光导及近眼显示装置的制作方法

1.本技术涉及光学器件技术领域，尤其涉及到一种光导及近眼显示装置。


背景技术：

2.视觉是人类获取外界信息的最主要的感官，近年来，学术界和工业界出现了多种近眼显示装置。尽管技术手段不完全相同，但是近眼显示装置都在沿着用户体验的方向来优化与演进，主要包括增大视场、提高分辨率、提高色域以及括大眼动范围等。其中，增大视场(field of view，fov)的方式主要是改进光导，fov即为用户能够看到的虚拟画面的范围。
3.一般来说，fov范围越大，那么用户能够看到的虚拟画面的范围也就越大。因此，为了在将多种颜色的光线限制于光导内的同时增大fov范围，目前较为直观的做法是光导包括多片导光板，每片导光板传输一小段光谱范围，但该做法的坏处是成倍地增加光导的导光板的数目，导致增加光导成本和重量，而且组装工艺较为复杂，不适合实现极简外形的近眼显示装置的要求。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光导及近眼显示装置，以增大光导可以支撑的视场角，且可以简化光导的结构。
5.第一方面，本技术提供了一种光导。该光导包括导光板和二维光栅，二维光栅具体设置于导光板的表面，可以与导光板为一体成型结构。其中，二维光栅包括多个排布呈面状的光栅单元，具体的，光栅单元沿第一方向间隔第一距离排布，沿第二方向间隔第二距离。上述第一方向和第二方向相交。上述二维光栅包括沿第三方向排布的出光区域和入光区域，第四方向垂直于第三方向，可以认为上述第三方向为直角坐标系的y轴方向，第四方向为直角坐标系的x轴方向。上述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向位于同一平面任意两个方向不重合。也就是说第一方向和第二方向分别与直角坐标系的坐标轴呈一定的夹角。该夹角不为0
°
或者90
°
。上述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。
6.该技术方案中，光导的入光区域的光栅单元接收光线，上述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。光线在导光板内经光栅单元的扩光，从出光区域的光栅单元射出。该方案中，当光线射至光栅单元之后，光栅单元将一束入射光线衍射成至少三束出射光线进行传输，具体可以衍射出四束出射光线，五束出射光线或者六束出射光线等，本技术不做限制。总之，射入该光导的光线具有多种传输路径，可以允许部分视场在主路径传输时逃逸出光导，然后利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场，从而可以利用一个导光板支撑较大的视场角的传输。也就是该方案中的光导既可以传输较大的视场角，光导的结构也较为简单。
7.具体设置上述二维光栅时，二维光栅排布的光栅单元可以生成第一光栅矢量、第二光栅矢量和多个合光栅矢量。其中，第一光栅矢量垂直于第一方向，第二光栅矢量垂直于
第二方向，合光栅矢量为衍射级次m1的第一光栅矢量和衍射级次m2的第二光栅矢量的矢量和；其中，衍射级次m1和衍射级次m2为整数，可以为正整数、负整数或者零，具体取值本技术不做限制。入光区域的光栅单元接收光线，光线在导光板内经光栅单元的扩光之后，从出光区域的光栅单元射出。光线射至光栅单元之后，受第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的作用下传输，光线传输过程中受到的光栅矢量的矢量和为零。具体的，光栅单元的合光栅矢量的数量不做限制，可以具有多个合光栅矢量，因此，第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量可以形成多条光传输路径。光线射至光栅单元时，可以衍射成至少三束在第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的影响下形成的出射光线。可以允许部分视场在主路径传输时逃逸出光导，然后利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场，从而可以利用一个导光板支撑较大的视场角的传输。也就是该方案中的光导既可以传输较大的视场角，光导的结构也较为简单。
8.具体设置光栅单元的位置时，第一方向与第四方向的锐角夹角可以位于10
°
至80
°
之间，第二方向与第四方向的锐角夹角可以位于10
°
至80
°
之间。
9.具体设置上述光导时，光栅单元排布的第一方向和第二方向相对于第三方向对称。也就是说，第一方向和第二方向朝向第三方向的两侧，且与第三方向的夹角相等。该方案中光栅单元的排布方式较为规则，且第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的方向较为对称和规则，比较容易使得光线传输过程中疏导的光栅矢量的矢量和为零。
