一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置，涉及衍射光栅技术领域，主要解决目前衍射光栅加工难度大、均匀性不强、衍射效率不高以及自由度不高的技术问题。该多矩形结构周期的衍射光栅包括在每个光栅周期内，衍射光栅的基材上均蚀刻有多个矩形，且每个矩形的线宽和相邻矩形的间距均不同，具有较高衍射效率、较高均匀性、易加工等优点；该AR成像装置按照光传输方向依次包括图像生成部、准直部、耦入光栅、波导片、耦出光栅及图像成像部，且耦入光栅和耦出光栅均为多矩形结构周期的衍射光栅。本发明专利技术将多矩形结构周期的衍射光栅应用到AR成像装置中，满足了面向AR高清高效显示效果的需求。

A Diffraction Grating and AR Imaging Device with Multiple Rectangular Structural Periods

【技术实现步骤摘要】
一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置
本专利技术涉及衍射光栅
，特别涉及一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，AR(AugmentedReality)增强现实技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。也正是由于AR显示具有如上特点，目前该项技术在安防、教育、医疗、军工、工业、娱乐等行业得到了越来越的广泛应用。光栅波导方案是目前实现AR显示的一个主流方案，但是目前已有的衍射光栅设计方案具有自由度不高、衍射效率较低、衍射均匀性难以控制、设计产品加工难度大等诸多缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置，可以解决以上诸多缺点，具有较高衍射效率、较高均匀性、易加工等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种多矩形结构周期的衍射光栅，在每个光栅周期内，所述衍射光栅的基材上均蚀刻有多个矩形，且每个所述矩形的线宽和相邻所述矩形的间距均不同。可选的，在每个光栅周期内，所述矩形的个数均大于或者等于2。可选的，在不同光栅周期内，所述衍射光栅的基材上蚀刻的结构均相同。可选的，所述衍射光栅的射角为25°-55°。可选的，所述衍射光栅上镀有TiO2。可选的，在每个光栅周期内，所述矩形的个数、所述矩形的线宽以及相邻所述矩形的间距均是根据实际产品要求决定的。一种AR成像装置，包括图像生成部、准直部、光栅波导部以及图像成像部；所述光栅波导部包括波导片、耦入光栅以及耦出光栅；所述耦入光栅、所述耦出光栅分别分布在所述波导片的两端；所述耦入光栅和所述耦出光栅均为多矩形结构周期的衍射光栅；所述图像生成部发出的光线经过所述准直部后，以平行光出射，并以设定角度进入所述耦入光栅；经过所述耦入光栅衍射后，进入所述波导片中，并以全反射的形式向前传输，再经过所述耦出光栅输出，最终在所述图像成像部成像。可选的，所述光栅波导部共包含三层波导片，用以对R、G、B三色光进行传输，且每层所述波导片的两端分别分布有所述耦入光栅和所述耦出光栅。可选的，所述光栅波导部还包括扩展光栅；所述扩展光栅和所述耦出光栅位于所述波导片的同一端，且在垂直方向上，所述扩展光栅位于所述耦出光栅之上；其中，所述扩展光栅为多矩形结构周期的衍射光栅。可选的，所述图像生成部为生成显示画面的显示屏；所述准直部分为多个光学透镜所组成的光学系统。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种多矩形结构周期的衍射光栅及AR成像装置。本专利技术通过在每个光栅周期内，将衍射光栅的基材上蚀刻有多个矩形，且每个矩形的线宽和相邻矩形的间距均不同，从而使本专利技术提供的衍射光栅具有较高衍射效率、较高均匀性、易加工等优点；本专利技术将多矩形结构周期的衍射光栅应用到AR成像装置中，以满足面向AR高清高效显示效果的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中常见矩形光栅形貌图；图2为现有技术中常见倾斜光栅形貌图；图2(a)为一种现有技术中常见倾斜光栅形貌图；图2(b)为另一种现有技术中常见倾斜光栅形貌图；图3为本专利技术实施例多矩形结构周期的衍射光栅形貌图；图4为本专利技术实施例衍射光栅光线入射角与衍射效率之间的关系曲线图；图5为本专利技术实施例AR成像装置的结构示意图；图6为本专利技术实施例AR成像装置的实际模拟仿真图；图7为本专利技术实施例实际照度图；图8为本专利技术实施例扩展光栅在波导片上的俯视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。