CN117950105A - 近眼显示波导装置和近眼显示设备 - Google Patents

近眼显示波导装置和近眼显示设备 Download PDF

Info

Publication number
CN117950105A
CN117950105A CN202410166431.9A CN202410166431A CN117950105A CN 117950105 A CN117950105 A CN 117950105A CN 202410166431 A CN202410166431 A CN 202410166431A CN 117950105 A CN117950105 A CN 117950105A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupling
grating
waveguide
eye display
light
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
CN202410166431.9A
Other languages
English (en)
Inventor
范真涛
隋磊
田克汉
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.)
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology 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 Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN202410166431.9A priority Critical patent/CN117950105A/zh
Publication of CN117950105A publication Critical patent/CN117950105A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本申请公开了一种近眼显示波导装置和近眼显示设备，该波导装置包括彼此叠置的m个波导基片，m为整数且m≥3，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，所述图像载置光包括少于m个主波长的光，其中：对应于每一个主波长，所述m个波导基片形成有至少两个耦入光栅，所述至少两个耦入光栅形成在不同的波导基片上，并且具有不同的光栅周期，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中，其中所述耦入视场角范围各自都小于所述图像视场角范围，并且所述耦入视场角范围整体上覆盖所述图像视场角范围。根据本发明实施例，整体上扩大了近眼显示视场范围。

Description

近眼显示波导装置和近眼显示设备
技术领域
本发明涉及近眼显示技术，特别是近眼显示波导装置和具有该波导装置的近眼显示设备。
背景技术
随着科学技术的发展，AR(Augmented Reality，增强现实)显示技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。衍射光波导装置已广泛应用于AR显示中。衍射光波导具有轻薄、扩瞳能力强、易量产等优点，已成为AR显示设备的核心器件。
随着衍射光波导技术的逐渐发展，人们对其色彩均匀性和视场范围提出了越来越高的要求。为了扩大视场并实现全彩，人们提出了采用三个波导基片的方案，如图1所示，其中三个波导基片Wr、Wg、Wb分别用于红、绿、蓝三种颜色的图像显示，并且波导基片Wr、Wg、Wb中的每一个上形成有用于将相应颜色的光耦入到波导基片中的耦入光栅1和用于扩瞳并将光从波导基片中耦出以实现图像显示的耦出光栅2；不同颜色的光在由耦出光栅2耦出之后相互叠加，从而人眼E能够观察到彩色图像。然而，现有的技术方案中不同波导基片之间的颜色往往易于发生串扰，导致色彩均匀性变差。不仅如此，所能够显示的视场范围受限于波导基片的折射率以及其上所形成的耦入光栅和耦出光栅的光栅参数，不能满足日益提高的显示需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种近眼显示波导装置和具有该波导装置的近眼显示设备，其至少部分地克服了现有技术中的上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种近眼显示波导装置，其包括彼此叠置的m个波导基片，m为整数且m≥3，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，所述图像载置光包括少于m个主波长的光，其中：
对应于每一个主波长，所述m个波导基片形成有至少两个耦入光栅，所述至少两个耦入光栅形成在不同的波导基片上，并且具有不同的光栅周期，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中，其中所述耦入视场角范围各自都小于所述图像视场角范围，并且所述耦入视场角范围整体上覆盖所述图像视场角范围。
有利地，每一个波导基片形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅；每一个主波长的图像载置光在经过相应的耦入光栅耦合到一个波导基片中之后经由该耦入光栅所对应的一全反射路径传播至所述一个波导基片的耦出光栅；并且在用于耦入一个主波长的光的耦入光栅所对应的全反射路径不经过用于耦入另一个主波长的光的耦入光栅。
有利地，形成在所述m个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且形成在所述m个波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅在平行于各个所述波导基片且垂直于所述光栅矢量方向的方向上彼此分离。
有利地，形成在同一波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在基本上相同的方位上；或者
形成在同一波导基片上的耦入光栅具有不同的光栅矢量方向和/或光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在不同的方位上。
有利地，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
有利地，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的所述至少两个耦入光栅在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
有利地，所述至少两个耦入光栅形成在彼此相邻的波导基片上。
有利地，所述m个波导基片为波导基片Wi，i为整数且1≤i≤m，其中，
对于i＝1，波导基片W1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)，耦入光栅G(1,1)具有光栅周期d1；
对于i＝m，波导基片Wm上形成有用于主波长λm-1的耦入光栅G(m-1,2)，耦入光栅G(m-1,2)具有光栅周期dm；
