一种光波导装置及显示设备的制作方法

1.本实用新型涉及光学器件领域，特别是涉及一种光波导装置。本实用新型还涉及一种显示设备。


背景技术：

2.在近眼显示设备中，使用光波导将投影光机输出的携带图像信息的光，传播到人眼前方的位置，使光进入人眼实现虚拟图像成像。
3.现有技术中，当光沿着光波导传播到达耦出区域时，使传播的光至少一部分能量耦合到光波导之外，剩余部分光则继续沿着光波导传播，到达耦出区域边界的光继续传播则会离开耦出区域，这部分光能量就损失了。因此，现有的光波导方案光能量利用率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种光波导装置，能够提高光能量利用率。本实用新型还提供一种显示设备。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种光波导装置，包括波导基体、第一光学元件和第二光学元件，所述第一光学元件、所述第二光学元件设置于所述波导基体的上表面、下表面或者所述波导基体中，所述第一光学元件的第一区域和所述第二光学元件的第一区域覆盖在彼此上，所述第一光学元件和所述第二光学元件中至少一者包括第二区域，所述第二区域为没有覆盖另一光学元件的区域；
7.所述第一光学元件的第一区域和所述第二光学元件的第一区域使得所述波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光的传播形式改变，所述第二区域使得所述波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光沿着所述波导基体向所述第一光学元件的第一区域或者所述第二光学元件的第一区域传播。
8.优选的，所述第一光学元件包括所述第二区域，所述第二区域位于所述第一光学元件的第一区域的一侧；
9.或者，所述第二光学元件包括所述第二区域，所述第二区域位于所述第二光学元件的第一区域的一侧。
10.优选的，所述第一光学元件包括所述第二区域，所述第二区域被所述第一光学元件的第一区域包围；
11.或者，所述第二光学元件包括所述第二区域，所述第二区域被所述第二光学元件的第一区域包围。
12.优选的，所述第一光学元件和所述第二光学元件分别处于所述波导基体厚度方向的不同平面上。
13.优选的，所述第一光学元件和所述第二光学元件处于所述波导基体厚度方向的同一平面上。
14.优选的，所述第一光学元件包括至少一个所述第二区域，和/或所述第二光学元件包括至少一个所述第二区域。
15.优选的，所述第二区域使得所述波导基体内传播的光发生衍射，使至少部分光沿着所述波导基体一维方向传播，使至少另一部分光沿着所述波导基体另一维方向传播，以实现至少部分光沿着所述波导基体向所述第一光学元件的第一区域或者所述第二光学元件的第一区域传播。
16.优选的，所述第一光学元件包括所述第二区域，所述第一光学元件的第一区域的单元结构排布周期与所述第一光学元件的第二区域的单元结构排布周期一致；
17.或者，所述第二光学元件包括所述第二区域，所述第二光学元件的第一区域的单元结构排布周期与所述第二光学元件的第二区域的单元结构排布周期一致。
18.优选的，所述第一光学元件的第一区域和所述第二光学元件的第一区域配合使得所述波导基体内传播的光沿着二维方向扩展。
19.一种显示设备，包括投像装置和光波导装置，所述投像装置用于产生光线，使光线入射到所述光波导装置，所述光波导装置为以上所述的光波导装置。
20.由上述技术方案可知，本实用新型所提供的一种光波导装置，其中，第一光学元件、第二光学元件设置于波导基体上或者波导基体中，第一光学元件的第一区域和第二光学元件的第一区域覆盖在彼此上，第一光学元件的第一区域和第二光学元件的第一区域使得波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光的传播形式改变。
21.第一光学元件和第二光学元件中至少一者包括第二区域，第二区域为没有覆盖另一光学元件的区域，第二区域使得波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光沿着波导基体向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播。从而通过第二区域使得传播到第二区域的光至少部分向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播，可以避免这部分光完全损失掉，可以降低光能量损失，提高光能量利用率。
22.本实用新型还提供一种显示设备，能够达到上述有益效果。
附图说明
23.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获得其他的附图。
24.图1为本实用新型一实施例提供的一种光波导装置的示意图；
25.图2为本实用新型又一实施例提供的一种光波导装置的示意图；
26.图3为本实用新型一实施例的光波导装置中第一区域和第二区域的光线传播示意图；
