一种衍射光波导的制作方法

本发明实施例涉及显示，尤其涉及一种衍射光波导。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，ar显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，微型投影仪为ar显示系统提供虚拟内容，该虚拟内容通过光学显示屏投射到人眼中，光学显示屏通常是透明的光学部件，这样可以使得用户可以透过光学显示屏同时看到真实世界。

2、图1为现有技术中的一种衍射光波导的结构示意图；图2为图1中衍射光波导对应的图像的rgb能量分布图。现有技术当中，衍射光波导采用光栅耦入和光栅耦出，由于光栅对波长敏感，不同波长的光在波导内部的全反射角度不同，导致在耦出区域不同波长的光线的耦出密度不同，从而从耦出进入人眼的图像呈现出rgb三色的分布具有极大的差异，通常长波和短波对应的图像亮点分布正好相反。为了解决该问题，行业内做法是采用多层波导，分别对rgb三色进行传输，rgb三色在多层波导各自的耦出区域耦出后再合为白光进入人眼。

3、但是多层波导的厚度较厚大大地增加了整体波导的重量，非常不便于作为眼镜佩戴。对于可穿戴设备，消费者往往需求更轻更薄的眼镜设备，从而获得更好的穿戴体验。因此，单片波导具有其轻薄化、低成本的优势。相对地，单片波导若采用单个耦入光栅对rgb三色进行作用，受限于材料的折射率，耦入波导的波长范围有限，业内通常采用多个耦入光栅分别耦入不同波段的光线。结合图1-图2所示，其中，图1中，20为耦入光栅，30为转折光栅，40为耦出光栅；图2中横坐标为视场角(field ofview，fov)，纵坐标为rgb光线的衍射效率。通常采用多个耦入光栅20，设置多个耦入光栅20位于耦出光栅40的一侧，且多个耦入光栅20沿一直线间隔排列，如图1所示。当多个耦入光栅20沿一直线间隔排列，结合rgb光线的耦入都位于耦出的单侧的波导对应的图像的rgb能量分布图2所示，可以看到r、g、b光的能量分别集中在观察视角的左侧、中侧和右侧，对应到成像图片就会呈现为从红光r、绿光g再到蓝光b的颜色过度，出现白平衡的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种衍射光波导，采用至少三个耦入区域，并且将耦入区域分散排布在耦出区域两侧，调整衍射光波导对应的图像的rgb能量分布，优化颜色分布的均匀性，使得rgb能量更高的部分各自叠合，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题，从而提高衍射光波导的视觉成像效果。

2、本发明实施例提供了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在所述波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个所述耦入区域分别分布在所述耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，所述第一侧至少设置一个所述耦入区域，所述第二侧至少设置两个所述耦入区域；设置在所述第二侧的所述耦入区域位于所述耦出区域的第一中轴线的两侧；每个所述耦入区域内设置有耦入光栅，所述耦入光栅包括一维光栅；所述耦出区域内设置有耦出光栅，所述耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅；所述耦出区域的第一中轴线平行于所述第一侧指向所述第二侧的方向；所述第一侧设置为蓝光耦入区域或红光耦入区域，以调制各区域的能量分布。

3、本发明公开了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个耦入区域分别分布在耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，第一侧至少设置一个耦入区域，第二侧至少设置两个耦入区域。这种采用多个耦入区域，并且将耦入区域分散排布在耦出区域两侧架构，限定在第一侧的耦入区域为蓝光耦入区域，在第二侧的耦入区域为绿光耦入区域和红光耦入区域；或者在第一侧的耦入区域为红光耦入区域，在第二侧的耦入区域为绿光耦入区域和蓝光耦入区域，通过限定不同耦入区域不同入射光线，能够调整衍射光波导对应的图像的各色能量分布，提高各色能量分布的一致性，使得合色时各色能量之间能到均衡，避免不同颜色的光线合色时能量差异过大，产生偏色的问题，从而优化颜色分布的均匀性，调制不同区域的能量分布，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题，从而提高衍射光波导的视觉成像效果，相较于现有技术具有意料不到的技术效果。

技术特征：

1.一种衍射光波导，其特征在于，包括波导基底和设置在所述波导基底上的红光耦入区域、绿光耦入区域、蓝光耦入区域和耦出区域；所述耦出区域包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设置一个耦入区域，所述第二侧设置两个耦入区域；其中，所述红光耦入区域和所述蓝光耦入区域分别位于所述第一侧和所述第二侧，每个所述耦入区域内设置有耦入光栅，所述耦入光栅包括一维光栅；所述耦出区域内设置有耦出光栅，所述耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅；并且光线入射的角度、各所述耦入区域的光栅周期以及所述耦出区域的光栅周期满足光线耦出条件。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，对于任一所述耦入区域，在该耦入区域偏离第一中轴线设置时，光线倾斜入射至该耦入区域，且随该耦入区域偏离所述第一中轴线的距离增大，光线的入射角增大；所述第一中轴线平行于所述第一侧指向所述第二侧的方向。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，对于任一所述耦入区域，在该耦入区域偏离所述第一中轴线设置时，光线倾斜入射至该耦入区域；单色光线倾斜入射的角度θ的角度范围为：

4.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述红光耦入区域、所述绿光耦入区域和所述蓝光耦入区域内耦入光栅均为一维光栅且方向相同。

5.根据权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出区域内耦出光栅为一维光栅，且与所述耦入光栅的光栅方向相同；或者，所述耦出光栅为二维光栅；或者，所述耦入光栅为多种一维光栅拼接。

6.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述红光耦入区域、所述绿光耦入区域和所述蓝光耦入区域内耦入光栅均为一维光栅且方向各不相同。

7.根据权利要求6所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二侧设置的两个耦入区域位于所述第一中轴线的两侧，所述第一侧设置的耦入区域位于所述第一中轴线上，所述耦出区域内的耦出光栅为二维光栅，且所述第二侧设置的两个耦入区域内耦入光栅各自与所述耦出光栅的光栅矢量之和不为零。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入区域内耦入光栅为闪耀光栅或者斜齿光栅，或者，所述耦入光栅表面镀膜。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，所述红光耦入区域接收来自红色光机的红色光线，所述绿光耦入区域接收来自绿色光机的绿色光线，所述蓝光耦入区域接收来自蓝色光机的蓝色光线；所述红色光机、所述绿色光机、所述蓝色光机的光通量各自单独调节。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出区域内耦出光栅的光栅高度和/或占空比被调制以均衡所述耦出区域的衍射效率分布。

技术总结
本发明公开了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个耦入区域分别分布在耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，第一侧至少设置一个耦入区域，第二侧至少设置两个耦入区域；设置在第二侧的耦入区域位于耦出区域的第一中轴线的两侧；每个耦入区域内设置有耦入光栅，耦入光栅包括一维光栅；耦出区域内设置有耦出光栅，耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅。本申请将耦入区域分散排布在耦出区域两侧，调整衍射光波导对应的图像的RGB能量分布，优化颜色分布的均匀性，使得RGB能量更高的部分各自叠合，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题。

技术研发人员：黄鹏,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：2024/2/25