CN113933990A - 近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法和近眼显示设备。该适用于近眼显示设备的光学结构包括：第一光波导、第二光波导，所述第一光波导和所述第二光波导之间具有预设安装位置关系，其中，所述第一光波导和所述第二光波导相对于由投影仪朝向所述第一光波导的投射方向彼此错开且两者之间具有预设间隙；以及，设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的黏着剂，其中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙范围为50μm‑150μm。所述光学结构通过主动校准工艺进行制备，使得所述光学结构中各层光波导之间具有较高的组装精度。

Description

近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装 方法

技术领域

本申请涉及近眼显示设备，尤其涉及近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法。

背景技术

近年来，近眼显示设备(例如，虚拟显示设备、增强显示设备)受到越来越多的关注。相较于虚拟现实，增强显示设备能基于物理环境构建虚拟景象，带给使用者全新体验。增强显示技术包括两种技术方向：传统的Birdbath 方案，以及，投影仪加波导片方案。传统的Birdbath方案由于体积较大、视场角难以进一步提升，相对差的体验难以受到消费者的青睐，而使用波导片的方案相对而言更为小巧美观，用户体验更佳。

波导片可以通过衍射光栅或者半透半反透表面将光线沿着波导片扩散，从而观看者可以在波导片的整个可视区域观察到图像。然而，不管是衍射光栅结构还是半透半反表面都具有波长选择性，不同波长的光线的衍射效率不一样，不同波长光线在半反半透表面的透过率也不一样，导致观看者在波导片的出瞳处观察到的图像会存在一定程度的偏色。并且，由于不同波长光线的衍射角不一样，导致波导片展示图像的视场角受到限制，同时，图像也容易出现失真。

为了解决上述技术问题，中国专利(专利号：CN210243962U，其引用基础为英国专利，专利号为：GB2573793)提出使用多个波导片来分别传输不同波长的光线。具体来说，在该专利中，其包括第一波导片和第二波导片，其中，红色光线和一部分绿色光线在第一波导片中传输；另一部分绿色光线和蓝色光线在第二波导片中传输。

然而，这种多层波导片的光学结构在具体实施中，存在一些技术问题。

首先，如果两个波导片直接贴附在一起(即，两者之间没有间隙)或部分存在接触(即，两者之间部分区域没有间隙)，就会破坏光线在波导片内的全内反射传输。

并且，对于多层波导片构成光学结构而言，如果在其安装过程中出现诸如定位误差和/或组装误差之类的误差，将导致最终的光学结构存在配合误差，使得输出的图像重影。也就是，多层波导片构成的光学结构，其配合精度要求较高，这对制造组装工艺提出较大难题。

还有，波导片自身在进行光栅制造时也存在误差，如纳米压印的模板与波导材料未完全平行，导致多层波导片在进行安装时即使具有相对较高的平行度也会存在光学偏差。

因此，需要一种优化的适用于近眼显示设备的光学结构的制备工艺，以制备出满足要求的光学结构。

发明内容

本申请的一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，所述光学结构通过主动校准工艺进行制备，以使得所述光学结构中各层光波导之间具有较高的组装精度，以使得所述近眼显示设备具有较低的重影和/或失真。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，所述光学结构具有较高的组装强度和可靠性。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，所述光学结构具有较高的组装效率和良率。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，在本申请一实施例中，在通过主动校准工艺组装所述光学结构的过程中，所述光学结构的第一光波导和第二光波导通过设置于两者之间的黏着剂使得两者之间存在一定间隙，以降低干涉产生的几率，从而提高组装效率和良率。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，在本申请一实施例中，在通过主动校准工艺组装所述光学结构的过程中，设置于所述光学结构的第一光波导和第二光波导之间的黏着剂能够限制主动校准的方向、减少主动校准的幅度和调整次数，提高组装效率和良率。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，在本申请一实施例中，所述黏着剂包括内嵌其内的多个颗粒物，以通过多个所述颗粒物确保在组装过程中所述光学结构的第一光波导和第二光波导之间的间隙不会低于预设值而导致光线发生干涉，以提高组装效率和良率。

本申请的另一优势在于提供一种近眼显示设备、适用于近眼显示设备的光学结构及其组装方法，其中，所述光学结构通过主动校准工艺进行制备，以从性能上能够消除所述光学结构中所述光波导的衍射光栅的制造误差。也就是，通过所述主动校准工艺，所述光学结构的基本构造要件自身存在的误差也能够有效地消除。

通过下面的描述，本申请的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。

为实现上述至少一目的或优势，本申请提供一种光学结构的组装方法，其包括：

提供第一光波导、第二光波导、投影仪和成像装置；

通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅，其中，所述投影图像的部分光自所述第一衍射光栅的耦入区域进入所述第一光波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅的耦出区域耦出第一投影图像至所述成像装置；所述投影图像的另一部分光朝向所述第二光波导的第二衍射光栅方向从所述第一光波导被耦合出并从所述第二衍射光栅的耦入区域进入所述第二光波导内并经全内反射后从所述第二衍射光栅的耦出区域耦出第二投影图像至所述成像装置；

