[实用新型]一种光波导镜片及三维显示装置

说明书

本实用新型提供了一种光波导镜片及三维显示装置，光波导镜片包括：波导；位于波导上的功能性区域，功能性区域包括入射功能性区域、转折功能性区域及出射功能性区域。入射功能性区域内设置有第一二维阵列结构，第一二维阵列结构将光线耦入至波导内，被耦入至波导内的光线中，部分光线沿第一方向朝向出射功能性区域传播，部分光线沿第二方向朝向转折功能性区域传播；转折功能性区域内设置有一维光栅，一维光栅将朝向转折功能性区域传播的光线反射回入射功能性区域；出射功能性区域内设置有第二二维阵列结构，第二二维阵列结构将朝向转折功能性区域传播的光线耦合出波导。本实用新型能够将背离耦出区域传播的衍射光线反射回耦入区域，提升光效率。

技术领域

本实用新型涉及显示技术，具体涉及一种光波导镜片及三维显示装置。

背景技术

增强现实(AR)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。

目前，主流的近眼式增强现实显示设备大都采用光波导原理。例如，Hololens是将LCOS上的图像经过三片全息光栅耦合输出，透射至人眼，并且经过光波导的方式实现彩色投影。为了简化制备工艺、进一步缩小显示设备的体积，越来越多的研究人员开始尝试使用二维阵列光栅进行衍射传导，该方案中的波导片上形成有耦入区域和耦出区域，耦入区域和耦出区域内均设置有二维阵列光栅。入射光线入射至耦入区域，经耦入传导至耦出区域，最后经耦出区域进入人眼，从而实现彩色投影。光线在与耦入区域和耦出区域内的二维阵列光栅的交互过程中得到扩展、拉伸，从而实现二维空间的扩瞳。

然而，这种使用二维阵列光栅进行衍射传导的解决方案存在如下显著缺陷：光线入射至耦入区域后，由于二维阵列光栅的衍射特征，入射光被分光成多束衍射光线，其中只有少部分衍射光线朝向耦出区域传导，大部分衍射光线则背离耦出区域传导从而被损耗。如此，导致显示设备的光效率低下，成像效果欠佳。

鉴于此，有必要对现有的二维阵列光栅衍射传导方案进行改进，以实现让尽可能多的衍射光线朝向耦出区域传导，以提升光效率、增强成像效果。

实用新型内容

为实现上述技术目标，本实用新型第一方面提供了一种光波导镜片，其能够将部分背离耦出区域传播的衍射光线反射回耦入区域，从而提升光效率、增强成像效果。本实用新型的详细技术方案如下：

一种光波导镜片，其包括：

波导；

位于波导上表面或下表面的具有光学衍射功能的功能性区域，所述功能性区域包括入射功能性区域、转折功能性区域及出射功能性区域，其中：

所述入射功能性区域内设置有第一二维阵列结构，所述第一二维阵列结构被配置为将光线耦入至所述波导内，被耦入至所述波导内的光线中，部分光线沿第一方向朝向所述出射功能性区域传播，部分光线沿第二方向朝向所述转折功能性区域传播；

所述转折功能性区域内设置有一维光栅，所述一维光栅被配置为将所述沿第二方向朝向所述转折功能性区域传播的光线反射回所述入射功能性区域；

所述出射功能性区域内设置有第二二维阵列结构，所述第二二维阵列结构被配置为将所述沿第二方向朝向所述转折功能性区域传播的光线耦合出波导。

在一些实施例中，所述转折功能性区域包括对称设置于所述入射功能性区域两侧的第一转折功能性区域和第二转折功能性区域。

在一些实施例中，所述沿第二方向朝向所述转折功能性区域传播的光线与设置于所述转折功能性区域内的所述一维光栅之间满足Littrow条件。所述一维光栅为全息光栅、闪耀光栅或矩形光栅。

在一些实施例中，所述一维光栅为闪耀光栅，所述沿第二方向朝向所述转折功能性区域传播的光线的入射角与所述闪耀光栅的闪烁角相匹配。