扩瞳光波导与显示装置的制作方法

本技术涉及增强现实，尤其是涉及一种扩瞳光波导与显示装置。

背景技术：

1、现有的衍射光波导架构主要是一维折转架构和二维光栅架构，这两种架构的效率都远低于自由曲面光学、几何光波导等近眼显示方案。具体的，一维折转架构主要包括耦入区、折转区以及耦出区，一维折转架构中光线能量在这三个区域都有损耗，很大一部分光线并没有耦出到外界；而二维光栅结构由于二维光栅的非零级衍射效率低，尽管到达耦出区的光线能量较多，很大比例的光线能量是直接全内反射穿过耦出光栅区域，打到波导边缘损耗掉。因此使用这两种架构进行扩瞳，效率较低，会影响最终的显示亮度。

技术实现思路

1、本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种扩瞳光波导，能够提高光线利用率。

2、本实用新型还提出一种应用前述扩瞳光波导的显示装置。

3、根据本实用新型第一实施例中的扩瞳光波导，包括波导主体与设置于所述波导主体的耦入区域、中间区域与耦出区域，所述耦入区域用于将光线耦入所述波导主体；所述中间区域用于至少在第一方向上对耦入波导主体内的光线进行扩瞳；

4、其中，所述扩瞳光波导被配置为：从所述耦入区域耦入的部分光线在所述中间区域进行衍射后向所述耦出区域传播，从所述耦入区域耦入的另一部分光线透射所述中间区域后向所述耦出区域传播，所述耦出区域用于对至少部分经所述中间区域进行衍射的光线以及至少部分透射所述中间区域的光线至少在第二方向上进行扩瞳并耦出所述波导主体，所述第一方向与所述第二方向呈夹角设置；

5、所述耦入区域具有第一中心线，所述耦出区域具有第二中心线，所述第一中心线与所述第二中心线共线；和/或，所述中间区域位于所述耦入区域及所述耦出区域之间。

6、根据本实用新型实施例的扩瞳光波导，至少具有如下有益效果：

7、本实用新型通过使得耦入区域与耦出区域对称轴重合，可以使得能够将透射中间区域的光能够较大程度上在对应人眼的可视范围的区域上进行耦出，从而能够充分利用透射光，有助于提高光的利用率，同时通过设置中间区域和耦出区域配合进行二维扩瞳，能保证最终的扩瞳效果。

8、在本实用新型的其他实施例中，所述中间区域具有第三中心线，所述第一中心线与所述第三中心线共线。

9、在本实用新型的其他实施例中，所述中间区域包括沿所述第三中心线对称设置的第一中间光栅区域与第二中间光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：从所述耦入区域耦入的部分光线在所述第一中间光栅区域与所述第二中间光栅区域内衍射以进行扩瞳，且在垂直第三中心线的方向上，光线在所述第一中间光栅区域与所述第二中间光栅区域内的扩瞳方向相反。

10、在本实用新型的其他实施例中，所述耦出区域包括单个耦出光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：从所述耦入区域耦入的部分光线在所述中间区域进行衍射后向所述单个耦出光栅区域传播，从所述耦入区域耦入的另一部分光线透射所述中间区域后向所述单个耦出光栅区域传播，所述单个耦出光栅区域用于将入射于其上的至少部分光线耦出所述波导主体。

11、在本实用新型的其他实施例中，所述耦入区域包括耦入光栅区域，所述耦入光栅区域用于供光线耦入所述波导主体；

12、其中，所述扩瞳光波导满足以下设置：k1=k3，k1为所述耦入光栅区域的k矢量，k3为所述单个耦出光栅区域的k矢量。

13、在本实用新型的其他实施例中，从所述耦入区域耦入的部分光线在所述中间区域发生偶数次衍射后向所述单个耦出光栅区域传播形成第一光线，从所述耦入区域耦入的另一部分光线透射所述中间区域后向所述单个耦出光栅区域传播形成第二光线，至少部分第一光线及第二光线在所述单个耦出光栅区域耦出。

14、在本实用新型的其他实施例中，所述耦出区域包括第一耦出光栅区域与第二耦出光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：透射所述中间区域并传播至所述第一耦出光栅区域的光线能够从所述第一耦出光栅区域传播至所述第二耦出光栅区域，并从所述第二耦出光栅区域耦出，以及，透射所述中间区域并传播至所述第二耦出光栅区域的光线能够从所述第二耦出光栅区域传播至所述第一耦出光栅区域，并从所述第一耦出光栅区域耦出。

15、在本实用新型的其他实施例中，所述扩瞳光波导被配置为：在所述中间区域进行衍射的光线中，经过偶数次衍射并传播至所述第一耦出光栅区域的光线能够从所述第一耦出光栅区域传播至所述第二耦出光栅区域，并从所述第二耦出光栅区域耦出，以及，经过偶数次衍射并传播至所述第二耦出光栅区域的光线能够从所述第二耦出光栅区域传播至所述第一耦出光栅区域，并从所述第一耦出光栅区域耦出；

