CN115202044A - 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法 - Google Patents

光波导器件、增强现实显示设备及显示方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115202044A
CN115202044A CN202110400805.5A CN202110400805A CN115202044A CN 115202044 A CN115202044 A CN 115202044A CN 202110400805 A CN202110400805 A CN 202110400805A CN 115202044 A CN115202044 A CN 115202044A
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
substrate
waveguide device
optical waveguide
turning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110400805.5A
Other languages
English (en)
Inventor
吴尚亮
陈俊逸
柴诚哲
谢前森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd filed Critical Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd
Priority to CN202110400805.5A priority Critical patent/CN115202044A/zh
Publication of CN115202044A publication Critical patent/CN115202044A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0026—Wavelength selective element, sheet or layer, e.g. filter or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view

Abstract

本申请公开了一种光波导器件，其包括：图像生成模块，生成携带不同图像的两个光束；基底，用作所述光束的传播介质；双向耦入光栅，设置于所述基底上，用于将所述两个光束耦入至所述基底中；转折光栅，设置于所述基底上并设置在所述双向耦入光栅的外部以至少部分地围绕所述双向耦入光栅，所述转折光栅对经所述双向耦入光栅耦入至所述基底中的光束进行扩瞳；以及耦出光栅，设置于所述基底上并与所述转折光栅相邻排布，所述耦出光栅使得经所述转折光栅扩瞳的光束耦出并在至少两个区域上进行成像。

Description

光波导器件、增强现实显示设备及显示方法
技术领域
本申请涉及光学器件领域，更具体地，涉及一种光波导器件、包括该光波导器件的增强现实显示设备以及应用该光波导器件的显示方法。
背景技术
增强现实显示是目前显示领域的一大热点，但现有的增强现实显示装置通常只能显示二维图像。然而，在现实生活中，人眼看到的真实物体几乎都是三维的，所以现有的增强现实显示装置因缺乏成像的真实感而不能完全满足人们对于增强现实显示装置的成像要求。因此，如何将三维显示集成到增强现实显示中是当前该领域一个亟待解决的问题。
此外，现有技术中的增强现实显示装置在整个眼盒范围内只能看到相同的显示内容，显示效果单一。如果在不同位置可以显示不同的内容，则可以进一步增加显示的丰富性，提高用户的应用体验。
发明内容
本申请提供的光波导器件及包括该光波导器件的增强现实显示设备可解决或至少部分地解决上述现有技术中所存在的问题。
一方面，本申请提供了一种光波导器件，其包括：图像生成模块，生成携带不同图像的两个光束；基底，用作所述光束的传播介质；双向耦入光栅，设置于所述基底上，用于将所述两个光束耦入至所述基底中；转折光栅，设置于所述基底上并设置在所述双向耦入光栅的外部以至少部分地围绕所述双向耦入光栅，所述转折光栅对经所述双向耦入光栅耦入至所述基底中的光束进行扩瞳；以及耦出光栅，设置于所述基底上并与所述转折光栅相邻排布，所述耦出光栅使得经所述转折光栅扩瞳的光束耦出并在至少两个区域上进行成像。
在一些实施方式中，经所述转折光栅扩瞳的光束从所述耦出光栅耦出并在三个区域上进行成像。
在一些实施方式中，所述两个光束包括携带第一图像的第一光束和携带第二图像的第二光束，以及所述第一图像和所述第二图像分别在所述三个区域中的两个区域上成像。
