[實用新型]一種大視場衍射波導元件及顯示裝置

有效

• 申請號: 201822201622.7
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN209086561U
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 王丙杰;史曉剛
• 申請（專利權）人: 北京梟龍科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/42
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;付久春

本實用新型公開了一種大視場衍射波導元件及顯示裝置，包括：疊放設置的至少兩層波導結構，不同層波導結構設有互補的視場角，各層波導結構的視場角能拼接成一個總視場角，所述總視場角均大于各層波導結構的視場角。通過將具有互補視場角的多層波導結構疊放設置，使各層波導結構的視場角能拼接成一個均大于各層波導結構視場角的總視場角。實現了以相對簡單的方式擴大了波導元件的視場角。

技術領域

本實用新型涉及增強現實設備領域，尤其涉及一種大視場衍射波導元件及顯示裝置。

背景技術

隨著虛擬現實和增強現實技術逐漸被人們認識和接受，近眼顯示設備得到了快速發展。增強現實技術中的近眼顯示可以將虛擬圖像疊加到現實景物中，同時兼具透視特性，不影響對現實景物的正常觀察。利用傳統光學元件將虛擬圖像耦合進入人眼的方式已經被采用，包括棱鏡、半透半反鏡片、自由曲面波導、鏡面陣列波導、衍射波導等。其中，衍射波導顯示技術是利用衍射光柵實現光線的入射、轉折和出射，利用全反射原理實現光線傳輸，將微顯示器的圖像傳導至人眼，進而看到虛擬圖像。由于采用和光纖技術一樣的全反射原理，衍射波導顯示組件可以做的和普通眼鏡鏡片一樣輕薄透明。且由于對光線的轉折是通過鏡片表面的衍射光柵來實現的，與底板的形狀基本沒有關系，因此易于批量制造，生產成本低。

但是，衍射波導是新興的技術，雖然目前已經達到了較高的技術水平，但仍存在很多挑戰，如視場角難以增大就是一個急需解決的問題。

在衍射波導元件中，光線只能在一定的角度范圍內能實現傳導與擴展。當光線與波導片上下表面平行時(此時光線在上下表面的入射角為90度)，光線無法入射到波導表面的出射或轉折光柵，從而無法實現光束的擴展與出射，而當光線在波導片上下表面的入射角小于臨界角時，不能發生全反射，光線會快速的透射衰減，也無法實現傳導。參見圖1，光線的入射角只有大于臨界角而小于90度時，才能使波導正常工作。臨界角與波導片的材料有關，如BK7玻璃材料的臨界角為42度。通過采用高折射率的玻璃，可以減小臨界角，但是目前光學玻璃的折射率最高在2.0左右，對應的臨界角為30度。由于目前光學玻璃材料的限制，臨界角很難再減小了，即使能減小，幅度也很有限。因此，光線在波導片內傳導的角度范圍通常小于60度。這個限制也使得衍射波導的視場角很難超過60度。如果再考慮其他的設計因素，如避免重影，光傳導效率等，這個角度會更小，通常很難超過50度。

發明內容

基于現有技術所存在的問題，本實用新型的目的是提供一種大視場衍射波導元件及顯示裝置，能大幅提高衍射波導的視場角，解決目前衍射波導存在的視場角難以提高的問題。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

本實用新型實施方式提供一種大視場衍射波導元件，包括：

疊放設置的至少兩層波導結構，不同層波導結構設有互補的視場角，各層波導結構的視場角能拼接成一個總視場角，所述總視場角均大于各層波導結構的視場角。

本實用新型實施方式還提供一種顯示裝置，包括：衍射波導元件、投影模組和微顯示器，所述微顯示器經所述投影模組與所述衍射波導元件的入射光柵對應設置，其特征在于，所述衍射波導元件采用本實用新型所述的大視場衍射波導元件，該大視場衍射波導元件的出射光柵對應于觀看者的眼睛。

由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的大視場衍射波導元件及顯示裝置，其有益效果為：

通過將具有互補視場角的多層波導結構疊放設置，使各層波導結構的視場角能拼接成一個均大于各層波導結構視場角的總視場角。實現了以相對簡單的方式擴大了波導元件的視場角。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。