光波导结构和近眼显示器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种光波导结构和近眼显示器。光波导结构包括：光波导片为一个或多个；耦入光栅，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅用于将外部微投光机所发射的光耦入到光波导片内；转折光栅，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅，耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，耦出光栅用于接收耦入光栅和转折光栅的光并将光耦出光波导片；角度选择膜设置在光波导片上且与耦出光栅位于同一侧或不同侧，角度选择膜和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，角度选择膜具有阈值角度，以使角度选择膜将入射角大于等于阈值角度的光透射，入射角小于阈值角度的光反射。本实用新型专利技术解决了现有技术中的光波导结构存在显示均匀性差的问题。在显示均匀性差的问题。在显示均匀性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
光波导结构和近眼显示器


[0001]本技术涉及衍射光学成像设备
，具体而言，涉及一种光波导结构和近眼显示器。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，虚拟现实(VR)，增强现实(AR)，混合现实(MR)已经逐步进入人们的生活当中，其中在AR增强现实方面，光波导技术是不可缺少的一步，它采用带有衍射光栅的光波导片，将微投光机出射的图像光传输并扩瞳至人眼，使得佩戴者在看到真实世界的同时观察到微投光机投出叠加在世界的虚像。
[0003]光波导显示技术通常由微投光机与光学元件组成，微投光机提供单色或者彩色的图像光信息，光学元件负责将微投光机的图像信息扩瞳放大并传输到人眼。微投光机与光学元件的设计组合方式决定最终形成的产品形态，但目前的产品都有部分局限性，最大问题为显示效果不理想，其原因是不同角度光入射光波导片内，由于衍射角度不同导致光线在光波导片中传输路径不同，某些角度需要多次衍射传输才能到达人眼，因衍射次数多会使光强能量大量损失，导致不同角度的显示效率不均匀，这种不均匀性会影响图像显示，使人眼观察到成像效果差。
[0004]也就是说，现有技术中的光波导结构存在显示均匀性差的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种光波导结构和近眼显示器，以解决现有技术中的光波导结构存在显示均匀性差的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种光波导结构，包括：光波导片，光波导片为一个或多个；耦入光栅，当光波导片为一个时，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅用于将外部微投光机所发射的光耦入到光波导片内；转折光栅，转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧或不同侧，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅，耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，耦出光栅用于接收耦入光栅和转折光栅的光并将光耦出光波导片；角度选择膜，角度选择膜设置在光波导片上且与耦出光栅位于同一侧或不同侧，角度选择膜和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，角度选择膜具有阈值角度，以使角度选择膜将入射角大于等于阈值角度的光透射，入射角小于阈值角度的光反射。
[0007]进一步地，当光波导片为多个时，多个光波导片至少包括两个叠加设置的光波导片，角度选择膜设置在两个光波导片之间。
[0008]进一步地，角度选择膜为一个或多个，当角度选择膜为多个时，多个角度选择膜沿远离耦入光栅的方向顺次设置。
[0009]进一步地，各角度选择膜的阈值角度不同；和/或多个角度选择膜的阈值角度沿远离耦入光栅的方向逐渐减小。
[0010]进一步地，耦入光栅为一维光栅或二维光栅；和/或转折光栅为一维光栅或二维光栅；和/或耦出光栅为一维光栅或二维光栅。
[0011]进一步地，一维光栅包括闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅和一维多层光栅中的一种；和/或二维光栅包括长方形光栅、平行四边形光栅、菱形光栅和二维多层光栅中的一种。
[0012]进一步地，耦入光栅的占空比在30％至80％的范围内；和/或耦入光栅的高度在50nm至500nm的范围内；和/或耦入光栅的周期在300nm至600nm的范围内。
[0013]进一步地，耦出光栅的占空比在30％至80％的范围内；和/或耦出光栅的高度在30nm至300nm的范围内；和/或耦出光栅的周期在300nm至600nm的范围内。
[0014]进一步地，光波导片的材质为玻璃或光学晶体；和/或光波导片的折射率大于等于1.7且小于等于2.3；和/或光波导片的厚度大于等于400微米且小于等于1毫米。
