一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备技术

本发明专利技术实施例涉及光学器件领域，公开了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，重复单元包括沿第一水平线设置的第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部和沿第二水平线设置的第三凹陷部/凸起部，第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部呈轴对称设置，水平方向上相邻两个重复单元中、紧挨的第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部构成的组合结构呈水滴形，第三凹陷部/凸起部呈倒置水滴形，且第三凹陷部/凸起部为轴对称图形，可以根据对光线耦出效率的需求在光波导上刻蚀形成，具有较高的调节自由度，易于加工，实现更好的出瞳/视场均匀性。实现更好的出瞳/视场均匀性。实现更好的出瞳/视场均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备


[0001]本专利技术实施例涉及光学器件
，特别涉及一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。

技术介绍

[0002]增强现实(Augmented Reality，AR)技术是将虚拟信息与现实世界相互融合的技术，以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起，尤其在安防和工业领域，其大大改进了信息交互方式。目前比较成熟的增强现实技术中的光学显示方案主要分为棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案和光波导(Lightguide)方案，前三种方案体积较大，限制了其在智能穿戴方面，即增强现实眼镜方面的应用，光波导方案是目前增强现实眼镜中最佳的光学显示方案。
[0003]光波导方案又分为几何波导方案、浮雕光栅波导方案和体全息波导方案，其中，几何波导方案是使用阵列的镀膜半透半反射镜来达到虚拟信息的显示，但是该方案的视场和眼动范围受限，而且阵列镜片会给画面带来条纹效果，所以几何波导方案无法给人眼呈现最佳的显示效果。体全息波导方案目前在大规模量产上受到了限制。浮雕光栅波导方案由于纳米压印的便利性是目前研究最多的技术方案，具有大视场和大眼动范围的优势。
[0004]其中，目前浮雕光栅波导的方案路径主要有基于一维光栅的光波导方案和基于二维光栅的光波导方案，二维光栅波导分为耦入区域和耦出区域，耦出区域使用二维光栅结构兼顾了扩展和耦出的功能。
[0005]在实现本专利技术实施例过程中，专利技术人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前基于二维光栅结构的光波导方案中，在耦出区域使用的二维光栅结构通常为圆柱结构和菱形结构，这两种结构可调节参数较少，所以不利于耦出效率的调节。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。
[0007]本专利技术实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
[0008]为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术实施例中提供了一种二维光栅，包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，所述重复单元包括沿第一水平线设置的第一凹陷部和第二凹陷部，以及沿第二水平线设置的第三凹陷部，所述第一水平线和所述第二水平线为平行于所述水平方向的两条虚拟线，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部沿所述重复单元的中心轴呈轴对称设置，所述中心轴为能够将所述重复单元平分且垂直于所述第一水平线和所述第二水平线的虚拟轴线，水平方向上相邻两个所述重复单元中、紧挨的第一凹陷部和第二凹陷部构成的组合结构呈水滴形，所述第三凹陷部呈倒置水滴形，且所述第三凹陷部为以所述中心轴为对称轴的轴对称图形。
[0009]在一些实施例中，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部尺寸相同，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部在竖直方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在竖直方向上的特征尺
寸，所述第三凹陷部在水平方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在竖直方向上的特征尺寸。
[0010]在一些实施例中，所述重复单元沿水平方向的周期为200nm
‑
2μm。
[0011]在一些实施例中，所述重复单元在竖直方向上的周期为10nm
‑
1μm。
[0012]在一些实施例中，所述重复单元的表面镀设有金属氧化膜，所述金属氧化膜的厚度为10nm
‑
200nm。
[0013]为解决上述技术问题，第二方面，本专利技术实施例中提供了一种二维光栅，包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，所述重复单元包括沿第一水平线设置的第一凸起部和第二凸起部，以及沿第二水平线设置的第三凸起部，所述第一水平线和所述第二水平线为平行于所述水平方向的两条虚拟线，所述第一凸起部和所述第二凸起部沿所述重复单元的中心轴呈轴对称设置，所述中心轴为能够将所述重复单元平分且垂直于所述第一水平线和所述第二水平线的虚拟轴线，水平方向上相邻两个所述重复单元中、紧挨的第一凸起部和第二凸起部构成的组合结构呈水滴形，所述第三凸起部呈倒置水滴形，且所述第三凸起部为以所述中心轴为对称轴的轴对称图形。
