本技術(shù)涉及光學(xué)，尤其涉及一種近眼顯示光波導(dǎo)及近眼顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、近些年來，關(guān)于信息顯示技術(shù)的發(fā)展不再局限于平板顯示，而是更加專注于用戶、自然環(huán)境和顯示信息之間的融合交互。作為新一代的交互顯示技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(virtualreality，vr)和增強現(xiàn)實(augmented?reality，ar)技術(shù)為人們提供了感知世界的全新方式。其中，ar技術(shù)利用視覺穿透式(see-through)的近眼顯示器件將顯示器發(fā)出的虛擬圖像與真實世界相疊加，極大程度地豐富了人們觀測世界的新型獲取效率，并進一步提升了用戶與真實世界交互的感知維度。伴隨著近眼顯示光學(xué)技術(shù)的快速進步和用戶體驗的進一步提升，ar顯示在健康檢測、教育、工程設(shè)計、先進制造、環(huán)境保護以及游戲娛樂等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了其強大的潛在競爭力。表面浮雕光柵(surface?relief?grating，srg)光波導(dǎo)技術(shù)被認(rèn)為是實現(xiàn)近眼顯示光波導(dǎo)及相關(guān)設(shè)備的最具有應(yīng)用潛力的方案之一，并逐步展現(xiàn)出其優(yōu)異的商業(yè)價值。與折射率調(diào)制的衍射光波導(dǎo)器件不同的是，srg技術(shù)直接將微納結(jié)構(gòu)制備在光波導(dǎo)表面，這意味著srg光波導(dǎo)可以通過納米壓印技術(shù)進行低成本量產(chǎn)。而且，利用srg光波導(dǎo)和空氣之間的較大折射率差異，表面微納結(jié)構(gòu)僅需百納米量級的結(jié)構(gòu)深度即可實現(xiàn)一定的衍射效率。相關(guān)技術(shù)中提出一些具有大幅度不對稱形狀的srg表面浮雕光柵(surfacerelief?grating，srg)設(shè)計方案，這些方案設(shè)計復(fù)雜，前期結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的計算資源消耗較大，對srg光波導(dǎo)設(shè)計方案迭代速度的提升十分不利；且其加工難度較大，量產(chǎn)成本高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種改進的近眼顯示光波導(dǎo)及近眼顯示設(shè)備。

2、本技術(shù)提供一種近眼顯示光波導(dǎo)，包括：至少一個波導(dǎo)基底和設(shè)于所述波導(dǎo)基底的光柵，所述光柵包括設(shè)于預(yù)耦入光柵及至少一組衍射光柵，所述衍射光柵包括耦入光柵和耦出光柵；在沿光束的傳輸方向上，所述耦入光柵位于所述預(yù)耦入光柵的后方，且在所述耦入光柵和所述耦出光柵的中心連線方向上，所述耦入光柵相對所述預(yù)耦入光柵靠近所述耦出光柵設(shè)置；其中，所述預(yù)耦入光柵用于將光束衍射至所述耦入光柵，所述耦入光柵用于將所述預(yù)耦入光柵衍射后的所述光束耦入至所述波導(dǎo)基底，并沿所述波導(dǎo)基底傳輸至所述耦出光柵，所述耦出光柵用于將所述光束耦出所述波導(dǎo)基底。

3、可選的，所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵均提供單一光柵矢量，所述耦出光柵提供至少一個光柵矢量，所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵提供的光柵矢量之和與所述耦出光柵提供的一個光柵矢量或多個光柵矢量的組合大小相等且方向相反；其中，所述光柵矢量的大小等于2π乘以所述光柵的光柵周期的倒數(shù)，所述光柵矢量的方向垂直于所述光柵周期排布方向。

4、可選的，所述近眼顯示光波導(dǎo)包括單層所述波導(dǎo)基底；所述光柵包括一組所述衍射光柵，一組所述衍射光柵包括一個所述耦入光柵和一個所述耦出光柵；所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵位于該波導(dǎo)基底的不同的表面，且所述耦出光柵位于該波導(dǎo)基底的任一表面。

5、可選的，所述近眼顯示光波導(dǎo)包括多層所述波導(dǎo)基底；所述光柵包括多組所述衍射光柵，每組所述衍射光柵包括一個所述耦入光柵和一個所述耦出光柵；所述預(yù)耦入光柵設(shè)于多層所述波導(dǎo)基底中位于頂部的所述波導(dǎo)基底，且多組所述衍射光柵的多個所述耦入光柵和多個所述耦出光柵設(shè)于多層所述波導(dǎo)基底中位于頂部下方的其中一層所述波導(dǎo)基底；其中，在沿所述光束傳輸?shù)姆较蛏?，所述預(yù)耦入光柵位于多組所述衍射光柵的上方且位于頂部的所述波導(dǎo)基底的任一表面；每一組所述衍射光柵的所述耦入光柵和所述耦出光柵均位于同一層所述波導(dǎo)基底且分別位于該同一層所述波導(dǎo)基底的同一個表面或不同的表面。

6、可選的，在所述耦入光柵和所述耦出光柵的中心連線方向上，多個所述耦入光柵相對所述預(yù)耦入光柵靠近所述耦出光柵設(shè)置。

7、可選的，距離所述預(yù)耦入光柵越遠的所述耦入光柵越靠近所述耦出光柵設(shè)置。

8、可選的，距離所述預(yù)耦入光柵越遠的所述耦入光柵的面積越大。

9、可選的，位于同一層所述波導(dǎo)基底的一組所述衍射光柵的所述耦入光柵和所述耦出光柵，均滿足所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵提供的光柵矢量之和與所述耦出光柵提供的一個光柵矢量或多個光柵矢量的組合大小相等且方向相反。