[0015]根据本技术的另一方面，提供了一种近眼显示器，包括：微投光机；上述的光波导结构，微投光机向光波导结构发射图像光，光波导结构将图像光耦出至人眼中。
[0016]应用本技术的技术方案，光波导结构包括光波导片、耦入光栅、转折光栅、耦出光栅和角度选择膜，光波导片为一个或多个；当光波导片为一个时，耦入光栅设置在光波导片的一侧表面上，耦入光栅用于将外部微投光机所发射的光耦入到光波导片内；转折光栅设置在光波导片上且与耦入光栅位于同一侧或不同侧，转折光栅用于接收耦入光栅的光；耦出光栅设置在光波导片的另一侧表面上，耦出光栅用于接收耦入光栅和转折光栅的光并将光耦出光波导片；角度选择膜设置在光波导片上且与耦出光栅位于同一侧或不同侧，角度选择膜和耦出光栅在光波导片上的投影至少部分重合，角度选择膜具有阈值角度，以使角度选择膜将入射角大于等于阈值角度的光透射，入射角小于阈值角度的光反射。
[0017]通过设置光波导片，使得光波导片为耦入光栅、转折光栅和耦出光栅提供了设置位置，提高了耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的使用可靠性，同时保证了光在光波导片中传输的均匀性，保证光波导结构能够均匀成像。耦入光栅能够将外部微投光机所发射的光大部分耦入到光波导片内，以将光衍射成不同角度不同级次进行传输，以保证光在光波导片中传输的均匀性，同时能够保证耦入光栅的耦入效率；转折光栅能够接收耦入光栅的大部分光，以使转折光栅将光沿着特定方向进行扩瞳传输；耦出光栅用于接收转折光栅和耦入光栅的光并将光高效耦出光波导片，以将微投光机的信息均匀高效地耦出至人眼。
[0018]另外，由于光以不同角度进入光波导片中，因光栅的衍射特性，不同视场角的光在光波导片中的传输角度和传输路径均不相同，这样就容易造成最终输出的光强效率不均匀的情况。通过设置角度选择膜，使得角度选择膜能够起到角度筛选的作用，以使角度选择膜将入射角大于等于自身阈值角度的光透射，入射角小于阈值角度的光反射，从而减少光的衍射次数，可以减少光强效率因衍射传输而造成的流失，减小了光强能量的损失，将光强有效利用，以提高显示效率均匀性，使得耦出至人眼的光更加均匀，保证了耦出光的均匀性，使得用户观察到的图像更加清晰均匀，提高了成像效果。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
在附图中：
[0020]图1示出了本技术的一个可选实施例的光波导结构的结构示意图；
[0021]图2示出了本技术的另一个可选实施例的光波导结构的结构示意图。
[0022]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0023]10、光波导片；20、耦入光栅；30、耦出光栅；40、角度选择膜。
具体实施方式
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0025]需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0026]在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光波导结构，其特征在于，包括：光波导片(10)，所述光波导片(10)为一个或多个；耦入光栅(20)，当所述光波导片(10)为一个时，所述耦入光栅(20)设置在所述光波导片(10)的一侧表面上，所述耦入光栅(20)用于将外部微投光机所发射的光耦入到所述光波导片(10)内；转折光栅，所述转折光栅设置在所述光波导片(10)上且与所述耦入光栅(20)位于同一侧或不同侧，所述转折光栅用于接收所述耦入光栅(20)的光；耦出光栅(30)，所述耦出光栅(30)设置在所述光波导片(10)的另一侧表面上，所述耦出光栅(30)用于接收所述耦入光栅(20)和所述转折光栅的光并将所述光耦出所述光波导片(10)；角度选择膜(40)，所述角度选择膜(40)设置在所述光波导片(10)上且与所述耦出光栅(30)位于同一侧或不同侧，所述角度选择膜(40)和所述耦出光栅(30)在所述光波导片(10)上的投影至少部分重合，所述角度选择膜(40)具有阈值角度，以使所述角度选择膜(40)将入射角大于等于所述阈值角度的所述光透射，入射角小于所述阈值角度的所述光反射。2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，当所述光波导片(10)为多个时，多个所述光波导片(10)至少包括两个叠加设置的所述光波导片(10)，所述角度选择膜(40)设置在两个所述光波导片(10)之间。3.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，所述角度选择膜(40)为一个或多个，当所述角度选择膜(40)为多个时，多个所述角度选择膜(40)沿远离所述耦入光栅(20)的方向顺次设置。4.根据权利要求3所述的光波导结构，其特征在于，各所述角...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一峰，熊羚鹤，孙理斌，汪杰，陈远，
申请(专利权)人：宁波舜宇奥来技术有限公司，
类型：新型
国别省市：