CN116520584B - 一种lbs超薄波导 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增强现实技术领域，公开了一种LBS超薄波导，包括：LBS，层叠设置的支撑基底、薄波导和保护盖板，角度选择光学膜、耦入元件和耦出元件；LBS，用于向耦入元件发出光线；耦入元件，用于将光线耦入薄波导；角度选择光学膜，用于当光线入射角在第一角度范围内时，将光线在薄波导内进行反射并经多次反射后入射至耦出元件；当光线入射角在第二角度范围内时，将光线进行透射；第二角度范围的最大值小于第一角度范围的最小值；耦出元件，用于将部分光线耦出薄波导，以使耦出薄波导的光线由角度选择光学膜透射并经支撑基底后进入人眼。这样可以保证出瞳之间无暗影间隔，保证超薄波导的机械强度，使其不易发生形变，保证画面的连续性。

Description

一种LBS超薄波导

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种LBS超薄波导。

背景技术

增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种新兴的实用技术，通过先进的显示、建模、交互等手段，将虚拟信息与现实场景融合在一起，为用户提供更直观的信息和更丰富的体验。AR设备目前已在医疗、教育、娱乐、安防等领域得到了广泛而实际的应用。波导形式的可穿戴的AR显示设备一般需要使用显示器件和波导器件，目前市场上使用到的显示器件类型有激光光束扫描（Laser Beam Scanning，LBS）、硅基液晶（Liquid Crystal onSilicon， LCoS）、数字光处理（Digital Light Procession，DLP）等，其中LBS以其亮度高，体积小，可量产的优点而备受关注。LBS出瞳直径小于人眼瞳孔直径，可实现视网膜投影显示，使得人眼在一个很大的范围内都能聚焦虚像画面，3D显示时可以避免辐辏冲突。

但是，受限于内部振镜的尺寸，LBS出瞳直径一般小于1mm，使得人眼能观看到虚拟画面的眼盒（eyebox）很小，需要进行扩瞳。为了避免相邻出瞳之间出现间隔的暗影，LBS需搭配厚度较薄（0.3mm以下）的波导使用。由于厚度很薄，波导的加工和封装难度较大，机械强度也难以保证，容易变形，在使用中出现重影或其他图像质量问题。如果通过光学系统增大LBS出瞳直径再耦入波导，比如双透镜或是双反射镜系统，会因为光学系统的体积过大而影响整个AR眼镜的尺寸和重量。

因此，如何解决由于LBS出瞳直径小，与波导配合时，需要使用厚度很薄的波导进行扩瞳，机械强度下降的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LBS超薄波导，可以在保证出瞳之间无暗影间隔的同时，保证超薄波导的机械强度，使其不易发生形变，并且保证画面的连续性。其具体方案如下：

一种LBS超薄波导，包括：LBS，层叠设置的支撑基底、薄波导和保护盖板；还包括：角度选择光学膜、耦入元件和耦出元件；

所述LBS，用于向所述耦入元件发出光线；

所述耦入元件，用于将光线耦入所述薄波导，以使光线在所述薄波导中传播；

所述角度选择光学膜，用于当光线的入射角在第一角度范围内时，将光线在所述薄波导内进行反射，并经多次反射后入射至所述耦出元件；还用于当光线的入射角在第二角度范围内时，将光线进行透射；所述第二角度范围的最大值小于所述第一角度范围的最小值；

所述耦出元件，用于将部分光线耦出所述薄波导，以使耦出所述薄波导的光线由所述角度选择光学膜进行透射并经过所述支撑基底后进入人眼。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述角度选择光学膜为一层时，所述角度选择光学膜位于所述薄波导靠近人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的区域；

所述保护盖板位于所述薄波导远离人眼的一侧，且所述保护盖板为曲面，与所述薄波导之间具有空气间隙。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述角度选择光学膜为两层时，分别为第一角度选择光学膜和第二角度选择光学膜；