在一些实施方式中，所述三个区域包括并排排列的第一区域、第二区域和第三区域，其中，所述第二区域介于所述第一区域和所述第三区域之间。所述第一图像在所述第一区域和所述第二区域上成像，以及所述第二图像在所述第二区域和所述第三区域上成像，以实现增强现实显示的效果。
在一些实施方式中，所述耦出光栅为像素化的光栅，包括多个像素光栅单元。
在一些实施方式中，每个像素光栅单元具有多个栅结构单体，每个像素光栅单元的多个栅结构单体在与像素光栅单元所在的平面平行的平面上呈周期分布。
在一些实施方式中，每个像素光栅单元具有表征多个栅结构单体的分布规律的分布周期Λ，所述多个像素光栅单元中的至少部分像素光栅单元的分布周期Λ彼此不同。
在一些实施方式中，所述多个像素光栅单元中的全部像素光栅单元的分布周期Λ彼此不同。
在一些实施方式中，所述多个像素光栅单元中的至少部分像素光栅单元的栅结构单体的取向角φ彼此不同。
在一些实施方式中，所述多个像素光栅单元中的全部像素光栅单元的栅结构单体的取向角φ彼此不同。
在一些实施方式中，通过调节所述耦出光栅上不同位置处的像素光栅单元的分布周期Λ和所述栅结构单体的取向角φ，使得经所述耦出光栅耦出的光束在至少两个区域上进行成像。
在一些实施方式中，所述两个光束以不同的角度入射至所述双向耦入光栅。
在一些实施方式中，所述两个光束以对称的角度入射至所述双向耦入光栅。
在一些实施方式中，所述双向耦入光栅的衍射角大于所述基底的全反射角，以及所述双向耦入光栅以衍射的方式将所述两个光束以大于所述基底的全反射角的角度耦入至所述基底中。
在一些实施方式中，所述图像生成模块生成的两个光束分别携带内容相同且视角不同的两个图像。
在一些实施方式中，所述图像生成模块生成的两个光束分别携带内容不同的两个图像。
在一些实施方式中，所述基底由高透明度材料形成。
在一些实施方式中，所述双向耦入光栅、所述转折光栅以及所述耦出光栅由可压印胶水形成。
在一些实施方式中，形成所述双向耦入光栅、所述转折光栅以及所述耦出光栅的材料与形成所述基底的材料相同。
在一些实施方式中，所述图像生成模块包括电光调制器、声光调制器、数字光投影仪、硅基液晶投影仪、MEMS投影仪。
在一些实施方式中，所述双向耦入光栅、所述转折光栅以及所述耦出光栅中的每一个均具有多个微结构，所述微结构形成为直齿状、斜齿状、半球状、倾斜状、圆柱状或棱柱状。
在一些实施方式中，所述双向耦入光栅包括设置在所述基底的上表面上的第一双向耦入光栅和设置在所述基底的下表面上的第二双向耦入光栅；所述转折光栅包括设置在所述基底的上表面上的第一转折光栅和设置在所述基底的下表面上的第二转折光栅；以及所述耦出光栅包括设置在所述基底的上表面上的第一耦出光栅和设置在所述基底的下表面上的第二耦出光栅。
另一方面，本申请还提供了一种增强现实显示设备，其包括如上所述的光波导器件。
又一方面，本申请还提供了一种应用于如上所述的光波导器件的显示方法。显示方法可包括：通过所述双向耦入光栅将由所述图像生成模块生成的两个光束耦入至所述基底，并使所述两个光束沿所述基底传播；通过所述转折光栅对所述两个光束进行扩瞳；以及使经扩瞳的光束通过所述耦出光栅耦出并在至少两个区域上进行成像。
根据本申请的上述实施方式的光波导器件可实现例如运动视差或双目视差的显示效果，或者可实现将相同内容的两个不同视角的图像或者两个不同内容的图像呈现到不同位置的增强现实显示的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中：
图1是根据本申请一个实施方式的光波导器件的示意图；
图2是根据本申请一个实施方式的光波导器件的示意图；
图3是根据本申请一个实施方式的耦出光栅的像素光栅单元的多个栅结构单体的排布周期示意图；
图4是根据本申请一个实施方式的耦出光栅的取向角的示意图；
图5是根据本申请的一个实施方式的光波导器件的示意图；
图6是基于本申请的光波导器件的显示系统的示意图；
图7是根据本申请一个实施方式的耦入光栅的工作原理示意图；
图8是三维图像的不同视角示意图；以及
图9是不同视角加载的不同图像示意图。
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。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关所列项中的任何一个及任何两个或更多的任何组合。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
