CN217521440U - 波导结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种波导结构。波导结构包括：波导片；光机，光机设置在波导片的外部，用于向波导片发射图像光；耦入光栅，耦入光栅设置在波导片的一侧表面上，光机与耦入光栅对应设置，耦入光栅用于将光机发射的图像光耦入到波导片内；二维光栅，二维光栅设置在波导片上且与耦入光栅位于同一侧或不同侧，二维光栅包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元，二维结构单元包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元垂直或倾斜设置在波导片的表面上；其中，波导片上仅设置有耦入光栅和二维光栅。本实用新型解决了现有技术中的波导结构存在显示效果差的问题。

Description

波导结构

技术领域

本实用新型涉及衍射光学技术领域，具体而言，涉及一种波导结构。

背景技术

近年来，衍射光学领域发展的日渐成熟，其中虚拟现实、增强现实和混合现实已经逐渐被人们所熟知，在增强现实AR方面，波导结构是成像的关键，也是目前主流AR显示方案比不缺少的一部分。但现有的波导结构存在一些缺陷如系统效率低，不同视场角光线在光波导中传播时，所走路径不同，其效率利用率也不相同。由于需包含一定的视场角范围，因为在设计过程中，需要考虑所有角度显示效果，导致为了均衡个别视场角的效率而牺牲部分视场角的效率，使得波导结构的显示效果较差。

也就是说，现有技术中的波导结构存在显示效果差的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种波导结构，以解决现有技术中的波导结构存在显示效果差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种波导结构，包括：波导片；光机，光机设置在波导片的外部，用于向波导片发射图像光；耦入光栅，耦入光栅设置在波导片的一侧表面上，光机与耦入光栅对应设置，耦入光栅用于将光机发射的图像光耦入到波导片内；二维光栅，二维光栅设置在波导片上且与耦入光栅位于同一侧或不同侧，二维光栅包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元，二维结构单元包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元垂直或倾斜设置在波导片的表面上；其中，波导片上仅设置有耦入光栅和二维光栅。

进一步地，多个二维结构单元沿至少两个方向呈周期阵列排布，至少两个方向包括第一方向和第二方向，第一方向与第二方向之间的夹角为锐角；和/或二维结构单元的延伸方向与波导片的表面之间的夹角大于等于45°且小于等于90°。

进一步地，多个子单元包括第一子单元和第二子单元，第二子单元位于第一子单元远离波导片的一侧，第一子单元与第二子单元的形状相匹配。

进一步地，第一子单元的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种；和/或第二子单元的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种。

进一步地，第一子单元沿平行于波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种；和/或第二子单元沿平行于波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种。

进一步地，第一子单元和第二子单元沿平行于波导片方向的截面均为四边形；或者第一子单元和第二子单元沿平行于波导片方向的截面均为圆形；或者第一子单元和第二子单元沿平行于波导片方向的截面均为椭圆形；或者第一子单元和第二子单元沿平行于波导片方向的截面均为三角形。

进一步地，第一子单元和第二子单元沿平行于波导片方向的截面均为八边形，八边形的八个边被分为两组，两组边均呈W字样布置，且两组呈W字样布置的边扣合设置。

进一步地，耦入光栅为一维光栅，一维光栅包括闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅、多层光栅中的一种；和/或耦入光栅为一个或多个，当耦入光栅的个数为多个时，多个耦入光栅间隔设置，耦入光栅的周期大于等于300nm且小于等于600nm。

进一步地，靠近波导片的子单元的边长的外径L与远离波导片的子单元的外径S之间满足：0.3<S/L<0.7；和/或二维光栅的周期P在150nm-850nm的范围内；和/或二维光栅的高度在30nm-500nm的范围内；和/或二维光栅的占空比f满足：0.2≤f≤0.8。

进一步地，波导片的材料为高折射率玻璃或高折射率光学晶体，高折射率玻璃或高折射率光学晶体的折射率不小于1.5；和/或波导片的折射率大于等于1.5且小于等于2.6；和/或波导片的厚度大于等于0.4毫米且小于等于1毫米。

