CN115201959A - 光波导片、器件以及近眼显示系统 - Google Patents

光波导片、器件以及近眼显示系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种光波导片、光波导器件以及近眼显示系统。该光波导片包括：基底；耦入光栅，设置在基底上，用于将来自外部的第一偏振态光和第二偏振态光耦入至基底；转折光栅，设置在基底上，用于对耦入至基底的第一偏振态光和第二偏振态光进行扩瞳；以及耦出光栅，设置在基底上，用于对扩瞳后的第一偏振态光和第二偏振态光耦出成像；其中，耦出成像的视场角为第一偏振态光形成的第一视场角和第二偏振态光形成的第二视场角的叠加。本申请提供的光波导片应用于近眼显示系统时，能够满足人眼的实际的视场角范围需求。

Description

光波导片、器件以及近眼显示系统
技术领域
本申请涉及显示技术领域，更具体地，涉及光波导片、光波导器件以及近眼显示系统。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)技术是一种将现实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术。这种技术可以将虚拟世界信息叠加到现实世界中，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
用户可以利用近眼显示系统例如头戴式显示器眼镜或其它可佩带的显示设备在沉浸于现实世界的同时又能接收系统提供的虚拟信息。而视场角(FOV)作为近眼显示系统的核心参数之一，能够影响用户在使用过程中的沉浸感。
现有的近眼显示系统提供的视场角大多不超过50°，而人眼实际的成像视场角大约为30°至100°。只有系统所呈现的画面更符合人体构造和行为习惯，才能保证沉浸感的实现，过小的视场角无法为用户提供沉浸感。现有的近眼显示系统不能达到用户对大视场和沉浸感的期望。
此外，近眼显示系统通常利用光波导器件实现虚拟信息图像的传输。因此，亟待提供一种能够使近眼显示系统具有符合人眼需求的视场角的光波导片或光波导器件，以及一种能够提供符合人眼需求的视场角的近眼显示系统。
发明内容
本申请一方面提供了一种光波导片。该光波导片包括：基底；耦入光栅，设置在基底上，用于将来自外部的第一偏振态光和第二偏振态光耦入至基底；转折光栅，设置在基底上，用于对耦入至基底的第一偏振态光和第二偏振态光进行扩瞳；以及耦出光栅，设置在基底上，用于对扩瞳后的第一偏振态光和第二偏振态光耦出成像；其中，耦出成像的视场角为第一偏振态光形成的第一视场角和第二偏振态光形成的第二视场角的叠加。
在一些实施方式中，耦入光栅可包括：第一耦入单元，其排列方式与第一视场角对应，用于将第一偏振态光耦入至基底；以及第二耦入单元，其排列方式与第二视场角对应，用于将第二偏振态光耦入至基底。
在一些实施方式中，转折光栅可包括：第一转折单元和第二转折单元，交替排列在基底上，分别用于将耦入至基底的第一偏振态光和第二偏振态光进行扩瞳。
在一些实施方式中，耦出光栅可包括：第一耦出单元和第二耦出单元，交替排列在基底上，分别用于将扩瞳后的第一偏振态光和第二偏振态光耦出成像。
在一些实施方式中，第一视场角可与第二视场角不重叠。
在一些实施方式中，第一耦入单元和第二耦入单元可分别用于接收正交偏振态的第一偏振态光与第二偏振态光。
在一些实施方式中，第一偏振态光可包括TM偏振光，第二偏振态光可包括TE偏振光。
在一些实施方式中，第一耦入单元和第二耦入单元中的每一个可包括衍射光栅，经由第一耦入单元后的第一偏振态光的衍射角和经由第二耦入单元后的第二偏振态光的衍射角均大于基底的临界全反射角。
在一些实施方式中，第一偏振态光和第二偏振态光可在基底内发生全反射。
在一些实施方式中，第一转折单元和第二转折单元的数量可相同，第一耦出单元和第二耦出单元的数量可相同。
在一些实施方式中，第一偏振态光的衍射角和第二偏振态光的衍射角可不重叠。
在一些实施方式中，第一偏振态光的最大衍射角可等于第二偏振态光的最小衍射角。
在一些实施方式中，第一偏振态光的最小衍射角可等于第二偏振态光的最大衍射角。
在一些实施方式中，第一转折单元的光栅周期可小于第一耦出单元的光栅周期；第二转折单元的光栅周期可小于第二耦出单元的光栅周期。
在一些实施方式中，第一耦入单元的光栅周期与第一耦出单元的光栅周期可相同；第二耦入单元的光栅周期与第二耦出单元的光栅周期可相同。
在一些实施方式中，第一耦入单元的光栅取向角、第一转折单元的光栅取向角以及第一耦出单元的光栅取向角可相互不同；第二耦入单元的光栅取向角、第二转折单元的光栅取向角以及第二耦出单元的光栅取向角可相互不同。
在一些实施方式中，第一耦入单元的光栅取向角可与第一耦出单元的光栅取向角相互垂直；第二耦入单元的光栅取向角可与第二耦出单元的光栅取向角相互垂直。
在一些实施方式中，第一耦入单元可包括取向角相同的多个第一耦入光栅微结构；第一转折单元可包括取向角相同的多个第一转折光栅微结构；第一耦出单元可包括取向角相同的多个第一耦出光栅微结构。
