一种用于衍射光波导的六边形柱状结构的制作方法

本发明涉及显示设备技术领域，具体涉及一种用于衍射光波导的六边形柱状结构。

背景技术：

随着虚拟现实和增强现实技术的发展，近眼式显示设备得到快速发展，例如谷歌的googleglass和微软的hololens。增强现实的近眼式显示是一种将光场成像在现实空间的技术，并且可以同时兼顾虚拟和现实的操作。利用传统光学光波导元件耦合图像光进入人眼的方式已经被采用，包括使用棱镜、反射镜、半透半反光光波导、全息及衍射光栅。光波导显示系统是利用全反射原理实现光波传输，结合衍射元件，实现光线的定向传导，进而将图像光导向人眼，使用户可以看到投影的图像。

而对于小体积的近眼式眼镜，光传导的主要方式为波导，而波导方式又分为：几何阵列波导和衍射光栅波导和全息波导，衍射光栅波导由于纳米压印加工的便利性，衍射光栅设计的高自由度，越来越受到重视，衍射光栅的作用如同阵列波导中的薄膜，主要是改变光线的传播方向。但是现有的衍射光栅的整个衍射波导的效率低且不均匀，用户看到的投影图像清晰度不够高，这是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于衍射光波导的六边形柱状结构，以解决现有的衍射光栅的整个衍射波导的效率低且不均匀，用户看到的投影图像效果不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于衍射光波导的六边形柱状结构，包括用于发出图像光线的微投影光机、用于中转图像光线的波导基板、用于接收并传导微投影光机发出图像光线的耦入光栅、以及耦出光栅，所述耦入光栅设于波导基板的入光口处，所述耦出光栅设于波导基板的出光口处，所述耦出光栅设置有用于衍射图像光线的多个正六棱柱，所述多个正六棱柱从耦入光栅至耦出光栅的方向排布并形成多个分区，且相邻的所述分区之间的间隔距离逐渐减小且呈轴对称分布，所述分区内的正六棱柱的边长与高度均相等。

作为本发明的优选方案，所述微投影光机中的图像源型号是lcos、dmd、oled或mems。

作为本发明的优选方案，所述耦入光栅是一维的倾斜光栅或一维的闪耀光栅。

作为本发明的优选方案，所述多个正六棱柱呈60°的夹角阵列排布。

作为本发明的优选方案，所述正六棱柱的高度为20-200nm，正六棱柱的顶面与底面的边长均为50nm-200nm。

采用上述技术方案的有益效果是：本发明提供的耦出光栅通过设计的多个呈60°的夹角阵列排布的正六棱柱，对耦出光栅区域做了不等间隔分区，从耦入光栅至耦出光栅的方向，相邻的分区之间的间隔距离逐渐减小且呈轴对称分布，使得从耦出光栅射出的图像光线均匀，很好的解决了衍射光栅的整个衍射波导的效率低且不均匀，用户看到的投影图像清晰度不够高的问题。

附图说明

图1为本发明的光束传播示意图；

图2为本发明的耦入光栅的两种结构的示意图；

图3为本发明的图像光线在耦出光栅上的光束传播示意图；

图4为本发明的多个正六棱柱在耦出光栅上的排布示意图；

图5为本发明在实际应用中的光束传播示意图。

图中，1、微投影光机；2、耦入光栅；3、波导基板；4、耦出光栅；5、人眼；6、倾斜光栅；7、闪耀光栅；8、耦入光栅区域；9、耦出光栅区域分区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

根据图1所示，本实施例提出一种用于衍射光波导的六边形柱状结构，包括用于发出图像光线的微投影光机1、用于形成衍射光栅的波导基板3、用于接收并传导微投影光机1发出图像光线的耦入光栅2、以及耦出光栅4，耦入光栅2设于波导基板3的入光口处，耦出光栅4设于波导基板3的出光口处，耦出光栅4设置有用于衍射图像光线的多个正六棱柱。优选多个正六棱柱呈60°的夹角阵列排布。多个正六棱柱从耦入光栅2至耦出光栅4的方向排布并形成多个分区，且相邻的分区之间的间隔距离逐渐减小且呈轴对称分布，分区内的正六棱柱的边长与高度等几何参数均相等。使得从耦出光栅4发射出的图像光线是均匀的；在二维光栅波导中使用六边形柱状结构，可以更好地控制各个衍射级次的效率，从而可以更好地实现整个衍射波导的高效率和高均匀性，而这两个参数对于增强现实眼镜的性能至关重要。

微投影光机1中的图像源型号是lcos、dmd、oled或mems。本发明的图像源型号优选lcos，lcos具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点，它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现。

如图2所示，耦入光栅2可以是但不限于一维的倾斜光栅6或一维的闪耀光栅7。

正六棱柱的高度为20-200nm，正六棱柱的顶面与底面的边长均为50nm-200nm。优选正六棱柱的高度为80nm，正六棱柱的顶面与底面的边长均为100nm。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于衍射光波导的六边形柱状结构，其特征在于，包括用于发出图像光线的微投影光机、用于中转图像光线的波导基板、用于接收并传导微投影光机发出图像光线的耦入光栅、以及耦出光栅，所述耦入光栅设于波导基板的入光口处，所述耦出光栅设于波导基板的出光口处，所述耦出光栅设置有用于衍射图像光线的多个正六棱柱，所述多个正六棱柱从耦入光栅至耦出光栅的方向排布并形成多个分区，且相邻的所述分区之间的间隔距离逐渐减小且呈轴对称分布，所述分区内的正六棱柱的边长与高度均相等。

2.根据权利要求1所述的用于衍射光波导的六边形柱状结构，其特征在于，所述微投影光机中的图像源型号是lcos、dmd、oled或mems。

3.根据权利要求1所述的用于衍射光波导的六边形柱状结构，其特征在于，所述耦入光栅是一维的倾斜光栅或一维的闪耀光栅。

4.根据权利要求1所述的用于衍射光波导的六边形柱状结构，其特征在于，所述多个正六棱柱呈60°的夹角阵列排布。

5.根据权利要求1所述的用于衍射光波导的六边形柱状结构，其特征在于，所述正六棱柱的高度为20-200nm，正六棱柱的顶面与底面的边长均为50nm-200nm。

技术总结
本发明公开了一种用于衍射光波导的六边形柱状结构，包括用于发出图像光线的微投影光机、用于形成衍射光栅的波导基板、用于接收并传导微投影光机发出图像光线的耦入光栅、以及耦出光栅，耦入光栅设于波导基板的入光口处，耦出光栅设于波导基板的出光口处，耦出光栅设置有用于衍射图像光线的多个正六棱柱；正六棱柱分区的相邻间隔距离逐渐减小且呈轴对称分布。有益效果是：本发明提供的耦出光栅通过设计的多个分区正六棱柱，多个分区正六棱柱呈60°的夹角阵列排布，很好的解决了衍射光栅的整个衍射波导的效率低且不均匀，用户看到的投影图像效果不够好的问题。

技术研发人员：宋强;许恒深;黄浩;马国斌;汪涛
受保护的技术使用者：深圳珑璟光电技术有限公司
技术研发日：2020.01.10
技术公布日：2020.05.05