[实用新型]一种衍射光波导及显示装置

说明书

本实用新型公开了一种衍射光波导及显示装置。衍射光波导包括波导基底和位于波导基底表面的衍射结构；衍射结构包括耦入光栅和耦出光栅，图像源出射的图像光线从耦入光栅耦入波导基底，全反射传输至耦出光栅；耦出光栅包括复合光栅结构，复合光栅结构衍射产生多个衍射级次的图像光线，部分衍射级次直接耦出波导基底，部分衍射级次继续正向全反射传播并逐渐耦出，部分衍射级次反向传输后并逐渐耦出。本实用新型提供的光波导，更多的衍射级次能够被有效利用，从而提高光波导的效率。

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种衍射光波导及显示装置。

背景技术

增强现实(AR)通过微型投影系统提供的虚拟内容与真实环境叠加到同一个画面或空间以同时存在，使用户获得虚拟与现实融合的体验。

目前AR光波导显示方案通常利用光栅的衍射特性来设计光路径，让图像光线在设计好的路径上传播，将图像光线导入人眼。从成像原理上来看，衍射波导对于耦合光栅的衍射特性有着较为苛刻的要求。首先，光栅需要有较大衍射角度(±1级)，以保证衍射光满足波导的全反射条件，此外还需要光栅具备高衍射效率、单级衍射特性、较大的响应带宽、对外界环境光的高透过率以及精确的效率控制能力等。

为了达到这些要求，波导耦合光栅的设计与制备工作面临极大的挑战，通常采用的AR光波导结构显示方案，其原理是将图像光线由耦入光栅衍射进入光波导全反射传输，再经过后续光栅结构进行扩瞳和耦出，但是在扩瞳和耦出的末端通常伴随着大量的能量浪费，造成光波导效率低。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种衍射光波导及显示装置，该复合光栅结构在用于AR衍射光波导时，更多的衍射级次能够被有效利用，从而能够在扩瞳以及耦出的同时实现能量的回收，提高光波导的效率。

根据本实用新型的一方面，提供了一种衍射光波导，具体包括波导基底和位于波导基底表面的衍射结构；

所述衍射结构包括耦入光栅和耦出光栅，图像源出射的图像光线从所述耦入光栅耦入所述波导基底，在所述波导基底内全反射传输至所述耦出光栅；

所述耦出光栅包括复合光栅结构，所述图像光线入射至所述复合光栅结构时衍射产生多个衍射级次的图像光线，部分衍射级次的图像光线继续正向全反射传输，部分衍射级次的图像光线耦出所述波导基底，部分衍射级次的图像光线反向传输，反向传输的图像光线入射至所述复合光栅结构时部分耦出所述波导基底部分继续反向传输；其中，远离所述耦入光栅的光线传输方向为正向，靠近所述耦入光栅的光线传输方向为反向。

可选地，所述复合光栅结构包括第一周期性光栅结构和第二周期性光栅结构，所述图像光线入射至所述复合光栅结构时，在所述第一周期性光栅结构作用下部分耦出所述波导基底，在所述第二周期性光栅结构作用下部分反向传输，反向传输的图像光线入射至所述耦出光栅时，在所述第一周期性光栅结构作用下部分耦出所述波导基底；其中，所述第一周期性光栅结构的光栅周期为P，所述第二周期性光栅结构的光栅周期为P/2。

可选地，第一周期性光栅结构和第二周期性光栅结构形成占空比叠加的复合光栅结构。

可选地，第一周期性光栅结构和第二周期性光栅结构形成光栅深度叠加的复合光栅结构。

可选地，第一周期性光栅结构和第二周期性光栅结构均包括一维光栅，或者第一周期性光栅结构和第二周期性光栅结构均包括二维光栅。

可选地，沿远离耦入光栅的方向，耦出光栅的衍射效率增大。

可选地，沿远离耦入光栅的方向，耦出光栅的光栅深度增大。

可选地，耦入光栅与第一周期性光栅结构的光栅周期相同。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种显示装置，具体包括图像源和上述任一的衍射光波导；

图像源用于输出图像光线；