相对于示例或实施方式的措辞“可”的使用(例如，关于示例或实施方式可包括或实现的内容)意指存在包括或实现这种特征的至少一个示例或实施方式，而全部示例或实施方式不限于此。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。例如，在不背离本申请教导的情况下，本文中的第一双向耦入光栅也可以称为第二双向耦入光栅，第二双向耦入光栅也可以称为第一双向耦入光栅。
在附图中，为了便于说明，可能已稍微夸大了各部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在整个说明书中，当诸如一个元件被描述为位于另一元件“上”、“连接到”或“联接到”另一元件时，该元件可直接位于该另一元件“上”、直接“连接到”或直接“联接到”该另一元件，或者可存在介于该元件与该另一元件之间的一个或多个其它元件。相反地，当元件被描述为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，则可不存在介于该元件与该另一元件之间的其它元件。
为了便于描述，可在本文中使用诸如“在……上方”、“较上”、“在……下方”和“较下”等空间相对措辞来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。除附图中描绘的定向之外，这种空间相对措辞旨在包括设备在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在另一元件“上方”或相对于另一元件“较上”的元件将在该另一元件“下方”或相对于该另一元件“较下”。因此，根据设备的空间定向，措辞“在……上方”包括“在……上方”和“在……下方”两种定向。设备还可以以其它方式定向(例如，旋转90度或处于其它定向)，并且应相应地解释本文中使用的空间相对措辞。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除还存在一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰列表中的全部特征，而不是仅仅修饰列表中的单独元件。
如在本文中使用的，词语“大致”、“大约”、“基本上”以及类似的词语用作表近似的词语，而不用作表程度的词语，并且旨在说明本领域普通技术人员能够认识到的测量值或计算值中的固有偏差。
除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，术语(例如在常用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义进行解释，除非本文中明确如此限定。
下面将参考附图来详细说明本申请的示例性实施方式。
图1是根据本申请一个实施方式的光波导器件的示意图。图2是根据本申请一个实施方式的光波导器件的具体实现方式的示意图。接下来，将结合图1和图2详细介绍根据本申请实施方式的光波导器件100及其各组成部分。
如图1所示，根据本申请实施方式的光波导器件100可包括图像生成模块10、基底20、双向耦入光栅30、转折光栅40以及耦出光栅50。
图像生成模块10可用于生成携带图像的光束。在一些实施方式中，图像生成模块10可生成携带不同图像的两个光束。两个光束可例如分别携带内容相同但视角不同的图像，或者，两个光束还可例如分别携带不同内容的图像。作为示例，图像生成模块10可以是空间调制器、电光调制器、声光调制器、数字光投影仪、硅基液晶投影仪、MEMS投影仪。
基底20可用作光束的传播介质。另外，基底20还用作为双向耦入光栅30、转折光栅40以及耦出光栅50的设置基板。基底20的材料可以选用高透明度材料，例如玻璃或塑料等。
双向耦入光栅30可设置于基底20上，用于将光束耦入至基底20中。图像生成模块10生成的例如两个光束可以以不同的角度入射至双向耦入光栅30。作为示例，两个光束可以以对称的角度入射至双向耦入光栅30中。
双向耦入光栅30可以将图像生成模块10生成的携带图像的例如两个光束耦入至基底20中。双向耦入光栅30的衍射角可大于基底20的全反射角，即，双向耦入光栅30以衍射的方式将图像生成模块10生成的例如两个光束以大于基底20的全反射角的角度耦入至基底20中。此外，双向耦入光栅30区域的材料可以是例如可压印胶水，或者可以是与基底20材料相同的高透明度材料，例如玻璃或塑料等。
转折光栅40可设置于基底20上并设置在双向耦入光栅30的外部以至少部分地围绕双向耦入光栅30。在一些实施方式中，转折光栅40可对称形成在双向耦入光栅30的两侧。转折光栅40可对经双向耦入光栅30耦入至基底20中的光束所携带的图像进行扩瞳。转折光栅40的材料可以是例如可压印胶水，或者可以是与基底20材料相同的高透明度材料，例如玻璃或塑料等。
