光波导的制作方法

本发明涉及衍射光学设备技术领域，具体而言，涉及一种光波导。

背景技术：

随着对未来科技的不断创新，虚拟现实(vr)，增强现实(ar)，混合现实(mr)已经逐步进入工业教育等行业，其中在ar增强现实方面，光波导技术是不可缺少的一步，但目前还没有一个可实时检测光波导内光线问题的技术，无法同步检测光波导内耦出时溢出光的问题，不能及时反馈给原端口进行光学补偿，难以保障成像质量。

也就是说，现有技术中的光波导存在难以实现实时检测、影响成像质量的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种光波导，以解决现有技术中的光波导存在难以实现实时检测、影响成像质量的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光波导，包括：光波导片；耦入光栅，耦入光栅设置在光波导片上，且耦入光栅将外部图像源发出的光耦入到光波导片内；转折光栅，转折光栅用于接收耦入光栅的光，转折光栅位于耦入光栅的一侧；耦出光栅，耦出光栅用于接收转折光栅的光，耦出光栅位于转折光栅的一侧，耦入光栅的中心和转折光栅的中心的连线与耦出光栅的中心和转折光栅的中心的连线垂直，耦出光栅将光耦出光波导片；探测器，探测器为多个，至少一个探测器位于转折光栅远离耦入光栅的一侧，以用于接收转折光栅中未进入耦出光栅内的光，至少另一个探测器位于耦出光栅远离转折光栅的一侧，以用于接收耦出光栅中未用于成像的光。

进一步地，探测器与光波导片间隔设置，光波导还包括多个狭缝光栅，狭缝光栅设置在光波导片上，狭缝光栅与探测器一一对应设置，狭缝光栅位于探测器的入光方向上。

进一步地，探测器设置在光波导片上。

进一步地，多个探测器设置在光波导片的同一侧表面上；或者至少两个探测器设置在光波导片的不同的表面上。

进一步地，耦入光栅是衍射光栅。

进一步地，衍射光栅的周期大于等于300纳米且小于等于600纳米。

进一步地，光波导片的材质为玻璃。

进一步地，光波导片的厚度大于等于400微米且小于等于1毫米。

进一步地，耦出光栅为闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅中的一种。

进一步地，探测器是cmos探测器。

应用本发明的技术方案，光波导包括光波导片、耦入光栅、转折光栅、耦出光栅和探测器，耦入光栅设置在光波导片上，且耦入光栅将外部图像源发出的光耦入到光波导片内；转折光栅用于接收耦入光栅的光，转折光栅位于耦入光栅的一侧；耦出光栅用于接收转折光栅的光，耦出光栅位于转折光栅的一侧，耦入光栅的中心和转折光栅的中心的连线与耦出光栅的中心和转折光栅的中心的连线垂直，耦出光栅将光耦出光波导片；探测器为多个，至少一个探测器位于转折光栅远离耦入光栅的一侧，以用于接收转折光栅中未进入耦出光栅内的光，至少另一个探测器位于耦出光栅远离转折光栅的一侧，以用于接收耦出光栅中未用于成像的光。

通过将耦入光栅设置在光波导片上，使得外部图像源发出的光能够大部分耦入光波导片内，保证了光波导片的耦入效率。转折光栅位于耦入光栅的一侧，这样设置使得耦入光栅的光能够大部分射入转折光栅用于转折光栅对光的放大，保证了转折光栅能够稳定工作。耦出光栅位于转折光栅的一侧，耦入光栅的中心和转折光栅的中心的连线与耦出光栅的中心和转折光栅的中心的连线垂直，这样设置使得转折光栅内的有效光能够大部分射入耦出光栅用于耦出光栅对光进行耦出，保证了光波导片的耦出效率，进而保证了光波导片的成像品质。至少一个探测器位于转折光栅远离耦入光栅的一侧，这样设置使得转折光栅中未进入耦出光栅内的光能够大部分射入探测器，有利于探测器对转折光栅中未进入耦出光栅内的光进行实时检测。至少另一个探测器位于耦出光栅远离转折光栅的一侧，这样设置使得耦出光栅中未用于成像的光能够大部分射入探测器，有利于探测器对耦出光栅中未用于成像的光进行实时检测。

另外，由于光波导片内并不是所有光都进入人眼内，对此可在不同位置设置探测器。本发明中采用在两个方向设置探测器，一是在转折光栅远离耦入光栅的一侧设置探测器，二是在耦出光栅远离转折光栅的一侧设置探测器。通过在两个方向设置探测器，大大保证了探测器能够对光波导片内的未用于成像的光进行实时检测，提高了探测器的检测效率，保证了光波导片的成像质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的光波导的实施例一结构示意图；

