[發明專利]一種光柵型光波導及其光傳播調控方法

有效

• 申請號: 201911089363.6
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN111045146B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 周興;孫飛
• 申請（專利權）人: 奧比中光科技集團股份有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/124;G02B6/34;G02B27/01
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學英

本發明提供一種光柵型光波導及其光傳播調控方法，光柵型光波導包括：耦入區，用于耦入一定視場角范圍的光束；傳遞區，用于傳播經所述耦入區耦入的光束；耦出區，用于出射經所述傳遞區傳播的光束；其中，傳遞區設置于耦入區與耦出區之間的光路上，包括多層反射型體布拉格光柵組成的波導層，光束在不同波導層間進行全反射并由耦出區的同一位置出射。實現光傳播調控從而達到傳播周期一致性；光束出射的位置一致，將極有利于光柵型光波導結構的各區域光柵結構優化，從而達到更優良的顯示效果。

技術領域

本發明涉及增強現實(AR)/近眼顯示技術領域，尤其涉及一種光柵型光波導及其光傳播調控方法。

背景技術

已有技術中，頭戴式顯示設備采用平面光波導作為顯示器件，包括光柵型光波導、陣列型光波導等。光柵型光波導通過耦入光柵，將輸入光耦入波導中進行全反射傳輸，隨后，經耦出光柵實現出瞳擴展和光線耦出，在增強現實顯示技術中，出瞳擴展的次數將直接影響使用者的觀看效果。然而，在全反射過程中，不同角度的光線的傳播周期不一致，由此導致與耦出光柵的作用次數形成差異。所以，不同視場/角度的光線經耦出光柵后的出瞳擴展次數可能存在較大的差異，從而影響最終顯示效果。通過對全反射光進行傳播調控，可以在一定程度上緩解甚至消除角度間的傳播周期差異，從而保證全視場角的出瞳擴展一致性。同時，經傳播一致性調控的光線，由于作用位置一致，因此將極有利于光柵型光波導結構的各區域光柵結構優化，從而達到更優良的顯示效果。

發明內容

本發明為了解決現有的問題，提供一種光柵型光波導及其光傳播調控方法。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案如下所述：

一種光柵型光波導，耦入區，用于耦入一定視場角范圍的光束；傳遞區，用于傳播經所述耦入區耦入的所述光束；耦出區，用于出射經所述傳遞區傳播的所述光束；其中，所述傳遞區設置于所述耦入區與所述耦出區之間的光路上，包括多層反射型體布拉格光柵組成的波導層，所述光束在不同波導層間進行全反射并由所述耦出區的同一位置出射。

在本發明的一種實施例中，所述不同波導層分別用于調控所述光束的傳播周期使得所述光束的傳播周期一致。所述耦入區和所述耦出區是百納米級的衍射光柵和/或衍射光學元件。所述耦出區與所述傳遞區構成出瞳擴展區，用于擴展所述光束的出瞳范圍和提高所述光束在出瞳處的能量均勻性。所述耦入區和所述耦出區設置于所述傳遞區的內表面和/或設置于所述傳遞區的外表面。

在本發明的另一種實施例中，所述光束來自于顯示引擎，所述顯示引擎面向光柵型光波導的前側表面，用于發射光束至所述光柵型光波導。所述波導層還包括基材，所述基材是光學玻璃或光學樹脂材料。所述光束根據滿足所述體布拉格光柵的布拉格衍射條件的不同分為不同部分光束。所述反射型體布拉格光柵的結構由所述光束的衍射角決定。

本發明還提供一種光柵型光波導的光傳播調控方法，包括如下步驟：S1：具有對應視場角相關聯的圖像信息的光束耦合到光柵型光波導中；S2：根據光束通過耦入區衍射至傳遞區的光束的方向滿足反射型體布拉格光柵的布拉格衍射條件的不同分為不同部分的光束；S3：所述不同部分的光束在對應的反射型體布拉格光柵的作用下在不同的波導層中進行傳播；S4：組合發生反射的不同部分的光束并從耦出區同一位置出射所述光柵型光波導。

本發明的有益效果為：提供一種光柵型光波導及其光傳播調控方法，通過設置由多層反射型體布拉格光柵形成的光波導，將耦合到波導中的光束根據不同的入射衍射角度分為多個部分的光束，通過體布拉格光柵的角度選擇反射，使得不同部分的光束的有效傳遞厚度不一致，由此補償傳播角度不同的傳播周期差異，實現光傳播調控從而達到傳播周期一致性。同時，經傳播一致性調控的光線，由于光束出射的位置一致，將極有利于光柵型光波導結構的各區域光柵結構優化，從而達到更優良的顯示效果。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例提供的一種波導結構示意圖。