CN115327693A - 光波导组件 - Google Patents

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CN115327693A CN202211056125.7A CN202211056125A CN115327693A CN 115327693 A CN115327693 A CN 115327693A CN 202211056125 A CN202211056125 A CN 202211056125A CN 115327693 A CN115327693 A CN 115327693A
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杨神武
张晴雯
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Abstract

本发明提供了一种光波导组件。光波导组件包括：光波导片，光波导片为多片，多片光波导片叠加设置，各光波导片上均设置有耦入结构、转折结构、耦出结构和衍射抑制层，同一个光波导片上的转折结构和耦出结构分别位于该光波导片的两侧表面，且转折结构和耦出结构在光波导片上的投影至少部分重合，衍射抑制层位于耦出结构与光波导片之间；其中，转折结构包括多个元胞单元，多个元胞单元呈矩形阵列设置。本发明解决了现有技术中的光波导组件存在显示效率不均匀的问题。

Description

光波导组件
技术领域
本发明涉及衍射光学技术领域，具体而言，涉及一种光波导组件。
背景技术
目前，虚拟现实VR、增强现实AR和混合现实MR等类型的显示设备已经广泛应用在光学成像领域中，其中，在AR增强现实方面，光波导组件是关键的一部分；同时光波导组件也是目前主要的AR显示方案的必要选择。但现有的光波导组件存在一些固有缺陷，例如系统效率低、不同视场角光线在波导中传播时，所走路径不同，导致其效率利用率也不相同，使得输出的效率不均匀，导致最终成像在用户眼中的图像在各个位置的显示效率差异大的情况。同时，提高光能利用率，提升波导的输出光均匀性也是当前研发的热点及方向。
也就是说，现有技术中的光波导组件存在显示效率不均匀的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光波导组件，以解决现有技术中的光波导组件存在显示效率不均匀的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种光波导组件，包括：光波导片，光波导片为多片，多片光波导片叠加设置，各光波导片上均设置有耦入结构、转折结构、耦出结构和衍射抑制层，同一个光波导片上的转折结构和耦出结构分别位于该光波导片的两侧表面，且转折结构和耦出结构在光波导片上的投影至少部分重合，衍射抑制层位于耦出结构与光波导片之间；其中，转折结构包括多个元胞单元，多个元胞单元呈矩形阵列设置。
进一步地，多片光波导片至少包括两片，同一片光波导片上的耦入结构和转折结构间隔设置在同一侧表面。
进一步地，同一片光波导片上的耦入结构为一个或多个，当耦入结构为多个时，多个耦入结构间隔设置；和/或不同光波导片上的多个耦入结构在相邻的光波导片上的投影重合或错开设置。
进一步地，光波导组件还包括光机，光机为一个或多个，光机用于向耦入结构发射光。
进一步地，当光机为一个时，光机为彩色光机，彩色光机发射至少三种不同波段的光，此时多个光波导片中相邻两个光波导片上的耦入结构在其中一个光波导片上的投影重合；和/或当光机为多个时，多个光机发射光的波段不同，多个光波导片中相邻两个光波导片上的耦入结构在其中一个光波导片上的投影错开设置，多个光机与不同光波导片上的多个耦入结构一一对应设置。
进一步地，元胞单元呈矩形，矩形的元胞单元被分为多个网格，多个网格沿至少两个方向依次排列，各网格中均具有光栅，同一个元胞单元的多个网格中的光栅相同或不相同。
进一步地，衍射抑制层的折射率小于其所在的光波导片的折射率。
进一步地，衍射抑制层通过光学胶连接在光波导片上或者通过镀膜工艺沉积在光波导片上。
进一步地，同一片光波导片的耦出结构在光波导片上投影落入衍射抑制层在光波导片上的投影范围内；和/或同一片光波导片的衍射抑制层在光波导片上的投影完全覆盖光波导片。
