CN220289895U - 折射衍射混合光波导系统及ar显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种折射衍射混合光波导系统及AR显示设备，折射衍射混合光波导系统包括波导组件、耦入光栅、分光组件以及耦出光栅；波导组件包括层叠设置的波导板和盖板，波导组件用于使得光束能够以全反射的形式分别在波导板和盖板内传输；耦入光栅设于波导板，耦入光栅用于将入射光耦入波导板；分光组件夹设于波导板和盖板之间，分光组件用于对在波导组件内传输的光束进行分光处理，以对光束的光斑进行扩束或者加密；耦出光栅设于波导板，用于将扩束或者加密完成后的光束耦合输出。

Description

折射衍射混合光波导系统及AR显示设备

技术领域

本实用新型涉及AR显示技术领域，尤其是一种折射衍射混合光波导系统及AR显示设备。

背景技术

目前应用到AR显示设备的微投光机有LCoS、DLP、Micor-LED、Micor-OLED和LBS光机等方案；相对于其它形态的光机设备，LBS光机(激光束扫描)具备体积极小，亮度高，对比度高，较少的画面滞留，较低的功耗和更长的续航时间等等优点，被普遍认为是最具有潜力的微投显示设备。

但由于LBS光机的出光模式导致其出射出射的光斑很小，因此，在结合衍射光波导扩瞳时，扩瞳后的光斑与光斑之间会存在较大的空隙，导致光斑不连续；LBS光机过小的光斑给衍射光波导的视场角设置了上限；而光斑与光斑之间较大的空隙也会导致视场均匀性和色彩均匀性不佳等缺点。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种折射衍射混合光波导系统及AR显示设备，以解决现有技术中因LBS光机出射光斑过小导致衍射波导的视场角受限、且视场和色彩不均匀的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种折射衍射混合光波导系统，包括：

波导组件，包括层叠设置的波导板和盖板，所述波导组件用于使得光束能够以全反射的形式分别在所述波导板和所述盖板内传输；

耦入光栅，设于所述波导板，所述耦入光栅用于将光束耦入所述波导板；

分光组件，夹设于所述波导板和所述盖板之间，所述分光组件用于对在所述波导组件内传输的光束进行分光处理，以对光束进行扩束或者加密；以及，

耦出光栅，设于所述波导板，用于将扩束或者加密完成后的光束耦合输出。

可选地，所述耦入光栅用于将光束耦入所述波导板后沿纵向传输；

所述折射衍射混合光波导系统还包括转折光栅，所述转折光栅设于所述波导组件上且与所述耦入光栅在纵向上间隔设置，所述转折光栅用于衍射在所述波导组件内沿纵向传输的光束，以使光束沿横向在所述波导组件内传输；

其中，所述耦出光栅处于所述转折光栅在横向上的至少一侧，用于将沿横向传输的光束耦合输出；所述分光组件处于光束的横向传输区域和纵向传输区域。

可选地，所述转折光栅设于所述波导板；

所述分光组件包括第一分光膜，所述第一分光膜部分处于所述转折光栅与所述耦出光栅之间，且在横向上覆盖部分所述转折光栅，在纵向上完全覆盖所述转折光栅，所述第一分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿纵向和沿纵向传输的光束进行分光处理。

可选地，所述转折光栅设于所述波导板；

所述分光组件包括：

第二分光膜至少完全覆盖所述耦入光栅，所述二分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿纵向传输的光束进行分光处理；以及，

第三分光膜处于所述耦出光栅和所述转折光栅之间，所述第三分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿横向传输的光束进行分光处理。

可选地，所述波导板和所述盖板间隔设置；

所述转折光栅包括第一转折光栅和第二转折光栅，所述第一转折光栅设于所述波导板，所述第二转折光栅设于所述盖板；

所述分光组件包括：

第四分光膜，处于所述耦入光栅和所述转折光栅之间，用以对在所述波导板内沿纵向传输的光束进行一次分光处理；以及，

第五分光膜，处于所述转折光栅和所述耦出光栅之间，用以对在所述盖板内沿横向传输的光束进行一次分光处理。

可选地，所述光束包括第一视场光束和第二视场光束，所述第一视场光束的步长大于所述第二视场光束的步长；所述第四分光膜和所述第五分光膜均处于所述第一视场光束的传输区域。