10.具体的技术方案中，通过合理的设计光栅单元的结构，可以使得上述衍射级次m1包括-3、-2、-1、0、1、2和3，衍射级次m2包括-3、-2、-1、0、1、2和3。该方案中的衍射级次指的是波矢空间的衍射级次，衍射级次较高，从而便于形成多种合光栅矢量，以得到满足补偿需求的补偿路径。
11.采用本技术技术方案中的光导，可以支持视场角至少为60
°
的画面的传输，以提高使用该光导的近眼显示装置的视场角，提升用户使用体验。
12.具体设置二维光栅时，二维光栅包括至少两个子区域。相邻子区域的光栅单元的形态不同，而同一子区域的光栅单元的形态相同。该方案可以通过合理的设计光栅单元的形态，可以获取不同的衍射能级，从而设计合理的主路径和补偿路径。
13.此外，在具体设置上述二维光栅时，还可以使二维光栅的多个光栅单元形态相同。也就是光导的表面设置的所有光栅单元的形态都一样，从而便于简化光导的制备工艺。
14.值得说明的是，本技术实施例中，二维光栅设置于导光板的表面，可以使二维光栅位于导光板的同一侧表面。或者，可以使的二维光栅的一部分区域位于一侧表面，其余部分区域位于另一侧表面。
15.上述二维光栅还可以包括至少两个子区域，相邻的子区域的第一距离不同，相邻的子区域的第二区域不同。也就是说，不同子区域的光栅周期不同，从而便于形成不同的光栅矢量，以增加可以选择的光栅矢量。
16.具体的技术方案中，可以使二维光栅包括第一子区域和第二子区域。入光区域和出光区域位于第一子区域，第二子区域位于出光区域远离入光区域的一侧。上述第一子区域的第一距离大于第二子区域的第一距离，第一子区域的第二距离大于第二子区域的第二距离。也就是说，第二子区域的光栅周期小于第一子区域的光栅周期。该方案可以减少光导中的光线能量的损失，提高光导传输光线的效率。
17.上述第一距离具体可以位于200nm至600nm之间，第二距离具体可以位于200nm至600nm之间。可以根据实际需求设置上述第一距离和第二距离的取值，本技术不做限制。
18.第二方面，本技术还提供了一种近眼显示装置。该近眼显示装置包括壳体、光机，以及上述任一技术方案中的光导。其中，光机和光导设置于壳体，光机用于生成光线，并将生成的光线射至光导的入光区域。该方案中的近眼显示装置的视场角较大，且结构较为紧凑，有利于实现小型化。
19.近眼显示装置的具体类型不做限制，可以为虚拟现实眼镜或者增强现实眼镜。只要需要利用光导传输画面的近眼显示装置都在本技术保护范围内。
20.具体设置上述光机时，光机可以包括激光器、扫描器和控制器。其中，光机的扫描器用于扫描激光器发出的入射光线并发送给光导的入光区域。
21.光机的具体类型也不做限制，例如，上述光机可以为硅基液晶光机或数字光处理光机。
22.上述光机生成的光线包括红光、绿光和蓝光。该方案中的光导可以实现三种颜色的画面的大视场的传播，且结构较为简单。
附图说明
23.图1为本技术实施例中光导的一种正视结构示意图；
24.图2为本技术实施例中光导的一种侧向结构示意图；
25.图3为本技术实施例中光导的另一种侧向结构示意图；
26.图4为现有技术中光导的波矢空间结构示意图；
27.图5为本技术实施例中光栅单元的局部分布示意图；
28.图6为本技术实施例中光导对画面传输的一种结构示意图；
29.图7为本技术实施例中光导对画面的红光传输路径示意图；
30.图8为本技术实施例中入射角为零度的红光在光导内传播路径示意图；
31.图9为本技术实施例传输画面中蓝光视场的补偿路径示意图；
32.图10为本技术实施例中入射角为零度的蓝光在光导内传播路径示意图；
33.图11为本技术实施例中二维光栅的另一种结构示意图；
34.图12为本技术实施例中二维光栅的另一种结构示意图；
35.图13为本技术实施例中近眼显示装置的一种结构示意图；
36.图14为本技术实施例中近眼显示装置的另一种结构示意图。
37.附图说明：
38.100-光导；
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110-导光板；
39.120-二维光栅；
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121-光栅单元；
40.130-入光区域；
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140-出光区域；
41.150-第一子区域；
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160-第二子区域；
42.01-画面；
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011-红光视场；
43.012-绿光视场；
