[實用新型]一種混頻式單片波導(dǎo)鏡片及三維顯示裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921092503.0
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN210222363U
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅明輝;喬文;熊金艷;李玲;陳林森
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州蘇大維格科技集團股份有限公司;蘇州大學(xué)
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B30/30;G02B6/00
• 代理公司: 蘇州簡理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32371
• 代理人: 朱亦倩

本實用新型提供了一種混頻式單片波導(dǎo)鏡片及三維顯示裝置，其中的混頻式單片波導(dǎo)鏡片包括波導(dǎo)及位于波導(dǎo)上表面或下表面的入射功能性區(qū)域和出射功能性區(qū)域，其中：入射功能性區(qū)域內(nèi)設(shè)置有將外部圖像光信號耦合至波導(dǎo)的耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)，耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)由多組耦入衍射光柵混疊而成，各耦入衍射光柵對應(yīng)耦入不同波長的圖像光信號；出射功能性區(qū)域內(nèi)設(shè)置有將波導(dǎo)內(nèi)傳輸過來的圖像光信號耦合出波導(dǎo)的耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)，耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)由多組耦出衍射光柵混疊而成，各耦出衍射光柵對應(yīng)耦出不同波長的圖像光信號。本實用新型實現(xiàn)單片波導(dǎo)鏡片的彩色顯示，保證了顯示裝置在結(jié)構(gòu)上的緊湊性，同時降低了光損耗，提升了顯示效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)，具體涉及一種混頻式單片波導(dǎo)鏡片及三維顯示裝置。

背景技術(shù)

隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)分發(fā)展，近眼式顯示設(shè)備得到快速發(fā)展，例如谷歌的Google Glass和微軟的Holoens。增強現(xiàn)實的近眼式顯示是一種將光場成像在現(xiàn)實空間的技術(shù)，并且可以同時兼顧虛擬和現(xiàn)實的操作。波導(dǎo)顯示系統(tǒng)是利用全反射原理實現(xiàn)光波傳輸，結(jié)合衍射元件，實現(xiàn)光線的定向傳導(dǎo)，進(jìn)而將圖像光導(dǎo)向人眼，使用戶可以看到投影的圖像。

傳統(tǒng)的光波導(dǎo)鏡片僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)一個波段的基色圖像光的耦合，因此為了實現(xiàn)彩色化的虛擬顯示成像，需要將多片光波導(dǎo)鏡片疊合在一起形成衍射元件。采用這種衍射元件構(gòu)建的顯示裝置的重量和體積都較大，且制造成本偏高。此外，由于圖像光信號在相鄰波導(dǎo)鏡片的交界處會產(chǎn)生較大的光損耗，因此降低了最終的顯示效果。

鑒于傳統(tǒng)的光波導(dǎo)鏡片所存在的缺陷，申請人投入了大量的研發(fā)資源，以期實現(xiàn)單片波導(dǎo)鏡片的彩色顯示。在此之前，申請人在公開號為CN106773057A的中國實用新型專利申請中公開了一種單片全息衍射波導(dǎo)鏡片，其功能性區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個結(jié)構(gòu)單元像素，每一結(jié)構(gòu)單元像素內(nèi)均包括多個針對不同的基色圖像光進(jìn)行耦合的結(jié)構(gòu)子單元像素，采用該種單片全息衍射波導(dǎo)鏡片構(gòu)建的顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)彩色顯示。但是，由于各結(jié)構(gòu)子單元像素均平鋪于功能性區(qū)域內(nèi)，其導(dǎo)致功能性區(qū)域占用的波導(dǎo)面積過大，降低了顯示效果。此外，像素平鋪類的空間復(fù)用對光柵對應(yīng)各自光線的調(diào)制要求極高，容易產(chǎn)生光線之間的衍射串?dāng)_。

實用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型第一方面提供了一種混頻式單片波導(dǎo)鏡片，其能夠?qū)崿F(xiàn)對多種不同波長的圖像光信號的同步耦合以實現(xiàn)彩色顯示，其具體技術(shù)方案如下：

一種混頻式單片波導(dǎo)鏡片，其特征在于，其包括：

波導(dǎo)；

位于波導(dǎo)上表面或下表面的具有透明光學(xué)和波導(dǎo)彎折功能的功能性區(qū)域，所述功能性區(qū)域至少包括：

入射功能性區(qū)域，所述入射功能性區(qū)域內(nèi)設(shè)置有將外部圖像光信號耦合至波導(dǎo)的耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)，所述耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)由多組耦入衍射光柵混疊而成，每組所述耦入衍射光柵對應(yīng)耦入一特定波長的圖像光信號；

出射功能性區(qū)域，所述出射功能性區(qū)域內(nèi)設(shè)置有將波導(dǎo)內(nèi)傳輸過來的圖像光信號耦合出波導(dǎo)的耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)，所述耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)由多組與所述多組耦入衍射光柵對應(yīng)的耦出衍射光柵混疊而成，每組所述耦出衍射光柵對應(yīng)耦出一特定波長的圖像光信號。

進(jìn)一步的，所述耦入衍射光柵和所述耦出衍射光柵通過由兩束平面波構(gòu)成的光束組曝光形成。

進(jìn)一步的，所述耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)和所述耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)分別經(jīng)多次單光束組曝光形成，每次單光束組曝光均對應(yīng)形成一組耦入衍射光柵或一組耦出衍射光柵。

進(jìn)一步的，所述耦入峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)和所述耦出峰狀衍射光柵結(jié)構(gòu)分別經(jīng)一次多光束組曝光形成，曝光過程中，每組光束組均對應(yīng)形成一組耦入衍射光柵或耦出衍射光柵。