[0014]在一些实施例中，所述第一凸起部和所述第二凸起部尺寸相同，所述第一凸起部和所述第二凸起部在竖直方向上的特征尺寸小于所述第三凸起部在竖直方向上的特征尺寸，所述第三凸起部在水平方向上的特征尺寸小于所述第三凸起部在竖直方向上的特征尺寸。
[0015]在一些实施例中，所述重复单元沿水平方向的周期为200nm
‑
2μm。
[0016]在一些实施例中，所述重复单元在竖直方向上的周期为10nm
‑
1μm。
[0017]在一些实施例中，所述重复单元的表面镀设有金属氧化膜，所述金属氧化膜的厚度为10nm
‑
200nm。
[0018]为解决上述技术问题，第三方面，本专利技术实施例中提供了一种二维光栅的形成方法，包括：根据对光线耦出效率的需求，确定如第一方面所述的二维光栅的优化变量，其中，所述优化变量包括：所述第一凹陷部和所述第二凹陷部在水平方向上的特征尺寸、所述第一凹陷部和所述第二凹陷部在竖直方向上的特征尺寸、所述第三凹陷部在水平方向上的特征尺寸、所述第三凹陷部在竖直方向上的特征尺寸、所述第一凹陷部或所述第二凹陷部与所述第三凹陷部在竖直方向上的距离、和/或各凹陷部相对所述波导基底表面凹陷的高度；在光波导上，根据所述优化变量在所述第一凹陷部、所述第二凹陷部和所述第三凹陷部的位置上进行刻蚀作业，以形成所述二维光栅。
[0019]为解决上述技术问题，第四方面，本专利技术实施例中提供了一种二维光栅的形成方法，包括：根据对光线耦出效率的需求，确定如第二方面所述的二维光栅的优化变量，其中，所述优化变量包括：所述第一凸起部和所述第二凸起部在水平方向上的特征尺寸、所述第一凸起部和所述第二凸起部在竖直方向上的特征尺寸、所述第三凸起部在水平方向上的特征尺寸、所述第三凸起部在竖直方向上的特征尺寸、所述第一凸起部或所述第二凸起部与所述第三凸起部在竖直方向上的距离、和/或各凸起部相对所述波导基底表面凸起的高度；在光波导上，根据所述优化变量避开所述第一凸起部、所述第二凸起部和所述第三凸起部的位置上进行刻蚀作业，以形成所述二维光栅。
[0020]为解决上述技术问题，第五方面，本专利技术实施例提供了一种光波导，包括：波导基
底；耦入区域，设置在所述波导基底的入光侧；设有如第一方面或第二方面所述的二维光栅的耦出区域，所述耦出区域设置在所述波导基底的出光侧。
[0021]在一些实施例中，所述波导基底为弯曲波导基底。
[0022]为解决上述技术问题，第六方面，本专利技术实施例还提供了一种近眼显示设备，包括：如第五方面所述的光波导。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术实施例中提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，所述重复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维光栅，其特征在于，包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，所述重复单元包括沿第一水平线设置的第一凹陷部和第二凹陷部，以及沿第二水平线设置的第三凹陷部，所述第一水平线和所述第二水平线为平行于所述水平方向的两条虚拟线，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部沿所述重复单元的中心轴呈轴对称设置，所述中心轴为能够将所述重复单元平分且垂直于所述第一水平线和所述第二水平线的虚拟轴线，水平方向上相邻两个所述重复单元中、紧挨的第一凹陷部和第二凹陷部构成的组合结构呈水滴形，所述第三凹陷部呈倒置水滴形，且所述第三凹陷部为以所述中心轴为对称轴的轴对称图形。2.根据权利要求1所述的二维光栅，其特征在于，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部在竖直方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在竖直方向上的特征尺寸，所述第三凹陷部在水平方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在竖直方向上的特征尺寸。3.一种二维光栅，其特征在于，包括沿水平方向和竖直方向周期性平铺排列在波导基底表面的重复单元，所述重复单元包括沿第一水平线设置的第一凸起部和第二凸起部，以及沿第二水平线设置的第三凸起部，所述第一水平线和所述第二水平线为平行于所述水平方向的两条虚拟线，所述第一凸起部和所述第二凸起部沿所述重复单元的中心轴呈轴对称设置，所述中心轴为能够将所述重复单元平分且垂直于所述第一水平线和所述第二水平线的虚拟轴线，水平方向上相邻两个所述重复单元中、紧挨的第一凸起部和第二凸起部构成的组合结构呈水滴形，所述第三凸起部呈倒置水滴形，且所述第三凸起部为以所述中心轴为对称轴的轴对称图形。4.根据权利要求3所述的二维光栅，其特征在于，所述第一凸起部和所述第二凸起部在竖直方向上的特征尺寸小于所述第三凸起部在竖直方向上的特征尺寸，所述第三凸起部在水平方向上的特征尺寸小于所述第三凸起部在竖直方向上的特征尺寸。5.根据权利要求1
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4任一项所述的二维光栅，其特征在于，所述重复单元沿水平方向的周期为200nm
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2μm。6.根据权利要求5所述的二维光栅，其特征在于，所述重复单元在竖直方向上的周...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓明，宋强，马国斌，
申请(专利权)人：深圳珑璟光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：