可选地，所述耦出光栅为一维耦出光栅。

可选地，所述盖板的厚度小于所述波导板的厚度；和/或，

所述波导组件和所述分光组件的折射率相异。

可选地，所述耦出光栅为二维耦出光栅；

所述耦入光栅与所述耦出光栅间隔设置，所述耦出光栅用于将光束分别沿纵向和横向扩瞳并耦出所述波导板；

所述分光组件包括第六分光膜，所述第六分光膜在横向上完全覆盖所述耦出光栅、在纵向上至少覆盖部分的所述耦出光栅，用以使得光束在所述波导板和所述盖板内沿横向和沿纵向进行分光处理。

可选地，所述第六分光膜的一部分覆盖部分的所述耦出光栅，所述第六分光膜的另一部分处于所述耦入光栅和所述耦出光栅之间。

本实用新型还提供一种AR显示设备，所述AR显示设备包括上述的折射衍射混合光波导系统。

本实用新型的技术方案中，折射衍射混合光波导系统包括波导组件、耦入光栅、分光组件以及耦出光栅；光束被所述耦入光栅耦入并且以全反射的形式分别在所述波导板和所述盖板内传输，当光束传输至所述分光组件时，所述分光组件将大步长视场角光束分为对应在所述波导板和所述盖板上传输的第一光束和第二光束，第一光束在所述波导板内以全反射的形式传输，第二光束在所述盖板内以全反射的形式传输，第二光束在经过所述分光组件时，有部分光线被透射至所述波导板，第二光束透射至所述波导板内形成的光斑部分覆盖第一光束在所述波导板内形成的光斑，或者，第二光束透射至所述波导板内形成的光斑处于第一光束在所述波导板内形成的两个光斑之间，实现了对光束的光斑的扩束或者加密，如此设置，LBS较小的光斑得到了有效扩束，不使用很薄的波导片也可以避免扩瞳后的光斑之间过大的空隙，解决了现有衍射波导光栅布局里LBS光机出射光斑较小带来的视场不均匀，AR模组强度不够，视场角无法做大等等缺点；相对于现有技术，以较为简单直观的过程，可以通过控制所述盖板的厚度，所述分光组件的折射率和厚度等几何参数，可以调整所述盖板中的光束的分光位置，使得从所述盖板传导过来的光斑落在所述波导板传输的两个光斑之间的位置，从而在横向精确的加大了光斑密度，最终精确调控了视场内能量和色彩的分布。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统第一实施例的结构示意图；

图2为图1中的折射衍射混合光波导系统的剖视图；

图3为图1中的折射衍射混合光波导系统的正视图；

图4为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统第二实施例的结构示意图；

图5为图4中的折射衍射混合光波导系统的正视图；

图6为图4中的折射衍射混合光波导系统的侧视图；

图7为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统第三实施例(第一转折光栅衍射扩瞳)的结构示意图；

图8为图7中的折射衍射混合光波导系统(第二转折光栅衍射扩瞳)的结构示意图；

图9为图7中的折射衍射混合光波导系统的正视图；

图10为图7中的折射衍射混合光波导系统的侧视图；

图11为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统第四实施例的结构示意图；

图12为图11中的折射衍射混合光波导系统的正视图；

图13为图11中的折射衍射混合光波导系统的侧视图；

图14为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统第五实施例的结构示意图；

图15为图14中的折射衍射混合光波导系统的正视图；

图16为图14中的折射衍射混合光波导系统的侧视图。

本实用新型提供的实施例附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	折射衍射混合光波导系统	33	第三分光膜
1	波导组件	34	第四分光膜
				11	波导板	35	第五分光膜
12	盖板	36	第六分光膜
				2	耦入光栅	4	耦出光栅
3	分光组件	5	转折光栅
				31	第一分光膜	51	第一转折光栅
32	第二分光膜	52	第二转折光栅

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前应用到AR显示设备的微投光机有LCoS、DLP、Micor-LED、Micor-OLED和LBS光机等方案；相对于其它形态的光机设备，LBS光机(激光束扫描)具备体积极小，亮度高，对比度高，较少的画面滞留，较低的功耗和更长的续航时间等等优点，被普遍认为是最具有潜力的微投显示设备。

