光学结构和光学装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种光学结构和光学装置，其中光学结构包括：波导体；第一耦出光栅，设置于所述波导体；第二耦出光栅，设置于所述波导体；以及第三耦出光栅，设置于所述波导体，所述第三耦出光栅位于所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅之间；所述第一耦出光栅为具有多个第一栅格的二维光栅，所述第一栅格为非对称形状，使得所述第一耦出光栅在第一方向传播的光线效率高于所述第一耦出光栅在第二方向传播的光线效率；其中，所述第一方向为所述第一耦出光栅朝向所述第二耦出光栅的方向，所述第一方向和所述第二方向相反。本申请实施例可以提高边缘视场的出瞳均匀性。以提高边缘视场的出瞳均匀性。以提高边缘视场的出瞳均匀性。

【技术实现步骤摘要】
光学结构和光学装置


[0001]本申请涉及光学
，尤其涉及一种光学结构和光学装置。

技术介绍

[0002]光学装置诸如增强现实(Augmented Reality，缩写为AR)装置、虚拟现实 (Virtual Reality，缩写为VR)装置可以通过各自的显示器件显示图像。AR装置和/或VR装置相关技术越来越多地应用于各个领域，诸如广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域。
[0003]其中，AR眼镜是AR装置的主要实现方式之一，它的近眼显示系统是将显示器件上的像素，通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射到人眼中。 AR眼镜产品需要满足透视(See
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through)需求，既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，所以成像系统不能挡在视线前方。比如增加一个或一组光学组合器，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体。
[0004]相关技术中，AR眼镜有着折反射、反射光波导、一维衍射光波导、二维衍射光波导、全息光波导等众多光学实现方案，其中二维衍射光波导 (Two
‑
dimensional Diffractive Waveguide，缩写为TDDW)轻薄和外界光线的高穿透特性，色彩还原性好，FOV大等特点被认为是最有前景的消费级AR眼镜光学方案。
[0005]相关技术中，一般TDDW架构的耦入光栅将来自投影光机的光线耦入波导，被耦入波导的光线经全内反射朝耦出光栅前进，在到达耦出光栅后会经衍射被分为向左传播的扩瞳光线与向右传播的扩瞳光线。光线在每次与耦出光栅作用时会将一部分能量耦出到人眼中，使用户看到投影光机的画面。当边缘视场光线入射时，其中一侧传播的扩瞳光线会进入人眼中，边缘视场的出瞳均匀性差。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种光学结构和光学装置，其可以提高边缘视场的出瞳均匀性。
[0007]本申请实施例提供一种光学结构，其包括：
[0008]波导体；
[0009]第一耦出光栅，设置于所述波导体；
[0010]第二耦出光栅，设置于所述波导体；以及
[0011]第三耦出光栅，设置于所述波导体，所述第三耦出光栅位于所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅之间；
[0012]所述第一耦出光栅为具有多个第一栅格的二维光栅，所述第一栅格为非对称形状，使得所述第一耦出光栅在第一方向传播的光线效率高于所述第一耦出光栅在第二方向传播的光线效率；
[0013]其中，所述第一方向为所述第一耦出光栅朝向所述第一耦出光栅的方向，所述第
一方向和所述第二方向相反。
[0014]本申请实施例还提供一种光学结构，其包括：
[0015]波导体；
[0016]第一耦出光栅，设置于所述波导体；
[0017]第二耦出光栅，设置于所述波导体；
[0018]第三耦出光栅，设置于所述波导体，所述第三耦出光栅位于所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅之间；以及
[0019]耦入光栅，设置于所述第一耦出光栅、第二耦出光栅及第三耦出光栅的同一侧，且所述耦入光栅和所述第三耦出光栅并排排列；
[0020]其中，所述第三耦出光栅包括至少两个子耦出光栅，相邻两个子耦出光栅的交界处位于所述光学结构的眼盒内，远离所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率大于靠近所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率。
