衍射波导、光学组件和电子设备制造技术

本申请提供了一种衍射波导，包括该衍射波导的光学组件，及包括该光学组件的电子设备。该衍射波导包括波导基体及设置于波导基体上的第一耦入光栅、第二耦入光栅、第三耦入光栅、耦出光栅、第一扩瞳光栅及第二扩瞳光栅。光线经第一耦入光栅、第二耦入光栅及第三耦入光栅耦入至衍射波导，并从耦出光栅不同侧入光，能够提高从耦出光栅的不同位置的出光均匀性。并且，本申请实施方式中，光线能够从第一耦入光栅、第二耦入光栅及第三耦入光栅分别耦入至衍射波导中，能够控制第一耦入光栅、第二耦入光栅及第三耦入光栅的入光量，以进一步提高耦出光栅的不同位置的出光均匀。光栅的不同位置的出光均匀。光栅的不同位置的出光均匀。

【技术实现步骤摘要】
衍射波导、光学组件和电子设备


[0001]本申请涉及电子
，尤其涉及一种衍射波导，包括该衍射波导的光学组件，以及包括该光学组件的电子设备。

技术介绍

[0002]在增强现实(virtual reality,VR)设备、混合现实(mixed reality，MR)设备中，常采用衍射波导将光机发出的图像信息传输至人眼，以实现近眼显示(near
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eye display，NED)。衍射波导一般包括耦入光栅及耦出光栅，光机发出的图像信号经耦入光栅耦入至衍射波导内，经由衍射波导传输至耦出光栅，再经耦出光栅耦出至人眼。人眼在观察事物时，总是在不停转动。这就需要人眼所在的显示区域面积即动眼眶(EB)越大越好。动眼眶的大小与耦出光栅面积正相关，耦出光栅面积越大，动眼眶越大。并且，为了让人眼在不同动眼眶位置、不同视场角都具有同样的显示效果(同等亮度、无色偏)，要求动眼眶各个区域和视场角具有均匀的亮度分布。因此，就需要耦出光栅在各个方向具有基本相同的出射亮度。但是，光线在经耦出光栅耦出时，耦出光栅的靠近耦入光栅的位置的耦出光线由于反射次数少，具有的能量较高，因而出射亮度较高；而耦出光栅的远离耦入光栅的位置的耦出光线由于反射次数多，具有的能量较低，因而出射亮度较低，这就导致耦出光栅在不同区域的耦出光线的亮度分布不均匀，从而使得人眼在不同动眼眶位置、不同视场角都观察到不同的显示效果，从而影响消费者的使用体验。并且，对于消费者产品，需要波导具有轻薄的外形，要求波导厚度越小越好。在薄的波导中光线需要反射更多的次数到达人眼，会进一步导致耦出光栅的不同位置的出光亮度分布不均匀。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种光学组件和电子设备，能够提高衍射波导的耦出光栅的不同位置的出光均匀度，从而保证人眼在不同动眼眶位置、不同视场角都能够看到基本相同的显示效果。
[0004]第一方面，本申请提供一种衍射波导，该衍射波导包括波导基体及设置于波导基体上的第一耦入光栅、第二耦入光栅、第三耦入光栅、耦出光栅、第一扩瞳光栅及第二扩瞳光栅。
[0005]波导基体包括相对的第一表面及第二表面；耦出光栅、第一扩瞳光栅及第二扩瞳光栅位于第一表面或第二表面。
[0006]耦出光栅包括相对的第一边缘、第二边缘，以及相对的第三边缘及第四边缘，第三边缘与第四边缘位于第一边缘与第二边缘之间，第一边缘及第二边缘在衍射波导的第一方向上排布设置，所述第一边缘靠近所述第一扩瞳光栅，所述第二边缘靠近所述第二扩瞳光栅；第三边缘及第四边缘在衍射波导的第二方向上排布设置，第一方向与第二方向相交；第一扩瞳光栅的延伸方向及扩瞳方向与第一边缘的延伸方向相同，第二扩瞳方向的延伸方向及扩瞳方向与第二边缘的延伸方向相同。其中，第一方向与第二方向相交，即沿第一方向延
伸的直线与沿第二方向延伸的直线之间仅有一个交点，第一方向与第二方向可以垂直相交，或者也可以以其它的角度进行相交。