进一步地，同一片光波导片上的衍射抑制层为一层。
进一步地，衍射抑制层为折射率固定的或者折射率沿衍射抑制层的厚度方向变化的衍射抑制层。
进一步地，当衍射抑制层的折射率固定时，衍射抑制层的折射率大于等于1.65且小于等于2.65；和/或当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，衍射抑制层的折射率大于等于1.7且小于等于2.0；和/或当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，衍射抑制层的折射率沿远离其所在的光波导片的方向逐渐减小。
进一步地，衍射抑制层的厚度大于等于100nm且小于等于1mm；和/或光波导片的厚度大于等于400μm且小于等于1mm；和/或光波导片的折射率大于等于1.65且小于等于2.65。
进一步地，耦入结构为一维光栅，耦入结构为一层或多层，每层高度大于等于50nm且小于等于1000nm；和/或耦入结构的占空比大于等于30％且小于等于80％，耦入结构的周期大于等于300nm且小于等于600nm。
进一步地，转折结构为二维光栅，转折结构为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于300nm；和/或转折结构的占空比大于等于20％且小于等于80％，转折结构的周期大于等于150nm且小于等于600nm。
进一步地，耦出结构为一维光栅，耦出结构为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于500nm；和/或耦出结构的占空比大于等于20％且小于等于80％，耦出结构的周期大于等于200nm且小于等于600nm。
应用本发明的技术方案，光波导组件包括光波导片，光波导片为多片，多片光波导片叠加设置，各光波导片上均设置有耦入结构、转折结构、耦出结构和衍射抑制层，同一个光波导片上的转折结构和耦出结构分别位于该光波导片的两侧表面，且转折结构和耦出结构在光波导片上的投影至少部分重合，衍射抑制层位于耦出结构与光波导片之间；其中，转折结构包括多个元胞单元，多个元胞单元呈矩形阵列设置。
通过设置多片叠加的光波导片，使得外部光机发射的不同波段的光可在不同的光波导片中传输，规划了不同波段光的传输路径，保证了传输稳定性，不同波段的光对应不同颜色，从而使得本申请的光波导组件能够实现彩色图像的传输和显示。光波导片为耦入结构、转折结构、耦出结构和衍射抑制层提供了设置位置，提高了耦入结构、转折结构、耦出结构和衍射抑制层的使用可靠性，耦入结构用于将外部光机发射的光耦入光波导片内，并将耦入的光衍射成不同角度朝向转折结构的方向进行衍射传输，转折结构用于接收耦入结构传输过来的光并使其在光波导片中的传输方向发生改变，同时进行扩瞳传输，进一步传输至耦出结构，耦出结构用于接收转折结构传输过来的光并将其耦出所述光波导片，以将外部光机的光均匀高效地耦出至人眼进行成像显示。转折结构和耦出结构在光波导片上的投影至少部分重合，这样就缩小了转折结构和耦出结构在光波导片上的实际占用尺寸，有利于缩小光波导片的尺寸，保证了光波导组件的小型化；同时缩短了转折结构到耦出结构的传输路径，降低了光能量在传输过程中的损失，保证了系统传输效率。
另外，转折结构包括多个元胞单元，多个元胞单元呈矩形阵列设置，通过将转折结构设置成多个元胞单元矩形阵列的形式，以保证转折结构能够承接耦入结构传输过来的大部分光，并将该大部分光按照特定方向扩瞳传输至耦出结构处，有利于保证传输效率。由于在实际传输过程中，会有部分光线在经过耦入结构后，直接被耦出结构作用，造成部分光线，最终导致耦出至人眼中的部分区域的效率低于其他区域的效率，从而造成输出效率低和显示不均匀的情况，通过在耦出结构与光波导片之间设置衍射抑制层，使得光线先经过衍射抑制层在到达耦出结构，使得衍射抑制层能够抑制耦出结构造成的提前衍射现象，防止光能量泄露，提升了光波导组件的输出效率，在保证FOV的前提下，提高输出光的均匀性。也就是说，衍射抑制层减少了光线在到达耦出结构时的光能损失，保留光波导片内的光的能量，使得光波导组件整体显示效率得到提升，输出光均匀性也同时得到提升。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的光波导组件的K域分布图；