对于2≤i≤m-1，波导基片Wi上形成有用于主波长λi的耦入光栅G(i,1)和用于主波长λi-1的耦入光栅G(i-1,2)，并且满足：λi-1>λi>λi+1。
有利地，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。
有利地，m＝4，并且所述图像载置光包括红光、绿光和蓝光。
有利地，所述m个波导基片由折射率相同或相近的材料制成。
有利地，对于1≤i≤m-1，满足：λi/di近似为常数C1，并且/或者λi/di+1近似为常数C2，其中偏差在±5％以内。
有利地，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
有利地，对于1≤i≤m-1，j为整数且1≤j≤m-1，k＝1或2，且i≠j，耦入光栅G(i,k)与耦入光栅G(j,k)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此分离。
有利地，对于1≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
有利地，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)形成在彼此相邻的波导基片上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种近眼显示设备，其包括如上所述的近眼显示波导装置。
有利地，所述近眼显示设备还包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，并且所述镜片包括所述近眼显示波导装置。
根据本发明实施例的近眼显示波导装置中，通过对应于每一个主波长，提供形成在不同的波导基片上的、具有不同光栅周期的至少两个耦入光栅，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中用于图像显示，从而整体上扩大了近眼显示视场范围。
此外，根据本发明实施例，通过设计用于不同主波长的耦入光栅在垂直于波导基片的方向上的投影中的相对位置关系，可以避免色彩串扰，提高了色彩均匀性。
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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术中用于实现全彩显示的波导装置的示意图；
图2示出了基于单个波导基片实现全彩显示的波导装置的波矢空间图和图1所示波导装置的波矢空间图；
图3为根据本发明实施例的近眼显示波导装置的一示例的侧视图；
图4为图3所示近眼显示波导装置的俯视图和另一侧视图，示意性地示出了耦入光栅的一种布置；
图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的近眼显示波导装置中用于同一主波长的两个耦入光栅的耦入视场角范围与光机投射的图像载置光的图像视场角范围之间的示例性关系；
图6为根据本发明一些实施例的近眼显示波导装置的波矢空间图；
图7示意性地示出了图3和图4所示近眼显示装置的各耦入光栅的光栅结构的示例；
图8示意性地示出了根据本发明实施例的近眼显示波导装置的另一示例及其耦入光栅的布置；
图9示意性地示出了根据本发明另一些实施例的近眼显示波导装置中用于同一主波长的三个耦入光栅的耦入视场角范围与光机投射的图像载置光的图像视场角范围之间的示例性关系；
图10为根据本发明实施例的近眼显示波导装置的又一示例的俯视图；
图11示意性地示出了图10所示近眼显示波导装置中的耦入光栅的一种布置；以及
图12为根据本发明实施例的近眼显示波导装置的再一示例的俯视图，示出了耦入光栅相对于耦出光栅的一种布置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。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。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了更好地阐述本发明的发明构思，下面首先参照图2通过分析光束波矢空间的方法来分析衍射光波导所能够支持的视场角范围。
图2中图形(a)示出了现有技术中基于单个波导基片实现全彩显示的波导装置的波矢空间图，图2中图形(b)示出了如图1所示的基于对应于红、绿、蓝三种颜色的三个波导基片实现全彩显示的波导装置的波矢空间图。
在图2所示波矢空间中，B1表示满足波导装置中的全内反射条件而形成的第一波矢边界，第一波矢边界B1可归一化为半径为1的圆；B2表示波导装置中能够传输的最大波矢所对应的第二波矢边界，第二波矢边界B2由波导基片的折射率决定。仅当光束波矢在第一波矢边界B1与第二波矢边界B2之间的环形空间中时，光才可以在波导装置中传输。如果光束波矢在第一波矢边界B1之内，则光会从波导基片泄漏出去；如果光束波矢在第二波矢边界B2之外则不存在该衍射级次，无法传输相应的图像载置光。
图2示出了图像载置光的角谱F、F’，示出了耦入光栅对光束的耦入作用(见图2中标记“①”)、波导装置对光束的扩瞳作用(见图2中标记“②”、“③”)以及耦出光栅对光束的耦出作用(见图2中标记“④”、“⑤”)，还示出了波导装置能够传输的光束角谱范围(对应于视场角范围)Fr、Fg、Fb及Fr’、Fg’、Fb’。
如图2中图形(a)所示，对于例如包括红、绿、蓝三色光的全彩光束，由于耦入光栅的色散作用，红、绿、蓝光束的角谱(对应于视场角范围)Fr、Fg、Fb在第一边界B1与第二边界B2之间的可用环形空间内发生偏移。这个色散作用导致基于单个波导基片实现全彩显示的波导装置中波导基片所能够传输的全彩光束的角谱Fr、Fg、Fb(见图2中图形(a))大幅小于基于对应于红、绿、蓝三种颜色的三个波导基片实现全彩显示的波导装置中各个波导基片能够传输的单色光束的角谱Fr’、Fg’、Fb’(见图2中图形(b))。
图2所示波矢空间中第一边界B1与第二边界B2之间的环形空间的宽度主要由波导基片的折射率决定并受其限制，而波导装置能够支持传输的光束的角谱范围(对应于视场角范围)则受限于该环形空间的宽度。例如，粗略地计算，折射率为1.9的单个玻璃基片仅支持对角30°视场的全彩光束传输，而采用折射率为1.9的三个玻璃基片分别实现红、绿、蓝三种颜色的显示的情况下，也仅支持对角65°的视场；折射率为1.7的单个玻璃基片仅支持对角20°视场的全彩光束传输，而采用折射率为1.7的三个玻璃基片分别实现红、绿、蓝三种颜色的显示的情况下，也仅支持对角42°的视场。
本发明提出一种近眼显示波导装置，该近眼显示波导装置包括彼此叠置的m个(m≥3)波导基片，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，图像载置光包括若干个主波长的光，所述主波长的数量少于波导基片的数量，其中对应于每一个主波长，该m个波导基片中形成有至少两个耦入光栅，该至少两个耦入光栅形成在不同的波导基片上，并且具有不同的光栅周期，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中，其中耦入视场角范围各自都小于图像视场角范围，并且耦入视场角范围整体上覆盖图像视场角范围。
本申请中，“主波长”意在表示以该“主波长”的具体值为中心波长的、具有一定带宽的波长范围。