而AR显示设备的衍射光波导通常包括平板波导，耦入光栅，耦出光栅，还可采用转折光栅以实现二维扩瞳。采用转折光栅实现二维扩瞳时，耦入光栅将光机发出的光束耦入平板波导内后，通过全反射将光束缚在其一层或多层平板波导内，当光束到达转折光栅所在的区域，每入射至转折光栅一次，都有一部分光被转折衍射并朝向耦出光栅传播，而另一部分光按照原来的方向传播，因此，单一的光束斑被扩瞳成了一维阵列光斑。而被一维扩瞳后的衍射光进入耦出光栅之后，同样的，每入射至耦出光栅一次，都会有一部分光被衍射耦出，另一部分光按照原来的方向向前传播，这样，一维阵列光斑也因此被扩充成了二维阵列光斑，光束耦出面积也得到了明显的扩充，因而在较大的眼动范围内可以被观察到。

由于LBS光机的出光模式导致其出射光斑很小，因此，在结合衍射光波导扩瞳时，扩瞳后大步长视场角的光斑与光斑之间会存在较大的空隙，导致光斑不连续；LBS光机过小的光斑给衍射光波导的视场角设置了上限；而光斑与光斑之间较大的空隙也会导致视场均匀性和色彩均匀性不佳等缺点。

鉴于此，本实用新型提出一种折射衍射混合光波导系统及AR显示设备。图1至图16为折射衍射混合光波导系统的具体实施例。

请参阅图1、图4、图7、图11以及图14，所述折射衍射混合光波导系统100包括波导组件1、耦入光栅2、分光组件3以及耦出光栅4；所述波导组件1包括层叠设置的波导板11和盖板12，所述波导组件1用于使得光束能够以全反射的形式分别在所述波导板11和所述盖板12内传输；所述耦入光栅2设于所述波导板11，所述耦入光栅2用于将光束耦入所述波导板11；所述分光组件3夹设于所述波导板11和所述盖板12之间，所述分光组件3用于对在所述波导组件1内传输的光束进行分光处理，以对光束的光斑进行扩束或者加密；所述耦出光栅4设于所述波导板11，用于将扩束或者加密完成后的光束耦合输出。

本实用新型的技术方案中，折射衍射混合光波导系统100包括波导组件1、耦入光栅2、分光组件3以及耦出光栅4。耦入光栅2和耦出光栅4可以是一维光栅或二维光栅。光束被所述耦入光栅2耦入并且以全反射的形式分别在所述波导板11和所述盖板12内传输，可以理解的是，由于光束是分别在波导板11和盖板12内全反射传输，波导板11和盖板12之间没有设置分光组件的位置可设置空气等折射率比波导组件小的介质。波导板11和盖板12的材料均采用玻璃等透明材料。当光束传输至所述分光组件3时，所述分光组件3将光束分为对应在所述波导板11和所述盖板12上分别传输的第一光束和第二光束，第一光束在所述波导板11内以全反射的形式传输，第二光束在所述盖板12内以全反射的形式传输，第二光束在经过所述分光组件3时，有部分光线被透射至所述波导板11，第二光束透射至所述波导板11内形成的光斑部分覆盖第一光束在所述波导板11内形成的光斑，或者，第二光束透射至所述波导板11内形成的光斑处于第一光束在所述波导板11内形成的两个光斑之间，实现了对光束的光斑的扩束或者加密，如此设置，LBS较小的光斑得到了有效扩束，不使用很薄的波导片也可以避免扩瞳后的光斑之间过大的空隙，解决了现有衍射波导光栅布局里LBS光机出射光斑较小带来的视场不均匀，AR模组强度不够，视场角无法做大等等缺点；相对于现有技术，以较为简单直观的过程，通过控制所述盖板12的厚度，所述分光组件3的折射率和厚度等参数，可以调整所述盖板12中的光束的分光位置，使得从所述盖板12传导过来的光斑落在所述波导板11传输的两个光斑之间的位置，从而加大了光斑密度，最终调控了视场内能量和色彩的分布。