基于所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系；以及

响应于所述偏移量满足预设阈值范围，确定所述第一光波导和所述第二光波导之间的安装位置关系；以及

基于所述安装位置关系，固设所述第一光波导和所述第二光波导。

在根据本申请的组装方法中，在通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅之前，进一步包括：固定所述投影仪、所述第一光波导和所述成像装置于预设位置。

在根据本申请的组装方法中，基于所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系，包括：移动所述第二光波导以调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系。

在根据本申请的组装方法中，所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，包括偏移方向和偏移距离。

在根据本申请的组装方法中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起，包括：在所述第一光波导和所述第二光波导之间设置黏着剂；以及，固化所述黏着剂，以将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起。

在根据本申请的组装方法中，在所述第一光波导和所述第二光波导之间设置黏着剂，包括：移开所述第二波导片；在所述第一波导片的下表面设置黏着剂；以及，将所述第二波导片放置回基于所述安装位置关系确定的位置。

在根据本申请的组装方法中，在通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅之前，进一步包括：通过黏着剂预固定所述第一光波导和所述第二光波导；其中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起，包括：固化设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的所述黏着剂。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂的厚度尺寸范围为50μm -150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂被设置于所述第一光波导和所述第二光波导的周缘区域。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂具有非封闭形状。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂的形状为具有至少一缺口的环形。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂被设置于所述周缘区域的四个转角区域处。

在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂包括嵌入其内且均匀分布的多个颗粒，所述颗粒的直径范围小于或等于所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙大小。

在根据本申请的组装方法中，所述颗粒的直径范围为50μm-150μm。

在根据本申请的组装方法中，在提供第一光波导、第二光波导、投影仪和成像装置之前，进一步包括：确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导。

在根据本申请的组装方法中，确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导，包括：获得所述第一光波导相对于标准第二光波导进行主动校准时所需的第一偏移量；获得所述第二光波导相对于标准第一光波导进行主动校准时所需的第二偏移量；以及，判定所述第一偏移量和所述第二偏移量满足预设范围，以确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导。

在根据本申请的组装方法中，所述组装方法进一步包括：在所述第一光波导的侧部和/或所述第二光波导的侧部布设遮光层。

根据本申请另一方面，还提供了一种适用于近眼显示设备的光学结构，其包括：

具有第一衍射光栅的第一光波导；

具有第二衍射光栅的第二光波导，所述第一光波导和所述第二光波导之间具有预设安装位置关系，所述第一光波导和所述第二光波导相对于由投影仪朝向所述第一光波导的投射方向彼此错开且两者之间具有预设间隙；以及

设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的黏着剂，其中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙范围为50μm-150μm。

在根据本申请的光学结构中，所述黏着剂的厚度尺寸范围为50μm -150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

在根据本申请的光学结构中，所述第一光波导和所述第二光波导之间的安装位置关系通过主动校准工艺确认。

在根据本申请的光学结构中，所述黏着剂包括嵌入其内且均匀分布的多个颗粒，所述颗粒的直径范围小于或等于所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙。

在根据本申请的光学结构中，所述颗粒的直径范围为50μm-150μm。

在根据本申请的光学结构中，所述光学结构进一步包括设置于所述第一光波导的侧部和/或所述第二光波导的侧部的遮光层。

在根据本申请的光学结构中，所述第一光波导与所述第二光波导为同一类别的光波导，其中，同一类别的光波导表示所述第一光波导相对于标准第二光波导进行主动校准时所需的第一偏移量与所述第二光波导相对于标准第一光波导进行主动校准时所需的第二偏移量满足预设范围。