为了克服上述波导基片折射率对所传输的光束角谱的局限提出了本发明，并且本发明基于一个发现，即不同波导基片中所传输的光束的角谱范围能够通过改变光束波长与耦入光栅的光栅周期的比值而被偏置，从而通过组合使用两个以上波导基片并使得不同波导基片上的光栅具有不同波长/周期比值能够突破波导基片折射率对于所传输的光束的角谱范围的限制。根据本发明实施例的近眼显示波导装置中，每种颜色的光都经过至少两个波导基片进行传输，并且对应的耦入光栅具有不同的光栅周期，从而大幅提升全彩显示的视场角。
以下将结合附图具体介绍根据本发明实施例的近眼显示波导装置的实施例。
图3以侧视图示出了根据本发明实施例的近眼显示波导装置的一示例，即近眼显示波导装置100。图4中图形(a)为近眼显示波导装置100的垂直于波导基片的平面观察到的俯视图，图形(b)为沿图形(a)中所示X方向观察到的近眼显示波导装置100的侧视图。
在图3和图4所示示例中，近眼显示波导装置100用于接收包括3个主波长λ1、λ2、λ3的图像载置光并进行近眼图像显示。例如，图像载置光包括红光、绿光和蓝光。如图3中更加清楚地示出的，近眼显示波导装置100包括彼此叠置的4个波导基片W1、W2、W3和W4。
根据本发明实施例，近眼显示波导装置100中主波长λ1>λ2>λ3，并且如图3和图4所示，波导基片W1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)；波导基片W2上形成有用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)和用于主波长λ1的耦入光栅G(1,2)；波导基片W3上形成有用于主波长λ3的耦入光栅G(3,1)和用于主波长λ2的耦入光栅G(2,2)；波导基片W4上形成有用于主波长λ3的耦入光栅G(3,2)。这些耦入光栅在下文中也被统一地称为“耦入光栅G”。
根据本发明实施例，用于同一主波长的、形成在不同波导基片上的耦入光栅具有不同的光栅周期。因此，尽管图3和图4中未示出，但是近眼显示波导装置100还具有以下特征，即用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)与耦入光栅G(1,2)(以下也统一称为“耦入光栅G1”)具有不同的光栅周期，用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)与耦入光栅G(2,2)(以下也统一称为“耦入光栅G2”)具有不同的光栅周期，用于主波长λ3的耦入光栅G(3,1)与耦入光栅G(3,2)具(以下也统一称为“耦入光栅G3”)有不同的光栅周期。
图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的近眼显示波导装置中用于同一主波长的两个耦入光栅的耦入视场角范围与光机投射的图像载置光的图像视场角范围之间的示例性关系。图3和图4所示近眼显示波导装置100配置为其中用于同一主波长的两个耦入光栅(例如耦入光栅G(1,1)和G(1,2))的耦入视场角范围θ1、θ2与光机所投射的图像载置光的图像视场角范围θ0符合图5示意性示出的关系，即耦入视场角范围θ1、θ2各自小于图像视场角范围θ0，而整体上覆盖图像视场角范围θ0。
可以看到近眼显示波导装置100采用4片式波导基片配置，耦入光栅的配置使得每种颜色的光都经过两个波导基片进行传输，并且对应的耦入光栅具有不同的光栅周期，使得耦入视场角范围θ1、θ2相对于彼此偏置，从而实现覆盖较大的图像视场角范围θ0。
为了更好地说明根据本发明实施例的近眼显示波导装置在扩大视场角范围方面的技术优势，图6进一步示出了根据本发明一些实施例的近眼显示波导装置的波矢空间图。为清晰起见，图6中仅针对单个主波长的光束示出波矢空间图。
以近眼显示波导装置100及主波长λ1为例，图6示出了图像载置光的角谱F”，示出了耦入光栅G(1,1)对光束的耦入、扩瞳和耦出作用，(图6中标记“①”表示耦入光栅G(1,1)对光束的耦入作用，标记“①’”表示耦入光栅G(1,2)对光束的耦入作用)，还示出了波导装置能够传输的光束角谱范围(对应于视场角范围)F1、F2。可以看到，尽管耦入光栅G(1,1)和耦入光栅G(1,2)各自不能完整地将具有角谱F”的图像载置光耦入相应的波导基片W1、W2中，但是它们各自能够耦入的图像载置光的角谱F1、F2能够“拼成”完整的角谱F。也就是说，通过分别形成在波导基片上W1、W2的耦入光栅G(1,1)和耦入光栅G(1,2)各能够实现对应于角谱F”的视场范围的图像显示。对比图2所示波矢空间图，可以看到根据本发明实施例的近眼显示波导装置突破了波导基片折射率对于所传输的光束的角谱范围的限制。
根据本发明实施例的近眼显示波导装置中，每种颜色的光都经过至少两个波导基片进行传输，并且对应的耦入光栅具有不同的光栅周期，从而大幅提升全彩显示的视场角。
返回参照图3，每一个波导基片W1、W2、W3和W4(以下也统一地称为“波导基片W”)可以形成有一个耦出光栅g1、g2、g3和g4(以下也统一地称为“耦出光栅g”)和如上文介绍的至少一个耦入光栅G。图4示意性地示出了近眼显示波导装置100的耦入光栅G的一种示例性布置，其中图形(a)的俯视图的左侧中彼此叠置的多个波导基片W及形成于其上的耦入光栅G和耦出光栅g以它们沿垂直于波导基片的方向在波导装置的顶面(位于X-Y平面内)上的投影彼此叠加的方式被示出，右侧则从上至下依次示出了波导基片W1、W2、W3和W4上的各个耦入光栅的布置；图形(b)中进一步以沿X方向观察到的侧视图示出了各个耦入光栅的布置。
每一个主波长的图像载置光在经过相应的耦入光栅耦合到一个波导基片中之后经由该耦入光栅所对应的一全反射路径传播至一个波导基片的耦出光栅。例如，图4所示近眼显示波导装置100中，主波长λ2的图像载置光经过耦入光栅G(2,1)耦合到波导基片W2中之后经由一全反射路径t传播至波导基片W2上的耦出光栅g2；对于其它耦入光栅G情况是相同，在此不赘述。为了清楚简明起见，图4中仅示出耦入光栅G2所对应的全反射路径t。有利地，用于耦入一个主波长的光的耦入光栅所对应的全反射路径不经过用于耦入另一个主波长的光的耦入光栅。这样有利于避免沿全反射路径传播的光经过光栅区域而造成反射效率损失。近眼显示波导装置100中，从垂直于波导基片的方向(Z方向)上的投影中来看，用于主波长λ2的耦入光栅G2所对应的全反射路径t不经过用于主波长λ1的耦入光栅G1和用于主波长λ3的耦入光栅G3；对于耦入光栅G1和G3的全反射路径而言，情况也是相同的，如图4中图形(a)所示。
根据本发明实施例，可选地，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的耦入光栅在垂直于波导基片的方向上的投影彼此重叠。这样，来自同一光机LE的、具有图像视场角范围θ0的该主波长的光能够依次照射到具有不同耦入视场角范围θ1、θ2的耦入光栅上，从而简化光机配置，提高光的利用效率。有利地，用于相同主波长的耦入光栅可以形成在彼此相邻的波导基片上。