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013-蓝光视场；
44.200-壳体；
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210-镜腿；
45.220-镜框；
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300-光机；
46.310-激光器；
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320-扫描器。
具体实施方式
47.以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
48.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“具体的实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
49.为了方便理解本技术实施例提供的光导及近眼显示装置，下面先介绍一下其应用场景。光导作为近眼显示装置的主要部件，对于近眼显示装置的性能具有较大的影响，最主要的是增大光导可以支撑的视场角，对于增大近眼显示装置能够传输的画面尺寸具有决定性作用。彩色画面中通常包括红光、绿光和蓝光，不同颜色的光的波长不同，波导对于不同颜色的光的传输路径也不同。现有技术中，为了保证较大的视场角，光导需要包括至少两片具有光栅的导光板110共同作用，才可以同时保证三种颜色的光对应的画面都完整的进行传输。该方案成本较高，且光导的结构较为复杂，占用的空间也较多，不利于简化近眼显示装置的结构，不利于促进近眼显示装置的小型化。为此，本技术提供了一种光导及近眼显示装置，从而可以利用一片具有光栅的光导传输画面，简化了光导的结构，降低了成本，且可以增大视场角。下面列举具体的实施例来说明本技术实施例中的光导及近眼显示装置的结构。
50.图1为本技术实施例中光导的一种正视结构示意图，图2为本技术实施例中光导的一种侧向结构示意图。请参考图1和图2，本技术实施例中的光导100包括导光板110和二维光栅120，其中，二维光栅120位于导光板110的表面，具体的，上述二维光栅120与导光板110可以为一体结构，就是说在导光板110的表面加工上述二维光栅120。上述二维光栅120包括多个光栅单元121，上述多个光栅单元121沿第一方向m和第二方向n排布，具体可以排布呈面状。具体请参考图1，上述多个光栅单元121沿第一方向m间隔第一距离pm排布，沿第二方向n间隔第二距离pn排布，也就是说，多个光栅单元121可以看成沿第一方向m延伸的多行光栅单元121，多行光栅单元121平行且沿第二方向n排布，每行光栅单元121中相邻的光栅单元121之间的距离为第一距离pm；多个光栅单元121还可以看成沿第二方向n延伸的多行光栅单元121，多行光栅单元121平行且沿第一方向m排布，每行光栅单元121中相邻的光栅单元121之间的距离为第二距离pn。上述二维光栅120包括沿第三方向y依次排布的出光区域140和入光区域130，第四方向x垂直与上述第三方向y，第一方向m、第二方向n、第三方向y和第四方向x位于同一平面中任意两个方向不重合。请参考图1，可以认为以上述出光区域140朝向入光区域130的第三方向y为y轴，以第四方向x为x轴建立一个直角坐标系，上述第一方向m和第二方向n与直角坐标系不重叠，具有一定的夹角，从而便于形成需要的光栅矢量。
51.上述二维光栅的光栅单元可将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。此处，一束入射光线可以理解成射入光栅单元的一个光线矢量，三束出射光线则可以理解成射出光栅单元的三个光线矢量。当光导应用于图像传输时，每个像素的光斑经过光栅单元的衍射
后，可以形成三个光斑。该技术方案中，光导的入光区域的光栅单元接收光线，上述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。光线在导光板内经光栅单元的扩光，从出光区域的光栅单元射出。该方案中，当光线射至光栅单元之后，光栅单元将一束入射光线衍射成至少三束出射光线进行传输，具体可以衍射出四束出射光线，五束出射光线或者六束出射光线等，本技术不做限制。总之，射入该光导的光线具有多种传输路径，可以允许部分视场在主路径传输时逃逸出光导，然后利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场，从而可以利用一个导光板支撑较大的视场角的传输。也就是该方案中的光导既可以传输较大的视场角，光导的结构也较为简单。