27.图4为本实用新型又一实施例的光波导装置中第一区域和第二区域的光线传播示意图；
28.图5为本实用新型又一实施例的光波导装置中第一光学元件的第二区域和第二光学元件的第二区域的布置示意图；
29.图6为本实用新型图5实施例的实际实施状态示意图；
30.图7为本实用新型又一实施例的光波导装置中第一光学元件的第二区域和第二光学元件的第二区域的布置示意图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
32.本实施例提供一种光波导装置，包括波导基体、第一光学元件和第二光学元件，所述第一光学元件、所述第二光学元件设置于所述波导基体的上表面、下表面或者所述波导基体中，所述第一光学元件的第一区域和所述第二光学元件的第一区域覆盖在彼此上，所述第一光学元件和所述第二光学元件中至少一者包括第二区域，所述第二区域为没有覆盖另一光学元件的区域；
33.所述第一光学元件的第一区域和所述第二光学元件的第一区域使得所述波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光的传播形式改变，所述第二区域使得所述波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光沿着所述波导基体向所述第一光学元件的第一区域或者所述第二光学元件的第一区域传播。
34.第一光学元件的第一区域和第二光学元件的第一区域的每一第一区域，使得波导基体内传播的光入射到第一区域时发生衍射，使至少部分光的传播形式改变。
35.波导基体内传播的光入射到第二区域时发生衍射，第二区域使得波导基体内传播的光至少部分沿着波导基体，向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播。从而，通过第二区域使得传播到第二区域的光至少部分向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播，可以避免这部分光完全损失掉，可以降低光能量损失，提高光能量利用率。
36.以上描述中，所述的第二区域可以是第一光学元件包括的第二区域，或者所述的第二区域可以是第二光学元件包括的第二区域。
37.示例性的可参考图1，图1为一实施例提供的一种光波导装置的示意图，如图所示，光波导装置包括波导基体100、第一光学元件101和第二光学元件102。其中，第一光学元件101的第一区域103和第二光学元件102的第一区域104覆盖在彼此上。
38.第一光学元件101还包括第二区域105，第一光学元件101的第二区域105没有覆盖第二光学元件102。波导基体100内传播的光入射到第一光学元件101的第二区域105时发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100向第一光学元件101的第一区域103或者第二光学元件102的第一区域104传播。
39.又如请参考图2，图2为又一实施例提供的一种光波导装置的示意图，如图所示，光波导装置包括波导基体100、第一光学元件101和第二光学元件102。其中，第一光学元件101的第一区域103和第二光学元件102的第一区域104覆盖在彼此上。第二光学元件102还包括第二区域106，第二光学元件102的第二区域106没有覆盖第一光学元件101。波导基体100内传播的光入射到第二区域106时发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100向第一光学元件
101的第一区域103或者第二光学元件102的第一区域104传播。
40.在图1和图2所示的光波导装置中，是以第一光学元件101包括第二区域或者第二光学元件102包括第二区域为例说明的，在其它实施例中，可以是第一光学元件101和第二光学元件102都分别包括第二区域。
41.第一光学元件101的第一区域103可包括周期性排布的单元结构，使得光入射到第一光学元件101的第一区域103时发生衍射。若第一光学元件101包括第二区域，第一光学元件101的第二区域可包括周期性排布的单元结构，使得光入射到第一光学元件101的第二区域时发生衍射。本实施例中，对第一光学元件101的第一区域103的单元结构的具体结构不做限定，对第一光学元件101的第二区域的单元结构的具体结构不做限定，在实际应用中可以根据应用需求相应设计。
42.优选的，若第一光学元件101包括第二区域，第一光学元件101的第一区域103和第二区域分别包括周期性排布的单元结构，第一光学元件101的第一区域103的单元结构排布周期与第一光学元件101的第二区域的单元结构排布周期一致。这样设置可以使得沿着波导基体100从第一光学元件101的第一区域103传播到第一光学元件101的第二区域的光，通过第二区域时使至少部分光能够反向传播，即，使至少部分光与原传播方向相反的方向传播，向第一光学元件101的第一区域103返回。
