一种多通道衍射光波导装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多通道衍射光波导装置，包括：波导；第一耦入光栅，用于将第一部分出射光衍射为至少一种传导光并耦入波导；第二耦入光栅，用于将第二部分出射光衍射为至少一种传导光并耦入波导；第一扩展单元，包括与第一部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第一光线；第二扩展单元，包括与第二部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第二光线；第一耦出光栅，用于将第一光线耦出至人眼；第二耦出光栅，用于将第二光线耦出至人眼。该装置有助于实现小型化、高效率和更大的观察范围，且能够在单波长或多波长情况下达到目视所需视场角。波长或多波长情况下达到目视所需视场角。波长或多波长情况下达到目视所需视场角。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道衍射光波导装置


[0001]本专利技术属于光波导显示
，具体涉及一种多通道衍射光波导装置。

技术介绍

[0002]可穿戴设备，如AR(增强现实)系统或者HMD(头戴显示系统)，其光学模组一般包括光学引擎、光波导以及耦合器件三部分。其中，光波导一般为透明或者半透明的高折玻璃，通过光波导上的耦合器件，将光学引擎输出的图像耦入到波导中，并对其进行复制，最后耦出到人眼之中，使用户在观察到虚拟图像的同时，也可以观察到现实世界中的场景。其中，由于人眼的双目的视场约为120
°
，因此需要AR或者HMD的FOV(视场角)尽可能的大，从而为用户提供足够高的分辨率以及沉浸式体验。
[0003]衍射光波导作为当前可穿戴设备中的主流方案，其FOV一般受波导的折射率n2以及环境折射率n1决定，当前能够应用于波导的高折玻璃，其折射率n2≈2.0，只能够提供有限的FOV；同时，高折玻璃具有价格贵以及重量大的缺点，因此不利于可穿戴设备的轻量化以及成本控制。
[0004]为了扩大AR或者HMD的FOV，现有技术中提出了一种蝴蝶结式布局。参考专利公告号US09791703B1
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Optical device with diffractive grating，如图1所示。其中，输入耦合器件1将入射的FOV分成第一部分和第二部分，并分别衍射进入第一中间器件2和第二中间器件3，第一中间器件2和第二中间器件3分别对第一部分的FOV和第二部分的FOV进行水平方向的复制，并将其衍射进入输出耦合器件4，输出耦合器件4分别对第一部分的FOV和第二部分的FOV进行垂直方向的复制，并在耦出波导5后对第一部分的FOV和第二部分的FOV进行组合，以实现扩大FOV的目的。在专利公告号CN212647158U
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光学扩瞳装置及其显示设备中提出的一种类似的布局，如图2所示，通过第一光学衍射入射单元6，将FOV分成第一部分和第二部分，并分别衍射进入第二光学衍射扩瞳单元7和第三光学衍射扩瞳单元8，通过第二光学衍射扩瞳单元7和第三光学衍射扩瞳单元8，分别在水平方向和垂直方向进行扩展，之后第一部分和第二部分FOV进入第四光学衍射出瞳单元9，分别在垂直方向和水平方向进行扩展，然后耦出波导5并将两部分FOV进行组合，以达到扩大视场角的目的。
[0005]但当前用于扩大FOV的衍射光波导布局，一般是在波导的单面上应用蝴蝶结布局结构，存在如下缺陷：一方面，在波导的单面上应用蝴蝶结布局以扩大FOV，需要输入耦合器件1(或者第一光学衍射入射单元6)以及输出耦合器件4(或者第四光学衍射出瞳单元9)为二维光栅，如二维柱状光栅，以在耦入时实现FOV的分离，但应用二维光栅作为耦入器件，其耦入效率低于应用一维光栅，如闪耀光栅或者倾斜光栅，因而会降低光效的利用率；另一方面，在波导的单面上应用蝴蝶结布局，只能将视场角扩大到70
°
～90
°
，难以满足人眼双目视场所需的120
°
；其次，由于第一中间器件2和第二中间器件3(或第二光学衍射扩瞳单元7和第三光学衍射扩瞳单元8)的尺寸受其承担的FOV限制，若FOV扩展到70
°
甚至是90
°
，则会导致中间器件(或者扩瞳单元)尺寸过大，进而无法形成眼镜形态。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述问题，提出一种多通道衍射光波导装置，有助于实现装置小型化、高效率和更大的观察范围，且能够在单波长或多波长情况下达到目视所需的视场角。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]本专利技术提出的一种多通道衍射光波导装置，用于将光学引擎的出射光进行扩展后耦入人眼，包括波导和均贴附波导设置的第一耦入光栅、第二耦入光栅、第一扩展单元、第二扩展单元、第一耦出光栅和第二耦出光栅，其中：
[0009]第一耦入光栅，为透射式光栅且靠近光学引擎设置，用于将光学引擎的第一部分出射光衍射为至少一种传导光，并耦入波导进行全反射传输；
[0010]第二耦入光栅，为反射式光栅且与第一耦入光栅相对设置，用于将光学引擎的第二部分出射光衍射为至少一种传导光，并耦入波导进行全反射传输；