在一些实施方式中，第二耦入单元可包括取向角相同的多个第二耦入光栅微结构；第二转折单元可包括取向角相同的多个第二转折光栅微结构；第二耦出单元可包括取向角相同的多个第二耦出光栅微结构。
本申请另一方面提供了一种光波导器件。该光波导器件包括：多个如上述任一实施方式中所描述的光波导片，多个光波导片叠加设置，用于接收不同波长的第一偏振态光和第二偏振态光，以实现光波导片耦出成像的色彩合成。
在一些实施方式中，光波导器件可包括：三个如上述任一实施方式中所描述的的光波导片，用于接收红色、绿色和蓝色的第一偏振态光和第二偏振态光。
本申请另一方面还提供了一种近眼显示系统。该近眼显示系统包括：镜片、镜腿和鼻托，该近眼显示系统还包括：至少一个图像生成模块，图像生成模块设置在镜腿、镜片和鼻托的其中之一处，用于生成携带有图像信息的第一偏振态光和第二偏振态光；以及至少一个光波导片，光波导片设置在镜片上，用于将携带有图像信息的第一偏振态光和第二偏振态光耦出成像。
在一些实施方式中，图像生成模块可设置在镜腿处，图像生成模块生成具有的第一视场角的第一偏振态光以及具有第二视场角的第二偏振态光，以使光波导片耦出具有大于或者等于70°视场角的图像。
在一些实施方式中，该近眼显示系统可包括：两个图像生成模块和至少两个光波导片，用于使光波导片耦出的图像分别进入左眼和右眼。
在一些实施方式中，图像生成模块可设置在鼻托处，图像生成模块生成具有第一视场角的第一偏振态光以及具有的第二视场角的第二偏振态光，以使光波导片耦出具有大于或者等于70°视场角的图像分别进入左眼和右眼，其中，第一偏振态光和第二偏振态光携带有相同的图像信息。
在一些实施方式中，图像生成模块可设置在镜片上，并与光波导片相邻设置，图像生成模块生成具有第一视场角的第一偏振态光以及具有第二视场角的第二偏振态光，以使光波导片耦出具有大于或者等于140°视场角的图像。
在一些实施方式中，该近眼显示系统可包括：两个图像生成模块和至少两个光波导片，用于使光波导片耦出的图像分别进入左眼和右眼。
本申请提供的光波导片、光波导器件以及近眼显示系统，通过使第一偏振态光和第二偏振态光分别耦入至光波导片，能够使耦出成像具有与第一偏振态光和第二偏振态光对应的视场角范围，从而实现耦出成像的视场角具有30°至140°的变化范围。并且将其应用于近眼显示系统时，能够实现进入单眼的成像具有大于或者等于70°视场角的变化范围，甚至能够达到大于或等于140°视场角范围，以满足人眼的实际的视场角范围需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施方式所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本申请示例性实施方式的光波导片的光路结构示意图；
图2是根据本申请示例性实施方式的第一偏振态光和第二偏振态光的视场角分布图；
图3A是根据本申请实施方式一的第一耦出单元的光路图；
图3B是根据本申请实施方式一的第二耦出单元的光路图；
图4是根据本申请实施方式二的光波导片的光路结构示意图；
图5是根据本申请实施方式二的第一偏振态光和第二偏振态光的视场角分布图；
图6是根据本申请实施方式三的光波导片的光路结构示意图；以及
图7是根据本申请实施方式三的第一偏振态光和第二偏振态光的视场角分布图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。
本文使用的术语是为了描述特定示例性实施方式的目的，并且不意在进行限制。当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”表示存在所述特征、整体、元件、部件和/或它们的组合，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或它们的组合的存在性。
本文参考示例性实施方式的示意图来进行描述。本文公开的示例性实施方式不应被解释为限于示出的具体形状和尺寸，而是包括能够实现相同功能的各种等效结构以及由例如制造时产生的形状和尺寸偏差。附图中所示的位置本质上是示意性的，而非旨在对各部件的位置进行限制。
除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属技术领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的语境下的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
图1是根据本申请示例性实施方式的光波导片100的光路结构示意图。图2是根据本申请示例性实施方式的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2的视场角分布图。如图1和图2所示，光波导片100包括：基底110、耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140。