[0007]所述第一耦入光栅用于将传输至所述第一耦入光栅的至少部分光线传输至所述第一扩瞳光栅，所述第一扩瞳光栅用于将传输至所述第一扩瞳光栅的至少部分光线沿所述第一扩瞳光栅的扩瞳方向扩展，并将至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第一边缘的一侧传输至所述耦出光栅；所述第二耦入光栅用于将传输至所述第二耦入光栅的至少部分光线传输至所述第二扩瞳光栅，所述第二扩瞳光栅用于将所述第二扩瞳光栅的至少部分光线沿所述第二扩瞳光栅的扩瞳方向扩展，并将至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第二边缘的一侧传输至所述耦出光栅，再经所述耦出光栅出射；所述第三耦入光栅用于将传输至所述第三耦入光栅的至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第三边缘的一侧传输至所述耦出光栅；所述耦出光栅用于将传输至所述耦出光栅的至少部分光线在所述耦出光栅内扩展并出射。
[0008]本申请实施方式中，第一耦入光栅耦入至衍射波导的至少部分光线传输至第一扩瞳光栅，并经第一扩瞳光栅从耦出光栅中靠近第一边缘的一侧传输至耦出光栅，再经耦出光栅出射。第二耦入光栅耦入至衍射波导的至少部分光线传输至第二扩瞳光栅，并经第二扩瞳光栅从耦出光栅中靠近第二边缘的一侧传输至耦出光栅，再经耦出光栅出射。第三耦入光栅耦入至衍射波导的至少部分光线从耦出光栅中靠近第三边缘的一侧传输至耦出光栅，再经耦出光栅出射。即本申请实施方式中，光线至少能够从耦出光栅的第一边缘、第二边缘及第三边缘入光，相较于光线从耦出光栅的一侧入光的方案来说，光线从耦出光栅的不同侧入光，能够避免远离入光侧的位置的出射光线由于反射次数多而能量低，从而出射光线的亮度低的问题，进而保证从耦出光栅的不同位置的出光均匀，保证人眼在不同动眼眶位置、不同视场角都具有同样的显示效果。并且，本申请实施方式中，光线能够从第一耦入光栅、第二耦入光栅及第三耦入光栅分别耦入至衍射波导中，通过控制第一耦入光栅、第二耦入光栅及第三耦入光栅的入光量，能够控制从不同位置耦入耦出光栅内的入光量，以进一步提高耦出光栅的不同位置的出光均匀。
[0009]并且，本申请实施方式中，第一扩瞳光栅的延伸方向及扩瞳方向与第一边缘的延伸方向相同，因而从第一扩瞳光栅出光的光线能够从第一边缘的不同位置传输至耦出光栅，进一步的提高耦出光栅的不同位置的入光的均匀性，进而提高耦出光栅的不同位置的出光均匀性。第二扩瞳方向的延伸方向及扩瞳方向与第二边缘的延伸方向相同，因而从第二扩瞳光栅出光的光线能够从第二边缘的不同位置传输至耦出光栅，进一步的提高耦出光栅的不同位置的入光的均匀性，进而提高耦出光栅的不同位置的出光均匀性。
[0010]本申请一些实施方式中，第一扩瞳光栅与耦出光栅位于波导基体的同一表面。具体的，第一扩瞳光栅与耦出光栅可以均位于波导基体的第一表面或第二表面。此时，第一扩瞳光栅位于第一边缘远离第二边缘的一侧，从而从第一扩瞳光栅的出射光线能够从第一边缘传输至耦出光栅。
[0011]本申请一些实施方式中，第一扩瞳光栅与耦出光栅位于波导基体的不同表面。具体的，一些实施方式中，所述第一扩瞳光栅位于所述波导基体的第二表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面。或者，其它一些实施方式中，所述第一扩瞳光栅也可以位于所述波导基体的第一表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第二表面。此时，第一扩瞳光栅
在耦出光栅所在表面的正投影位于第一边缘远离第二边缘的一侧，或者第一扩瞳光栅在耦出光栅所在表面的正投影的至少部分与耦出光栅重叠，从而第一扩瞳光栅的出射光线能够从耦出光栅的第一边缘或者耦出光栅靠近第一边缘的区域进入耦出光栅。并且，当第一扩瞳光栅在耦出光栅所在表面的正投影的至少部分与耦出光栅重叠时，相较于第一扩瞳光栅或第一扩瞳光栅在耦出光栅所在表面的正投影位于第一边缘远离第二边缘的一侧的方案来说，在耦出光栅的大小相同的情况下，衍射波导的第一方向的尺寸可以更小，从而使得衍射波导能够更适用于小型化的电子设备中。
