[实用新型]一种二维光波导、虚实光波合束器以及AR设备

说明书

本实用新型公开了一种二维光波导，基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，缺陷轨道从耦入区向远离耦入区一侧延伸，缺陷带的一端与缺陷轨道接触，缺陷带的另一端延伸至耦出区，至少两条缺陷带沿缺陷轨道轴线分布；光子晶体会沿缺陷轨道以及缺陷带边沿设置。光子晶体包括多个散射柱，散射柱的轴线垂直于折光扩瞳区表面。由于光子晶体的存在，缺陷轨道与缺陷带会构成导光支路，由于光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。本实用新型还提供了一种虚实光波合束器及AR设备，同样具有上述有益效果。

技术领域

本实用新型涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种二维光波导、一种虚实光波合束器以及一种AR设备。

背景技术

随着信息技术的深入发展，增强现实(Augmented Reality,AR)技术已经逐渐被人们认识和接受，相关应用技术发展及产品研发得到了广泛关注。目前越来越多的科技巨头公司通过收购、投资、自研等方式进入AR行业，如苹果、微软、谷歌、Facebook、华为等。AR设备能够在现实世界叠加融合虚拟内容，从而实现人眼同时接收虚拟图像信息和现实图像信息，进一步应用于娱乐、教育、工业、交通、医疗、旅游等广泛行业。AR设备的核心器件是虚实光波合束器(Combiner)，其作用是将虚拟图像成像到人眼视网膜上，同时允许透过现实世界的光线，实现虚实融合的AR显示。既可采用传统几何光学器件如棱镜、半透半反镜片、自由曲面镜、阵列波导等，也可采用衍射光学器件如面浮雕光波导、全息光波导等。其中衍射光波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，基于全反射原理实现光线传输，能够做到结构紧凑和器件轻便，是目前最具竞争力的AR设备核心光学器件。

目前，应用于AR设备的衍射光波导主要分耦入区、折光扩瞳区和耦出区，通过在光波导基底玻片上不同的区域制作不同的光栅来控制光的传播方向，其中耦入区面积较小，实现投影光束耦合进入光波导；折光扩瞳区面积较大，主要实现扩瞳功能；耦出区面积最大，实现光束出射进入人眼。然而在现有技术中，折光扩瞳效率低下，导致成像效率不高。所以如何提供一种折光扩瞳效率高的二维光波导是本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种二维光波导，具有较高的折光扩瞳效率；本实用新型还提供了一种虚实光波合束器以及一种AR设备，具有较高的折光扩瞳效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种二维光波导，包括基底、耦入光栅和耦出光栅；

所述基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；所述折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，所述缺陷轨道从所述耦入区向远离所述耦入区一侧延伸，所述缺陷带的一端与所述缺陷轨道接触，所述缺陷带的另一端延伸至所述耦出区，至少两条所述缺陷带沿所述缺陷轨道轴线分布；

所述折光扩瞳区中相邻所述缺陷带之间、所述缺陷带与所述缺陷轨道之间、所述缺陷带与所述折光扩瞳区边缘之间、以及所述缺陷轨道与所述折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，所述散射柱的轴线垂直于所述折光扩瞳区表面；

所述耦入光栅位于所述耦入区表面，所述耦出光栅位于所述耦出区表面。

可选的，所述缺陷轨道的宽度沿从所述耦入区向远离所述耦入区一侧方向的宽度逐渐变小。

可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述缺陷轨道从所述基底表面一侧边缘部延伸至所述基底表面另一侧边缘部，所述耦出区包括相对于所述缺陷轨道轴线相对设置的第一耦出区和第二耦出区，所述缺陷带包括第一缺陷带和第二缺陷带，所述第一缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第一耦出区，所述第二缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第二耦出区。

可选的，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；