[发明专利]一种高效光栅波导元件

说明书

本发明公开了一种高效光栅波导元件，包括：入射光栅、出射光栅、至少一个转折光栅和至少一组双回转光栅组合，它们分布设在光学基板的表面上；入射与转折光栅间隔设置，出射光栅设在转折光栅的一侧，入射、转折和出射光栅组成入射衍射光路；每组双回转光栅组合由两个回转光栅组成，两个回转光栅分别间隔设置在对应的所述转折光栅的两个衍射光溢出外侧面，两个回转光栅分别与所对应转折光栅组成溢出光回转光路。在转折光栅周围简单设置双回转光栅组合，可使传导出转折光栅且不能被传导至出射光栅的衍射光再次被衍射回并传导至出射光栅，产生朝向人眼方向衍射光，提高能量利用率。

技术领域

本发明涉及光栅波导元件领域，尤其涉及一种高效光栅波导元件。

背景技术

随着虚拟现实和增强现实技术的应用与普及，近眼显示设备得到了快速发展。在近眼显示设备中，光栅波导器件是可能用到的一种主要部件，光栅波导器件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，进而实现虚拟图像显示的。光栅波导技术具有透视效果好，轻薄，量产成本低等诸多优势，被认为是AR近眼显示技术的发展方向，但目前的光栅波导器件仍存在需要提高光能利用效率的问题。

如图1所示，现有的光栅波导器件主要由光学基板和在光学基板表面设置的光栅组成。光学基板的材质可以是光学玻璃、光学塑料等光学材料，通常为平面结构。光学基板的主要光学面为两个互相平行的表面，光栅位于光学基板的其中一个表面上，通常有：入射光栅112，转折光栅114和出射光栅116三个光栅区域。如图2和图3所示，光栅波导器件的工作原理是：当投影系统210发出的带有图像信息的光线214投射到入射光栅112上后，入射光栅112会发生衍射产生衍射光束，当衍射光束满足光学基板的全反射条件，即入射到光学基板的光学表面的角度大于基板的全反射临界角时，衍射光束会产生全反射而在光学基板中近乎无损传导，一部分衍射光216朝向-y，即转折光栅114方向传导，当入射至转折光栅114区域中时，由于受到转折光栅114的衍射作用，会在继续沿-y方向传导的同时，产生朝向出射光栅116传导的一系列衍射光218，衍射光218传导至出射光栅116，被出射光栅116衍射后，出射衍射光220进入人眼212被感知，而外传衍射光216沿-y方向传导出转折光栅114区域后，会继续沿-y方向传导，而这部分外传衍射光此时则无法再被利用，造成能量浪费。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效光栅波导元件，能对沿-y方向传导出转折光栅区域的部分衍射光进行利用，来提升能量利用率，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

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高效光栅波导元件，包括：

光学基板、入射光栅、至少一个转折光栅、出射光栅和与所述转折光栅相同数量的双回转光栅组合；其中，

所述入射光栅，至少一个转折光栅，至少一组双回转光栅组合和出射光栅均分布设置在所述光学基板的表面上；

所述入射光栅与所述转折光栅间隔设置，所述出射光栅设置在所述转折光栅的一侧，所述入射光栅、转折光栅和出射光栅组成入射衍射光路；

每组双回转光栅组合由两个回转光栅组成，两个回转光栅分别间隔设置在对应的所述转折光栅的两个衍射光溢出外侧面，两个回转光栅分别与所对应转折光栅组成溢出光回转光路。

与现有技术相比，本发明所提供的高效光栅波导元件，至少具有以下有益效果：