基底110可为透明的薄片状结构，其可作为耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140的载体，并且可用于传输经由耦入光栅120耦入而来的光。基底110可例如由高折射率的玻璃材料制成。
耦入光栅120可设置于基底110上。具体地，耦入光栅120可设置于基底110的一侧。耦入光栅110可将来自外部例如图像生成模块200的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2耦入至基底110中。
转折光栅130可设置于基底110上。可选地，转折光栅130可设置于基底110的与耦入光栅120相同的一侧。用于对耦入至基底110的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2进行一维扩瞳。
耦出光栅140可设置于基底110上。可选地，耦出光栅140可设置于基底110的与耦入光栅120和转折光栅130的相同的一侧。用于对一维扩瞳后的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2再次扩瞳后耦出成像。示例性地，第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可耦出至人眼，使人眼接收由图像生成模块200提供了虚拟图像信息。
在一些实施方式中，耦入光栅120可设置于两个转折光栅130的中部，耦出光栅140可与耦入光栅120和两个转折光栅130相邻设置。这样耦入光栅120可将耦入至基底110的第一偏振态光L1和第二偏振光L2分别向两个方向传输，并分别经过两个转折光栅130一维扩瞳后通过耦出光栅140再次扩瞳并耦出成像。应理解的是，耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140在基底110上的数量和排布方式不限于此，还可采用其它多种排布方式使第一偏振态光L1和第二偏振态光L2耦出成像。
耦出成像的视场角可为第一偏振态光L1形成的第一视场角FOV1和第二偏振态光L2形成的第二视场角FOV2的叠加。具体地，同一待成像的图像信息可分别通过第一偏振态光L1和第二偏振态光L2携带，并且第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可分别形成第一视场角FOV1和第二视场角FOV2。经由基底110传输以及转折光栅130和耦出光栅140扩瞳后，再以第一视场角FOV1和第二视场角FOV2叠加的视场角耦出成像。
通过使第一偏振态光和第二偏振态光分别耦入至光波导片，能够使耦出成像具有与第一偏振态光和第二偏振态光对应的视场角范围。更具体地，光波导片能够实现耦出成像的视场角具有30°至140°的变化范围。并且将其应用于近眼显示系统时，能够满足人眼的实际的视场角范围需求。
在一些实施方式中，耦入光栅120可包括第一耦入单元121和第二耦入单元122。第一耦入单元121和第二耦入单元122的排布方式可分别与耦入的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2对应。换言之，第一耦入单元121可与第一偏振态光L1的第一视场角FOV1对应，第二耦入单元122可与第二偏振态光L2的第二视场角FOV2对应。并且第一耦入单元121用于耦入第一偏振态光L1以及第二耦入单元122用于耦入第二偏振态光L2。
在一些实施方式中，转折光栅130可由交叠排列的第一转折单元131和第二转折单元132组成。第一转折单元131可用于转折第一偏振态光L1并对第一偏振态光L1一维扩瞳，第二转折单元132可用于转折第二偏振态光L2并对第二偏振态光L2一维扩瞳。可选地，第一转折单元131的数量可与第二转折单元132的数量相同。换言之，第一转折单元131在转折光栅130中的组成比例与第二转折单元132在转折光栅130中的组成比例相同。
在一些实施方式中，耦出光栅140可由交叠排列的第一耦出单元141和第二耦出单元142组成。第一耦出单元141可用于耦出第一偏振态光L1并对第一偏振态光L1二维扩瞳，第二耦出单元142可用于耦出第二偏振态光L2并对第二偏振态光L2二维扩瞳。可选地，第一耦出单元141的数量可与第二耦出单元142的数量相同。换言之，第一耦出单元141在耦出光栅140中的组成比例与第二耦出单元142在耦出光栅140中的组成比例相同。
第一偏振态光L1经第一耦入单元121耦入至基底110后，经由第一转折单元131和第一耦出单元141扩瞳，以第一视场角FOV1耦出部分图像。第二偏振态光L2经由第二耦入单元122耦入至基底110后，经由第二转折单元132和第二耦出单元142扩瞳，以第二视场角FOV2耦出另一部分图像。完整的图像可由第一视场角FOV1和第二视场角FOV2叠加耦出的图像呈现出来。