[0021]本申请实施例还提供一种光学装置，其包括：
[0022]投影光器，所述投影光器被配置为提供增强现实或虚拟现实图像；和
[0023]如上任一项所述的光学结构。
[0024]本申请实施例第一耦出光栅具有多个第一栅格，且每个栅格为非对称形状，从而使得第一耦出光栅在第一方向传播的光线效率高于第一耦出光栅在第二方向传播的光线效率。使得第一耦出光栅所耦出光线中被浪费掉的部分的能量相对于其他光线的能量小，进而就可以提高各视场的出瞳亮度与出瞳均匀性，缩小各视场能量之间的差异。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
[0026]为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行以下说明，其中在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
[0027]图1为本申请实施例提供的光学结构的结构示意图。
[0028]图2为本申请实施例提供的光学结构的立体图。
[0029]图3为本申请实施例提供的中心视场光线在光学结构中传输的示意图。
[0030]图4为本申请实施例提供的边缘视场光线在光学结构中传输的示意图。
[0031]图5为本申请实施例提供的光学结构光线传输过程在k空间的原理示意图。
[0032]图6为本申请实施例提供的中心视场光线在光学结构沿一平面传输的示意图。
[0033]图7为本申请实施例提供的边缘视场光线在光学结构沿一平面传输的示意图。
[0034]图8为本申请实施例光学结构的应用场景示意图。
[0035]图9为本申请实施例第一耦出光栅的光栅矢量示意图。
[0036]图10为本申请实施例提供的光学结构以及光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0037]图11为本申请实施例提供的光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0038]图12为本申请实施例提供的光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0039]图13为本申请实施例提供的光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0040]图14为本申请实施例提供的光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0041]图15为本申请实施例提供的光学结构中第一耦出光栅的局部结构示意图。
[0042]图16为本申请实施例提供的光学结构的示意图。
[0043]图17为本申请实施例提供的光学结构的示意图。
[0044]图18为本申请实施例提供的光学结构的示意图。
[0045]图19为本申请实施例提供的光学结构的示意图。
[0046]图20为本申请实施例提供的光学结构的示意图。
具体实施方式
[0047]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护范围。
[0048]请参阅图1，图1为本申请实施例提供的光学结构的结构示意图，并示出了参考系(x，y，z)。光学结构200包括波导体250、设置于该波导体上的耦入光栅240以及多个耦出光栅(耦出光栅210、耦出光栅220以及耦出光栅230)。其中，光学结构20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学结构，其特征在于，包括：波导体；第一耦出光栅，设置于所述波导体；第二耦出光栅，设置于所述波导体；以及第三耦出光栅，设置于所述波导体，所述第三耦出光栅位于所述第一耦出光栅和所述第二耦出光栅之间；所述第一耦出光栅为具有多个第一栅格的二维光栅，所述第一栅格为非对称形状，使得所述第一耦出光栅在第一方向传播的光线效率高于所述第一耦出光栅在第二方向传播的光线效率；其中，所述第一方向为所述第一耦出光栅朝向所述第二耦出光栅的方向，所述第一方向和所述第二方向相反。2.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述光学结构还包括耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述第一耦出光栅、第二耦出光栅及第三耦出光栅的同一侧，且所述耦入光栅和所述第三耦出光栅并排排列；所述第一栅格包括四个顶点，能够形成第一对角线和第二对角线，所述第一对角线的长度大于所述第二对角线的长度，且所述第一对角线与所述第三耦出光栅在第三方向的夹角为锐角，所述第二对角线与所述第三耦出光栅在所述第三方向的夹角为钝角；其中，所述第三方向为所述第三耦出光栅朝向所述耦入光栅的方向。