近眼显示光波导和近眼显示设备的制作方法

本发明涉及近眼显示，特别涉及一种近眼显示光波导和近眼显示设备。

背景技术：

1、近眼显示设备由于需要在距离人眼很近的位置使人眼能够成像，因此无法像普通的显示屏一样通过产生一个个的发光点来供人观看。人眼成像的原理与凸透镜成像相似，一般来说对于人眼的二倍焦距以外的物体，均可以将物体表面的点看成是一个点光源，最终，物体表面不同位置的点在视网膜上的不同位置成像，以形成物体的完整图像。这也是普通显示屏能让人眼观看的原理，即模拟物体表面的点光源，人工制造点光源(例如液晶屏幕中每tft(thin film transistor，薄膜晶体管)中一个三极管控制的一个发光点)以在视网膜上成像。

2、但是当需要在人眼二倍焦距以内，甚至是距离人眼只有几厘米的距离位置进行成像，则不可能通过产生多个点光源来成像，而是需要仿真出点光源发出的光在距离人眼较近位置的传播光路，实际上这近似于一个平行光束。对于现实中的物体上的点光源发射到人眼处的光束，人眼不论如何转动只要视野范围允许，均能够看到物体上的点；但是对于近眼显示设备则不同，由于近眼显示设备的出瞳有限，因此，只有在瞳孔在近眼显示设备的出瞳范围内，才能够看到近眼显示设备模拟的图像。

3、近眼显示设备的光源有多种方案，以lbs光机为例，lbs光机能提供激光束，并通过mems mirror使激光束在一定范围内扫描，一束激光束就相当于一个现实物体发出的点光源，激光束在一定范围内扫描，即能呈显物体的图像。但是光源的出瞳非常小，这会使得人眼只能在一个固定的视角范围上成像，近眼显示设备希望不论人眼如何转动，均能成像，因此需要对光源的出瞳进行扩瞳处理。通常近眼显示设备里可以分别设置耦入光栅，转折光栅及耦出光栅。耦入光栅用于将光束耦合到波导，然后传导光将以全反射的方式在波导内无损传输，到达转折光栅区域后，传导光每到达转折光栅一次都将会发生转折衍射，因此一束光将会被一维扩瞳成多束光，被转折衍射的传导光随后到达耦出光栅区域，并且将会有部分传导光被耦出出射，当光束在耦出光栅区域来回反射，且呈之字形路径向前传播时，光束每到达一次出射面就会出射一束转折衍射光，这样就能做到将一束光扩瞳成多束光，即相当于增加了转折衍射光的横截面积，使得人眼能够在更大的范围内接收到转折衍射光，即实现了对光源的出瞳的扩瞳。

4、但是在扩瞳的过程中，由于主传导光不断被耦出，会导致每一次的出射光的光强相比于上一次出射光的光强要小一些，这使得转折衍射光在扩瞳方向上的强度并不均匀，这也就会导致人眼在不同角度接收到的光强不相等，导致不同视场角上光强不均匀，降低了显示效果。因此需要一种能够提高不同视角之间的显示光强的均匀性的近眼显示设备。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种近眼显示光波导，旨在提高近眼显示设备不同视场角之间的显示光强的均匀性。

2、为实现上述目的，本发明提出的近眼显示光波导包括：

3、基底光波导，所述基底光波导包括扩瞳区域，所述扩瞳区域包括：并行设置的第一光栅波导和第二光栅波导，所述第一光栅波导出射的转折衍射光和所述第二光栅波导出射的转折衍射光传播方向相同且相互相邻或部分重叠，所述第一光栅波导和所述第二光栅波导的扩瞳方向为第一扩瞳方向；或第三光栅波导，所述第三光栅波导用于对所述第三光栅波导的入射光在第一扩瞳方向上扩瞳，所述第三光栅波导配置为光子晶体波导；

