一种衍射光波导及近眼显示装置的制作方法

本发明涉及光学，尤其涉及一种衍射光波导及近眼显示装置。

背景技术：

1、在增强现实(augmented reality，ar)、混合现实(mixed reality，mr)领域，近眼显示器的三种模式中，衍射光栅波导镜片显示技术相比棱镜模式和自由曲面模式，其利用光栅的衍射作用实现光线的入射、扩瞳和出射，利用全反射原理实现光线传输，由于衍射光栅波导显示技术采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射光栅波导显示元件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明，并且具有更大的显示区域和大的视场角，便于集成与小型化、轻量化，具有广阔的应用前景。

2、当前，一种光栅架构布局方式应用范围比较广的衍射光波导，包括透明的波导基底以及设置于波导基底上的功能区域，但该方案存在透过率低的缺点，环境的亮度、色彩、细节等信息会随着透过率的下降而丢失，相关技术中采用降低材料折射率或光栅深度的方式，提高透过率，但是这样又存在波导衍射效率低，图像显示亮度不够，整体显示性能不佳的缺点。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种衍射光波导及近眼显示装置，该衍射光波导可以通过设置耦出光栅区域的其中一方向的光栅周期与其光栅矢量与另一方向的光栅满足一定对应关系，可使得该方向的光栅不会对光进行调制，提高光透过率，同时另一方向的光栅对光进行调制，提高波导衍射率。

2、根据本发明的一方面，提供了一种衍射光波导，包括：

3、波导基底以及设置于所述波导基底上的耦入光栅区域和耦出光栅区域，所述耦入光栅区域包括耦入光栅，所述耦出光栅区域包括至少两个方向上周期设置的耦出光栅；

4、所述耦出光栅的光栅周期与光栅矢量满足：

5、

6、其中，d2为其中所述耦出光栅一个方向的光栅周期，d1为所述耦出光栅另一个方向的光栅周期，na为空气的折射率，nb为所述波导基底的折射率，λ为波长，α为视场角的一半，β为所述耦出光栅其中一个方向的光栅矢量与另一个方向的光栅矢量之间的夹角。

7、可选地，转折光栅区域，位于所述耦入光栅区域和所述耦出光栅区域之间，所述转折光栅区域包括转折光栅，所述转折光栅用于将所述耦入光栅接收的光线扩展并朝向所述耦出光栅区域衍射。

8、可选地，所述转折光栅包括二维光栅或两个不同方向的周期性排列光栅重叠形成的等效二维光栅。

9、可选地，所述转折光栅的光栅周期和光栅矢量之间满足：

10、

11、其中，d4为所述转折光栅中一个方向的光栅周期，d3为所述转折光栅另一方向的光栅周期，β2为所述转折光栅其中一个方向的光栅矢量与另一个方向的光栅矢量之间的夹角。

12、可选地，所述耦出光栅包括二维光栅。

13、可选地，所述耦出光栅在所述波导基底上由两个一维光栅交叠形成。

14、可选地，两个所述一维光栅设置于所述波导基底的同一侧，或者设置于所述波导基底的两侧。

15、可选地，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅均为设置在所述波导基底上的光栅，或者所述波导基底上设置有介质层，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅设置在所述介质层上。

16、可选地，所述耦出光栅区域和/或所述转折光栅区域分区设置，至少两个区域内的光栅形貌不同。

17、根据本发明的另一方面，提供了一种近眼显示装置，包括图像源和第一方面所述的衍射光波导；

18、所述图像源用于输出图像光线；

19、所述图像光线从所述衍射光波导的耦入光栅区域入射至波导基底，在所述波导基底内全内反射传输至所述衍射光波导的耦出光栅区域；

20、所述耦出光栅区域将所述图像光线从所述波导基底输出至人眼。

21、本发明实施例提供的一种衍射光波导及近眼显示装置，耦出光栅区域上设有至少两个方向上周期性设置的光栅，且其中一方向的光栅周期与其光栅矢量与另一方向的光栅有预设对应关系，使得该方向的光栅不会对光进行调制，从而增加环境光的透过率，使得用户能够更加清晰的观看周围环境，避免环境信息丢失，同时，另一方向的光栅会对进入衍射光波导内图像光进行调制，并朝向人眼方向耦出，使得用户也能同时清晰的看见虚拟的图像光。

22、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：

1.一种衍射光波导，其特征在于，包括波导基底以及设置于所述波导基底上的耦入光栅区域和耦出光栅区域，所述耦入光栅区域包括耦入光栅，所述耦出光栅区域包括至少两个方向上周期设置的耦出光栅；

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，还包括位于所述耦入光栅区域和所述耦出光栅区域之间的转折光栅区域，所述转折光栅区域包括转折光栅，所述转折光栅用于将所述耦入光栅接收的光线扩展并朝向所述耦出光栅区域衍射。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述转折光栅包括二维光栅或两个不同方向的周期性排列光栅重叠形成的等效二维光栅。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导，其特征在于，所述转折光栅的光栅周期和光栅矢量之间满足：

5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出光栅包括二维光栅。

6.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出光栅在所述波导基底上由两个一维光栅交叠形成。

7.根据权利要求6所述的衍射光波导，其特征在于，两个所述一维光栅设置于所述波导基底的同一侧，或者设置于所述波导基底的两侧。

8.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅均为设置在所述波导基底上的光栅，或者所述波导基底上设置有介质层，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅设置在所述介质层上。

9.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出光栅区域和/或所述转折光栅区域分区设置，至少两个区域内的光栅形貌不同。

10.一种近眼显示装置，其特征在于，包括图像源和权利要求1～9任一所述的衍射光波导；

技术总结
本发明实施例公开了一种衍射光波导及近眼显示装置，涉及光学技术领域。衍射光波导包括波导基底以及设置于波导基底上的耦入光栅区域和耦出光栅区域，耦入光栅区域包括耦入光栅，耦出光栅区域包括至少两个方向上周期设置的耦出光栅；耦出光栅的光栅周期与光栅矢量满足：其中，D2为其中耦出光栅一个方向的光栅周期，D1为耦出光栅另一个方向的光栅周期，na为空气的折射率，nb为波导基底的折射率，λ为波长，α为视场角的一半，β为耦出光栅其中一个方向的光栅矢量与另一个方向的光栅矢量之间的夹角。本发明实施例，以提高衍射光波导透过率。

技术研发人员：朱海萍,李惠达,史瑞,李晓军
受保护的技术使用者：广纳四维（广东）光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16