光波导器件及近眼显示装置的制作方法

1.本实用新型实施例涉及光学技术，尤其涉及一种光波导器件及近眼显示装置。


背景技术：

2.增强现实（augmented reality，ar）技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术。近年来，电子图像显示设备的小型化和性能的进步使的紧凑型和高性能近眼显示设备走向消费者成为了可能，如何使这样一个系统真正可穿戴对近眼显示设计提出了挑战。为此，紧凑且能支持大视场角的光波导结构则有着重要的意义。
3.传统的阵列光波导结构可分为一维反射光波导（1d-rwgs）和二维反射光波导（2d-rwgs）。相比于1d-rwgs的出瞳只在水平方向或垂直方向扩展，2d-rwgs的出瞳在两个方向都进行扩展，因此2d-rwgs可以利用更紧凑的体积实现更好的成像效果。但是，现有的二维反射波导片一般包括第一耦入结构、转折结构、第二耦入结构和耦出结构。此种结构形成的光学系统加工工艺相对复杂。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型实施例提供一种光波导器件及近眼显示装置。
5.本实用新型实施例提供一种光波导器件，包括沿第一x方向依次设置的光路转折模块和耦出模块，所述光路转折模块包括第一胶合斜面，所述耦出模块包括第二胶合斜面，所述第一胶合斜面和所述第二胶合斜面胶合，形成第一耦入面；
6.所述光路转折模块用于将图像光沿第二y方向扩瞳后出射；所述第一耦入面用于将所述沿第二y方向扩瞳后出射的图像光耦入进所述耦出模块，所述耦出模块用于将所述沿第二y方向扩瞳后出射的图像光沿第一x方向扩瞳后出射，所述第一x方向与所述二y方向呈夹角设置。
7.在其中一个实施例中，所述光路转折模块还包括第二斜面，所述第二斜面设置于远离所述第一胶合斜面的一端，或者，所述第二斜面设置于邻近所述第一胶合斜面的一端，所述第二斜面为入光面。
8.在其中一个实施例中，所述光路转折模块包括第一波导基板以及形成于所述第一波导基板内的第一分光结构，所述第一波导基板包括沿第一x方向相对设置的所述第一胶合斜面和所述第二斜面，所述第一分光结构包括沿第二y方向间隔设置的多个第一半透半反膜；所述耦出模块包括第二波导基板以及形成于所述第二波导基板内的第二分光结构，所述第二分光结构包括沿第一x方向间隔设置的多个第二半透半反膜。
9.在其中一个实施例中，所述第一x方向与所述二y方向垂直，所述第一半透半反膜的倾斜角度为45
°
。
10.在其中一个实施例中，所述第一半透半反膜的数量为5-8片。
11.在其中一个实施例中，还包括耦入模块，所述耦入模块位于所述光路转折模块的中心线的上方。
12.在其中一个实施例中，所述耦入模块为三角棱镜，所述光路转折模块还包括第二斜面，所述第二斜面设置于远离所述第一胶合斜面的一端，所述第二斜面为入光面，所述三角棱镜的出光面贴设于所述第二斜面上，两者组成三角形结构。
13.基于相同的发明构思，本实用新型还提供一种近眼显示装置。包括投影模组和如上述实施例中任一项所述的光波导器件，所述投影模组提供所述图像光。
14.在其中一个实施例中，所述投影模组包括微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器。
15.在其中一个实施例中，所述近眼显示装置包括虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。
16.本实用新型实施例提供的光波导器件及近眼显示装置，包括沿第一x方向依次设置的光路转折模块和耦出模块。光路转折模块包括第一胶合斜面。耦出模块包括第二胶合斜面。第一胶合斜面和第二胶合斜面胶合，形成第一耦入面。光路转折模块用于将图像光沿第二y方向扩瞳后出射。第一耦入面用于将沿第二y方向扩瞳后出射的图像光耦入进耦出模块，耦出模块用于将沿第二y方向扩瞳后出射的图像光沿第一x方向扩瞳后出射，第一x方向与所述二y方向呈夹角设置。本实用新型提供的光波导器件，将转折模块和耦出模块的胶合面设置成具有一定倾角的胶合斜面，一方面可以增大胶合面积，增加光路转折模块和耦出模块连接强度，另一方面，此种结构无需外加小棱镜，减少了物料的使用，并且简化了加工工艺，有效节省了成本。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种光波导器件的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的另一种光波导器件的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例提供的又一种光波导器件的结构示意图。
