近眼显示光波导以及近眼显示设备的制作方法

本技术涉及光学显示，尤其涉及一种近眼显示光波导以及近眼显示设备。

背景技术：

1、近些年，近眼显示(near-to-eye displays)技术受到国内外越来越广泛地关注。传统的近眼显示器件是基于传统光学设计和制造的。尽管基于传统光学的设计和加工十分成熟和稳定，但是利用该技术实现的近眼显示设备通常都具有较大的重量和体积，其轻便性和穿戴舒适性不佳。最近二十年来，光学微纳加工技术实现了突破性的发展，这也为近眼显示技术带来了革命性的突破；近眼显示技术由传统光学设计快速过渡到了衍射光学设计。利用微纳衍射光栅和光波导技术，近眼显示设备有望获得更加轻便、舒适的用户体验和眼镜形态的设备形态。

2、然而，基于衍射光波导设计的近眼显示设备在显示性能上具有一些内禀的缺陷。一方面，相较于传统光学器件，衍射光学器件的能量利用率较低，这造成了显示亮度的降低和大量的能量浪费；另一方面，由于衍射光波导还承担着出瞳扩展的功能，因此光线在光波导中传输的过程中难以实现在光波导各个位置输出能量的一致性，从而造成了较差的视场均匀度和光瞳均匀度。

3、为提升显示性能，相关技术中提供更加丰富的设计自由度，但其各个设计自由度之间难以解耦的问题严重影响了其显示性能的提升空间，并且这些结构的工艺难度极大、工艺稳定性较差且加工成本更高，短时间内尚无法实现稳定量产。

技术实现思路

1、本技术提供一种改进的近眼显示光波导以及近眼显示设备。

2、本技术实施例提供一种近眼显示光波导，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，所述耦出光栅包括至少一个第一衍射区域，所述第一衍射区域包括从所述波导基底的表面凸出的至少两个光栅结构组，每个所述光栅结构组包括周期排布的至少两个一维光栅结构，所述至少两个光栅结构组的所述一维光栅结构相交。

3、可选的，所述至少两个光栅结构组包括第一光栅结构组和第二光栅结构组，所述第一光栅结构组的所述至少两个一维光栅结构在第一周期方向上周期排布，所述第二光栅结构组的所述至少两个一维光栅结构在第二周期方向上周期排布；所述第二周期方向与所述第一周期方向相交；其中，所述第一光栅结构组的所述一维光栅结构和所述第二光栅结构组的所述一维光栅结构相交。

4、可选的，所述至少两个光栅结构组包括第三光栅结构组和第四光栅结构组，所述第三光栅结构组的所述至少两个一维光栅结构在第三周期方向上周期排布；所述第三光栅结构组的所述一维光栅结构分别与所述第一光栅结构组的所述一维光栅结构、所述第二光栅结构组的所述一维光栅结构相交，所述第三周期方向分别与所述第一周期方向和所述第二周期方向相交；所述第四光栅结构组的所述至少两个一维光栅结构在第四周期方向上周期排布；所述第四光栅结构组的所述一维光栅结构分别与所述第一光栅结构组的所述一维光栅结构、所述第二光栅结构组的所述一维光栅结构、所述第三光栅结构组的所述一维光栅结构相交；所述第四周期方向分别与所述第一周期方向、所述第二周期方向和所述第三周期方向相交；其中，

5、所述第一周期方向和所述第二周期方向之间的夹角为π/2，所述第三周期方向分别与所述第一周期方向和所述第二周期方向的夹角小于π/2；或

6、所述第一周期方向和所述第二周期方向之间的夹角为π/3，所述第三周期方向分别与所述第一周期方向和所述第二周期方向的夹角小于π/3；或

7、所述第一周期方向和所述第二周期方向之间的夹角为π/2，所述第四周期方向分别与所述第一周期方向和所述第二周期方向的夹角小于π/2，且与所述第三周期方向之间的夹角为π/2；或

8、所述第一周期方向和所述第二周期方向之间的夹角为π/3，所述第四周期方向分别与所述第一周期方向和所述第二周期方向的夹角小于π/3，且与所述第三周期方向之间的夹角为π/3。

9、可选的，不同所述光栅结构组的所述一维光栅结构的结构相同或不同。

10、可选的，不同所述光栅结构组的所述一维光栅结构的折射率相同或不同。

11、可选的，所述光栅结构组中相邻的所述一维光栅结构间隔分离设置。

12、可选的，所述光栅结构组中相邻的所述一维光栅结构等间距设置或不等间距设置。

13、可选的，所述光栅结构组中的所述一维光栅结构相对于所述波导基底的表面高度相同。

14、可选的，所述光栅结构组的所述一维光栅结构为连续结构。

15、可选的，所述光栅结构组的所述一维光栅结构多个分离的子一维光栅结构，所述多个分离的子一维光栅结构在所述一维光栅结构的延伸方向上等间距或非等间距间隔设置。

16、可选的，不同的所述光栅结构组的所述一维光栅结构的所述子一维光栅结构相同。

17、可选的，所述光栅结构组的所述一维光栅结构的所述多个子一维光栅结构相同，且在所述周期方向上周期排列。

18、可选的，所述子一维光栅结构的最长结构尺寸方向与所述一维光栅结构的延伸方向一致。

19、可选的，多个所述光栅结构组的所述一维光栅结构的边缘为平滑过渡的曲线，且不同的所述光栅结构组的所述一维光栅结构的边缘平滑连接；多个所述光栅结构组的所述一维光栅结构通过空间滤波图像处理设计得到；其中，所述空间滤波图像处理包括高通滤波处理、低通滤波处理或带通滤波处理。

20、可选的，所述一维光栅结构包括柱状结构或锥状结构或台状结构。

21、可选的，所述一维光栅结构的折射率与所述波导基底的折射率相同或不同。

22、可选的，所述波导基底的表面为平面或曲面，其中所述曲面为凸面或凹面。

23、可选的，所述第一衍射区域为由直边围成、或由弧边围成、或由直边和弧边共同围成的规则区域。

24、可选的，所述光栅结构组的所述一维光栅结构的表面设有光学镀膜或涂层；所述光学镀膜或所述涂层的材料为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、五氧化二钽、氧化铪、氧化锆中的一种或至少两种的组合。

25、可选的，所述耦出光栅还包括第二衍射区域，所述第二衍射区域与所述第一衍射区域的边缘接触设置或间隔设置。

26、本技术还提供一种近眼显示设备，包括：

27、投影装置；及

28、上述实施例中任一项所述的近眼显示光波导，所述投影装置设于所述近眼显示光波导的一侧；所述近眼显示光波导的耦入光栅用于将所述投影装置发出的包含有图像信息的光束耦入至所述近眼显示光波导的波导基底。

29、本技术实施例的近眼显示光波导，耦出光栅包括至少一个第一衍射区域，第一衍射区域包括从波导基底的表面凸出的至少两个光栅结构组，每个光栅结构组包括周期排布的至少两个一维光栅结构，至少两个光栅结构组的一维光栅结构相交。如此设置，可增加耦出光栅的衍射效率分布设计自由度，提升视场均匀度和能量利用率，且一维光栅结构易加工，可实现稳定量产。