[發明專利]一種擴大出瞳緊湊型納米結構波導顯示方法及系統

有效

• 申請號: 201711353217.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108227072B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 劉娟;施學良
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B27/42
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種擴大出瞳緊湊型納米結構波導顯示方法及系統，所述方法包括：微顯示器貼合在波導一側發出散射光束進入波導中并照射在設置于波導一側貼設在所述波導斜面上的入射耦合衍射元件上；所述入射耦合衍射元件對所述散射光束進行調制，產生平行光束在所述波導內以全反射的方式進行傳播；當所述平行光束在光波導內傳輸到另一側設置的出射耦合衍射元件時，所述出射耦合衍射元件對所述平行光束進行調制，產生平行的輸出光離開波導，本發明提供的方法，在微顯示器和波導之間去除了準直裝置，簡化了波導顯示需要的結構，同時通過在波導一端設置一個斜面，將入射衍射元件設置在斜面上，提高顯示系統的衍射效率和視場角，擴大了出瞳直徑。

技術領域

本發明涉及光波導顯示領域，更具體地，涉及一種擴大出瞳緊湊型納米結構波導顯示方法及系統。

背景技術

衍射波導顯示方法結合了微納、全息等衍射技術和波導技術，通過衍射元件的衍射效應，對光波進行振幅或者相位調制，利用波導對光波進行定向傳播，從而實現將虛擬圖像以投影的方式和外部場景圖像疊加在一起的目的。該方法有效解決了光路離軸傳輸的問題，并具有體積小，重量輕等優點。在衍射波導顯示技術里面，衍射元件充當著光學透鏡的作用。與普通玻璃透鏡相比，衍射光學元件提供“薄膜光學系統”的作用，也就是說這種元件具有比較輕的質量，并且衍射光學元件的功能與底板的形狀基本沒有關系，易于批量制造，并且生產成本低廉。

傳統衍射波導顯示方法如圖1所示，從微顯示器中發出的單色或彩色的光線通過準直中繼系統準直之后，耦合輸入到衍射光波導組件，經過輸入耦合衍射元件的衍射作用后，在波導中傳播進入輸出耦合衍射元件，經過調制后將光線進行衍射輸出。傳統衍射波導顯示方法中，系統復雜，存在衍射效率不足的問題。另外即使能夠通過優化光柵結構參數提高衍射效率，由于光柵角度選擇性的特點，此時衍射輸出的光線的視場角往往受到限制，不能夠滿足實際使用需求。另外，由于人眼觀看的顯示部分有一定大小，而傳通波導顯示方法由于結構的限制，只能通過擴大微顯示器的輸入光束直徑，或者以消耗視場均勻性和效率為代價，通過輸出耦合衍射光學元件多次衍射來提高出瞳面積。還有，當衍射光和衍射光學元件表面法線的夾角過大時，會對所成的圖像增加畸變和噪聲。

傳統的衍射波導顯示系統需要在微顯示器前邊加一個準直系統，把入射光調制成平行光，然后進入波導里面。這樣大大增加了系統的復雜程度和重量，不利于實際的使用；另一方面，為了使光波導的出瞳足夠人眼觀看，一般需要把微型顯示器的輸出光直徑增大，但這樣一來，輸入耦合器件就需要做的很大，這樣不利于系統整體體積和重量的減小，也有的方法是利用在波導里傳遞的信號光在耦合輸出衍射光學元件上多次衍射，或者利用多個半反半透鏡來對輸入光多次折反射，來達到擴大出瞳的目的，然而這種方法會導致出瞳光束的效率不均勻，還存在間隙性的盲區問題等；進一步的，衍射元件的一個重要參數是“衍射效率”，而很多類型的衍射元件比如光柵的衍射效率和在制造過程中物光，參考光的夾角有關，一般出射和入射光對衍射光學元件表面法線的夾角越大，效率越高。但是這樣一來，但是由于角度選擇性的問題，高效率光柵的視場角往往受到限制，不能夠滿足實際的使用需求，而當衍射元件表面法線和入射光、衍射光的夾角過大時，會增大所顯示圖像的畸變，對比度等多種像差。

發明內容

本發明為解決現有的波導顯示系統中系統結構復雜，同時光線出瞳直徑受到限制，無法以簡單的波導顯示結構實現擴大出瞳效果的問題，提供一種波導顯示方法及系統。

一方面，本發明提供的方法包括：

微顯示器貼合在波導一側發出散射光束進入波導中并照射在設置于波導一側貼設在所述波導斜面上的入射耦合衍射元件上；

所述入射耦合衍射元件對所述散射光束進行調制，產生平行光束在所述波導內以全反射的方式進行傳播；

當所述平行光束在光波導內傳輸到另一側設置的出射耦合衍射元件時，所述出射耦合衍射元件對所述平行光束進行調制，產生平行的輸出光離開波導。

其中，所述波導的材質為光學玻璃或光學塑料。