[發(fā)明專利]一種光柵波導(dǎo)顯示裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011547773.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112630969B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海峰;曹潤(rùn)蒼;劉旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01;G02B27/00;G02B5/18;G02B6/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，包括光機(jī)系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、波導(dǎo)基底、光柵工作機(jī)構(gòu)、第一光柵耦入?yún)^(qū)及第二光柵耦入?yún)^(qū)；所述第一光柵耦入?yún)^(qū)以及第二光柵耦入?yún)^(qū)分別具有左右兩塊輸入衍射光學(xué)元件，左右兩塊輸入衍射光學(xué)元件沿波導(dǎo)基底中線對(duì)稱放置，且均為一維線性衍射光學(xué)元件；所述光柵工作機(jī)構(gòu)為第一周期線與第二周期線夾角60°的二維衍射光學(xué)元件；

所述光機(jī)系統(tǒng)輸出的光束經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)分為平行的強(qiáng)度相等的第一束光和第二束光，第一束光和第二束光分別經(jīng)由第一光柵耦入?yún)^(qū)的左右兩塊輸入衍射光學(xué)元件進(jìn)入波導(dǎo)基底，在波導(dǎo)基底中全反射形成第一傳播陣列；進(jìn)入第一光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件光束的剩余0級(jí)光經(jīng)由第二光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件衍射進(jìn)入波導(dǎo)基底，進(jìn)入第一光柵耦入?yún)^(qū)右側(cè)輸入衍射光學(xué)元件光束的剩余0級(jí)光經(jīng)由第二光柵耦入?yún)^(qū)右側(cè)輸入衍射光學(xué)元件衍射進(jìn)入波導(dǎo)基底，兩束剩余0級(jí)光在波導(dǎo)基底中全反射形成第二傳播陣列，所述第一傳播陣列與第二傳播陣列角度相同；第一傳播陣列與第二傳播陣列通過(guò)由光柵工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行二維傳播、擴(kuò)瞳和出瞳，形成兩組虛擬圖像，相互疊加后形成可視圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)基底是對(duì)可見(jiàn)光透明的光學(xué)材料構(gòu)成的平板結(jié)構(gòu)，其上下表面平行；用于將耦入進(jìn)波導(dǎo)基底的光線通過(guò)全反射的傳遞方式傳輸至光柵工作機(jī)構(gòu)各處。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述分光系統(tǒng)由膠合的棱鏡及分光膜組成，起到將入射光束分為強(qiáng)度相等的平行的兩束光束的作用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述第一光柵耦入?yún)^(qū)及第二光柵耦入?yún)^(qū)為表面浮雕光柵，包括微納米結(jié)構(gòu)光柵或體全息衍射光柵。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述第一光柵耦入?yún)^(qū)包括：

第一光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件，為一維線性光柵，設(shè)置在光柵工作機(jī)構(gòu)同側(cè)的波導(dǎo)基底的一面上，用于透射衍射第一束光使其沿二維光柵工作機(jī)構(gòu)第一周期線方向傳播，并滿足衍射角度大于全反射的臨界角；

第一光柵耦入?yún)^(qū)右側(cè)輸入衍射光學(xué)元件，為一維線性光柵，設(shè)置在與第一光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件同一面上，光柵線方向與第一光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件對(duì)稱，周期相等，光柵面型相同；用于透射衍射第二束光使其沿二維光柵工作機(jī)構(gòu)第二周期線方向傳播，并滿足衍射角度大于全反射的臨界角。

6.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述第二光柵耦入?yún)^(qū)包括：

第二光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件，為一維線性光柵，設(shè)置在所述波導(dǎo)基底上與第一光柵耦入?yún)^(qū)不同的一面上，將第一光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件的剩余0級(jí)光以相同的角度衍射入光柵波導(dǎo)；

第二光柵耦入?yún)^(qū)右側(cè)輸入衍射光學(xué)元件，為一維線性光柵，設(shè)置在與第二光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件同一面上，光柵線方向與第二光柵耦入?yún)^(qū)左側(cè)輸入衍射光學(xué)元件對(duì)稱，周期相等，光柵面型相同；將第一光柵耦入?yún)^(qū)右側(cè)輸入衍射光學(xué)元件的剩余0級(jí)光以相同的角度衍射入光柵波導(dǎo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述光柵工作機(jī)構(gòu)具有一片或兩片，放置于波導(dǎo)基底的表面上，其作用是將波導(dǎo)中第一傳播陣列與第二傳播陣列以相對(duì)稱的方式擴(kuò)瞳到整個(gè)光柵工作機(jī)構(gòu)區(qū)域，并同步實(shí)現(xiàn)出瞳；以完成圖像的疊加。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，一維衍射光柵折轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱的光線輸入，通過(guò)二維衍射光柵擴(kuò)瞳與出瞳將圖像均勻的成像在人眼中。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種光柵波導(dǎo)顯示裝置，其特征在于，所述光機(jī)系統(tǒng)通過(guò)投影的方式提供經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后的圖像源。