在根据本申请的光学结构中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的平行度小于等于2′。

根据本申请再一方面，还提供了一种近眼显示设备，其包括：

如上所述的光学结构；以及

投影仪，被配置为投射投影图像至所述光学结构。

通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请实施例的适用于近眼显示设备的光学结构的示意图。

图2图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的示意图。

图3图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的另一示意图。

图4图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程中所采用的定位图案的示意图。

图5图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程中成像装置的成像示意图。

图6图示了根据本申请实施例的所述光学结构在组装过程中所采用的定位图案的另一示意图。

图7A图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的又一示意图。

图7B图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的又一示意图。

图7C图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的又一示意图。

图8A图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的又一示意图。

图8B图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程的又一示意图。

图9图示了根据本申请实施例的所述光学结构的组装过程中所采用的黏着剂的示意图。

图10图示了根据本申请实施例的近眼显示设备的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

示例性光学结构

如图1所示，根据本申请实施例的适用于近眼显示设备的光学结构被阐明，其中，所述光学结构10被配置为将投影仪20投射的投影图像扩展至所述光学结构10的整个可视区域。在本申请实施例中，如图1所示，所述光学结构10包括第一光波导11和第二光波导12，所述第一光波导11和所述第二光波导12相对于由投影仪20朝向所述第一光波导11的投射方向彼此横向错开且两者之间具有预设间隙，也就是，如图1所示，在本申请实施例中，所述第一光波导11和所述第二光波导12沿着其厚度方向彼此错开且两者之间具有预设间隙，所述第一光波导11用于将所述投影图像的一部分光导出，所述第二光波导12用于将所述投影图像的另一部分光导出。特别地，在本申请实施例中，所述第一光波导11与所述第二光波导12之间的间隙范围为50μm-150μm，所述第一光波导11与所述第二光波导12之间的平行度小于等于2′。

值得一提的是，所述第一光波导11和所述第二光波导12可分别用于传播不同波长的光，也可以是分别用于传输不同入射角度的光。例如，在本申请一具体应用场景中，所述投影图像的光可配置具有多种波长的光，例如，其具有第一原色、第二原色和第三原色(更明确地，例如，所述第一原色为红色、所述第二原色为绿色、所述第三原色为蓝色)，其中，所述第一光波导11被配置为导出第一原色和部分第二原色的光、所述第二光波导12被配置为导出部分第二原色和第三原色的光。

更具体地，如图1所示，在本申请实施例中，所述第一光波导11，包括具有耦入区域和耦出区域的第一衍射光栅111，其中，所述投影图像的一部分光从所述第一衍射光栅111的耦入区域进入所述第一波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅111的耦出区域耦出。所述第二光波导12，包括具有耦入区域和耦出区域的第二衍射光栅121，其中，所述投影图像的另一部分光所述第二光波导12的第二衍射光栅121方向从所述第一光波导11被耦合出并从所述第二衍射光栅121的偶入区域进入所述第二光波导12内并经全内反射后从所述第二衍射光栅121的耦出区域耦出。相应地，从所述第一光波导11耦出的投射图像和从所述第二光波导12耦出的投射图像相互叠合并被观看者所看到。

应可以理解，为了使得从所述第一光波导11耦出的投射图像和从所述第二光波导12耦出的投射图像能够较为完美地融合，以获得较佳的视觉体验，所述第一光波导11和所述第二光波导12之间需满足预设的安装位置关系。也就是，在所述光学结构10的具体制备过程中，所述光学结构10的所述第一光波导11和所述第二光波导12之间需具有较高的安装配合精度，如果两者之间的相对位置关系或配合精度不能满足预设要求，将发生偏色等不良视觉现象。

为了满足上述技术要求，在本申请实施例中，所述光学结构10采用主动校准的方式进行组装，以使得所述光学结构10中各层光波导之间具有较高的组装精度。相应地，通过主动校准方式组装形成的所述光学结构10，具有如图1所示意的结构。特别地，

具体来说，如图1所示，在本申请实施例中，所述光学结构10进一步包括设置于所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的黏着剂13。特别地，在本申请实施例中，所述黏着剂13具有相对较小的厚度尺寸(即，高度尺寸)和相对较宽的宽度尺寸。具体地，在本申请实施例中，所述黏着剂 13的厚度尺寸范围为50μm-150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

在本申请一具体示例中，所述黏着剂13包括嵌入其内的多个颗粒131，以通过多个所述颗粒131确保在通过主动校准工艺确定所述第一光波导11 和所述第二光波导12之间的安装位置关系的过程中，所述第一光波导11和所述第二光波导12之间始终具有一定间隙，以避免两者之间的间隙过小而发生光线干涉现象。在本申请实施例中，所述颗粒131的直径范围为50μm -150μm且其小于或等于所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的间隙大小。

优选地，在本申请实施例中，所述颗粒131在所述黏着剂13内均匀分布，这里，所述颗粒131均匀分布指的是所述颗粒131之间具有相近的横向间隙且所述颗粒131自身的直径大致相同。

为了避免外界杂光从侧边进入所述光学结构10的内部而形成杂散光影响视觉体验，在本申请实施例中，所述光学结构10，进一步包括设置于所述第一光波导11的侧部和/或所述第二光波导12的侧部的遮光层14，其中，所述遮光层14可通过涂黑处理工艺生成，例如，喷墨方式或涂墨方式。

示意性组装过程

图2至图9图示了根据本申请实施例的所述光学结构10的组装过程的示意图。如图2所示，所述组装过程，首先包括：提供第一光波导11、第二光波导12、投影仪20和成像装置30。所述投影仪20能够投射具有定位图案的投影图像，所述成像装置30能够捕捉所述投影图像并进行成像。

