23、有利地，耦入光栅g(i,1)与耦入光栅g(i,2)形成在彼此相邻的波导基片上。
24、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种近眼显示设备，其包括如上所述的近眼显示波导装置。
25、有利地，所述近眼显示设备还包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，并且所述镜片包括所述近眼显示波导装置。
26、根据本专利技术实施例的近眼显示波导装置中，通过对应于每一个主波长，提供形成在不同的波导基片上的、具有不同光栅周期的至少两个耦入光栅，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中用于图像显示，从而整体上扩大了近眼显示视场范围。
27、此外，根据本专利技术实施例，通过设计用于不同主波长的耦入光栅在垂直于波导基片的方向上的投影中的相对位置关系，可以避免色彩串扰，提高了色彩均匀性。
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1.一种近眼显示波导装置，包括彼此叠置的m个波导基片，m为整数且m≥3，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，所述图像载置光包括少于m个主波长的光，其中：
2.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，每一个波导基片形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅；
3.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在所述m个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且
4.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在基本上相同的方位上；或者
5.如权利要求4所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
6.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的所述至少两个耦入光栅在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
7.如权利要
8.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，所述m个波导基片为波导基片Wi，i为整数且1≤i≤m，其中，
9.如权利要求8所述的近眼显示波导装置，其中，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。
10.如权利要求9所述的近眼显示波导装置，其中，m＝4，并且所述图像载置光包括红光、绿光和蓝光。
11.如权利要求9所述的近眼显示波导装置，其中，所述m个波导基片由折射率相同或相近的材料制成。
12.如权利要求9或11所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，满足：λi/di近似为常数C1，并且/或者λi/di+1近似为常数C2，其中偏差在±5％以内。
13.如权利要求12所述的近眼显示波导装置，其中，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
14.如权利要求8所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，j为整数且1≤j≤m-1，k＝1或2，且i≠j，耦入光栅G(i,k)与耦入光栅G(j,k)在垂直于所述波导基片的方向上彼此分离。
15.如权利要求8或14所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
16.如权利要求15所述的近眼显示波导装置，其中，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)形成在彼此相邻的波导基片上。
17.一种近眼显示设备，包括如权利要求1-16中任一项所述的近眼显示波导装置。
18.如权利要求17所述的近眼显示设备，其中，所述近眼显示设备还包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，并且所述镜片包括所述近眼显示波导装置。
...【技术特征摘要】
1.一种近眼显示波导装置，包括彼此叠置的m个波导基片，m为整数且m≥3，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，所述图像载置光包括少于m个主波长的光，其中：
2.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，每一个波导基片形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅；
3.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在所述m个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且
4.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在基本上相同的方位上；或者
5.如权利要求4所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
6.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的所述至少两个耦入光栅在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
7.如权利要求6所述的近眼显示波导装置，其中，所述至少两个耦入光栅形成在彼此相邻的波导基片上。
8.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，所述m个波导基片为波导基片wi，i为整数且1≤i≤m，其中，
9.如权利要求8所述的近眼显示波导装置，其中，对于2≤i≤m-1，耦入光栅g(i,1)和耦入光栅g(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：范真涛，隋磊，田克汉，
申请(专利权)人：嘉兴驭光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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