所述第一角度选择光学膜位于所述薄波导靠近人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的区域；

所述第二角度选择光学膜位于所述薄波导远离人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的所在区域；

所述保护盖板为平面或曲面，且所述保护盖板与所述第二角度选择光学膜贴合。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述支撑基底为平板或具有设定曲率的视力矫正镜片。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述薄波导为膜材波导，通过镀膜或贴膜形式贴附在所述支撑基底上。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述耦入元件为棱镜或全息光栅；所述耦入元件位于所述薄波导靠近或远离所述LBS的一侧。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述耦入元件为全息光栅。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，所述薄波导具有至少两层时，每层所述薄波导对应一个所述耦入元件和一个所述耦出元件。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，当所述LBS超薄波导用于实现全彩显示时，所述薄波导具有两层，分别为第一薄波导和第二薄波导；

所述第一薄波导对应的所述耦入元件为用于耦入红蓝光的耦入元件；所述第一薄波导对应的所述耦出元件为用于耦出红蓝光的耦出元件；

所述第二薄波导对应的所述耦入元件为用于耦入绿光的耦入元件；所述第二薄波导对应的所述耦出元件为用于耦出绿光的耦出元件；

或者，所述薄波导具有两层以上，以耦入不同波长的光。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，当所述LBS超薄波导用于实现FOV拼接时，所述薄波导具有多层；

所述LBS，用于发出多种不同角度范围的光线；每层所述薄波导对应一种角度范围的光线；

每层所述薄波导对应的所述耦入元件为用于将该层所述薄波导对应的角度范围的光线耦入所述薄波导的耦入元件；

每层所述薄波导对应的所述耦出元件为用于将该层所述薄波导对应的角度范围的光线耦出所述薄波导的耦出元件。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种LBS超薄波导，包括：LBS，层叠设置的支撑基底、薄波导和保护盖板；还包括：角度选择光学膜、耦入元件和耦出元件；LBS，用于向耦入元件发出光线；耦入元件，用于将光线耦入薄波导，以使光线在薄波导中传播；角度选择光学膜，用于当光线的入射角在第一角度范围内时，将光线在薄波导内进行反射，并经多次反射后入射至耦出元件；还用于当光线的入射角在第二角度范围内时，将光线进行透射；第二角度范围的最大值小于第一角度范围的最小值；耦出元件，用于将部分光线耦出薄波导，以使耦出薄波导的光线由角度选择光学膜进行透射并经过支撑基底后进入人眼。

本发明提供的上述LBS超薄波导，通过光线多次入射耦出元件来实现光束的耦出和扩瞳，并以超薄的膜材作为LBS光束传输的波导，加工方便，且保证出瞳之间无暗影间隔，实现eyebox区域内显示的图像连续均匀。并且薄波导前后表面分别设置具有一定厚度的支撑基底和保护盖板，这样利用加固的超薄波导进行扩瞳，保证超薄波导不易发生形变，并且利用角度选择光学膜实现光线在超薄波导内部传输，同时保证了画面的连续性和波导的机械强度，改善了佩戴者的实际体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之三；

图4为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之四；

图5为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之五；

图6为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之六；

图7为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之七；

图8为本发明实施例提供的LBS超薄波导的结构示意图之八。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下通过几个实施例，对本发明提供的一种LBS超薄波导进行说明。

请参考图1至图8，图1至图8分别为本发明提供的一种LBS超薄波导的结构示意图。

本发明提供的LBS超薄波导，可以包括：LBS 1，层叠设置的支撑基底2、薄波导3和保护盖板4；还可以包括：角度选择光学膜5、耦入元件6和耦出元件7；

LBS 1，用于向耦入元件6发出光线；

耦入元件6，用于将光线耦入薄波导3，以使光线在薄波导3中传播；

角度选择光学膜5，用于当光线的入射角在第一角度范围内时，将光线在薄波导3内进行反射，并经多次反射后入射至耦出元件7；还用于当光线的入射角在第二角度范围内时，将光线进行透射；第二角度范围内的角度大小小于第一角度范围内的角度大小；

耦出元件7，用于将部分光线耦出薄波导3，以使耦出薄波导3的光线由角度选择光学膜5进行透射并经过支撑基底2后进入人眼。

优选地，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，薄波导3可以为膜材波导，通过镀膜或贴膜形式贴附在支撑基底上，加工方便且厚度很小，避免了加工难度提升带来的成本增加，且画面连续没有暗影间隔。