4、耦入光栅，所述耦入光栅设置在所述基底光波导上，所述耦入光栅设置在所述扩瞳区域的光路上游；以及

5、耦出光栅，所述耦出光栅设置在所述扩瞳区域的光路下游，所述耦出光栅设置在所述基底光波导上。

6、可选地，所述第一光栅波导包括第一耦入部和第一耦出部，所述第一耦出部设置在所述第一耦入部的光路下游；所述第一耦入部用于将所述第一光栅波导的入射光一部分耦入所述第一光栅波导，另一部分透过所述第一光栅波导并入射所述第二光栅波导。

7、可选地，所述第一耦出部上的光栅的耦出效率沿所述第一扩瞳方向上逐渐增加。

8、可选地，所述第二光栅波导包括第二耦出部和第二耦入部，所述第二耦出部上的光栅的耦出效率沿所述第一扩瞳方向上逐渐增加。

9、可选地，所述基底光波导还包括扩束区域，所述扩束区域用于对所述扩束区域的入射光进行扩束。

10、可选地，所述扩束区域包括扩束光栅，所述扩束光栅将所述扩束区域分隔成并行的第一光波导和第二光波导，所述扩束区域的入射光在所述扩束光栅上发生正向衍射和反向衍射，形成正向衍射光和反向衍射光，所述扩束区域用于对所述正向衍射光和所述反向衍射光进行扩束。

11、可选地，所述扩束区域设置在所述耦入光栅的光路下游和所述扩瞳区域的光路上游。

12、可选地，所述扩束区域设置在所述扩瞳区域的光路下游和所述耦出光栅的光路上游。

13、可选地，所述第三光栅波导包括第三耦入部和第三耦出部，所述第三耦出部上的光栅的耦出效率沿所述第一扩瞳方向上逐渐增加。

14、本发明还提出一种近眼显示设备，包括上述的近眼显示光波导。

15、本发明技术方案中，由于第一光栅波导和第二光栅波导并行设置，所以来自光源的光可以分别进入第一光栅波导和第二光栅波导并在第一光栅波导和第二光栅波导中完成扩瞳，这样第一光栅波导能输出一束转折衍射光，第二光栅波导能输出另一束转折衍射光，两束转折衍射光相邻或部分重叠。当两束转折衍射光相邻时，由于是第一光栅波导和第二光栅波导的输出转折衍射光共同形成扩瞳区域的输出转折衍射光，因此对于第一光栅波导或第二光栅波导中的主传导光来说，均只需要在第一扩瞳方向上走过相当于扩瞳区域的耦出转折衍射光的部分长度的路程，而不需要走过相当于扩瞳区域的耦出转折衍射光的全部长度的路程，由于路程较短，因此主传导光随传播过程不断耦出的过程中，主传导光强度衰减程度较低，光强的均匀性较强。

16、当两束转折衍射光部分重叠时，由于第一光栅波导和第二光栅波导中，主传导光均在第一扩瞳方向上随着不断耦出而减弱，因此部分重叠时，第一光栅波导耦出转折衍射光的光强最大处与第二光栅波导耦出转折衍射光的光强最大处不重合，第二光栅波导耦出转折衍射光的光强最大处可以对第一光栅波导耦出转折衍射光的光强较弱处的光强进行补充。当然，当两转折衍射光部分重叠时，可以是小范围重叠，这样也同样具有当两转折衍射光相邻时，减小转折衍射光传输路程，从而增加转折衍射光光强的均匀性的效果。

17、而当使用第三光栅波导时，由于第三光栅波导为光子晶体，因此在其内部相当于有多个反射面，根据电磁波传播的独立性原理，可以等效地认为每个反射面都有一个出射转折衍射光，而各个出射转折衍射光均不重叠，因此类似于上述第二光栅波导的转折衍射光对第一光栅波导的转折衍射光部分重叠的情况，可以使转折衍射光光强更均匀。同时，由于在光子晶体内，每个反射面上均会发生折射和反射，因此具有能量储存的效果，即对于在光子晶体内传播而暂时没有被耦出的传导光而言，它所携带这部分光能相当于被存储起来，而缓慢的被耦出，因此相对光强的均匀性得以提高。综上所述，本发明方案能够提高近眼显示设备不同视角之间的显示光强的均匀性。