在一些实施方式中，第一视场角FOV1和第二视场角FOV2不重叠，这样可使第一偏振态光L1携带的图像和第二偏振态光L2携带的图像耦出后形成不重叠的图像。
在一些实施方式中，第一耦入单元121和第二耦入单元122可用于分别接收正交偏振态的第一偏振态光L1与第二偏振态光L2。具体地，第一偏振态光L1可为TM偏振光，第二偏振态光L2可为TE偏振光。
在一些实施方式中，第一耦入单元121和第二耦入单元122均为衍射光栅。在第一偏振态光L1耦入第一耦入单元121后，第一偏振态光L1的衍射角可大于基底110的临界全反射角。同样地，在第二偏振态光L2耦入第二耦入单元122后，第二偏振态光L2的衍射角可大于基底110的临界全反射角。可选地，第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可在基底110内发生全反射，以减少第一偏振态光L1和第二偏振态光L2在基底110中的传输损耗。
在一些实施方式中，第一偏振态光L1在经过第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141时发生衍射。同样地，第二偏振态光L2在经过第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142时也发生衍射，并且第一偏振态光L1的衍射角与第二偏振态光L2的衍射角不重叠。可选地，第一偏振态光L1的最大衍射角等于第二偏振态光L2的最小衍射角。作为另一种选择，第一偏振态光L1的最小衍射角等于第二偏振态光L2的最大衍射角。
第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141均由多个光栅微结构组成。同样地，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142也均由多个光栅微结构组成。多个光栅微结构可按照一定的周期和取向角排列，并且光栅微结构的周期和取向角可影响第一偏振态光L1或第二偏振态光L2的衍射方向，并影响耦出成像的视场角。
在一些实施方式中，第一转折单元131的光栅周期小于第一耦出单元141的光栅周期。同样地，第二转折单元132的光栅周期也小于第二耦出单元142的光栅周期。
在一些实施方式中，第一耦入单元121的光栅周期与第一耦出单元141的光栅周期相同。同样地，第二耦入单元122的光栅周期与第二耦出单元142的光栅周期相同。
在一些实施方式中，第一耦入单元121的光栅取向角、第一转折单元131的光栅取向角以及第一耦出单元141的光栅取向角相互不同。同样地，第二耦入单元122的光栅取向角、第二转折单元132的光栅取向角以及第二耦出单元142的光栅取向角相互不同。可选地，第一耦入单元121的光栅取向角与第一耦出单元141的光栅取向角相互垂直。同样地，第二耦入单元122的光栅取向角与第二耦出单元142的光栅取向角相互垂直。具体地，第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141的光栅取向角可分为别0°、45°以及90°。
在一些实施方式中，第一耦入单元121中包括多个取向角相同的第一耦入光栅微结构。第一转折单元131中包括多个取向角相同的第一转折光栅微结构。第一耦出单元141中包括多个取向角相同的第一耦出光栅微结构的。同样地，第二耦入单元122中包括多个取向角相同的第二耦入光栅微结构。第二转折单元132中包括多个取向角相同的第二转折光栅微结构。第二耦出单元142中包括多个取向角相同的第二耦出光栅微结构的。
换言之，用于接收相同偏振态光的耦入单元、转折单元以及耦出单元，各个单元内可由相同取向角的多个光栅微结构组成。这样可使每个单元中的各个区域对接收的偏振态光产生相同的衍射效果。
本申请还提供了一种光波导器件。该光波导器件可由多个上文中任一实施方式所描述的光波导片组成，这些光波导片可叠加设置，并且每个光波导片可用于接收指定波长的第一偏振态光和第二偏振态光。多个光波导片叠加在一起，并用于接收不同波长的第一偏振态光和第二偏振态光，能够实现光波导器件耦出成像的色彩合成。
可选地，该光波导器件可由三个上文中任一实施方式所描述光波导片叠加组成，分别用于接收红色、绿色以及蓝色的第一偏振态光和第二偏振态光，以实现光波导器件耦出成像的色彩合成。
本申请还提供了一种近眼显示系统。该近眼显示系统可具有与传统的眼镜相似的结构，由镜片、镜腿和鼻托等组成。该近眼显示系统还包括：至少一个图像生成模块，并且该图像生成模块可设置于镜片、镜腿或者鼻托处，用于提供携带有图像信息的第一偏振态光和第二偏振态光。并且该近眼显示系统可通过将上文中所描述的光波导片或光波导器件设置于镜片处，将第一偏振态光和第二偏振态光传输至人眼，使佩戴者能够感知图像生成模块提供的图像。
下面将结合附图详细地描述该近眼显示系统。
实施方式一
