基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备制造技术

本发明专利技术提供了一种基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备。其中，基于多基元的二维超表面光栅包括：多个超表面基元，排列成超表面基元阵列，至少二个所述超表面基元是由二维表面浮雕光栅的一个表面浮雕基元拆分得到，每个所述超表面基元的形状包括至少一条曲边；所述超表面基元阵列从输入方向接收到的光，在所述超表面基元阵列中产生共振或者耦合并分别沿着与所述输入方向不同的二个方向在所述超表面基元阵列中传播，分别从所述超表面基元阵列的同一侧耦出。本发明专利技术将基于多基元的二维超表面光栅作为光波导中的耦出光栅使用，可以有效解决漏光的问题，降低漏光比，加强隐私保护。私保护。私保护。

【技术实现步骤摘要】
基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备


[0001]本专利技术涉及超表面
，尤其涉及一种基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备。

技术介绍

[0002]增强现实（Augmented Reality，简称AR）和虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）设备被定义为继电脑、手机之后的下一代人和数据的交互平台，让人与人、人与机器、人与数据的沟通变得更加自然高效，在智能制造、航空航天、医疗健康、教育教学、金融服务、公共安全、文化娱乐等领域具有重要的应用前景。第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）、第六代移动通信技术（6th Generation Mobile Communication Technology，简称6G）、人工智能、大数据等技术的发展，进一步促进了AR和VR设备的发展。AR技术是将真实世界信息与虚拟世界信息“无缝”叠加的技术形式。
[0003]光波导中主流的衍射光波导是一种利用光栅实现图像近眼显示的技术，随着光学元件从毫米级别到微纳米级别，从“立体”转向“平面”，促进了光波导在AR设备中的应用。目前在衍射光波导中比较常用的光栅为表面浮雕光栅。衍射光波导根据光栅的扩展维度又可分为一维衍射光波导和二维衍射光波导。例如，微软的HoloLens第一代和第二代、Magic Leap One等的多款设备，均采用的是一维衍射光波导。二维衍射光波导可以通过合理的设计光栅结构实现出瞳的二维扩展，在二维衍射光波导中采用二维光栅进行双向扩瞳，可以充分利用光波导的有效面积，但是目前普遍采用的二维光栅正反面光线的耦出效率基本一致，存在着明显的漏光问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备，用以解决现有技术中二维光栅正反面光线的耦出效率基本一致，存在的明显漏光问题，可以降低漏光比，加强隐私保护。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于多基元的二维超表面光栅，包括：多个超表面基元，排列成超表面基元阵列，至少二个所述超表面基元是由二维表面浮雕光栅的一个表面浮雕基元拆分得到，每个所述超表面基元的形状包括至少一条曲边；所述超表面基元阵列从输入方向接收到的光，在所述超表面基元阵列中产生共振或者耦合并分别沿着与所述输入方向不同的二个方向在所述超表面基元阵列中传播，分别从所述超表面基元阵列的同一侧耦出。
[0006]根据本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅，每个所述超表面基元的形状是由一条曲边围成。
[0007]根据本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅，每个所述超表面基元的形状还包括至少一条直边。
[0008]根据本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅，每个所述超表面基元的形状为对称形状，所述对称形状的对称轴与所述输入方向平行或者垂直或者成大于0
°
且小于90
°
的夹角。
[0009]根据本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅，每个所述超表面基元的形状为椭圆形，所述椭圆形的长轴与所述输入方向平行。
