导光器件以及头戴显示设备的制作方法

本申请实施例涉及光学成像，更具体地，本申请实施例涉及一种导光器件以及头戴显示设备。

背景技术：

1、光波导元件为导光器件的一种形式，其是增强现实ar设备的核心器件。光波导元件主要是利用全反射原理实现光线传输，通过结合衍射光学元件，实现光线的定向传导，进而将成像的光线导向人眼，从而使用户可以看到投影的图像。光栅是衍射光波导元件中最为关键的器件，其负责将光线耦入、耦出和扩瞳。就现有技术而言，目前光波导元件的设计设计都是以单目波导为基础，双目成像时两个光波导元件中的光线无交互，成像质量不佳，影响用户的视觉体验感。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种导光器件以及头戴显示设备的新技术方案。

2、第一方面，本申请提供了一种导光器件。所述导光器件包括基底以及设置在所述基底上的耦入区、耦出区及扩瞳区，且所述耦入区包括两个耦入光栅，所述耦出区包括两个耦出光栅，所述扩瞳区包括两个扩瞳光栅；

3、其中，所述扩瞳区位于所述耦入区与所述耦出区的光路之间，且从任一所述耦入光栅耦入的光线分别经过所述两个扩瞳光栅进行调制后能够从所述两个耦出光栅耦出，且所述两个耦出光栅分别对应左眼及右眼。

4、可选地，所述导光器件还包括能量回收区，且所述能量回收区设置于所述基底，并与所述扩瞳区为相邻设置，所述能量回收区被配置为用于接收经所述扩瞳区调制后的部分光线，并将该部分光线反射至所述耦出区耦出。

5、可选地，所述耦入光栅及所述耦出光栅为一维光栅；

6、所述扩瞳光栅为二维光栅，或，至少两个一维光栅的组合。

7、可选地，所述能量回收区包括至少一个第七光栅，所述第七光栅为一维光栅。

8、可选地，所述耦入区、所述耦出区、所述扩瞳区及所述能量回收区位于所述基底的同一表面上；

9、所述两个耦入光栅沿第一方向r1分设在所述扩瞳区的相对两侧，所述两个耦出光栅与所述第七光栅沿第二方向r2分设在所述扩瞳区的相对两侧，且所述两个耦出光栅位于所述扩瞳区的同侧，所述第一方向r1与所述第二方向r2呈预设夹角。

10、可选地，所述两个耦入光栅包括间隔设置的第一光栅及第二光栅，所述两个扩瞳光栅包括相邻设置的第三光栅及第四光栅，所述两个耦出光栅包括间隔设置的第五光栅及第六光栅，所述第七光栅设于所述两个扩瞳光栅背离所述两个耦出区的一侧；

11、第一光线经所述第一光栅耦入后：一部分所述第一光线经所述第三光栅扩瞳转折后传播至所述第五光栅耦出；另一部分所述第一光线传播至所述第四光栅，经所述第四光栅扩瞳转折后传播至所述第六光栅耦出；还有一部分所述第一光线经所述第三光栅调制后转向传播至所述第七光栅，经所述第七光栅反射至所述第六光栅耦出。

12、可选地，第二光线经所述第二光栅耦入后：一部分所述第二光线经所述第四光栅扩瞳转折后传播至所述第六光栅耦出；另一部分所述第二光线传播至所述第三光栅，经所述第三光栅扩瞳转折后传播至所述第五光栅耦出；还有一部分所述第二光线经所述第四光栅调制后转向传播至所述第七光栅，经所述第七光栅反射至所述第五光栅耦出。

13、可选地，所述第三光栅包括至少第一衍射方向及第二衍射方向，所述第一衍射方向用于使经所述第一光栅耦入并传播至所述第三光栅的第一光线折转至所述第五光栅，所述第二衍射方向用于使经所述第二光栅耦入并传播至所述第三光栅的第二光线折转至所述第五光栅；

14、所述第四光栅与所述第三光栅相同。

15、可选地，所述第一光栅、所述第三光栅及所述第五光栅的矢量之和为零，所述第一光栅、所述第四光栅及所述第六光栅的矢量之和为零，且所述第一光栅、所述第三光栅、所述第七光栅及所述第六光栅的矢量之和为零。

16、可选地，所述第二光栅、所述第四光栅及所述第六光栅的矢量之和为零，所述第二光栅、所述第三光栅及所述第五光栅的矢量之和为零，且所述第二光栅、所述第四光栅、所述第七光栅及所述第五光栅的矢量之和为零。

17、可选地，所述基底上设置有鼻梁避让区，所述扩瞳区位于所述鼻梁避让区的一侧，所述两个耦入光栅对称地设置在在所述扩瞳区的相对两侧，且远离所述鼻梁避让区，所述两个耦出光栅分设在所述鼻梁避让区的相对两侧并分别对应左眼及右眼，以形成单个导光器件对应双目的光学结构。