52.具体的实施例中，二维光栅120位于导光板110的表面，则便于制备上述二维光栅120，但是在实际应用中，请参考图2，上述二维光栅120所有光栅单元121可以均位于导光板110的同一侧表面。图3为本技术实施例中光导的另一种侧向结构示意图，如图3所示，可以使二维光栅120的部分区域的光栅单元121位于导光板110的一侧表面，二维光栅120其余部分的光栅单元121位于导光板110的另一侧表面，本技术对此不作限制。图3仅为一种示例性说明，实际应用中，可以根据需求选择合适区域的光栅单元121的位置。上述位于导光板110两侧表面的二维光栅120可以交叠一部分，以提高画面均匀性。
53.如图1所示，图中沿第一方向m延伸的虚线和沿第二方向n延伸的虚线可以认为是制备二维光栅120的辅助线，并非为实际结构。具体的，上述辅助线分别沿第一方向m延伸和第二方向n延伸，辅助线相交的点即为设置光栅单元121的位置。
54.光栅通常由周期性亚波长尺度的折射率调制形成。为方便起见，技术人员通常借助k空间，也即波矢空间，来理解和量化光栅对光线的偏折行为。衍射光栅通常用光栅矢量来表征，可以定义为为光栅周期。光线的射线行为也可以用三维空间矢量表示。在k空间，光栅引起的光线方向改变可以利用矢量和来描述，也即：
[0055][0056]
其中，为入射至光栅的光线矢量，为经光栅偏折后的光线矢量，为光栅矢量，m为偏折光线的光栅矢量的衍射级次，m为整数，具体可以为正数、负数或者零。
[0057]
也就是说，光线在具有光栅的导光板110的传播轨迹可以通过k空间来观察。图4为现有技术中光导的波矢空间结构示意图，请参考图4，对于光导100来说，光线只有进入k空间中由内虚线圆和外虚线圆围成的圆环内，才能在导光板110内传输。内虚线圆的半径为n0，n0为空气的折射率，外虚线圆的半径等于n1，n1为光导100的折射率。当光线的波矢落入到内虚线圆与外虚线圆之间的圆环内才能够在光导100中传播，才有可能从出光区域140出射到眼动范围(eyebox)区域。因此，如图4所示的现有技术情况下，要想利用光导100传播具有红光视场011、蓝光视场013和绿光视场012的画面01，三种颜色的光线波长不同，为了保证视场完整，也就是整个视场都能落入到上述圆环内，就需要牺牲一定视场角，导致光导100传输的画面01的视场角较小。
[0058]
图5为本技术实施例中光栅单元的局部分布示意图，如图5所示，光栅单元121包括第一光栅矢量和第二光栅矢量以及合光栅矢量其中，第一光栅矢量垂直于第一方向m，可以朝向出光区域140方向倾斜，第二光栅矢量垂直于第二方向n，也可以朝向
出光区域140方向倾斜，第一光栅矢量和第二光栅矢量为光栅单元121的基础光栅矢量，所有的合光栅矢量都基于上述第一光栅矢量和第二光栅矢量获得。具体的，上述合光栅矢量为衍射级次m1的第一光栅矢量和衍射级次m2的第二光栅矢量的矢量和；其中，m1和m2为整数。请参考图4，第一方向m与第四方向x的锐角夹角为θ1，第二方向n与第四方向x的锐角夹角为θ1，第一光栅矢量与第二方向n之间的夹角为β1，第二光栅矢量与第一方向m之间的夹角为β2，则，上述第一光栅矢量第二光栅矢量和合光栅矢量的公式可以参考如下：
[0059][0060][0061][0062]
光线射至二维光栅120时，在上述第一光栅矢量第二光栅矢量以及合光栅矢量的作用下发生衍射。具体的，在本技术实施例中，可以认为光导100还包括位于入光区域130和出光区域140之间的扩光区域，值得说明的是，上述各个区域可以依靠实际使用状态确定，而不一定是光导100中固定的区域。也就是画面01进入光导100的区域即为入光区域130，画面01从光导100射出的区域即为出光区域140，中间即为扩光区域。入光区域130接收光线，上述光线从光导100的入光区域130的光栅单元121进入到导光板110内，在导光板110背离二维光栅120的一侧表面发生全反射，在导光板110朝向二维光栅120的光栅单元121一侧扩光，多次反射后从出光区域140的光栅单元121导出，从而可以将入光区域130进入光导100的画面01放大后从出光区域140导出，以使用户可以观看画面01。具体的，光线每次射至光栅单元121之后，都分成几部分，分别受到光栅单元121的第一光栅矢量第二光栅矢量和合光栅矢量的使能进行传输。也就是说，光线在入光区域130的光栅单元121在第一光栅矢量第二光栅矢量和合光栅矢量的使能作用下耦入导光板110内，在导光板110与入光区域130和扩光区域相对的一侧表面发生全反射，然后射至入光区域130和扩光区域的光栅单元121，再次在光栅单元121的第一光栅矢量第二光栅矢量和/或合光栅矢量的使能作用下射回导光板110内，直至射向出光区域140的光栅单元121，再在第一光栅矢量第二光栅矢量和合光栅矢量的使能作用下射出导光板110。为了保证光线能够从出光区域140射出光导100，需要使每一部分光线传输过程中受到影响的光栅矢量的矢量和为零。
[0063]
