导光器件、抑制区的确定方法、光学系统及显示设备与流程

本申请实施例涉及光学，更具体地，本申请实施例涉及一种导光器件、抑制区的确定方法、光学系统及显示设备。

背景技术：

1、随着增强现实（ar）和虚拟现实（vr）技术的快速发展，对光学显示设备如智能头戴设备的性能要求也日益提高。导光器件作为这类光学显示设备的关键组件，其设计对用户的视觉体验有着至关重要的影响。然而，在实际应用中，对于导光器件，以常用的衍射光波导装置为例，其在成像的同时往往会产生彩虹纹现象，特别是在环境光的影响下这一问题尤为突出。彩虹纹不仅影响了成像显示效果，还会引发用户视觉体验时的不适感。

2、彩虹纹的产生主要是由于外部环境光经过衍射光栅时，并不总能保持原方向（原方向对应于衍射光栅的零级次），而是会产生诸多衍射级次，且光栅的衍射效应与波长密切相关，导致色散效应显著。现有的解决方案往往存在设计灵活性受限、彩虹纹消除不彻底或眼镜整体透过率下降等问题。因此，如何有效抑制导光器件中的彩虹纹现象，成为当前研究的重点。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种导光器件、抑制区的确定方法、光学系统及显示设备的新技术方案，能够有效地抑制彩虹纹现象，从而提高显示效果。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种导光器件。所述导光器件包括：

3、基底；

4、多个光栅区，设置于所述基底，所述多个光栅区包括第一光栅区及第三光栅区，所述第一光栅区用于将光线耦合进所述基底内部并全反射传播，所述第三光栅区用于将来自所述第一光栅区的光线耦出；及

5、抑制区，设置于所述基底，并且在所述基底的厚度方向上与所述第三光栅区之外的部分所述光栅区的局部区域正对或错位，所述抑制区能够抑制或遮蔽环境光从该抑制区进入所述基底内部。

6、可选地，所述多个光栅区包括第二光栅区；

7、所述第二光栅区及所述第三光栅区配合用于对来自所述第一光栅区的光线进行扩瞳，并由所述第三光栅区耦出；

8、所述抑制区与所述第二光栅区的至少局部呈现正对或错位设置。

9、可选地，所述抑制区与所述第二光栅区位于所述基底的同一侧，且所述抑制区叠设于所述第二光栅区的上方。

10、可选地，所述抑制区与所述第二光栅区之间设置有间隔。

11、可选地，所述抑制区设置于所述第二光栅区所在所述基底表面的异侧。

12、可选地，所述抑制区为所述基底的延伸部分、光学遮蔽元件、表面涂墨的贴合层、特定角度光线透射的光学元件或滤光片。

13、可选地，所述抑制区为在可见光波段内完全不透光的光学元件，或对特定角度可见光完全不透光的光学元件，或对特定角度具有特定透过率的光学元件。

14、可选地，所述光栅区的光栅为表面浮雕光栅或体全息光栅。

15、可选地，所述导光器件为衍射光波导装置。

16、第二方面，本申请实施例提供了一种抑制区的确定方法，所述确定方法包括以下步骤：

17、根据多个光栅区在导光器件的基底上的布局及光栅矢量，获取光线在所述基底内的传输路径及光线矢量的k空间域图；所述多个光栅区包括第一光栅区、第二光栅区及第三光栅区；

