[发明专利]一种大视场衍射波导元件及显示装置

说明书

本发明公开了一种大视场衍射波导元件及显示装置，包括：叠放设置的至少两层波导结构，不同层波导结构设有互补的视场角，各层波导结构的视场角能拼接成一个总视场角，所述总视场角均大于各层波导结构的视场角。通过将具有互补视场角的多层波导结构叠放设置，使各层波导结构的视场角能拼接成一个均大于各层波导结构视场角的总视场角。实现了以相对简单的方式扩大了波导元件的视场角。

技术领域

本发明涉及增强现实设备领域，尤其涉及一种大视场衍射波导元件及显示装置。

背景技术

随着虚拟现实和增强现实技术逐渐被人们认识和接受，近眼显示设备得到了快速发展。增强现实技术中的近眼显示可以将虚拟图像叠加到现实景物中，同时兼具透视特性，不影响对现实景物的正常观察。利用传统光学元件将虚拟图像耦合进入人眼的方式已经被采用，包括棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。其中，衍射波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。由于采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射波导显示组件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明。且由于对光线的转折是通过镜片表面的衍射光栅来实现的，与底板的形状基本没有关系，因此易于批量制造，生产成本低。

但是，衍射波导是新兴的技术，虽然目前已经达到了较高的技术水平，但仍存在很多挑战，如视场角难以增大就是一个急需解决的问题。

在衍射波导元件中，光线只能在一定的角度范围内能实现传导与扩展。当光线与波导片上下表面平行时(此时光线在上下表面的入射角为90度)，光线无法入射到波导表面的出射或转折光栅，从而无法实现光束的扩展与出射，而当光线在波导片上下表面的入射角小于临界角时，不能发生全反射，光线会快速的透射衰减，也无法实现传导。参见图1，光线的入射角只有大于临界角而小于90度时，才能使波导正常工作。临界角与波导片的材料有关，如BK7玻璃材料的临界角为42度。通过采用高折射率的玻璃，可以减小临界角，但是目前光学玻璃的折射率最高在2.0左右，对应的临界角为30度。由于目前光学玻璃材料的限制，临界角很难再减小了，即使能减小，幅度也很有限。因此，光线在波导片内传导的角度范围通常小于60度。这个限制也使得衍射波导的视场角很难超过60度。如果再考虑其他的设计因素，如避免重影，光传导效率等，这个角度会更小，通常很难超过50度。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种大视场衍射波导元件及显示装置，能大幅提高衍射波导的视场角，解决目前衍射波导存在的视场角难以提高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种大视场衍射波导元件，包括：

叠放设置的至少两层波导结构，不同层波导结构设有互补的视场角，各层波导结构的视场角能拼接成一个总视场角，所述总视场角均大于各层波导结构的视场角。

本发明实施方式还提供一种显示装置，包括：衍射波导元件、投影模组和微显示器，所述微显示器经所述投影模组与所述衍射波导元件的入射光栅对应设置，其特征在于，所述衍射波导元件采用本发明所述的大视场衍射波导元件，该大视场衍射波导元件的出射光栅对应于观看者的眼睛。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的大视场衍射波导元件及显示装置，其有益效果为：

通过将具有互补视场角的多层波导结构叠放设置，使各层波导结构的视场角能拼接成一个均大于各层波导结构视场角的总视场角。实现了以相对简单的方式扩大了波导元件的视场角。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。