[发明专利]一种多层衍射光波导装置

权利要求书

1.一种多层衍射光波导装置，其特征在于：所述多层衍射光波导装置包括微光机(2)、第一波导组件(3)、第二波导组件(4)、第三波导组件(5)、第一光栅组件(6)、第二光栅组件(7)和第三光栅组件(8)，其中：

所述微光机(2)，用于提供第一光线、第二光线和第三光线，依次对应为蓝色光线、绿色光线和红色光线，并满足D1＝D2＝D3≤D，其中，D1、D2、D3依次对应为所述第一光线、第二光线和第三光线的光束直径，D为相邻光线的中心间距；

各所述波导组件并排设置，均包括波导板和直角棱镜，所述直角棱镜的第一直角面贴合所述波导板的厚度方向侧壁设置，第二直角面靠近所述微光机(2)设置，且直角棱镜的斜面设有高反射膜层，所述直角棱镜还满足如下条件：

tanθ＝D4/t1               (2)；

其中，

n₀sini＝n₁sini′            (3)；

η＝sin^-1(1/n₂)           (4)；

n₁≤n₂，D4≥D1，t≥t1；

其中，θ为直角棱镜上第一直角面和斜面的夹角，n₀为空气折射率，n₁为直角棱镜的折射率，n₂为波导板的折射率，i为对应光线在直角棱镜中的入射角度，i′为对应光线在直角棱镜中的折射角度，η为对应光线在波导板中的全反射角度，t为波导板的厚度，D4为直角棱镜的第二直角面的宽度，t1为直角棱镜的第一直角面的宽度；

所述第一光栅组件(6)、第二光栅组件(7)和第三光栅组件(8)一一对应设置于所述第一波导组件(3)、第二波导组件(4)和第三波导组件(5)上靠近人眼(1)所在侧，用于实现出瞳扩展并耦出；

所述第一光线、第二光线和第三光线一一对应入射至所述第一波导组件(3)、第二波导组件(4)和第三波导组件(5)，各所述直角棱镜分别将对应的光线反射耦入对应的所述波导板进行全反射传输，再通过对应的所述光栅组件实现出瞳扩展并耦出至人眼(1)。

2.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：所述第一光线的中心波长为450nm-460nm，所述第二光线的中心波长为525nm-535nm，所述第三光线的中心波长为620nm-635nm。

3.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：所述第一光线、第二光线和第三光线的光束直径取值范围为D1＝D2＝D3≥1mm，所述相邻光线的中心间距D＝1.5mm-2mm。

4.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：各所述波导板均为透明波导或者半透明波导，其厚度t＝0.8mm-1.2mm。

5.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：各所述光栅组件包括两个一维光栅或一个二维光栅，两个所述一维光栅分别为出瞳扩展光栅和耦出光栅。

6.如权利要求5所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：所述一维光栅为一维表面浮雕光栅或体全息光栅，所述一维表面浮雕光栅为倾斜光栅、闪耀光栅、矩形光栅，所述二维光栅为二维表面浮雕光栅，所述二维表面浮雕光栅为柱状光栅或六角光栅，各所述光栅的光栅周期为250nm-500nm。

7.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：所述直角棱镜的折射率n₁和波导板的折射率n₂取值范围为1.7-2.0。

8.如权利要求1所述的多层衍射光波导装置，其特征在于：所述高反射膜层为Ta2O5和SiO2的交替层、Al金属层或Silver金属层。