本实施例通过多次入射耦出元件以实现光束的耦出和扩瞳，保证出瞳之间无暗影间隔，实现eyebox区域内显示的图像连续均匀。并且薄波导前后表面分别设置具有一定厚度的支撑基底和保护盖板，以对波导进行加固，保证超薄波导不易发生形变，并且利用角度选择光学膜实现光线在超薄波导内部传输，同时保证了画面的连续性和波导的机械强度，改善了佩戴者的实际体验。

需要说明的是，本发明采用LBS作为显示器件，具有体积小，亮度高，可量产等的优点，更符合量产商用或民用AR设备对显示系统的需求。

另外，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，以图1至图3为例，角度选择光学膜5为两层时，分别为第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52；

第一角度选择光学膜51可以位于薄波导3靠近人眼的一侧，且覆盖薄波导3与支撑基底2之间的区域；

第二角度选择光学膜52可以位于薄波导3远离人眼的一侧，且覆盖薄波导3与支撑基底2之间的区域。

此时，保护盖板4可以为平面或曲面，且保护盖板4与第二角度选择光学膜52贴合。

本发明利用第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52可以将光线约束在薄波导3内，使波导两侧可以直接和支撑基底2贴合，无需空气间隙，保证了超薄波导的机械强度。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，以图4为例，角度选择光学膜5为一层时，角度选择光学膜5可以位于薄波导3靠近人眼的一侧，且覆盖薄波导3与支撑基底2之间的区域；此时，保护盖板4位于薄波导3远离人眼的一侧，且保护盖板4需要设计为曲面形态，以使保护盖板4与薄波导3之间具有空气间隙，以满足光线在薄波导3内传导的全反射条件。

需要指出的是，角度选择光学膜5的角度选择范围与使用时其两侧基材的折射率相关，因此设计膜材结构时应考虑角度选择光学膜实际使用时两侧的折射率。由于LBS 1发出的激光为线偏振光，且波长展宽很窄，这一属性降低了角度选择光学膜5的设计难度。

角度选择光学膜5与其他膜层的贴合可以利用光敏材料自身粘性，或者涂布额外的胶层进行贴合。或者，角度选择光学膜5可在支撑基底2及保护盖板4上利用现有的镀膜设备直接镀膜。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，支撑基底2可以为平板，也可以为具有设定曲率的视力矫正镜片，使波导兼具视力矫正的功能。以图1和图5为例，支撑基底2为平板，该平板无视力矫正功能。以图2、图3、图4、图6、图7和图8为例，支撑基底2为具有设定曲率的视力矫正镜片。该视力矫正镜片可以是近视镜片，也可以是远视镜片或其他类型的视力矫正镜片，具体可以根据支撑基底的曲率值或曲面形状来确定。

在实际应用中，当支撑基底2为具有设定曲率的视力矫正镜片时，耦出元件7所在区域内对应的支撑基底2可以设置为曲面，耦入元件6所在区域内对应的支撑基底2可以设置为平面。以图2、图4、图6、图7和图8为例，左侧耦出元件7所在区域内对应的支撑基底2为曲面状，右侧耦入元件6所在区域内对应的支撑基底2为平面状。

关于耦入元件6的类型可以有以下两种实施方式：

在一种实施方式中，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，以图3为例，耦入元件6可以选取棱镜；耦出元件7可以选取全息光栅（如HOE）；此时，棱镜位于薄波导3靠近LBS的一侧；耦出元件7位于薄波导3靠近人眼的一侧。由于LBS 1发出的激光带宽很窄，使用棱镜作为耦入元件6不会出现明显的色差。

在另一种实施方式中，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，耦入元件6和耦出光源均可以选取全息光栅。以图1、图2、图4、图5、图6为例，耦入元件6可以选取第一HOE；耦出元件7可以选取第二HOE；此时，如图1、图2、图4所示，第一HOE与第二HOE均可以位于薄波导3靠近LBS的一侧；或，如图5和图6所示，第一HOE与第二HOE均可以位于薄波导3远离LBS的一侧。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，薄波导3具有至少两层时，每层薄波导3对应一个耦入元件6和一个耦出元件7。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，以图7为例，当LBS超薄波导用于实现全彩显示时，薄波导3具有两层，分别为第一薄波导31和第二薄波导32；