3.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述光学结构还包括耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述第一耦出光栅、第二耦出光栅及第三耦出光栅的同一侧，且所述耦入光栅和所述第三耦出光栅并排排列；所述第一栅格包括至少五个顶点，所述第一栅格的顶点包括靠近所述第三耦出光栅的两个顶点以及远离所述第三耦出光栅的两个顶点，靠近所述第三耦出光栅的两个顶点以及远离所述第三耦出光栅的两个顶点能够形成第三对角线和第四对角线，所述第三对角线的长度大于所述第四对角线的长度，且所述第三对角线与所述第三耦出光栅在第四方向的夹角为锐角，所述第四对角线与所述第三耦出光栅在所述第四方向的夹角为钝角；其中，所述第四方向为所述第三耦出光栅朝向所述耦入光栅的方向。4.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述光学结构还包括耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述第一耦出光栅、第二耦出光栅及第三耦出光栅的同一侧，且所述耦入光栅和所述第三耦出光栅并排排列；所述第一栅格包括三个顶点，具有第一顶点连接边、第二顶点连接边以及第三顶点连接边，所述第一顶点连接边靠近所述第三耦出光栅，所述第二顶点连接边远离所述第三耦出光栅，所述第一顶点连接边的长度大于所述第二顶点连接边的长度，且所述第一顶点连接边与所述第三耦出光栅在第五方向的夹角为锐角，所述第二顶点连接边与所述第三耦出光栅在所述第五方向的夹角为钝角；其中，所述第五方向为所述第三耦出光栅朝向所述耦入光栅的方向。5.根据权利要求2
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4任一项所述的光学结构，其特征在于，所述第一耦出光栅具有多组栅格组，每一组栅格组包括多个所述第一栅格，且每一组栅格组中的各个第一栅格与其相邻的第一栅格相交，各组栅格组相互间隔。
6.根据权利要求5所述的光学结构，其特征在于，各组栅格组相互平行。7.根据权利要求5所述的光学结构，其特征在于，每一组栅格组中的各个第一栅格沿第六方向排布，所述第六方向为第七方向沿顺时针方向旋转30度的方向，其中所述第七方向为所述第三耦出光栅朝向所述耦入光栅的方向。8.根据权利要求1
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4任一项所述的光学结构，其特征在于，所述第二耦出光栅和所述第一耦出光栅相对于所述第三耦出光栅轴对称设置，所述第二耦出光栅为具有多个第二栅格的二维光栅，所述第二耦出光栅中的所有第二栅格与所述第一耦出光栅中的所有第一栅格的形状相同、以及排布相同。9.根据权利要求1
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4任一项所述的光学结构，其特征在于，所述第三耦出光栅包括至少两个子耦出光栅，相邻两个子耦出光栅的交界处位于所述光学结构的眼盒内，远离所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率大于靠近所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率。10.根据权利要求9所述的光学结构，其特征在于，所述第三耦出光栅包括至少三个子耦出光栅，所述至少三个子耦出光栅包括一部分位于所述眼盒一侧的第一子耦出光栅、一部分位于所述眼盒另一侧的第二子耦出光栅以及完全位于所述眼盒内的至少一个子耦出光栅；所述第一子耦出光栅沿所有子耦出光栅排布方向的长度大于位于所述眼盒内至少一个子耦出光栅沿所有子耦出光栅排布方向的长度之和；所述第二子耦出光栅的沿所有子耦出光栅排布方向的长度大于位于所述眼盒内的至少一个子耦出光栅沿所有子耦出光栅排布方向的长度之和。11.根据权利要求9所述的光学结构，其特征在于，所述第一耦出光栅包括至少两个子耦出光栅，所述第一耦出光栅的子耦出光栅的个数与所述第三耦出光栅的子耦出光栅的个数相同，且所述第一耦出光栅中相邻两个子耦出光栅的交界处位于所述光学结构的眼盒内，所述第一耦出光栅中远离所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率大于靠近所述耦入光栅的子耦出光栅的衍射效率；所述第二耦出光栅包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋楚豪，
申请(专利权)人：OPPO广东移动通信有限公司，
类型：新型
国别省市：