例如，在图4所示示例中，用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)与耦入光栅G(1,2)分别形成在彼此相邻的波导基片W1和W2上，并且在垂直于波导基片的Z方向上的投影彼此重叠，从而在图4图形(a)左侧图形中仅显示为耦入光栅G1的单个投影；类似地，用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)与耦入光栅G(2,2)分别形成在彼此相邻的波导基片W2和W3上，并且在Z方向上的投影彼此重叠，从而在图4图形(a)左侧图形中仅显示为耦入光栅G2的单个投影；用于主波长λ3的耦入光栅G(3,1)与耦入光栅G(3,2)分别形成在彼此相邻的波导基片W3和W4上，并且在Z方向上的投影彼此重叠，从而在图4图形(a)左侧图形中仅显示为耦入光栅G3的单个投影。
根据本发明实施例，可选地，形成在多个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且形成在多个波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅在平行于各个所述波导基片且垂直于上述光栅矢量方向的方向上彼此分离。由于衍射光波导中，经耦入光栅耦入到波导基片中的光大致沿着耦入光栅的光栅矢量方向向耦出光栅传播，所以该结构有利于避免光在从耦入光栅向耦出光栅传播的过程中经过光栅区域而造成反射效率损失，甚至造成图像重影等问题。
例如，如图4所示，形成在波导基片W1、W2、W3和W4上的各个耦入光栅G具有相同的光栅矢量方向(图4中所示X方向)，并且形成在波导基片W1、W2、W3和W4上的、分别用于耦入不同主波长λ1、λ2、λ3的光的耦入光栅G1、G2、G3在Y方向上彼此分离。
有利地，在一个波导基片上沿垂直于波导基片的方向正对着其下方的波导基片上的耦入光栅的位置上可以形成通孔，以便图像载置光穿过。这有利于减小光的损耗。
此外，根据本发明实施例，形成在同一波导基片上的耦入光栅可以具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅可以设置在基本上相同的方位上。这样，有利于简化光栅设计，并且有利于简化与该波导装置配合使用的光机的配置。
例如，如图4所示，形成在波导基片W1、W2、W3和W4上的各个耦入光栅G可以具有相同的光栅矢量方向(图4中所示X方向)并且相对于耦出光栅g均位于沿X方向的上游，并且形成在波导基片W1、W2、W3和W4上的耦入光栅G可以分别具有光栅周期d1、d2、d3和d4(见图7)。特别是，形成在波导基片W2上的耦入光栅G(1,2)、G(2,1)具有相同的光栅周期d2；形成在波导基片W3上的耦入光栅G(2,2)、G(3,1)具有相同的光栅周期d3。
近眼显示波导装置100中，优选地，在主波长λ1>λ2>λ3的情况下，光栅周期满足d1>d2>d3>d4。另外，各波导基片优选由折射率相同或相近的材料制成。在一些情况下，这可以通过采用相同材料制成各波导基片来实现。更优选地，λ1/d1、λ2/d2、λ3/d3之间近似相等且近似为常数C1，并且/或者λ1/d2、λ2/d3、λ3/d4之间近似相等且近似为常数C2，其中偏差在±5％以内，更优选地在±1％以内。这样使得对于不同主波长的光能够提供基本上相同的视场角边界，从而最大限度地利用波导基片的折射率所限制的可用的环形波矢空间，而且使得能够极大地简化近眼显示波导装置的设计。
此外，图7示意性地示出了近眼显示装置100的耦入光栅的光栅结构的示例。根据本发明实施例，有利地，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征。这里，光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。例如，如图7所示，形成在波导基片W2上的耦入光栅G(1,2)、G(2,1)具有不同的光栅结构特征；形成在波导基片W3上的耦入光栅G(2,2)、G(3,1)具有不同的光栅结构特征。这样有利于针对不同的主波长调节耦入光栅的衍射效率，以提高光利用效率以及改善显示亮度的均匀性。
根据本发明优选实施例，在满足λ1/d1、λ2/d2、λ3/d3之间近似相等且近似为常数C1，并且λ1/d2、λ2/d3、λ3/d4之间近似相等且近似为常数C2的情况下，形成在不同波导基片上的、用于同一主波长的耦入光栅可以具有与其光栅周期成比例的光栅结构。仅作为示例而非限制性的，如图7所示，耦入光栅G(1,1)的光栅结构与耦入光栅G(1,2)的光栅结构可以具有相似的横截面(例如具有相同或近似的占空比、闪耀角度)，而它们的尺寸(例如光栅的深度、高度)之间的比例可以近似为光栅周期d1与d2之间的比例；耦入光栅G(2,1)与耦入光栅G(2,2)的光栅结构之间的关系以及耦入光栅G(3，1)与耦入光栅G(3,2)的光栅结构之间的关系与上述耦入光栅G(1,1)与耦入光栅G(1,2)的光栅结构之间的关系相同，在此不再赘述。这样的近眼显示波导装置不仅能够扩大视场角范围，优化衍射效率，改善色彩均匀性，还能够极大地简化光栅设计。
以上参照图3至图7介绍根据本发明实施例的近眼显示波导装置的一个示例，即近眼显示波导装置100，其包括彼此叠置的4个波导基片，用于接收包括3个主波长的图像载置光，以实现大视场、彩色显示。然而，应该理解的是，上述波导基片的数量和主波长的数量仅为示例性的，而非限制性的。
为了便于理解，图8示意性地示出了根据本发明实施例的近眼显示波导装置的另一示例(即近眼显示波导装置200)及其耦入光栅的布置。近眼显示波导装置200包括彼此叠置的5个波导基片W1、W2、W3、W4、W5，用于接收包括3个主波长λ1、λ2、λ3的图像载置光并进行近眼图像显示。与近眼显示波导装置100相同，近眼显示波导装置200的每一个波导基片可以形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅(参见图3)。为简洁起见，图8中没有示出波导装置200的俯视图。图8中图形(a)以俯视图从上至下依次示出了波导基片W1、W2、W3、W4、W5上的各个耦入光栅的布置；图形(b)中以沿X方向(各个耦入光栅的相同的光栅矢量方向)观察到的侧视图示出了各个耦入光栅的布置。
如图8所示，用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)、G(1,2)、G(1,3)分别形成在彼此相邻的波导基片W1、W2、W3上，并且在垂直于波导基片的Z方向上的投影彼此重叠；类似地，用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)、G(2,2)、G(2,3)分别形成在彼此相邻的波导基片W2、W3、W4上，并且在Z方向上的投影彼此重叠；用于主波长λ3的耦入光栅G(3,1)、G(3,2)、G(3,3)分别形成在彼此相邻的波导基片W3、W4、W5上，并且在Z方向上的投影彼此重叠。
图9示意性地示出了根据本发明另一些实施例的近眼显示波导装置中用于同一主波长的三个耦入光栅的耦入视场角范围与光机投射的图像载置光的图像视场角范围之间的示例性关系。图8所示近眼显示波导装置200配置为其中用于同一主波长的三个耦入光栅(例如耦入光栅G(1,1)、G(1,2)、G(1,3))的耦入视场角范围θ1、θ2、θ3与光机所投射的图像载置光的图像视场角范围θ0符合图9示出的关系，即耦入视场角范围θ1、θ2、θ3各自小于图像视场角范围θ0，而整体上覆盖图像视场角范围θ0。
近眼显示波导装置200可以具有与上文中参照图3至图7介绍的近眼显示波导装置100的其它特征，在此不再赘述。