应用本实用新型的技术方案，波导结构包括波导片、光机、耦入光栅和二维光栅，光机设置在波导片的外部，用于向波导片发射图像光；耦入光栅设置在波导片的一侧表面上，光机与耦入光栅对应设置，耦入光栅用于将光机发射的图像光耦入到波导片内；二维光栅设置在波导片上且与耦入光栅位于同一侧或不同侧，二维光栅包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元，二维结构单元包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元垂直或倾斜设置在波导片的表面上；其中，波导片上仅设置有耦入光栅和二维光栅。

通过设置波导片，使得波导片为耦入光栅和二维光栅提供了设置位置，有利于保证耦入光栅和二维光栅的使用可靠性。光机与耦入光栅对应设置，使得耦入光栅能够将光机发射的大部分光耦入进波导片内，保证了耦入效率，避免了光能量的损失。二维光栅包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元，二维结构单元包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元垂直或倾斜设置在波导片的表面上，这样设置使得二维光栅起到了合理分配各角度光效率的作用，二维光栅可将耦入光栅传输过来的光进行二维方向的传输，目的是将波导片内部的光沿着特定的方向传输，将光机的信息进行扩瞳传输，并将光机的信息均匀高效地耦出到人眼进行成像。本申请的二维光栅可提高大角度下的光的衍射效率，解决了角度均匀性的问题，进提高波导结构的整体衍射效率，保证衍射效率的一致性，从而提升最终画面显示的均匀性，提升显示效果，保证波导结构的整体性能。波导片上仅设置有耦入光栅和二维光栅，使得耦入光栅起到将外部光机的图像光耦入到波导片内部的作用，而二维光栅则不仅能够将耦入光栅的光沿着特定方向进行扩瞳传输，还能将扩瞳后的图像光耦出至人眼进行显示，增加了二维光栅的应用范围，避免了增加其他光栅的情况，有利于保证波导片上的光栅所占面积足够小，进而保证波导结构整体的小型化。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个可选实施例的波导结构的示意图；

图2示出了本实用新型的一个具体实施例的垂直设置的多个二维结构单元的示意图；

图3示出了本实用新型的另一个具体实施例的垂直设置的多个二维结构单元的示意图；

图4示出了本实用新型的另一个具体实施例的垂直设置的多个二维结构单元的示意图；

图5示出了本实用新型的另一个具体实施例的垂直设置的多个二维结构单元的示意图；

图6示出了本实用新型的另一个具体实施例的垂直设置的多个二维结构单元的示意图；

图7示出了本实用新型的垂直设置在波导片上的二维结构单元的侧视图；

图8示出了本实用新型的倾斜设置在波导片上的二维结构单元的侧视图；

图9示出了本实用新型的一个具体实施例的倾斜设置的多个二维结构单元的示意图；

图10示出了本实用新型的另一个具体实施例的倾斜设置的多个二维结构单元的示意图；

图11示出了本实用新型的另一个具体实施例的倾斜设置的多个二维结构单元的示意图；

图12示出了本实用新型的另一个具体实施例的倾斜设置的多个二维结构单元的示意图；

图13示出了本实用新型的另一个具体实施例的倾斜设置的多个二维结构单元的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、耦入光栅；20、二维光栅；21、二维结构单元；211、第一子单元；212、第二子单元；30、第一方向；40、第二方向。

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实用新型。

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。

在本实用新型中，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实用新型。

随着科技发展，车载HUD(Head-up Display)或AR(增强现实)头戴式设备现已成为当下科研热点，也已慢慢进入人们日常生活，波导结构目前作为主流的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、角度均匀性差和眼盒均匀性差等问题，严重制约了波导结构在AR设备中的应用。

为了解决现有技术中的波导结构存在显示效果差的问题，本实用新型提供了一种波导结构。

如图1至图13所示，波导结构包括波导片、光机、耦入光栅10和二维光栅20，光机设置在波导片的外部，用于向波导片发射图像光；耦入光栅10设置在波导片的一侧表面上，光机与耦入光栅10对应设置，耦入光栅10用于将光机发射的图像光耦入到波导片内；二维光栅20设置在波导片上且与耦入光栅10位于同一侧或不同侧，二维光栅20包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元21，二维结构单元21包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元21垂直或倾斜设置在波导片的表面上；其中，波导片上仅设置有耦入光栅10和二维光栅20。