在本实用新型的部分实施例中，所述耦入光栅2用于将光束沿耦入所述波导板11后沿纵向传输；所述折射衍射混合光波导系统100还包括转折光栅5，所述转折光栅5设于所述波导组件1上且与所述耦入光栅2在纵向上间隔设置，所述转折光栅5用于衍射在所述波导组件1内沿纵向传输的光束，以使光束沿横向在所述波导组件1内传输；其中，所述耦出光栅4处于所述转折光栅5在横向上的至少一侧，用于将沿横向传输的光束耦合输出；所述分光组件处于光束的横向传输区域和纵向传输区域。也就是说，分光组件设置在光束的横向传输区域以对在横向上传输的光束进行分光，且设置在光束的纵向传输区域以对在纵向上传输的光束进行分光。光束被所述耦入光栅2耦入并且以全反射的形式在所述波导组件1内传输，进入所述转折光栅5之后，在纵向上，由于所述波导组件1和所述分光组件3的设置，光束每到达所述转折光栅5一次，都会被扩束或者加密一次，从而使得较小的LBS光斑也被扩束成一串光斑或者密集的光斑；当这一串光斑被转折光栅5衍射后，光束的传输方向将改为横向；此时，由于光束的传输方向已经改变，光束不会受到所述转折光栅5影响，即光束不会再次被转折光栅衍射，依旧以全反射的方式在所述波导板11和所述盖板12内传播，但是由于所述分光组件3的分光能力依旧存在，因此，随着光束在横向上进行传输，光束的光斑将在横向上扩束或者加密，一串光斑也就逐步扩束成了一个大光斑或者光斑更加密集，从而克服了LBS光机出射光斑过小、光斑间距过大的问题。

需要说明的是，全文所提到的“横向”和“纵向”不应狭义地理解为常规的含义，本实用新型中，定义“横向”是光波导系统100的一个扩瞳方向，定义“纵向”是光波导系统100的另一个扩瞳方向。也即，在采用转折光栅进行二维扩瞳的实施例中，“横向”是光束从耦入光栅向转折光栅传输的方向，“纵向”是光束从转折光栅向耦出光栅传输的方向，若三种光栅的相对位置改变，两个方向也随之改变；在采用二维光栅作为耦出光栅的实施例中，“纵向”是光束从耦入光栅向耦出光栅传输的方向，“横向”是垂直于“纵向”的方向，若两种光栅的相对位置改变，两个方向也随之改变。

请参阅图1至图3，图1至图3为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统100的第一实施例。所述转折光栅5设于所述波导板11；所述分光组件3包括第一分光膜31，所述第一分光膜31部分处于所述转折光栅5与所述耦出光栅4之间，且在横向上覆盖部分所述转折光栅5，在纵向上完全覆盖所述转折光栅5；所述第一分光膜31用以对在所述波导板11和所述盖板12内沿纵向和沿纵向传输的光束进行分光处理。也就是说，第一分光膜31的一部分处于横向传输区域和纵向传输区域相互重叠的位置，第一分光膜31的另一部分处于横向传输区域。光束被所述耦入光栅2耦入并且以全反射的形式在所述波导组件1内传输，进入所述转折光栅5之后，在纵向上，由于所述波导组件1和所述第一分光膜31的设置，所述第一分光膜31覆盖了部分所述转折光栅5，光束进入所述转折光栅5所在区域时，光束每到达所述第一分光膜31的一侧一次，都会被扩束一次，较小的LBS光斑也被扩束成沿纵向排列的一串光斑。当这一串光斑被所述转折光栅5衍射后，光束的传输方向将改为横向，不过，由于转向后光束的传输角度已经改变，绝大部分光束不会受到所述转折光栅5的影响，依旧以全反射的方式在所述波导板11和所述盖板12内传播；但是，由于所述第一分光膜31分光的能力依旧存在，所以随着光束在横向上的传输，光斑将在横向上扩束，一串光斑也就逐步扩束成了一个大光斑，从而克服了LBS光机出射光斑过小的问题。

这里需要说明的是，以位于右眼的光波导系统来说，LBS光机发出的不同视场光束经耦入光栅耦入，再分别经转折光栅和耦出光栅扩瞳，会发现靠近耦出光栅的左侧视场的光束步长较大(对于左眼的光波导系统，靠近耦出光栅的右侧视场的光束步长较大)，而远离耦出光栅的右侧视场的光束步长较小(对于左眼的光波导系统，远离耦出光栅的左侧视场的光束步长较小)，加上LBS较小的出射光斑，步长较大的光束经扩瞳后光斑之间会有较大的空隙，即光斑不能铺满整个耦出区域，而步长较小的光束经扩瞳后光斑之间空隙较小或没有空隙。因此，可以针对不同的视场光束的步长情况布设分光组件3，使得扩束方案更合理。进一步参阅图1，所述第一分光膜31在横向上覆盖部分所述转折光栅5，在纵向上完全覆盖所述转折光栅5，如此设置，是为了减少小步长视场角的光束的扩束的次数，同时，为了使得大步长视场角的光束也能在横向得到充分扩束。