可以看到，根据本发明实施例的近眼显示波导装置中波导基片和主波长的数量可以有各种不同情况。概括而言，根据本发明实施例的近眼显示波导装置的m(m≥3)个波导基片为波导基片Wi，i为整数且1≤i≤m，其中：
(1)对于i＝1，波导基片W1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)，耦入光栅G(1,1)具有光栅周期d1；
(2)对于i＝m，波导基片Wm上形成有用于主波长λm-1的耦入光栅G(m-1,2)，耦入光栅G(m-1,2)具有光栅周期dm；
(3)对于2≤i≤m-1，波导基片Wi上形成有用于主波长λi的耦入光栅G(i,1)和用于主波长λi-1的耦入光栅G(i-1,2)，并且满足：λi-1>λi>λi+1。
应该理解的是，尽管上述仅描述了形成在两个波导基片上的、用于同一主波长的两个耦入光栅，但是这并不排除在其它的一个或多个波导基片上还可以形成更多的用于该主波长的耦入光栅。作为示例，可以参考上文中参照图8所介绍的近眼显示波导装置200。
优选地，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。
优选地，对于1≤i≤m-1，满足：λi/di近似为常数C1，并且/或者λi/di+1近似为常数C2，其中偏差在±5％以内。
图10为根据本发明实施例的近眼显示波导装置的又一示例的俯视图，其中该近眼显示波导装置中彼此叠置的多个波导基片W及形成于其上的耦入光栅G和耦出光栅g以它们沿垂直于波导基片的方向(Z方向)在波导装置的顶面(位于X-Y平面内)上的投影彼此叠加的方式被示出。
图10所示近眼显示波导装置300具有与上文中参照图3至图7介绍的近眼显示波导装置100基本相同的配置，不同之处仅在于：近眼显示波导装置100中，用于不同主波长λ1、λ2、λ3的耦入光栅G1、G2、G3垂直于它们共同的光栅矢量方向(X方向)呈直线排布，而近眼显示波导装置300中，耦入光栅G1、G2、G3布置在一个圆周C上，该圆周C由近眼显示波导装置300所要结合使用的反射式光机LE中用于投射主波长λ1、λ2、λ3的光源S1、S2、S3的位置所确定，换句话说，耦入光栅G1、G2、G3与光源S1、S2、S3布置在同一圆周上。
图11示意性地示出了近眼显示波导装置300中的耦入光栅的示例性布置，其中图形(a)、(b)、(c)、(d)依次示出了波导基片W1、W2、W3和W4上的各个耦入光栅的布置。
近眼显示波导装置300可以具有与上文中参照图3至图7介绍的近眼显示波导装置100的其它特征，在此不再赘述。
应该理解，图10所示近眼显示波导装置300也可以构造为具有与上文中参照图8和图9介绍的近眼显示波导装置200基本相同的配置，在此不再赘述。
以上参照图3至图11介绍的根据本发明实施例的近眼显示波导装置的示例中，耦入光栅G具有相同的光栅矢量方向(X方向)。但是，应该理解，本发明在此方面不受限制。也就是说，根据本发明其它一些实施例，近眼显示波导装置中的耦入光栅可以具有不同的光栅矢量方向。
为了便于理解，图12示出了根据本发明实施例的近眼显示波导装置的再一示例的俯视图。图12所示近眼显示波导装置400包括彼此叠置的4个波导基片W1、W2、W3和W4，它们接收包括3个主波长λ1、λ2、λ3的图像载置光，并通过形成于其上的相应的耦出光栅g1、g2、g3和g4进行扩瞳并将光从波导基片中耦出以实现图像显示，其中波导基片W1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)；波导基片W2上形成有用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)和用于主波长λ1的耦入光栅G(1,2)；波导基片W3上形成有用于主波长λ3的耦入光栅G(3,1)和用于主波长λ2的耦入光栅G(2,2)；波导基片W4上形成有用于主波长λ3的耦入光栅G(3,2)。
为了将耦入到波导基片中的光从耦入光栅传播到耦出光栅，图12所示近眼显示波导装置400中，用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)、G(1,2)、具有从左上方指向耦出光栅g1的光栅矢量方向，用于主波长λ2的耦入光栅G(2,1)、G(2,2)、具有从正上方指向耦出光栅g2的光栅矢量方向，用于主波长λ1的耦入光栅G(3,1)、G(3,2)、具有从右上方指向耦出光栅g3的光栅矢量方向。可以看到，近眼显示波导装置400中用于不同主波长的耦入光栅具有不同的光栅矢量方向。从单个波导基片的角度来看，根据本发明的一些实施例，形成在同一波导基片上的耦入光栅可以具有不同的光栅矢量方向，并且相对于该波导基片上的耦出光栅可以设置在不同的方位上。
除了以上参照图12介绍的有关耦入光栅的光栅矢量方向的特征以外，近眼显示波导装置400可以具有与上文中参照图3至图9介绍的近眼显示波导装置100、200的其它特征，在此不再赘述。
下面将通过数据例说明根据本发明实施例的近眼显示波导装置的技术效果。
以下数据例中，视场角以(FOVX,FOVY)表示，其中视场角FOVX为入射光相对于耦入光栅所在X-Y平面(见图1)的法线(Z轴，见图3、图8)在绕Y轴的方向上所成的夹角，视场角FOVY为入射光相对于该法线在绕X轴的方向上所成的夹角，X轴为平行于耦入光栅的光栅矢量的方向。
(数据例1)
数据例1中采用的近眼显示波导装置具有图3和图4所示近眼显示波导装置100的结构，用于与投射主波长λ1＝624nm(红光)、λ2＝522nm(绿光)、λ3＝455nm(蓝光)的图像载置光的光机配合。光机投射的图像载置光的图像视场角范围θ0＝(-26:26°,-15:15°)。
数据例1的近眼显示波导装置中：
(1)波导基片W1、W2、W3和W4采用同样的玻璃材料制成，并且对于主波长λ1、λ2、λ3具有基本上相同的折射率n＝1.7；
(2)波导基片W1上的耦入光栅G(1,1)用于耦入主波长λ1＝624nm的红光，并具有光栅周期d1＝508nm；
(3)波导基片W2上的耦入光栅G(1,2)为和G(2,1)分别用于耦入主波长λ1＝624nm的红光和主波长λ2＝522nm的绿光，它们具有相同的光栅周期d2＝425nm并在Y方向上间隔排列，并且耦入光栅G(1,1)和耦入光栅G(1,2)在Z方向上的投影基本重合；
(4)波导基片W3上的耦入光栅G(2,2)为和G(3,1)分别用于耦入主波长λ2＝522nm的绿光和主波长λ3＝455nm的蓝光，它们具有相同的光栅周期d3＝370nm并在Y方向上间隔排列，并且耦入光栅G(2,1)和耦入光栅G(2,2)在Z方向上的投影基本重合；
(5)波导基片W4上的耦入光栅G(2,2)用于耦入主波长λ3＝455nm的蓝光并具有周期d4＝322nm，并且耦入光栅G(3,1)和耦入光栅G(3,2)在Z方向上的投影基本重合；
(6)图像载置光从波导基片W4一侧入射，耦入光栅G都位于相应波导基片的与图像载置光入射侧相反的一侧。
基于上述参数，根据光束波矢空间计算得到各耦入光栅的耦入视场角范围如下：
耦入光栅G(1,1)具有可用视场角范围θr1＝(-13:27°,-16:16°)；
耦入光栅G(1,2)具有可用视场角范围θr2＝(-28:13°,-16:16°)；
耦入光栅G(2,1)具有可用视场角范围θg1＝(-13:27°,-16:16°)；
耦入光栅G(2,2)具有可用视场角范围θg2＝(-28:13°,-16:16°))；