43.第二光学元件102的第一区域104可包括周期性排布的单元结构，使得光入射到第二光学元件102的第一区域104时发生衍射。若第二光学元件102包括第二区域，第二光学元件102的第二区域可包括周期性排布的单元结构，使得光入射到第二光学元件102的第二区域时发生衍射。本实施例中，对第二光学元件102的第一区域104的单元结构的具体结构不做限定，对第二光学元件102的第二区域的单元结构的具体结构不做限定，在实际应用中可以根据应用需求相应设计。
44.优选的，若第二光学元件102包括第二区域，第二光学元件102的第一区域104和第二区域分别包括周期性排布的单元结构，第二光学元件102的第一区域104的单元结构排布周期与第二光学元件102的第二区域的单元结构排布周期一致。这样设置可以使得沿着波导基体100从第二光学元件102的第一区域104传播到第二光学元件102的第二区域的光，通过第二区域时使至少部分光能够反向传播，即，使至少部分光以与原传播方向相反的方向传播，返回到第二光学元件102的第一区域104。
45.本实用新型中的第二区域使至少部分光能够反向传播是基于衍射原理，在此不做赘述。
46.可选的，第一光学元件101的第二区域或者第二光学元件102的第二区域，可以使波导基体100内传播的光发生衍射，使至少部分光的传播方向改变，使至少部分光沿着波导基体100一维方向传播，从而使到达第二区域的光至少部分沿着波导基体100向第一光学元件101的第一区域103或者第二光学元件102的第一区域104传播。示例性的可参考图3所示，图3为一实施例的光波导装置中第一区域和第二区域的光线传播示意图，如图所示，第一光学元件的第一区域103和第二光学元件的第一区域104能够使波导基体100内传播的光在二维方向上扩展(如图中带箭头实线所示，箭头所指的方向表示光传播方向)。光入射到第二光学元件的第二区域106时发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100一维方向传播，返回到第一区域103和第一区域104(如图中带箭头虚线所示，箭头所指的方向表示光传播方
向)。可选的，第一光学元件101的第二区域或者第二光学元件102的第二区域可以包括沿一维方向周期性排布的单元结构，该种排布形式的单元结构能够使光发生衍射，使至少部分光改变传播方向后向一个方向传播。
47.可选的，第一光学元件101的第二区域或者第二光学元件102的第二区域，使得波导基体100内传播的光发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100一维方向传播，使至少另一部分光沿着波导基体100另一维方向传播，以实现至少部分光沿着波导基体100向第一光学元件101的第一区域或者第二光学元件102的第一区域传播。波导基体100内传播的光到达第一光学元件101的第二区域或者第二光学元件102的第二区域时，发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100一维方向传播，并使至少另一部分光沿着波导基体100另一维方向传播，两部分光分别向第一光学元件101的第一区域或者第二光学元件102的第一区域传播，实现了二维方向的回收光。示例性的可参考图4所示，图4为又一实施例的光波导装置中第一区域和第二区域的光线传播示意图，如图所示，第一光学元件的第一区域103和第二光学元件的第一区域104能够使波导基体100内传播的光在二维方向上扩展(如图中带箭头实线所示，箭头所指的方向表示光传播方向)。光入射到第二光学元件的第二区域106时发生衍射，使至少部分光沿着波导基体100一个方向传播，使至少另一部分光沿着波导基体100另一方向传播，使光返回到第一区域103和第一区域104(如图中带箭头虚线所示，箭头所指的方向表示光传播方向)。示例性的，第一光学元件101的第二区域或者第二光学元件102的第二区域可以包括沿二维方向周期性排布的单元结构。
48.若第一光学元件101包括第二区域，本实施例中对第一光学元件101包括的第二区域的布置位置、形状或者大小不做限定；若第二光学元件102包括第二区域，本实施例中对第二光学元件102包括的第二区域的布置位置、形状或者大小不做限定。在实际应用中，可以根据第一光学元件101的第一区域或者第二光学元件102的第一区域的具体情况、光波导装置的应用需求等进行相应设计。
49.可选的，若第一光学元件101包括第二区域，第二区域可位于第一光学元件101的第一区域103的一侧。可参考图1所示，第一光学元件101的第二区域105位于第一光学元件101的第一区域103的一侧。若第二光学元件102包括第二区域，第二区域可位于第二光学元件102的第一区域104的一侧。可参考图2所示，第二光学元件102的第二区域106位于第二光学元件102的第一区域104的一侧，使得离开第二光学元件102第一区域104的光到达第二区域106时，能够使至少部分光返回到第一区域104。从而可以降低光能量损失，提高光能量利用率。
