光波导装置及其制造方法制造方法及图纸

一种光波导装置及其制造方法，该光波导装置包括：一波导基板，其中该波导基板具有相互平行的一第一表面和一第二表面；一光耦入机构，其中该光耦入机构被设置于该波导基板，并且该光耦入机构具有相对于该波导基板的该第一表面倾斜的一功能面，用于通过反射或折射的方式将光线耦入该波导基板，以使该光线在该波导基板的该第一表面和该第二表面之间全反射地传输；以及一光栅工作机构，其中该光栅工作机构被形成于该波导基板，用于通过衍射的方式将该光线扩散地耦出该波导基板，以便在保证量产化的同时，提高光能利用效率。提高光能利用效率。提高光能利用效率。

【技术实现步骤摘要】
光波导装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及增强现实
，特别是涉及光波导装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]增强现实作为一种将虚拟世界信息与真实世界信息“无缝”集成的技术，是将微型投影仪上的像素通过光学组合器投射到人眼中，并同时透过光学组合器看到真实世界，即将通过微型投影仪提供的虚拟内容与真实环境实时地叠加到了同一个画面或空间以同时存在，使用户获得虚拟与现实融合的体验。因此，该光学组合器的设计要求之一就是不能遮挡前方视线，具有较高的透过率。
[0003]目前市场上比较成熟的增强现实技术主要分为棱镜方案、自由曲面方案、Bird Bath方案以及光波导方案等。但从光学效果、外观形态和量产前景来说，光波导是目前最佳的增强现实方案，具有极好的发展潜力。众所周知，光波导的基础是轻薄透明的玻璃基底(其厚度一般在几毫米或亚毫米级别)，使得光通过在该玻璃基底的上下表面之间来回全反射以前进，即当传输介质的折射率大于周围介质的折射率且在波导中的入射角大于全反射临界角时，光可以在该光波导内发生全反射以进行无泄漏地传输。这样，来自投影仪的图像光被耦入该光波导后，图像光就在该光波导内继续无损地传播，直至被后续结构耦出。
[0004]目前，市面上的波导通常被分为几何阵列波导和衍射光波导。该几何光波导通常指的是阵列光波导，其通过阵列反射镜堆叠来实现图像的输出和动眼眶的扩大，虽然其图像质量和效率可以达到较高的水准，但却需要对多个半反半透镜面镀膜并进行叠合、切割、研磨以及抛光，导致其制造工艺流程繁冗，且总体良率较低，不适合工业上的批量化生产。该衍射光波导则主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导，虽然该衍射光波导会因光栅衍射而导致图像有彩虹现象和光晕，且存在效率偏低等问题，但在生产工艺方面，该衍射光波导因具有极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，而具有明显的优势。
[0005]然而，现有的衍射光波导虽然能够采用诸如矩形光栅、锯齿光栅或倾斜光栅等耦入光栅将可见光耦入波导，但却会因光栅衍射损失而导致波导耦入效率偏低。例如，当该耦入光栅的光栅周期范围为200nm至1um，并以一定角度范围入射的光被该耦入光栅衍射时，该矩形光栅的耦入效率不高于20％，该锯齿光栅和该倾斜光栅的耦入效率均不会高于40％。此外，由于考虑到实际工艺制作过程中的可量产性，还需要对该耦入光栅的结构形貌做一定的限制，因此该耦入光栅的最终耦入效率可能会更低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其能够在保证量产化的同时，提高光能利用效率。
[0007]本专利技术的另一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述光波导装置能够实现光能利用效率和可量产性之间的平衡，便于拓展其商业
化利用价值。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述光波导装置能够通过反射或折射的方式将光耦入至波导基板内，以大幅地提高耦入效率，进而大幅地提高光能利用效率。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述光波导装置无需配置高功率的投影光引擎，就能够实现高亮度的图像显示，以避免增大所述投影光引擎的散热负担。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述光波导装置能够仅利用倾斜侧面就能够实现光线的耦入，不仅能够提高光的耦入效率，而且还能够进一步减小光波导的体积和重量，以便符合当下小型化、轻薄化的发展潮流。
[0011]本专利技术的另一优势在于提供了光波导装置及其制造方法，其中为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本专利技术成功和有效地提供一解决方案，不只提供光波导装置及其制造方法，同时还增加了所述光波导装置及其制造方法的实用性和可靠性。
[0012]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本专利技术提供了光波导装置，包括：
