导光器件以及可穿戴设备的制作方法

本申请涉及近眼显示，更具体地，本申请涉及一种导光器件以及可穿戴设备。

背景技术：

1、光波导元件是增强现实(ar)设备的核心器件。光波导元件主要是利用全反射原理实现光线传输，结合衍射光学元件，实现光线的定向传导，进而将成像的光线导向人眼，从而使用户可以看到投影的图像。

2、目前，光波导技术主要分为两大类：几何光波导和衍射光波导。几何光波导具有成像质量较好、不易出现色散的优点，但是其制造成本高，工艺复杂困难。而衍射光波导存在衍射效率低且很容易出现色散的问题，但是其制造成本低、工艺也比几何光波导简单。可见，目前的两种光波导技术各有优劣。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供的一种导光器件以及可穿戴设备的新技术方案，能实现最终图像的无色散耦出且制造成本较低。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种导光器件。所述导光器件包括波导基底以及设于所述波导基底上的耦入区和耦出区；

3、所述耦入区用于将光线通过几何光学的方式或者设定衍射的方式无色散的耦入至所述波导基底内，并使耦入的所述光线在所述波导基底内全反射传播至所述耦出区；

4、所述耦出区包括具有设定光栅周期的表面浮雕光栅或者复用体全息光栅，所述耦出区用于耦出传播至所述耦出区的光线，其中，所述光线在所述耦出区经衍射形成不同波长的单色光线，不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。

5、可选地，在所述耦出区以不同衍射级次耦出的光线具有相同的衍射角度。

6、可选地，所述耦入区包括至少一个棱镜，用于将所述光线以几何光学的方式无色散的耦入所述波导基底内。

7、可选地，所述耦入区包括所述具有设定光栅周期的表面浮雕光栅或者所述复用体全息光栅，用以将所述光线以设定衍射的方式无色散的耦入至所述波导基底内。

8、可选地，所述表面浮雕光栅的设定光栅周期设置为1μm～5μm。

9、可选地，所述复用体全息光栅为采用同一材料经至少两次干涉曝光形成多个不同的布拉格衍射域，其中，每个所述布拉格衍射域用于对同一波长的单色光线进行衍射，且其余波长的光线均能透过。

10、可选地，所述复用体全息光栅为采用至少两种不同的材料形成多层复合结构，其中，每层对应的形成一个布拉格衍射域，每个所述布拉格衍射域用于对同一波长的单色光线进行衍射，且其余波长的光线均能透过。

11、可选地，所述导光器件还包括扩瞳区，所述扩瞳区位于所述波导基底上；

12、所述扩瞳区用于对经所述耦入区耦入所述波导基底内的光线进行扩瞳，并将扩瞳后的光线传播至所述耦出区；

13、其中，所述扩瞳区包括棱镜阵列或者衍射光学器件。

14、可选地，所述衍射光学器件包括表面浮雕光栅或者体全息光栅。

15、可选地，所述耦入区与所述耦出区位于所述波导基底的同一侧；或者，

16、所述耦入区与所述耦出区分设在所述波导基底的两侧。

17、所述扩瞳区与所述耦入区及所述耦出区中的任一者位于同侧。

18、可选地，当所述光线在所述耦入区通过所述几何光学的方式耦入时，所述光线在所述波导基底内以混合光的形式全反射传播至所述耦出区，在所述耦出区将所述混合光经衍射形成不同波长的单色光线，所述不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。

19、可选地，当所述光线在所述耦入区通过所述设定衍射的方式耦入时，所述光线在所述耦入区经衍射形成不同波长的单色光线，所述不同波长的单色光线能以相同或者相接近的全反射角度传播至所述耦出区，在所述耦出区将所述不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。

20、可选地，经所述耦入区进入所述波导基底内全反射传播的第一光线朝向所述扩瞳区及所述耦出区传播，所述第一光线在所述扩瞳区经衍射形成第二光线，之后所述第一光线继续沿原先方向传播，所述第一光线在所述耦出区形成耦出光线，之后所述第一光线继续沿原先方向传播，所述第二光线射入所述耦出区时经衍射能够形成与所述第一光线方向相同的光线用以抵消色散并完成光线的扩瞳，最终所述耦出光线能够铺满整个所述耦出区。