如图1所示，在实施方式一中，光波导片100设置于镜片上(未示出)。光波导片100的组成可参见上文，在此不再赘述。在光波导片100中，耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140设置于基底110上。耦入光栅120设置于两个转折光栅130的中部，并且靠近镜腿侧设置。耦入光栅120和两个转折光栅130与耦出光栅140相邻设置。
如图2所示，图像生成模块200可设置于镜腿处，图像生成模块200提供待传输至人眼的图像。图像生成模块200提供的图像信息可分别通过具有第一视场角FOV1为-17.5°至17.5°的第一偏振态光L1以及具有第二视场角FOV2为-35°至-17.5°和17.5°至35°的第二偏振态光L2携带。具体地，第一偏振态光L1为TM偏振光，第二偏振态光L2为TE偏振光。这样图像生成模块200能够通过第一偏振态光L1和第二偏振态光L2，以第一视场角FOV1和第二视场角FOV2相叠加的70°视场角入射至光波导片100。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第一偏振态光L1时，基于耦出成像的视场角为70°的需求，第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141的光栅周期P1可满足光栅方程(1)。
Figure BDA0003018022950000111
其中，n为光波导片的折射率，λ为第一偏振态光L1波长，
Figure BDA0003018022950000112
为第一偏振态光L1的入射角度，
Figure BDA0003018022950000113
为第一偏振态光L1的衍射角度。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第二偏振态光L2时，基于耦出成像的视场角为70°的需求，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142的光栅周期P2可满足光栅方程(2)。
Figure BDA0003018022950000114
其中，n为光波导片的折射率，λ为第二偏振态光L2波长，
Figure BDA0003018022950000115
为第二偏振光L2的入射角度，
Figure BDA0003018022950000116
为第二偏振态光L2的衍射角度。
图3A是根据本申请实施实施方式一的第一耦出单元141的光路图。图3B是根据本申请实施方式一的第二耦出单元142的光路图。
如图3A和3B所示，当光波导片100用于接收入射波长为460nm的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2时，第一耦入单元121和第一耦出单元141的光栅周期为343nm，第二耦入单元122和第二耦出单元142的光栅周期为430nm。第一转折单元131的光栅周期为243nm，第二转折单元132的光栅周期为304nm。并且第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141仅用于接收第一偏振态光L1，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142仅用于接收第二偏振态光L2。
在一些实施方式中，两个光波导片100可分别设置于两个镜片上，两个图像生成模块200则分别设置于两侧的镜腿处。这样经由两个光波导片100耦出的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可分别以70°的视场角传输至佩戴者的左眼和右眼。
应理解的是，本申请实施方式一中的近眼显示系统可采用由多个光波导片叠加形成的光波导器件代替。多个光波导片分别用于接收不同预设波长的第一偏振态光和第二偏振态光，以实现耦出成像的色彩合成。具体地，本申请实施方式一中的近眼显示系统可采用由三个光波导片叠加形成的光波导器件代替。三个光波导片分别用于接收红色、绿色、蓝色的第一偏振态光和第二偏振态光。
实施方式二
图4是根据本申请实施方式二的光波导片100的光路结构示意图。如图4所示，在实施方式二中，光波导片100设置于镜片上(未示出)。光波导片100的组成可参见上文，在此不再赘述。耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140设置于基底110上。转折光栅130和耦出光栅140相邻设置，耦入光栅120设置于两个转折光栅130和两个耦出光栅140的中部，并靠近鼻托处设置。