图2示出了现有技术中的光波导组件的一个角度的结构示意图；
图3示出了图2中的现有技术中的光波导组件的另一个角度的结构示意图；
图4示出了本发明的实施例一的光波导组件的结构示意图；
图5示出了图4中的转折结构的示意图；
图6示出了本发明的实施例二的光波导组件的结构示意图；
图7示出了现有技术中未设置衍射抑制层的光波导组件的衍射效率图；
图8示出了本发明的一个可选实施例的光波导组件的衍射效率图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、光波导片；21、耦入光栅；22、转折光栅；23、耦出光栅；30、耦入结构；40、转折结构；41、元胞单元；411、网格；50、耦出结构；60、衍射抑制层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
如图1至图3所示，描述了现有技术中的光波导组件。如图1所示，现有技术中的光波导组件的K域分布图。1、2、3可以代表三种状态，1代表光线为进入光波导片(或光线耦出光波导片)时的状态，2代表光线经耦入光栅21传输至光波导片内的状态，3代表光线经转折光栅22扩瞳传输后的状态，4表示经过耦入光栅21后直接被耦出光栅23作用后的状态。其中，K1为耦入光栅21的光栅矢量，表示波矢经过耦入光栅21时叠加的矢量；K2为转折光栅22的光栅矢量，表示波矢经过转折光栅22时叠加的矢量；K3为耦出光栅23的光栅矢量，表示波矢经过耦出光栅23时叠加的矢量；K1、K2和K3形成闭合回路。但是在光线的实际传输过程中，会有部分光线在经过耦入光栅21的K1后，直接被耦出光栅23作用(区域4)，造成部分光能量损失，最终经耦出光栅23耦出至人眼的光线中该部分(区域4)的衍射效率低于其他区域的衍射效率。图2示出了现有技术中的光波导组件的结构示意图。由图中可知，光波导片的下表面间隔设置有耦入光栅21和转折光栅22，光波导片的上表面设置有耦出光栅23，其中24为光能损失，25为扩瞳光线，26为耦出光线。图3示出了图2中的光波导组件的另一个角度的示意图。
为了解决现有技术中的光波导组件存在显示效率不均匀的问题，本发明提供了一种光波导组件。
如图4至图8所示，光波导组件包括光波导片10，光波导片10为多片，多片光波导片10叠加设置，各光波导片10上均设置有耦入结构30、转折结构40、耦出结构50和衍射抑制层60，同一个光波导片10上的转折结构40和耦出结构50分别位于该光波导片10的两侧表面，且转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的投影至少部分重合，耦入结构30与转折结构40或耦出结构50位于同一侧，衍射抑制层60位于耦出结构50与光波导片10之间；其中，转折结构40包括多个元胞单元41，多个元胞单元41呈矩形阵列设置。
通过设置多片叠加的光波导片10，使得外部光机发射的不同波段的光可在不同的光波导片10中传输，规划了不同波段光的传输路径，保证了传输稳定性，不同波段的光对应不同颜色，从而使得本申请的光波导组件能够实现彩色图像的传输和显示。光波导片10为耦入结构30、转折结构40、耦出结构50和衍射抑制层60提供了设置位置，提高了耦入结构30、转折结构40、耦出结构50和衍射抑制层60的使用可靠性，耦入结构30用于将外部光机发射的光耦入光波导片10内，并将耦入的光衍射成不同角度朝向转折结构40的方向进行衍射传输，转折结构40用于接收耦入结构30传输过来的光并使其在光波导片10中的传输方向发生改变，同时进行扩瞳传输，进一步传输至耦出结构50，耦出结构50用于接收转折结构40传输过来的光并将其耦出所述光波导片10，以将外部光机的光均匀高效地耦出至人眼进行成像显示。转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的投影至少部分重合，这样就缩小了转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的实际占用尺寸，有利于缩小光波导片10的尺寸，保证了光波导组件的小型化；同时缩短了转折结构40到耦出结构50的传输路径，降低了光能量在传输过程中的损失，保证了系统传输效率。