如图3所示，在本申请一具体示例中，将所述投影仪20、所述第一光波导11和所述成像装置30固定在预设位置，所述第二光波导12可调整地安装于所述第一光波导11的侧部，以通过调整所述第二光波导12的位姿(包括位置和姿势)来改变其与所述第一光波导11之间的相对位置关系。例如，在如图3所示意的示例中，所述第二光波导12通过夹持或吸取的方式固定于调整平台40，其中，所述调整平台40适于在六个自由度方向(分别为X,Y， Z，绕X/Y/Z轴旋转)上对所述第二光波导12的位姿进行调整。应注意到，在该示例中，所述第二光波导12被可调整地安装于所述第一光波导11的背面且处于预设位置，其中，该预设位置并非所述第二光波导12的最终安装位置，仅为了确保所述投影图像的光线能够通过所述第一光波导11和所述第二光波导12耦出至所述成像装置30。并且，在该示例中，当所述第二光波导12处于该预设位置时，所述第二光波导12和所述第一光波导11之间具有一定的间隙。

值得一提的是，优选地，在该示例中，所述第二光波导12的边缘区域通过诸如吸嘴之类的固持机构被安装于所述调整平台40，这样的固持方式，使得所述第二光波导12的光学区域不会受到影响。

并且，在本申请其他示例中，可采用其他方式调整所述第一光波导11 和所述第二光波导12之间的相对位置关系，对此，并不为本申请所局限。例如，可将所述第二光波导12固定于预设位置而选择调整所述第一光波导 11的位姿；或者，同时调整所述第一光波导11和所述第二光波导12的位姿，对此，并不为本申请所局限。

进一步地，通过所述投影仪20投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导11，以通过所述第一光波导11和所述第二光波导12扩瞳后被所述成像装置30所捕捉。特别地，在本申请实施例中，所述投影仪20投射的投影图像包括能够用于表征所述投影图像方向和位置的定位图案50，例如，十字图案(如图4所示)、点阵图案、棋盘格图案等。

在本申请实施例中，所述第一光波导11和所述第二光波导12分别用于传输所述投影图像的不同部分的光。更具体地，在本申请实施例中，所述投影图像的一部分光从所述第一衍射光栅111的耦入区域进入所述第一波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅111的耦出区域耦出第一投影图像至所述成像装置30；所述投影图像的另一部分光沿朝向所述第二光波导12的第二衍射光栅121方向从所述第一光波导11被耦合出并从所述第二衍射光栅 121的偶入区域进入所述第二光波导12内并经全内反射后从所述第二衍射光栅121的耦出区域耦出第二投影图像至所述成像装置30。

例如，当所述投影图像的光为包括第一原色、第二原色和第三原色的光时，所述投影图像的第一原色和部分第二原色的光从所述第一衍射光栅111 的耦入区域进入所述第一波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅111的耦出区域耦出第一投影图像至所述成像装置30；所述投影图像的部分第二原色和所述第二原色的光沿朝向所述第二光波导12的第二衍射光栅121方向从所述第一光波导11被耦合出并从所述第二衍射光栅121的偶入区域进入所述第二光波导12内并经全内反射后从所述第二衍射光栅121的耦出区域耦出第二投影图像至所述成像装置30。

应可以理解，当所述第一光波导11与所述第二光波导12存在角度差时 (如图3所示)，从所述第一光波导11耦出的光线和从所述第二光波导12 耦出的光线之间会成角度地出射，也就是说，第一投射图像和所述第二投射图像之间存在偏移，其效果如图5所示。如图5所示，所述成像装置30所生成的图像中包括两个十字图案。相应地，通过测量两个十字图案之间的偏移量，便能够获得所述第二光波导12相对于所述第一光波导11需要的调整量。

具体来说，在本申请实施例中，需要测量的偏移量包括两个十字图案之间的偏移的距离和偏移的方向，以确定所述第二光波导12相对于所述第一光波导11需要调整的角度大小和调整方向。例如，在如图5所示意的示例中，所述第二投射图像的十字图案相对于所述第一投射图像的十字图案向右偏移了，则可将所述第二光波导12的右侧区域往上移动，以缩减其与所述第一光波导11的右侧区域之间的距离。相应地，通过循环测量→计算→调整→测量→计算→调整→测量的方式，不断实时地调整所述第一光波导11 与所述第二光波导12之间的相对位置关系，直至基于所述成像装置30采集的图像所计算的偏移量满足预设阈值范围。也就是，当所述偏移量满足预设阈值范围时，所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的安装位置关系被确定。

值得一提的是，当所述定位图案50被实施为如图6所示意的定位图案 50时，即包括多个位于不同视场内的十字图案，相应地，在该示例中，可通过计算各个十字图案的偏移量然后通过取均值或中值的方式确定最终的偏移量，以使得各个视场角的图像质量保持更好的均衡。