第一薄波导31对应的耦入元件6为用于耦入红蓝光的耦入元件6（第一HOE）；第一薄波导31对应的耦出元件7为用于耦出红蓝光的耦出元件7（第二HOE）；

第二薄波导32对应的耦入元件6为用于耦入绿光的耦入元件6（第三HOE）；第二薄波导32对应的耦出元件7为用于耦出绿光的耦出元件7（第四HOE）。当然，薄波导3也可以具有两层以上，以耦入不同波长的光。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述LBS超薄波导中，以图8为例，当LBS超薄波导用于实现FOV拼接时，薄波导3具有多层；

LBS 1，具体可以用于发出多种不同角度范围的光线；每层薄波导3对应一种角度范围的光线；

每层薄波导3对应的耦入元件6为用于将该层薄波导3对应的角度范围的光线耦入薄波导3的耦入元件6；

每层薄波导3对应的耦出元件7为用于将该层薄波导3对应的角度范围的光线耦出薄波导3的耦出元件7。

下面以图2至图8为例，对本发明提供的上述LBS超薄波导的工作原理进行说明：

图2为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的一个实施例。如图2所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，薄波导3，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，耦入元件（第一HOE）6，耦出元件（第二HOE）7。LBS 1发出传播方向不同的细平行光束，每个光束为一个像素点，全角度范围内的光束扫描成完整的图像。细平行光束透过支撑基底2的表面后，入射至作为耦入光栅的第一HOE 7，传播方向发生偏折，进入薄波导3，在薄波导3表面以大入射角入射第二角度选择光学膜52，发生反射。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52具有特殊设计的膜系结构，可以对LBS 1发出的光进行角度选择，即当特定波长的光以较大角度入射时，角度选择光学膜会发生反射；当光线以较小角度入射时，角度选择光学膜会发生透射。光束经第一HOE进入薄波导3后，在薄波导3表面反复入射第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52，发生多次反射后入射作为耦出光栅的第二HOE7，第二HOE 7将光束部分耦出薄波导3，光束的其他部分继续在薄波导3内反射。被耦出的部分光束以小角度入射第一角度选择光学膜51，发生透射，经过支撑基底2后进入人眼。光束在薄波导3中发生传输时，多次入射第二HOE 7并被耦出，实现扩瞳。由于波导足够薄，各出瞳之间的间距可以保证显示图像不出现暗影。支撑基底2具有一定厚度，可单独，或与保护盖板4 共同加强波导的机械强度。支撑基底2可为近视镜片，使波导兼具视力矫正功能。

图3为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的另一个实施例。如图3所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，薄波导3，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，耦入元件（棱镜）6，耦出元件（HOE）7。LBS 1发出传播方向不同的细平行光束，每个光束为一个像素点，全角度范围内的光束扫描成完整的图像。平行光束透过棱镜6和支撑基底2后，进入薄波导3，在薄波导3表面入射第一角度选择光学膜51，发生反射。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52可以对较大角度入射的光发生反射，对较小角度入射的光发生透射。光束进入薄波导3后，在薄波导3表面反复入射第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52，发生多次反射后入射作为耦出光栅的HOE 7，HOE 7将光束部分耦出薄波导3，光束的其他部分继续在薄波导3内反射。被耦出的部分光束以小角度入射第一角度选择光学膜51，发生透射，经过支撑基底2后进入人眼。光束在薄波导3中传输时，多次入射HOE 7并被耦出，实现扩瞳。薄波导3的厚度很薄，使相邻出瞳间隔很小，因此图像不会出现暗影。支撑基底2为近视镜片，使设备具有校正视力的功能。支撑基底2具有一定厚度，可与保护盖板4共同加强波导的机械强度。由于LBS 1发出的激光带宽很窄，使用棱镜作为耦入元件6不会出现明显的色差。