另外，转折结构40包括多个元胞单元41，多个元胞单元41呈矩形阵列设置，通过将转折结构40设置成多个元胞单元41矩形阵列的形式，以保证转折结构40能够承接耦入结构30传输过来的大部分光，并将该大部分光按照特定方向扩瞳传输至耦出结构50处，有利于保证传输效率。由于在实际传输过程中，会有部分光线在经过耦入结构30后，直接被耦出结构50作用，造成部分光线，最终导致耦出至人眼中的部分区域的效率低于其他区域的效率，从而造成输出效率低和显示不均匀的情况，通过在耦出结构50与光波导片10之间设置衍射抑制层60，使得光线先经过衍射抑制层60在到达耦出结构50，使得衍射抑制层60能够抑制耦出结构50造成的提前衍射现象，防止光能量泄露，提升了光波导组件的输出效率，在保证FOV的前提下，提高输出光的均匀性。也就是说，衍射抑制层60减少了光线在到达耦出结构50时的光能损失，保留光波导片10内的光的能量，使得光波导组件整体显示效率得到提升，输出光均匀性也同时得到提升。
如图5所示，转折光栅40的多个元胞单元41呈矩形阵列设置，也可以理解为多个元胞单元41阵列后的所形成的形状为矩形，也就是说转折光栅40的形状为矩形，通过将转折结构40设置成多个元胞单元41矩形阵列的形式，也是为了与衍射抑制层60相匹配，为了更好的配合衍射抑制层60，以保证衍射抑制层60能够正常使用，保证衍射抑制层60的使用效果。
综上，AR(增强现实)头戴式设备或车载HUD现已成为当下科研热点，也已慢慢进入人们日常生活，光波导组件目前作为主流的AR设计方案由于其体积小的优点被广泛关注，但其也存在固有缺陷包括系统效率低、角度均匀性差、眼盒均匀性差等问题，严重制约了光波导组件在AR设备中的应用。本申请提出一种衍射光波导，可以抑制耦出结构50造成的提前衍射现象，防止光能量泄露，提升光波导组件的光学效率，在保证FOV的前提下，提高输出光的均匀性。
如图4所示，在一种可选实施例中，多片光波导片10至少包括两片，每片光波导片10上均具有耦入结构30、转折结构40、耦出结构50和衍射抑制层60。同一片光波导片10上的耦入结构30和转折结构40间隔设置在同一侧表面，例如图4中所示，两片光波导片10上的耦入结构30和转折结构40均间隔设置在同一侧表面，以上侧的光波导片10为例，耦入结构30与转折结构40间隔设置在光波导片10的下侧表面，且耦入结构30和转折结构40所在的表面未设置衍射抑制层60，光波导片10的另一侧表面设置衍射抑制层60，衍射抑制层60远离光波导片10的一侧表面设置耦出结构50，且转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的投影重合，也就是说转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的投影是正对应的，由于转折结构40和耦出结构50的尺寸和形状不同，所以将转折结构40和耦出结构50正对应的布置在光波导片10的两侧表面时，转折结构40和耦出结构50在光波导片10上的投影不是完全重合的而是大部分重合的，但是转折结构40和耦出结构50在光波导片10上投影不存在错开或间隔的情况。
具体的，同一片光波导片10上的耦入结构30为一个或多个，在本申请的实施例中，同一片光波导片10上的耦入结构30为一个，且不同光波导片10上的多个耦入结构30在相邻的光波导片10上的投影重合或错开设置；但是在本申请的未示出的实施例中，同一片光波导片10上的耦入结构30可以为多个，多个耦入结构30间隔设置，多个耦入结构30能够耦入不同颜色的光。
具体的，光波导组件还包括光机，光机为一个或多个，光机用于向耦入结构30发射光。当光机为一个时，光机为彩色光机，彩色光机能够发射至少三种不同波段的光，例如蓝光、绿光和红光；此时多个光波导片10中相邻两个光波导片10上的耦入结构30在其中一个光波导片10上的投影重合；也就是说，多个光波导片10上的耦入结构30的位置和大小是相同的，由光波导组件的俯视图看，只能看到一个耦入结构30，此时不同的光波导片10上的耦入结构30所耦入的光的波长可以相同也可以不同。以图4中的具体实施例为例，彩色光机发射蓝光、绿光和红光，上侧的光波导片10上的耦入结构30能够耦入蓝光和绿光，下侧的光波导片10上的耦入结构30能够耦入绿光和红光，通过规划不同耦入结构30耦入光的波段，以实现彩色显示。
