光导及近眼显示装置制造方法及图纸

本申请提供了一种光导及近眼显示装置，上述光导包括导光板和设置于导光板表面的二维光栅。二维光栅包括多个排布呈面状的光栅单元，光栅单元沿第一方向间隔第一距离排布，沿第二方向间隔第二距离。且第一方向和第二方向相交。二维光栅包括沿第三方向排布的出口区域和入光区域，第四方向垂直于第三方向。第一方向、第二方向、第三方向和第四方向位于同一平面任意两个方向不重合。二维光栅的光栅单元可以将一束入射光线衍射成至少三束出射光线，使得光线的传输路径包括主路径和补偿路径，以实现较大视场的画面传输。该光导既可以传输较大的视场角，且光导的结构也较为简单。且光导的结构也较为简单。且光导的结构也较为简单。

【技术实现步骤摘要】
光导及近眼显示装置


[0001]本申请涉及光学器件
，尤其涉及到一种光导及近眼显示装置。

技术介绍

[0002]视觉是人类获取外界信息的最主要的感官，近年来，学术界和工业界出现了多种近眼显示装置。尽管技术手段不完全相同，但是近眼显示装置都在沿着用户体验的方向来优化与演进，主要包括增大视场、提高分辨率、提高色域以及括大眼动范围等。其中，增大视场(field of view，FOV)的方式主要是改进光导，FOV即为用户能够看到的虚拟画面的范围。
[0003]一般来说，FOV范围越大，那么用户能够看到的虚拟画面的范围也就越大。因此，为了在将多种颜色的光线限制于光导内的同时增大FOV范围，目前较为直观的做法是光导包括多片导光板，每片导光板传输一小段光谱范围，但该做法的坏处是成倍地增加光导的导光板的数目，导致增加光导成本和重量，而且组装工艺较为复杂，不适合实现极简外形的近眼显示装置的要求。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种光导及近眼显示装置，以增大光导可以支撑的视场角，且可以简化光导的结构。
[0005]第一方面，本申请提供了一种光导。该光导包括导光板和二维光栅，二维光栅具体设置于导光板的表面，可以与导光板为一体成型结构。其中，二维光栅包括多个排布呈面状的光栅单元，具体的，光栅单元沿第一方向间隔第一距离排布，沿第二方向间隔第二距离。上述第一方向和第二方向相交。上述二维光栅包括沿第三方向排布的出光区域和入光区域，第四方向垂直于第三方向，可以认为上述第三方向为直角坐标系的y轴方向，第四方向为直角坐标系的x轴方向。上述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向位于同一平面任意两个方向不重合。也就是说第一方向和第二方向分别与直角坐标系的坐标轴呈一定的夹角。该夹角不为0
°
或者90
°
。上述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。
[0006]该技术方案中，光导的入光区域的光栅单元接收光线，上述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。光线在导光板内经光栅单元的扩光，从出光区域的光栅单元射出。该方案中，当光线射至光栅单元之后，光栅单元将一束入射光线衍射成至少三束出射光线进行传输，具体可以衍射出四束出射光线，五束出射光线或者六束出射光线等，本申请不做限制。总之，射入该光导的光线具有多种传输路径，可以允许部分视场在主路径传输时逃逸出光导，然后利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场，从而可以利用一个导光板支撑较大的视场角的传输。也就是该方案中的光导既可以传输较大的视场角，光导的结构也较为简单。
[0007]具体设置上述二维光栅时，二维光栅排布的光栅单元可以生成第一光栅矢量、第二光栅矢量和多个合光栅矢量。其中，第一光栅矢量垂直于第一方向，第二光栅矢量垂直于
第二方向，合光栅矢量为衍射级次M1的第一光栅矢量和衍射级次M2的第二光栅矢量的矢量和；其中，衍射级次M1和衍射级次M2为整数，可以为正整数、负整数或者零，具体取值本申请不做限制。入光区域的光栅单元接收光线，光线在导光板内经光栅单元的扩光之后，从出光区域的光栅单元射出。光线射至光栅单元之后，受第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的作用下传输，光线传输过程中受到的光栅矢量的矢量和为零。具体的，光栅单元的合光栅矢量的数量不做限制，可以具有多个合光栅矢量，因此，第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量可以形成多条光传输路径。光线射至光栅单元时，可以衍射成至少三束在第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的影响下形成的出射光线。可以允许部分视场在主路径传输时逃逸出光导，然后利用补偿路径来补偿逃逸出去的视场，从而可以利用一个导光板支撑较大的视场角的传输。也就是该方案中的光导既可以传输较大的视场角，光导的结构也较为简单。
[0008]具体设置光栅单元的位置时，第一方向与第四方向的锐角夹角可以位于10
°
至80
°