请继续参考图5，上述第一方向m、第二方向n、第三方向y和第四方向x位于同一平面且任意两个方向不重合，也就是第一方向m和第二方向n分别与x轴或y轴存在绝对值不等于0
°
或者绝对值不等于90
°
的锐角夹角，那么该角度可以是(0
°
，90
°
)之间的任意一个角度。如图4所示，上述第一方向m和第二方向n分别朝向第四方向x的两侧倾斜，且上述第一方向m
与第四方向x之间的锐角夹角为θ1，第二方向n与第四方向x之间的锐角夹角为θ2。具体的，上述第一方向m与第四方向x之间的锐角夹角为θ1满足：10≤θ1≤80，具体的，上述θ1的值可以为20
°
、25.5
°
、28
°
、30
°
、40
°
、45
°
、48
°
、50
°
、55
°
、59
°
、60
°
、64
°
、65
°
、70
°
或者75
°
等，本技术不做限制。同样，上述第二方向n与第四方向x之间的锐角夹角θ2满足：10≤θ2≤80，具体的，上述θ2的值可以为18
°
、20
°
、25
°
、28
°
、30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、48
°
、50
°
、55
°
、59
°
、60
°
、64
°
、65
°
、70
°
或者75
°
等，本技术不做限制。
[0064]
具体的技术方案中，上述第一方向m和第二方向n可以相对于第三方向y对称，或者说，第一方向m与第二方向n可以基于正交坐标系呈轴对称。也就是说，上述第一方向m与第四方向x之间的锐角夹角θ1，第二方向n与第四方向x之间的锐角夹角为θ2满足：θ1＝θ2。在其它的实施例中，上述第一方向m和第二方向n相对于正交坐标系也可以呈非轴对称，只要第一方向m与第二方向n相交且分别朝向第三方向y的两侧倾斜即可，本技术不做限制。而在本技术实施例中仅以第一方向m与第二方向n基于正交坐标系呈轴对称为例进行说明。
[0065]
光导100针对不同波长的光线，起作用的光栅矢量不同，下面列举具体的实施例，该实施例中的光导100传输包括红光、绿光和蓝光的画面01，以入射角为0度的光线为例，来说明本技术技术方案：
[0066]
图6为本技术实施例中光导对画面传输的一种结构示意图，如图6所示，光栅单元121包括第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量也就是m1＝m2＝1时，可以得到第一合光栅矢量即如图6所示，画面01中的红光在光栅单元121的第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量的作用下，可以将画面01的所有的红光都耦入到光导100中，并在扩光之后，从出光区域140耦出光导100，以保证红光视场011不出现丢失的情况。但是，在保证红光视场011不丢失，且视场最大时，蓝光视场013和绿光视场012就会出现丢失，例如图中的a区域和b区域。
[0067]
图7为本技术实施例中光导对画面的红光传输路径示意图，如图7所示，红光传输路径包括上述第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量图中每个光栅矢量的起点都对应一个光栅单元121，图6中的(a)所示的传输路径，依次为和和值得说明的是，可以指的是第一光栅矢量方向相反而大小相同的矢量，可以指的是第二光栅矢量方向相反而大小相同的矢量；或者，也可以理解成衍射级次m1为-1的第一光栅矢量衍射级次m1为-1的第一光栅矢量也就是说，图6中的(a)所示的传输路径可以理解成，红光遇到第一个光栅单元121，受到第一合光栅矢量的使能的影响，而射向第二个光栅单元121，在该光栅单元121受到反向的第二光栅矢量的使能的影响，而射向第三个光栅单元121，在该第三个光栅单元121受到反向的第一光栅矢量的使能的影响，而射出光导100，从而画面01中的红光可以从光导100中射出。图6中的(b)所示的传输路径，依次为和从而画面01中的红光可以从光导100中射出；图6中的(c)所示的传输路径，依次为和从而画面01中的红光可以从光导100中射出；图6中的(d)所示的传输路径，依次为和
从而画面01中的红光可以从光导100中射出。
[0068]
图8为本技术实施例中入射角为零度的红光在光导内传播路径示意图，请结合图6至图8，具体的实施例中，一束红光以0度入射角射向光导100的入光区域130第一个光栅单元121时，可以先受第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量的使能的影响，分几部分耦入导光板110中，然后各部分光线分别遇到扩光区域的第二个光栅单元121，在该第二个光栅单元121的需要的光栅矢量的使能的作用下，射向第三个光栅单元121，在第三个光栅单元121的需要的光栅矢量的使能的作用下，从出光区域140射出光导100。上述每一部分光线在三个光栅单元121的受到使能影响的光栅矢量的矢量和为零，从而可以使红光经过光导100进行扩光并射出光导100。