在本申请未示出的实施例中，当光机为多个时，多个光机发射光的波段不同，多个光波导片10中相邻两个光波导片10上的耦入结构30在其中一个光波导片10上的投影错开设置，也就是说，多个光波导片10上的多个耦入结构30均不重合，由光波导组件的俯视图看，能够看到多个错开设置的多个耦入结构30，这样有利于多个光机与不同光波导片10上的多个耦入结构30一一对应设置，以使得不同耦入结构30能够耦入不同波段的光，以保证最终彩色的显示效果，设置多个耦入结构30的目的是为了配合光机，以实现彩色显示。
如图5所示，元胞单元41呈矩形，矩形的多个元胞单元41沿两个彼此垂直的方向间隔排列，矩形的元胞单元41被分为多个网格411，多个网格411沿至少两个方向依次排列，各网格411中均具有光栅，同一个元胞单元41的多个网格411中的光栅相同或不相同。也就是说每个网格411内的光栅可以是任意的。这样设置保证了转折结构40的对光线的扩瞳效果，有利于光线向耦出结构50的所在位置进行衍射传输，同时有利于转折结构40的扩瞳传输效果。在图5所示的具体实施例中，元胞单元41可设置三列，三列元胞单元41彼此平行，每列均设置三个间隔设置的矩形的元胞单元41。
具体的，衍射抑制层60的折射率小于其所在的光波导片10的折射率。衍射抑制层60的低折射率能够抑制耦出结构50提前造成能量泄露的衍射级次，同时不影响正常耦出所需的衍射级次，从而减少光线在耦出结构50处造成的能量损失。
具体的，衍射抑制层60通过光学胶直接胶接在光波导片10上或者通过镀膜工艺沉积在光波导片10上。胶接工艺较为成熟，有利于保证衍射抑制层60的结构强度足够大。镀膜沉积方法工艺较为成熟，有利于保证较高的加工精度。可根据实际情况进行选择。
如图4所示，同一片光波导片10的耦出结构50在光波导片10上投影落入衍射抑制层60在光波导片10上的投影范围内；也就是说衍射抑制层60的面积大于耦出结构50的面积，在图中的具体实施例中，同一片光波导片10上的衍射抑制层60在光波导片10上的投影完全覆盖光波导片10，也就是说衍射抑制层60的面积等于其所在的光波导片10的面积。通过合理规划衍射抑制层60的尺寸，有利于保证衍射抑制层60能够在耦出结构50之前接收到转折结构40传输过来的光，从而起到抑制提前衍射的现象，避免了光线的损失，保证了系统效率。
当然，在其他可选的实施例中，同一片光波导片10上衍射抑制层60也可仅设置在耦出结构50与该光波导片10之间，也就是说衍射抑制层60的面积等于耦出结构50的面积。
具体的，衍射抑制层60的厚度大于等于100nm且小于等于1mm，该衍射抑制层60的功效主要发生在衍射抑制层60与耦出结构50的交接面上，给耦出结构50提供一个低折射率的出射环境，来抑制相应的衍射级次。因此，通过将衍射抑制层60的厚度设置在大于等于100nm且小于等于1mm的一个较大的厚度范围，有利于保证衍射抑制层60的使用效果。
具体的，同一片光波导片10上的衍射抑制层60为一层，当同一片光波导片10上的衍射抑制层60为一层时，该衍射抑制层60为折射率固定的衍射抑制层60或者为折射率沿衍射抑制层的厚度方向变化的衍射抑制层。当衍射抑制层的折射率是固定的时，也就是说该衍射抑制层60的材料为折射率固定的材料，此时衍射抑制层的折射率大于等于1.65且小于等于2.65；衍射抑制层60的折射率只要满足低于其所在的光波导片10的折射率即可实现减少耦出时光能损失的功能。当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，也就是说该衍射抑制层的折射率是不固定的且该衍射抑制层的折射率是沿其厚度方向逐渐增大或逐渐减小的，也就是说衍射抑制层60的材料为折射率逐渐变化的材料，此时衍射抑制层的折射率大于等于1.7且小于等于2.0；通过将衍射抑制层60的折射率设置成逐渐变化的形式，有利于消除菲涅尔反射。例如，在本申请的一个可选实施例中，当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，衍射抑制层的折射率沿远离光波导片的方向逐渐减小，且衍射抑制层与光波导片连接的部分的折射率与光波导片的折射率相同，这样可以消除临界面处因折射率差造成的菲涅尔反射。