[0010]根据本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅，光从所述超表面基元阵列耦出处的连线与所述输入方向垂直。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种光波导，包括：波导片、耦入光栅和耦出光栅；所述耦出光栅设置于所述波导片的表面，采用第一方面所述的基于多基元的二维超表面光栅；所述耦入光栅设置于所述波导片的表面，并位于所述基于多基元的二维超表面光栅的输入方向上；所述耦入光栅接收到的光耦入所述波导片，在所述波导片中发生全反射传播，所述耦出光栅的输入方向接收到的光，在所述超表面基元阵列中产生共振或者耦合并分别沿着与所述输入方向不同的二个方向在所述超表面基元阵列中传播，分别从所述耦出光栅的同一侧耦出。
[0012]根据本专利技术提供的光波导，所述耦出光栅与所述耦入光栅设置于所述波导片同一侧的表面；或者，所述耦出光栅与所述耦入光栅设置于所述波导片相对两侧的表面。
[0013]第三方面，本专利技术提供了一种头戴式设备，包括第二方面所述的光波导制作的镜片。
[0014]根据本专利技术提供的头戴式设备，包括增强现实眼镜和增强现实头盔中的一种。
[0015]本专利技术实施例提供的基于多基元的二维超表面光栅、光波导和头戴式设备，作为光波导中的耦出光栅使用，相对于普通的二维表面浮雕光栅，可以有效解决漏光的问题，降低漏光比，加强隐私保护，并且相对于一维耦出光栅，可以调控的参数更多，通过改变超表面基元的大小可以更加容易的调控耦出效率，提高成像的一致性；同时基于多基元的二维超表面光栅作为耦出光栅便于实现双向扩瞳，可以充分利用镜片的空白面积，提高镜片的利用率，还可以降低元器件的功耗，从而提升光波导的光学效率，并且可以通过调整光波导片的折射率，扩大视场角，可以满足AR产品对于轻小型、隐私性、高效性和长时间佩戴的需求。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
[0017]图1是本专利技术提供的一种基于多基元的二维超表面光栅应用于光波导中的示意图；图2是基于多基元的二维超表面光栅的超表面基元由二维表面浮雕光栅的表面浮
雕基元拆分得到的示意图；图3是本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅的一种超表面基元结构的示意图；图4是本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅的另一种超表面基元结构的示意图；图5是本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅的又一种超表面基元结构的示意图；图6是本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅的再一种超表面基元结构的示意图；图7是本专利技术提供的基于多基元的二维超表面光栅作为光波导的耦出光栅的一实施例的光路图；图8是图7中耦出光栅的相位分布的示意图；图9是图7中耦出光栅的衍射效率的示意图；图10是图7中耦出光栅与输入光的示意图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]超表面是由亚波长尺度的单元构成的功能膜层，可以实现对电磁波振幅、相位、偏振等特性的灵活调控，具有调控精度高、结构平面化、集成度高、多重功能等诸多优点，超表面元件被认为是继第一代折反射光学元件和第二代衍射光学元件之后的第三代新型光学元件。将超表面光栅作为光波导中的耦出光栅使用，已成为近眼显示光学领域的主要发展方向之一。
[0020]本专利技术提供了一种应用于光波导中的基于多基元的二维超表面光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多基元的二维超表面光栅，其特征在于，包括：多个超表面基元，排列成超表面基元阵列，至少二个所述超表面基元是由二维表面浮雕光栅的一个表面浮雕基元拆分得到，每个所述超表面基元的形状包括至少一条曲边；所述超表面基元阵列从输入方向接收到的光，在所述超表面基元阵列中产生共振或者耦合并分别沿着与所述输入方向不同的二个方向在所述超表面基元阵列中传播，分别从所述超表面基元阵列的同一侧耦出。2.根据权利要求1所述的基于多基元的二维超表面光栅，其特征在于，每个所述超表面基元的形状是由一条曲边围成。3.根据权利要求1所述的基于多基元的二维超表面光栅，其特征在于，每个所述超表面基元的形状还包括至少一条直边。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于多基元的二维超表面光栅，其特征在于，每个所述超表面基元的形状为对称形状，所述对称形状的对称轴与所述输入方向平行或者垂直或者成大于0
°
且小于90
°
的夹角。5.根据权利要求4所述的基于多基元的二维超表面光栅，其特征在于，每个所述超表面基元的形状为椭圆形，所述椭圆形的长轴与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌光，李勇，吴斐，李会会，陆希炜，
申请(专利权)人：北京亮亮视野科技有限公司，
类型：发明
国别省市：