所述第一分光膜31部分处于所述转折光栅5与所述耦出光栅4之间，如此，大步长视场角的光束和小步长视场角的光束在所述第一分光膜31内的传输距离不至于差距太大，也就是说，在所述第一分光膜31内，对于小步长视场角的光束来说，在纵向上扩束时，只在转折光栅的部分区域扩束，在横向上扩束时，扩束范围是第一分光膜31全部范围；而对于大步长视场角的光束来说，在纵向上扩束时，扩束范围是在第一分光膜31与转折光栅重叠的区域，在横向上扩束时，扩束范围是在第一分光膜31与转折光栅不重叠的区域，这样，小步长视场角的光束扩束的次数和大步长视场角的光束扩束的次数将可以趋于相同，保证光束整体的均匀性。

同时，虽然所述转折光栅5在不同位置依次衍射光束，由于在不同的位置扩束的次数不同，最后在所述转折光栅5的不同位置得到的光斑尺寸不会是完全相同的，总体来说，在远离所述耦入光栅2的所述转折光栅5的扩束次数会比在靠近所述耦入光栅2的多；再者，光束在进入所述转折光栅5之后逐步衍射，光束强度沿着传播方向呈现逐渐减弱的趋势，由于，有一部分光束将通过所述盖板12传输补充到所述转折光栅5远离所述耦入光栅2的部分，因此，虽然光斑大小不同，但是携带的能量是趋于一致的，进一步保证了光束整体的均匀性。

请参阅图2和图3，以下对光束在纵向和横向上的扩束原理进行详细说明：请参阅图2，当LBS光机出射的光束被所述耦入光栅2耦入所述波导板11，并且以全反射的形式在所述波导板11内传输；当光束到达所述第一分光膜31，被分为第一光束和第二光束，第一光束被反射回所述波导板11，第二光束透射至所述盖板12。第二光束在所述盖板12内也是以全反射的方式传播，当反射至所述第一分光膜31后，部分第二光束透射至所述波导板11内，这样所述波导板11内将有两束光传输；同样的，第一光束在所述波导板11内以全反射的方式反射回所述第一分光膜31后，部分第一光束透射至所述盖板12，对在盖板12内传输的光束进行补充，使得其不至于由于分光的次数增加而快速衰减。所述第一分光膜31对在所述波导板11和所述盖板12内沿纵向和沿纵向传输的光束均进行分光处理，也即光束在波导板11内至少进行一次分光处理，且在盖板12内至少进行一次分光处理，从而使得在所述盖板12内传输的光束进过分光后，能够重新进入所述波导板11进行扩瞳。如此，如果需要进一步增加在横向上的扩束次数，可以根据实际需要增加在横向上的尺寸，这样光束在波导板11和盖板12内可进行多次分光。当光束进入所述转折光栅5所在区域后，随着扩瞳次数的增加，光束在每次扩瞳都将会有一部分光被转折衍射，所以光束将会逐渐减弱；但是此时由于所述第一分光膜31分光次数的增加，光斑总面积的增大，因此，所述第一分光膜31对光斑在纵向上的进行扩束的同时，在一定程度上还减缓了主传导光束的减弱速度，使得光束在所述转折光栅5不同位置的衍射光强度趋于均匀。请参阅图3，已经在纵向上扩束的光束，被所述转折光栅5衍射后沿横向传输，当沿横向传输的光束到达所述第一分光膜31后，同样被分为两道光束，一束光束反射回所述波导板11，另一束光束透射至所述盖板12；在所述盖板12内的光束通过全反射返回所述第一分光膜31后，部分光将透射至所述波导板11内，并与在所述波导板11内传输的光束汇合。如此，实现光束在横向上的扩束。在横向和纵向上扩束完成的光束，在所述波导板11内以全反射的方式传输到所述耦出光栅4区域，并被逐步耦出。

请参阅图4至图6，图4至图6为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统100的第二实施例。所述转折光栅5设于所述波导板11；所述分光组件3包括第二分光膜32以及第三分光膜33；所述第二分光膜32至少完全覆盖所述耦入光栅2，所述第二分光膜32用以对在所述波导板11和所述盖板12内沿纵向传输的光束进行分光处理；所述第三分光膜33处于所述耦入光栅2和所述转折光栅5之间，所述第三分光膜33用以对在所述波导板11和所述盖板12内沿横向传输的光束进行分光处理。在第二实施例中，所述分光组件3包括第二分光膜32以及第三分光膜33，所述第二分光膜32至少完全覆盖所述耦入光栅2；所述第三分光膜33处于所述耦入光栅2和所述转折光栅5之间；也即，光束在纵向的扩束将在所述耦入光栅2内完成，光束在横向的扩束将在所述第三分光膜33上完成；如此设置，不同视场角的光束在所述第二分光膜32和所述第三分光膜33的传输距离近似相同，光束的扩束次数仅受到光束的步长影响；同时，需要说明的是，光束在横向上和纵向上的扩束原理与第一实施例相同。