50.可选的，第一光学元件101可包括至少一个第二区域，和/或第二光学元件102可包括至少一个第二区域，第一光学元件101或者第二光学元件102可包括多个第二区域，各个第二区域的布置位置、形状或者大小可以根据第一光学元件101在波导基体100上的覆盖范围、第二光学元件102在波导基体100上的覆盖范围或者光波导装置的应用需求相应设置。示例性的可参考图5，图5为又一实施例的光波导装置中第一光学元件的第二区域和第二光学元件的第二区域的布置示意图，如图所示，第一光学元件101包括两个第二区域，包括区域一107和区域二108，分别处于第一光学元件101的第一区域103的周围。第二光学元件102包括两个第二区域，包括区域三109和区域四110，分别处于第二光学元件102的第一区域104的周围。在本实施例中，第一光学元件101的两个第二区域并不限于位于波导基体100的
对角方向，也可位于波导基体100的同一侧；同理。第二光学元件102的两个第二区域并不限于位于波导基体100的对角方向，也可位于波导基体100的同一侧，第一光学元件101的第二区域与第二光学元件102的第二区域不重叠覆盖。可进一步参考图6，图6为图5实施例的实际实施状态示意图。
51.可选的，若第一光学元件101包括第二区域，可以设置第二区域被第一光学元件101的第一区域103包围。或者，若第二光学元件102包括第二区域，第二区域被第二光学元件102的第一区域104包围。可参考图7，图7为又一实施例的光波导装置中第一光学元件的第二区域和第二光学元件的第二区域的布置示意图，如图所示，第一光学元件101包括两个第二区域，包括区域五111和区域六112，区域五111和区域六112分别被第一光学元件101的第一区域103包围。第二光学元件102包括第二区域即区域七113，区域七113被第二光学元件102的第一区域104包围。
52.可选的，第一光学元件101和第二光学元件102可处于波导基体100厚度方向的同一平面上(如图5与图6所示)。波导基体100厚度方向的一平面是指该平面垂直于波导基体100的厚度方向。其中，第一光学元件101包括第二区域或/和第二光学元件102包括第二区域。图6为图5实施例的实际实施状态示意图，该实施例中，第一光学元件101与第二光学元件102位于波导基体1的同一平面上，即重合为一体，因此第一光学元件101与第二光学元件102组成二维方向周期性排布的单元结构。
53.可选的，第一光学元件101和第二光学元件102可分别处于波导基体100厚度方向的不同平面上。其中，可以是第一光学元件101包括第二区域，即第一光学元件101包括没有覆盖第二光学元件102的区域。或者，可以是第二光学元件102包括第二区域，即第二光学元件102包括没有覆盖第一光学元件101的区域。
54.或者，第一光学元件101包括没有覆盖第二光学元件102的区域，第二光学元件102也包括没有覆盖第一光学元件101的区域。其中第一光学元件101和第二光学元件102分别处于波导基体100厚度方向的不同平面上，第一光学元件101可以包括多个第二区域，第二光学元件102可以包括多个第二区域，第一光学元件101的各个第二区域的形状和大小以及数量，可以与第二光学元件102的各个第二区域的形状和大小以及数量分别不同。
55.另外需要说明的是，在以上各实施方式中，第一光学元件101的第一区域103或者第二光学元件102的第一区域104可以是使波导基体100内传播的光至少部分耦合出波导基体100外。或者第一光学元件101的第一区域103或者第二光学元件102的第一区域104也可以是使波导基体100内传播的光发生衍射而使至少部分光在波导基体100内的传输方向相对于原传输方向偏转。优选的，第一光学元件101的第一区域103和第二光学元件102的第一区域104配合使得波导基体100内传播的光沿着二维方向扩展。
56.相应的，本实施例还提供一种显示设备，包括投像装置和光波导装置，所述投像装置用于产生光线，使光线入射到所述光波导装置，所述光波导装置为以上所述的光波导装置。
57.本实施例的显示设备使用的光波导装置中，第一光学元件、第二光学元件设置于波导基体上或者波导基体中，第一光学元件的第一区域和第二光学元件的第一区域覆盖在彼此上，第一光学元件的第一区域和第二光学元件的第一区域使得波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光的传播形式改变。
58.第一光学元件和第二光学元件中至少一者包括第二区域，第二区域为没有覆盖另一光学元件的区域，第二区域使得波导基体内传播的光发生衍射而使至少部分光沿着波导基体向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播，从而通过第二区域使得传播到第二区域的光至少部分向第一光学元件的第一区域或者第二光学元件的第一区域传播，从而降低光能量损失，提高光能量利用率。
59.本实施例的显示设备可以是近眼显示设备，比如头戴式虚拟现实眼镜。
60.以上对本实用新型所提供的一种光波导装置及显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。