图4为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的又一个实施例。如图4所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，薄波导3，保护盖板4，角度选择光学膜5，耦入元件（第一HOE）6，耦出元件（第二HOE）7。LBS 1发出传播方向不同的细平行光束，每个光束为一个像素点，全角度范围内的光束扫描成完整的图像。平行光束透过支撑基底2的表面无曲率部分后，入射作为耦入光栅的第一HOE 6，传播方向发生偏折，进入薄波导3，在薄波导3远离人眼一侧表面发生全反射。角度选择光学膜5可以对较大角度入射的光发生反射；对较小角度入射的光发生透射。光束进入薄波导3后，在薄波导3远离人眼一侧的表面与角度选择光学膜5之间来回反射，入射作为耦出光栅的第二HOE 7时，第二HOE 7将光束部分耦出薄波导3，光束的其他部分继续在薄波导3内反射。被耦出的部分光束以小角度入射角度选择光学膜5，发生透射，经过支撑基底2后进入人眼。光束多次入射第二HOE 7并被多次耦出，实现扩瞳。薄波导3的厚度很薄，使相邻两个出瞳间隔很小，显示画面没有暗影。支撑基底2为近视镜片，使设备具有校正视力的功能。支撑基底2具有一定厚度，可单独或与保护盖板4共同加强波导的机械强度。保护盖板4可依产品造型需求设计成曲面形态，此时保护盖板4与薄波导3之间可能出现空气间隙，因此薄波导3远离人眼一侧便面无需设置角度选择性光学膜5。

图5为本申请涉及的无视力校正功能的LBS超薄波导的一个实施例，耦入元件和耦出元件均置于薄波导远离人眼的一侧。如图5所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，薄波导3，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，耦入元件（第一HOE）6，耦出元件（第二HOE ）7。LBS 1发出传播方向不同的细平行光束，每个光束为一个像素点，全角度范围内的光束扫描成完整的图像。平行光束透过支撑基底2后，进入薄波导3，入射至作为耦入光栅的第一HOE 6，传播方向发生偏折，开始在薄波导3中反射传播。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52可以对LBS 1发出的波长的光进行角度选择，即当特定波长的光以较大角度入射时，角度选择光学膜会发生反射；当特定波长的光以较小角度入射时，角度选择光学膜会发生透射。光束经第一HOE 6衍射后，在薄波导3表面反复入射第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52，发生多次反射后入射至作为耦出光栅的第二HOE 7，第二HOE 7将光束部分耦出薄波导3，光束的其他部分继续在薄波导3内反射。被耦出的部分光束以小角度入射第二角度选择光学膜52，发生透射，经过支撑基底2后进入人眼。光束在薄波导3中发生发射时，多次入射第二HOE 7并多次被耦出实现扩瞳。由于波导足够薄，各出瞳之间的间距可以保证显示图像不出现暗影。支撑基底2具有一定厚度，可单独或与保护盖板4共同加强波导的机械强度。

图6为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的又一个实施例，耦入元件和耦出元件均置于薄波导远离人眼的一侧。如图6所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，薄波导3，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，耦入元件（第一HOE）6，耦出元件（第二HOE ）7。LBS 1发出传播方向不同的细平行光束，每个光束为一个像素点，全角度范围内的光束扫描成完整的图像。平行光束透过支撑基底2的表面无曲率部分后，进入薄波导3，入射至作为耦入光栅的第一HOE 6，传播方向发生偏折，开始在薄波导3中反射传播。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52可以对LBS 1发出的波长的光进行角度选择，即当特定波长的光以较大角度入射时，角度选择光学膜会发生反射；当特定波长的光以较小角度入射时，角度选择光学膜会发生透射。光束经第一HOE 6衍射后，在薄波导3表面反复入射第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52，发生多次反射后入射至作为耦出光栅的第二HOE 7，第二HOE 7将光束部分耦出薄波导3，光束的其他部分继续在薄波导3内反射。被耦出的部分光束以小角度入射第二角度选择光学膜52，发生透射，经过支撑基底2后进入人眼。光束在薄波导3中发生发射时，多次入射第二HOE 7并多次被耦出实现扩瞳。由于波导足够薄，各出瞳之间的间距可以保证显示图像不出现暗影。支撑基底2具有一定厚度，可单独或与保护盖板4共同加强波导的机械强度。

