一种光波导及显示装置的制作方法

本发明实施例涉及光学，尤其涉及一种光波导及显示装置。

背景技术：

1、增强现实作为一种将虚拟世界信息与真实世界信息“无缝”集成的技术，是将通过微型投影系统提供的虚拟内容与真实环境叠加到同一个画面或空间以同时存在，使用户获得虚拟与现实融合的体验。

2、现有常用的利用衍射光波导的波导显示方案，主要是利用衍射光栅的衍射特性来设计光路径，让图像光线在设计好的路径上传播，将图像光线导入人眼。然而光线衍射会产生多个级次，通常只有有限的衍射级次能够耦入光波导被利用，而且衍射效率低，导致衍射光波导的能量利用率低。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种光波导及显示装置，能够提高衍射光波导的能量利用效率。

2、根据本申请的一方面，提供了一种光波导，具体包括层叠设置的第一波导层和第二波导层；

3、第一波导层包括位于端部的几何耦入结构和位于中部的几何耦出结构，图像源出射的图像光线经过几何耦入结构耦入至第一波导层内，经过几何耦出结构耦出第一波导层后入射至第二波导层；

4、第二波导层包括衍射结构，图像光线经过衍射结构从中部耦入第二波导层后继续经过衍射结构扩瞳并耦出第二波导层进入人眼。

5、可选的，第二波导层位于第一波导层与人眼之间，图像光线入射至第二波导层后，部分光线透过第二波导层进入人眼，部分光线经过衍射结构耦入第二波导层后继续经过衍射结构扩瞳并耦出第二波导层进入人眼。

6、可选地，衍射结构零级透射衍射级次的效率小于其他衍射级次的衍射效率。

7、可选地，第一波导层位于第二波导层与人眼之间，图像光线入射至第二波导层后，部分光线透过第二波导层背离人眼出射，部分光线经过衍射结构耦入第二波导层后继续经过衍射结构扩瞳并耦出第二波导层进入人眼。

8、可选地，第二波导层远离人眼的一侧设置有吸收组件或者反射组件；吸收组件用于吸收透过第二波导层背离人眼出射的图像光线，反射组件用于将透过第二波导层背离人眼出射的图像光线反射回第二波导层。

9、可选地，几何耦入结构包括耦入棱镜或者耦入斜面，几何耦出结构包括全反射膜，图像光线经耦入棱镜或耦入斜面耦入第一波导层，在第一波导层内全反射传输至全反射膜后经全反射膜耦出第一波导层。

10、可选的，衍射结构包括二维光栅，二维光栅的光栅衍射效率关于视窗中央对称分布。

11、可选的，沿二维光栅与所述视窗中央对称的区域向四周的方向，二维光栅的衍射效率增大。

12、可选的，第二波导层存在多条光线传播路径，不同的光线传播路径携带不同的局部视场信息，各局部视场信息拼接得到完整视场信息。

13、根据本申请的另一方面，提供了一种显示装置，具体包括图像源和上述任一的光波导；图像源用于朝向第一波导层的几何耦入结构输出图像光线。可选的，显示装置为增强现实显示装置或虚拟现实显示装置。

14、本发明实施例提供的光波导，具体包括层叠设置的第一波导层和第二波导层；第一波导层包括位于端部的几何耦入结构和位于中部的几何耦出结构，图像源出射的图像光线经过几何耦入结构耦入至第一波导层内，经过几何耦出结构耦出第一波导层后入射至第二波导层；第二波导层包括衍射结构，图像光线经过衍射结构耦入第二波导层后继续经过衍射结构扩瞳并耦出第二波导层进入人眼。这样通过第一波导层利用几何方式将光线耦入波导并将大部分能量传输至视窗中央后传递给第二波导层，以从视窗中央位置耦入第二波导层，从而避免了传统衍射波导在耦入光栅处由于衍射效率造成的能量浪费，而且第二波导层的扩瞳、耦出从视窗中央开始，避免了传统衍射波导在视窗外的扩瞳能量浪费，从而大幅提高了能量利用率。此外，在优化图像均匀性时，由于第二波导层的扩瞳、耦出从视窗中央开始，实际需要调制的单向距离近、范围小，均匀性更容易优化。

15、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种光波导，其特征在于，包括层叠设置的第一波导层和第二波导层；

2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第二波导层位于所述第一波导层与人眼之间，所述图像光线入射至所述第二波导层后，部分光线透过所述第二层波导进入人眼，部分光线经过所述衍射结构耦入所述第二波导层后继续经过所述衍射结构扩瞳并耦出所述第二层波导进入人眼。

3.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述衍射结构零级透射衍射级次的效率小于其他衍射级次的衍射效率。

4.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第一波导层位于所述第二波导层与人眼之间，所述图像光线入射至所述第二波导层后，部分光线透过所述第二层波导背离人眼出射，部分光线经过所述衍射结构耦入所述第二波导层后继续经过所述衍射结构扩瞳并耦出所述第二层波导进入人眼。

5.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述第二波导层远离人眼的一侧设置有吸收组件或者反射组件；所述吸收组件用于吸收透过所述第二层波导背离人眼出射的图像光线，所述反射组件用于将透过所述第二层波导背离人眼出射的图像光线反射回所述第二波导层。

6.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述几何耦入结构包括耦入棱镜或者耦入斜面，所述几何耦出结构包括全反射膜，所述图像光线经所述耦入棱镜或所述耦入斜面耦入所述第一波导层，在所述第一波导层内全反射传输至所述全反射膜后经所述全反射膜耦出所述第一波导层。

7.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述衍射结构包括二维光栅，所述二维光栅的光栅衍射效率关于视窗中央对称分布。

8.根据权利要求7所述的光波导，其特征在于，沿所述二维光栅与所述视窗中央对应的区域向四周的方向，所述二维光栅的衍射效率增大。

9.根据权利要求7所述的光波导，其特征在于，所述第二波导层存在多条光线传播路径，不同的所述光线传播路径携带不同的局部视场信息，各所述局部视场信息拼接得到完整视场信息。

10.一种显示装置，其特征在于，包括图像源和权利要求1～9中任一所述的光波导；所述图像源用于朝向所述几何耦入结构输出图像光线。

技术总结
本发明实施例公开了一种光波导及显示装置。光波导具体包括层叠设置的第一波导层和第二波导层；第一波导层包括位于端部的几何耦入结构和位于中部的几何耦出结构，图像源出射的图像光线经过几何耦入结构耦入至第一波导层内，经过几何耦出结构耦出第一波导层后入射至第二波导层；第二波导层包括衍射结构，图像光线经过衍射结构从中部耦入第二波导层后继续经过衍射结构扩瞳并耦出第二波导层进入人眼。本发明实施例提供的光波导能量利用率高，图像均匀性易于调制。

技术研发人员：黄河,张雅琴,楼歆晔
受保护的技术使用者：上海鲲游科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29