经扩瞳后的携带图像的两个光束分别到达耦出光栅50，其中一部分光束经由靠近转折光栅40的耦出光栅50的部分耦出成像，另一部分光束往远离转折光栅40的耦出光栅50的部分传递并从远离转折光栅40的耦出光栅50的部分处耦出成像。在一些实施方式中，光束可以到达耦出光栅50的整个区域。
耦出光栅50可与转折光栅40相邻排布设置于基底20上。耦出光栅50可以使得经转折光栅40扩瞳的光束耦出并在至少两个区域上进行成像。例如，经转折光栅40扩瞳的光束可以从耦出光栅50耦出并在三个不同的区域上进行成像。在一些实施方式中，耦出光栅50可以是像素化的光栅，并可包括多个像素光栅单元，每个像素光栅单元可更进一步地包括多个栅结构单体。耦出光栅50的材料可以是例如可压印胶水，或者可以是与基底20材料相同的高透明度材料，例如玻璃或塑料等。
在一些实施方式中，双向耦入光栅30、转折光栅40和耦出光栅50可以设置在基底20的同一个表面上。可选地，双向耦入光栅30、转折光栅40和耦出光栅50均可以设置在基底20的两个表面上。在这种情况下，双向耦入光栅30可包括设置在基底20的上表面上的第一双向耦入光栅和设置在基底20的下表面上的第二双向耦入光栅；转折光栅40可包括设置在基底20的上表面上的第一转折光栅和设置在基底20的下表面上的第二转折光栅；以及耦出光栅50可包括设置在基底20的上表面上的第一耦出光栅和设置在基底20的下表面上的第二耦出光栅。
双向耦入光栅30、转折光栅40和耦出光栅50可以是表面浮雕光栅。在一些实施方式中，双向耦入光栅30、转折光栅40和耦出光栅50可以包括微纳米结构光栅。微纳米结构可以形成为半球状、倾斜状、直齿状、斜齿状、圆柱状或棱柱状等，本申请不限于此。
图3是根据本申请一个实施方式的耦出光栅50的一个像素光栅单元的多个栅结构单体的分布周期示意图。
耦出光栅为像素化的光栅，并且包括多个像素光栅单元。每个像素光栅单元具有多个栅结构单体，每个像素光栅单元的多个栅结构单体在与像素光栅单元所在的平面平行的平面上呈周期分布。
如图3所示，多个栅结构单体的分布周期例如可用Λ表示。即，每个像素光栅单元可具有表征多个栅结构单体的分布规律的分布周期Λ。当将两个相邻的栅结构单体的突起部之间的间距定义为e，并且将单个突起部的宽度定义为d时，多个栅结构单体的分布周期Λ应当为二者之和，即Λ＝e+d。对于耦出光栅50所包括的各个像素光栅单元来讲，其中的栅结构单体的分布周期Λ可部分不同或者全部不同。换言之，多个像素光栅单元中的至少部分像素光栅单元的分布周期Λ可以彼此不同。在一个特定实施方式中，多个像素光栅单元中的全部像素光栅单元的分布周期Λ均彼此不同。此外，栅结构单体还具有高度h。在一些实施方式中，栅结构单体的高度h小于宽度d。
图4是根据本申请一个实施方式的耦出光栅50的一个像素光栅单元中包括的栅结构单体的取向角示意图。
如图4所示，激光光源10-1发射出携带图像的光束L1，经耦出光栅50上的像素光栅单元50-1衍射后射出衍射光L2。以像素光栅单元50-1所在的平面为xz平面，其中，在位于光束发出点的激光光源10-1处面向像素光栅单元50-1的视角下，将沿像素光栅单元50-1的水平边向右的方向定义为x轴的正方向，将沿像素光栅单元50-1的竖直边向上的方向定义为z轴的正方向，并将垂直于xz平面指向像素光栅单元50-1的出光侧的方向定义为y轴的正方向，以建立笛卡尔垂直坐标系。
像素光栅单元中的多个栅结构单体的取向角例如可用
Figure BDA0003020303480000092
表示，具体地，取向角
Figure BDA0003020303480000093
可指代栅结构单体的法线在上述笛卡尔垂直坐标系中与Y轴的夹角。可选地，取向角
Figure BDA0003020303480000094
满足：
Figure BDA0003020303480000091
其中，
α是激光光源10-1发射出携带图像的光束L1在上述笛卡尔垂直坐标系中与x轴的夹角；
β是激光光源10-1发射出携带图像的光束L1在上述笛卡尔垂直坐标系中与z轴的夹角；
α1是经耦出光栅50上的像素光栅单元50-1衍射后射出的衍射光L2在上述笛卡尔垂直坐标系中与x轴的夹角；
β1是经耦出光栅50上的像素光栅单元50-1衍射后射出的衍射光L2在上述笛卡尔垂直坐标系中与z轴的夹角。
此外，对于耦出光栅50所包括的各个像素光栅单元而言，其中的栅结构单体的取向角
Figure BDA0003020303480000095
亦可部分不同或者全部不同。换言之，多个像素光栅单元中的至少部分像素光栅单元的栅结构单体的取向角φ可以彼此不同。在一个特定实施方式中，多个像素光栅单元中的全部像素光栅单元的栅结构单体的取向角φ均彼此不同。