18、可选地，所述导光器件为衍射光波导。

19、第二方面，本申请提供了一种头戴显示设备。所述头戴显示设备包括：

20、外壳；

21、两个光机；以及，

22、如第一方面所述的导光器件；

23、其中，所述两个光机与所述导光器件的两个耦入光栅为一一对应设置本申请的有益效果为：

24、根据本申请实施例提供的导光器件，其为一种双目光波导元件，通过对双目光波导元件中两个扩瞳光栅的融合改进，使得经任一侧的耦入光栅耦入的光线在满足本侧波导成像的同时，还可以对另一侧波导成像进行补充增强，在整体上实现了提高导光器件的光学效率及最终成像的图像均匀性，从而提升了导光器件的成像效果，这有利提升用户的视觉体验感。

25、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种导光器件，其特征在于，包括基底(8)以及设置在所述基底(8)上的耦入区、耦出区及扩瞳区，且所述耦入区包括两个耦入光栅，所述耦出区包括两个耦出光栅，所述扩瞳区包括两个扩瞳光栅；

2.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述导光器件还包括能量回收区，且所述能量回收区设置于所述基底，并与所述扩瞳区为相邻设置，所述能量回收区被配置为用于接收经所述扩瞳区调制后的部分光线，并将该部分光线反射至所述耦出区耦出。

3.根据权利要求2所述的导光器件，其特征在于，所述耦入光栅及所述耦出光栅为一维光栅；

4.根据权利要求2或3所述的导光器件，其特征在，所述能量回收区包括至少一个第七光栅(7)，所述第七光栅(7)为一维光栅。

5.根据权利要求4所述的导光器件，其特征在于，所述耦入区、所述耦出区、所述扩瞳区及所述能量回收区位于所述基底(8)的同一表面上；

6.根据权利要求5所述的导光器件，其特征在于，所述两个耦入光栅包括间隔设置的第一光栅(1)及第二光栅(2)，所述两个扩瞳光栅包括相邻设置的第三光栅(3)及第四光栅(4)，所述两个耦出光栅包括间隔设置的第五光栅(5)及第六光栅(6)，所述第七光栅(7)设于所述两个扩瞳光栅背离所述两个耦出区的一侧；

7.根据权利要求6所述的导光器件，其特征在于，第二光线(02)经所述第二光栅(2)耦入后：一部分所述第二光线(02)经所述第四光栅(4)扩瞳转折后传播至所述第六光栅(6)耦出；另一部分所述第二光线(02)传播至所述第三光栅(3)，经所述第三光栅(3)扩瞳转折后传播至所述第五光栅(5)耦出；还有一部分所述第二光线(02)经所述第四光栅(4)调制后转向传播至所述第七光栅(7)，经所述第七光栅(7)反射至所述第五光栅(5)耦出。

8.根据权利要求7所述的导光器件，其特征在于，所述第三光栅(3)包括至少第一衍射方向及第二衍射方向，所述第一衍射方向用于使经所述第一光栅(1)耦入并传播至所述第三光栅(3)的第一光线(01)折转至所述第五光栅(5)，所述第二衍射方向用于使经所述第二光栅(2)耦入并传播至所述第三光栅(3)的第二光线(01)折转至所述第五光栅(5)；

9.根据权利要求6所述的导光器件，其特征在于，所述第一光栅(1)、所述第三光栅(3)及所述第五光栅(5)的矢量之和为零，所述第一光栅(1)、所述第四光栅(4)及所述第六光栅(6)的矢量之和为零，且所述第一光栅(1)、所述第三光栅(3)、所述第七光栅(7)及所述第六光栅(6)的矢量之和为零。

10.根据权利要求7或9所述的导光器件，其特征在于，所述第二光栅(2)、所述第四光栅(4)及所述第六光栅(6)的矢量之和为零，所述第二光栅(2)、所述第三光栅(3)及所述第五光栅(5)的矢量之和为零，且所述第二光栅(2)、所述第四光栅(4)、所述第七光栅(7)及所述第五光栅(5)的矢量之和为零。

11.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述基底(8)上设置有鼻梁避让区(9)，所述扩瞳区位于所述鼻梁避让区(9)的一侧，所述两个耦入光栅对称地设置在在所述扩瞳区的相对两侧，且远离所述鼻梁避让区(9)，所述两个耦出光栅分设在所述鼻梁避让区(9)的相对两侧并分别对应左眼及右眼，以形成单个导光器件对应双目的光学结构。

12.根据权利要求1所述的导光器件，其特征在于，所述导光器件为衍射光波导。

13.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种导光器件以及头戴显示设备；其中，所述导光器件包括基底以及设置在所述基底上的耦入区、耦出区及扩瞳区，且所述耦入区包括两个耦入光栅，所述耦出区包括两个耦出光栅，所述扩瞳区包括两个扩瞳光栅；其中，所述扩瞳区位于所述耦入区与所述耦出区的光路之间，且从任一所述耦入光栅耦入的光线分别经过所述两个扩瞳光栅进行调制后能够从所述两个耦出光栅耦出，且所述两个耦出光栅分别对应左眼及右眼。本申请实施例提供了一种双目对单个导光器件的方案，可以提升光学效率及图像均匀性，从而提升了例如波导的成像效果。

技术研发人员：魏如东,饶轶,吾晓,董立超,程鑫,沈浪,代杰
受保护的技术使用者：歌尔光学科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/24