21、第二方面，本申请实施例提供了一种可穿戴设备。所述可穿戴设备包括：

22、如第一方面所述的导光器件；

23、光机，所述光机用以将光线或者图像射入所述耦入区；及

24、外壳，所述导光器件及所述光机设于所述外壳的内部。

25、本申请的有益效果在于：

26、本申请实施例提供了一种实现增强现实功能的导光器件，将波导基底上的耦入区设置为采用几何光学的方式或者设定衍射的方式无色散的耦入至波导基底内，在耦入时能利用大部分的光能，这利于提高衍射效率，并且耦出区设计采用了复用体全息光栅或者特殊设计的浮雕光栅，可实现最终图像的无色散耦出，能提升成像画面的质量，使用户获得良好的体验感。

27、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种导光器件，其特征在于，包括波导基底(100)以及设于所述波导基底(100)上的耦入区(101)和耦出区(102)；

2.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，在所述耦出区(102)以不同衍射级次耦出的光线具有相同的衍射角度。

3.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述耦入区(101)包括至少一个棱镜，用于将所述光线以几何光学的方式无色散的耦入所述波导基底(100)内。

4.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述耦入区(101)包括所述具有设定光栅周期的表面浮雕光栅或者所述复用体全息光栅，用以将所述光线以设定衍射的方式无色散的耦入至所述波导基底(100)内。

5.根据权利要求1或4所述的导光器件，其特征在于，所述表面浮雕光栅的设定光栅周期设置为1μm～5μm。

6.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述复用体全息光栅为采用同一材料经至少两次干涉曝光形成多个不同的布拉格衍射域，其中，每个所述布拉格衍射域用于对同一波长的单色光线进行衍射，且其余波长的光线均能透过。

7.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述复用体全息光栅为采用至少两种不同的材料形成多层复合结构，其中，每层对应的形成一个布拉格衍射域，每个所述布拉格衍射域用于对同一波长的单色光线进行衍射，且其余波长的光线均能透过。

8.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述导光器件还包括扩瞳区(103)，所述扩瞳区(103)位于所述波导基底(100)上；

9.根据权利要求8所述的导光器件，其特征在于，所述衍射光学器件包括表面浮雕光栅或者体全息光栅。

10.根据权利要求8所述的导光器件，其特征在于，所述耦入区(101)与所述耦出区(102)位于所述波导基底(100)的同一侧；或者，

11.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，当所述光线(01)在所述耦入区(101)通过所述几何光学的方式耦入时，所述光线(01)在所述波导基底(100)内以混合光的形式全反射传播至所述耦出区(102)，在所述耦出区(102)将所述混合光经衍射形成不同波长的单色光线，所述不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。

12.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，当所述光线(01)在所述耦入区(101)通过所述设定衍射的方式耦入时，所述光线(01)在所述耦入区(101)经衍射形成不同波长的单色光线，所述不同波长的单色光线能以相同或者相接近的全反射角度传播至所述耦出区(102)，在所述耦出区(102)将所述不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。

13.根据权利要求8所述的导光器件，其特征在于，经所述耦入区(101)进入所述波导基底(100)内全反射传播的第一光线(1001)朝向所述扩瞳区(103)及所述耦出区(102)传播，所述第一光线(1001)在所述扩瞳区(103)经衍射形成第二光线(1002)，之后所述第一光线(1001)继续沿原先方向传播，所述第一光线(1001)在所述耦出区(102)形成耦出光线(1003)，之后所述第一光线(1001)继续沿原先方向传播，所述第二光线(1002)射入所述耦出区(102)时经衍射能够形成与所述第一光线(1001)方向相同的光线用以抵消色散并完成光线的扩瞳，最终所述耦出光线(1003)能够铺满整个所述耦出区(102)。

14.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括：

技术总结本申请实施例公开了一种导光器件以及可穿戴设备；其中，所述导光器件包括波导基底以及设于所述波导基底上的耦入区和耦出区；所述耦入区用于将光线通过几何光学的方式或者设定衍射的方式无色散的耦入至所述波导基底内并使耦入的所述光线在所述波导基底内全反射传播至所述耦出区；所述耦出区包括具有设定光栅周期的表面浮雕光栅或者复用体全息光栅，所述耦出区用于耦出传播至所述耦出区的光线，其中，所述光线在所述耦出区经衍射形成不同波长的单色光线，不同波长的单色光线以与自身相对应的衍射级次耦出，且同一波长的单色光线在其余的衍射级次的衍射效率接近或者等于零。本申请实施例提供的导光器件，能实现最终图像的无色散耦出且制造成本较低。技术研发人员：程鑫,魏如东受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27