光波导器件、光线传输方法及显示设备与流程

本技术实施例涉及光学成像，更具体地，本技术实施例涉及一种光波导器件、光线传输方法及显示设备。

背景技术：

1、光波导器件作为光学系统中的关键光学器件，其被广泛应用于各种光学通信、显示和传感等领域。光波导器件在增强现实（ar）等显示技术中扮演着十分重要的作用。光波导器件主要是利用全反射原理实现光线传输，结合衍射光学元件，实现光线的定向传导，进而将成像的光线导向人眼，从而使用户可以看到投影的图像。然而，传统的光波导器件在传输光线时往往受到视场限制，无法满足日益增长的大视场等的视觉体验需求。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种光波导器件、光学传输方法及显示设备的新技术方案。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种光波导器件，所述光波导器件包括基底及设置于所述基底的耦入区、耦出区、第一转折区和第二转折区；

3、其中，所述第一转折区及所述第二转折区位于所述耦入区向所述耦出区传播光线的不同光学路径上，经所述耦入区耦合进入所述基底内部的光线根据波长不同的特性分别经所述第一转折区和所述第二转折区传播至所述耦出区耦出。

4、可选地，所述耦入区设置有耦入光栅，所述耦出区设置有耦出光栅；

5、所述耦入光栅具有至少两个耦入光栅矢量，包括第一耦入光栅矢量k11及第二耦入光栅矢量k12，且k12＞k11；

6、所述耦出光栅具有至少两个耦出光栅矢量，包括第一耦出光栅矢量k31及第二耦出光栅矢量k32，且k32＞k31。

7、可选地，所述第一转折区设置有第一转折光栅，所述第一转折光栅具有至少一个转折光栅矢量，包括第一转折光栅矢量k2；

8、所述第二转折区设置有第二转折光栅，所述第二转折光栅具有至少一个转折光栅矢量，包括第二转折光栅矢量k4；

9、所述光波导器件满足以下关系：

10、所述第一耦入光栅矢量k11、所述第一转折光栅矢量k2及所述第一耦出光栅矢量k31之和为零；

11、所述第二耦入光栅矢量k12、所述第二转折光栅矢量k4及所述第二耦出光栅矢量k32之和为零。

12、可选地，所述第一转折光栅用于将经所述耦入区耦合进入所述基底中的部分光线进行传播方向调制后向所述耦出区传播；

13、所述第二转折光栅用于将经所述耦入区耦合进入所述基底中的另一部分光线进行传播方向调制后向所述耦出区传播；

14、其中，所述第一转折光栅及所述第二转折光栅为一维光栅。

15、可选地，所述耦入光栅用于接收光线并将其耦合进所述基底中全反射传播，所述耦出光栅用于将所述基底中传播至所述耦出区的光线耦出；

16、所述耦入光栅及所述耦出光栅均为二维光栅，或者均为在所述基底相对的两个表面上设置的两个一维光栅。

17、可选地，经所述耦入光栅耦合进所述基底中的光线经衍射分散成第一波长光线、第二波长光线及第三波长光线，所述第一波长光线及部分视场的第二波长光线全反射传播至所述第一转折区后转向传播至所述耦出区耦出，所述第三波长光线及部分视场的第二波长光线全反射传播至所述第二转折区后转向传播至所述耦出区耦出；

18、其中，所述第二波长光线的波长位于所述第一波长光线的波长与所述第三波长光线的波长之间。

19、可选地，所述光波导器件包括第一辅助光栅及第二辅助光栅，所述第一辅助光栅及所述第二辅助光栅位于所述基底并分设在所述耦入光栅的两侧；

20、所述第一辅助光栅具有第一辅助光栅矢量k5，用于回收经所述耦入光栅的第一组合光栅矢量的衍射光线并传播至所述第一转折区；

21、所述第二辅助光栅具有第二辅助光栅矢量k6，用于回收经所述耦入光栅的第二组合光栅矢量的衍射光线并传播至所述第二转折区；

22、其中，所述第一辅助光栅矢量k5和所述第二辅助光栅矢量k6与所述耦入光栅的至少两个耦入光栅矢量存在设定关系，以使耦入进所述基底中的光线在通过对应的辅助光栅后能够沿着预定光学路径传播至所述耦出区耦出。