另外，同一片光波导片10上的衍射抑制层60为一层时，光波导组件还包括增透膜，增透膜设置在衍射抑制层60与光波导片10之间。通过设置增透膜从而减少衍射抑制层60与光波导片10之间折射率不匹配产生的界面反射。
具体的，一片光波导片10的厚度大于等于400μm且小于等于1mm；通过合理约束光波导片10的厚度，能够避免厚度过小影响其结构强度，同时避免厚度过大增加光波导组件整体重量，通过将光波导片10的厚度约束在400μm到1mm的范围内，在保证光波导片10工作稳定性的同时保证光波导组件的轻量化。光波导片10的折射率大于等于1.65且小于等于2.65。通过将光波导片10的折射率设置在一个较大的范围内，高折射率的光波导片10可以保证大视场角的图像传输，折射率越高，光波导片10内所能容纳的视场角就越大。
具体的，耦入结构30为一维光栅，耦入结构30为一层或多层，每层高度大于等于50nm且小于等于1000nm；耦入结构30的占空比大于等于30％且小于等于80％，耦入结构30的周期大于等于300nm且小于等于600nm；通过合理约束耦入结构30的具体参数在合理的范围内，可以保证耦入结构30将入射光衍射成不同角度，通过特定级次进入光波导片10中传输，其目的是将外部光机发射的光最大功率地均匀导入光波导片10内。
具体的，转折结构40为二维光栅，转折结构40的元胞单元41的形状优选为正方形，转折结构40为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于300nm；转折结构40的占空比大于等于20％且小于等于80％，转折结构40的周期大于等于150nm且小于等于600nm。通过合理约束转折结构40的参数在合理的范围内，以保证转折结构40能够接收来自耦入结构30的光，并使其在光波导片10内传输的方向改变，同时进行扩瞳传输。
具体的，耦出结构50为一维光栅，耦出结构50为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于500nm；耦出结构50的占空比大于等于20％且小于等于80％，耦出结构50的周期大于等于200nm且小于等于600nm。通过合理约束耦出结构50的参数在合理的范围内，有利于保证耦出结构50能够接收转折结构40传输过来的光，并将其耦出，其目的是将光机的信息均匀高效地耦出到人眼。
下面结合具体实施例和附图来描述本申请的光波导组件。
实施例一
如图4和图5所示，为实施例一的光波导组件的示意图。
如图4所示，光波导组件包括两片光波导片10，每片光波导片10上均设置有耦入结构30、转折结构40、耦出结构50和衍射抑制层60，以上侧的光波导片10为例，该光波导片10的下表面间隔设置了耦入结构30和转折结构40，光波导片10的上表面完全覆盖了一层衍射抑制层60，衍射抑制层60的上表面设置有耦出结构50，且转折结构40和耦出结构50在其所在光波导片10上的投影大部分重合。
在本实施例中，两个光波导片10上的衍射抑制层60均为一层，且衍射抑制层60的材料为折射率固定的材料。
如图4所示，两片光波导片10分为上侧的光波导片10和下侧的光波导片10；由上侧的光波导片10所示，351为经上侧的光波导片10的第一波长的扩瞳光线，352为经过上侧的光波导片10的第二波长的扩瞳光线，361为经上侧的光波导片10耦出的第一波长的光线，362为经上侧的光波导片10耦出的第二波长的光线。由下侧的光波导片10所示，353为经下侧的光波导片10的第二波长的扩瞳光线，354为经过下侧的光波导片10的第三波长的扩瞳光线，363为经下侧的光波导片10耦出的第二波长的光线，364为经下侧的光波导片10耦出的第三波长的光线。其中，第一波长的光线为蓝光，第二波长的光线为绿光，第三波长的光线为红光。
如图4所示，上侧的光波导片10的耦入结构30的高度在大于等于150nm且小于等于250nm的范围内，台阶层数为1-4层，周期为350nm；上侧的光波导片10的转折结构40的高度在大于等于30nm且小于等于80nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期：247.49nm*247.49nm；上侧的光波导片10的耦出结构50的高度在大于等于120nm且小于等于180nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期为380nm；上侧的光波导片10的折射率为2.0，上侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率为1.7。