请参阅图7至图10，图7至图10为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统100的第三实施例。所述波导板11和所述盖板12并排间隔设置；所述转折光栅5包括第一转折光栅51和第二转折光栅52，所述第一转折光栅51设于所述波导板11，所述第二转折光栅52设于所述盖板12；所述分光组件3包括第四分光膜34以及第五分光膜35；所述第四分光膜34处于所述耦入光栅2和所述转折光栅5之间，用以对在所述波导板内沿纵向传输的光束进行一次分光处理；所述第五分光膜35处于所述转折光栅5和所述耦出光栅4之间，用以对在所述波导板11内沿横向传输的光束进行一次分光处理。也就是说，所述转折光栅5分为第一转折光栅51和第二转折光栅52。所述第一转折光栅51设于所述波导板11，用于对在所述波导板11中传输的全视场光束进行扩瞳和转折，所述第二转折光栅52设于所述盖板12，用于对在所述盖板12中传输的光束进行扩瞳和转折，在所述盖板12中的光束可以是全视场光束，也可以是部分视场的光束，这些部分视场的光束的步长较大，因此，所述第二转折光栅52的大小可以由所需扩束的视场范围确定。当光束被所述耦入光栅2耦入并且以全反射的形式在所述波导板11内传输时，到达所述第四分光膜34后，其中至少部分视场角光束将会被分光膜一分为二，一部分在所述波导板11传输，并将被所述第一转折光栅51转折衍射和扩瞳。而另外一部分将会通过所述第四分光膜34透射至所述盖板12，并被所述第二转折光栅52转折衍射和扩瞳。在所述盖板12中转折后的光束到达所述第五分光膜35后，光束经由所述第五分光膜35分光后部分透射至所述波导板11，自所述第五分光膜35透射至所述波导板11的光束形成的光斑处于在波导板11中传输的光束形成的光斑之间，从而使得光束在所述波导板11上形成的光斑更加密集，进而实现光束精确的横向加密调控。

部分实施例中，所述光束包括第一视场光束和第二视场光束，所述第一视场光束的步长大于所述第二视场光束的步长；所述第四分光膜34和所述第五分光膜35均处于所述第一视场光束的传输区域。也就是说，第一视场光束即是大步长视场角光束，第二视场光束即是小步长视场角光束，第四分光膜34和第五分光膜35只对大步长视场角光束进行分光处理。大步长视场光束到达所述第四分光膜34并被分光处理后，两部分光束分别在所述波导板11和所述盖板12分别被所述第一转折光栅51和所述第二转折光栅52转折衍射和扩瞳之后，传输方向将改变为横向传输，在所述盖板12传输的光束将会通过所述第五分光膜35一次透射进入到所述波导板11。而小步长视场角光束被所述耦入光栅2耦入并且以全反射的形式在波导内传输时，不会经过所述第四分光膜34的分光处理，依旧在所述波导板11内传输，在经过所述第一转折光栅51转折衍射和扩瞳后，小步长视场角光束沿横向在所述波导板11内传输，直至与来自盖板12的大步长视场角光束汇合后，自所述耦出光栅4耦出。

需要说明的是，本实用新型对所述耦出光栅的具体形式不做限制，可以选用一维耦出光栅，也可以选用二维耦出光栅，可根据具体使用场景自行选用。

在本实用新型中，所述盖板12的厚度小于所述波导板11的厚度。也就是说，可以通过调整所述盖板12的厚度，使得所述盖板12中的光束的步长减小，从而在所述盖板12中传输的光束透射至所述波导板11内时，选择合适的厚度可以使得在所述波导板11内形成的光斑恰好出现在所述波导板11内传输的光束产生的两个光斑的中间位置，从而精确实现横向加密。