图2示出了本发明的光波导的实施例二结构示意图；

图3示出了本发明的光波导的实施例三结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、光波导片；11、耦入光栅；12、转折光栅；13、耦出光栅；14、狭缝光栅；20、探测器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的光波导存在难以实现实时检测、影响成像质量的问题，本发明提供了一种光波导。

如图1至图3所示，光波导包括光波导片10、耦入光栅11、转折光栅12、耦出光栅13和探测器20，耦入光栅11设置在光波导片10上，且耦入光栅11将外部图像源发出的光耦入到光波导片10内；转折光栅12用于接收耦入光栅11的光，转折光栅12位于耦入光栅11的一侧；耦出光栅13用于接收转折光栅12的光，耦出光栅13位于转折光栅12的一侧，耦入光栅11的中心和转折光栅12的中心的连线与耦出光栅13的中心和转折光栅12的中心的连线垂直，耦出光栅13将光耦出光波导片10；探测器20为多个，至少一个探测器20位于转折光栅12远离耦入光栅11的一侧，以用于接收转折光栅12中未进入耦出光栅13内的光，至少另一个探测器20位于耦出光栅13远离转折光栅12的一侧，以用于接收耦出光栅13中未用于成像的光。

通过将耦入光栅11设置在光波导片10上，使得外部图像源发出的光能够大部分耦入光波导片10内，保证了光波导片10的耦入效率。转折光栅12位于耦入光栅11的一侧，这样设置使得耦入光栅11的光能够大部分射入转折光栅12用于转折光栅12对光的放大，保证了转折光栅12能够稳定工作。耦出光栅13位于转折光栅12的一侧，耦入光栅11的中心和转折光栅12的中心的连线与耦出光栅13的中心和转折光栅12的中心的连线垂直，这样设置使得转折光栅12内的有效光能够大部分射入耦出光栅13用于耦出光栅13对光进行耦出，保证了光波导片10的耦出效率，进而保证了光波导片10的成像品质。至少一个探测器20位于转折光栅12远离耦入光栅11的一侧，这样设置使得转折光栅12中未进入耦出光栅13内的光能够大部分射入探测器20，有利于探测器20对转折光栅12中未进入耦出光栅13内的光进行实时检测。至少另一个探测器20位于耦出光栅13远离转折光栅12的一侧，这样设置使得耦出光栅13中未用于成像的光能够大部分射入探测器20，有利于探测器20对耦出光栅13中未用于成像的光进行实时检测。

需要说明的是，转折光栅12、耦出光栅13都设置在光波导片10上，以便于转折光栅12接收耦入光栅11的光，同时以便于耦出光栅13接收转折光栅12的光。耦入光栅11将光耦入到光波导片中，耦出光栅13将光波导片中的光耦出到外部环境中，转折光栅12将耦入光栅11处的光耦入到耦出光栅13处。

另外，由于光波导片10内并不是所有光都进入人眼内，对此可在不同位置设置探测器20。本发明中采用在两个位置设置探测器20，一是在转折光栅12远离耦入光栅11的一侧设置探测器20，二是在耦出光栅13远离转折光栅12的一侧设置探测器20。通过在两个方向设置探测器20，大大保证了探测器20能够对光波导片10内的未用于成像的光进行实时检测，提高了探测器20的检测效率，保证了光波导片10的成像质量。

需要说明的是，上述转折光栅12与耦出光栅13可分别设计，也可设计为一体。随着光在光波导片10内传播，光波导片10将接收到的光至少扩展为一维，使得光至少朝向一个方向传播。上述探测器20用于检测光波导片10内部的光场强度，该强度影响最终进入人视野的图像质量。在此基础上可设定一个光场强度的标准参考量，若检测到光场强度低于参考量时可及时在光源处提高能量增强进入光波导片10内的光场强度；若检测值高于参考量，调整光源降低强度。这样能够对光波导片10内部光场进行实时检测并根据检测结果及时补偿调整，保证了光波导片10的成像质量。

通过多个探测器20对未用于成像的光的探测，分析多个探测器20上的光强信号的位置、强弱来判断哪个位置的光栅工作异常，以通过对图像源的调整来预补偿该缺陷产生的图像影响，以保证成像质量。

实施例一

如图1所示的具体实施例中，探测器20与光波导片10间隔设置，光波导还包括多个狭缝光栅14，狭缝光栅14设置在光波导片10上，狭缝光栅14与探测器20一一对应设置，狭缝光栅14位于探测器20的入光方向上。狭缝光栅14设置在光波导片10上，狭缝光栅14与探测器20一一对应设置，狭缝光栅14位于探测器20的入光方向上，这样设置使得转折光栅12中未进入耦出光栅13内的光和耦出光栅13中未用于成像的光能够大部分射入狭缝光栅14并从狭缝光栅14耦出至一一对应的探测器20，方便探测器20对光波导片10内部光场进行实时检测并根据检测结果及时补偿调整，保证了光波导片10的成像质量。

