一种衍射光波导及增强现实显示设备的制作方法

本申请涉及增强现实领域，尤其涉及一种衍射光波导及增强现实显示设备。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，光波导系统则是实现ar技术的关键部件之一。在进行增强现实的显示场景中，需要通过光机将需要叠加在真实场景的画面光束投射在光波导系统上，通过光波导系统对画面光束的传导方向进行偏转，使得画面光束进入人眼。现有的一维架构的光波导系统通常采用一维光栅进行扩瞳和耦出。

2、但是，目前光线在耦入耦出衍射光波导时，通常入射角和出射角相同，这就导致如果需要人眼观察角与衍射光波导成一定角度，则需要光机入射角同时发生偏移，这在结构设计上带来了诸多不便，造成ar眼镜体积的增大。

技术实现思路

1、本申请旨在缓解光线在耦入耦出衍射光波导时入射角和出射角相同的约束给需要人眼观察角与衍射光波导成一定角度时的场景所带来的设计上的不便。

2、基于此，本申请提供了一种衍射光波导，包括：

3、波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述耦入光栅的光栅方向和光栅周期、所述转折光栅的光栅方向和光栅周期以及所述耦出光栅的光栅方向和光栅周期，适配于使得光线入射至所述耦入光栅的入射角不同于光线从所述耦出光栅出射的出射角，所述入射角与所述出射角均为光线与所述波导基底表面的法线之间的夹角。

4、可选地，光线相对于所述波导基底表面倾斜入射至所述耦入光栅，且光线垂直于所述波导基底表面出射。

5、可选地，光线垂直于所述波导基底表面入射至所述耦入光栅，且光线相对于所述波导基底表面倾斜出射。

6、可选地，光线相对于所述波导基底表面倾斜入射至所述耦入光栅，光线相对于所述波导基底表面倾斜出射，且所述入射角θ1不同于所述出射角θ2。

7、可选地，以所述波导基底表面为xoy平面，所述波导基底表面的法线为z轴建立三维坐标系，所述入射角θ1包括θx1和θy1，所述出射角θ2包括θx2和θy2，其中，θx1、θx2为光线在xoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θy1、θy2为光线在yoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，并且θx1<θx2，θy1<θy2。

8、可选地，以所述波导基底表面为xoy平面，所述波导基底表面的法线为z轴建立三维坐标系，所述入射角包括θx1和θy1，所述出射角包括θx2和θy2，其中，θx1、θx2为光线在xoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θy1、θy2为光线在yoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θx1、θx2、θy1、θy2满足以下公式：

9、

10、和/或

11、

12、其中，λ为所述光线的中心波长，(kxin,kyin)为光线入射至所述耦入光栅时的光矢量，kin为所述耦入光栅的光栅矢量，kepe为所述转折光栅的光栅矢量，kout为所述耦出光栅的光栅矢量，θin所述耦入光栅的光栅矢量与y轴的夹角，θepe为所述转折光栅的光栅矢量与y轴的夹角，θout为所述耦出光栅的光栅矢量与y轴的夹角。

13、本申请还提供了一种增强现实显示设备，所述增强现实显示设备包括光机以及如上述任一项所述的衍射光波导。

14、可选地，所述光机相对于所述波导基底表面倾斜设置。

15、可选地，所述光机为单色光机。

16、可选地，所述光机为激光束扫描光机，所述激光束扫描光机分别投射多个不同颜色的单色图像所对应的光线，各所述单色图像的光线对应的扫描角度不同，以补偿不同颜色的光线经衍射引起的色散与畸变。

17、本申请提供的衍射光波导及增强现实显示设备，能够通过设计耦入光栅的光栅方向和光栅周期、转折光栅的光栅方向和光栅周期以及耦出光栅的光栅方向和光栅周期，打破光线耦入耦出衍射光波导时入射角和出射角之间的一致性的约束关系，使得光线入射至耦入光栅的入射角可以不同于光线从耦出光栅出射的出射角，使得光线入射的角度不再严格受限于人眼观察角与衍射光波导的角度，提高衍射光波导的设计自由度，给更多应用场景中在结构设计上带来了便利，有助于减小增强现实显示设备的体积，使增强现实显示设备更加轻便。

技术特征：

1.一种衍射光波导，包括：波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述耦入光栅的光栅方向和光栅周期、所述转折光栅的光栅方向和光栅周期以及所述耦出光栅的光栅方向和光栅周期，适配于使得光线入射至所述耦入光栅的入射角不同于光线从所述耦出光栅出射的出射角，所述入射角与所述出射角均为光线与所述波导基底表面的法线之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，光线相对于所述波导基底表面倾斜入射至所述耦入光栅，且光线垂直于所述波导基底表面出射。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，光线垂直于所述波导基底表面入射至所述耦入光栅，且光线相对于所述波导基底表面倾斜出射。

4.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，光线相对于所述波导基底表面倾斜入射至所述耦入光栅，光线相对于所述波导基底表面倾斜出射，且所述入射角θ1不同于所述出射角θ2。

5.根据权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，以所述波导基底表面为xoy平面，所述波导基底表面的法线为z轴建立三维坐标系，所述入射角θ1包括θx1和θy1，所述出射角θ2包括θx2和θy2，其中，θx1、θx2为光线在xoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θy1、θy2为光线在yoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，并且θx1<θx2，θy1<θy2。

6.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，以所述波导基底表面为xoy平面，所述波导基底表面的法线为z轴建立三维坐标系，所述入射角包括θx1和θy1，所述出射角包括θx2和θy2，其中，θx1、θx2为光线在xoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θy1、θy2为光线在yoz平面与所述波导基底表面的法线的夹角，θx1、θx2、θy1、θy2满足以下公式：

7.一种增强现实显示设备，其特征在于，所述增强现实显示设备包括光机以及如权利要求1-6中任一项所述的衍射光波导。

8.根据权利要求7所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述光机相对于所述波导基底表面倾斜设置。

9.根据权利要求7所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述光机为单色光机。

10.根据权利要求7所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述光机为激光束扫描光机，所述激光束扫描光机分别投射多个不同颜色的单色图像所对应的光线，各所述单色图像的光线对应的扫描角度不同，以补偿不同颜色的光线经衍射引起的色散与畸变。

技术总结本申请实施例公开了一种衍射光波导，包括：波导基底和设置于所述波导基底的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；所述耦入光栅用于将光线耦入所述波导基底并朝向所述转折光栅传播；所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播；所述耦出光栅用于将光线从所述波导基底耦出进入人眼；其中，所述耦入光栅的光栅方向和光栅周期、所述转折光栅的光栅方向和光栅周期以及所述耦出光栅的光栅方向和光栅周期，适配于使得光线入射至所述耦入光栅的入射角不同于光线从所述耦出光栅出射的出射角，所述入射角与所述出射角均为光线与所述波导基底表面的法线之间的夹角。本申请提供的衍射光波导设计自由度更高，能够满足更多个性化场景下的需求。技术研发人员：李帅受保护的技术使用者：上海鲲游科技有限公司技术研发日：20230918技术公布日：2024/6/11