耦入光栅G(3,1)具有可用视场角范围θb1＝(-13:27°,-16:16°)；
耦入光栅G(3,2)具有可用视场角范围θb2＝(-28:13°,-16:16°)。
可以看到，数据例1的近眼显示波导中耦入光栅的耦入视场角范围θr1、θr2、θg1、θg2、θb1、θb2各自都小于图像视场角范围θ0。，但是用于同一主波长的耦入光栅的耦入视场角范围θr1+θr2、θg1+θg2、θb1+θb2整体上能够覆盖图像视场角范围θ0。
通过设计耦入光栅的衍射效率曲线，能够将各耦入光栅G分别用于耦入以下视场角范围的图像载置光：
耦入光栅G(1,1)、G(2,1)、G(3,1)分别用于耦入视场角范围θ1＝(-12:26°,-15:15°)的红光、绿光和蓝光；
耦入光栅G(1,2)、G(2,2)、G(3,2)分别用于耦入视场角范围θ2＝(-26:12°,-15:15°)的红光、绿光和蓝光。
也就是说，数据例1的近眼显示波导装置能够支持52°×30°视场范围的全彩白光耦入并全反射传输，对角线视场角达到58°。
此外，数据例1的近眼显示波导装置中：λ1/d1＝1.228，λ2/d2＝1.228，λ3/d3＝1.230，近似为常数1.228，且偏差在1％以内；λ1/d2＝1.468，λ2/d3＝1.411，λ3/d4＝1.403，近似为常数1.411，且偏差在5％以内。
在上述各波导基片的折射率基本上相同并且波长和光栅周期的比例近似为常数的情况下，各耦入光栅的衍射效率非常接近；在此基础上，通过控制各波导基片的光栅结构参数，如深度，占空比，镀膜等，进一步进行微调优化，最终得到高色彩均匀性的输出结果，其中色偏差值Δu′v′<0.03。传统设计方法的色偏差值为0.1左右。色偏差值定义为CIE1976(u′,v′)色坐标空间任意两点之间的最大颜色差异，其值越小，则色彩均匀性越高。色偏差值Δu′v′的表达式如下：
其中(u′i,v′i)、(u′j,v′j)为输出结果第i、j个视场区域的色坐标，i,j＝1,2…n，其中n为输出结果的划分视场区域总数。
(数据例2)
数据例2中采用的近眼显示波导装置具有图10和图11所示近眼显示波导装置300的结构，用于离轴式的光机配合。该光机投射主波长λ1＝622nm(红光)、λ2＝532nm(绿光)、λ3＝455nm(蓝光)的图像载置光，并且图像载置光的图像视场角范围θ0＝(-35:35°,-22:22°)。
数据例2的近眼显示波导装置中：
(1)波导基片W1、W2、W3和W4采用同样的玻璃材料制成，并且对于主波长λ1、λ2、λ3分别具有折射率n1＝1.93、n2＝1.96、n3＝2.00；
(2)波导基片W1上的耦入光栅G(1,1)用于耦入主波长λ1＝622nm的红光，并具有光栅周期d1＝462nm；
(3)波导基片W2上的耦入光栅G(1,2)为和G(2,1)分别用于耦入主波长λ1＝622nm的红光和主波长λ2＝532nm的绿光，它们具有相同的光栅周期d2＝395nm并在Y方向上间隔排列，并且耦入光栅G(1,1)和耦入光栅G(1,2)在Z方向上的投影基本重合；
(4)波导基片W3上的耦入光栅G(2,2)为和G(3,1)分别用于耦入主波长λ2＝532nm的绿光和主波长λ3＝455nm的蓝光，它们具有相同的光栅周期d3＝338nm并在Y方向上间隔排列，并且耦入光栅G(2,1)和耦入光栅G(2,2)在Z方向上的投影基本重合；
(5)波导基片W4上的耦入光栅G(2,2)用于耦入主波长λ3＝455nm的蓝光并具有周期d4＝289nm，并且耦入光栅G(3,1)和耦入光栅G(3,2)在Z方向上的投影基本重合；
(6)各耦入光栅G在垂直于波导基片W的Z方向上的投影布置在一个圆周上，从而分别与离轴式光机的红、绿、蓝光源关于该圆周的圆心中心对称；
(7)图像载置光从波导基片W1一侧入射，耦入光栅G都位于相应波导基片的图像载置光入射侧。
基于上述参数，根据光束波矢空间计算得到各耦入光栅的耦入视场角范围如下：
耦入光栅G(1,1)具有可用视场角范围θr1＝(-20:36°,-26:26°)；
耦入光栅G(1,2)具有可用视场角范围θr2＝(-35:20°,-26:26°)；
耦入光栅G(2,1)具有可用视场角范围θg1＝(-20:38°,-27:27°)；
耦入光栅G(2,2)具有可用视场角范围θg2＝(-35:22°,-27:27°)；
耦入光栅G(3,1)具有可用视场角范围θb1＝(-20:40°,-28:28°)；
耦入光栅G(3,2)具有可用视场角范围θb2＝(-35:24°,-28:28°)。
可以看到，数据例2的近眼显示波导中耦入光栅的耦入视场角范围θr1、θr2、θg1、θg2、θb1、θb2各自都小于图像视场角范围θ0。，但是用于同一主波长的耦入光栅的耦入视场角范围θr1+θr2、θg1+θg2、θb1+θb2整体上能够覆盖图像视场角范围θ0。
通过设计耦入光栅的衍射效率曲线，能够将各耦入光栅G分别用于耦入以下视场角范围的图像载置光：
耦入光栅G(1,1)、G(2,1)、G(3,1)分别用于耦入视场角范围θ1＝(-18:35°,-22:22°)的红光、绿光和蓝光；
耦入光栅G(1,2)、G(2,2)、G(3,2)分别用于耦入视场角范围θ2＝(-35:18°,-22:22°)的红光、绿光和蓝光。
也就是说，数据例2的近眼显示波导装置能够支持70°×44°视场范围的全彩白光耦入并全反射传输，对角线视场角达到80°。
此外，数据例2的近眼显示波导装置中：λ1/d1＝1.346，λ2/d2＝1.347，λ3/d3＝1.346，近似为常数1.346，且偏差在1％以内；λ1/d2＝1.575，λ2/d3＝1.574，λ3/d4＝1.574，近似为常数1.574，且偏差在1％以内。
在上述各波导基片的折射率基本上相同并且波长和光栅周期的比例近似为常数的情况下，各耦入光栅的衍射效率非常接近；在此基础上，通过控制各波导基片的光栅结构参数，如深度，占空比，镀膜等，进一步进行微调优化，最终得到高色彩均匀性的输出结果，其中色偏差值Δu′v′<0.03。传统设计方法的色偏差值为0.15左右。
根据本发明实施例的近眼显示波导装置可以应用于近眼显示设备中。这样的近眼显示设备包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，其中镜片可以包括如上介绍的根据本发明实施例的近眼显示波导装置。优选地，该显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
以上描述仅为本申请的较佳实施例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 (18)

1.一种近眼显示波导装置，包括彼此叠置的m个波导基片，m为整数且m≥3，其接收具有图像视场角范围的图像载置光，所述图像载置光包括少于m个主波长的光，其中：
对应于每一个主波长，所述m个波导基片形成有至少两个耦入光栅，所述至少两个耦入光栅形成在不同的波导基片上，并且具有不同的光栅周期，用于将彼此不同的耦入视场角范围内的光耦入到相应的波导基片中，其中所述耦入视场角范围各自都小于所述图像视场角范围，并且所述耦入视场角范围整体上覆盖所述图像视场角范围。
2.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，每一个波导基片形成有一个耦出光栅和至少一个耦入光栅；