值得一提的是，通过如上所述的主动校准的过程，可提高所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的安装定位精度。并且，所述第一光波导11 和所述第二光波导12的衍射光栅的误差也可以通过如上所述的校准方式得到补偿，也就是，通过所述主动校准工艺，所述光学结构10的基本构造要件自身存在的误差也能够有效地消除

进一步地，需基于所述安装位置关系，将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起。在本申请实施例中，通过黏着剂13将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起。

具体来说，在本申请一种具体的示例中，将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起的过程，包括：首先记录所述第二波导片与所述第一光波导11之间的安装位置关系(在该示例中，即，所述第二波导片的安装位置和角度)，并移开所述第二光波导12；然后，将在所述第一波导片的下表面设置黏着剂13(或者，在所述第二光波导12的上表面设置黏着剂 13；或者，同时在所述第一光波导11的上表面和所述第二光波导12的下表面设置黏着剂13)；继而，将所述第二波导片放回基于所述安装位置关系确定的位置；进而，固化所述黏着剂13，以将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起。

图7A图示了在上述示例中一种可行的布设黏着剂13的示意图。如图 7A所示，所述黏着剂13布设于所述第一光波导11的周缘区域，以避免影响所述光波导的光学特性。在如图7A所示意的方案中，所述黏着剂13具有封闭环形结构，当然，所述黏着剂13还可以形成其他形状配置和位置配置，例如，待缺口的环形(如图7B所示)，或者，仅被设置于所述周缘区域的四个转角位置(如图7C所示)，对此，并不为本申请所局限。

值得一提的是，当所述黏着剂13被实施为具有封闭环形结构时，优选地，所述黏着剂13为非热固化的黏着剂13，例如，通过紫外线固化的UV 胶、紫外线和自然光都可以固化的UV胶，湿气固化的胶水、或者，热熔胶等。而当被设置为如图7C和图7B所示意的配置时，则可优选地使用热固胶或UV热固胶等具有较大粘接强度的黏着剂13。并且，采用如图7B和图7C之类的非封闭的布设方式，能避免加热固化时所述第一光波导11和所述第二光波导12之间封闭空间内的空气受热膨胀而导致所述第一光波导11和 /或所述第二光波导12发生形变甚至破裂。并且，非封闭的布设方式也可以使用非加热固化的胶水，以提高生产效率。还有，当被实施为如图7B所示意的配置时，待所述黏着剂13固化后可再封住缺口以避免灰尘、水汽等污染物进入所述第一光波导11和所述第二光波导12所设定的内部空间。

应可以理解，在该示例中，所述第一光波导11和所述第二光波导12之间通过所述黏着剂13进行粘接固定，且所述黏着剂13必须具有足够的粘接强度以确保所述第一光波导11和所述第二光波导12之间具有一定的空气间隙。通常增大粘接强度的做法是：加大所述黏着剂13的宽度尺寸，然而宽度尺寸的增加往往伴随着厚度尺寸的增加。应注意到，在本申请实施例中，所述黏着剂13厚度尺寸的增加意味着形变的可能性和程度更大，以导致所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的安装精度受到影响。因此，在本该示例中，优选地，所述黏着剂13具有相对较大的宽度尺寸和相对较小的厚度尺寸，更明确地，在该示例中，所述黏着剂13的厚度尺寸范围为50μm -150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。这样的尺寸配置，可通过多次布施所述黏着剂13的方式实现。

值得一提的是，在该示例的组装过程中，还可以提供一旋转设备，用于将所述第一光波导11和所述第二光波导12及其调整平台40在水平和垂直方向上旋转。例如，在所述第一光波导11和所述第二光波导12在通过主动校准工艺确定安装位置关系的过程中，所述第一波导片和所述第二波导片可垂直地放置，以仿真所述光学结构10使用时的位姿，提高生产场景和使用场景的一致性，避免实际使用时不可预料的问题发生。再如，在所述第一光波导11进行布设黏着剂13进行固化时，优选地，将所述第一光波导11水平地放置，防止胶水流动。

在本申请其他示例中，所述黏着剂13可在主动校准的过程中便预先布设于所述第一光波导11和所述第二光波导12之间。相应地，在该示例中，在通过主动校准工艺确定所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的安装位置关系后，进一步地直接固化设置于所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的所述黏着剂13，以将所述第一光波导11和所述第二光波导 12结合在一起。

值得一提的是，在该示例中，优选地，如图9所示，所述黏着剂13被实施为包括嵌入其内的多个颗粒131物的黏着剂13。相应地，多个所述颗粒 131物能够有效地限制所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的距离不会过小，以确保主动校准过程中波导片干涉现象不会发生。当多个所述颗粒131物被实施为球形颗粒131，并且，多个球形颗粒131在所述黏着剂13 中被均匀设置时，所述黏着剂13还能够使得所述第一光波导11和所述第二光波导12在进行主动校准前便具有相对较高的平行度，以降低后续主动校准的调整幅度和调整次数。

