光传输结构和头戴显示设备的制作方法

1.本发明涉及衍射光学器件技术领域，尤其涉及一种光传输结构和头戴显示设备。


背景技术：

2.ar(augmented reality，增强现实)显示是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应的图像、视频、3d模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
3.ar显示一般是从图像源发出入射光，经光传导结构之后进入人眼观看。为了更好的让人眼看到呈现的图像，ar产品的出瞳要足够大。可知的，光传导结构通常具有三个或三个以上光栅区域，如光耦入、光扩瞳、光耦出等功能区域，现有的光传输结构中，上述三个功能区域通常独立分布，耦出的区域只有一小部分，且耦入的区域占据的面积却很大，有效的图像显示群区域占整个光波导面积的比例很小。当然，也有的结构中通过设计二维光栅结构提升图像耦出区域，但是设计难度大，且加工工艺也比较难，成本较高。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种光传输结构和头戴显示设备，通过设置两个一维的光栅同时具有扩瞳和耦出功能，并接收位于顶角位置处的耦入光栅的光线，旨在低成本地扩大人眼可观察到完整图像的区域，且减小光传输结构的占据面积。
5.为实现上述目的，本发明提出的光传输结构包括：
6.基底；
7.两一维光栅，两所述一维光栅分别设于所述基底相对的两表面，两所述一维光栅在所述基底的投影部分重叠；及
8.耦入光栅，所述耦入光栅设于所述基底的一表面，且位于所述一维光栅的边角位置；
9.所述耦入光栅接收的光线经所述基底后分别射向两所述一维光栅，其中一个一维光栅的光线扩瞳后再经另一个一维光栅后射出。
10.可选地，所述一维光栅位于所述基底的中部，所述耦入光栅位于所述基底的左上角和/或右上角。
11.可选地，两所述一维光栅的横截面面积相等，两所述一维光栅于所述基底的投影的重叠面积占所述一维光栅的横截面面积的比值大于1/2；
12.和/或，两所述一维光栅于所述基底的投影的重叠面积占所述一维光栅的横截面面积的比值小于0.9。
13.可选地，两所述一维光栅与所述耦入光栅的光栅矢量在矢量方向空间上的矢量之和为0。
14.可选地，两所述一维光栅的周期长度不相同，所述耦入光栅的周期长度与其中一个一维光栅的周期长度相同。
15.可选地，所述耦入光栅与两个一维光栅的周期方向均不相同。
16.可选地，一所述一维光栅的周期方向与所述耦入光栅的周期方向呈锐角设置，另一所述一维光栅的周期方向与所述耦入光栅的周期方向呈直角设置。
17.可选地，所述耦入光栅所占位置的横截面形状为圆形，所述基底的厚度为d，全反射角度为
ɑ
，所述一维光栅的相邻的两耦出光线之间的距离为t，t＝2dtan
ɑ
；
18.所述耦入光栅的半径为r，所述一维光栅的相邻的两耦出光线的光瞳的圆心距离为s，所述一维光栅的耦出光线与水平面的夹角为ρ1，s＝2r/tanρ1；
19.其中，t小于s。
20.可选地，所述耦入光栅为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅；
21.和/或，所述一维光栅为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅。
22.为了实现上述目的，本发明又提出一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括图像源和如上所述的光传输结构，所述光传输结构位于所述图像源的出光侧。
