一种两片式波导光学模组及近眼显示设备

本技术涉及一种两片式波导光学模组及近眼显示设备。主要涉及光波导领域。

背景技术：

1、近些年，基于衍射光波导的增强现实技术在军事、工业、医疗等领域得到了快速发展和应用。由于衍射光波导技术具有出瞳大、视场角大、轻便、紧凑、透过率高等优点，所以是目前增强现实头戴显示设备中最具有大规模应用前景的设备之一。目前微软，谷歌等公司已经推出了商业化的增强现实头戴显示设备。

2、对于增强现实头戴显示系统，主要由微显示器，准直镜组，衍射光波导，系统电路组成，其中衍射波导由耦入光栅，波导基底，耦出光栅构成。衍射波导用于头戴显示设备领域，最显著的优点就是可以实现出瞳扩展功能，有效的解决了传统光学显示器件体积大小，出瞳大小和视场角之间的权衡关系，从而实现了小体积大出瞳的显示效果。

3、因为近眼显示器需要佩戴在人头部，所以其轻小型和良好的显示效果就显得尤为重要。对于单个的一维波导而言，如专利cn202111019613.6其仅具备一维扩瞳的能力，视场角和眼盒小不满足使用要求；现有技术中单片式二维扩瞳波导，如专利 cn201880082846.0存在制造工艺比较复杂，成本高，效率低的问题；为了提高客户体验，需要视场角和眼盒增大，如专利cn 115236788 a中使用两个分光面进行扩瞳，但是两个分光面增大范围有限且不利于模组组装；而在两片式二维扩瞳波导中，如专利cn 216526543 u采用两片式几何波导元件进行二维扩瞳，但是几何波导由于其特性仍需要较厚尺寸，两片式厚度无法满足日常需求。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种两片式波导光学模组。

2、本实用新型是采用以下技术方案实现的：一种两片式波导光学模组，包括图像源、几何阵列波导、耦入纳米光栅、耦出纳米光栅、波导基底；所述图像源与几何阵列波导固定连接；所述的几何阵列波导与波导基底紧贴；所述耦入纳米光栅置于波导基底中间；所述耦出纳米光栅置于波导基底左右两侧。

3、进一步地，所述几何阵列波导包括多个倾斜分光面，每个分光面具有预定透反比的分光膜。

4、进一步地，所述耦入纳米光栅和所述耦出纳米光栅均采用亚波长纳米光栅。

5、一种近眼显示设备，采用上述的曲变周期纳米光栅光波导模组；结合便携式载体，将模组置于近眼处。

6、本实用新型的有益效果在于： 本实用新型提出了一种两片式波导光学模组，通过使用阵列波导和纳米光栅波导，使得设备更加小巧，携带更加便捷，传输效率更快可见光干扰更少折射率更高，并且扩宽了视场角，增大了眼盒范围；实现了二维扩瞳，简化了二维扩瞳波导加工难度，使其具有角的眼动范围，本实用新型方法具有简单、方便、稳定等优点。

技术特征：

1.一种两片式波导光学模组，其特征在于，包括图像源（1）、几何阵列波导（2）、耦入纳米光栅（3）、耦出纳米光栅（4）、波导基底（5）；所述图像源（1）与几何阵列波导（2）固定连接；所述的几何阵列波导（2）与波导基底（5）紧贴；所述耦入纳米光栅（3）置于波导基底（5）中间；所述耦出纳米光栅（4）置于波导基底（5）左右两侧。

2.根据权利要求1所述的两片式波导光学模组，其特征在于，所述几何阵列波导（2）包括多个倾斜分光面，每个分光面具有预定透反比的分光膜。

3.根据权利要求1所述的两片式波导光学模组，其特征在于，所述耦入纳米光栅（3）和所述耦出纳米光栅（4）均为亚波长纳米光栅。

4.一种近眼显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的两片式波导光学模组；结合便携式载体，将模组置于近眼处。

技术总结本技术公开了一种两片式二维扩瞳波导光学模组及近眼显示设备，所述光学模组包括（1）图像源，（2）阵列波导，（3）耦入纳米光栅，（4）耦出纳米光栅，（5）波导基底，所述第一片波导结构由几何阵列波导（2）构成用于图像垂直方向扩瞳；第二片波导结构由耦入纳米光栅波导（3）耦出纳米光栅（4）构成用于图像水平方向扩瞳；几何阵列波导（2）与波导基底（5）紧贴。本技术将衍射光波导与几何阵列波导相结合，使得设备更加小巧，携带更加便捷，传输效率更快可见光干扰更少折射率更高，并且扩宽了视场角，增大了眼盒范围；实现了二维扩瞳，简化了二维扩瞳波导加工难度，使其具有角的眼动范围。技术研发人员：芦畅泰,黄战华,潘成,伍圆军,刘洹铢受保护的技术使用者：天津大学四川创新研究院技术研发日：20230921技术公布日：2024/5/16