20.主要元件附图标号说明
21.100、光波导器件；110、耦入模块；120、光路转折模块；121、第一波导基板；122、第一半透半反膜；123、第一耦入面；124、第二斜面；130、耦出模块；131、第二波导基板；132、第二半透半反膜； x、第一x方向；y、第二y方向；α、第二半透半反膜倾斜角度；β、第一半透半反膜的倾斜角度。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
23.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是
用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.请参见图1，本实用新型实施例提供一种光波导器件100。光波导器件100包括沿第一x方向依次设置的光路转折模块120和耦出模块130。光路转折模块120包括第一胶合斜面。耦出模块130包括第二胶合斜面。第一胶合斜面和第二胶合斜面胶合，形成第一耦入面123。光路转折模块120用于将图像光沿第二y方向扩瞳后出射。第一耦入面123用于将沿第二y方向扩瞳后出射的图像光耦入进耦出模块130，耦出模块130用于将沿第二y方向扩瞳后出射的图像光沿第一x方向扩瞳后出射，第一x方向与二y方向呈夹角设置。
25.具体的，第二y方向可以为耦出模块130的高度方向或者与耦出模块130的高度方向呈锐角设置的任一方向，第一x方向可以为耦出模块130的长度方向，或者与耦出模块130的长度方向呈锐角设置的任一方向，具体可以根据使用需要灵活选择。第一x方向可与二y方向垂直或者呈其他非零夹角设置，以实现二维扩瞳。
26.可以理解的是，光路转折模块120可以采用沿第二y方向依次排列的棱镜，每个棱镜的出光面上贴设半透半反膜，以使得光线经过棱镜的出光面时可以一部分被反射以经棱镜的侧面射出，另一部分穿过该半透半反膜进入下一个棱镜，以实现在第二y方向上的扩瞳。多个棱镜依次排列形成的侧面至少有一个斜面，以形成第一胶合斜面。光路转折模块120还可以采用能够实现第二y方向扩瞳的几何光波导。耦出模块130可以采用沿第一x方向依次排列的棱镜，每个棱镜的出光面上贴设半透半反膜，以使得光线经过棱镜的出光面时可以一部分被反射以经棱镜的侧面射出，另一部分穿过该半透半反膜进入下一个棱镜，以实现在第一x方向上的扩瞳。多个棱镜依次排列形成的侧面至少有一个斜面，以形成第二胶合斜面。耦出模块130还可以采用能够实现第一x方向扩瞳的几何光波导。
27.需要说明的是，第一胶合斜面和第二胶合斜面的倾角不做限定，只要可以进行胶合形成第一耦入面123，以使从光路转折模块120出射的光线可以进入耦出模块130即可。
28.需要说明的是，光路转折模块120连接于耦出模块130长度方向的一端，这里所说的长度方向为光波导器件100作为智能眼镜的镜片时，与瞳距方向相平行的方向。
29.本实用新型实施例提供的光波导器件100的工作原理如下：
30.使用时，将本实施例提供的光波导器件100放置于近眼显示装置中，该近眼显示装置除上述光波导器件100外，还包括投影模组。投影模组可以包括图像源和光学系统。
31.图像源发出图像光，该光线经光学系统后准直输出，平行传播的图像光经进入光路转折模块120内，经光路转折模块120反射至耦出模块130，再经耦出模块130出射至目标区域，以被人眼看到，在人眼的视网膜内形成虚像接收。
32.在上述过程中，光路转折模块120和耦出模块130相互配合，可实现二维扩瞳，进而增大出光面积，使得体验者在一定范围内均可以观察到图像，无需固定在一个位置，可有效提高体验感。
33.另外，由于将光路转折模块120和耦出模块130的胶合面设置成具有一定倾角的胶合斜面，一方面可以增大胶合面积，增加转折模块和耦出模块130连接强度，另一方面，此种结构无需外加小棱镜，减少了物料的使用，并且简化了加工工艺，有效节省了成本。
34.在其中一个实施例中，所述光路转折模块120还包括第二斜面124。所述第二斜面124设置于远离所述第一胶合斜面的一端。或者，所述第二斜面124设置于邻近所述第一胶
合斜面的一端。所述第二斜面124为入光面。
35.如图2所示，所述第二斜面124设置于远离所述第一胶合斜面的一端是指，第二斜面124与第一胶合斜面相对设置于光路转折模块120的两端面上。
