二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备制造技术

本发明专利技术提供二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，涉及光波导显示技术领域，二维耦出光栅包括若干相同的光学结构；光学结构由曲线连接构成；光学结构为交叉形或组合交叉形，光学结构等间隔阵列设置，每个光学结构的图形中心点与其他相邻的光学结构的图形中心点的距离相等。通过上述方式，采用交叉形或组合交叉形的光学结构进行二维扩瞳，可以使得波导出瞳均匀性高，图像条带化现象减弱，以获得很好均匀性的图像；并且，光学结构由曲线连接构成，曲线边缘与直线边缘相比，具有更好的实验容差，且可以通过调整曲线的曲率进一步改进出瞳的均匀性。出瞳的均匀性。出瞳的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备


[0001]本专利技术涉及光波导显示
，尤其涉及二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备。

技术介绍

[0002]近眼显示设备作为虚拟现实和增强现实技术的主要显示设备，可以将虚拟图像叠加到现实景物中，同时兼具透视特性，不影响对现实景物的正常观察。近眼显示设备可采用多种显示技术，如棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。
[0003]其中，衍射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。并且，由于采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射波导元件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明，同时由于对光线的转折是通过波导表面的衍射光栅来实现的，与波导的形状基本没有关系，因此易于批量制造，生产成本低。
[0004]但是，衍射波导是新兴的技术，虽然目前已经达到了较高的技术水平，但仍存在很多挑战，如提高出瞳均匀性就是急需解决的问题。波导出瞳均匀性低会导致图像容易出现条带化效应，即图像中间区域较亮，两边区域较暗。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，用以解决现有技术中波导出瞳均匀性低，图像容易出现条带化效应的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种二维耦出光栅，二维耦出光栅包括若干相同的光学结构；光学结构由曲线连接构成，光学结构为交叉形或组合交叉形，光学结构等间隔阵列设置，每个光学结构的图形中心点与其他相邻的光学结构的图形中心点的距离相等。
[0007]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，光学结构包括两个形状相同的子单元，子单元由曲线连接构成，两个子单元交叉设置，两个子单元有且仅有一个交叉点。
[0008]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，子单元包括两条凸曲线，两条凸曲线对称设置。
[0009]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，在子单元包括两条凸曲线的情况下，子单元的两端设置有膨胀部，膨胀部由曲线连接构成。
[0010]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，在子单元包括两条凸曲线的情况下，膨胀部包括两条凸曲线，膨胀部的两条凸曲线对称设置。
[0011]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，子单元包括两条凹曲线，两条凹曲线对称设置。
[0012]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，在子单元包括两条凹曲线的情况下，子单元的两端设置有膨胀部，膨胀部由曲线连接构成。
[0013]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，在子单元包括两条凹曲线的情况下，膨胀
部包括两条凹曲线，膨胀部的两条凹曲线对称设置。
[0014]根据本专利技术提供的一种二维耦出光栅，两个子单元的交叉夹角为0
°
~120
°
。
[0015]本专利技术还提供一种二维衍射光波导，包括：波导基底以及设置于波导基底表面的一维耦入光栅和上述的二维耦出光栅；其中，一维耦入光栅用于将携带有图像信息的入射光线耦入到波导中；二维耦出光栅用于将来自一维耦入光栅并在波导内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向衍射扩展的同时，耦出到人眼成像。