23.本发明提出的技术方案中，光传输结构包括基底和设于基底的耦入光栅和两个一维光栅，通过设置两一维光栅分别位于基底相对的两表面，且两者均能接受耦入光栅的出射光线，首先射入的一维光栅可以作为后射入的一维光栅的扩瞳基础，后射入的一维光栅再次扩瞳后能够耦出射入人眼，显著增大有效的图像区域，实现了基底面积的有效利用，实现紧凑型的光传输结构，且两个一维光栅也方便加工，有效降低成本，且两个一维光栅的投影部分重叠，能够有效提高中心观看区域的效率。同时，耦入光栅位于一维光栅的边角位置，也即分布在光传输结构应用的产品上的镜腿位置，可以很好的对其进行隐藏，缩小所应用产品的体积，且不遮挡用户的观看视线，使得光传输结构所应用的产品更加接近普通眼镜的形态，扩大适用性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明光传输结构一实施例的横向剖视图；
26.图2为图1所示光传输结构的光线传播路线图；
27.图3为图1所示光传输结构的光传播路线显像图；
28.图4为图1所示光传输结构在k矢量空间的分析图；
29.图5为本发明光传输结构的两个表面的纵向剖视图；
30.图6为本发明光传输结构的耦出光线的光瞳示意图；
31.图7为图6所示光传输结构在不同基底厚度的耦出光线的分布对比图。
32.附图标号说明：
33.标号名称标号名称100光传输结构12第二表面10基底20耦入光栅11第一表面30一维光栅
34.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
37.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
40.请参照图1和图2，在本发明的一实施例中，本发明提出的光传输结构100包括：基底10、两一维光栅30及耦入光栅20；
41.两所述一维光栅30分别设于所述基底10相对的两表面，两所述一维光栅30在所述基底10的投影至少部分重叠；所述耦入光栅20设于所述基底10的一表面，且位于一维光栅30的边角位置；
42.所述耦入光栅20接收的光线经所述基底10后分别射向两所述一维光栅30，其中一个一维光栅30的光线扩瞳后再经另一个一维光栅30后射出。
43.本实施例中，光传输结构100应用于ar显示领域，例如，光传输结构100应用于ar眼镜中。光传输结构100可以是波导结构，也可以是其他能够实现波导功能的玻璃镜片。当光传输结构100为波导结构时，基底10为波导基底，其一般为平面板状，具有接收入射光线的耦入区和将光线投影出射的耦出区，入射光线经过耦入区射入，在基底10内传输，并从耦出区射出。具体地，设置基底10的一表面为第一表面11，另一表面为第二表面12。当然，于其他实施例中，基底10也可以设置为圆柱体，可以根据所应有的产品进行设计。基底10的材料可以是环氧树脂或其他有机材料，也可以是重火石玻璃等无机材料，在此不做限定。
44.具体地，基底10的横截面形状可以是矩形、正方形或多边形或不规则形状等，在此不做限定。一般地，基底10的形状为长方体板状或正方体板状或多边体的板状，也可以在长方体或正方体的基础上切除某一部分的顶角，形成梯形或不规则等形状。
45.可知的，入射光线在基底10内传输需要满足两个条件，一是光线由光密介质射向光疏介质，基底10内部的介质折射率大于外部介质的折射率，也即，基底10的折射率需大于1(空气的折射率为1)；另一个是光线的入射角度要大于临界角度。为此，光传输结构100还包括耦入光栅20和耦出光栅，耦入光栅20设于基底10的表面，例如，第一表面11，并位于耦入区，在耦入光栅20的表面会设有用于改变光线入射角度的微观结构，如图中的光栅线的设置，用于将光线耦合进入基底10内。耦入光栅20能够改变入射光线射入基底10内部的入射角度，从而使得入射角度大于或等于临界角度，进而使得光线能够在基底10内发生全反射，完成光线的传输。耦入光栅20可以作为单独的光学元件压印在耦入区，也可以在基底10的耦入区加工成型耦入光栅20的结构。