每一个主波长的图像载置光在经过相应的耦入光栅耦合到一个波导基片中之后经由该耦入光栅所对应的一全反射路径传播至所述一个波导基片的耦出光栅；并且
用于耦入一个主波长的光的耦入光栅所对应的全反射路径不经过用于耦入另一个主波长的光的耦入光栅。
3.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在所述m个波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向；并且
形成在所述m个波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅在平行于各个所述波导基片且垂直于所述光栅矢量方向的方向上彼此分离。
4.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的耦入光栅具有相同的光栅矢量方向和光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在基本上相同的方位上；或者
形成在同一波导基片上的耦入光栅具有不同的光栅矢量方向和/或光栅周期，并且相对于该波导基片上的耦出光栅设置在不同的方位上。
5.如权利要求4所述的近眼显示波导装置，其中，形成在同一波导基片上的、用于耦入不同主波长的光的耦入光栅具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
6.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，形成在不同波导基片上的、用于耦入相同主波长的光的所述至少两个耦入光栅在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
7.如权利要求6所述的近眼显示波导装置，其中，所述至少两个耦入光栅形成在彼此相邻的波导基片上。
8.如权利要求1所述的近眼显示波导装置，其中，所述m个波导基片为波导基片Wi，i为整数且1≤i≤m，其中，
对于i＝1，波导基片W1上形成有用于主波长λ1的耦入光栅G(1,1)，耦入光栅G(1,1)具有光栅周期d1；
对于i＝m，波导基片Wm上形成有用于主波长λm-1的耦入光栅G(m-1,2)，耦入光栅G(m-1,2)具有光栅周期dm；
对于2≤i≤m-1，波导基片Wi上形成有用于主波长λi的耦入光栅G(i,1)和用于主波长λi-1的耦入光栅G(i-1,2)，并且满足：λi-1>λi>λi+1。
9.如权利要求8所述的近眼显示波导装置，其中，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有相同的光栅矢量方向和光栅周期di，且di-1>di>di+1。
10.如权利要求9所述的近眼显示波导装置，其中，m＝4，并且所述图像载置光包括红光、绿光和蓝光。
11.如权利要求9所述的近眼显示波导装置，其中，所述m个波导基片由折射率相同或相近的材料制成。
12.如权利要求9或11所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，满足：λi/di近似为常数C1，并且/或者λi/di+1近似为常数C2，其中偏差在±5％以内。
13.如权利要求12所述的近眼显示波导装置，其中，对于2≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)和耦入光栅G(i-1,2)具有不同的光栅结构特征，所述光栅结构特征包括光栅的深度、高度、占空比、闪耀角度以及光学镀膜中的一项或多项。
14.如权利要求8所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，j为整数且1≤j≤m-1，k＝1或2，且i≠j，耦入光栅G(i,k)与耦入光栅G(j,k)在垂直于所述波导基片的方向上彼此分离。
15.如权利要求8或14所述的近眼显示波导装置，其中，对于1≤i≤m-1，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)在垂直于所述波导基片的方向上的投影彼此重叠。
16.如权利要求15所述的近眼显示波导装置，其中，耦入光栅G(i,1)与耦入光栅G(i,2)形成在彼此相邻的波导基片上。
17.一种近眼显示设备，包括如权利要求1-16中任一项所述的近眼显示波导装置。
18.如权利要求17所述的近眼显示设备，其中，所述近眼显示设备还包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，并且所述镜片包括所述近眼显示波导装置。
CN202410166431.9A 2024-02-05 2024-02-05 近眼显示波导装置和近眼显示设备 Pending CN117950105A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410166431.9A CN117950105A (zh) 2024-02-05 2024-02-05 近眼显示波导装置和近眼显示设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410166431.9A CN117950105A (zh) 2024-02-05 2024-02-05 近眼显示波导装置和近眼显示设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117950105A true CN117950105A (zh) 2024-04-30

Family

ID=90802899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410166431.9A Pending CN117950105A (zh) 2024-02-05 2024-02-05 近眼显示波导装置和近眼显示设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117950105A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118226567A (zh) * 2024-05-27 2024-06-21 北京至格科技有限公司 一种降低彩虹纹的光栅波导装置以及波导系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462487A (zh) * 2017-03-21 2019-11-15 奇跃公司 用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导
CN113167946A (zh) * 2018-09-28 2021-07-23 奇跃公司 集成有扫描镜的投影仪
US11156832B1 (en) * 2018-12-11 2021-10-26 Rockwell Collins, Inc. Systems and methods for multicolor display with large field of view
CN114286962A (zh) * 2019-06-20 2022-04-05 奇跃公司 用于增强现实显示系统的目镜