[0016]本专利技术还提供一种近眼显示设备，包括上述的二维衍射光波导。
[0017]本专利技术提供的二维耦出光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，二维耦出光栅包括若干相同的光学结构；光学结构由曲线连接构成；光学结构为交叉形或组合交叉形，光学结构等间隔阵列设置。二维耦出光栅用于将来自一维耦入光栅并在波导内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向衍射扩展的同时，耦出到人眼成像。本专利技术采用交叉形或组合交叉形的光学结构进行二维扩瞳，可以使得波导出瞳均匀性高，图像条带化现象减弱，以获得很好均匀性的图像；并且曲线边缘与直线边缘相比，具有更好的实验容差，且可以通过调整曲线的曲率进一步改进出瞳的均匀性。
附图说明
[0018]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一简单地介绍，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。
[0019]图1是本专利技术交叉形二维耦出光栅一实施例的结构示意图；图2是圆柱形光栅和交叉形光栅直接进入人眼的衍射光效率随入射角的变化示意图；图3是圆柱形光栅和交叉形光栅转动级的衍射光效率随入射角的变化示意图；图4是圆柱形光栅和交叉形光栅衍射光效率比随入射角的变化示意图；图5是本专利技术交叉形二维耦出光栅另一实施例的结构示意图；图6是本专利技术交叉形二维耦出光栅子单元长轴和短轴之比取不同值时衍射光效率比随入射角的变化示意图；图7是本专利技术组合交叉形二维耦出光栅一实施例的结构示意图；图8是本专利技术组合交叉形二维耦出光栅另一实施例的结构示意图；图9是本专利技术组合交叉形二维耦出光栅的膨胀部长轴和交叉子单元短轴之比取不同值时衍射光效率比随入射角的变化示意图；图10是本专利技术二维衍射光波导一实施例的原理示意图。
具体实施方式
[0020]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。
[0021]本专利技术提供一种二维耦出光栅，二维耦出光栅可应用于二维衍射光波导。请参阅图1，图1是本专利技术交叉形二维耦出光栅一实施例的结构示意图。
[0022]衍射光波导主要分为采用一维光栅进行出瞳扩展的一维衍射光波导和采用二维光栅进行出瞳扩展的二维衍射光波导。本专利技术的二维衍射光波导采用二维光栅进行双向扩瞳的同时耦出光线到人眼成像，在保证光波导体积和重量的同时，实现了较大的眼动范围。
[0023]二维耦出光栅包括若干相同的光学结构；每个光学结构由曲线连接构成，光学结构为交叉形或组合交叉形。
[0024]光学结构等间隔阵列设置，每个光学结构的图形中心点与其他相邻的光学结构的图形中心点的距离相等。
[0025]可选地，二维耦出光栅可选用表面浮雕光栅、体全息光栅和超表面光栅等。
[0026]表面浮雕光栅（Surface Relief Grating），是“浮雕”出来的光栅结构，其制造工艺与制造芯片的工艺类似，叫做纳米压印（Nano
‑
imprint） 。表面浮雕光栅可以在平面上生成纳米尺度的光栅微结构。
[0027]体全息光栅（Volume Holographic Grating）则是一种通过全息曝光技术生成的光栅。体全息光栅在生产工艺时使用了全息曝光技术。体全息可以理解为一个可以被曝光“显影”的涂层，这个涂层被激光曝光后可以形成折射率不同的条纹，也就是另外一种形态的光栅。体全息光栅采用有机材料，是一种光致折射率变化的材料。根据曝光的程度不同，材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维耦出光栅，其特征在于，包括若干相同的光学结构；所述光学结构由曲线连接构成；所述光学结构为交叉形或组合交叉形，所述光学结构等间隔阵列设置，每个光学结构的图形中心点与其他相邻的光学结构的图形中心点的距离相等。2.根据权利要求1所述的二维耦出光栅，其特征在于，所述光学结构包括两个形状相同的子单元，所述子单元由曲线连接构成，两个子单元交叉设置，所述两个子单元有且仅有一个交叉点。3.根据权利要求2所述的二维耦出光栅，其特征在于，所述子单元包括两条凸曲线，所述两条凸曲线对称设置。4.根据权利要求3所述的二维耦出光栅，其特征在于，所述子单元的两端设置有膨胀部，所述膨胀部由曲线连接构成。5.根据权利要求4所述的二维耦出光栅，其特征在于，所述膨胀部包括两条凸曲线，所述膨胀部的两条凸曲线对称设置。6.根据权利要求2所述的二维耦出光栅，其特征在于，所述子单元包括两条凹曲线，所述两条凹曲线对称设置。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会会，李勇，吴斐，梁祥龙，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：