CN114325909B - 一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及光学器件技术领域，公开了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的条带状结构之间存在平移距离，条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，第一边界线和所述第二边界线为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种，平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离，该二维光栅可以根据成像的亮度均匀性的需求在光波导上刻蚀形成，从而输出具有均匀亮度的光束。

Description

一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备

技术领域

本发明实施例涉及光学器件技术领域，特别涉及一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备的设计是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，人眼与所看到虚拟图像构成的锥形范围叫做视场角，人眼能看全虚拟图像时与显示设备的距离称为出瞳距离，人眼在一定的出瞳距离下能看全虚拟图像时人眼可以晃动的范围叫做眼动范围。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：二维浮雕光栅波导，如正六边形柱状阵列光栅，能够实现二维扩瞳，因此能够做到有效缩小光机体积的同时，实现大视场角和大眼动范围的成像，然而，目前现有的二维浮雕光栅波导，其输出的显示画面存在“条带化”效应（即中心条带具有比其他部分高的相对亮度）等亮度均匀性问题，成像效果不佳。

发明内容

本申请实施例提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种二维光栅，包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，

所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种，所述多重组合线由重复的曲线形线段和直线形线段组合形成，所述平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离。

在一些实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的波浪形且两者的形状相同。

在一些实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的锯齿形且两者的形状相同。

在一些实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为两个第一直角梯形和两个第一平行四边形，所述第一直角梯形的两个底边及所述第一平行四边形的一对平行的边位于划分的虚线上。

在一些实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为四个第二直角梯形，所述第二直角梯形的两个底边位于划分的虚线上。

在一些实施例中，所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；

所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；

所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；

所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离L的范围为：50nm≤L≤500nm。

为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种二维光栅的形成方法，包括：

根据成像的亮度均匀性的需求，确定如第一方面所述的二维光栅的优化变量，

其中，所述优化变量包括：所述条带状结构的边界线的周期、所述条带状结构的边界线的振幅、所述条带状结构的条带宽度、相邻两个条带状结构的平移距离、相邻两个条带状结构的对应边界线之间的距离和/或所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度；

在波导片上刻蚀以形成二维光栅。

为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供了一种光波导，包括：

波导片；

由一维光栅构成的耦入结构，设置在所述波导片的入光侧；

由如第一方面所述的二维光栅构成的耦出结构，设置在所述波导片的出光侧。

为解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例还提供了一种近眼显示设备，包括：如第三方面所述的光波导。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种，所述多重组合线由重复的曲线形线段和直线形线段组合形成，所述平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离，该二维光栅可以根据成像的亮度均匀性的需求在光波导上刻蚀形成，从而输出具有均匀亮度的光束。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1（a）是本发明实施例一提供的一种二维光栅的结构示意图；

图1（b）是本发明实施例一提供的二维光栅作为耦出结构耦出光线时光线所产生8个衍射级次的传播方向的示意图；

图1（c）是本发明实施例一提供的二维光栅作为耦出结构时光线垂直耦入后扩瞳耦出的光路图；

图1（d）是本发明实施例一提供的二维光栅作为耦出结构时光线垂直耦入后扩瞳耦出的能量均匀性仿真图；

图2是本发明实施例二提供的一种二维光栅的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种二维光栅的结构示意图；

图4是本发明实施例四提供的一种二维光栅的结构示意图；

图5是本发明实施例五提供的一种二维光栅的形成方法的流程示意图；

图6是本发明实施例六提供的一种光波导的结构示意图；

图7是本发明实施例七提供的一种近眼显示设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了解决目前二维浮雕光栅成像时输出的显示画面存在“条带化”效应，即中心条带具有比其他部分高的相对亮度的问题，本发明实施例提供了一种二维光栅，其包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种。

该结构的二维光栅能够输出亮度均匀的光线，且具有的多个优化变量，可通过参数调控的方式来实现对二维光栅的亮度均匀性的优化。

应当理解的是，所述多重组合线由重复的曲线形线段和直线形线段组合形成，所述平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离。

具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

实施例一

本实施例提供了一种二维光栅，请参见图1（a），其示出了本实施例提供的一种二维光栅的结构，所述二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重曲线。应当理解的是，多重曲线由多个相同的曲线形线段沿一个方向首尾相接延伸形成。例如，曲线形线段可为弧线、U形线段或倒U形线段等。在本实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的波浪形且两者的形状相同。

示例性的，所述第一边界线和所述第二边界线均为正弦曲线、余弦曲线中的一种。作为举例，所述第一边界线或所述第二边界线上的点的坐标（x,y）满足以下公式：

y=Acos[2π/D(x+S)]

其中，A为所述第一边界线或所述第二边界线的振幅，D为所述第一边界线或所述第二边界线的周期，S为所述平移距离。

在一些实施例中，所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。进一步的，在一些实施例中，所述平移距离S＜D；例如，S=0.5D。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离（即条带距离）L的范围为：50nm≤L≤500nm。

本实施例提供的二维光栅包括若干的呈连续的波浪形的条带状结构，可通过调整所述周期D、所述振幅A、所述条带宽度W、所述平移距离S、所述条带距离L和/或所述高度H，实现对输出图像的亮度均匀性的优化，消除成像画面的“条带化”效应。

具体地，本实施例还可以提供一组图1（a）所示二维光栅应用于折射率为1.91的光波导的优化参数，假设光波导的耦入部分采用一维光栅，且假设耦入部分的一维光栅的周期为380nm，则本实施例提供的二维光栅的一组优化参数具体可以为：周期D为760nm、振幅A为110nm、条带宽度W为40nm、条带状结构相对波导片表面凸起或凹陷的高度H为100nm、条带距离L为219nm，平移距离L为380nm。

当波长为532nm的光线垂直入射到光波导的耦入区域时，会产生一个与波导片表面夹角为47.034°的一级衍射光线，该一级衍射光线将会在光波导中朝具有本实施例提供的二维光栅的耦出区域传播，设具有二维光栅的耦出区域所在的波导片表面为XY平面，该一级衍射光线传播方向沿XZ平面，则如图1（b）所示，当该光线入射到二维光栅结构时会主要产生8个衍射级次，其中T0和R0垂直波导片朝相反方向耦出出射，R1-R6六个衍射级次的光线均与Z轴夹角为47.034°，随后R1-R6六个衍射级次的光线继续在光波导中全反射传播并重复上述过程，从而实现光线的扩瞳显示。

基于上述优化参数和成像原理，可得到如图1（c）和图1（d）分别示出的光线垂直耦入后扩瞳耦出的光路图和能量均匀性仿真图，不难看出，通过本实施例优化后的二维光栅结构可以很好地解决条带化效应且亮度具有较好的均匀性。

实施例二

本实施例提供了一种二维光栅，请参见图2，其示出了本实施例提供的一种二维光栅的结构，所述二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重折线。应当理解的是，多重折线由多个相同的折线形线段的沿一个方向首尾相接延伸形成。例如，折线形线段可为V字形线段或倒V字形线段等。在本实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的锯齿形且两者的形状相同。

在一些实施例中，所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。进一步的，在一些实施例中，所述平移距离S＜D且S≠0.5D；例如，S=D/3。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离（即条带距离）L的范围为：50nm≤L≤500nm。

本实施例提供的二维光栅包括若干的呈连续的锯齿形的条带状结构，可通过调整所述周期D、所述振幅A、所述条带宽度W、所述平移距离S、所述条带距离L和/或所述高度H，实现对输出图像的亮度均匀性的优化，消除成像画面的“条带化”效应。

实施例三

本实施例提供了一种二维光栅，请参见图3，其示出了本实施例提供的一种二维光栅的结构，所述二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重折线。

且有，在本实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为两个第一直角梯形和两个第一平行四边形，所述第一直角梯形的两个底边及所述第一平行四边形的一对平行的边位于划分的虚线上。

示例性的，请参见图3，所述重复单元沿所述复制延伸方向（即图3中虚线箭头所示方向）依次划分为第一子单元S1、第二子单元S2、第三子单元S3和第四子单元S4，所述第一子单元S1和所述第四子单元S4为直角梯形，所述第二子单元S2和所述第三子单元S3为平行四边形，所述第二子单元S2的一平行底边与所述第三子单元S3的一平行底边重合，所述第一子单元S1的长底边与所述第二子单元S2的另一平行底边重合，所述第三子单元S3的另一平行底边与所述第四子单元S4的长底边重合，所述第二子单元S2和所述第三子单元S3呈轴对称设置。

在一些实施例中，所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。进一步的，在一些实施例中，所述平移距离S＜D；例如，S=0.5D。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离（即条带距离）L的范围为：50nm≤L≤500nm。

本实施例提供的二维光栅包括若干个重复单元，其中，重复单元沿所述复制延伸方向划分为两个第一直角梯形和两个第一平行四边形，可通过调整所述周期D、所述振幅A、所述条带宽度W、所述平移距离S、所述条带距离L和/或所述高度H，实现对输出图像的亮度均匀性的优化，消除成像画面的“条带化”效应。

实施例四

本实施例提供了一种二维光栅，请参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种二维光栅的结构，所述二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线均为多重折线。

且有，在本实施例中，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为四个第二直角梯形，所述第二直角梯形的两个底边位于划分的虚线上。

示例性的，请参见图4，所述重复单元沿所述重复延伸方向（即图4中虚线箭头所示方向）依次划分为第五子单元S5、第六子单元S6、第七子单元S7和第八子单元S8，所述第五子单元S5、所述第六子单元S6、所述第七子单元S7和所述第八子单元S8皆为直角梯形，所述第五子单元S5和所述第六子单元S6呈中心对称设置且两者的长底边重合，所述第七子单元S7和所述第八子单元S8呈中心对称设置且两者的长底边重合，所述第六子单元S6和所述第七子单元S7呈轴对称设置且两者的短底边重合。

在一些实施例中，所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。进一步的，在一些实施例中，所述平移距离S＜D；例如，S=0.5D。

在一些实施例中，所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

在一些实施例中，任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离（即条带距离）L的范围为：50nm≤L≤500nm。

本实施例提供的二维光栅包括重复单元，其中，重复单元沿所述复制延伸方向划分为四个第二直角梯形，可通过调整所述周期D、所述振幅A、所述条带宽度W、所述平移距离S、所述条带距离L和/或所述高度H，实现对输出图像的亮度均匀性的优化，消除成像画面的“条带化”效应。

实施例五

本实施例提供了一种二维光栅的形成方法，请参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种二维光栅的形成方法的流程，所述形成方法包括：

步骤S10：根据成像的亮度均匀性的需求，确定如实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所述的二维光栅的优化变量，

其中，所述优化变量包括：所述条带状结构的边界线的周期、所述条带状结构的边界线的振幅、所述条带状结构的条带宽度、相邻两个条带状结构的平移距离、相邻两个条带状结构的对应边界线之间的距离和/或所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度。

步骤S20：在波导片上刻蚀以形成二维光栅。

本实施例提供的二维光栅的形成方法，可根据用户所需要的光波导的实际成像时，对亮度均匀性的需求，按照如实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所示示例中的条带状结构的公式优化其中的变量，从而得到二维光栅的实际制造参数，即所述的二维光栅的优化变量，并根据得到的优化变量在光波导基底上刻蚀所示条带状结构的凹陷部分，以形成如实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所示的二维光栅。

实施例六

本实施例提供了一种光波导，请参见图6，其示出了本实施例提供的一种光波导的结构，所示光波导10包括：波导片11；由一维光栅构成的耦入结构12，设置在所述波导片11的入光侧；由如实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所述的二维光栅构成的耦出结构13，设置在所述波导片11的出光侧。

所述耦入结构12可以为矩形光栅、倾斜光栅、梯形光栅、阶梯光栅、全息光栅或其它一维光栅，具体地，所述耦入结构12可以将光机的投影光线衍射耦合到波导片11内朝耦出结构13的方向全反射传播，可根据实际需要进行设置。

所述耦出结构13由如实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所述的二维光栅构成，具体地，请参见实施例一、实施例二、实施例三或实施例四及其附图所示，此处不再详述，所述耦出结构13能够将光线朝多个方向衍射全反射传播的同时，将部分光线耦出波导片11进入人眼，从而实现波导片11的大范围、大视角的扩瞳显示。

实施例七

本实施例提供了一种近眼显示设备，请参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种近眼显示设备的结构，所述近眼显示设备100包括：如实施例六所述的光波导10。

本实施例提供的近眼显示设备100，由于其光波导10采用的是本发明实施例一、实施例二、实施例三或实施例四所示的二维光栅作为耦出结构，能够实现大范围、大角度的二维扩瞳成像，且该二维光栅具有更多的优化变量，可进行多参数调控来实现亮度均匀性优化。

本发明实施例中提供了一种二维光栅及其形成方法、光波导及近眼显示设备，该二维光栅包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线均为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种，所述多重组合线由重复的曲线形线段和直线形线段组合形成，所述平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离，该二维光栅可以根据成像的亮度均匀性的需求在光波导上刻蚀形成，从而输出具有均匀亮度的光束。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种二维光栅，其特征在于，包括凸设或凹设于波导片表面的若干个条带状结构，所述条带状结构由重复单元沿一个方向复制延伸形成，各所述条带状结构的重复单元相同，且任意两个相邻的所述条带状结构之间存在平移距离，所述重复单元为轴对称形状；

所述条带状结构由第一边界线和第二边界线限定而成，所述第一边界线和所述第二边界线为多重曲线、多重折线和多重组合线中的一种，所述多重组合线由重复的曲线形线段和直线形线段组合形成，所述平移距离是使任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线平行需要其中一个所述条带状结构沿复制延伸方向相对原位置移动的距离，其中，

所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的波浪形且两者的形状相同，

或者，所述第一边界线和所述第二边界线呈连续的锯齿形且两者的形状相同，

或者，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为两个第一直角梯形和两个第一平行四边形，所述第一直角梯形的两个底边及所述第一平行四边形的一对平行的边位于划分的虚线上，

或者，所述第一边界线和所述第二边界线为形状不同的多重折线，分别贯穿所述第一边界线的各直线形线段之间的拐点和所述第二边界线的各直线形线段之间的拐点、垂直于所述复制延伸方向对所述条带状结构进行划分，所述重复单元沿所述复制延伸方向划分为四个第二直角梯形，所述第二直角梯形的两个底边位于划分的虚线上；

由所述二维光栅构成光波导的耦出结构时，所述光波导的耦出结构输出亮度均匀的图像，所述二维光栅是通过调整所述条带状结构的边界线的周期、所述条带状结构的边界线的振幅、所述条带状结构的条带宽度、相邻两个所述条带状结构的平移距离、相邻两个所述条带状结构的对应边界线之间的距离和/或所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度形成。

2.根据权利要求1所述的二维光栅，其特征在于，

所述第一边界线或所述第二边界线的振幅A的范围为：50nm≤A≤500nm；

所述第一边界线或所述第二边界线的周期D的范围为：100nm≤D≤1500nm；

所述条带状结构的条带宽度W的范围为：10nm≤W≤500nm；

所述平移距离S的范围为：100nm≤S≤1500nm。

3.根据权利要求2所述的二维光栅，其特征在于，

所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度H的范围为：200nm≤H≤1000nm。

4.根据权利要求2所述的二维光栅，其特征在于，

任意两个相邻的所述条带状结构的对应边界线之间的距离L的范围为：50nm≤L≤500nm。

5.一种二维光栅的形成方法，其特征在于，包括：

根据成像的亮度均匀性的需求，确定如权利要求1-4任一项所述的二维光栅的优化变量，

其中，所述优化变量包括：所述条带状结构的边界线的周期、所述条带状结构的边界线的振幅、所述条带状结构的条带宽度、相邻两个所述条带状结构的平移距离、相邻两个所述条带状结构的对应边界线之间的距离和/或所述条带状结构相对所述波导片表面凸起或凹陷的高度；

在波导片上刻蚀以形成二维光栅。

6.一种光波导，其特征在于，包括：

波导片；

由一维光栅构成的耦入结构，设置在所述波导片的入光侧；

由如权利要求1-4任一项所述的二维光栅构成的耦出结构，设置在所述波导片的出光侧。

7.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：如权利要求6所述的光波导。

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