通过设置波导片，使得波导片为耦入光栅10和二维光栅20提供了设置位置，有利于保证耦入光栅10和二维光栅20的使用可靠性。光机与耦入光栅10对应设置，使得耦入光栅10能够将光机发射的大部分光耦入进波导片内，保证了耦入效率，避免了光能量的损失。二维光栅20包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元21，二维结构单元21包括多个子单元，多个子单元沿远离波导片的方向依次叠加设置，二维结构单元21垂直或倾斜设置在波导片的表面上，这样设置使得二维光栅20起到了合理分配各角度光效率的作用，二维光栅20可将耦入光栅10传输过来的光进行二维方向的传输，目的是将波导片内部的光沿着特定的方向传输，将光机的信息进行扩瞳传输，并将光机的信息均匀高效地耦出到人眼进行成像。本申请的二维光栅20可提高大角度下的光的衍射效率，解决了角度均匀性的问题，进提高波导结构的整体衍射效率，保证衍射效率的一致性，从而提升最终画面显示的均匀性，提升显示效果，保证波导结构的整体性能。波导片上仅设置有耦入光栅10和二维光栅20，使得耦入光栅10起到将外部光机的图像光耦入到波导片内部的作用，而二维光栅20则不仅能够将耦入光栅10的光沿着特定方向进行扩瞳传输，还能将扩瞳后的图像光耦出至人眼进行显示，增加了二维光栅20的应用范围，避免了增加其他光栅的情况，有利于保证波导片上的光栅所占面积足够小，进而保证波导结构整体的小型化。

需要说明的是，上述光机可以是自发光的有源器件，比如micro-OLED或micro-LED，也可以是需要外部光源照明的液晶显示屏，包括透射式的LCD和反射式的LCOS，还有基于微机电系统MEMS技术的数字微镜阵列DMD，即DLP的核心和激光束扫描仪LBS等等。上述光机能够提供单色或彩色图像光源信息，光源大小形状需匹配耦入光栅10尺寸以及形状，例如圆形耦入口的光机需匹配圆形的耦入光栅10，根据实际设备需求选择不同类型的光机搭配，以使波导结构的性能达到最好。

还需要说明的是，在一些应用中，光栅是波导结构的一部分，并且在一些实例中，波导结构是近眼显示(NED)的一部分，NED是用于向用户展示图像信息的，是增强现实系统的一部分。NED包括光机和波导结构，光机是发射图像的光源，波导结构包括波导片(有一定厚度的高折射率玻璃)、耦入光栅10和二维光栅20。随着光在波导片内传播，波导片将接收到的图像光扩展为二维，耦入光栅10被设计为将图像光耦合到波导片中。二维光栅20被设计成输出扩大后的图像光并输出到眼盒。

如图1所示，为本申请的波导结构的示意图，波导片未在图中示出，光机发射的光经耦入光栅10衍射后进入波导片中，通过全反射在波导片中进行传播，然后传输至二维光栅20的位置处，经二维光栅20将波导片内传播的光线沿着两个方向进行扩展传输，然后二维光栅20将光线耦出波导片，最终衍射进入人眼进行显示。图中二维光栅20与耦入光栅10间隔设置，二维光栅20和耦入光栅10可设置在波导片的一侧表面上，也可分别设置在波导片的两个表面上。

如图2至图13所示，多个二维结构单元21沿至少两个方向呈周期阵列排布，至少两个方向包括第一方向30和第二方向40，第一方向30与第二方向40之间的夹角为锐角。本实施例中的第一方向30与第二方向40之间的夹角为60°。也就是说，在第一方向30上有多个二维结构单元21，且在第二方向40上也有多个二维结构单元21，多个二维结构单元21中任意相邻两个二维结构单元21之间均是间隔设置的，且间距相等。这样有利于保证二维结构单元21分布的均匀性，进而提高由多个二维结构单元21周期阵列形成的二维光栅20的使用可靠性。

如图7和图8所示，二维结构单元21的延伸方向与波导片的表面之间的夹角大于等于45°且小于等于90°。其中，图7示出了二维结构单元21的延伸方向与波导片表面之间的夹角为90度的情况，也就是说二维结构单元21可以垂直于波导片的表面设置；图8示出了二维结构单元21的延伸方向与波导片表面之间的夹角γ的范围是45°-90°的情况，也就是说二维结构单元21也可以倾斜设置在波导片上。这里需要说明的是，同一个实施例中的多个二维结构单元21的延伸方向是相同的。