如图4所示，下侧的光波导片10的耦入结构30的高度在大于等于150nm且小于等于250nm的范围内，台阶层数为1-4层，周期为450nm；下侧的光波导片10的转折结构40的高度在大于等于30nm且小于等于80nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期：318.20nm*318.20nm；下侧的光波导片10的耦出结构50的高度在大于等于120nm且小于等于180nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期为450nm；下侧的光波导片10的折射率为2.0，下侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率为1.7。
实施例二
如图6所示，为实施例二的光波导组件的示意图。
与实施例一的区别是，两个光波导片10上的衍射抑制层60均为一层，且衍射抑制层60的材料为折射率沿其厚度方向逐渐变化的材料。
如图4所示，两片光波导片10分为上侧的光波导片10和下侧的光波导片10；由上侧的光波导片10所示，551为经上侧的光波导片10的第一波长的扩瞳光线，552为经过上侧的光波导片10的第二波长的扩瞳光线，561为经上侧的光波导片10耦出的第一波长的光线，562为经上侧的光波导片10耦出的第二波长的光线。由下侧的光波导片10所示，553为经下侧的光波导片10的第二波长的扩瞳光线，554为经过下侧的光波导片10的第三波长的扩瞳光线，563为经下侧的光波导片10耦出的第二波长的光线，564为经下侧的光波导片10耦出的第三波长的光线。其中，第一波长的光线为蓝光，第二波长的光线为绿光，第三波长的光线为红光。
如图4所示，上侧的光波导片10的耦入结构30的高度在大于等于150nm且小于等于250nm的范围内，台阶层数为1-4层，周期为350nm；上侧的光波导片10的转折结构40的高度在大于等于30nm且小于等于80nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期：247.49nm*247.49nm；上侧的光波导片10的耦出结构50的高度在大于等于120nm且小于等于180nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期为350nm；上侧的光波导片10的折射率为2.0，上侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率满足1.7-2.0。
如图4所示，下侧的光波导片10的耦入结构30的高度在大于等于150nm且小于等于250nm的范围内，台阶层数为1-4层，周期为450nm；下侧的光波导片10的转折结构40的高度在大于等于30nm且小于等于80nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期：318.20nm*318.20nm；下侧的光波导片10的耦出结构50的高度在大于等于120nm且小于等于180nm的范围内，占空比在大于等于40％且小于等于60％的范围内，周期为450nm；下侧的光波导片10的折射率为2.0，下侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率满足1.7-2.0。
其中，上侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率的变化规律和下侧的光波导片10上的衍射抑制层60的折射率的变化规律相同，以上层的光波导片10上的衍射抑制层60为例，衍射抑制层60的折射率的变化规律由其所在光波导片10至耦出结构50逐渐减小；具体的，衍射抑制层60可包括七种折射率，七种在垂直于光波导片10的方向上，从其所在的光波导片10至耦出结构50，折射率依次为2.0、1.95、1.9、1.85、1.8、1.75和1.7。光波导片10的折射率为2.0。此实例仅作说明展示，实际上衍射抑制层60的折射率的变化可根据实际情况进行设置。