18、根据光线在所述基底内的传输路径，确定眼动范围；

19、基于所述眼动范围的边界及所述第二光栅区，确定环境光经所述第二光栅区耦入后，传播至人眼产生的彩虹纹入眼范围在k空间域的分布；

20、根据所述彩虹纹入眼范围及所述第二光栅区的光栅矢量，确定环境光入射范围；

21、将所述环境光入射范围映射到所述第二光栅区的具体位置上，从而确定所述抑制区的位置及最小面积形状。

22、可选地，所述根据所述眼动范围及所述第二光栅区的边界，确定环境光经所述第二光栅区耦入后，传播至人眼时产生的彩虹纹入眼范围在所述k空间域的分布，包括：

23、将所述眼动范围的边界与所述第二光栅区的边界上的设定点进行连线；其中，所有的连线模拟了环境光经所述第二光栅区耦入所述基底内部并向所述第三光栅区传播的路径；

24、将所述连线所代表的光线传播角度反映到k空间域，从而获得环境光经所述第三光栅区耦出至人眼时产生的彩虹纹入眼范围在k空间域的分布。

25、可选地，所述确定方法还包括：

26、从所述环境光入射范围中去除入射角度大于90°的环境光；

27、将去除后得到的实际环境光入射范围映射到所述第二光栅区的具体位置上，以优化所述抑制区的位置及最小面积形状。

28、第三方面，本申请实施例提供了一种光学系统。所述光学系统包括

29、如第一方面所述的导光器件；及

30、光机，所述光机用以将光线投射至所述导光器件。

31、第四方面，本申请实施例提供了一种显示设备。所述显示设备包括：

32、外壳；及

33、如第三方面所述的光学系统，所述光学系统设置于所述外壳。

34、本申请的有益效果为：

35、根据本申请实施例，提供了一种导光器件，利用了环境光抑制或遮蔽技术，将其作用于导光器件上特定光栅区的局部的环境光，从而能够有效地抑制甚至基本消除因环境光引入而导致的入眼彩虹纹现象。值得一提的是，本申请实施例提供的光学方案，其对中心视场区域的影响微乎其微，这就保证了视觉体验的连续性和舒适性。通过采用本申请实施例提供的光学方案，实现了对导光器件中彩虹纹现象的有效抑制，提高了显示效果和用户视觉体验感。

36、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。

技术特征：

1.一种导光器件，其特征在，包括：

2.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述多个光栅区包括第二光栅区（220）；

3.根据权利要求2所述的导光器件，其特征在于，所述抑制区（300）与所述第二光栅区（220）位于所述基底（100）的同一侧，且所述抑制区（300）叠设于所述第二光栅区（220）的上方。

4.根据权利要求3所述的导光器件，其特征在于，所述抑制区（300）与所述第二光栅区（220）之间设置有间隔。

5.根据权利要求2所述的导光器件，其特征在，所述抑制区（300）设置于所述第二光栅区（220）所在所述基底（100）表面的异侧。

6.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述抑制区（300）为所述基底（100）的延伸部分、光学遮蔽元件、表面涂墨的贴合层、特定角度光线透射的光学元件或滤光片。

7.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述抑制区（300）为在可见光波段内完全不透光的光学元件，或对特定角度可见光完全不透光的光学元件，或对特定角度具有特定透过率的光学元件。

8.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述光栅区的光栅包括表面浮雕光栅、体全息光栅、超表面及光子晶体中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述导光器件为衍射光波导装置。

10.一种抑制区的确定方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的抑制区的确定方法，其特征在于，所述根据所述眼动范围（401）及所述第二光栅区（220）的边界，确定环境光经所述第二光栅区（220）耦入后，传播至人眼时产生的彩虹纹入眼范围（501）在所述k空间域的分布，包括：

12.根据权利要求10所述的抑制区的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：

13.一种光学系统，其特征在于，包括：

14.一种显示设备，其特征在于，包括：

技术总结本申请实施例提供了一种导光器件、抑制区的确定方法、光学系统及显示设备；其中，所述导光器件包括基底、多个光栅区及抑制区；所述多个光栅区设置于所述基底，所述多个光栅区包括第一光栅区及第三光栅区，所述第一光栅区用于将光线耦合进所述基底内部并全反射传播，所述第三光栅区用于将来自所述第一光栅区的光线耦出；所述抑制区也设置于所述基底，并且在所述基底的厚度方向上与所述第三光栅之外的部分所述光栅区的局部区域正对或错位，所述抑制区能够抑制或遮蔽环境光从该抑制区进入所述基底内部。本申请实施例提供的技术方案，通过采用抑制或遮蔽技术，精准作用于导光器件上特定区域的环境光，从而有效抑制甚至基本消除入眼彩虹纹现象。技术研发人员：饶轶,张灵浩,沈浪,代杰,魏如东,程鑫,董立超受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5