具体的，多个子单元包括第一子单元211和第二子单元212，第二子单元212位于第一子单元211远离波导片的一侧，第一子单元211与第二子单元212的形状相匹配。也就是说，同一个二维结构结构单元包括第一子单元211和第二子单元212，第一子单元211设置在波导片上，第二子单元212设置在第一子单元211上，且第一子单元211和第二子单元212同轴设置，第二子单元212的尺寸小于第一子单元211的尺寸；当二维结构结构垂直设置时，第一子单元211和第二子单元212的延伸方向均垂直于波导片，当二维结构结构倾斜设置时，第一子单元211和第二子单元212均倾斜于波导片设置。采用这样设置的二维结构单元21周期排布的二维光栅20可有效解决角度不均匀的问题，有利于保证最终耦出的光能够均匀的充满眼盒，保证显示效果。

具体的，第一子单元211的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种；第二子单元212的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种。上述多棱柱包括三棱柱、四棱柱和八棱柱中的一种。虽然在本实施中，第一子单元211与第二子单元212的形状是相同的，但第一子单元211与第二子单元212的形状不同的任意组合也在本申请的保护范围内。

具体的，第一子单元211沿平行于波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种；第二子单元212沿平行于波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种。第一子单元211与第二子单元212的截面形状可以是相同的也可以不同的，更可根据具体需求进行搭配，在本申请中的第一子单元211与第二子单元212的截面形状是相同的，第二子单元212的截面面积小于第一子单元211的截面面积。

需要说明的是，上述八边形的八个边被分为两组，两组边均呈W字样布置，且两组呈W字样布置的边扣合设置。

还需要说明的是，本申请的耦入光栅10和二维光栅20均为一种衍射光栅，均具有衍射光栅的衍射特性，能够保证光在波导片中的均匀传输。

具体的，耦入光栅10为一维光栅，一维光栅包括闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅、多层光栅中的一种；耦入光栅10为一个或多个，当耦入光栅10的个数为多个时，多个耦入光栅10间隔设置，耦入光栅10的周期大于等于300nm且小于等于600nm。也可根据具体的需求选取不同的光栅类型排列组合。耦入光栅10可以将入射光衍射成不同角度、不同级次进行传输，其目的是将光机发出的光最大功率地导入波导片内，多个耦入光栅10目的在于对能量低的视场角或波长进行效率补偿，最终调整使耦出的光强均匀性达到特性要求。由于衍射光栅的特性，使得耦出的光强会存在不均匀性，这种不均匀性表现为空间的不均匀性和角度的不均匀性，空间的不均匀性导致人眼处于眼盒内不同位置时，观察到的图像亮暗具有差异，角度的不均匀性导致不同视场角的明暗强度具有差异，本申请通过设置二维光栅20，能够解决上述的角度的不均匀性，以保证各个角度的光的均匀性。

需要说明的是，上述闪耀光栅为一种刻槽面与光栅法线不平行，即在两者之间存在一个小夹角，具有闪耀特性的光栅。上述倾斜光栅是一种光栅的平面与光栅切向呈一定倾角的光栅。上述矩形光栅是一种横截面上为矩形的结构来进行衍射的光栅。

具体的，靠近波导片的子单元的边长的外径L与远离波导片的子单元的外径S之间满足：0.3<S/L<0.7。也就是说，第一子单元211的外径L与第二子单元212的外径S之间满足上述条件式。这样设置第二子单元212的尺寸，进而保证第一子单元211与第二子单元212尺寸上搭配的合理性，以保证二维结构单元21的结构合理性，保证二维结构单元21能够稳定使用。

具体的，二维光栅20的周期P在150nm-850nm的范围内；二维光栅20的高度H在30nm-500nm的范围内；二维光栅20的占空比f满足：0.2≤f≤0.8。其中，f＝L/P，L为二维结构单元21的外径或边长，P为二维光栅20的周期。通过对二维光栅20的占空比、周期、高度等尺寸进行合理分配，有利于多个二维结构单元21的周期性规律排布，有利于多个二维结构单元21位置和尺寸的合理规划，进而保证二维光栅20传输光的角度均匀性，保证扩瞳传输的稳定性和角度均匀性。