现有的衍射光栅设计方案主要是将衍射光栅的外观形貌设计成矩形或倾斜样式。对于传统矩形光栅而言，虽其加工难度较低，但是衍射效率也较低，难以实现面向AR高清高效显示效果的需求。对于倾斜光栅而言，虽较传统矩形光栅衍射效率高，但其加工难度相当大，目前国内外仅有极其少数的加工商能制造，成本较高。如图1-2所示，T为常见光栅的一个周期。由于光栅衍射效率与波长、入射角有关，很显然矩形光栅的入射角已经固定，所以针对衍射效率的提升存在很大的局限性；而虽然倾斜光栅可通过改变倾斜角度而使光栅衍射效率达到设计要求，但是倾斜形貌的光栅加工难度较大，成本较高。基于此，本专利技术提出了一种多矩形结构周期的衍射光栅，旨在解决加工难度大的同时提高光栅衍射效率。实施例1本实施例提供的多矩形结构周期的衍射光栅，在每个光栅周期内，该衍射光栅的基材上均蚀刻有多个矩形，且每个矩形的线宽和相邻矩形的间距均不同，但是在不同光栅周期内，该衍射光栅的基材上蚀刻的结构均相同。其中，在每个光栅周期内，矩形的个数、矩形的线宽以及相邻矩形的间距均是根据实际产品要求决定的。优选的，在每个光栅周期内，矩形的个数大于或者等于2。优选的，该衍射光栅的射角为25°-55°。优选的，该衍射光栅上镀有TiO2。实施例2如图3所示，T为本实施例提供的多矩形结构周期的衍射光栅的一个周期。本实施例提供的衍射光栅的主要特点为在一个光栅周期T内，在基材蚀刻出N个小矩形(N大于等于2)，且N个小矩形的线宽和间距不同，例如Z1、Z3、Z5的宽度不同，Z2和Z4的宽度不同，使之在易于加工的同时还能拥有较高的衍射效率。本实施例设计构思主要为利用矢量电磁衍射理论，以衍射效率和角度均匀性为评价目标对每一个小矩形的断点处进行优化，使之达到设计要求。所以，N个小矩形的线宽和间距是根据实际产品要求决定。图4为基于本实施例提供的多矩形结构周期所设计出的一种衍射光栅光线入射角与衍射效率之间的关系，该衍射光栅实际为一维达曼光栅的一种具体形式。由于光线入射角度的不同，光栅的衍射效率也会不同，该衍射光栅在射角为25°-55°时，衍射效率可达77％以上，最高衍射效率可达81.5％以上。与现有的衍射光栅相比，传统衍射光栅中的矩形光栅形貌为简单的矩形，加工难度较低，但是由于其形貌与基底垂直，角度固定，可设计的变量仅为一个周期内的占空比，变量太少，可提高衍射效率与均匀性的设计空间太小；而对于倾斜光栅而言，其形貌不固定，可由设计者决定，可设计的变量除去一个空间内的占空比外，还有倾斜边与基底之间的夹角，相比于矩形光栅，其提高衍射效率与均匀性的设计空间更大，但也正是由于斜边与基底存在一定的角度，所以倾斜光栅的加工难度会更大；而本实施例所阐述的多矩形结构周期的衍射光栅，其微观形貌与基底垂直，加工难度较低，同时增加了可设计的变量(Z1、Z2、Z3、Z4、Z5)。因此，本实施例提供的衍射光栅在降低加工难度的同时，提高衍射效率和均匀性。实施例3如图5和6所示，本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多矩形结构周期的衍射光栅，其特征在于，在每个光栅周期内，所述衍射光栅的基材上均蚀刻有多个矩形，且每个所述矩形的线宽和相邻所述矩形的间距均不同。

【技术特征摘要】
1.一种多矩形结构周期的衍射光栅，其特征在于，在每个光栅周期内，所述衍射光栅的基材上均蚀刻有多个矩形，且每个所述矩形的线宽和相邻所述矩形的间距均不同。2.根据权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，在每个光栅周期内，所述矩形的个数均大于或者等于2。3.根据权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，在不同光栅周期内，所述衍射光栅的基材上蚀刻的结构均相同。4.根据权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，所述衍射光栅的射角为25°-55°。5.根据权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，所述衍射光栅上镀有TiO2。6.根据权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，在每个光栅周期内，所述矩形的个数、所述矩形的线宽以及相邻所述矩形的间距均是根据实际产品要求决定的。7.一种AR成像装置，其特征在于，所述AR成像装置包括图像生成部、准直部、光栅波导部以及图像成像部；所述光栅波导部包括波导片、耦入光栅以及耦出光栅；所述耦入光栅、所述耦出光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，王景，苏鹏华，马国斌，汪涛，
申请(专利权)人：深圳珑璟光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44