16、和/或，所述扩瞳光波导被配置为：在所述中间区域进行衍射的光线中，经过奇数次衍射并传播至所述第一耦出光栅区域的光线能够从所述第一耦出光栅区域耦出，以及，经过奇数次衍射并传播至所述第二耦出光栅区域的光线能够从所述第二耦出光栅区域耦出。

17、在本实用新型的其他实施例中，所述耦入区域包括耦入光栅区域，所述耦入光栅区域用于供光线耦入所述波导主体；

18、其中，所述扩瞳光波导满足以下设置：k1+k31+k32=0，k1为所述耦入光栅区域的k矢量，k31为所述第一耦出光栅区域的k矢量，k32为所述第二耦出光栅区域的k矢量；所述第一耦出光栅区域和第二耦出光栅区域沿所述第二中心线对称。

19、在本实用新型的其他实施例中，所述扩瞳光波导满足以下设置：k31=k22，k32=k21，k31为所述第一耦出光栅区域的k矢量，k32为所述第二耦出光栅区域的k矢量，k21为所述第一中间光栅区域的k矢量，k22为所述第二中间光栅区域的k矢量。

20、根据本实用新型第二实施例中的显示装置，包括：

21、光源组件，所述光源组件的出瞳尺寸小于或等于1.5mm；

22、所述的扩瞳光波导；

23、显示波导；

24、其中，从所述光源组件射出的光线从所述扩瞳光波导的所述耦入区域耦入，并从所述耦出区域耦出，从所述耦出区域耦出的光线耦入所述显示波导，并从所述显示波导内耦出用户的人眼区域。

25、在本实用新型的其他实施例中，所述光源组件包括激光光源和微机电系统反射镜，所述激光光源用于出射激光，所述微机电系统反射镜用于反射所述激光，以形成所述光线。

26、本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

1.扩瞳光波导，其特征在于，包括波导主体与设置于所述波导主体的耦入区域、中间区域与耦出区域，所述耦入区域用于将光线耦入所述波导主体，所述中间区域用于至少在第一方向上对耦入波导主体内的光线进行扩瞳；

2.根据权利要求1所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述中间区域具有第三中心线，所述第一中心线与所述第三中心线共线；和/或；所述中间区域设置于所述耦入区域与所述耦出区域之间。

3.根据权利要求2所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述中间区域包括沿所述第三中心线对称设置的第一中间光栅区域与第二中间光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：从所述耦入区域耦入的部分光线在所述第一中间光栅区域与所述第二中间光栅区域内衍射以进行扩瞳，且在垂直第三中心线的方向上，光线在所述第一中间光栅区域与所述第二中间光栅区域内的扩瞳方向相反。

4.根据权利要求1至3任一所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述耦出区域包括单个耦出光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：从所述耦入区域耦入的部分光线在所述中间区域进行衍射后向所述单个耦出光栅区域传播，从所述耦入区域耦入的另一部分光线透射所述中间区域后向所述单个耦出光栅区域传播，所述单个耦出光栅区域用于将入射于其上的至少部分光线耦出所述波导主体。

5.根据权利要求4所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述耦入区域包括耦入光栅区域，所述耦入光栅区域用于供光线耦入所述波导主体；

6.根据权利要求5所述的扩瞳光波导，其特征在于，从所述耦入区域耦入的部分光线在所述中间区域发生偶数次衍射后向所述单个耦出光栅区域传播形成第一光线，从所述耦入区域耦入的另一部分光线透射所述中间区域后向所述单个耦出光栅区域传播形成第二光线，至少部分第一光线及第二光线在所述单个耦出光栅区域耦出。

7.根据权利要求3所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述耦出区域包括第一耦出光栅区域与第二耦出光栅区域，所述扩瞳光波导被配置为：透射所述中间区域并传播至所述第一耦出光栅区域的光线能够从所述第一耦出光栅区域传播至所述第二耦出光栅区域，并从所述第二耦出光栅区域耦出，以及，透射所述中间区域并传播至所述第二耦出光栅区域的光线能够从所述第二耦出光栅区域传播至所述第一耦出光栅区域，并从所述第一耦出光栅区域耦出。

8.根据权利要求7所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述扩瞳光波导被配置为：在所述中间区域进行衍射的光线中，经过偶数次衍射并传播至所述第一耦出光栅区域的光线能够从所述第一耦出光栅区域传播至所述第二耦出光栅区域，并从所述第二耦出光栅区域耦出，以及，经过偶数次衍射并传播至所述第二耦出光栅区域的光线能够从所述第二耦出光栅区域传播至所述第一耦出光栅区域，并从所述第一耦出光栅区域耦出；

9.根据权利要求7所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述耦入区域包括耦入光栅区域，所述耦入光栅区域用于供光线耦入所述波导主体；

10.根据权利要求9所述的扩瞳光波导，其特征在于，所述扩瞳光波导满足以下设置：k31=k22，k32=k21，k31为所述第一耦出光栅区域的k矢量，k32为所述第二耦出光栅区域的k矢量，k21为所述第一中间光栅区域的k矢量，k22为所述第二中间光栅区域的k矢量。

11.显示装置，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述光源组件包括激光光源和微机电系统反射镜，所述激光光源用于出射激光，所述微机电系统反射镜用于反射所述激光，以形成所述光线。