在本申请中，波导片的材料为高折射率玻璃或高折射率光学晶体，高折射率玻璃或高折射率光学晶体的折射率不小于1.5；波导片的折射率大于等于1.5且小于等于2.6；这样设置有利于保证波导片的高折射率特性，高折射率可提高视场角的大小，以实现超大视场角的波导片。当然，也可根据实际需求选择不同的材料。

具体的，波导片的厚度大于等于0.4毫米且小于等于1毫米。若波导片的厚度小于0.4毫米，使得波导片过薄且不易制作，增强了波导片的加工难度，同时使得波导片在使用过程中易发生折断，降低了波导片的结构强度。若波导片的厚度大于1毫米，使得波导片的厚度过大，不利于波导片的小型化。将波导片的厚度限制在0.4毫米到1毫米的范围内，保证了波导片的轻薄化的同时保证了波导片的结构强度。

下面结合具体附图，根据二维结构单元21的几种不同结构形式进行描述。

图2至图6所示的具体实施例中的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均为90°，也就是说二维结构单元21是垂直于波导片的表面设置的。

图9至图13所示的具体实施例中的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

如图2所示的具体实施例中，图中的多个二维结构单元21均包括第一子单元211和第二子单元212，第二子单元212位于第一子单元211远离波导片的一侧且与第一子单元211连接；第一子单元211和第二子单元212均为四棱柱，且第一子单元211和第二子单元212沿平行于波导片的方向的截面均为四边形，该四边形为平行四边形，且四边形的至少两个边分别与第一方向30和第二方向40平行。第一子单元211的四边形大于第二子单元212的四边形。多个二维结构单元21垂直于波导片的表面设置，第一方向30与第二方向40之间的夹角θ为60°。本实施例中，第一子单元211的边长L与第二子单元212的边长S之间满足：0.3<S/L<0.7。

如图3所示的具体实施例中，图中的同一个二维结构单元21的第一子单元211和第二子单元212均为八棱柱，且第一子单元211和第二子单元212沿平行于波导片的方向的截面均为八边形，该八边形的八个边被分为两组，各组边均呈W字样布置；也就说该八边形由两个W对扣形成，且该八边形为对称结构，八边形的任意一个角均不在第一方向30上和第二方向40上。第一子单元211的八边形大于第二子单元212的八边形。多个二维结构单元21均垂直于波导片的表面设置，第一方向30与第二方向40之间的夹角θ为60°。本实施例中，第一子单元211的边长L与第二子单元212的边长S之间满足：0.3<S/L<0.7。

如图4所示的具体实施例中，图中的同一个二维结构单元21的第一子单元211和第二子单元212均为圆柱，且第一子单元211和第二子单元212沿平行于波导片的方向的截面均为圆形，第一子单元211的圆形大于第二子单元212的圆形。多个二维结构单元21均垂直于波导片的表面设置，第一方向30与第二方向40之间的夹角θ为60°。本实施例中，第一子单元211的直径L与第二子单元212的直径S之间满足：0.3<S/L<0.7。

如图5所示的具体实施例中，图中的同一个二维结构单元21的第一子单元211和第二子单元212均为椭圆柱，且第一子单元211和第二子单元212沿平行于波导片的方向的截面均为椭圆形，第一子单元211的椭圆形大于第二子单元212的椭圆形。多个二维结构单元21均垂直于波导片的表面设置，第一方向30与第二方向40之间的夹角θ为60°。本实施例中，第一子单元211的外径L与第二子单元212的外径S之间满足：0.3<S/L<0.7。

如图6所示的具体实施例中，图中的同一个二维结构单元21的第一子单元211和第二子单元212均为三棱柱，且第一子单元211和第二子单元212沿平行于波导片的方向的截面均为三角形，且三角形的角均不在第一方向30和第二方向40上；第一子单元211的三角形大于第二子单元212的三角形。多个二维结构单元21均垂直于波导片的表面设置，第一方向30与第二方向40之间的夹角θ为60°。本实施例中，第一子单元211的边长L与第二子单元212的边长S之间满足：0.3<S/L<0.7。