之间，第二方向与第四方向的锐角夹角可以位于10
°
至80
°
之间。
[0009]具体设置上述光导时，光栅单元排布的第一方向和第二方向相对于第三方向对称。也就是说，第一方向和第二方向朝向第三方向的两侧，且与第三方向的夹角相等。该方案中光栅单元的排布方式较为规则，且第一光栅矢量、第二光栅矢量和合光栅矢量的方向较为对称和规则，比较容易使得光线传输过程中疏导的光栅矢量的矢量和为零。
[0010]具体的技术方案中，通过合理的设计光栅单元的结构，可以使得上述衍射级次M1包括
‑
3、
‑
2、
‑
1、0、1、2和3，衍射级次M2包括
‑
3、
‑
2、
‑
1、0、1、2和3。该方案中的衍射级次指的是波矢空间的衍射级次，衍射级次较高，从而便于形成多种合光栅矢量，以得到满足补偿需求的补偿路径。
[0011]采用本申请技术方案中的光导，可以支持视场角至少为60
°
的画面的传输，以提高使用该光导的近眼显示装置的视场角，提升用户使用体验。
[0012]具体设置二维光栅时，二维光栅包括至少两个子区域。相邻子区域的光栅单元的形态不同，而同一子区域的光栅单元的形态相同。该方案可以通过合理的设计光栅单元的形态，可以获取不同的衍射能级，从而设计合理的主路径和补偿路径。
[0013]此外，在具体设置上述二维光栅时，还可以使二维光栅的多个光栅单元形态相同。也就是光导的表面设置的所有光栅单元的形态都一样，从而便于简化光导的制备工艺。
[0014]值得说明的是，本申请实施例中，二维光栅设置于导光板的表面，可以使二维光栅位于导光板的同一侧表面。或者，可以使的二维光栅的一部分区域位于一侧表面，其余部分区域位于另一侧表面。
[0015]上述二维光栅还可以包括至少两个子区域，相邻的子区域的第一距离不同，相邻的子区域的第二区域不同。也就是说，不同子区域的光栅周期不同，从而便于形成不同的光栅矢量，以增加可以选择的光栅矢量。
[0016]具体的技术方案中，可以使二维光栅包括第一子区域和第二子区域。入光区域和出光区域位于第一子区域，第二子区域位于出光区域远离入光区域的一侧。上述第一子区域的第一距离大于第二子区域的第一距离，第一子区域的第二距离大于第二子区域的第二距离。也就是说，第二子区域的光栅周期小于第一子区域的光栅周期。该方案可以减少光导中的光线能量的损失，提高光导传输光线的效率。
[0017]上述第一距离具体可以位于200nm至600nm之间，第二距离具体可以位于200nm至600nm之间。可以根据实际需求设置上述第一距离和第二距离的取值，本申请不做限制。
[0018]第二方面，本申请还提供了一种近眼显示装置。该近眼显示装置包括壳体、光机，以及上述任一技术方案中的光导。其中，光机和光导设置于壳体，光机用于生成光线，并将生成的光线射至光导的入光区域。该方案中的近眼显示装置的视场角较大，且结构较为紧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光导，其特征在于，包括导光板和设置于所述导光板表面的二维光栅，所述二维光栅包括多个光栅单元，所述多个光栅单元沿第一方向间隔第一距离排布，沿第二方向间隔第二距离排布，所述第一方向与所述第二方向相交；所述二维光栅包括沿第三方向排布的出光区域和入光区域，第四方向垂直于所述第三方向；所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向和所述第四方向位于同一平面且任意两个方向不重合；所述光栅单元用于将一束入射光线衍射成至少三束出射光线。2.如权利要求1所述的光导，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相对于所述第三方向对称。3.如权利要求1或2所述的光导，其特征在于，所述二维光栅包括至少两个子区域，相邻所述子区域的所述光栅单元的形态不同。4.如权利要求1～3任一项所述的光导，其特征在于，所述二维光栅的多个所述光栅单元形态相同。5.如权利要求1～4任一项所述的光导，其特征在于，所述二维光栅包括至少两个子区域，相邻所述子区域的所述第一距离不同，相邻所述子区域的所述第二距离不同。6.如权利要求5所述的光导，其特征在于，所述二维光栅包括第一子区域和第二子区域，所述入光区域和所述出光区域位于所述第一子区域，所述第二子区域位于所述出光区域远离所述入光区域的一侧，所述第一子区域的第一距离大于所述第二子区域的第一距离，所述第一子区域的第二距离大于所述第二子区域的第二距离。7.如权利要求1～6任一项所述的光导，其特征在于，所述第一距离位于200nm至600nm之间，所述第二距离位于200nm至600nm之间。8.如权利要求1～7任一项所述的光导，其特征在于，所述第一方向与所述第四方向的锐角夹角位于10
°
至80
°
之间，所述第二方向与所述第四方向的锐角夹角位于10
°
至80
°
之间。9.如权利要求1～8任一项所述的光导...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海峰，刘力铭，丁子谦，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：