[發明專利]一種光波導鏡片及三維顯示裝置

在審

• 申請號: 202010129368.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113325505A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 羅明輝;喬文;李瑞彬;成堂東;楊明;楊博文;方宗豹;陳林森
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇大維格科技集團股份有限公司;蘇州維旺科技有限公司
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00;G02B5/18;G02B27/01
• 代理公司: 蘇州簡理知識產權代理有限公司 32371
• 代理人: 楊曉東

本發明提供了一種光波導鏡片及增強現實顯示裝置，光波導鏡片包括：波導；位于波導上的功能性區域，功能性區域包括入射功能性區域、轉折功能性區域及出射功能性區域。入射功能性區域內設置有第一二維陣列結構，第一二維陣列結構將光線耦入至波導內，被耦入至波導內的光線中，部分光線沿第一方向朝向出射功能性區域傳播，部分光線沿第二方向朝向轉折功能性區域傳播；轉折功能性區域內設置有一維光柵，一維光柵將朝向轉折功能性區域傳播的光線反射回入射功能性區域；出射功能性區域內設置有第二二維陣列結構，第二二維陣列結構將朝向轉折功能性區域傳播的光線耦合出波導。本發明其能夠將背離耦出區域傳播的衍射光線反射回耦入區域，從而提升光效率。

技術領域

本發明涉及顯示技術，具體涉及一種光波導鏡片及三維顯示裝置。

背景技術

增強現實(AR)技術，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。

目前，主流的近眼式增強現實顯示設備大都采用光波導原理。例如，Hololens 是將LCOS上的圖像經過三片全息光柵耦合輸出，透射至人眼，并且經過光波導的方式實現彩色投影。為了簡化制備工藝、進一步縮小顯示設備的體積，越來越多的研究人員開始嘗試使用二維陣列光柵進行衍射傳導，該方案中的波導片上形成有耦入區域和耦出區域，耦入區域和耦出區域內均設置有二維陣列光柵。入射光線入射至耦入區域，經耦入傳導至耦出區域，最后經耦出區域進入人眼，從而實現彩色投影。光線在與耦入區域和耦出區域內的二維陣列光柵的交互過程中得到擴展、拉伸，從而實現二維空間的擴瞳。

然而，這種使用二維陣列光柵進行衍射傳導的解決方案存在如下顯著缺陷：光線入射至耦入區域后，由于二維陣列光柵的衍射特征，入射光被分光成多束衍射光線，其中只有少部分衍射光線朝向耦出區域傳導，大部分衍射光線則背離耦出區域傳導從而被損耗。如此，導致顯示設備的光效率低下，成像效果欠佳。

鑒于此，有必要對現有的二維陣列光柵衍射傳導方案進行改進，以實現讓盡可能多的衍射光線朝向耦出區域傳導，以提升光效率、增強成像效果。

發明內容

為實現上述技術目標，本發明第一方面提供了一種光波導鏡片，其能夠將部分背離耦出區域傳播的衍射光線反射回耦入區域，從而提升光效率、增強成像效果。本發明的詳細技術方案如下：

一種光波導鏡片，其包括：

波導；

位于波導上表面或下表面的具有光學衍射功能的功能性區域，所述功能性區域包括入射功能性區域、轉折功能性區域及出射功能性區域，其中：

所述入射功能性區域內設置有第一二維陣列結構，所述第一二維陣列結構被配置為將光線耦入至所述波導內，被耦入至所述波導內的光線中，部分光線沿第一方向朝向所述出射功能性區域傳播，部分光線沿第二方向朝向所述轉折功能性區域傳播；

所述轉折功能性區域內設置有一維光柵，所述一維光柵被配置為將所述沿第二方向朝向所述轉折功能性區域傳播的光線反射回所述入射功能性區域；

所述出射功能性區域內設置有第二二維陣列結構，所述第二二維陣列結構被配置為將所述沿第二方向朝向所述轉折功能性區域傳播的光線耦合出波導。

在一些實施例中，所述轉折功能性區域包括對稱設置于所述入射功能性區域兩側的第一轉折功能性區域和第二轉折功能性區域。

在一些實施例中，所述沿第二方向朝向所述轉折功能性區域傳播的光線與設置于所述轉折功能性區域內的所述一維光柵之間滿足Littrow條件。所述一維光柵為全息光柵、閃耀光柵或矩形光柵。

在一些實施例中，所述一維光柵為閃耀光柵，所述沿第二方向朝向所述轉折功能性區域傳播的光線的入射角與所述閃耀光柵的閃爍角相匹配。