图5是根据本申请实施方式二的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2的视场角分布图。如图5所示，图像生成模块200可设置于鼻托处，图像生成模块200提供待传输至人眼的图像。图像生成模块200提供的图像信息可分别通过具有第一视场角FOV1为-30°至8°的第一偏振态光L1以及具有第二视场角FOV2为8°至40°的第二偏振态光L2携带。具体地，第一偏振态光L1为TM偏振光，第二偏振态光L2为TE偏振光。这样图像生成模块200能够通过第一偏振态光L1和第二偏振态光L2，以第一视场角FOV1和第二视场角FOV2相叠加的70°视场角入射至光波导片100。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第一偏振态光L1时，基于耦出成像的视场角为70°的需求，第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141的光栅周期P1可满足实施方式一中的光栅方程(1)。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第二偏振态光L2时，基于耦出成像的视场角为70°的需求，第二耦入单元121、第二转折单元131以及第二耦出单元141的光栅周期P2可满足实施方式一中的光栅方程(2)。
当光波导片100用于接收入射波长为460nm的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2时，第一耦入单元121和第一耦出单元141的光栅周期为306nm，第二耦入单元122和第二耦出单元142的光栅周期为460nm。第一转折单元131的光栅周期为216nm，第二转折单元132的光栅周期为325nm。并且第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141仅由于接收第一偏振态光L1，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142仅用于接收第二偏振态光L2。
在一些实施方式中，两个光波导片100可分别设置于两个镜片上，一个图像生成模块200则设置于鼻托处。并且图像生成模块200生成的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2携带相同的图像内容。这样经由两个光波导片100耦出的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可分别以70°的视场角传输至左眼和右眼。
应理解的是，本申请实施方式二中的近眼显示系统可采用由多个光波导片叠加形成的光波导器件代替。多个光波导片分别用于接收不同预设波长的第一偏振态光和第二偏振态光，以实现耦出成像的色彩合成。具体地，本申请实施方式二中的近眼显示系统可采用由三个光波导片叠加形成的光波导器件代替。三个光波导片分别用于接收红色、绿色、蓝色的第一偏振态光和第二偏振态光
实施方式三
图6是根据本申请实施方式三的光波导片的光路结构示意图。如图6所示，在实施实施方式三中，光波导片100设置于镜片上(未示出)。光波导片100的组成可参见上文，在此不再赘述。耦入光栅120、转折光栅130和耦出光栅140设置于基底110上。耦入光栅120设置于两个转折光栅130的中部，耦出光栅140和耦入光栅120与转折光栅130相邻设置。
图7是根据本申请实施方式三的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2的视场角分布图。如图7所示，图像生成模块200可设置于镜片上，并与光波导片100的耦入光栅120相邻设置。图像生成模块200提供待传输至人眼的图像。图像生成模块200提供的图像信息可分别通过具有第一视场角FOV1为-35°至35°的第一偏振态光L1以及具有第二视场角FOV2为-70°至-35°和35°至70°的第二偏振态光L2携带。具体地，第一偏振态光L1为TM偏振光，第二偏振态光L2为TE偏振光。这样图像生成模块200能够通过第一偏振态光L1和第二偏振态光L2，以第一视场角FOV1和第二视场角FOV2相叠加的140°视场角入射至光波导片100。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第一偏振态光L1时，基于耦出成像的视场角为140°的需求，第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141的光栅周期P1可满足实施方式一中的光栅方程(1)。
当光波导片100用于接收预设入射波长的第二偏振态光L2时，基于耦出成像的视场角为140°需求，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142的周期P2可满足实施方式一中的光栅方程(2)。
当光波导片100用于接收入射波长为460nm的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2时，第一耦入单元121和第一耦出单元141的光栅周期为431nm，第二耦入单元122和第二耦出单元142的光栅周期为657nm。第一转折单元131的光栅周期为304nm，第二转折单元132的光栅周期为464nm。并且第一耦入单元121、第一转折单元131以及第一耦出单元141仅由于接收第一偏振态光L1，第二耦入单元122、第二转折单元132以及第二耦出单元142仅用于接收第二偏振态光L2。