10、可選的，位于頂部的所述波導(dǎo)基底的厚度小于位于頂部下方的任意一層所述波導(dǎo)基底的厚度。

11、可選的，位于頂部下方的多層所述波導(dǎo)基底的厚度相等。

12、可選的，所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵位于疊層設(shè)置的兩個所述波導(dǎo)基底之間，且在疊層的方向上間隔設(shè)置且不接觸。

13、可選的，疊層設(shè)置的兩層所述波導(dǎo)基底之間通過微珠膠水連接，所述微珠膠水的裝配尺寸范圍是5μm～500μm。

14、可選的，所述衍射光柵還包括轉(zhuǎn)折光柵，所述耦入光柵、所述轉(zhuǎn)折光柵和所述耦出光柵位于同一層所述波導(dǎo)基底，且在所述耦入光柵和所述耦出光柵的中心連線方向上，所述轉(zhuǎn)折光柵位于所述耦入光柵和所述耦出光柵之間。

15、可選的，所述近眼顯示光波導(dǎo)包括單層所述波導(dǎo)基底；所述光柵包括一組所述衍射光柵，一組所述衍射光柵包括一個所述耦入光柵、一個所述轉(zhuǎn)折光柵和一個所述耦出光柵；所述轉(zhuǎn)折光柵提供多種光柵矢量；所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵提供的光柵矢量之和與所述轉(zhuǎn)折光柵和所述耦出光柵提供的一個光柵矢量或多個光柵矢量的組合大小相等且方向相反。

16、可選的，所述近眼顯示光波導(dǎo)包括多層所述波導(dǎo)基底；所述光柵包括多組所述衍射光柵，每組所述衍射光柵包括一個所述耦入光柵、一個所述轉(zhuǎn)折光柵和一個所述耦出光柵；所述轉(zhuǎn)折光柵提供多種光柵矢量；位于同一層所述波導(dǎo)基底的所述耦入光柵、所述耦出光柵和所述轉(zhuǎn)折光柵，均滿足所述預(yù)耦入光柵和所述耦入光柵提供的光柵矢量之和與所述轉(zhuǎn)折光柵和所述耦出光柵提供的一個光柵矢量或多個光柵矢量的組合大小相等且方向相反。

17、可選的，所述預(yù)耦入光柵、所述耦入光柵及所述耦出光柵均為亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)；

18、可選的，所述亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)為由直邊圍成、或由弧邊圍成、或由直邊和弧邊共同圍成的規(guī)則區(qū)域。

19、可選的，所述亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面設(shè)有光學(xué)鍍膜或涂層；所述光學(xué)鍍膜或所述涂層的材料為二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鉿、氧化鋯中的一種或至少兩種的組合。

20、可選的，所述亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)的材料包括光學(xué)玻璃、光學(xué)樹脂和光學(xué)玻樹材料的至少一種或多種組合。

21、可選的，所述亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)的折射率與所述波導(dǎo)基底的折射率相同或不同。

22、可選的，所述預(yù)耦入光柵包括一維直齒形光柵、二維直齒形光柵、閃耀光柵或傾斜光柵中的至少一種。

23、可選的，所述耦入光柵包括一維直齒形光柵、二維直齒形光柵、閃耀光柵或傾斜光柵中的至少一種。

24、可選的，所述預(yù)耦入光柵包括光子晶體、超構(gòu)材料或表面中的至少一種。

25、可選的，所述耦入光柵包括光子晶體、超構(gòu)材料或表面中的至少一種。

26、可選的，所述耦出光柵包括光子晶體、超構(gòu)材料或表面中的至少一種。

27、可選的，所述耦出光柵包括柱狀結(jié)構(gòu)或錐狀結(jié)構(gòu)或臺狀結(jié)構(gòu)。

28、可選的，所述近眼顯示光波導(dǎo)包括多層所述波導(dǎo)基底，多層所述波導(dǎo)基底的任意兩層所述波導(dǎo)基底的折射率相同或不同。

29、可選的，所述波導(dǎo)基底的表面為平面或曲面，其中所述曲面為凸面或凹面或非球面或自由曲面。

30、可選的，所述波導(dǎo)基底的表面設(shè)有光學(xué)鍍膜或涂層；所述光學(xué)鍍膜或所述涂層的材料為二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鉿、氧化鋯中的一種或至少兩種的組合。

31、本技術(shù)還提供一種近眼顯示設(shè)備，包括：

32、投影裝置；及

33、上述實施例中任一項所述的近眼顯示光波導(dǎo)，所述投影裝置設(shè)于所述近眼顯示光波導(dǎo)的一側(cè)；所述投影裝置用于發(fā)出包含有圖像信息的光束至所述近眼顯示光波導(dǎo)的預(yù)耦入光柵。

34、本技術(shù)實施例的近眼顯示光波導(dǎo)及近眼顯示設(shè)備。近眼顯示光波導(dǎo)通過設(shè)置預(yù)耦入光柵，將耦入光柵設(shè)于預(yù)耦入光柵的后方，且將耦入光柵相對預(yù)耦入光柵靠近耦出光柵設(shè)置，預(yù)耦入光柵和耦入光柵共同提供了將出射光衍射到滿足全反射條件的角度，二者均不需要提供較大的光柵矢量，即具有更大的光柵周期，而具有更大光柵周期的衍射光柵可以提供更高的衍射效率和能力利用率，且其加工難度、加工耗時及加工成本也較低。