在本实用新型中，所述波导组件1和所述分光组件3的折射率相异。也就是说，由于通常会把波导组件的折射率设计成相同的，波导组件1中的波导板11和分光组件3的折射率不相同，波导组件1中的盖板12和分光组件3的折射率也不相同。所述波导组件1和所述分光组件3的折射率设置成不相同，从而所述波导板11中的光束经所述分光组件3透射至所述盖板12时、所述盖板12中的光束经所述分光组件3透射至所述波导板11时，光束经折射改变了其传播路径，使得光束进入盖板12形成的光斑与在波导板11中形成的光斑错位，也即在波导组件1的厚度方向上，盖板12的光斑与波导板11的光斑的投影非完全重叠，这样可以通过调整所述分光组件3的折射率和厚度，实现对光束的传播路径的调整，以使从所述盖板12透射至所述波导板11的光斑恰好出现在所述波导板11内传输的光束产生的两个光斑的中间位置。具体分光组件3可以是透明夹层与分光膜的组合，使得可调节厚度增加。

如此设置，LBS光机的左侧视场角的光斑扩瞳后较大的间隔得到了有效缩小，相对于现有技术，以较为简单直观且可控的过程，通过控制所述盖板12的厚度，所述分光组件3的折射率和厚度等参数，可以使得从盖板12传导过来的光斑可以精确的落在所述波导板11传输的两个光斑中间的位置，从而在横向精确的加大了光斑密度，最终精确调控了视场内能量和色彩的分布。

需要说明的是，上述两个技术特征，可以择一设置，也可以同时设置，具体地，在本实施例中，上述两个技术特征同时设置，也即，所述盖板12的厚度小于所述波导板11的厚度；所述波导组件1与所述分光组件2的折射率相异。

请参阅图11至图16，图11至图16为本实用新型提供的折射衍射混合光波导系统100的第四实施例和第五实施例。

在第四实施例和第五实施例中，所述耦出光栅4设置为二维耦出光栅；所述耦入光栅2与所述耦出光栅4间隔设置；所述分光组件3包括第六分光膜36，所述第六分光膜36在横向上完全覆盖所述耦出光栅4、在纵向上至少覆盖部分的所述耦出光栅4，用以使得光束在所述波导板11和所述盖板12沿横向和沿纵向内进行分光处理。也就是说，所述第六分光膜36可以部分覆盖所述耦出光栅4，也可以全部覆盖所述耦出光栅4。入射光被所述耦入光栅2耦入所述波导板11，并以全反射的方式在平板波导内传输，当光束到达所述第六分光膜36后，一部分将通过折射透射进入所述盖板12，而一部分将反射回所述波导板11内。进入所述盖板12的光束将以全反射的方式反射并且返回所述第六分光膜36，其中将有一部分光透射进入所述波导板11，如此循环，光束在纵向上将完成扩束；当光束在纵向上传输，将有一部分光被二维耦出光栅衍射，作为分支光线传递到耦出光栅4的各个区域。已经在纵向上完成扩束的分支光线，将沿着横向传播，在传播的过程中，分支光线将会有一部分光在所述第六分光膜36上反射，并且在所述波导板11内传输。而另一部分通过透射至所述盖板12，然后全反射返回所述第六分光膜36，并且在所述第六分光膜36上实现分光，也就是有一部分光将进入所述波导板11，因此在所述波导板11内传播的分支光线会与从所述盖板12内传来的光线汇合。也就是在横向上实现了扩束。随着光束的传播，光斑扩束效应越来越明显，LBS光机出射的小光斑也逐步增大为大光斑。并且在到达所述耦出光栅4的时候，逐步的被耦出。

在第五实施例中，所述第六分光膜36的部分覆盖部分的所述耦出光栅4，所述第六分光膜36的部分处于所述耦入光栅2和所述耦出光栅4之间。也就是说，当入射光被所述耦入光栅2耦入所述波导板11后，所述第六分光膜36处于所述耦入光栅2和所述耦出光栅4之间的部分对所述波导板11内的光束进行纵向预扩束，光束经过纵向预扩束后，进入所述耦出光栅4，部分光束被所述第六分光膜36中覆盖所述耦出光栅4的部分进一步在纵向上扩束，并同时在纵向上扩瞳，部分光束将向横向衍射并进行横向扩瞳。部分光束在横向传输的同时，有一部分光线进入所述盖板12，当它全反射返回所述第六分光膜36，将有部分光透射至所述波导板11，从而在横向上扩大了光斑的面积，实现横向扩束。而经过横向扩束的光斑将继续分为两支，其中部分横向传输的光束将会继续横向扩瞳，而另外部分纵向传输的光束进入所述耦出光栅4中未被所述第六分光膜36覆盖的区域，并进行耦出；而被耦出的光斑就是横向和纵向都进行了扩束的光斑；如此，通过调整所述第六分光膜36覆盖的范围，即可调整光束的扩束范围，提高耦出光斑密度的均匀性，因此不需要很薄的平板波导，也可以缩小光斑之间的空隙，从而为设计大视场角的衍射波导片提供条件。