在一些实施方式中，两个光波导片100可分别设置于两个镜片上，两个图像生成模块200则设置于两个镜片上并与光波导片100的耦入光栅120相邻的位置处。这样经由两个光波导片100耦出的第一偏振态光L1和第二偏振态光L2可分别以140°的视场角传输至左眼和右眼。
应理解的是，本申请实施方式三中的近眼显示系统可采用由多个光波导片叠加形成的光波导器件代替。多个光波导片分别用于接收不同预设波长的第一偏振态光和第二偏振态光，以实现耦出成像的色彩合成。具体地，本申请实施方式三中的近眼显示系统可采用由三个光波导片叠加形成的光波导器件代替。三个光波导片分别用于接收红色、绿色、蓝色的第一偏振态光和第二偏振态光。
值得注意的是，本申请提供的近眼显示系统接收的第一偏振态光和第二偏振态光的视场角范围和分布方式不限于此，还可用于接收30°至140°视场角范围内任意分布方式的具有第一视场角的第一偏振态光和具有第二视场角的第二偏振态光。此外，当本申请提供的近眼显示显示系统采用如实施方式三中的设置方式时，其还可用于接收大于140°视场角范围内任意分布方式的第一偏振态光和第二偏振态光。
通过使第一偏振态光和第二偏振态光分别耦入至光波导片，能够使耦出成像具有与第一偏振态光和第二偏振态光对应的30°至140°范围内任意角度的视场角。该近眼显示系统能够实现进入单眼的成像具有大于或者等于70°视场角的变化范围，甚至能够达到大于或等于140°视场角范围，以满足人眼的实际的视场角范围需求。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.光波导片，其特征在于，包括：
基底；
耦入光栅，设置在所述基底上，用于将来自外部的第一偏振态光和第二偏振态光耦入至所述基底；
转折光栅，设置在所述基底上，用于对耦入至所述基底的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光进行扩瞳；以及
耦出光栅，设置在所述基底上，用于对扩瞳后的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光耦出成像；
其中，所述耦出成像的视场角为所述第一偏振态光形成的第一视场角和所述第二偏振态光形成的第二视场角的叠加。
2.根据权利要求1所述的光波导片，其特征在于，所述耦入光栅包括：
第一耦入单元，其排列方式与所述第一视场角对应，用于将所述第一偏振态光耦入至所述基底；以及
第二耦入单元，其排列方式与所述第二视场角对应，用于将所述第二偏振态光耦入至所述基底。
3.根据权利要求2所述的光波导片，其特征在于，所述转折光栅包括：
第一转折单元和第二转折单元，交替排列在所述基底上，分别用于将耦入至所述基底的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光进行扩瞳。
4.根据权利要求3所述的光波导片，其特征在于，所述耦出光栅包括：
第一耦出单元和第二耦出单元，交替排列在所述基底上，分别用于将扩瞳后的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光耦出成像。
5.根据权利要求1所述的光波导片，其特征在于，所述第一视场角与所述第二视场角不重叠。
6.根据权利要求2所述的光波导片，其特征在于，所述第一耦入单元和所述第二耦入单元分别用于接收正交偏振态的所述第一偏振态光与所述第二偏振态光。
7.根据权利要求6所述的光波导片，其特征在于，所述第一偏振态光包括TM偏振光，所述第二偏振态光包括TE偏振光。
8.根据权利要求2所述的光波导片，其特征在于，所述第一耦入单元和所述第二耦入单元中的每一个包括衍射光栅，经由所述第一耦入单元后的所述第一偏振态光的衍射角和经由所述第二耦入单元后的所述第二偏振态光的衍射角均大于所述基底的临界全反射角。
9.光波导器件，其特征在于，包括：多个如权利要求1至8中任一项所述的光波导片，多个所述光波导片叠加设置，用于接收不同波长的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光，以实现所述光波导片耦出成像的色彩合成。
10.近眼显示系统，包括：镜片、镜腿和鼻托，其特征在于，所述近眼显示系统还包括：
至少一个图像生成模块，所述图像生成模块设置在所述镜腿、所述镜片和所述鼻托的其中之一处，用于生成携带有图像信息的第一偏振态光和第二偏振态光；以及
至少一个光波导片，所述光波导片设置在所述镜片上，用于将携带有图像信息的所述第一偏振态光和所述第二偏振态光耦出成像。
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