一种二维光波导、虚实光波合束器以及AR设备制造技术

本发明专利技术公开了一种二维光波导，基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，缺陷轨道从耦入区向远离耦入区一侧延伸，缺陷带的一端与缺陷轨道接触，缺陷带的另一端延伸至耦出区，至少两条缺陷带沿缺陷轨道轴线分布；光子晶体会沿缺陷轨道以及缺陷带边沿设置。光子晶体包括多个散射柱，散射柱的轴线垂直于折光扩瞳区表面。由于光子晶体的存在，缺陷轨道与缺陷带会构成导光支路，由于光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。本发明专利技术还提供了一种虚实光波合束器及AR设备，同样具有上述有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种二维光波导、虚实光波合束器以及AR设备
本专利技术涉及增强现实
，特别是涉及一种二维光波导、一种虚实光波合束器以及一种AR设备。
技术介绍
随着信息技术的深入发展，增强现实(AugmentedReality,AR)技术已经逐渐被人们认识和接受，相关应用技术发展及产品研发得到了广泛关注。目前越来越多的科技巨头公司通过收购、投资、自研等方式进入AR行业，如苹果、微软、谷歌、Facebook、华为等。AR设备能够在现实世界叠加融合虚拟内容，从而实现人眼同时接收虚拟图像信息和现实图像信息，进一步应用于娱乐、教育、工业、交通、医疗、旅游等广泛行业。AR设备的核心器件是虚实光波合束器(Combiner)，其作用是将虚拟图像成像到人眼视网膜上，同时允许透过现实世界的光线，实现虚实融合的AR显示。既可采用传统几何光学器件如棱镜、半透半反镜片、自由曲面镜、阵列波导等，也可采用衍射光学器件如面浮雕光波导、全息光波导等。其中衍射光波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，基于全反射原理实现光线传输，能够做到结构紧凑和器件轻便，是目前最具竞争力的AR设备核心光学器件。目前，应用于AR设备的衍射光波导主要分耦入区、折光扩瞳区和耦出区，通过在光波导基底玻片上不同的区域制作不同的光栅来控制光的传播方向，其中耦入区面积较小，实现投影光束耦合进入光波导；折光扩瞳区面积较大，主要实现扩瞳功能；耦出区面积最大，实现光束出射进入人眼。然而在现有技术中，折光扩瞳效率低下，导致成像效率不高。所以如何提供一种折光扩瞳效率高的二维光波导是本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二维光波导，具有较高的折光扩瞳效率；本专利技术还提供了一种虚实光波合束器以及一种AR设备，具有较高的折光扩瞳效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种二维光波导，包括基底、耦入光栅和耦出光栅；所述基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；所述折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，所述缺陷轨道从所述耦入区向远离所述耦入区一侧延伸，所述缺陷带的一端与所述缺陷轨道接触，所述缺陷带的另一端延伸至所述耦出区，至少两条所述缺陷带沿所述缺陷轨道轴线分布；所述折光扩瞳区中相邻所述缺陷带之间、所述缺陷带与所述缺陷轨道之间、所述缺陷带与所述折光扩瞳区边缘之间、以及所述缺陷轨道与所述折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，所述散射柱的轴线垂直于所述折光扩瞳区表面；所述耦入光栅位于所述耦入区表面，所述耦出光栅位于所述耦出区表面。可选的，所述缺陷轨道的宽度沿从所述耦入区向远离所述耦入区一侧方向的宽度逐渐变小。可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述缺陷轨道从所述基底表面一侧边缘部延伸至所述基底表面另一侧边缘部，所述耦出区包括相对于所述缺陷轨道轴线相对设置的第一耦出区和第二耦出区，所述缺陷带包括第一缺陷带和第二缺陷带，所述第一缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第一耦出区，所述第二缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第二耦出区。可选的，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；与所述缺陷轨道轴线垂直的直线型缺陷带、与所述缺陷轨道轴线非垂直的斜线型缺陷带、折线型缺陷带。可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述耦出区位于所述基底表面另一侧，所述缺陷轨道从所述耦入区延伸至所述耦出区；所述缺陷带包括位于缺陷轨道一侧的第一缺陷带以及位于缺陷轨道另一侧的第二缺陷带，所述缺陷带为折线型缺陷带。可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧角边缘部，所述耦出区位于所述缺陷轨道一侧。可选的，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；与所述缺陷轨道轴线垂直的直线型缺陷带、与所述缺陷轨道轴线非垂直的斜线型缺陷带、折线型缺陷带。可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧角边缘部，所述耦出区位于所述基底表面另一侧，所述缺陷轨道从所述耦入区延伸至所述耦出区；所述缺陷带为折线型缺陷带。可选的，所述缺陷轨道长度的取值范围为5mm至50mm，包括端点值。可选的，所述缺陷带宽度的取值范围为0.1mm至5mm，包括端点值。可选的，所述耦出区与所述折光扩瞳区重合。本专利技术还提供了一种虚实光波合束器，包括如上述任一项所述的二维光波导。