[0013]一波导基板，其中所述波导基板具有相互平行的一第一表面和一第二表面；
[0014]一光耦入机构，其中所述光耦入机构被设置于所述波导基板，并且所述光耦入机构具有相对于所述波导基板的所述第一表面倾斜的一功能面，用于通过反射或折射的方式将光线耦入所述波导基板，以使该光线在所述波导基板的所述第一表面和所述第二表面之间全反射地传输；以及
[0015]一光栅工作机构，其中所述光栅工作机构被形成于所述波导基板，用于通过衍射的方式将该光线扩散地耦出所述波导基板。
[0016]根据本申请的一实施例，所述波导基板进一步具有一倾斜侧面，并且所述倾斜侧面与所述第一表面之间具有一预设夹角，其中所述波导基板的所述倾斜侧面被实施为所述光耦入机构的所述功能面。
[0017]根据本申请的一实施例，所述波导基板的所述倾斜侧面用于面向投影光引擎，使得经由该投影光引擎投射的图像光线在所述波导基板的所述倾斜侧面处发生折射以耦入所述波导基板。
[0018]根据本申请的一实施例，所述光耦入机构包括一增透膜，其中所述增透膜被设于所述波导基板的所述倾斜侧面。
[0019]根据本申请的一实施例，所述预设夹角满足以下条件：
[0020][0021]其中，n为所述波导基板的折射率；θ0为所述预设夹角；θ为图像光线与所述第一表面的法线之间的夹角。
[0022]根据本申请的一实施例，所述光耦入机构被实施为一反射元件，其中所述反射元件被对应地设置于所述波导基板的所述倾斜侧面，并且所述波导基板的所述第一表面用于面向投影光引擎，使得经由该投影光引擎投射的图像光线在所述波导基板的所述倾斜侧面
处发生反射以耦入所述波导基板。
[0023]根据本申请的一实施例，所述反射元件包括一反射膜，其中所述反射膜被设于所述波导基板的所述倾斜侧面。
[0024]根据本申请的一实施例，所述反射元件进一步包括一棱镜，其中所述反射膜被镀于所述棱镜的斜面，并且所述棱镜的所述斜面被对应地贴合于所述波导基板的所述倾斜侧面。
[0025]根据本申请的一实施例，所述棱镜的第一侧面平行地相交于所述波导基板的所述第二表面，并且所述棱镜的第二侧面垂直地相交于所述波导基板的所述第一表面。
[0026]根据本申请的一实施例，所述光耦入机构被实施为一折射棱镜，其中所述折射棱镜具有一耦入侧面和相对于所述耦入侧面倾斜地延伸的一斜面，其中所述折射棱镜的所述斜面被对应地贴合于所述波导基板的所述第二表面，并且所述折射棱镜的所述耦入侧面作为所述光耦入机构的所述功能面。
[0027]根据本申请的一实施例，所述光栅工作机构被实施为二维光栅，其中所述二维光栅被形成于所述波导基板的所述第一表面或所述第二表面，用于对在所述波导基板内传输的该光线进行衍射，以使该光线二维扩散地耦出所述波导基板。
[0028]根据本申请的一实施例，所述光栅工作机构包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光波导装置，其特征在于，包括：一波导基板，其中所述波导基板具有相互平行的一第一表面和一第二表面；一光耦入机构，其中所述光耦入机构被设置于所述波导基板，并且所述光耦入机构具有相对于所述波导基板的所述第一表面倾斜的一功能面，用于通过反射或折射的方式将光线耦入所述波导基板，以使该光线在所述波导基板的所述第一表面和所述第二表面之间全反射地传输；以及一光栅工作机构，其中所述光栅工作机构被形成于所述波导基板，用于通过衍射的方式将该光线扩散地耦出所述波导基板。2.如权利要求1所述的光波导装置，其中，所述波导基板进一步具有一倾斜侧面，并且所述倾斜侧面与所述第一表面之间具有一预设夹角，其中所述波导基板的所述倾斜侧面被实施为所述光耦入机构的所述功能面。3.如权利要求2所述的光波导装置，其中，所述波导基板的所述倾斜侧面用于面向投影光引擎，使得经由该投影光引擎投射的图像光线在所述波导基板的所述倾斜侧面处发生折射以耦入所述波导基板。4.如权利要求3所述的光波导装置，其中，所述光耦入机构包括一增透膜，其中所述增透膜被设于所述波导基板的所述倾斜侧面。5.如权利要求3所述的光波导装置，其中，所述预设夹角满足以下条件：其中，n为所述波导基板的折射率；θ0为所述预设夹角；θ为图像光线与所述第一表面的法线之间的夹角。6.如权利要求2所述的光波导装置，其中，所述光耦入机构被实施为一反射元件，其中所述反射元件被对应地设置于所述波导基板的所述倾斜侧面，并且所述波导基板的所述第一表面用于面向投影光引擎，使得经由该投影光引擎投射的图像光线在所述波导基板的所述倾斜侧面处发生反射以耦入所述波导基板。7.如权利要求6所述的光波导装置，其中，所述反射元件包括一反射膜，其中所述反射膜被设于所述波导基板的所述倾斜侧面。8.如权利要求7所述的光波导装置，其中，所述反射元件进一步包括一棱镜，其中所述反射膜被镀于所述棱镜的斜面，并且所述棱镜的所述斜面被对应地贴合于所述波导基板的所述倾斜侧面。9.如权利要求8所述的光波导装置，其中，所述棱镜的第一侧面平行地相交于所述波导基板的所述第二表面，并且所述棱镜的第二侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅琴，黄河，楼歆晔，林涛，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：