可以理解的是，当采用如上所述的先进行主动校准再通过黏着剂13固化结合的方案时，也可以其所采用的黏着剂13配置为包括嵌入其内的多个颗粒131物的黏着剂13。相应地，所述黏着剂13中的多个颗粒131物能够限制所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的距离(尤其是垂直方向上的距离)，并且，还能有效地避免因所述黏着剂13收缩使得所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的间隙过小或是出现倾斜的现象。

进一步地，所述光学结构10的组装过程，进一步包括在所述第一光波导11的侧部和/或所述第二光波导12的侧部布设遮光层14。在本申请一具体示例中，可以在所述第一光波导11和所述第二光波导12的侧部进行涂黑处理，以形成所述遮光层14来避免外界光线从侧边进入第一光波导11和所述第二光波导12的内部而形成杂散光影响视觉体验，其中，涂黑处理可以采用喷墨方式或者涂墨方式。

可选地，可以分别对所述第一光波导11和所述第二光波导12进行涂黑处理，然后在将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起，如图8B所示。优选地，可以先将所述第一光波导11和所述第二光波导12进行主动校准并固定到一起后，再进行涂黑处理，如图8A所示，这样能减少涂黑处理的工序，提高了生产效率。采用将所述第一光波导11和所述第二光波导12组装到一起后再进行涂黑处理可以在所述光学结构10的整个侧面都设置所述遮光层14，包括所述黏着剂13也被遮光层14覆盖，避免了外界光线通过所述黏着剂13入射到所述光学结构10的内部形成杂散光而影响用户体验。并且，所述遮光层14也对所述黏着剂13起到一定保护作用，避免了所述光学结构10的粘接界面应被裸露于外界中而失效。

值得一提的是，通常油墨喷涂越宽则厚度越高，而较高的厚度容易引起喷油墨表面不均匀，而且较高的油墨层厚度也不利于所述光学结构10的装配。优选地，在本申请实施例中，可采用多次喷涂的方式形成所述遮光层14，以使得所述遮光层14具有较大宽度的同时也具有较小的厚度。

进一步地，所述光学结构10的组装过程，还可以包括在所述光学结构 10的侧边设置边框，以保护所述光学结构10避免其在安装于模组或穿戴设备时被磕碰或划伤。

值得一提的是，为了提高组装良率和效率，优选地，待装配的所述第一光波导11和所述第二光波导12被实施为同一类别的光波导，其中，属于同一类别的光波导的偏移量满足预设范围。

相应地，可通过如下方式来确定待组装的第一光波导11和第二光波导 12是否属于同一类别的光波导。

首先，提供一标准第一波导片和一标准第二波导片，其中，标准第一波导片和标准第二波导片表示加工精度非常高的第一波导片和第二波导片；

接着，通过如上所述的主动校准过程确定所述第一光波导11相对于所述标准第二光波导12所需的第一偏移量，以及，通过如上所述的主动校准过程确定所述第二光波导12相对于所述标准第一光波导11所需的第二偏移量；

继而，确定所述第一偏移量和所述第二偏移量是否属于预设范围，当所述第一偏移量和所述第二偏移量属于预设范围时，所述第一光波导11和所述第二光波导12为同一类别的光波导。在本申请实施例中，所述预设范围为所述第一偏移量和所述第二偏移量之间的偏移距离的差别在±10um，以及，偏移角度的差别在±1°。例如，所述第一偏移量为偏移距离100um和偏移角度5°,所述第二偏移量为偏移距离99um，偏移角度为4.9°，确定所述第一光波导11和所述第二光波导12为同一类别的光波导。

应可以理解，当所述第一光波导11和所述第二光波导12为同一类别的光波导时，主动校准的过程能极大地缩短，提高组装效率。

综上，基于本申请实施例的所述光学结构10的组装过程被阐明，其通过主动校准工艺使得所述光学结构10中各层光波导之间具有较高的组装精度。

相应地，本申请还提供一种光学结构10的组装方法，其包括：

S110，提供第一光波导11、第二光波导12、投影仪20和成像装置30；

S120，通过所述投影仪20投射具有定位图案50的投影图像于所述第一光波导11的第一衍射光栅111，所述投影图像的光具有第一原色、第二原色和第三原色，其中，所述投影图像的光中具有第一原色波长和第二原色波长的光从所述第一衍射光栅111的耦入区域进入所述第一波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅111的耦出区域耦出第一投影图像至所述成像装置 30；所述投影图像的光中具有第二原色波长和第三原色波长的光沿朝向所述第二光波导12的第二衍射光栅121方向从所述第一光波导11被耦合出并从所述第二衍射光栅121的偶入区域进入所述第二光波导12内并经全内反射后从所述第二衍射光栅121的耦出区域耦出第二投影图像至所述成像装置 30；

