一种二维光栅、传输波导及近眼显示系统技术方案

本申请涉及显示技术领域，公开了一种二维光栅、传输波导及近眼显示系统，包括：沿二维方向周期性排列且呈矩形的重复单元结构；各重复单元结构包括位于矩形中心的第一凸起部分和位于矩形四个顶角的第二凸起部分；在各重复单元结构中四个第二凸起部分的总尺寸等于第一凸起部分的尺寸；第一凸起部分的边界为四个圆弧组成的拼接结构；四个圆弧中相对两个圆弧的半径相等。这样的结构能够提高光束沿非原方向的衍射级次的衍射效率，同时降低被衍射成导致条纹效应的级次的光的比例，使耦出光束能在显示屏上更均匀，进而可以有效改善显示系统的中央亮条纹效应，为用户提供跨整个观察范围更均匀的显示效果。匀的显示效果。匀的显示效果。

【技术实现步骤摘要】
一种二维光栅、传输波导及近眼显示系统


[0001]本技术涉及显示
，特别是涉及一种二维光栅、传输波导及近眼显示系统。

技术介绍

[0002]随着计算机科学的迅猛发展，基于近眼显示设备的增强现实(Augmented Reality，AR)等人机交互技术逐渐成为热点。AR近眼显示设备可以将生成的虚拟信息叠加到现实世界中，实现虚拟世界和现实世界的“无缝”集成，给用户带来移动场景的切实感受。AR显示系统，其一般主要由微显示器和传输波导系统组成。传输波导系统中耦入区域的光学元件将微显示器发出的光束耦入进波导片，并以全反射的方式传播，耦出区域的光学元件将波导片中传播的光束耦出到人眼，人眼就可以接收到来自微显示器的虚拟信息，同时波导片可以透射真实世界，实现了虚拟世界和真实世界的融合。
[0003]目前常见的传输光波导主要有几何光波导和衍射光波导。由于光栅在设计和生产上的灵活性，使得衍射光波导技术在可量产性和产品良率方面都比几何光波导具有更大的优势，衍射光波导一般采用衍射光栅来实现对出射光瞳的扩展。但是衍射光波导有一个普遍的问题，在输出图像的中间位置比其他位置具有更高的亮度，这是因为光束沿原方向传播的衍射级次的衍射效率相对较高，能量主要集中在中间位置，边缘位置能量低，从而形成了“中间条纹效应”。
[0004]因此，如何有效缓解上述“中间条纹效应”，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种二维光栅、传输波导及近眼显示系统，可以有效改善显示系统的中央亮条纹效应，实现更好的出瞳均匀性。其具体方案如下：
[0006]一种二维光栅，包括：沿二维方向周期性排列且呈矩形的重复单元结构；
[0007]各所述重复单元结构包括位于矩形中心的第一凸起部分和位于矩形四个顶角的第二凸起部分；在各所述重复单元结构中四个所述第二凸起部分(12、13、14、15)的总尺寸等于所述第一凸起部分的尺寸；
[0008]所述第一凸起部分的边界为四个圆弧组成的拼接结构；所述四个圆弧中相对两个圆弧的半径相等。
[0009]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述第一凸起部分具有水平对称轴和竖直对称轴；所述水平对称轴和所述竖直对称轴将所述第一凸起部分分为四个子部分；
[0010]所述第一凸起部分的各子部分与各所述第二凸起部分相对应。
[0011]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述第一凸起部分中位于左上的子部分与位于矩形右下顶角的第二凸起部分具有相同的形状、尺寸和方位；
[0012]所述第一凸起部分中位于右上的子部分与位于矩形左下顶角的第二凸起部分具有相同的形状、尺寸和方位；
[0013]所述第一凸起部分中位于左下的子部分与位于矩形右上顶角的第二凸起部分具有相同的形状、尺寸和方位；
[0014]所述第一凸起部分中位于右下的子部分与位于矩形左上顶角的第二凸起部分具有相同的形状、尺寸和方位。
[0015]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述四个圆弧的圆心连线为菱形结构。
[0016]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述四个圆弧中，其中一组相对两个圆弧的圆心位于所述水平对称轴上，另外一组相对两个圆弧的圆心位于所述竖直对称轴上。
[0017]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述四个圆弧中，其中一组相对两个圆弧对应的圆心角为钝角，另外一组相对两个圆弧对应的圆心角为锐角。
[0018]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述四个圆弧中，其中一组相对两个圆弧的半径范围为70nm至150nm，另外一组相对两个圆弧的半径范围为20nm至150nm。