图7为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的又一个实施例，通过设置多层薄波导和HOE来实现全彩显示。如图7所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，第一薄波导31，第二薄波导32，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，作为耦入元件的第一HOE 61和第三HOE 62，作为耦出元件的第二HOE 71和第四HOE 72；具体地，第一HOE 61作为红蓝光耦入光栅，第三HOE 62作为绿光耦入光栅，第二HOE 71作为红蓝光耦出光栅，第四HOE 72作为绿光耦出光栅。LBS 1发出红绿蓝三色激光，在一定角度范围内的扫描成完整的全彩图像。LBS 1发出的平行光束透过支撑基底2的表面无曲率部分后，入射作为红蓝光耦入光栅的第一HOE 61，发生衍射，开始在第一薄波导31与第二薄波导32中反射传播；绿光继续沿原方向传播，入射至作为绿光耦入光栅的第三HOE 62后发生衍射，进入第一薄波导31与第二薄波导32中。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52可以对LBS 1发出的波长的光进行角度选择，即当特定波长的光以较大角度入射时，角度选择光学膜会发生反射；当特定波长的光以小角度入射时，角度选择光学膜会发生透射。光束在第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52之间发生多次反射后入射至作为红蓝光耦出光栅的第二HOE 71和作为绿光耦出光栅的第四HOE 72，第二HOE 71多次将光束中红蓝光部分耦出第一薄波导31与第二薄波导32，实现红蓝光扩瞳；第四HOE 72多次将光束中绿光部分耦出第一薄波导31与第二薄波导32，实现绿光扩瞳。第一薄波导31和第二薄波导32厚度很薄，红蓝光出瞳与绿光出瞳位置差距非常微小。支撑基底2使薄波导能够校正视力，且支撑基底2具有一定厚度，可单独或与保护盖板4共同加强波导的机械强度。为了保证出瞳间隔不会增大，第一薄波导31与第二薄波导32的厚度相对于其他实施例应减薄，使两层薄波导的厚度之和与其他实施例中一层薄波导的厚度相近。图7中，实线代表红光与蓝光的路径，虚线代表绿光路径，为方便区分，图7将两种路径错开一定间隔展示，实际两种路径在耦出前是重合的或距离很小。

图8为本申请涉及的带视力校正功能的LBS超薄波导的又一个实施例，通过设置多层薄波导和HOE来实现FOV拼接。如图8所示，具体包括LBS 1，支撑基底2，第一薄波导31，第二薄波导32，保护盖板4，第一角度选择光学膜51，第二角度选择光学膜52，作为耦入元件的第一HOE 61和第三HOE 62，作为耦出元件的第二HOE 71和第四HOE 72。LBS 1发出的角度不同的平行激光束，每个角度的光束为一个像素点，激光在一定角度范围内的扫描成完整的图像。图8中，第一光a（实线）和第二光b（虚线）代表LBS 1发出的两组不同角度范围的光束。第一HOE 61可对第一光a角度范围内的光发生衍射，角度区间外的光直接透射。第三HOE 62可对第二光b角度范围内的光发生衍射。第一光a和第二光b透过支撑基底2的表面无曲率部分后，入射作为耦入光栅的第一HOE 61，第一HOE 61对第一光a发生衍射，使其开始在第一薄波导31与第二薄波导32中反射传播；第二光b继续沿原方向传播，入射耦入光栅的第三HOE 62，第三HOE 62对第二光b发生衍射，使其开始在第一薄波导31与第二薄波导32中反射传播。第一角度选择光学膜51与第二角度选择光学膜52可以对LBS 1发出的波长的光进行角度选择，即当特定波长的光以较大角度入射时，角度选择光学膜会发生反射；当特定波长的光以小角度入射时，角度选择光学膜会发生透射。第一光a和第二光b在第一角度选择光学膜51和第二角度选择光学膜52之间以不同角度发生多次反射，入射至作为耦出光栅的第二HOE 71和第四HOE 74，第二HOE 71多次将第一光a耦出第一薄波导31与第二薄波导32，实现对第一光a的扩瞳；第四HOE 74多次将第二光b耦出第一薄波导31与第二薄波导32，实现对第二光b的扩瞳。支撑基底2为近视镜片，使设备具有校正视力的功能。支撑基底2具有一定厚度，可单独或与保护盖板4共同加强波导的机械强度。为了保证出瞳间隔不会增大，第一薄波导31与第二薄波导32的厚度相对于其他实施例应减薄，使两层薄波导的厚度之和与其他实施例中一层薄波导的厚度相近，避免出现间隔暗影。第一HOE 61与第三HOE 62增大了能够耦入波导内的光线的角度范围，同时第二HOE 71与第四HOE 72增大了耦出波导光线的角度范围，实现了FOV拼接，整体的FOV得到了扩展。

