[發明專利]一種高效率光柵波導光學元件

在審

• 申請號: 202110311374.5
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN112965167A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李會會;王丙杰;史曉剛
• 申請（專利權）人: 北京梟龍科技有限公司
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/12
• 代理公司: 北京一枝筆知識產權代理事務所(普通合伙) 11791
• 代理人: 張慶瑞

本發明公開了一種高效率光柵波導光學元件，包括設有光柵組和出射光柵的光學基板，光柵組對稱設置于光學基板上。本發明提供的一種高效率光柵波導光學元件通過將左轉折光柵和右轉折光柵分別設置于入射光柵的兩側，使得入射光柵產生的衍射光束均得到有效利用，極大地提高光能傳導效率，減少雜光，且通過光柵組的對稱設置利用兩級衍射效率互補提升圖像均勻性。右轉折光柵和與其對稱設置的另一右轉折光柵之間無間隙，避免了光柵波導器件中央區域出現暗帶，保證了光束傳導的均勻性，提高了波導器件的整體性能。本發明提高了光柵波導的光效，顯著增大了光柵波導的視場角；使光柵波導光線傳導更均勻，提高了器件的性能，適于廣泛推廣。

技術領域

本發明涉及光學器件技術領域，特別涉及，一種高效率光柵波導光學元件。

背景技術

隨著虛擬現實和增強現實技術逐漸被人們認識和接受，近眼顯示設備得到了快速發展。在近眼顯示設備中，光柵波導顯示技術是利用衍射光柵實現光線的入射、轉折和出射，利用全反射原理實現光線傳輸，將微顯示器的圖像傳導至人眼，進而看到虛擬圖像。光柵波導技術具有透視效果好，輕薄，量產成本低等諸多優勢，被認為是AR近眼顯示技術的發展方向。

現有光柵波導器件(參見圖1)只利用了入射光柵一個方向的衍射光，能量利用率低，且易產生雜光，影響整個光柵波導器件的性能；受到單側衍射光束角度范圍限制，光柵波導器件的顯示視場角較小。另一種設置兩個轉折光柵的光柵波導器件(參見圖5)，將入射光柵設置在兩個轉折光柵之間，兩個轉折光柵之間存在有較大的間隙，這個間隙導致出射光柵對應的區域無出射光線，即產生暗帶。暗帶位于中央區域，此區域是人眼接受光柵的主要區域，因而會嚴重影響光柵波導器件的工作性能。

針對上述問題，設計一種光學元件，解決光柵波導器件能量利用率低，顯示視場角小，光線傳導均勻性差的問題。

發明內容

針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在于，提供一種高效率光柵波導光學元件，以解決現在技術所存在的光柵波導器件能量利用率低，顯示視場角小，光線傳導均勻性差的問題。

本發明提供了一種高效率光柵波導光學元件，包括設有光柵組和出射光柵的光學基板，所述光柵組對稱設置于所述光學基板上，所述光柵組包括：

入射光柵，與所述出射光柵在所述光學基板的同一表面上；

左轉折光柵，與所述入射光柵在同一表面上、且設置于所述入射光柵的一側；

過渡光柵，與所述入射光柵在同一表面上、且設置于所述左轉折光柵的下方；

右轉折光柵，與所述入射光柵在同一表面上、且設置于所述入射光柵的另一側，所述出射光柵設置于所述右轉折光柵與所述入射光柵相對的另一側。

優選地，所述出射光柵的中心線與所述光柵組的對稱軸在同一直線上。

優選地，所述入射光柵的周期d_I、所述左轉折光柵的周期d_T1、所述過渡光柵的周期d_T2、所述右轉折光柵的周期d_T3以及所述出射光柵的周期d_O滿足公式：d_I＝d_O＝√2d_T1＝√2d_T2＝√2d_T3。

優選地，所述過渡光柵與所述右轉折光柵的光柵線槽方向相同，所述左轉折光柵的光柵線槽方向與所述右轉折光柵的光柵線槽方向垂直，所述出射光柵的光柵線槽方向與所述入射光柵的光柵線槽方向平行。

優選地，所述入射光柵的光柵線槽沿豎直方向設置。

優選地，所述右轉折光柵的光柵線槽方向相對于所述入射光柵的光柵線槽方向逆時針或順時針旋轉45°。

優選地，所述過渡光柵的水平寬度大于或等于所述左轉折光柵的水平寬度。