[0019]优选地，在本技术实施例提供的上述二维光栅中，所述第一凸起部分和所述第二凸起部分的高度范围为50nm至100nm。
[0020]本技术实施例还提供了一种传输波导，包括：波导板，位于所述波导板上的耦入光栅和耦出光栅；其中，所述耦入光栅为一维光栅；所述耦出光栅为如本技术实施例提供的上述二维光栅。
[0021]本技术实施例还提供了一种近眼显示系统，包括：微显示器，用于将所述微显示器发射的输入光变成平行光的光束准直透镜组，以及用于接收所述平行光的如本技术实施例提供的上述传输波导。
[0022]从上述技术方案可以看出，本技术所提供的一种二维光栅，包括：沿二维方向周期性排列且呈矩形的重复单元结构；各重复单元结构包括位于矩形中心的第一凸起部分和位于矩形四个顶角的第二凸起部分；在各重复单元结构中四个第二凸起部分的总尺寸等于第一凸起部分的尺寸；第一凸起部分的边界为四个圆弧组成的拼接结构；四个圆弧中相对两个圆弧的半径相等。
[0023]本技术提供的上述二维光栅，设计了具有第一凸起部分和第二凸起部分的重复单元结构，其中第一凸起部分的边界为四个圆弧组成的拼接结构，且相对两个圆弧的半径相等，这样的结构使光同时在两个维度扩展，能够提高光束沿非原方向的衍射级次的衍射效率，同时降低被衍射成导致条纹效应的级次的光的比例，使耦出光束能在显示屏上更均匀，进而可以有效改善显示系统的中央亮条纹效应，为用户提供跨整个观察范围更均匀的显示效果。
[0024]此外，本技术还针对二维光栅提供了相应的传输波导及近眼显示系统，进一步使得上述二维光栅更具有实用性，该传输波导及近眼显示系统具有相应的优点。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本技术实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本技术实施例提供的二维光栅的结构示意图；
[0027]图2为本技术实施例提供的重复单元结构的结构示意图；
[0028]图3为本技术实施例提供的第一凸起部分的边界结构示意图；
[0029]图4为本技术实施例提供的第一凸起部分中各子结构的示意图；
[0030]图5为本技术实施例提供的重复单元结构对应的单元周期的示意图；
[0031]图6a至图6c分别为本技术实施例提供的圆弧半径不同时对应的眼动范围中心处不同视场角度的均匀性图；
[0032]图7为本技术实施例提供的传输波导的结构俯视图；
[0033]图8为本技术实施例提供的近眼显示设备的结构示意图；
[0034]其中，1为重复单元结构，11为第一凸起部分，12为位于矩形左上顶角的第二凸起部分，13为位于矩形右上顶角的第二凸起部分，14为位于矩形左下顶角的第二凸起部分，15为位于矩形右下顶角的第二凸起部分，111、112、113、114为第一凸起部分的边界的四个圆弧，115为第一凸起部分中位于左本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维光栅，其特征在于，包括：沿二维方向周期性排列且呈矩形的重复单元结构(1)；各所述重复单元结构(1)包括位于矩形中心的第一凸起部分(11)和位于矩形四个顶角的第二凸起部分(12、13、14、15)；在各所述重复单元结构中四个所述第二凸起部分(12、13、14、15)的总尺寸等于所述第一凸起部分(11)的尺寸；所述第一凸起部分(11)的边界为四个圆弧(111、112、113、114)组成的拼接结构；所述四个圆弧(111、112、113、114)中相对两个圆弧的半径相等。2.根据权利要求1所述的二维光栅，其特征在于，所述第一凸起部分(11)具有水平对称轴和竖直对称轴；所述水平对称轴和所述竖直对称轴将所述第一凸起部分(11)分为四个子部分；所述第一凸起部分(11)的各子部分与各所述第二凸起部分(12、13、14、15)相对应。3.根据权利要求2所述的二维光栅，其特征在于，所述第一凸起部分(11)中位于左上的子部分(115)与位于矩形右下顶角的第二凸起部分(15)具有相同的形状、尺寸和方位；所述第一凸起部分(11)中位于右上的子部分(116)与位于矩形左下顶角的第二凸起部分(14)具有相同的形状、尺寸和方位；所述第一凸起部分(11)中位于左下的子部分(117)与位于矩形右上顶角的第二凸起部分(13)具有相同的形状、尺寸和方位；所述第一凸起部分(11)中位于右下的子部分(118)与位于矩形左上顶角的第二凸起部分(12)具有相同的形状、尺寸和方位。4.根据权利要求2或3所述的二维光栅，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲慧超，
申请(专利权)人：烟台艾睿光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：