增强现实波导结构的制作方法

本发明涉及衍射光学成像设备，具体而言，涉及一种增强现实波导结构。

背景技术：

1、随着衍射光学领域的发展和用户对衍射光学设备需求的增加，各类型的衍射光学设备应运而生，其中在增强现实方面，增强现实波导结构是重要的组成部分，也是目前主流的显示方案。但基于增强现实波导结构存在传输效率差别大的问题也即：光线在波导片中的传输过程中，不同的衍射区域实际上需要不同的衍射特性，但现有技术中的单一光栅结构不足以满足所有视场角的衍射需求，因此在全视场下设计时，往往需要牺牲较多的效率或者较大的均匀性而压低整体性能。

2、现有技术通常采用改变光栅参数来克服上述缺陷，光栅参数的改变是可以改变光栅的衍射特性分布，但光栅本身形貌的变化，往往比改变光栅某个深度或者占空比有更好的效果。现有技术中的光栅通常为对称结构，虽然通过合理的光栅设计能将光效集中在某几个级次上，但整体呈现对称分布趋势特性，使得效率在对称级次(比如二维光栅的(1，1)和(-1,1)级次)上分布中心角度完全相同，其他角度时级次趋势大致相同。而二维扩瞳方案在波导不同区域利用的恰恰是光栅的对称级次，因此无法满足轴线上下同时满足高效率特性。

3、也就是说，现有技术中的增强现实波导结构在全视场下存在高效率和均匀性难以同时兼顾的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种增强现实波导结构，以解决现有技术中的增强现实波导结构在全视场下存在高效率和均匀性难以同时兼顾的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种增强现实波导结构，包括波导片和设置在波导片上的耦入光栅和耦出光栅，耦出光栅为二维光栅，二维光栅包括多个子光栅，耦出光栅被分为第一耦出区和第二耦出区，第一耦出区和第二耦出区中均具有多个子光栅，第一耦出区中的多个子光栅相同，第二耦出区中的多个子光栅相同，第一耦出区中的多个子光栅与第二耦出区中的多个子光栅不同。

3、进一步地，耦出光栅沿其在y轴方向上的中心轴线被分为第一耦出区和第二耦出区，第一耦出区和第二耦出区的面积相等，且耦出光栅在y轴方向上的中心轴线与耦入光栅在y轴方向上的中心轴线重合。

4、进一步地，耦出光栅沿其在y轴方向上的中心轴线被分为第一耦出区和第二耦出区，第一耦出区和第二耦出区沿中心轴线呈镜像对称设置；或者第一耦出区沿顺时针方向旋转180°后与第二耦出区的结构相同。

5、进一步地，二维光栅具有第一光栅矢量方向和第二光栅矢量方向，第一光栅矢量方向和第二光栅矢量方向之间呈锐角或钝角设置，多个子光栅沿第一光栅矢量方向和第二光栅矢量方向间隔排列。

6、进一步地，第一光栅矢量方向与第二光栅矢量方向之间的夹角b为60°。

7、进一步地，子光栅包括第一结构和第二结构，第一结构和第二结构至少部分结构重合设置，第一结构和第二结构的大小不同，第一结构和第二结构的高度相同或不相同。

8、进一步地，第一结构和第二结构在波导片上的投影重合面积小于第一结构和第二结构中较小的结构在波导片上的投影面积的一半。

9、进一步地，第一结构和第二结构均为圆柱，且第一结构的半径小于第二结构的半径；或者第一结构和第二结构均为椭圆柱，第一结构的长轴与第二结构的长轴重合且第一结构的长轴小于第二结构的长轴，第一结构和第二结构在长轴的方向上至少部分重合。

10、进一步地，子光栅在波导片上的投影呈十边形，且子光栅的第一结构和第二结构在波导片上的投影呈箭头形状，箭头形状的三个角均为60°，第一结构的箭头形状的朝向方向与第二结构的箭头形状的朝向方向相反。

11、进一步地，子光栅沿第一结构的箭头形状的顶点与第二结构的箭头形状的顶点之间的连线呈轴对称设置，且二维光栅中的所有子光栅的第一结构的箭头形状的顶点与第二结构的箭头形状的顶点之间的连线与x轴或与y轴平行。

12、应用本发明的技术方案，增强现实波导结构包括波导片和设置在波导片上的耦入光栅和耦出光栅，耦出光栅为二维光栅，二维光栅包括多个子光栅，耦出光栅被分为第一耦出区和第二耦出区，第一耦出区和第二耦出区中均具有多个子光栅，第一耦出区中的多个子光栅相同，第二耦出区中的多个子光栅相同，第一耦出区中的多个子光栅与第二耦出区中的多个子光栅不同。