进一步可以理解的是，像素化的耦出光栅50可以是变周期、变取向光栅，即，如前所述，像素化的耦出光栅50所包括的各个不同位置的各个不同像素光栅单元中的栅结构单体的分布周期Λ和取向角
Figure BDA0003020303480000096
可以部分不同或可以全部不同。基于广义衍射定律，可以通过调节耦出光栅50上不同位置的不同像素光栅单元中的栅结构单体的分布周期Λ和取向角
Figure BDA0003020303480000097
使内容相同但视角不同的两个图像或内容不同的两个图像光束分别衍射至至少两个区域。至少两个区域可例如包括第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域例如可看到一个视角或者不同内容中的一个内容，第二区域例如可看到两个不同视角或者两个不同内容的图像，以及第三区域例如可看到另一个视角或者不同内容中的另一个内容，从而实现可以将内容相同但视角不同的两个图像或者内容不同的两个图像呈现到不同位置的增强现实显示效果。
图5是根据本申请的一个实施方式的光波导器件的示意图。图6是基于本申请的光波导器件的显示系统的示意图。图7是根据本申请一个实施方式的耦入光栅的工作原理示意图。
如图5所示，光波导器件100主要包括双向耦入光栅30，转折光栅40以及耦出光栅50。耦出光栅50为像素化的光栅。
图像生成模块10(图5中未示出)可同时加载三维图像的不同视角。当图像生成模块10生成三维图像的两个不同视角时，其可将两个视角的三维图像以不同的角度入射至双向耦入光栅30。例如，图像生成模块10可以将两个不同视角的三维图像10a和10b以不同的角度入射至双向耦入光栅30中。双向耦入光栅30分别将这两个视角的内容耦入至光波导器件100的基底20中。基底20可例如是玻璃基材等，并且基底20的全反射角需要小于耦入光栅30的衍射角。两个视角的三维图像经全反射后到达转折光栅40，转折光栅40的主要作用是对耦入的图像内容进行扩瞳，经扩瞳后的图像到达像素化的耦出光栅50区域。基于广义衍射定律，通过调节耦出光栅50不同位置像素光栅的周期和取向角，可使图像内容分别耦出至不同位置。
例如，如图6所示，经像素化耦出光栅后的图像内容显示区域可分为三个区域，区域A1内可以看到的内容C1只包括三维图像的一个视角(由光线L1所携带的图像信息，即10b携带的图像信息)，区域A2内可以看到的内容C2包括三维图像的一个视角(由光线L1所携带的图像信息和由光线L2所携带的图像信息)，而区域A3内可以看到的内容C3只包括三维图像的另一个视角(由光线L2所携带的图像信息，即10a所携带的图像信息)。
图8是三维图像的不同视角示意图，以及图9是不同视角加载的不同图像示意图。
在一个实施方式中，如将此波导器件100应用于波导型抬头显示系统时，例如图像生成模块10同时加载如图8所示的两个视角V1和V2的三维图像，当驾驶员的中心位于区域A2的中心时，此时驾驶员的左右眼可分别看到三维图像的视角V1和视角V2，形成双目视差，经驾驶员大脑融合后可形成真三维显示。当驾驶员经区域A1移动到区域A3时，驾驶员看到的内容将由视角V2变为视角V1，形成运动视差。因此，基于此波导器件100的抬头显示系统的显示内容将更加接近真实世界中人眼看到的真实的三维物体。
此外，根据本申请实施方式的光波导器件100还可以用于增强现实眼镜等领域，其可实现在不同位置看到不同内容的显示、以及可实现双目视差和运动视差的原理与上述原理相近，在此处不再赘述。
在一个实施方式中，对于同样的上述光波导器件100，图像生成模块10同时加载如图9所示的两个视角V3和V4分别为不同内容的图像，此时波导器件100的不同区域将显示完全不同的内容，即经像素化耦出光栅后的图像内容在三个不同显示区域分别显示的内容为：区域A1内可以看到的内容C1只包括字母CD，区域A2内可以看到的内容C2包括字母ABCD，而区域A3内可以看到的内容C3只包括字母AB。
在另一个实施方式中，将此光波导器件100应用于波导型抬头显示系统时，例如驾驶员位置可看到区域A1内的内容字母CD，副驾驶位置看到区域A3的内容字母AB，后排乘客则有可能看到区域A2内的内容，区域A2的内容包括两个视角V3和V4中的内容，即字母ABCD。
根据本申请实施方式的光波导器件可实现例如运动视差或双目视差的效果，或者可实现例如将相同内容的两个不同视角或者两个不同内容的图像呈现到不同位置的增强现实显示的效果。
本申请还提供了一种增强现实显示设备，其可以包括如上所述的光波导器件。该增强现实显示设备可以实现例如运动视差或双目视差的效果，或者可实现例如将相同内容的两个不同视角或者两个不同内容的图像呈现到不同位置的增强现实显示的效果。