[0012]本申请一些实施方式中，第二扩瞳光栅与耦出光栅位于波导基体的同一表面，即第二扩瞳光栅与耦出光栅均位于波导基体的第一表面或第二表面。此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射波导，其特征在于，所述衍射波导包括波导基体及设置于所述波导基体上的第一耦入光栅、第二耦入光栅、第三耦入光栅、耦出光栅、第一扩瞳光栅及第二扩瞳光栅；所述波导基体包括相对的第一表面及第二表面；所述耦出光栅、所述第一扩瞳光栅及所述第二扩瞳光栅位于所述第一表面或所述第二表面；所述耦出光栅包括相对的第一边缘、第二边缘，以及相对的第三边缘及第四边缘，所述第三边缘与所述第四边缘位于所述第一边缘与所述第二边缘之间，所述第一边缘及所述第二边缘在所述衍射波导的第一方向上排布设置，所述第一边缘靠近所述第一扩瞳光栅，所述第二边缘靠近所述第二扩瞳光栅；所述第三边缘及所述第四边缘在所述衍射波导的第二方向上排布设置，所述第一方向与所述第二方向相交；所述第一扩瞳光栅的延伸方向及扩瞳方向与所述第一边缘的延伸方向相同，所述第二扩瞳方向的延伸方向及扩瞳方向与所述第二边缘的延伸方向相同；所述第一耦入光栅用于将传输至所述第一耦入光栅的至少部分光线传输至所述第一扩瞳光栅，所述第一扩瞳光栅用于将传输至所述第一扩瞳光栅的至少部分光线沿所述第一扩瞳光栅的扩瞳方向扩展，并将至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第一边缘的一侧传输至所述耦出光栅；所述第二耦入光栅用于将传输至所述第二耦入光栅的至少部分光线传输至所述第二扩瞳光栅，所述第二扩瞳光栅用于将所述第二扩瞳光栅的至少部分光线沿所述第二扩瞳光栅的扩瞳方向扩展，并将至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第二边缘的一侧传输至所述耦出光栅，再经所述耦出光栅出射；所述第三耦入光栅用于将传输至所述第三耦入光栅的至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第三边缘的一侧传输至所述耦出光栅；所述耦出光栅用于将传输至所述耦出光栅的至少部分光线在所述耦出光栅内扩展并出射。2.根据权利要求1所述的衍射波导，其特征在于，所述第一扩瞳光栅与所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第一扩瞳光栅位于所述第一边缘远离所述第二边缘的一侧；或者，所述第一扩瞳光栅位于所述波导基体的第二表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第一扩瞳光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影位于所述第一边缘远离所述第二边缘的一侧，或者所述第一扩瞳光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影的至少部分与所述耦出光栅重叠。3.根据权利要求2所述的衍射波导，其特征在于，所述第二扩瞳光栅与所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第二扩瞳光栅位于所述第二边缘远离所述第一边缘的一侧；或者，所述第二扩瞳光栅位于所述波导基体的第二表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第二扩瞳光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影位于所述第二边缘远离所述第一边缘的一侧，或者所述第二扩瞳光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影的至少部分与所述耦出光栅重叠。4.根据权利要求1
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3任一项所述的衍射波导，其特征在于，所述第一耦入光栅与所述第一扩瞳光栅均位于所述波导基体的所述第一表面或所述第二表面，所述第一耦入光栅位于所述第一扩瞳光栅的延伸方向上；或者，所述第一耦入光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第一扩瞳光栅位于所述波导基体的第二表面，所述第一耦入光栅在所述第一扩瞳光栅
