[发明专利]用于近眼显示的光波导以及近眼显示设备

说明书

本申请提供一种用于近眼显示的光波导以及近眼显示设备，包括波导基底、至少一个耦入光栅以及至少一个耦出光栅，耦入光栅和耦出光栅设于波导基底。其中，耦出光栅包括在第一方向和/或第二方向上周期排布的多聚体光学超构结构基本单位元，多聚体光学超构结构基本单位元包括至少两个亚波长光学结构和至少一个多聚体间隙，相邻的亚波长光学结构之间具有至少一个多聚体间隙，第二方向与第一方向相交设置，且第二方向与第一方向位于平行于所述波导基底、面向所述耦出光栅的表面的平面内。利用周期排布的多个多聚体光学超构结构基本单位元中的至少两个亚波长光学结构和多聚体间隙处形成的电磁相互作用，提高视场均匀度和能量利用率以及降低制造成本。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种用于近眼显示的光波导以及近眼显示设备。

背景技术

伴随着便携式计算设备、高速网络通信技术和大数据技术的快速发展，传统的平板显示器件难以满足人们日益增长的便携化、可穿戴和沉浸式观看需求。近些年来，近眼显示技术被广泛关注并快速发展，在虚拟现实(virtual reality，VR)和增强现实(augmentedreality，AR)领域展现出重要的应用价值。虚拟现实技术为用户提供了完全虚拟化的沉浸式观看体验。而增强显示技术则可以在用户、虚拟图像和现实世界之间建立起信息的桥梁，其通过将虚拟的图像和真实的环境进行实时叠加，可以为人们提供超越现实的感官体验。

因此，增强现实技术在教育、安防、健康管理、虚拟训练、医疗研究以及电子游戏等领域具有广阔地应用前景。为了满足这样的需求，服务于增强现实技术的近眼显示设备需要能够在实现较好虚拟图像显示效果的基础上保证真实世界的光线能够直接穿过设备被人眼捕获。这就要求近眼显示设备应同时满足各项显示性能指标，包括较大的视场角、良好的视场均匀度、较大的眼动范围以及更高的显示分辨率等。

此外，考虑到用户可穿戴的使用需求，近眼显示设备还必须满足轻量化、微型化和类眼镜/头盔形态的特点。然而，上述要求点在实际设计中往往相互牵制、相互竞争甚至相互矛盾，因此具有优秀性能的增强显示眼镜/头盔的设计和制造仍具有较大的挑战性。

发明内容

本申请提供一种改进的用于近眼显示的光波导以及近眼显示设备。

本申请实施例提供一种用于近眼显示的光波导，包括波导基底、至少一个耦入光栅以及至少一个耦出光栅，所述耦入光栅和所述耦出光栅设于所述波导基底；所述耦入光栅用于将光束耦入所述波导基底；所述耦出光栅用于将所述光束耦出所述波导基底；其中，所述耦出光栅包括在第一方向和/或第二方向上周期排布的多个多聚体光学超构结构基本单位元，所述多聚体光学超构结构基本单位元包括至少两个亚波长光学结构和至少一个多聚体间隙，相邻的所述亚波长光学结构之间具有所述至少一个多聚体间隙，所述第二方向与所述第一方向相交设置，且所述第二方向与所述第一方向位于平行于所述波导基底、面向所述耦出光栅的表面的平面内。

可选的，在所述多聚体光学超构结构基本单位元中，相邻的两个所述亚波长光学结构相对于任一个所述多聚体间隙轴对称设置或反轴对称设置或所述多聚体间隙非对称设置。

可选的，所述多个多聚体光学超构结构基本单位元在所述第一方向和/或所述第二方向对称分布。

可选的，所述多个多聚体光学超构结构基本单位元在所述第一方向和/或所述第二方向非对称分布。

可选的，所述多聚体光学超构结构基本单位元包括设于所述多聚体间隙内的至少一个间隙填充结构。

可选的，所述间隙填充结构的最大尺寸小于或等于所述多聚体间隙的最大尺寸。

可选的，所述间隙填充结构的高度与其所在所述多聚体光学超构结构基本单位元中的所述亚波长光学结构的高度相同或不同。

可选的，所述间隙填充结构的材料与其所在所述多聚体光学超构结构基本单位元中的所述亚波长光学结构的材料相同或不同。