[发明专利]一种基于彩色双层光栅波导片的光机模组

说明书

本发明公开了一种基于彩色双层光栅波导片的光机模组，包括：LED灯、菲涅尔透镜、彩色双层光栅波导片、PBS器件和反射式像源芯片；光栅波导片的基底厚度可控，且光路可折叠，可控制照明光路的体积，减少佩戴时的阻挡。同时，LED的光线可以通过改变双层波导的光栅结构来进行调制，使所需波长的+1级衍射效率最大化且强度分布均匀。

技术领域

本发明涉及照明装置技术领域，特别是涉及一种基于彩色双层光栅波导片的光机模组。

背景技术

增强现实(Augmented Reality,AR)是一种将现实世界信息和虚拟世界信息叠加后通过透明或半透明的显示装置投射至人眼的技术，结合相关的算法，即可实现所需的功能。由于AR技术能够对真实环境信息进行增强输出，其在军工、三维建模、实时跟踪、医疗技术等方面具有广泛的应用。目前，市场上的透射式AR产品主要设计方向有两种，一个是几何光波导方向，一个是衍射光波导方向。几何光波导主要是通过阵列排布的反射镜传播光线至目标位置输出到人眼。衍射光波导方向分为全息光波导和浮雕光栅光波导，全息光波导具有透明度高、衍射效率高的优势；浮雕光栅光波导具备大视场，不容易产生伪影，且可量产的优势。

但是，AR眼镜仍存在一些挑战，如照明模组体积过大，波导片视场角有限等。针对目前AR眼镜的照明劣势。现有较为常用的光机模组主要由光学镜片组、LED灯、LCOS屏及PBS等组成。如图2所示，该方法光路主要由LED灯、透镜组、PBS、LCOS屏组成。LED灯发出的光线通过透镜组后，被调制为准直均匀的面光源，接着光线直线传播至PBS后，部分光线经过PBS反射至LCOS屏的表面，再次由LCOS屏反射至PBS的半反半透面，直接透射出射。这种光机设计方案，中间透镜组有固定大小，体积较大。光机模组过大，会致使波导片设计的原本视场受到阻挡，且人眼佩戴会有所不适。同时，LED灯发出的光不是强度均匀的光，导致照射至LCOS屏上的光，中间强边缘弱。

目前，也有技术人员提出用光栅波导片代替光学透镜组和PBS实现光机小体积的方法，LED灯发出的光线通过光栅耦入方式/波导倾斜反射面反射方式传播入平行波导内进行全反射传播，接着光线经过波导内另一端的耦出光栅从平行波导出射至LCOS屏，光线从LCOS屏反射出射再次进入平行波导中，最后从平行波导的底部出射。这种光机设计方法有效减小了照明模组体积，但是从照明波导片出射的光线强度会大大下降，另外色彩均匀度也会有所牺牲。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于彩色双层光栅波导片的光机模组，通过光栅波导片替换透镜组的方法，对光路进行折叠来减小光机体积，同时将光栅波导片设计成双层彩色衍射波导，来提高照明的色彩均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于彩色双层光栅波导片的光机模组，包括：

LED灯，用于发射光线；

菲涅尔透镜，设置在所述LED灯的发射光路上，用于对所述LED灯发射的光线进行准直；

彩色双层光栅波导片，设置在所述菲涅尔透镜的出射光路上，用于对准直后的光线进行衍射传播；

PBS器件，设置在所述彩色双层光栅波导片的出射光路上，用于将衍射后的光线传播至反射式像源芯片上；

反射式像源芯片，用于将PBS器件传播的光线反射到所述PBS器件，再经所述PBS器件反射出去。

进一步地，所述彩色双层光栅波导片包括上层波导片和下层波导片。

进一步地，所述上层波导片为蓝绿光衍射波导片，所述下层波导片为红光衍射波导片。

进一步地，所述上层波导片为蓝光衍射波导片，所述下层波导片为红绿光衍射波导片。

进一步地，所述上层波导片为蓝绿光衍射波导片，所述下层波导片为红绿光衍射波导片。