23、可选地，所述耦入光栅的至少两个耦入光栅矢量包括第一耦入光栅矢量k11和第二耦入光栅矢量k12；

24、所述第一辅助光栅矢量k5满足：k5=k12'；

25、所述第二辅助光栅矢量k6满足：k6=k11'；

26、其中，k11'为k11的共轭矢量，k12'为k12的共轭矢量。

27、可选地，所述第一辅助光栅用于接收经所述耦入光栅的第一组合矢量k11+k12'产生的衍射光线，并将其传播至所述第一转折区后经由所述耦出区耦出。

28、可选地，所述第二辅助光栅用于接收经所述耦入光栅的第二组合矢量k11'+k12产生的衍射光线，并将其传播至所述第二转折区后经由所述耦出区耦出。

29、可选地，所述耦入光栅、所述耦出光栅、所述第一转折光栅、所述第二转折光栅、所述第一辅助光栅及所述第二辅助光栅包括以下结构中的至少一种：表面浮雕光栅、体光栅。

30、可选地，经所述耦入区耦合进入所述基底内部的光线由单个光机发出；

31、或，

32、经所述耦入区耦合进入所述基底内部的光线由多个按照设定方式排列后形成的光机组合发出，且每个光机可以发出特定波长的光线。

33、第二方面，本技术实施例提供了一种光线传输方法，应用如第一方面所述的光波导器件，所述光线传输方法包括：

34、由光源向所述光波导器件的耦入区发射出光线；其中，所述光源包括单个光机或多个按照设定方式排列后形成的光机组合；

35、通过所述耦入区将所述光线耦合进所述基底内部进行全反射传播；

36、耦合进所述基底内部的光线会根据波长不同的特性分别经所述第一转折区和所述第二转折区传播至所述耦出区耦出。

37、可选地，所述耦入区设置有耦入光栅，所述耦入光栅具有至少两个耦入光栅矢量，包括第一耦入光栅矢量k11及第二耦入光栅矢量k12，且k12＞k11；

38、所述耦出区设置有耦出光栅，所述耦出光栅具有至少两个耦出光栅矢量，包括第一耦出光栅矢量k31及第二耦出光栅矢量k32，且k32＞k31。

39、可选地，所述第一转折区设置有第一转折光栅，所述第一转折光栅具有至少一个转折光栅矢量，包括第一转折光栅矢量k2；

40、所述第二转折区设置有第二转折光栅，所述第二转折光栅具有至少一个转折光栅矢量，包括第二转折光栅矢量k4；

41、所述光线传输方法满足以下关系：

42、所述第一耦入光栅矢量k11、所述第一转折光栅矢量k2及所述第一耦出光栅矢量k31之和为零；

43、所述第二耦入光栅矢量k12、所述第二转折光栅矢量k4及所述第二耦出光栅矢量k32之和为零。

44、可选地，所述耦合进所述基底内部的光线会根据波长不同的特性分别经所述第一转折区和所述第二转折区传播至所述耦出区耦出，包括：

45、所述光线经过所述耦入区时基于衍射特性被分散成第一波长光线、第二波长光线及第三波长光线；

46、所述第一波长光线及部分视场的所述第二波长光线全反射传播至所述第一转折区后转向传播至所述耦出区耦出，所述第三波长光线及部分视场的所述第二波长光线全反射传播至所述第二转折区后转向传播至所述耦出区耦出；

47、其中，所述第二波长光线的波长位于所述第一波长光线的波长与所述第三波长光线的波长之间。

48、可选地，所述光线传输方法还包括：

49、通过第一辅助光栅回收经所述耦入光栅的第一组合光栅矢量的衍射光线并传播至所述第一转折区；及

50、通过第二辅助光栅回收经所述耦入光栅的第二组合光栅矢量的衍射光线并传播至所述第二转折区；

51、其中，所述第一辅助光栅具有第一辅助光栅矢量k5，所述第二辅助光栅具有第二辅助光栅矢量k6，所述第一辅助光栅矢量k5和所述第二辅助光栅矢量k6与所述耦入光栅的至少两个耦入光栅矢量存在设定关系，以使耦入进所述基底中的光线在通过对应的辅助光栅后能够沿着预定光学路径传播至所述耦出区耦出。

52、可选地，所述耦入光栅的至少两个耦入光栅矢量包括第一耦入光栅矢量k11和第二耦入光栅矢量k12；

53、所述第一辅助光栅矢量k5满足：k5=k12'；

54、所述第二辅助光栅矢量k6满足：k6=k11'；

55、其中，k11'为k11的共轭矢量，k12'为k12的共轭矢量。

56、可选地，所述第一辅助光栅能够接收经所述耦入光栅的第一组合矢量k11+k12'产生的衍射光线，并将其传播至所述第一转折区后经由所述耦出区耦出。

57、可选地，所述第二辅助光栅能够接收经所述耦入光栅的第二组合矢量k11'+k12产生的衍射光线，并将其传播至所述第二转折区后经由所述耦出区耦出。

58、第三方面，本技术实施例提供了一种显示设备，所述显示设备包括：

59、光源，包括单个光机或多个按照设定方式排列后形成的光机组合；及

60、如第一方面所述的光波导器件

61、本技术的一个有益效果为：

62、根据本技术实施例提供的光波导器件，通过在光波导器件的基底上设置第一转折区和第二转折区，使得经耦入区耦合进入基底内部的光线能够根据光线波长不同的特性分别经第一转折区和第二转折区传播至耦出区后耦出，这能够进一步优化光线传播路径，从而提高了光线的利用率和传输效率，该设计还可以实现视场的扩大及提高成像色彩均匀性，从而能够提高成像显示质量。

63、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。