[0011]第一扩展单元，包括与第一部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应进行扩展的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第一光线；
[0012]第二扩展单元，位于第一扩展单元的对侧，包括与第二部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应进行扩展的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第二光线；
[0013]第一耦出光栅，用于将第一光线耦出至人眼；
[0014]第二耦出光栅，与第一耦出光栅相对设置，用于将第二光线耦出至人眼。
[0015]优选地，第一耦入光栅将第一部分出射光衍射为第一传导光，第二耦入光栅将第二部分出射光衍射为第二传导光，第一扩展单元包括第一扩展光栅，用于对第一传导光扩展形成第一光线，第二扩展单元包括第二扩展光栅，用于对第二传导光扩展形成第二光线。
[0016]优选地，第一耦入光栅将第一部分出射光衍射为第一传导光和第三传导光，第二耦入光栅将第二部分出射光衍射为第二传导光，第一扩展单元包括第一扩展光栅和第三扩展光栅，第一扩展光栅用于对第一传导光扩展形成第三光线，第三扩展光栅用于对第三传导光扩展形成第四光线，第三光线和第四光线形成第一光线，第二扩展单元包括第二扩展光栅，用于对第二传导光扩展形成第二光线。
[0017]优选地，第一耦入光栅将第一部分出射光衍射为第一传导光和第三传导光，第二耦入光栅将第二部分出射光衍射为第二传导光和第四传导光，第一扩展单元包括第一扩展光栅和第三扩展光栅，第一扩展光栅用于对第一传导光扩展形成第三光线，第三扩展光栅用于对第三传导光扩展形成第四光线，第三光线和第四光线形成第一光线，第二扩展单元包括第二扩展光栅和第四扩展光栅，第二扩展光栅用于对第二传导光扩展形成第五光线，第四扩展光栅用于对第四传导光扩展形成第六光线，第五光线和第六光线形成第二光线。
[0018]优选地，波导的厚度为0.5mm～1.5mm，折射率为1.7～2.0。
[0019]优选地，各光栅为表面浮雕光栅或体布拉格光栅。
[0020]优选地，表面浮雕光栅为倾斜光栅、闪耀光栅和柱状光栅其中之一。
[0021]优选地，各扩展光栅为一维光栅。
[0022]优选地，第一耦入光栅、第二耦入光栅、第一耦出光栅和第二耦出光栅具有相同的光栅周期250nm～500nm。
[0023]优选地，对应的耦入光栅、扩展光栅和耦出光栅的光栅矢量为封闭三角形。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：该装置通过将第一耦入光栅、第一扩展单元和第一耦出光栅设置于波导的第一表面，将第二耦入光栅、第二扩展单元和第二耦出光栅设置于波导的第二表面，如采用双面单通道结构、单面双通道加单面单通道结构或双面双通道结构，在实现相同视场角扩展情况下，可使整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道衍射光波导装置，用于将光学引擎(10)的出射光进行扩展后耦入人眼(17)，其特征在于：所述多通道衍射光波导装置包括波导(5)和均贴附所述波导(5)设置的第一耦入光栅(11)、第二耦入光栅(12)、第一扩展单元(13)、第二扩展单元(14)、第一耦出光栅(15)和第二耦出光栅(16)，其中：所述第一耦入光栅(11)，为透射式光栅且靠近所述光学引擎(10)设置，用于将所述光学引擎(10)的第一部分出射光衍射为至少一种传导光，并耦入所述波导(5)进行全反射传输；所述第二耦入光栅(12)，为反射式光栅且与所述第一耦入光栅(11)相对设置，用于将所述光学引擎(10)的第二部分出射光衍射为至少一种传导光，并耦入所述波导(5)进行全反射传输；所述第一扩展单元(13)，包括与所述第一部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应进行扩展的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第一光线；所述第二扩展单元(14)，位于所述第一扩展单元(13)的对侧，包括与所述第二部分出射光衍射的传导光类别数量等同且一一对应进行扩展的扩展光栅，扩展后的传导光共同形成第二光线；所述第一耦出光栅(15)，用于将所述第一光线耦出至人眼(17)；所述第二耦出光栅(16)，与所述第一耦出光栅(15)相对设置，用于将所述第二光线耦出至人眼(17)。2.如权利要求1所述的多通道衍射光波导装置，其特征在于：所述第一耦入光栅(11)将所述第一部分出射光衍射为第一传导光，所述第二耦入光栅(12)将所述第二部分出射光衍射为第二传导光，所述第一扩展单元(13)包括第一扩展光栅(131)，用于对所述第一传导光扩展形成第一光线，所述第二扩展单元(14)包括第二扩展光栅(141)，用于对所述第二传导光扩展形成第二光线。3.如权利要求1所述的多通道衍射光波导装置，其特征在于：所述第一耦入光栅(11)将所述第一部分出射光衍射为第一传导光和第三传导光，所述第二耦入光栅(12)将所述第二部分出射光衍射为第二传导光，所述第一扩展单元(13)包括第一扩展光栅(131)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶鹏辉，王一，
申请(专利权)人：江西凤凰光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：