本专利技术还提供了一种AR设备，包括如上述任一项所述的二维光波导。本专利技术所提供的一种二维光波导，基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，缺陷轨道从耦入区向远离耦入区一侧延伸，缺陷带的一端与缺陷轨道接触，缺陷带的另一端延伸至耦出区，至少两条缺陷带沿缺陷轨道轴线分布；折光扩瞳区中相邻缺陷带之间、缺陷带与缺陷轨道之间、缺陷带与折光扩瞳区边缘之间、以及缺陷轨道与折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，散射柱的轴线垂直于折光扩瞳区表面。由于光子晶体的存在，缺陷轨道与缺陷带会构成导光支路，从耦入区传输进基底的光线可以通过缺陷轨道以及缺陷带传输至耦出区以实现扩瞳功能。光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。本专利技术还提供了一种虚实光波合束器以及一种AR设备，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种二维光波导的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的第一种具体的二维光波导的结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的第二种具体的二维光波导的结构示意图；图4为本专利技术实施例所提供的第三种具体的二维光波导的结构示意图；图5为本专利技术实施例所提供的第四种具体的二维光波导的结构示意图；图6为本专利技术实施例所提供的第五种具体的二维光波导的结构示意图；图7为本专利技术实施例所提供的第六种具体的二维光波导的结构示意图；图8为本专利技术实施例所提供的第七种具体的二维光波导的结构示意图。图中：1.基底、2.耦入区、3.折光扩瞳区、31.缺陷轨道、32.缺陷带、321.第一缺陷带、322.第二缺陷带、33.散射柱、4.耦出区、41.第一耦出区、42.第二耦出区。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种二维光波导。在现有技术中，第一，折光扩瞳区采用波导基片表面制作衍射光栅以实现遮光扩瞳功能，但其折光扩瞳效率较低，极大降低了衍射光波导的整体衍射效率；第二，一维光栅结构中，折光扩瞳区的衍射光栅不能和耦出区的衍射光栅重合，限制了衍射光波导显示区域的占比；第三，衍射光栅仅能以反射或透射形式提供光路控制，限制了衍射光波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维光波导，其特征在于，包括基底、耦入光栅和耦出光栅；/n所述基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；所述折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，所述缺陷轨道从所述耦入区向远离所述耦入区一侧延伸，所述缺陷带的一端与所述缺陷轨道接触，所述缺陷带的另一端延伸至所述耦出区，至少两条所述缺陷带沿所述缺陷轨道轴线分布；/n所述折光扩瞳区中相邻所述缺陷带之间、所述缺陷带与所述缺陷轨道之间、所述缺陷带与所述折光扩瞳区边缘之间、以及所述缺陷轨道与所述折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，所述散射柱的轴线垂直于所述折光扩瞳区表面；/n所述耦入光栅位于所述耦入区表面，所述耦出光栅位于所述耦出区表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维光波导，其特征在于，包括基底、耦入光栅和耦出光栅；
所述基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；所述折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，所述缺陷轨道从所述耦入区向远离所述耦入区一侧延伸，所述缺陷带的一端与所述缺陷轨道接触，所述缺陷带的另一端延伸至所述耦出区，至少两条所述缺陷带沿所述缺陷轨道轴线分布；
所述折光扩瞳区中相邻所述缺陷带之间、所述缺陷带与所述缺陷轨道之间、所述缺陷带与所述折光扩瞳区边缘之间、以及所述缺陷轨道与所述折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，所述散射柱的轴线垂直于所述折光扩瞳区表面；
所述耦入光栅位于所述耦入区表面，所述耦出光栅位于所述耦出区表面。


2.根据权利要求1所述的二维光波导，其特征在于，所述缺陷轨道的宽度沿从所述耦入区向远离所述耦入区一侧方向的宽度逐渐变小。


3.根据权利要求2所述的二维光波导，其特征在于，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述缺陷轨道从所述基底表面一侧边缘部延伸至所述基底表面另一侧边缘部，所述耦出区包括相对于所述缺陷轨道轴线相对设置的第一耦出区和第二耦出区，所述缺陷带包括第一缺陷带和第二缺陷带，所述第一缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第一耦出区，所述第二缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第二耦出区。


4.根据权利要求3所述的二维光波导，其特征在于，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；
与所述缺陷轨道轴线垂直的直线型缺陷带、与所述缺陷轨道轴线非垂直的斜线型缺陷带、折线型缺陷带。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏一振，陈达如，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33