本申请还提供了一种显示方法，其可以应用于如上所述的光波导器件。该显示方法可以包括：通过双向耦入光栅30将由图像生成模块10生成的两个光束耦入至基底20，并使两个光束沿基底20传播；通过转折光栅40对两个光束进行扩瞳；以及使经扩瞳的光束通过耦出光栅50耦出并在至少两个区域上进行成像。
在一些实施方式中，经扩瞳的光束通过耦出光栅50耦出并在三个区域上进行成像。
本申请中描述的特征可以以不同形式实施，并且不应被理解为限于本申请中描述的示例。更确切地，提供本申请中描述的示例仅仅是为了说明实现本申请中描述的方法、装置和/或系统的诸多可能方式中的一些方式，这些方式将在理解本申请的公开内容之后显而易见。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互结合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。
最后，需要说明的是，以上描述仅为本申请的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在不脱离技术构思的情况下，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也应被涵盖在本申请所涉及的保护范围内。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)

1.一种光波导器件，其特征在于，包括：
图像生成模块，生成携带不同图像的两个光束；
基底，用作所述光束的传播介质；
双向耦入光栅，设置于所述基底上，用于将所述两个光束耦入至所述基底中；
转折光栅，设置于所述基底上并设置在所述双向耦入光栅的外部以至少部分地围绕所述双向耦入光栅，所述转折光栅对经所述双向耦入光栅耦入至所述基底中的光束进行扩瞳；以及
耦出光栅，设置于所述基底上并与所述转折光栅相邻排布，所述耦出光栅使得经所述转折光栅扩瞳的光束耦出并在至少两个区域上进行成像。
2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，经所述转折光栅扩瞳的光束从所述耦出光栅耦出并在三个区域上进行成像。
3.根据权利要求2所述的光波导器件，其特征在于，所述两个光束包括携带第一图像的第一光束和携带第二图像的第二光束，以及
所述第一图像和所述第二图像分别在所述三个区域中的两个区域上成像。
4.根据权利要求3所述的光波导器件，其特征在于，
所述三个区域包括并排排列的第一区域、第二区域和第三区域，其中，所述第二区域介于所述第一区域和所述第三区域之间，
所述第一图像在所述第一区域和所述第二区域上成像，以及所述第二图像在所述第二区域和所述第三区域上成像，以实现增强现实显示的效果。
5.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦出光栅为像素化的光栅，包括多个像素光栅单元。
6.根据权利要求5所述的光波导器件，其特征在于，每个像素光栅单元具有多个栅结构单体，每个像素光栅单元的多个栅结构单体在与像素光栅单元所在的平面平行的平面上呈周期分布。
7.根据权利要求6所述的光波导器件，其特征在于，每个像素光栅单元具有表征多个栅结构单体的分布规律的分布周期Λ，所述多个像素光栅单元中的至少部分像素光栅单元的分布周期Λ彼此不同。
8.根据权利要求7所述的光波导器件，其特征在于，所述多个像素光栅单元中的全部像素光栅单元的分布周期Λ彼此不同。
9.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括：
如权利要求1-8中任一项所述的光波导器件。
10.一种显示方法，应用于如权利要求1-8中任一项所述的光波导器件，所述显示方法包括：
通过所述双向耦入光栅将由所述图像生成模块生成的两个光束耦入至所述基底，并使所述两个光束沿所述基底传播；
通过所述转折光栅对所述两个光束进行扩瞳；以及
使经扩瞳的光束通过所述耦出光栅耦出并在至少两个区域上进行成像。
CN202110400805.5A 2021-04-14 2021-04-14 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法 Pending CN115202044A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110400805.5A CN115202044A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110400805.5A CN115202044A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115202044A true CN115202044A (zh) 2022-10-18