[0069]
采用上述技术方案，利用一个光导100的三个光栅矢量，就可以实现视场角fov至少为60
°
的红光的传输，可以得到较大的视场角。
[0070]
请继续参考图7，由于画面01中各种颜色的光线都需要受到上述第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量的使能的作用，而上述三个光栅矢量的可以形成图7中的四个传输路径，由于各种颜色的光线在光导100中都要经过上述四个传输路径进行传输，因此，称二维光栅120的上述四个传输路径为主路径。然而，请参考图6，画面01包括红光视场011、绿光视场012和蓝光视场013，由于红光、绿光和蓝光的波长不同，因此，在利用上述四个主路径将完整的红光视场011传输，且保证红光视场011角fov达到最大时，绿光视场012和蓝光视场013会存在视场缺失的问题，例如图6中所示，绿光视场012和蓝光视场013的a区域和b区域为利用四个主路径传输时缺失的视场，为了补偿上述缺失的视场，本技术技术方案中的二维光栅120的传输路径还包括补偿路径，具体的，补偿路径中除了可以包括第一光栅矢量第二光栅矢量和第一合光栅矢量以外，还可以包括其它的合光栅矢量下面以传输画面01中的蓝光列举具体的实施例，来说明上述补偿路径。
[0071]
图9为本技术实施例传输画面中蓝光视场的补偿路径示意图，请结合图6和图9，利用本技术实施例中的光导100传输画面01中的蓝光视场013时，可以利用上述主路径来进行传输，以传输图6中蓝光视场c区域和蓝光视场d区域，具体传输路径参考图7。对于蓝色视场还可以利用补偿路径来补偿缺失的蓝光视场a区域和蓝光视场b区域，具体的，为了形成上述补偿路径，光栅单元121的合光栅矢量还可以包括第二合光栅矢量第三合光栅矢量第四合光栅矢量和第五合光栅矢量
[0072]
例如，具体的实施例中，可以利用如图9中的(a)所示的第一补偿路径来补偿缺失的蓝光视场a区域，具体的，上述第一补偿路径对应的光栅矢量依次为和具体实施例中，可以认为第二合光栅矢量也就是m1＝-1，m2＝1，当然，在其他实施例中，可以使m1为负值，m2为正值，从而得到上述第二合光栅矢量第三合光栅矢量也就是m1＝2，m2＝0，当然，在其他实施例中，可以使m1为正值，m2为零，从而得到上述第三合光栅矢量上述利用该第一补偿路径，可以补偿上述缺失的蓝光视场a区域。同样的，可以利用如图9中的(b)所示的第二补偿路径来补偿缺失的蓝光视
场b区域，具体的，上述第二补偿路径依次为和具体实施例中，可以认为第四合光栅矢量也就是m1＝1，m2＝-1，当然，在其他实施例中，可以使m1为正值，m2为负值，从而得到上述第四合光栅矢量g6；第五合光栅矢量也就是m1＝0，m2＝2，当然，在其他实施例中，可以使m2为正值，m1为零，从而得到上述第五合光栅矢量上述利用该第二补偿路径，可以补偿上述缺失的蓝光视场b区域。通过主路径配合补偿路径，可以保证将完整的蓝色视场从出光区域140射出，从而可以保证蓝色视场的完整性和视场角。
[0073]
图10为本技术实施例中入射角为零度的蓝光在光导内传播路径示意图，请结合图9和图10，具体的实施例中，一束蓝光以0度入射角射向光导100的入光区域130第一个光栅单元121时，可以受第一光栅矢量第二光栅矢量第一合光栅矢量第二合光栅矢量第四合光栅矢量的使能的作用，分几部分耦入导光板110中，然后各部分光线分别遇到扩光区域的第二个光栅单元121，在该第二个光栅单元121的需要的光栅矢量的作用下，射向第三个光栅单元121，在第三个光栅单元121的需要的光栅矢量的作用下，从出光区域140射出光导100。上述每一部分光线所经过的三个光栅单元121的光栅矢量的矢量和为零，从而可以使蓝光经过光导100进行扩光并射出。总之，本技术中的蓝光除了利用主路径进行传播以外，还可以利用补偿路径进行传播。
[0074]
对于画面01中的绿色视场，光导100也可以采用主路径和补偿路径来进行传输，绿色视场的补偿路径可以与蓝色视场的补偿路径相同，也可以不同，本技术不做限制。
[0075]
值得说明的是，上述实施例中，红光视场011仅仅利用主路径就可以实现完整的传输，在其它实例中，通过合理设计光栅矢量，也可以使红光视场011采用主路径配合补偿路径的方式来进行传输。
[0076]
该方案中，光导100具有二维光栅120，可以形成两个方向的基础光栅矢量，在结合利用上述两个基础光栅矢量形成的合光栅矢量可以形成较多方向和大小的光栅矢量，上述较多光栅矢量可以形成主路径和补偿路径，光线经过上述主路径和补偿路径，则可以实现较大视场角的传输。该方案可以利用一片光导100来实现画面01各个颜色的光线的传输，且可以保证较大的视场角，因此，该方案在增大视场角的情况下，还可以简化光导100的结构，降低成本，且有利于实现使用该光导100的近眼显示装置的小型化。