46.此处，耦入光栅20设置在一维光栅30的边角位置，也即，当一维光栅30为矩形时，耦入光栅20也位于基底10的顶角位置。如此，可以在使用该光传输结构100时，能够使得位于顶角位置的耦入光栅20方便被隐藏在ar眼睛的佩戴部件处，相比于位于基底10的任意一边的位置，都可以减小图像源和耦入光栅20所占ar眼镜的体积，从而不影响用户观看显示图像，并能增大耦出区域的面积。且，在耦出区设有两个一维光栅30，该一维光栅30可作为单独的光学元件贴覆在耦出区，也可以在基底10的耦出区加工成型。此处，设置两个一维光栅30分别设置在基底10相对的两个表面，也即，其中一个设置在第一表面11，另一个设置在第二表面12，两者在基底10的投影至少部分重叠，并可以同时接收到耦入光栅20传输过来的光线。如此，在降低了加工难度的基础上，也能同时实现较大面积的耦出区域，提高有效图像的显示区域，有效实现紧凑且低成本的光传输结构100。
47.在此基础上，耦入光栅20和一维光栅30的形状并不限定，其横截面形状可以是长方体或正方体或圆形等，两个一维光栅30的形状可以相同，也可以不相同。可选的，当耦入光栅20距离光机的距离较近时，可以设定耦入光栅20的横截面形状为圆形，这与光机出筒的形状相匹配，从而能够更好地接收光线。
48.请继续参照图2，光栅矢量方向垂直于光栅线的方向，入射光线由耦入光栅20耦合进入基底10后，经过基底10的全反射传输至第一表面11的一维光栅30，进入该一维光栅30的光线1001会经过扩瞳、转折后再进入第二表面12的一维光栅30内，即1001光线会产生向另一个一维光栅30的衍射光线1002，以及继续沿原方向传播，1002在该一维光栅30内完成扩瞳后并产生耦出光线1003，到达人眼；而继续沿原方向传播的1001光线会再产生衍射光线1004，该衍射光线1004与衍射光线1002的路径相同，最终由另一个一维光栅30耦出。同理，先进入第二表面12的一维光栅30的光线也会经历如上一样的过程射出。光线在经历扩瞳后都会产生新的光线，新的光线会继续传播和扩瞳，不断循环，最终图像在扩瞳后充满整个出瞳，从而使得人眼在很大一片区域均可以看到图像，提高显示效果。因此，这里的一维光栅30均起到了扩瞳和耦出的作用。
49.本发明提出的技术方案中，光传输结构100包括基底10和设于基底10的耦入光栅20和两个一维光栅30，通过设置两一维光栅30分别位于基底10相对的两表面，且两者均能接受耦入光栅20的出射光线，首先射入的一维光栅30可以作为后射入的一维光栅30的扩瞳基础，后射入的一维光栅30再次扩瞳后能够耦出射入人眼，显著增大有效的图像区域，实现了基底10面积的有效利用，且一维光栅30降低了加工难度，有效降低成本，且两个一维光栅30的投影部分重叠，能够有效提高中心观看区域的效率。同时，耦入光栅20位于一维光栅30
的边角位置，也即分布在光传输结构100应用的产品上的镜腿位置，可以很好的对其进行隐藏，缩小所应用产品的体积，且不遮挡用户的观看视线，使得光传输结构100所应用的产品更加接近普通眼镜的形态，扩大适用性。
50.此外，在耦入光线射入一维光栅30时，增加了光线的衍射行为发生的次数，光线经过第一表面11和第二表面12均发生耦出，也即一次全反射就可以将光线耦出，有效增大了扩瞳密度。
51.可选地，所述一维光栅30位于所述基底10的中部，所述耦入光栅20位于所述基底10的左上角和/或右上角。
52.本实施例中，设定一维光栅为矩形，一方面便于加工，另一方面比较符合所应用的ar眼镜的外形，从而形成符合人眼观看的显像区域的形状。将一维光栅30设于基底10的中部，从而能够实现耦出区域与人眼观看的区域更加适配，更有利于提升用户体验。将耦入光栅20设置在基底10的左上角或右上角，使得该光传输结构100更加符合眼镜的眼镜腿位于镜片的上端且左右两侧的分布形态，更加方便隐藏耦入光栅20，减少对显示图像区域的占用，更加符合观看习惯。