需要说明的是，本发明提到的HOE可以是单片复用或者是多片叠加贴合；可以是反射式HOE，也可以是透射式HOE；其材料可以是DCG，银盐，聚合物或者其他已知可以用于体全息光栅的材料。关于HOE的具体设计，可以根据实际情况而定，在此不做限定。

本发明提到的角度选择光学膜是一种介质膜，通过不同截止材料的周期性分布，根据干涉相长的原理实现反射率和透射率的调控，可以是针对单一波长设计的角度选择光学膜，也可以是针对数个波长、某一或某几个连续波段设计的角度选择光学膜；可以是高/低折射率介质周期分布的反射膜，也可以是各向异性/各向同性材料周期分布的光子晶体膜；可以对某一角度范围内的入射光表现为反射镜，也可以对一个或几个离散的入射角度表现为反射镜。关于角度选择光学膜的具体设计，可以根据实际情况而定，在此不做限定。

本发明提到的LBS可以是其他出瞳直径比较小的（e.g.<1mm）DMD、LCoS或LCD光机。关于LBS的类型可以根据实际情况而定，在此不做限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的LBS超薄波导进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种LBS超薄波导，其特征在于，包括：LBS，层叠设置的支撑基底、薄波导和保护盖板；还包括：角度选择光学膜、耦入元件和耦出元件；所述LBS超薄波导用于传输光线并实现扩瞳；

所述LBS，用于向所述耦入元件发出光线；

所述耦入元件，用于将光线耦入所述薄波导，以使光线在所述薄波导中传播；

所述角度选择光学膜，用于当光线的入射角在第一角度范围内时，将光线在所述薄波导内进行反射，并经多次反射后入射至所述耦出元件；还用于当光线的入射角在第二角度范围内时，将光线进行透射；所述第二角度范围的最大值小于所述第一角度范围的最小值；

所述耦出元件，用于将部分光线耦出所述薄波导，以使耦出所述薄波导的光线由所述角度选择光学膜进行透射并经过所述支撑基底后进入人眼。

2.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述角度选择光学膜为一层时，所述角度选择光学膜位于所述薄波导靠近人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的区域；

所述保护盖板位于所述薄波导远离人眼的一侧，且所述保护盖板为曲面，与所述薄波导之间具有空气间隙。

3.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述角度选择光学膜为两层时，分别为第一角度选择光学膜和第二角度选择光学膜；

所述第一角度选择光学膜位于所述薄波导靠近人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的区域；

所述第二角度选择光学膜位于所述薄波导远离人眼的一侧，且覆盖所述薄波导与所述支撑基底之间的区域；

所述保护盖板为平面或曲面，且所述保护盖板与所述第二角度选择光学膜贴合。

4.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述支撑基底为平板或具有设定曲率的视力矫正镜片。

5.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述薄波导为膜材波导，通过镀膜或贴膜形式贴附在所述支撑基底上。

6.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述耦入元件为棱镜或全息光栅，所述耦入元件位于所述薄波导靠近或远离所述LBS的一侧。

7.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述耦出元件为全息光栅。

8.根据权利要求1所述的LBS超薄波导，其特征在于，所述薄波导具有至少两层，每层所述薄波导对应一个所述耦入元件和一个所述耦出元件。

9.根据权利要求8所述的LBS超薄波导，其特征在于，当所述LBS超薄波导用于实现全彩显示时，所述薄波导具有两层，分别为第一薄波导和第二薄波导；

所述第一薄波导对应的所述耦入元件为用于耦入红蓝光的耦入元件；所述第一薄波导对应的所述耦出元件为用于耦出红蓝光的耦出元件；

所述第二薄波导对应的所述耦入元件为用于耦入绿光的耦入元件；所述第二薄波导对应的所述耦出元件为用于耦出绿光的耦出元件；

或者，所述薄波导具有两层以上，以耦入不同波长的光。

10.根据权利要求8所述的LBS超薄波导，其特征在于，当所述LBS超薄波导用于实现FOV拼接时，所述薄波导具有多层；

所述LBS，用于发出多种不同角度范围的光线；每层所述薄波导对应一种角度范围的光线；

每层所述薄波导对应的所述耦入元件为用于将该层所述薄波导对应的角度范围的光线耦入所述薄波导的耦入元件；

每层所述薄波导对应的所述耦出元件为用于将该层所述薄波导对应的角度范围的光线耦出所述薄波导的耦出元件。