如图7所示，为现有技术中未设置衍射抑制层60的光波导组件的衍射效率图。如图8所示，为本申请的光波导组件的衍射效率图。灰度值越高表示效率越低，灰度值越低表示效率越高。本申请通过设置了衍射抑制层60，部分区域的效率整体提升明显，并且均匀性也有所提升。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光波导组件，其特征在于，包括：
光波导片(10)，所述光波导片(10)为多片，多片所述光波导片(10)叠加设置，各所述光波导片(10)上均设置有耦入结构(30)、转折结构(40)、耦出结构(50)和衍射抑制层(60)，
同一个所述光波导片(10)上的所述转折结构(40)和所述耦出结构(50)分别位于该所述光波导片(10)的两侧表面，且所述转折结构(40)和所述耦出结构(50)在所述光波导片(10)上的投影至少部分重合，所述衍射抑制层(60)位于所述耦出结构(50)与所述光波导片(10)之间；其中，所述转折结构(40)包括多个元胞单元(41)，多个所述元胞单元(41)呈矩形阵列设置。
2.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，多片所述光波导片(10)至少包括两片，同一片光波导片(10)上的所述耦入结构(30)和所述转折结构(40)间隔设置在同一侧表面。
3.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，
同一片所述光波导片(10)上的所述耦入结构(30)为一个或多个，当所述耦入结构(30)为多个时，多个所述耦入结构(30)间隔设置；和/或
不同所述光波导片(10)上的多个所述耦入结构(30)在相邻的所述光波导片(10)上的投影重合或错开设置。
4.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，所述光波导组件还包括光机，所述光机为一个或多个，所述光机用于向所述耦入结构(30)发射光。
5.根据权利要求4所述的光波导组件，其特征在于，
当所述光机为一个时，所述光机为彩色光机，所述彩色光机发射至少三种不同波段的光，此时多个所述光波导片(10)中相邻两个所述光波导片(10)上的所述耦入结构(30)在其中一个所述光波导片(10)上的投影重合；和/或
当所述光机为多个时，多个所述光机发射光的波段不同，多个所述光波导片(10)中相邻两个所述光波导片(10)上的所述耦入结构(30)在其中一个所述光波导片(10)上的投影错开设置，多个所述光机与不同所述光波导片(10)上的多个所述耦入结构(30)一一对应设置。
6.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，所述元胞单元(41)呈矩形，矩形的所述元胞单元(41)被分为多个网格(411)，多个所述网格(411)沿至少两个方向依次排列，各所述网格(411)中均具有光栅，同一个所述元胞单元(41)的多个所述网格(411)中的光栅相同或不相同。
7.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，所述衍射抑制层(60)的折射率小于其所在的所述光波导片(10)的折射率。
8.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，所述衍射抑制层(60)通过光学胶连接在所述光波导片(10)上或者通过镀膜工艺沉积在所述光波导片(10)上。
9.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，
同一片所述光波导片(10)的所述耦出结构(50)在所述光波导片(10)上投影落入所述衍射抑制层(60)在所述光波导片(10)上的投影范围内；和/或
同一片所述光波导片(10)的所述衍射抑制层(60)在所述光波导片(10)上的投影完全覆盖所述光波导片(10)。
10.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，同一片所述光波导片(10)上的所述衍射抑制层(60)为一层。
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