本实用新型还提供一种AR显示设备，所述AR显示设备包括折射衍射混合光波导系统100，所述折射衍射混合光波导系统100设置为上述的折射衍射混合光波导系统100，也就是说，所述折射衍射混合光波导系统100包括上述折射衍射混合光波导系统100的所有实施例的全部技术特征，所述AR显示设备也就具有上述技术特征带来的全部有益效果，此处不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种折射衍射混合光波导系统，其特征在于，包括：

波导组件，包括层叠设置的波导板和盖板，所述波导组件用于使得光束能够以全反射的形式分别在所述波导板和所述盖板内传输；

耦入光栅，设于所述波导板，所述耦入光栅用于将光束耦入所述波导板；

分光组件，夹设于所述波导板和所述盖板之间，所述分光组件用于对在所述波导组件内传输的光束进行分光处理，以对光束进行扩束或者加密；以及，

耦出光栅，设于所述波导板，用于将扩束或者加密完成后的光束耦合输出。

2.根据权利要求1所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述耦入光栅用于将光束耦入所述波导板后沿纵向传输；

所述折射衍射混合光波导系统还包括转折光栅，所述转折光栅设于所述波导组件上且与所述耦入光栅在纵向上间隔设置，所述转折光栅用于衍射在所述波导组件内沿纵向传输的光束，以使光束沿横向在所述波导组件内传输；

其中，所述耦出光栅处于所述转折光栅在横向上的至少一侧，用于将沿横向传输的光束耦合输出；

所述分光组件处于光束的横向传输区域和纵向传输区域。

3.根据权利要求2所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述转折光栅设于所述波导板；

所述分光组件包括第一分光膜，所述第一分光膜部分处于所述转折光栅与所述耦出光栅之间，且在横向上覆盖部分所述转折光栅，在纵向上完全覆盖所述转折光栅，所述第一分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿纵向和沿纵向传输的光束进行分光处理。

4.根据权利要求2所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述转折光栅设于所述波导板；

所述分光组件包括：

第二分光膜，至少完全覆盖所述耦入光栅，所述二分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿纵向传输的光束进行分光处理；以及，

第三分光膜，处于所述耦出光栅和所述转折光栅之间，所述第三分光膜用以对在所述波导板和所述盖板内沿横向传输的光束进行分光处理。

5.根据权利要求2所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述波导板和所述盖板间隔设置；

所述转折光栅包括第一转折光栅和第二转折光栅，所述第一转折光栅设于所述波导板，所述第二转折光栅设于所述盖板；

所述分光组件包括：

第四分光膜，处于所述耦入光栅和所述转折光栅之间，用以对在所述波导板内沿纵向传输的光束进行一次分光处理；以及，

第五分光膜，处于所述转折光栅和所述耦出光栅之间，用以对在所述盖板内沿横向传输的光束进行一次分光处理。

6.根据权利要求5所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述光束包括第一视场光束和第二视场光束，所述第一视场光束的步长大于所述第二视场光束的步长；所述第四分光膜和所述第五分光膜均处于所述第一视场光束的传输区域。

7.根据权利要求1所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述耦出光栅为二维耦出光栅；

所述耦入光栅与所述耦出光栅间隔设置，所述耦出光栅用于将光束分别沿纵向和横向扩瞳并耦出所述波导板；

所述分光组件包括第六分光膜，所述第六分光膜在横向上完全覆盖所述耦出光栅、在纵向上至少覆盖部分的所述耦出光栅，用以使得光束在所述波导板和所述盖板内沿横向和沿纵向进行分光处理。

8.根据权利要求7所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述第六分光膜的一部分覆盖部分的所述耦出光栅，所述第六分光膜的另一部分处于所述耦入光栅和所述耦出光栅之间。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的折射衍射混合光波导系统，其特征在于，所述盖板的厚度小于所述波导板的厚度，和/或，

所述波导组件和所述分光组件的折射率相异。

10.一种AR显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的折射衍射混合光波导系统。