CN217238441U - 光波导结构及近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及本申请提供一种光波导结构及近眼显示装置，包括第一光波导元件、分光膜及反射式衍射光栅，第一光波导元件具有第一侧壁和相背对的第一端面、第二端面，第一端面相对第二端面倾斜设置，分光膜与第一端面贴合，反射式衍射光栅贴合在所述第二端面；其中，分光膜用于耦入光线，并反射由该反射式衍射光栅反射的光线，第一光波导元件的第一侧壁形成有出射区，出射区面向所述第一端面的内侧。对于本实用新型的光波导结构，进入第一光波导元件的光束经该反射式衍射光栅延伸产生的各衍射级能够顺利的被分光膜反射经出射区输出，0级衍射也被顺利使用，有利于降低光功耗的损耗，提高了显示亮度。

Description

光波导结构及近眼显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及光波导结构及近眼显示装置。

背景技术

对于近眼显示装置，图像光发出的光束经过光栅衍射后，会被分为若干个衍射级，如：0级、±1级、±2……级等衍射级，各衍射级中，0级衍射属于最强衍射级。

但是现有很多近眼显示装置中，光束经近眼显示装置的光波导结构内的衍射光栅衍射后，最终使用的最强衍射只能达到级+1级衍射或是-1级衍射，而0级衍射才是最强衍射级，这样大大损耗了光功率，致使显示亮度不够高。

因此，如何提高近眼显示装置的显示亮度是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的主要目的在于降低现有近眼显示装置的光波导结构对光功耗的损耗，以提高显示亮度。

为此，本申请提供一种光波导结构，包括：

第一光波导元件，具有第一侧壁和相背对的第一端面、第二端面，所述第一端面相对所述第二端面倾斜设置；

分光膜，与所述第一端面贴合；及

反射式衍射光栅，贴合在所述第二端面；

其中，所述分光膜用于耦入光线，并反射由所述反射式衍射光栅反射的光线，所述第一光波导元件的第一侧壁形成有出射区，所述出射区面向所述第一端面的内侧。

对于本实用新型的光波导结构，进入第一光波导元件的光束经该反射式衍射光栅延伸产生的各衍射级能够顺利的被分光膜反射经出射区输出，0 级衍射也被顺利使用，有利于降低光功耗的损耗，提高了显示亮度。

可选的，所述光波导结构还包括第二光波导元件，所述第二光波导元件与所述第一光波导元件沿光路方向依次设置，所述第二光波导元件上设置有耦出面，所述分光膜贴合在所述耦出面和所述第一端面之间。此时，分光膜被可靠的压在第一光波导元件和第二光波导元件之间，有利于保护分光膜。

可选的，所述第二光波导元件具有相背对的耦入面和耦出面，所述耦入面与所述第二端面相背对，所述耦出面相对所述第二端面倾斜设置。

可选的，所述光波导结构还包括光纤，所述光纤、所述第二光波导元件、所述第一光波导元件沿光路方向依次设置，所述光纤上具有与所述耦入面相贴合的耦出区。

可选的，所述光纤具有第二侧壁和相背对的第三端面、第四端面，所述第四端面为相对所述第三端面倾斜的反射端面，所述耦出区位于所述第二侧壁上，且所述耦出区朝向所述第四端面的内侧。

可选的，所述光纤具有相背对的第三端面和第四端面，所述耦出区位于所述第四端面上。

相应的，本是实用新型还提供一种近眼显示装置，包括：

光引擎；及

光波导结构，所述光波导结构为上述任一种所述的光波导结构；

其中，所述光引擎靠近所述光波导结构的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线。

对于本是实用新型近眼显示装置，光引擎产生的光束进入第一光波导元件后，经该反射式衍射光栅延伸产生的各衍射级能够顺利的被分光膜反射经出射区输出，0级衍射也被顺利使用，有利于降低光功耗的损耗，提高了显示亮度。

