[发明专利]一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备

说明书

本发明实施例涉及光学器件领域，公开了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个形状相同的条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构相同且等距设置，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为不同的多次曲线。该二维光栅可以根据光线耦出效率的需求在光波导上刻蚀形成，能够在不增加加工难度的前提下，提高衍射光波导中的二维光栅的调节自由度，可以更好的控制耦出效率分布，实现更好的出瞳均匀性和视场均匀性。

技术领域

本发明实施例涉及光学器件技术领域，特别涉及一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术是将虚拟信息与现实世界相互融合的技术，以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起，尤其在安防和工业领域，其大大改进了信息交互方式。目前比较成熟的增强现实技术中的光学显示方案主要分为棱镜方案、Birdbath方案、自由曲面方案和光波导(Lightguide)方案，前三种方案体积较大，限制了其在智能穿戴方面，即增强现实眼镜方面的应用，光波导方案是目前增强现实眼镜中最佳的光学显示方案。

光波导方案又分为几何波导方案、浮雕光栅波导方案和体全息波导方案，其中，几何波导方案是使用阵列的镀膜半透半反射镜来达到虚拟信息的显示，但是该方案的视场和眼动范围受限，而且阵列镜片会给画面带来条纹效果，所以几何波导方案无法给人眼呈现最佳的显示效果。体全息波导方案目前在大规模量产上受到了限制。浮雕光栅波导方案由于纳米压印的便利性是目前研究最多的技术方案，具有大视场和大眼动范围的优势。

其中，目前浮雕光栅波导的方案主要有基于一维光栅的光波导方案和基于二维光栅的光波导方案，二维光栅波导分为耦入区域和耦出区域，耦出区域使用二维光栅结构兼顾了扩展和耦出的功能。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前基于二维光栅结构的光波导方案中，在耦出区域使用的二维光栅结构通常为圆柱结构和菱形结构等，这些光栅结构的可调节参数较少，不利于二维光栅的耦出效率的调节，从而不利于耦出区域保持均匀的耦出效率。

发明内容

本申请实施例提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种二维光栅，包括凸设或凹设于波导片表面的若干个形状相同的条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构相同且等距设置，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为不同的多次曲线。

在一些实施例中，在所述重复单元内，所述第一边界线为尖凸型多次曲线，所述第二边界线为平凸型多次曲线。

在一些实施例中，在所述重复单元内，所述第一边界线为平凸型多次曲线，所述第二边界线为尖凸型多次曲线。

在一些实施例中，所述重复单元沿其复制延伸方向的周期为200nm-2μm。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度小于2μm。

在一些实施例中，所述重复单元的表面镀设有金属氧化膜。

在一些实施例中，所述金属氧化膜的厚度为10nm-200nm。