36.所述第二斜面124设置于邻近所述第一胶合斜面的一端是指，第二斜面124与第一胶合斜面设置于光路转折模块120相邻的端面上。
37.可以理解的是，在一个可选的实施方式中，第二斜面124为耦入面，用于将图像光传输至光路转折模块120。此种结构，利用第二斜面124将图像光耦入进光路转折模块120，可以不需要额外的耦入模块110，减小物料的使用，并使结构紧凑。
38.在其中一个实施例中，光波导器件100还包括耦入模块110。可选的，所述耦入模块110位于所述光路转折模块120的中心线的上方。或者，如图3所示，所述耦入模块110位于所述光路转折模块120的长度方向的表面上。耦入模块110可以采用至少一个棱镜，并在棱镜上设置反射膜，使得进入棱镜的光线经反射膜反射后可以进入光路转折模块120内；还可以采用反射镜或者其他耦入结构，只要经过耦入模块110的光线能够进入光路转折模块120即可。此种设计可以使得光路转折模块120的大部分区域用于转折光线，从而使得整个光波导器件100的体积较小。
39.在其中一个实施例中，所述耦入模块110为三角棱镜，所述光路转折模块120还包括第二斜面124，所述第二斜面124设置于远离所述第一胶合斜面的一端，所述第二斜面124为入光面，所述三角棱镜的出光面贴设于所述第二斜面124上，两者组成三角形结构。
40.具体的，三角棱镜具有一个入光面和一个出光面，其他面可为反射面，以保证经入光面进入三角棱镜的光线，可经三角棱镜全部进入光路转折模块120中。同时，光路转折模块120中除入光面和第一耦入面123，其他面也可为反射面，以确保进入光路转折模块120内的光线可全部进入耦出模块130。
41.在其中一个实施例中，所述光路转折模块120包括第一波导基板121以及形成于所述第一波导基板121内的第一分光结构。所述第一波导基板121包括沿第一x方向相对设置的所述第一胶合斜面和所述第二斜面124。所述第一分光结构包括沿第二y方向间隔设置的多个第一半透半反膜122。所述耦出模块130包括第二波导基板131以及形成于所述第二波导基板131内的第二分光结构。所述第二分光结构包括沿第一x方向间隔设置的多个第二半透半反膜132。
42.本实施例中的第一半透半反膜122和第二半透半反膜132均倾斜设置，即第一半透半反膜122与第二y方向呈锐角设置，第二半透半反膜132与第一x方向呈锐角设置，如此，经各半透半反膜反射的光线可以经相应波导基板的侧壁射出。光路转折模块120和耦出模块130采用本实施例提供的结构，结构简单，便于设计和制备，且出光效果好。
43.在其中一个实施例中，所述第一x方向与所述二y方向垂直，所述第一半透半反膜122的倾斜角度为45
°
。采用这一设置，便于设计和加工，同时扩瞳效果良好。
44.在其中一个实施例中，所述第一半透半反膜122的数量为5-8片。片数少于现有二维光波导片中转折结构中的半透半反膜的数量，进而使得光路转折模块120的生成成本较低。
45.基于相同的发明构思，本实用新型实施例还提供一种近眼显示装置，包括投影模组和如上述实施例中任一项所述的光波导器件100，所述投影模组提供所述图像光。光波导
器件100用于接收准直、校正后的图像光，并对其进行二维扩瞳后射出。
46.其中，本实用新型实施例中的近眼显示装置可以为虚拟现实vr显示装置或增强现实ar显示装置。具体的，当光波导器件100板不能透过外界光线或者设置有遮光器件时，人眼不能观察到外界环境光线，该近眼显示装置即为vr显示装置，当光波导器件100对外界光线具有一定的透过性时，人眼能同时观察到外界环境光线和投影模组出射的光线，该近眼显示装置即为ar显示装置，具体实施时可以根据实际情况设计，本实用新型实施例对此不作限定。
47.投影模组用于出射成像光束，本实施例提供的近眼显示装置可以匹配多种投影模组使用。可选的，投影模组包括微有机发光二极管（micro oled）显示器、微发光二极管（micro led）显示器或液晶（lc）显示器。进一步的，微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器可以均为硅基显示器。硅基显示器以单晶硅片为基底，像素尺寸约为传统显示器的1/10，具有功耗低、体积小、分辨率高等优点，非常适用于近距离观察的近眼显示装置。
48.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。