Family

ID=83574141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110400805.5A Pending CN115202044A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115202044A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297331A (zh) * 2018-03-23 2019-10-01 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示方法
CN110531525A (zh) * 2018-05-25 2019-12-03 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 用于实现三维图像近眼显示的装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110297331A (zh) * 2018-03-23 2019-10-01 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示方法
CN110531525A (zh) * 2018-05-25 2019-12-03 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 用于实现三维图像近眼显示的装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3443402B1 (en) Waveguides with extended field of view
CN110764261B (zh) 一种光波导结构、ar设备光学成像系统及ar设备
KR102350385B1 (ko) 출사동 확장 회절 광학 웨이브가이딩 장치
EP2912369B1 (en) Illumination device
CN112817153B (zh) 一种大视场角的光学扩瞳装置、显示装置及方法
US20200310135A1 (en) Multibeam element-based near-eye display, system, and method
CN101688977B (zh) 衍射扩束器和基于衍射扩束器的虚拟显示器
CN113325506A (zh) 一种全息光波导镜片及增强现实显示装置
CN107015368B (zh) 一种近眼双目显示装置
US20230213770A1 (en) Image light guide with zoned diffractive optic
EP4290294A1 (en) Optical apparatus and display device
CN113495319A (zh) 光学结构和光学装置
CN113168003A (zh) 用于增强现实设备中的高效目镜的方法和系统
WO2022115580A1 (en) Image light guide with zoned diffractive optic
CN111766704A (zh) 一种光学器件、显示设备及其输出光和显示图像的方法
CN114051593B (zh) 近眼显示设备、包括其的增强现实眼镜及其操作方法
CN113325505A (zh) 一种光波导镜片及三维显示装置
CN113325501A (zh) 一种多向衍射扩展光波导镜片及增强现实显示装置
CN211928226U (zh) 一种光波导镜片及三维显示装置
CN114280790B (zh) 一种衍射光波导器件及近眼显示设备
WO2022008378A1 (en) Reflective in-coupler design with high refractive index element using second diffraction order for near-eye displays
CN115202044A (zh) 光波导器件、增强现实显示设备及显示方法
EP4050401A1 (en) Optical system and mixed reality device
CN116400502A (zh) 光传输结构和头戴显示设备
CN115079334A (zh) 衍射光波导装置及其方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination