一种双向光能复用光波导制造技术

本发明专利技术属于光学元件技术领域，涉及一种双向光能复用光波导；包括波导基底、结构层和反射层；结构层设置于波导基底一侧的表面，反射层设置于波导基底另一侧；反射层在波导基底上的投影至少部分覆盖耦出区域所映射的面积，且不覆盖耦入区域所映射的面积；耦入区域承担入射光源的耦合功能，用以引进入射光源并产生衍射传导光，耦出区域用以承接耦入区域产生的衍射传导光，并继续扩导至整个区域，同时将光线出射；反射层用于反射来自耦出区域的反射式衍射出射光，并将此部分光线反向从耦出区域出射；通过耦出区域背置反射层的设计，将原本出射浪费的光线经反射层反射，并与耦出侧光线混合耦出，实现光能复用，提高光利用率。提高光利用率。提高光利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种双向光能复用光波导


[0001]本专利技术属于光学元件
，具体涉及一种双向光能复用光波导。

技术介绍

[0002]AR
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HUD （Augmented Reality HUD）：结合最先进的AR技术，让导航实现了与路况的融合。与HUD直接将信息投射到挡风玻璃上不同，AR
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HUD是让车辆信息、导航与视线内的景象所综合。我们看HUD的信息尚且需要聚焦在挡风玻璃上,在前路与挡风玻璃，有一个视线焦点的转换过程,但AR
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HUD进一步省略了这个过程。同时，AR
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HUD成像区域更大、投射距离更远，成像上也更为生动直观。由于AR
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HUD显示技术结合了增强现实和抬头显示两者间的优良特性，能帮助驾驶员分析掌控路况仪表等信息并显示在抬头显示模块，以便驾驶员更轻松方便的执行驾驶任务。
[0003]目前行业基于几何光学自由曲面反射的AR
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HUD方案，存在虚像视距短、体积大等缺点，基于衍射光波导的AR
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HUD利用光波导导光特性，配合衍射扩瞳，可极大缩小体积，并实现较大虚像视距。但是目前基于光波导方案均是利用单侧耦出的光线，存在光利用率低、浪费光能的现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的不足，本专利技术提出一种双向光能复用光波导，通过耦出区域背置反射层的设计，将原本出射浪费的光线经反射层反射，并与耦出侧光线混合耦出，实现光能服用，提高光利用率。<br/>[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双向光能复用光波导，包括波导基底、结构层和反射层；所述结构层设置于波导基底一侧的表面，所述反射层设置于波导基底另一侧；所述结构层包括耦出区域和耦入区域；所述反射层在波导基底上的投影至少部分覆盖耦出区域所映射的面积，且不覆盖耦入区域所映射的面积；所述耦入区域承担入射光源的耦合功能，用以引进入射光源并产生衍射传导光，所述耦出区域用以承接耦入区域产生的衍射传导光，并继续扩导至整个区域，同时将光线出射；所述反射层用于反射来自耦出区域的反射式衍射出射光，并将此部分光线反向从耦出区域出射。
[0006]优选的，所述波导基底为可见光透过率高的材料，折射率范围1.4
‑
2.2。
[0007]优选的，所述反射层为金属层，或者是高反射多层介质层，或者是高反射的微纳结构层。
[0008]优选的，所述反射层为具备反射特性的功能层。
[0009]所述反射层为铝、银、铬其中一种或几种具有反射特性的金属层。
[0010]优选的，所述反射层在波导基底上的投影面积小于或等于耦出区域所映射的面积。
[0011]优选的，所述反射层设置于波导基底另一侧的表面。
[0012]优选的，所述反射层一侧的表面设有基材，所述基材为玻璃或PET，能承载反射层就行。
[0013]优选的，所述反射层另一侧表面与所述波导基底贴合，或与所述波导基底之间有小于1cm的间隙。
[0014]优选的，所述耦入区域与耦出区域均采用纳米结构；所述耦入区域与耦出区域均选自全息体光栅、浮雕光栅、液晶光栅中的一种；所述纳米结构层上设有镀层。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过耦出区域背置反射层的设计，将原本出射浪费的光线经反射层反射，并与耦出侧光线混合耦出，实现光能复用，提高光利用率。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1的双向光能复用光波导的结构示意图；图2为一种耦出区域的光线传导示意图；图3为图2所示结构示意的透射光效率图；图4为图2所示结构示意的反射式衍射光效率图；图5为未设置波导下表面反射层的光线追迹图；图6为本专利技术实施例1双向光能复用光波导的光线传导示意图；图7为设置波导下表面的反射层的光线追迹图；图8为实施例2一种所示结构示意图；图9为实施例3一种所示结构示意图。
[0017]图中：1、波导基底；2、耦入区域；3、耦出区域；4、反射层；5、基材。
实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
实施例1
[0019]如图1所示，一种双向光能复用光波导，包括波导基底1、结构层和反射层4；波导基材1满足可见光波段高的透过效率，折射率范围1.4
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2.2；结构层设置于波导基底1一侧的表面，结构层包括耦出区域3和耦入区域2；耦入区域2与耦出区域3所用的纳米结构可以是全息体光栅、浮雕光栅、液晶光栅等；或为其他提升性能而衍生的基于此纳米结构的复合结构，如覆盖膜层、填充层；纳米结构层上还可以有镀层；反射层4设置于波导基底1另一侧的下表面；反射层4在波导基底1上的投影至少部分覆盖耦出区域3所映射的面积，且不覆盖耦入区域2所映射的面积；最优的是反射层4在波导基底1上的投影正好覆盖耦出区域3的投影映射范围；反射层4为金属层，或者是高反射多层介质层，或者是高反射的微纳结构层，具体可以为铝、银、铬其中一种或几种具有反射特性的金属层；耦入区域2承担入射光源的耦合功能，用以引进入射光源并产生衍射传导光，耦出区域3用以承接耦入区域2产生的衍射传导光，并继续扩导至整个区域，同时将光线出射；反射层4用于反射来自耦出区域3的反射式衍射出射光，并将此部分光线反向从耦出区域3出
射，增加耦出区域3总体出射光线。
[0020]图2示出了一种耦出区域的光线传导示意图。当耦出区域设为光栅时，在波导内传导的光线以一定的入射角度入射耦出区域纳米结构，基于纳米结构的衍射特性，会形成透射波导的透射光、沿原入射角度继续全反射传导的0级反射光和从下表面出射的衍射反射光。
[0021]而一般的衍射结构会同时存在透射光和衍射反射光，但一般仅能利用一侧的光线，不管是利用透射光亦或是衍射反射光，均会造成光线一定程度的浪费。如何提高光利用效率是本专利技术所提出结构的重点。
[0022]进一步通过仿真软件建立仿真模型，来更好的理解此部分能量的比重，如图3所示。图3为图2所示结构示意的透射光效率图，仿真参数设定如下：耦出区域光栅结构的周期400nm、深度100nm、占空比0.5，此时得到的透射光的效率约为2.224%，如图2所示。
[0023]图4为图2所示结构示意的反射式衍射光效率图。其中，代表图2的衍射反射光的效率约为2.29%。更多的光线是沿原方向继续传导扩展，直至扩展整个耦出区域。
[0024]由此可见，基于耦出区域的衍射结构，两侧出射的光能体量差异不大，若仅利用一侧的光线，势必会带来极大的光能浪费。
[0025]通过建立光波导传导模型，来整体了解耦出区域的光能利用情况。图5所示模型为耦入区域一维光栅，耦出区域二维点阵，该模型的传导方式为通过耦入区域的入射光经过一维光栅衍射，产生向耦出区域传导的衍射光，耦出区域经过光线二维扩瞳扩展，可实现整体耦出区域光线出射。
[0026]图5所示情况为未设置波导下表面反射层的光线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向光能复用光波导，其特征在于，包括波导基底（1）、结构层和反射层（4）；所述结构层设置于波导基底（1）一侧的表面，所述反射层（4）设置于波导基底（1）另一侧；所述结构层包括耦出区域（3）和耦入区域（2）；所述反射层（4）在波导基底（1）上的投影至少部分覆盖耦出区域（3）所映射的面积，且不覆盖耦入区域（2）所映射的面积；所述耦入区域（2）承担入射光源的耦合功能，用以引进入射光源并产生衍射传导光，所述耦出区域（3）用以承接耦入区域（2）产生的衍射传导光，并继续扩导至整个区域，同时将光线出射；所述反射层（4）用于反射来自耦出区域（3）的反射式衍射出射光，并将此部分光线反向从耦出区域（3）出射。2.根据权利要求1所述的双向光能复用光波导，其特征在于，所述波导基底（1）为可见光透过率高的材料，折射率范围1.4
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2.2。3.根据权利要求1所述的双向光能复用光波导，其特征在于，所述反射层（4）为金属层，或者是高反射多层介质层，或者是高反射的微纳结构层。4.根据权利要求1所述的双向光能复用光波...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明辉，
申请(专利权)人：苏州苏大维格科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：