CN114815233A (zh) * 2021-01-18 2022-07-29 宁波舜宇光电信息有限公司 增强现实的显示设备
CN116027553A (zh) * 2021-10-27 2023-04-28 上海鲲游科技有限公司 衍射增强光波导装置及其方法
WO2023192650A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Vuzix Corporation Multiple wavelength range imaging light guide system
CN117310984A (zh) * 2022-06-24 2023-12-29 上海鲲游科技有限公司 一种衍射光波导及其制备方法、增强现实设备
WO2024015217A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-18 Magic Leap, Inc. Illumination layout for compact projection system

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462487A (zh) * 2017-03-21 2019-11-15 奇跃公司 用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导
CN113167946A (zh) * 2018-09-28 2021-07-23 奇跃公司 集成有扫描镜的投影仪
US11156832B1 (en) * 2018-12-11 2021-10-26 Rockwell Collins, Inc. Systems and methods for multicolor display with large field of view
CN114286962A (zh) * 2019-06-20 2022-04-05 奇跃公司 用于增强现实显示系统的目镜
CN114815233A (zh) * 2021-01-18 2022-07-29 宁波舜宇光电信息有限公司 增强现实的显示设备
CN116745682A (zh) * 2021-01-18 2023-09-12 宁波舜宇光电信息有限公司 增强现实的显示设备
CN116027553A (zh) * 2021-10-27 2023-04-28 上海鲲游科技有限公司 衍射增强光波导装置及其方法
WO2023192650A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Vuzix Corporation Multiple wavelength range imaging light guide system
CN117310984A (zh) * 2022-06-24 2023-12-29 上海鲲游科技有限公司 一种衍射光波导及其制备方法、增强现实设备
WO2024015217A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-18 Magic Leap, Inc. Illumination layout for compact projection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118226567A (zh) * 2024-05-27 2024-06-21 北京至格科技有限公司 一种降低彩虹纹的光栅波导装置以及波导系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ding et al. Waveguide-based augmented reality displays: perspectives and challenges
CN109073884B (zh) 具有改进的强度分布的波导出射光瞳扩展器
US20210165142A1 (en) Diffractive element with doubly periodic gratings
JP2022166108A (ja) 走査反射器を用いた広い視野の表示のための方法およびシステム
JP2023088965A (ja) 空間光変調器を照明するための方法、デバイス、およびシステム
CN101174028B (zh) 光学装置以及虚像显示装置
US8596846B2 (en) Frontlight unit for enhancing illumination of a reflective display
CN117950105A (zh) 近眼显示波导装置和近眼显示设备
US20230341597A1 (en) Eyepieces for augmented reality display system
CN108369300A (zh) 使用具有相应不同的发射峰值的多个不同的窄带光进行成像
US11391943B2 (en) Diffractive display, lightguide element and projector therefor, and method for displaying image
US20220357579A1 (en) Optical device for coupling a high field of view of incident light
JP2009511996A (ja) 光学リサイジング及びバックライティングのための装置および方法
TWI770936B (zh) 光學系統及其近眼顯示裝置
CN217821091U (zh) 投影系统及相应的ar和vr近眼显示装置和ar眼镜
CN215813430U (zh) 光波导系统和近眼显示器
CN117310984A (zh) 一种衍射光波导及其制备方法、增强现实设备
Wang et al. Holographic waveguide display with large field of view based on volume holographic grating
CN112180594A (zh) 一种全息波导显示装置
US20230400618A1 (en) Single mode full color waveguide combiner using asymmetric transmissive and reflective diffraction gratings
KR20230112710A (ko) 디스플레이 패널을 위한 패터닝된 백라이트
CN114035326A (zh) 一种反向分布照明的ar光机及ar眼镜
CN114839765A (zh) 一种大视场角的光学扩瞳装置、显示装置及方法
JP5669210B2 (ja) 表示装置
Nakao et al. Efficient waveguide-type four-color (red–green–blue–infrared) laser beam combiner for compact laser beam scanning image projectors

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