具体的，耦入光栅11是衍射光栅。耦入光栅11是衍射光栅，这样设置保证了外部图像源发出的光在衍射光栅内能够发生全反射，使得外部图像源发出的光能够大部分耦入光波导片10内，保证了耦入光栅11的耦入效率。

具体的，衍射光栅的周期大于等于300纳米且小于等于600纳米。将衍射光栅的周期限制在300纳米到600纳米的范围内，保证了外部图像源发出的光在衍射光栅内能够发生全反射，使得外部图像源发出的光能够大部分耦入光波导片10内，保证了耦入光栅11能够稳定工作。

另外，光波导片10的材质为玻璃。光波导片10的材质为玻璃，这样设置有利于光在光波导片10内部的传输，同时降低了光波导片10的生产成本。需要说明的是，上述玻璃为高折射率玻璃，这样能够有效增大光波导片10的视场角，提高光波导片10的成像质量。同样，可根据实际需求选择不同材质的光波导片10。

可选地，光波导片10的厚度大于等于400微米且小于等于1毫米。若光波导片10的厚度小于400微米，使得光波导片10不易制作，增强了光波导片10的加工难度，同时使得光波导片10在使用过程中易发生折断，降低了光波导片10的结构强度。若光波导片10的厚度大于1毫米，使得光波导片10的厚度过大，不利于光波导片10的小型化。将光波导片10的厚度限制在400微米到1毫米的范围内，保证了光波导片10的小型化的同时保证了光波导片10的结构强度。

可选地，耦出光栅13为闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅中的一种。耦出光栅13为闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅中的一种，这样设置可以根据不同应用要求采用不同的光栅，光栅可将光场信息耦出，可以调节具体参数，从而调整耦出光场的均匀性以满足不同应用要求，保证了耦出光栅13能够将成像光耦出至人眼的同时增强了光波导片10的通用性。

需要说明的是，上述闪耀光栅为一种刻槽面与光栅法线不平行，即在两者之间存在一个小夹角，具有闪耀特性的光栅。锯齿型光栅为最理想的闪耀光栅，锯齿型光栅的横截面上为锯齿形的结构来进行衍射。上述倾斜光栅是一种光栅的平面与光栅切向呈一定倾角的光栅。上述矩形光栅是一种横截面上为矩形的结构来进行衍射的光栅。

具体的，探测器20是cmos探测器。探测器20是cmos探测器，这样设置保证cmos探测器能够对光波导片10内的光场变化进行实时检测，从而检测光栅内结构是否正常，这样就可以及时补偿调整，保证了光波导片10的成像质量。

实施例二

与实施例一的区别是，探测器20的位置不同。

在图2所示的具体实施例中，光波导片10上没有设置狭缝光栅14，探测器20设置在光波导片10上。这样设置使得光波导片10与探测器20一体成型，方便探测器20对光波导片10内的未用于成像的光进行实时检测，同时缩小了光波导的体积，保证了光波导的小型化。

如图2所示，多个探测器20设置在光波导片10的同一侧表面上。耦入光栅11、转折光栅12和耦出光栅13的至少一部分在同一表面上，而多个探测器20设置在光波导片10的同一侧表面上时，需要多个探测器20与耦入光栅11、转折光栅12和耦出光栅13在同一表面上，以使得至少一个探测器20能够接收转折光栅12中未进入耦出光栅13内的光，至少另一个探测器20能够接受耦出光栅13中未用于成像的光。通过多个探测器20对未用于成像的光的探测，分析多个探测器20上的光强信号的位置、强弱来判断哪个位置的光栅工作异常，以通过对图像源的调整来预补偿该缺陷产生的图像影响，以保证成像质量。

实施例三

与实施例二的区别是，探测器20的位置不同。

在图3示的具体实施例中，至少两个探测器20设置在光波导片10的不同的表面上。两个探测器20设置在光波导片10的不同的表面上，以使得两个探测器20接收不同位置的光。

在图3所示的具体实施例中，耦入光栅11、转折光栅12和耦出光栅13的至少一部分在同一表面上，而两个探测器20分别位于与耦入光栅11、转折光栅12和耦出光栅13所在的平面的两侧。在图3所示的具体实施例中，光波导片10是长方体的，耦入光栅11、转折光栅12和耦出光栅13所在的平面为主平面，而两个探测器20分别设置在与主平面连接的两个侧面上，且一个探测器20设置在远离耦入光栅11的侧面上，另一个探测器20设置在远离转折光栅12的侧面上。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。