[0077]
值得说明的是，上述实施例中，第一光栅矢量第二光栅矢量以及各个合光栅矢量的具体方向和大小，以及m1和m2的具体取值，都是为了示例性的从原理上说明本技术实施例中具有二维光栅120的光导100的光栅矢量的工作过程，不作为单一的具体的方案，本领域技术人员可以在本技术文件的指导思想下，根据实际情况选择设计上述第一光栅矢量第二光栅矢量以及各个合光栅矢量的具体方向和大小，以及m1和m2的具体取值。具体的，上述第一光栅矢量和第二光栅矢量的具体方向和大小由二维光栅120的光栅的周期排布方案决定，而各个合光栅矢量的具体方向和大小，可以在第一光栅矢
量和第二光栅矢量的基础上，通过设计光栅单元121的结构来进行设计，例如设计衍射能级m1和衍射能级m2。
[0078]
应理解，上述实施例仅仅是从入射角为0
°
的入射光线进行了说明，在实际应用中，入射角包含整个画面01的光线的角度，此处不再一一描述。当光线的入射角为不等于0的其它角度时，那么该光线应当从第一光栅矢量第二光栅矢量和合光栅矢量各自与目标光线的初始矢量之和所对应的光栅矢量进行传输。比如：光线的初始矢量为那么目标光线应当从以及所对应的光栅矢量传输，总之是在对应的光栅矢量的使能作用下传输，此处不做赘述。
[0079]
本技术技术方案中，可以允许部分视场从光导100中逃逸出去，但是可以利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场。具体设计本技术技术方案中的二维光栅120时，上述衍射能级可以选用高级衍射能级，具体的，上述衍射能级m1可以为-3、-2、-1、0、1、2和3；衍射级次m2包括-3、-2、-1、0、1、2和3。甚至衍射能级可以更高，例如衍射能级m1可以为-5、-4、4和5等；衍射级次m2包括-5、-4、4和5等，因此，可以充分利用高级衍射能级，可以获取较多的合光栅矢量以得到满足补偿需求的补偿路径。值得说明的是，此处衍射能级指的是波矢空间中的衍射能级。
[0080]
由于补偿路径的存在，无需使得画面01中所有颜色的视场在通过主路径传输时就都存在于光导100之内，也就是说，在利用上述主路径传输画面01时，允许视场的部分光线从光导100中逃逸出去，然后再利用补偿路径来补偿逃逸出去的光线。因此，可以传输较大的画面01，具体的，可以使本技术技术方案中的光导100传输的画面01的视场角至少为60
°
。相比现有技术而言，光导100包括一个导光板110就可以实现较大视场角的画面01的传输，在简化了光导100的结构的同时，还扩大了视场角。
[0081]
请参考图1，二维光栅120的所有光栅单元121的形态可以相同，从而便于加工制备上述二维光栅120。值得说明的是，本技术实施例附图中的光栅单元121的形态以简单的圆形、多边形等形状来表示，上述形状用于表示光栅单元121的形状和大小存在差异，但是并不代表光栅单元121的实际形状和大小。例如，图1中的光栅单元121的形状均为圆形，仅在于表示光栅单元121的形态相同，并不代表光栅单元121实际形状为圆形。
[0082]
图11为本技术实施例中二维光栅的另一种结构示意图，请参考图11，二维光栅120包括至少两个子区域，相邻子区域的光栅单元121的形态不同，而同一个子区域内的光栅单元121形态相同。该实施例中的子区域是根据子区域的光栅单元121形态不同来划分的，例如图10所示的实施例中，二维光栅120单元包括九个子区域，分别以a～i表示，其中，a子区域与c子区域中的光栅单元121为椭圆形，虽然a子区域与c子区域内的光栅单元121的形态相同，但是两者并不相邻，而两者的光栅单元121的形态和与自身相邻的子区域的光栅单元121的形态不同。通过设计光栅单元121的具体形态，可以设计每个光栅单元121的基础光栅矢量对应衍射能级，从而设计合理的主路径和补偿路径。
[0083]
值得说明的是，本技术实施例中光栅单元121的具体形态不做限制，具体可以为闪耀、倾斜、菱形、二元(binary)或者柱状(pillar)等光栅形态。
[0084]
图12为本技术实施例中二维光栅的另一种结构示意图，请参考图12，上述二维光
栅120还可以包括至少两个子区域，相邻子区域的第一距离pm不同，相邻子区域的第二距离pn不同。该实施例中的子区域是根据子区域的光栅单元121之间的距离不同来划分的，该方案中，可以提供第一光栅矢量和第二光栅矢量的多种可能，也就可以形成更多可能的合光栅矢量，进而可以形成多种光栅路径的组合，以使得较多的光线从出光区域140射出，增大视场角。
[0085]
请继续参考图12，具体的，可以使二维光栅120包括两个子区域，分别为第一子区域150和第二子区域160，上述第二子区域160和第一子区域150沿第三方向y依次排布。入光区域130和出光区域140位于第一子区域150，第二子区域160位于出光区域140远离入光区域130的一侧，第一子区域150的第一距离pm大于第二子区域160的第一距离pm，第一子区域150的第二距离pn大于第二子区域160的第二距离pn，也就是说，第二子区域160的光栅周期小于第一子区域150的光栅周期。该方案可以减少光导100中的光线能量的损失，提高光导100传输光线的效率。
