[發明專利]一種分光模塊及波導顯示結構

有效

• 申請號: 202010767224.0
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111650758B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 曹旸
• 申請（專利權）人: 曹旸
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請提供了一種分光模塊及波導顯示結構，所述分光模塊包括第一相位延遲層、第二相位延遲層以及偏振分光面，所述偏振分光面位于所述第一相位延遲層和所述第二相位延遲層中間。根據本申請的分光模塊所實現到的波導顯示結構基于偏振原理來實現消除雜散光，而無需幾十層的膜系設計，降低了制造成本，同時，對光線的入射角度無特殊限制，更利于波導顯示結構的設計，以及大FOV的實現。

技術領域

本申請涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于偏振的分光模塊及波導顯示結構。

背景技術

隨著時代和技術的發展，波導顯示技術已在諸多領域展示出巨大的應用價值和發展潛力，例如，AR（Augmented Reality，增強現實）波導顯示結構近幾年得到了極大的發展，目前主流的AR波導顯示方案有陣列波導、衍射波導和全息波導，其中陣列波導以以色列Lumus的方案為代表。

現有陣列波導技術是從傳統半透半反波導發展起來的，通過多個半透半反面的疊加，可實現出瞳擴展的功能，實現大的eye box（即近眼顯示光學模組與眼球之間的一塊錐形區域，也是顯示內容最清晰的區域），從而使人眼可以在一個較大范圍內都可以觀察到顯示圖像。然而，傳統半透半反波導存在一個非常嚴重的缺陷，就是會產生無用的雜散光線。例如，圖1為現有技術中一個示例的陣列波導顯示結構，如圖1所示，光線a進入到波導后，在波導基底下表面發生全反射后，首先在P1點入射半透半反面A，半透半反面A反射一半光線a_A出射波導，透射另一半光線；透射的光線在波導基底上表面發生全反射后，在P2點第二次入射半透半反面A，再經過半透半反面A分光，透射光線a₁，反射光線a₂；透射光線a₁在波導基底下表面發生全反射后，入射半透半反面A，一半光線a_1A反射出波導，一半光線透射后，入射半透半反面B，再經過半透半反面B分光后，一半光線a_1B反射出波導，一半光線透射；反射光線a₂在波導基底下表面發生全反射后，入射半透半反面B，再經過半透半反面B分光后，一半光線a_2B反射出波導，一半光線透射；可以看到，光線a_2B出射波導的角度與其它光線不一樣，為雜散光，光線a_2B進入人眼后會形成鬼像，影響正常顯示。

針對上述缺陷Lumus提出可以采用角度選擇膜系來消除雜散光。例如，采用角度選擇膜系來消除上述光線a₂產生的雜散光a_2B，具體原理為使光線a在P1點的入射角為α，在P2點的入射角為β，且αβ，只要設計角度選擇膜系，使得入射角小于α范圍的光線部分透射部分反射，使得入射角大于β范圍的光線100%透射，即可消除P2點的反射光線a₂，從而消除雜散光a_2B，實現陣列波導的大eye box無雜散光顯示。

然而，上述采用角度選擇膜系來消除雜散光的方案存在如下缺點：1）角度選擇膜系設計復雜，常常需要多種材料幾十層的介質膜層疊加才能實現其功能；2）角度選擇膜系需要把光線在反射面的入射角分為兩個區域，其中一個區域部分反射，另一個區域完全透射，這種要求會限制波導結構設計，并且能夠實現的FOV（Field of View，視場角）較小。

發明內容

本申請的目的是提供一種基于偏振原理的分光模塊及波導顯示結構。

根據本申請的一個方面，提供了一種分光模塊，其中，所述分光模塊包括第一相位延遲層、第二相位延遲層以及偏振分光面，所述偏振分光面位于所述第一相位延遲層和所述第二相位延遲層中間。

在一些實施例中，所述偏振分光面用于線偏振分光。在一些實施例中，所述偏振分光面100%透射S線偏振光，部分反射部分透射P線偏振光，由此分光模塊能夠實現對S圓偏振光的雜散光的消除。在一些實施例中，所述偏振分光面100%透射P線偏振光，部分反射部分透射S線偏振光，由此分光模塊能夠實現對P圓偏振光的雜散光的消除。