[发明专利]显示彩色图像的光学扩瞳装置

说明书

本申请是关于一种显示彩色图像的光学扩瞳装置，通过第一光栅形成第一传导光，第二光栅形成第二传导光；第一扩瞳单元用于衍射第一传导光以形成第三传导光；第二扩瞳单元用于衍射第二传导光以形成第四传导光；出瞳单元用于衍射第三传导光以形成第一输出光，并衍射第四传导光以形成第二输出光；第一光谱滤光装置设于第一扩瞳单元以及出瞳单元之间，用于光隔离所述第二传导光中的红光从所述第一扩瞳单元耦合到所述出瞳单元；第二光谱滤光装置设于第二扩瞳单元以及出瞳单元之间，用于光隔离所述第一传导光中的蓝光从第二扩瞳单元耦合到所述出瞳单元，以此使得光学扩瞳装置可以显示图像的红色和蓝色，在所有角落点都显示正常。

技术领域

本申请涉及一种显示彩色图像的光学扩瞳装置、显示设备及其输出光束和显示图像的方法，主要用于虚拟显示设备中。

背景技术

参照图1，扩瞳装置EPE0包含波导板SUB01，该波导板又包含衍射入瞳单元DOE01，衍射扩瞳单元DOE02和衍射出瞳单元DOE03。一束输入光IN1在扩瞳装置EPE0中，通过多次衍射进行扩大，最后形成输出光OUT1。

输入光IN1由光学引擎ENG1发出。光学引擎ENG1可以由微型显示器DISP1和准直光学器件LNS1组成。

该耦合入瞳单元DOE01通过衍射，将输入光IN1衍射成第一传导的光B1。通过扩瞳单元DOE02使第一传导光B1衍射而形成扩展的传导光B2。通过所述衍射出瞳单元DOE03将扩散的传导光B2衍射输出为输出光OUT1。

扩瞳装置EPE0可以在方向SX和在方向SY这两个方向上扩展光束。输出光OUT1的宽度远大于输入光IN1的宽度。扩瞳装置EPE0可以用于扩展虚拟显示设备的视瞳，以便于眼睛EYE1相对于虚拟显示设备的观察位置有更大的舒适观察位置(大eyebox)。观察者的眼睛EYE1可以在输出光束的观察位置内看到完成的虚拟图像。输出光可以包含一个或多个输出光束，其中每个输出光束可以对应于显示的虚拟图像VIMG1的不同图像位置。扩瞳装置也可以称为例如扩瞳单元。

虚拟图像VIMG1具有的角幅度为LIM1。图1是利用扩瞳装置EPE0实现显示全彩的虚拟图像VIMG1的方式，由于红色和蓝色对应的现虚拟图像VIMG1的角落光线，在传输过程中处无法满足波导SUB01的全反射条件。因此，虚拟图像VIMG1的角落会出现缺少红色或者蓝色。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种显示彩色图像的光学扩瞳装置、显示设备及其输出光束和显示图像的方法，旨在提升输出光的均匀性，使得光学扩瞳装置可以显示一张均匀的彩色图片，并可以提供更大的视场角度。

本申请解决上述技术问题的技术方案如下：一种显示彩色图像的光学扩瞳装置，其包括波导板，所述波导板包含：入瞳单元，所述入瞳单元设有第一光栅以及第二光栅，所述第一光栅的周期与所述第二光栅的周期不同，所述入瞳单元的第一光栅用于衍射输入光束以形成第一传导光沿着第一方向传播，所述入瞳单元的第二光栅用于衍射输入光束以形成第二传导光沿着第二方向传播；第一扩瞳单元，用于衍射所述第一传导光以形成第三传导光；第二扩瞳单元，用于衍射所述第二传导光以形成第四传导光；出瞳单元，用于衍射第三传导光以形成第一输出光，并衍射第四传导光以形成第二输出光，第一输出光与第二输出光的叠加得到输出光束；第一光谱滤光装置，所述第一光谱滤光装置设于所述第一扩瞳单元以及所述出瞳单元之间，用于光隔离所述第二传导光中的红光从所述第一扩瞳单元耦合到所述出瞳单元；第二光谱滤光装置，所述第二光谱滤光装置设于所述第二扩瞳单元以及所述出瞳单元之间，用于光隔离所述第一传导光中的蓝光从所述第二扩瞳单元耦合到所述出瞳单元。

优选的，波导板还包含至少一光学隔离单元，用于光隔离所述第一扩瞳单元和所述第二扩瞳单元之间的直接光学耦合。