所在表面上的正投影位于所述第一扩瞳光栅的延伸方向上，或者所述第一耦入光栅在所述第一扩瞳光栅所在表面上的正投影至少部分与所述第一扩瞳光栅重合；或者，所述第一耦入光栅位于所述波导基体的第二表面，所述第一扩瞳光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第一耦入光栅在所述第一扩瞳光栅所在表面上的正投影位于所述第一扩瞳光栅的延伸方向上，或者所述第一耦入光栅在所述第一扩瞳光栅所在表面上的正投影至少部分与所述第一扩瞳光栅重合。5.根据权利要求1
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4任一项所述的衍射波导，其特征在于，所述第二耦入光栅与所述第二扩瞳光栅位于所述波导基体的所述第一表面或所述第二表面，所述第二耦入光栅位于所述第二扩瞳光栅的延伸方向上；或者，所述第二耦入光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第二扩瞳光栅位于所述波导基体的第二表面，所述第二耦入光栅在所述第二扩瞳光栅所在表面上的正投影位于所述第二扩瞳光栅的延伸方向上，或者所述第二耦入光栅在所述第二扩瞳光栅所在表面上的正投影至少部分与所述第二扩瞳光栅重合；或者，所述第二耦入光栅位于所述波导基体的第二表面，所述第二扩瞳光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第二耦入光栅在所述第二扩瞳光栅所在表面上的正投影位于所述第二扩瞳光栅的延伸方向上，或者所述第二耦入光栅在所述第二扩瞳光栅所在表面上的正投影至少部分与所述第二扩瞳光栅重合。6.根据权利要求1
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5任一项所述的衍射波导，其特征在于，所述第三耦入光栅与所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第三耦入光栅位于所述第三边缘背离所述第四边缘的一侧，或所述第三耦入光栅位于所述第四边缘背离所述第三边缘的一侧，或者，所述第三耦入光栅位于所述波导基体的第二表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第三耦入光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影位于所述第三边缘背离所述第四边缘的一侧或所述第四边缘背离所述第三边缘的一侧，或者，所述第三耦入光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影至少部分位于所述耦出光栅且靠近所述第三边缘或靠近所述第四边缘。7.根据权利要求6所述的衍射波导，其特征在于，所述衍射波导还包括第四耦入光栅，所述第四耦入光栅与所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第四耦入光栅位于所述第三边缘背离所述第四边缘的一侧，或所述第四耦入光栅位于所述第四边缘背离所述第三边缘的一侧；或者，所述第四耦入光栅位于所述波导基体的第二表面，所述耦出光栅位于所述波导基体的第一表面，所述第四耦入光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影位于所述第三边缘背离所述第四边缘的一侧或所述第四边缘背离所述第三边缘的一侧，或者，所述第四耦入光栅在所述耦出光栅所在表面的正投影至少部分位于所述耦出光栅且靠近所述第三边缘或靠近所述第四边缘，所述第四耦入光栅用于将传输至所述第四耦入光栅的至少部分光线从所述耦出光栅中靠近所述第三边缘或所述第四边缘的一侧传输至所述耦出光栅。8.根据权利要求1所述的衍射波导，其特征在于，所述耦出光栅为二维光栅，所述耦出光栅将在其中传输的光线在所述第一方向及所述第二方向上扩展，所述耦出光栅包括阵列排布的第一沟...

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