[发明专利]一种光波导、近眼显示系统及光波导耦出区域的设计方法

说明书

本发明实施例涉及光学设计技术领域，公开了一种光波导、近眼显示系统及光波导耦出区域的设计方法，该光波导包括：耦入区域和耦出区域，所述耦入区域用于耦入带有图像信息的光束，所述耦出区域用于耦出所述带有图像信息的光束，其中，所述耦出区域包括：多个像素化排列的分区，所述分区包括设有光栅结构的分区和未设有光栅结构的分区，所述未设有光栅结构的分区用于全反射传播所述光束，所述设有光栅结构的分区用于耦出部分光束，以及扩展传播部分光束，所述未设有光栅结构的分区的数量沿远离所述耦入区域的方向逐渐减少，本发明实施例通过光波导耦出区域的设计方法设计出的如上述光波导能够输出均匀性较佳的光束，且加工容易。

技术领域

本发明实施例涉及光学设计技术领域，特别涉及一种光波导、近眼显示系统及光波导耦出区域的设计方法。

背景技术

增强现实技术即AR技术是将虚拟信息与现实世界相互融合，属于下一个信息技术的引爆点，据权威预测增强现实眼镜将会取代手机成为下一代的协作计算平台。以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起，尤其在安防和工业领域，增强现实技术体现了无与伦比的优势，大大改进了信息交互方式。目前比较成熟的增强现实技术主要分为棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案和波导方案，前三种方案体积较大，限制了其在智能穿戴方面，即增强现实眼镜方面的应用，而波导是目前最佳的增强现实眼镜方案。波导方案又分为几何波导方案、浮雕光栅波导方案和体全息波导方案。几何波导方案是使用阵列的镀膜半透半反射镜来达到虚拟信息的显示，但是该方案的视场和眼动范围受限，而且阵列镜片会给画面带来条纹效果，所以几何波导方案无法给人眼呈现最佳的显示效果。体全息波导方案目前在大规模量产上受到了限制。浮雕光栅波导方案由于纳米压印的便利性是目前研究最多的技术方案，具有大视场和大眼动范围的优势。浮雕光栅波导目前的方案路径主要有基于一维光栅的波导方案和基于二维光栅的波导方案。二维光栅波导分为耦入区域和耦出区域，耦出区域兼顾了扩展和耦出的功能，而视场均匀性和出瞳均匀性是二维光栅波导的一大挑战。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前，为了提高光波导耦出区域的出光均匀性，常规方法是对耦出区域进行分区，不同分区的光栅参数不同(比如高度，占空比，直径等等)，光栅周期相同，这样可以调节不同分区的耦出效率，从而达到整个耦出区域的均匀。然而，此常规方案的缺点就是不同的分区不同光栅参数，这样增加了加工的难度，提高了加工的成本。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种均匀性好、加工容易的光波导、近眼显示系统及光波导耦出区域的设计方法。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种光波导，包括：耦入区域和耦出区域，所述耦入区域用于耦入带有图像信息的光束，所述耦出区域用于耦出所述带有图像信息的光束，其中，

所述耦出区域包括：多个像素化排列的分区，所述分区包括设有光栅结构的分区和未设有光栅结构的分区，所述未设有光栅结构的分区用于全反射传播所述光束，所述设有光栅结构的分区用于耦出部分光束，以及扩展传播部分光束，所述未设有光栅结构的分区的数量沿远离所述耦入区域的方向逐渐减少。

在一些实施例中，所述光波导还包括波导基底，所述耦入区域和所述耦出区域设置在所述波导基底上。

在一些实施例中，所述分区的形状为平行四边形，和/或，所述分区的形状与所述耦出区域的光栅的周期形状一致。

在一些实施例中，各个所述设有光栅结构的分区内的光栅结构的参数一致。

在一些实施例中，在所述耦出区域中，各个所述分区的尺寸一致，所述分区的尺寸小于眼瞳直径，所述眼瞳直径为4mm。

在一些实施例中，所述耦入区域的结构为反射镜、棱镜、自由曲面结构、光栅结构、超表面结构、体全息结构或者共振光栅结构中的一种。