13、耦入光栅用于将外部光机发射的光线耦入波导片中，并向耦出光栅的方向进行衍射传输，耦出光栅用于接收耦入光栅传输过来的光线并进行扩瞳传输，进而耦出波导片至人眼进行显示。通过将耦出光栅分为第一耦出区和第二耦出区，同时令第一耦出区中的多个子光栅相同，第二耦出区中的多个子光栅相同，第一耦出区中的多个子光栅与第二耦出区中的多个子光栅不同，使得第一耦出区和第二耦出区能够将其所在的位置上的能量集中往不同方向扩展的光栅级次上去，从而可以使波导片中的光效率更多的被利用进入人眼进行显示，有利于提高光线在波导片中的衍射效率，同时提高增强现实波导结构在全视场下的显示效率和衍射均匀性。通过合理规划耦出光栅的不同区的结构，使得本申请的增强现实波导结构有效地提高了全视场下的衍射效率，同时使得光线进入眼盒时空间的均匀性和角度的均匀性更好，大大提高了增强现实波导结构的显示性能和显示效果。

技术特征：

1.一种增强现实波导结构，包括波导片和设置在所述波导片上的耦入光栅(10)和耦出光栅，所述耦出光栅为二维光栅，其特征在于，所述二维光栅包括多个子光栅(23)，所述耦出光栅被分为第一耦出区(21)和第二耦出区(22)，所述第一耦出区(21)和所述第二耦出区(22)中均具有多个所述子光栅(23)，所述第一耦出区(21)中的多个所述子光栅(23)相同，所述第二耦出区(22)中的多个所述子光栅(23)相同，所述第一耦出区(21)中的多个所述子光栅(23)与所述第二耦出区(22)中的多个所述子光栅(23)不同。

2.根据权利要求1所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述耦出光栅沿其在y轴方向上的中心轴线(30)被分为所述第一耦出区(21)和所述第二耦出区(22)，所述第一耦出区(21)和所述第二耦出区(22)的面积相等，且所述耦出光栅在所述y轴方向上的所述中心轴线(30)与所述耦入光栅(10)在所述y轴方向上的中心轴线重合。

3.根据权利要求1所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述耦出光栅沿其在y轴方向上的中心轴线(30)被分为所述第一耦出区(21)和所述第二耦出区(22)，

4.根据权利要求1所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述二维光栅具有第一光栅矢量方向(k1)和第二光栅矢量方向(k2)，所述第一光栅矢量方向(k1)和所述第二光栅矢量方向(k2)之间呈锐角或钝角设置，多个所述子光栅(23)沿所述第一光栅矢量方向(k1)和所述第二光栅矢量方向(k2)间隔排列。

5.根据权利要求4所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述第一光栅矢量方向(k1)与所述第二光栅矢量方向(k2)之间的夹角b为60°。

6.根据权利要求1所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述子光栅(23)包括第一结构(231)和第二结构(232)，所述第一结构(231)和所述第二结构(232)至少部分结构重合设置，所述第一结构(231)和所述第二结构(232)的大小不同，所述第一结构(231)和所述第二结构(232)的高度相同或不相同。

7.根据权利要求6所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述第一结构(231)和所述第二结构(232)在所述波导片上的投影重合面积小于所述第一结构(231)和所述第二结构(232)中较小的结构在所述波导片上的投影面积的一半。

8.根据权利要求6所述的增强现实波导结构，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述子光栅(23)在所述波导片上的投影呈十边形，且所述子光栅(23)的所述第一结构(231)和所述第二结构(232)在所述波导片上的投影呈箭头形状，所述箭头形状的三个角均为60°，所述第一结构(231)的箭头形状的朝向方向与所述第二结构(232)的箭头形状的朝向方向相反。

10.根据权利要求9所述的增强现实波导结构，其特征在于，所述子光栅(23)沿所述第一结构(231)的箭头形状的顶点与所述第二结构(232)的箭头形状的顶点之间的连线呈轴对称设置，且所述二维光栅中的所有所述子光栅(23)的所述第一结构(231)的箭头形状的顶点与所述第二结构(232)的箭头形状的顶点之间的连线与x轴或与y轴平行。

技术总结
本发明提供了一种增强现实波导结构。增强现实波导结构包括波导片和设置在波导片上的耦入光栅和耦出光栅，耦出光栅为二维光栅，二维光栅包括多个子光栅，耦出光栅被分为第一耦出区和第二耦出区，第一耦出区和第二耦出区中均具有多个子光栅，第一耦出区中的多个子光栅相同，第二耦出区中的多个子光栅相同，第一耦出区中的多个子光栅与第二耦出区中的多个子光栅不同。本发明解决了现有技术中的增强现实波导结构在全视场下存在高效率和均匀性难以同时兼顾的问题。

技术研发人员：尹正坤,张晴雯,高一峰,沈健,陈远
受保护的技术使用者：舜宇奥来半导体光电（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12