可选的，所述近眼显示装置还包括第一准直透镜，所述光引擎、所述第一准直透镜和所述光波导结构沿光路方向依次设置。

可选的，所述近眼显示装置还包括第二准直镜，所述第二准直镜设置于所述第一光波导元件的旁侧，且对准所述第一光波导元件的所述出射区。

相应的，本实用新型的一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

镜框；

挂耳，连接在所述镜框的端部；及

光波导结构，所述光波导结构为上述任一种设置有光纤的光波导结构；

其中，所述光波导结构中的所述光纤设置于所述挂耳上，所述光波导结构中的所述第二光波导元件、所述第一光波导元件和所述反射式衍射光栅设置于所述镜框上。

这种近眼显示装置中，将光纤设置于挂耳中，有利于缩小挂耳尺寸，由于光纤具有可弯曲的特性，不易于因挂耳相对镜框的活动或挂耳自身的变形而被损坏。

附图说明

图1为本实用新型的光波导结构的一示例性的结构示意图；

图2为设置有图1的光波导结构的一示例性的近眼显示装置的示意图；

图3为本实用新型的光波导结构的另一示例性的结构示意图；

图4为设置有图3的光波导结构的一示例性的近眼显示装置的示意图；

图5为本实用新型的光波导结构的又一示例性的结构示意图；

图6为设置有图5的光波导结构的一示例性的近眼显示装置的示意图；

图7为本实用新型的光波导结构的再一示例性的结构示意图；

图8为设置有图7的光波导结构的一示例性的近眼显示装置的示意图；

图9为本实用新型的光波导结构的再一示例性的结构示意图；

图10为设置有图9的光波导结构的一示例性的近眼显示装置的示意图；

图11为本实用新型的近眼显示装置的一示例性的结构示意图；

图12为图1至图11中第一光波导元件的结构示意图；

图13为图3、图7、图9中第一光波导元件的结构示意图；

图14为图7中光线的结构示意图；

附图标记说明：

100-光引擎；

200-第一准直透镜；

300-光纤、310-第二侧壁、320-第三端面、330-第四端面、311-耦出区；

400-第二光波导元件、410-耦入面、420-耦出面、430-反射面；

500-分光膜；

600-第一光波导元件、610-第一侧壁、620-第一端面、630-第二端面、 611-出射区；

700-反射式衍射光栅；

800-第二准直镜；

A-镜框、B-挂耳。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

现有近眼显示装置中，最终使用的最强衍射只能达到级+1级衍射或是 -1级衍射，而0级衍射才是最强衍射级，光功率损耗大，显示亮度不够高。

基于此，本申请希望提供能够解决上述技术问题的方案。其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

结合参见图1、图3、图5、图7、图9、图12，本实用新型的光波导结构，包括第一光波导元件600、分光膜500及反射式衍射光栅700，第一光波导元件600具有第一侧壁610，第一光波导元件600还具有相背对的第一端面620和第二端面630，第一端面620相对第二端面630倾斜设置，分光膜500与第一端面620贴合，反射式衍射光栅700贴合在所述第二端面630；其中，分光膜500用于耦入光线，并反射由该反射式衍射光栅700反射的光线，第一光波导元件600的第一侧壁610形成有出射区611，出射区 611面向所述第一端面620的内侧。

上述实施例及下述实施例的光波导结构可以应用于近眼显示装置中，对应参见图2、图4、图6、图8、图10，相应的近眼显示装置包括光引擎 100及上述或下述实施例中任一种光波导结构，所述光引擎100靠近所述光波导结构的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线。各附图中，光波导结构的入光区域不同：结合参见图1、图2、图12，光波导结构的入光区域为第一光波导元件600的第一端面620；结合参见图3至图6、图13，光波导结构的入光区域为第二光波导元件400的耦入面410；结合参见图7 至图10、图14，光波导结构的入光区域为光纤300的第三端面320。

工作时，虽然各附图中光波导结构的入光区域不同，但是光引擎100 产生的光束都会依次经分光膜500和第一端面620进入第一光波导元件600，而后向第二端面630传输，待到达第二端面630后，被反射式延伸光栅衍射，产生0级、±1级、±2……级等衍射级，并被反射式衍射光栅700 反射回到第一端面620，被分光膜500向出射区611反射，并经出射区611 输出。

本实用新型中，0级衍射也被有效使用，有利于降低光功耗的损耗，提高了显示亮度。

在实际实施过程中，该分光膜可以为半反半透膜。

在一些实施例中，结合参见图3、图5、图7、图9、图13，该光波导结构还包括第二光波导元件400，第二光波导元件400与第一光波导元件 600沿光路方向依次设置，第二光波导元件400上设置有耦出面420，分光膜500贴合在耦出面420和第一端面620之间。此时，分光膜500被可靠的压在第一光波导元件600和第二光波导元件400之间，有利于保护分光膜500。

工作时，光引擎100产生的光束会进入第二光波导元件400，依次经第二光报道元件的耦出面420、分光膜500和第一端面620进入第一光波导元件600。

在一些实施例中，结合参见图3、图7、图9、图13，所述第二光波导元件400具有相背对的耦入面410和耦出面420，所述耦入面410与所述第二端面630相背对，所述耦出面420相对所述第二端面630倾斜设置。

工作时，光引擎100产生的光束从该耦入面410进入第二光波导元件 400，并从第二光波导元件400的耦出面420射出，再经分光膜500和第一端面620进入第一光波导元件600。

在另一些实施例中，参见图5，第二光波导元件400的耦入面410垂直于第二端面630，但此时，沿光路方向，第二光波导元件400的耦入面410 和耦出面420之间还设置有反射面430，该反射面430用于将耦入面410耦入的光线向耦出面420所在方向反射。

在一些实施例中，结合参见图7、图9、图14，该光波导结构还包括光纤300，光纤300、第二光波导元件400、第一光波导元件600沿光路方向依次设置，光纤300上具有与耦入面410相贴合的耦出区。

这种以光纤300作为整个光波导结构的光耦入元件的方式，由于光线具有细长且可弯曲的特性，能够使得光引擎100的安装位置不受限制，有利于整个光波导结构可以应用于更多空间受限的场景中。譬如，图11中，光纤300布置在安装于挂耳B内。