[0086]
结合图2，当光线从入光区域130进入到光导100之后，在光导100内传输扩光之后，从出光区域140射出。但是，在出光区域140远离入光区域130的一侧还存在一些漏光，也就是第二子区域160中存在一部分漏光。该漏光指的是无法进入到人眼的光线。图12所示的实施例中，第二子区域160的光栅单元121的光栅周期较小，则形成的光栅矢量可以将传输到第二子区域160的光线回传到第一子区域150，例如入光区域130与出光区域140之间，然后可以再次利用光栅单元121传输从出光区域140射出，从而可以减少光导100中的光线能量的损失，提高光导100传输光线的效率。
[0087]
具体的实施例中，上述第一子区域150的第一距离pm是第二子区域160的第一距离pm的t倍，第一子区域150的第二距离pn是第二子区域160的第二距离pn的t倍，其中，t是至少为2的正整数。此外，上述第一子区域150内的各个光栅单元121之间的第一距离pm可以相等，也可以不等，第二距离pn可以相等，也可以不等。同样，第二子区域160内的各个光栅单元121之间的第一距离pm可以相等，也可以不等，第二距离pn可以相等，也可以不等。也就是说，上述第一子区域150内可以划分子区域，第二子区域160内也可以划分子区域，本技术不做限制。
[0088]
当然，在其它的实施例中，如图1所示的实施例中，上述二维光栅120的第一距离pm均相等，第二距离pn也均相等，从而便于加工和制备光导100的二维光栅120。
[0089]
具体设置上述第一距离pm和第二距离pn时，第一距离pm的取值位于100nm至1000nm之间，第二距离pn的取值位于100nm至1000nm之间。进一步的上述第一距离pm的取值位于200nm至600nm之间，具体可以取300nm、400nm、430.5nm或者600nm等数值，第二距离pn的取值位于200nm至600nm之间，具体可以取250nm、300nm、400nm、442.5nm、500nm、550nm或者600nm等数值。本技术不做限制。
[0090]
本技术还提供了一种近眼显示装置，图13为本技术实施例中近眼显示装置的一种结构示意图，如图13所示，本技术实施例中的近眼显示装置包括上述任一实施例中的光导100，还包括壳体200和光机300，其中，光机300和光导100设置于上述壳体200。具体的，上述光机300用于生成光线，并将光线射至光导100的入光区域130，光导100在将上述光线扩光后射出，从而被人眼接收，使得用户能够获取画面01。具体的，上述光线可以为画面01的光线，可以包括红光、绿光和蓝光，利用本技术技术方案中的光导100，光导100采用一个导光
板110就可以将上述三个颜色的光线的画面01以较大的视场角射出，从而简化近眼显示装置的结构，提高近眼显示装置的视场角，提升用户使用体验。
[0091]
具体的实施例中，上述近眼显示装置可以为增强实现(augmented reality，ar)眼镜、或虚拟实现(virtual reality，vr)眼镜等，具体此处不做限定。
[0092]
请继续参考图13，本技术实施例中的近眼显示装置的壳体200可以包括镜腿210(或者绑带)以及镜框220等结构，镜腿210和镜框220可以是任意合理形态外观排布。
[0093]
请继续参考图13，具体的实施例中，近眼显示装置中的光机300包括激光器310和扫描器320，其中，激光器310发射出光线，扫描器320用于扫描上述激光器310发出的光线，并将该光线射向光导100。本实施例中，以激光器310和扫描器320组成的激光扫描系统作为投影光机300，具有对比度高、体积小、功耗低等优点。可以理解的是，在实际应用中，光机300还可以为其他系统，例如：硅基液晶(liquid crystal on silicon，lcos)光机300或者数字处理(digital light processing，dlp)光机300等，具体此处不做限定。
[0094]
此外，上述图13主要将光机300放置在镜框220上。图14为本技术实施例中近眼显示装置的另一种结构示意图，请参阅图14，但在实际应用中，光机300还可以设置在镜腿210上，本技术对于光机300设置的位置不做限定，只需合理布局光机300与光导100的位置即可，使光导100的入光区域130与光机300的出光区域140相对，使光导100的出光区域140与人眼所在的区域相对即可，此处不进行赘述。
[0095]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。