一种能提高出光均匀性的光栅波导元件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种能提高出光均匀性的光栅波导元件，该光栅波导元件是在光学基板的表面分别设置入射光栅、至少一个转折光栅、出射光栅和回转光栅；其中，所述入射光栅与所述转折光栅并列间隔设置；所述出射光栅间隔设置在所述转折光栅的侧面；所述入射光栅经所述转折光栅至所述出射光栅形成入射光衍射光路；所述回转光栅间隔设置在所述出射光栅的另一侧，使所述出射光栅处于所述转折光栅和所述回转光栅之间，所述回转光栅与所述出射光栅形成外溢衍射光回射光路。通过在出射光栅一侧设置回转光栅的简单方式，提升了光栅波导元件的光效和能量分布均匀性。效和能量分布均匀性。效和能量分布均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种能提高出光均匀性的光栅波导元件


[0001]本技术涉及光栅波导元件领域，尤其涉及一种能提高出光均匀性的光栅波导元件。

技术介绍

[0002]随着虚拟现实和增强现实技术逐渐被人们认识和接受，近眼显示设备得到了快速发展。在近眼显示设备中，光栅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，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。光栅波导技术具有透视效果好，轻薄，量产成本低等诸多优势，被认为是AR近眼显示技术的发展方向。
[0003]目前的光栅波导器件结构如图1所示，整个器件由光学基板和位于光学基板表面的光栅组成。光学基板通常为平面结构，其材质可以是光学玻璃、光学塑料等光学材料，光学基板的主要光学面为两个互相平行的表面，光栅位于光学基板的其中一个表面上，通常有三个光栅区域：入射光栅112，转折光栅114和出射光栅116。光栅波导器件100的工作原理如图2所示，投影系统210发出的带有图像信息的光线214投射到入射光栅112上，入射光栅112会发生衍射，产生+1级衍射光和
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1级衍射光两束衍射光。当衍射光满足光学基板的全反射条件，即入射到光学表面的角度大于光学基板的全反射临界角时，光束会产生全反射而在光学基板中近乎无损传导。
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1级衍射光束朝向
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y，即向转折光栅114方向传导，当入射至转折光栅114区域中时，由于受到转折光栅114的衍射作用，会在继续沿
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y方向传导的同时，产生朝向出射光栅116传导的一系列衍射光216，这部分衍射光传导至出射光栅116，被出射光栅116衍射后，出射的衍射光220进入人眼212被感知，而向下的衍射光218不再满足光学基板的全反射条件而被导出光学基板，泄露到周围环境中。衍射光216沿
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x方向被传导出出射光栅116后，会继续向前传导，此时无法再被利用，造成能量浪费。此外，衍射光216在出射光栅116区域沿
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x方向传导时，由于衍射作用，能量逐渐减弱，使得出射的衍射光220强度沿
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x方向也逐渐减弱，导致光线能量分布不均匀。
[0004]有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种能提高出光均匀性的光栅波导元件，能有效利用衍射光，提高光能利用效率和光线分布均匀性，进而解决现有技术中存在的光栅波导器件能量利用率低和能量分布不均匀的问题。
[0006]本技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]本技术实施方式提供一种能提高出光均匀性的光栅波导元件，该光栅波导元件是在光学基板的一侧表面分别设置入射光栅、至少一个转折光栅、出射光栅和回转光栅；其中，
[0008]所述入射光栅与所述转折光栅并列间隔设置；
[0009]所述出射光栅间隔设置在所述转折光栅的侧面；
[0010]所述入射光栅经所述转折光栅至所述出射光栅形成入射光衍射光路；
[0011]所述回转光栅间隔设置在所述出射光栅的另一侧，使所述出射光栅处于所述转折光栅和所述回转光栅之间，所述回转光栅与所述出射光栅形成外溢衍射光回射光路。
[0012]与现有技术相比，本技术所提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件，至少包括以下有益效果：
[0013]通过在出射光栅一侧设置回转光栅，可使传导出出射光栅的衍射光再次被衍射回并传导至出射光栅，产生朝向人眼方向的衍射光，提高能量利用率；另外，考虑到衍射光束在出射光栅区域衍射和传导时，光线能量逐渐减弱，这种结构利用回转光栅的衍射作用，相当于在出射光栅一侧重新输入衍射光，提高光线能量分布均匀性；并且，相比于现有利用周期渐变和刻蚀深度渐变的出射光栅结构来提高出瞳均匀性的方案，其结构和制作工艺更简单。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0015]图1为现有技术提供的光栅波导器件的结构示意图；
[0016]图2为现有技术提供的光栅波导器件的工作原理示意图；
[0017]图3为本技术实施例提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件的结构示意图；
[0018]图4为本技术实施例提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件工作原理示意图；
[0019]图5为本技术实施例提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件工作原理平面示意图；
[0020]图6为本技术实施例提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件的一种结构示意图；
[0021]图7为本技术实施例提供的能提高出光均匀性的光栅波导元件的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本技术的限制。基于本技术的实施例，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，都属于本技术的保护范围。
[0023]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
[0024]术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
[0025]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0026]术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
[0027]除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
[0028]术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能提高出光均匀性的光栅波导元件，其特征在于，该光栅波导元件是在光学基板的表面分别设置入射光栅(312)、至少一个转折光栅(314)、出射光栅(316)和回转光栅(318)；其中，所述入射光栅(312)与所述转折光栅(314)并列间隔设置；所述出射光栅(316)间隔设置在所述转折光栅(314)的侧面；所述入射光栅(312)经所述转折光栅(314)至所述出射光栅(316)形成入射光衍射光路；所述回转光栅(318)间隔设置在所述出射光栅(316)的另一侧，使所述出射光栅(316)处于所述转折光栅(314)和所述回转光栅(318)之间，所述回转光栅(318)与所述出射光栅(316)形成外溢衍射光回射光路。2.根据权利要求1所述的能提高出光均匀性的光栅波导元件，其特征在于，所述回转光栅(318)的光栅周期为所述出射光栅(316)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会会，王丙杰，张威，李双龙，史晓刚，
申请(专利权)人：北京枭龙科技有限公司，
类型：新型
国别省市：