[发明专利]一种光学扩瞳装置、设备、方法、显示设备

说明书

本申请公开了一种光学扩瞳装置、设备、方法、显示设备，涉及光学领域。包括：波导板、扩瞳单元、出瞳单元、具有多个方向排布的光栅槽线的入瞳单元。该装置中，由于第三传导光是由扩瞳单元衍射形成的，因此，第三传导光在出瞳单元所占的区域的最大长度为扩瞳单元的长度；第二传导光是由入瞳单元衍射形成的，故而，第二传导光在出瞳单元所占的区域的最大长度为入瞳单元的长度。若采用之前装置，传导光覆盖的出瞳单元的最大长度仅仅为扩瞳单元的长度，而本申请的装置中，传导光覆盖的出瞳区域的长度大于扩瞳单元的长度，由此可见，在不增大扩瞳装置的尺寸的情况下，使得扩瞳装置能够提供较大的眼动范围；方便佩戴以及相对降低加工的难度、成本。

技术领域

本申请涉及光学领域，特别是涉及一种光学扩瞳装置、设备、方法、显示设备。

背景技术

用户在观察虚拟显示设备，如虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备、增强现实(Augmented Reality，AR)设备、车载抬头设备等设备显示的虚拟图像时，是通过虚拟显示设备的出瞳孔来观察虚拟图像。但是由于虚拟显示设备的出瞳孔的大小有限，因此只能在特定的位置才能看到出瞳孔出射的虚拟图像。故而，需要通过扩瞳装置扩展虚拟显示设备的视瞳，以便于用户相对于虚拟显示设备所在的位置能够有更大的舒适观察位置，即大眼动范围。

目前采用扩瞳装置来得到大眼动范围。常用的扩瞳装置由波导板、入瞳单元、扩瞳单元以及出瞳单元，其中，入瞳单元一般为具有单一波矢衍射光栅单元，其只能提供单一衍射方向的光线传输或两个相对的±1级衍射方向的光线传输。输入光经过入瞳单元衍射后形成单一衍射方向的入瞳衍射传导光，入瞳衍射传导光经过扩瞳单元衍射之后，形成扩瞳单元衍射传导光，最后出瞳单元将扩瞳单元衍射传导光衍射为输出光。该扩瞳装置中，扩瞳单元衍射传导光所能覆盖的出瞳单元的最大长度等于扩瞳单元的长度。为了使通过现有的扩瞳装置能够提供更大的眼动范围，需要出瞳单元出光面积尽可能大，进一步要求扩瞳单元的面积尽可能大以提供可以覆盖整个出瞳单元的光线，这就使得现有的扩瞳单元的面积很大，整个扩瞳装置的面积增大，加工难度以及成本增加。

由此可见，在不增大扩瞳装置的尺寸的情况下，如何使扩瞳装置提供较大的眼动范围是本领域人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种光学扩瞳装置、设备、方法、显示设备，用于在不增大扩瞳装置的尺寸的情况下，使扩瞳装置提供较大的眼动范围。

为解决上述技术问题，本申请提供一种光学扩瞳装置，包括：波导板、扩瞳单元、出瞳单元，还包括：入瞳单元，其中，所述入瞳单元、所述扩瞳单元、所述出瞳单元均为光栅元件，所述入瞳单元具有多个方向排布的光栅槽线；所述入瞳单元的长度小于所述扩瞳单元的长度，所述出瞳单元的长度大于所述扩瞳单元的长度；

所述入瞳单元用于接收输入光，并将所述输入光衍射形成沿不同方向传播的传导光；其中，所述传导光至少包括沿第一方向传播的第一传导光和沿第二方向传播的第二传导光；

所述扩瞳单元位于所述第一方向上，且所述扩瞳单元的光栅槽线相对于所述第一方向呈第一预设角度倾斜，用于接收所述第一传导光并将所述第一传导光衍射形成沿所述第二方向传播的第三传导光；

所述出瞳单元位于所述第二方向上，用于接收所述第三传导光并将所述第三传导光衍射形成第一输出光，以及接收所述第二传导光并将所述第二传导光衍射形成第二输出光。

优选地，所述入瞳单元具有两个方向排布的光栅槽线，且为第一光栅周期的第一区域光栅和具有第二光栅周期的第二区域光栅，其中，所述第一区域光栅的槽线方向相同，所述第二区域光栅的槽线方向相同，且所述第一区域光栅的槽线方向与所述第二区域光栅的槽线方向不同。

优选地，所述第一区域光栅用于将所述输入光衍射形成沿所述第一方向传播的所述第一传导光，其中，所述第一方向为所述输入光横向波矢与所述第一区域光栅波矢叠加形成的波矢的方向；