S130，基于所述第一投影图像的所述定位图案50和所述第二投影图像的所述定位图案50之间的偏移量，调整所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的相对位置关系；以及

S140，响应于所述偏移量满足预设阈值范围，确定所述第一光波导11 和所述第二光波导12之间的安装位置关系；以及

S150，基于所述安装位置关系，固设所述第一光波导11和所述第二光波导12。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在通过所述投影仪20投射具有定位图案50的投影图像于所述第一光波导11的第一衍射光栅111之前，进一步包括：固定所述投影仪20、所述第一光波导11和所述成像装置30 于预设位置；其中，基于所述第一投影图像的所述定位图案50和所述第二投影图像的所述定位图案50之间的偏移量，调整所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的相对位置关系，包括：移动所述第二光波导12，以调整所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的相对位置关系。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述第一投影图像的所述定位图案50和所述第二投影图像的所述定位图案50之间的偏移量，包括偏移方向和偏移距离。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述定位图案50为十字图案。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起，包括：在所述第一光波导11和所述第二光波导12之间设置黏着剂13；以及，固化所述黏着剂 13，以将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在所述第一光波导11和所述第二光波导12之间设置黏着剂13，包括：移开所述第二波导片；在所述第一波导片的下表面设置黏着剂13；以及，将所述第二波导片放置回基于所述安装位置关系确定的位置。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在通过所述投影仪20投射具有定位图案50的投影图像于所述第一光波导11的第一衍射光栅111之前，进一步包括：通过黏着剂13预固定所述第一光波导11和所述第二光波导12；其中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导11和所述第二光波导12固设在一起，包括：固化设置于所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的所述黏着剂13。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在一个具体的示例中，所述黏着剂13的厚度尺寸范围为50μm-150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在一个具体的示例中，所述黏着剂13被设置于所述第一光波导11和所述第二光波导12的周缘区域。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂13具有非封闭形状。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂13的形状为具有至少一缺口的环形。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂13被设置于所述周缘区域的四个转角区域处。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述黏着剂13包括嵌入其内且均匀分布的多个颗粒131，所述颗粒131的直径范围小于或等于所述第一光波导11与所述第二光波导12之间的间隙大小，以通过多个所述颗粒 131确保在基于所述第一投影图像的所述定位图案50和所述第二投影图像的所述定位图案50之间的偏移量，调整所述第一光波导11和所述第二光波导12之间的相对位置关系的步骤中，所述第一光波导11和所述第二光波导12之间始终具有一定间隙。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述颗粒131的直径范围为50μm-150μm。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，在提供第一光波导11、第二光波导12、投影仪20和成像装置30之前，进一步包括：确定所述第一光波导11和所述第二光波导12为同一类别的光波导。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，确定所述第一光波导11 和所述第二光波导12为同一类别的光波导，包括：获得所述第一光波导11 相对于标准第二光波导12进行主动校准时所需的第一偏移量；获得所述第二光波导12相对于标准第一光波导11进行主动校准时所需的第二偏移量；以及，判定所述第一偏移量和所述第二偏移量满足预设范围，以确定所述第一光波导11和所述第二光波导12为同一类别的光波导。

在一个示例中，在根据本申请的组装方法中，所述组装方法进一步包括：在所述第一光波导11的侧部和/或所述第二光波导12的侧部布设遮光层14。

应可以理解，虽然在本申请实施例中，以所述组装方法适用于包括两个光波导的光学结构10为示例，应可以理解，所述组装方法还可以适用于包括更多数量的光波导的光学结构10中，对此，并不为本申请所局限。

示意性近眼显示设备

根据本申请的又一方面，还提供一种近眼显示设备。图9图示了根据本申请实施例的近眼显示设备的示意图，如图9所示，所述近眼显示设备100，包括投影仪20和如上所述的光学结构10，其中，所述投影仪20投射投影图像于所述光学结构10，所述光学结构10对所述投影图像进行扩瞳，以供观看者观看，获得增强显示的视觉体验。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (26)

1.一种光学结构的组装方法，其特征在于，包括：

提供第一光波导、第二光波导、投影仪和成像装置；

通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅，其中，所述投影图像的部分光自所述第一衍射光栅的耦入区域进入所述第一光波导内并经全内反射后从所述第一衍射光栅的耦出区域耦出第一投影图像至所述成像装置；所述投影图像的另一部分光朝向所述第二光波导的第二衍射光栅方向从所述第一光波导被耦合出并从所述第二衍射光栅的耦入区域进入所述第二光波导内并经全内反射后从所述第二衍射光栅的耦出区域耦出第二投影图像至所述成像装置；

基于所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系；以及

响应于所述偏移量满足预设阈值范围，确定所述第一光波导和所述第二光波导之间的安装位置关系；以及

基于所述安装位置关系，固设所述第一光波导和所述第二光波导。

2.根据权利要求1所述的组装方法，其中，在通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅之前，进一步包括：固定所述投影仪、所述第一光波导和所述成像装置于预设位置。

3.根据权利要求2所述的组装方法，其中，基于所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系，包括：移动所述第二光波导以调整所述第一光波导和所述第二光波导之间的相对位置关系。

4.根据权利要求1或3所述的组装方法，其中，所述第一投影图像的所述定位图案和所述第二投影图像的所述定位图案之间的偏移量，包括偏移方向和偏移距离。

5.根据权利要求1所述的组装方法，其中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起，包括：

在所述第一光波导和所述第二光波导之间设置黏着剂；以及

固化所述黏着剂，以将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起。

6.根据权利要求5所述的组装方法，其中，在所述第一光波导和所述第二光波导之间设置黏着剂，包括：

移开所述第二波导片；

在所述第一波导片的下表面设置黏着剂；以及

将所述第二波导片放置回基于所述安装位置关系确定的位置。

7.根据权利要求5所述的组装方法，其中，在通过所述投影仪投射具有定位图案的投影图像于所述第一光波导的第一衍射光栅之前，进一步包括：通过黏着剂预固定所述第一光波导和所述第二光波导；

其中，基于所述安装位置关系，将所述第一光波导和所述第二光波导固设在一起，包括：固化设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的所述黏着剂。

8.根据权利要求5或7所述的组装方法，其中，所述黏着剂的厚度尺寸范围为50μm-150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

9.根据权利要求5至7任一所述的组装方法，其中，所述黏着剂被设置于所述第一光波导和所述第二光波导的周缘区域。

10.根据权利要求9所述的组装方法，其中，所述黏着剂具有非封闭形状。

11.根据权利要求10所述的组装方法，其中，所述黏着剂的形状为具有至少一缺口的环形。

12.根据权利要求9所述的组装方法，其中，所述黏着剂被设置于所述周缘区域的四个转角区域处。

13.根据权利要求5至7任一所述的组装方法，其中，所述黏着剂包括嵌入其内且均匀分布的多个颗粒，所述颗粒的直径范围小于或等于所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙大小。

14.根据权利要求13所述的组装方法，其中，所述颗粒的直径范围为50μm-150μm。

15.根据权利要求1所述的组装方法，其中，在提供第一光波导、第二光波导、投影仪和成像装置之前，进一步包括：确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导。

16.根据权利要求15所述的组装方法，其中，确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导，包括：

获得所述第一光波导相对于标准第二光波导进行主动校准时所需的第一偏移量；

获得所述第二光波导相对于标准第一光波导进行主动校准时所需的第二偏移量；以及

判定所述第一偏移量和所述第二偏移量满足预设范围，以确定所述第一光波导和所述第二光波导为同一类别的光波导。

17.根据权利要求1所述的组装方法，进一步包括：在所述第一光波导的侧部和/或所述第二光波导的侧部布设遮光层。

18.一种适用于近眼显示设备的光学结构，其特征在于，包括：

具有第一衍射光栅的第一光波导；

具有第二衍射光栅的第二光波导，所述第一光波导和所述第二光波导之间具有预设安装位置关系，所述第一光波导和所述第二光波导相对于由投影仪朝向所述第一光波导的投射方向彼此错开且两者之间具有预设间隙；以及

设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的黏着剂，其中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙范围为50μm-150μm。

19.根据权利要求18所述的光学结构，其中，所述黏着剂的厚度尺寸范围为50μm-150μm，其宽度尺寸范围为1mm-3mm。

20.根据权利要求18所述的光学结构，其中，所述第一光波导和所述第二光波导之间的安装位置关系通过主动校准工艺确认。

21.根据权利要求19所述的光学结构，其中，所述黏着剂包括嵌入其内且均匀分布的多个颗粒，所述颗粒的直径范围小于或等于所述第一光波导与所述第二光波导之间的间隙。

22.根据权利要求21所述的光学结构，其中，所述颗粒的直径范围为50μm-150μm。

23.根据权利要求18所述的光学结构，进一步包括设置于所述第一光波导的侧部和/或所述第二光波导的侧部的遮光层。

24.根据权利要求18所述的光学结构，其中，所述第一光波导与所述第二光波导为同一类别的光波导，其中，同一类别的光波导表示所述第一光波导相对于标准第二光波导进行主动校准时所需的第一偏移量与所述第二光波导相对于标准第一光波导进行主动校准时所需的第二偏移量满足预设范围。

25.根据权利要求18所述的光学结构，其中，所述第一光波导与所述第二光波导之间的平行度小于等于2′。

26.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：

权利要求18-25任一所述的光学结构；以及

投影仪，被配置为投射投影图像至所述光学结构。

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