如图9所示的具体实施例，与图2的实施例的区别是，本实施中的多个的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

如图10所示的具体实施例，与图3的实施例的区别是，本实施中的多个的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

如图11所示的具体实施例，与图4的实施例的区别是，本实施中的多个的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

如图12所示的具体实施例，与图5的实施例的区别是，本实施中的多个的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

如图13所示的具体实施例，与图6的实施例的区别是，本实施中的多个的二维结构单元21的延伸方向与波导片的平面之间的夹角均在45°到90°的范围内，也就是说二维结构单元21是倾斜于波导片的表面设置的。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波导结构，其特征在于，包括：

波导片；

光机，所述光机设置在所述波导片的外部，用于向所述波导片发射图像光；

耦入光栅(10)，所述耦入光栅(10)设置在所述波导片的一侧表面上，所述光机与所述耦入光栅(10)对应设置，所述耦入光栅(10)用于将所述光机发射的图像光耦入到所述波导片内；

二维光栅(20)，所述二维光栅(20)设置在所述波导片上且与所述耦入光栅(10)位于同一侧或不同侧，所述二维光栅(20)包括多个呈周期阵列排布的二维结构单元(21)，所述二维结构单元(21)包括多个子单元，多个所述子单元沿远离所述波导片的方向依次叠加设置，所述二维结构单元(21)垂直或倾斜设置在所述波导片的表面上；

其中，所述波导片上仅设置有所述耦入光栅(10)和所述二维光栅(20)。

2.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，

多个所述二维结构单元(21)沿至少两个方向呈周期阵列排布，所述至少两个方向包括第一方向(30)和第二方向(40)，所述第一方向(30)与所述第二方向(40)之间的夹角为锐角；和/或

所述二维结构单元(21)的延伸方向与所述波导片的表面之间的夹角大于等于45°且小于等于90°。

3.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，多个所述子单元包括第一子单元(211)和第二子单元(212)，所述第二子单元(212)位于所述第一子单元(211)远离所述波导片的一侧，所述第一子单元(211)与所述第二子单元(212)的形状相匹配。

4.根据权利要求3所述的波导结构，其特征在于，

所述第一子单元(211)的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种；和/或

所述第二子单元(212)的形状包括多棱柱体、圆柱体、椭圆柱体中的一种。

5.根据权利要求3所述的波导结构，其特征在于，

所述第一子单元(211)沿平行于所述波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种；和/或

所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面包括四边形、八边形、圆形、椭圆形和三角形中的一种。

6.根据权利要求3所述的波导结构，其特征在于，

所述第一子单元(211)和所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面均为四边形；或者

所述第一子单元(211)和所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面均为圆形；或者

所述第一子单元(211)和所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面均为椭圆形；或者

所述第一子单元(211)和所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面均为三角形。

7.根据权利要求3所述的波导结构，其特征在于，所述第一子单元(211)和所述第二子单元(212)沿平行于所述波导片方向的截面均为八边形，所述八边形的八个边被分为两组，所述两组边均呈W字样布置，且所述两组呈W字样布置的边扣合设置。

8.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于,

所述耦入光栅(10)为一维光栅，所述一维光栅包括闪耀光栅、倾斜光栅、矩形光栅、双脊光栅、多层光栅中的一种；和/或

所述耦入光栅(10)为一个或多个，当所述耦入光栅(10)的个数为多个时，多个所述耦入光栅(10)间隔设置，所述耦入光栅(10)的周期大于等于300nm且小于等于600nm。

9.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于,

靠近所述波导片的所述子单元的边长的外径L与远离所述波导片的所述子单元的外径S之间满足：0.3<S/L<0.7；和/或

所述二维光栅(20)的周期P在150nm-850nm的范围内；和/或

所述二维光栅(20)的高度在30nm-500nm的范围内；和/或

所述二维光栅(20)的占空比f满足：0.2≤f≤0.8。

10.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，

所述波导片的材料为高折射率玻璃或高折射率光学晶体，所述高折射率玻璃或所述高折射率光学晶体的折射率不小于1.5；和/或

所述波导片的折射率大于等于1.5且小于等于2.6；和/或

所述波导片的厚度大于等于0.4毫米且小于等于1毫米。

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