53.请参照图3，使用上述光传输结构100进行图像传输，光线由左上侧的耦入光栅20输入，进入基底10内，并向右传播，在传播过程中满足光的全反射条件，在基底10内上下不断反射，并在两一维光栅30的上方耦出，最终汇聚至人眼，可以看出，输出光的宽度明显大于输入光的宽度，可以证明本方案提出的光传输结构100在耦出图像的同时能够扩展光瞳(增大光束口径)。
54.具体地，一维光栅30的横截面为矩形，方便加工。一维光栅30的长度方向与基底10的长度方向一致，且入射光线传输至一维光栅30后，可以向右进行传播和扩瞳的空间较大，实现更大尺寸的耦出图像区域，进而实现更加紧凑的光传输结构100。
55.于其他实施例中，可设定一维光栅30的横截面形状为梯形和矩形的合体，也即将原来的矩形切除一个顶角后形成的图形，且切除的顶角需要朝向耦入光栅20，从而形成一个斜边，如此，可以使得入射光在刚进入一维光栅30时就进行扩瞳，并能够减少在方形的顶角处的不必要的光能损耗，提升光线利用率，并减少光栅材料的使用。
56.请继续参照图1，可选地，两所述一维光栅30的横截面面积相等，两所述一维光栅30于所述基底10的投影的重叠面积占所述一维光栅30的横截面面积的比值大于1/2；
57.和/或，两所述一维光栅30于所述基底10的投影的重叠面积占所述一维光栅30的横截面面积的比值小于0.9。
58.本实施例中，为了能够使其中一个一维光栅30的光线更有几率进入另一个一维光栅30内进行耦出，此处，设定两个一维光栅30的横截面面积相等，且两者在基底10的重叠面积占一维光栅30的横截面面积的比值大于1/2，能增大耦出区域的图像密度。且通过两者重叠设置，能够进一步减少对基底10的表面积占用，减小光传输结构100的尺寸，提升基底10的表面利用率。
59.当然，在上述方案的基础上，为了能够增大图像横向显示区域，也可以将两个一维光栅30重叠的面积不设置过大，至少是不完全重叠，此处可以设定为比值小于0.9，从而有效提高中心图像显示的效率。
60.请参照图4，可选地，两所述一维光栅30与所述耦入光栅20的光栅矢量在矢量方向
空间上的矢量之和为0。
61.可以理解的，为了使得入射角度与耦出的光线的出射角度相同，需要将耦入光栅20的矢量方向与两个一维光栅30的矢量方向在矢量方向空间上的矢量之和为0，也即，耦入光栅20的矢量与两个一维光栅30的矢量能够组成一个闭合的三角形，进而方便设计图像显示方向，供用户观看。
62.为了进一步分析光波导结构的衍射效果，建立一个k空间分析光栅方向和周期，k空间矢量图有内外两个同心圆构成，外圆定义为可以在基底10传输的最大角度，内圆定义为光在基底10的全反射角度，方块代表一幅图像，图像的长宽大小由图中的光线角度表示。光栅矢量代表了光栅的排列方向和周期大小，耦入光栅20的光栅矢量为k
in
，一个一维光栅30的光栅矢量为k1，另一个一维光栅30的光栅矢量为k2，设定耦入光栅20的周期为p
ic
，其中一个一维光栅30的周期为p1，另一个一维光栅30的周期为p2，则k1＝2π/p1，k2＝2π/p2，k
in
＝2π/p
ic
，图中展示的光栅矢量构成了一个每个角为60
°
的等边三角形。当然，于其他实施例中，该光栅矢量只需构成任意等腰三角形即可，保证满足公式|k
in
|＝2*|k2|cosρ2，如此，能够保证耦出的光线进入人眼中，实现图像成像。
63.可选地，两所述一维光栅30的周期长度不相同，所述耦入光栅20的周期长度与其中一个一维光栅30的周期长度相同。
64.可以理解的，当光栅的周期过小时，不利于工艺加工，当然，当周期过大时，会使得耦出光线的密度较小，不利于图像的显示。故而此处将耦入光栅20和一维光栅30的周期范围均设置为大于等于200nm小于等于600nm，例如，200nm、300nm、400nm、500nm、600nm等，保证加工工艺，同时提升图像显示。例如，设定耦入光栅20的周期长度为t1，其中一个一维光栅30的周期长度为t2，另一个一维光栅30的周期长度也为t1，t1不等于t2，t1和t2均大于等于200nm小于等于600nm，从而使得光线更容易耦出。