在实际实施过程中，该光纤可以为玻璃光纤，也可以为塑料光纤。

在一些实施例中，参见图9，光纤300具有相背对的第三端面320和第四端面330，耦出区位于第四端面330上。

工作时，光引擎100产生的光线从光线的第三端面320进入光纤300，而后经第四端面330直接耦出，并进入第二光波导元件400。

在另一些实施例中，参见图7、图14，光纤300具有第二侧壁310、相背对的第三端面320和第四端面330，所述第四端面330为相对所述第三端面320倾斜的反射端面，所述耦出区位于第二侧壁310上，且耦出区朝向第四端面330的内侧。结合参见图11，若此种光波导结构对应的进眼显示系统包括镜框A和挂耳B，在将光纤300设置于挂耳B内，第二光波导元件400、第一光波导元件600设置于镜框A上时，光线无需进行大幅度弯折，有利于减少因光纤300弯曲对光波的损耗。

工作时，光引擎100产生的光束经光纤300的第三端面320进入光纤 300，被第四端面330反射后，再从第二侧壁310上的耦出区耦出，进入第二光波导元件400。

在一些实施例中，参见图2、图4、图6、图8、图10，本实用新型的近眼显示装置还包括第一准直透镜200，所述光引擎100、所述第一准直透镜200和上述任一种光波导结构沿光路方向依次设置。

在实际实施过程中，该第一准直透镜200可以是单颗求面镜或是非球面镜，亦可是多颗球面镜或非球面镜组合，用于将光束光斑缩小。

在一些实施例中，参见图2、图4、图6、图8、图10，近眼显示装置还包括第二准直镜800，第二准直镜800设置于第一光波导元件600的旁侧，且对准第一光波导元件的出射区611，相当于对准整个光波导结构的出光区域。

在实际实施过程中，该第二准直镜可以采用液体透镜，打开时成准直透镜，关闭时无屈光度。

参见图11，本实用新型还提供一种近眼显示装置，包括镜框A、挂耳B 及光波导结构；挂耳B连接在镜框A的端部，光波导结构为上述任一种设置有光纤300的光波导结构；其中，光波导结构中的光纤300设置于挂耳B 上，光波导结构中的第二光波导元件400、第一光波导元件600和反射式衍射光栅700设置于镜框A上。

这种近眼显示装置中，将光纤300设置于挂耳B中，有利于缩小挂耳B 尺寸，由于光纤300具有可弯曲的特性，不易于因挂耳B相对镜框A的活动或挂耳B自身的变形而被损坏。

当然，该近眼显示装置还包括光引擎100，该光引擎100也设置于挂耳 B内，若该近眼显示装置还包括第一准直透镜200和第二准直镜800，则第一准直透镜200也设置于挂耳B内。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光波导结构，其特征在于，包括：

第一光波导元件，具有第一侧壁和相背对的第一端面、第二端面，所述第一端面相对所述第二端面倾斜设置；

分光膜，与所述第一端面贴合；及

反射式衍射光栅，贴合在所述第二端面；

其中，所述分光膜用于耦入光线，并反射由所述反射式衍射光栅反射的光线，所述第一光波导元件的第一侧壁形成有出射区，所述出射区面向所述第一端面的内侧。

2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于：还包括第二光波导元件，所述第二光波导元件与所述第一光波导元件沿光路方向依次设置，所述第二光波导元件上设置有耦出面，所述分光膜贴合在所述耦出面和所述第一端面之间。

3.根据权利要求2所述的光波导结构，其特征在于：所述第二光波导元件具有相背对的耦入面和耦出面，所述耦入面与所述第二端面相背对，所述耦出面相对所述第二端面倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的光波导结构，其特征在于：还包括光纤，所述光纤、所述第二光波导元件、所述第一光波导元件沿光路方向依次设置，所述光纤上具有与所述耦入面相贴合的耦出区。

5.根据权利要求4所述的光波导结构，其特征在于：所述光纤具有第二侧壁和相背对的第三端面、第四端面，所述第四端面为相对所述第三端面倾斜的反射端面，所述耦出区位于所述第二侧壁上，且所述耦出区朝向所述第四端面的内侧。

6.根据权利要求4所述的光波导结构，其特征在于：所述光纤具有相背对的第三端面和第四端面，所述耦出区位于所述第四端面上。

7.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

光引擎；及

光波导结构，所述光波导结构为权利要求1-6中任一项所述的光波导结构；

其中，所述光引擎靠近所述光波导结构的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线。

8.根据权利要求7所述的近眼显示装置，其特征在于：还包括第一准直透镜，所述光引擎、所述第一准直透镜和所述光波导结构沿光路方向依次设置。

9.根据权利要求7所述的近眼显示装置，其特征在于：还包括第二准直镜，所述第二准直镜设置于所述第一光波导元件的旁侧，且对准所述第一光波导元件的所述出射区。

10.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

镜框；

挂耳，连接在所述镜框的端部；及

光波导结构，所述光波导结构为权利要求4-6中任一项所述的光波导结构；

其中，所述光波导结构中的所述光纤设置于所述挂耳上，所述光波导结构中的所述第二光波导元件、所述第一光波导元件和所述反射式衍射光栅设置于所述镜框上。

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