[发明专利]用于AR设备的光波导装置及其制造方法和AR设备

权利要求书

1.一种用于AR设备的光波导装置，其包括光波导基底、耦入区和耦出区，所述耦入区设有第一光栅用以将入射光线耦入所述光波导基底内，所述耦出区设有第二光栅用以将来自所述光波导基底的光线二维扩展后耦出，所述第一光栅具有耦入光栅矢量，所述第二光栅具有彼此交叉的第一耦出光栅矢量和第二耦出光栅矢量，其特征在于，所述第一光栅和所述第二光栅各自的光栅单元阵列在一个维度方向上基本上平行且周期相同，所述第一耦出光栅矢量和所述第二耦出光栅矢量相对于所述耦入光栅矢量形成对称而与所述耦入光栅矢量一起组成等腰三角形，

其中，所述第二光栅是二维表面浮雕光栅，该二维表面浮雕光栅具有三阶柱体阵列结构，其包括：

多个第一柱体，其被排列形成所述第二光栅单元阵列，其中每一个从所述耦出区的外表面向外凸出，并且在垂直于所述外表面的方向上具有第一高度；以及

多个第二柱体，其中每一个布置在相对应的第一柱体的顶部，并且在垂直于所述外表面的方向上具有第二高度，所述第二柱体的底面被包含在所述第一柱体的顶面内，所述第二柱体的底面面积小于所述第一柱体的底面面积。

2.根据权利要求1所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第一光栅具有在与其光栅槽线方向相垂直的第一维度方向上周期性排布的第一光栅单元阵列，所述第二光栅具有在所述第一维度方向和与其相垂直的第二维度方向上周期性排布的第二光栅单元阵列，所述第一光栅单元阵列和所述第二光栅单元阵列的周期符合以下关系式：

P0＝Py，并且s＝k*Px

其中，P0是所述第一光栅单元阵列在所述第一维度方向上的周期，Px和Py分别是所述第二光栅单元阵列在所述第一维度方向和所述第二维度方向上的周期，s是所述第二光栅单元阵列中的相邻两行之间在所述第一维度方向上的偏移量，k是取值范围为0.45-0.55的系数。

3.根据权利要求2所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第一光栅单元阵列的周期P0的大小范围为250nm-500nm，所述第二光栅单元阵列的周期Py与周期Px之间比值为0.7-1.2。

4.根据权利要求1所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第二光栅还具有衍生光栅矢量，所述衍生光栅矢量的量值与所述耦入光栅矢量的量值之间比值为0.45-0.55。

5.根据权利要求1所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述三阶柱体阵列结构的柱体的截面形状包括圆形、椭圆形、多边形及其任意组合。

6.根据权利要求1所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述三阶柱体阵列结构的三阶柱体的表面至少在三个方向具有高度下降的梯度，其中，第一个方向是第二光栅耦入光线的传输方向，第二个方向是第二光栅左侧转折光线的传输方向，第三个方向是第二光栅右侧转折光线的传输方向。

7.根据权利要求1所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第二柱体设置成相对于所述第一柱体朝向所述第一光栅所在的方向偏置。

8.根据权利要求7所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第二柱体的底面关于所述第一柱体的底面相切，并且相切点位于所述第二柱体的偏置方向上。

9.根据权利要求1、7或8所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述第二柱体的底面是按照所述第一柱体的底面以预设的缩小率进行等比例缩小。

10.根据权利要求9所述的用于AR设备的光波导装置，其中，所述缩小率的范围是0.45-0.65。

11.根据权利要求9所述的用于AR设备的光波导装置，其中，在所述第二光栅单元阵列的第一维度方向和第二维度方向上组成的二维平面内，所述第二柱体在该二维平面内的投影至少在三个方向小于与其相对应的第一柱体在该二维平面内的投影。