65.可选地，所述耦入光栅20与两个一维光栅30的周期方向均不相同。
66.本实施例中，耦入光栅20位于一维光栅30的顶角位置，故而其在两个一维光栅30上的传播方向与一个一维光栅30向另一个一维光栅30的传播方向均不相同，故而设定三者的周期方向均不相同，更容易使得三者在空间矢量上的矢量之和为0，满足入射角度和出射角度的一致性，方便用户观看。
67.可选地，一所述一维光栅30的周期方向与所述耦入光栅20的周期方向呈锐角设置，另一所述一维光栅30的周期方向与所述耦入光栅20的周期方向呈直角设置。
68.本实施例中，设定耦入光栅20的光栅线的方向为一维光栅30的其中一个对焦线的方向，第一表面11的一维光栅30的光栅线呈水平状态，第二表面12的一维光栅30的光栅线与耦入光栅20的光栅线相垂直设置，从而使得耦入光栅20耦入的光线均能够射入两个一维光栅30内，进行扩瞳和耦出，提高耦入效率，且两个一维光栅30的周期方向使得光线均能向对方进行扩瞳和耦出，提高耦出效率。
69.参照图5和图6，可选地，所述耦入光栅20所占位置的横截面形状为圆形，所述基底10的厚度为d，全反射角度为
ɑ
，所述一维光栅30的相邻的两耦出光线之间的距离为t，t＝2dtan
ɑ
；
70.所述耦入光栅20的半径为r，所述一维光栅30的相邻的两耦出光线的光瞳的圆心距离为s，所述一维光栅30的耦出光线与水平面的夹角为ρ1，s＝2r/tanρ1；
71.其中，t小于s。
72.本实施例中，选择耦入光栅20的横截面为圆形，当然，耦入光栅20的表面也设有多个呈阵列排布的微光结构，以实现对入射光线的入射角度的偏转。正常情况下，同一光线在光波导结构中的传输过程中，会因衍射时差，在耦出时形成具有一定距离的耦出光线，两相邻的耦出光线的距离与基底10的厚度和其全反射角度有关，所述基底10的厚度为d，全反射角度为
ɑ
，所述一维光栅30的相邻的两耦出光线之间的距离为t，其中，由图中可知t＝2dtan
ɑ
。
73.在耦入光栅20的横截面为圆形时，耦出光线的光瞳是两个圆，且耦入光栅20的半径决定了圆的大小，基底10的厚度决定了两个相邻圆之间的距离。为了提升光传输结构100的扩瞳密度，需要严格设定基底10的厚度和耦入光栅20的半径。且需要光瞳的位置关系如图所示，至少相邻的两个圆的边缘相切，两个圆的圆心距离为s，则s＝2r/tanρ1，与耦入光栅20的半径以及一维光栅30的方向ρ1相关。为了使得两个光线部分重合，则t的值需小于s的值，从而能够使得能够满足上述的图像效果，从而提升扩瞳效果和成像效果，则可以得到公式d＜r/(tanρ1tan
ɑ
)，也即，基底10的厚度需要满足上述公式。
74.可以理解的，基底10的厚度不宜过大，需要满足上述公式，当然，其厚度不宜过薄，以保证一定的结构强度基础。故设定基底10的厚度范围为0.4mm小于等于1.2mm，例如，0.4mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、1mm、1.2mm等，从而在具有一定的结构强度基础上，能够实现较好的扩瞳和成像效果。
75.上述实施例的方案也在具体的实验中得到了验证，请结合图7，在耦入光栅20的半径一定情况下，将基底10的厚度分别设为2mm、1.5mm、1mm，从而得出对应的耦出光线的分布图，其中，横坐标和纵坐标分别代表耦出光线的坐标点。由图中可见，在d为2mm时，半圆形的光瞳相互间隔较远，留下大量空隙。当d为1.5mm时，半圆形的光瞳刚好相互贴近，留出一小部分空隙，当d为1mm时，光瞳互相重叠，完整覆盖耦出区域，没有缝隙。
76.且根据上述公式，于一实施例中，设定耦入光栅20的半径r为2mm，
ɑ
＝50
°
，ρ1＝60
°
时，d小于0.97，符合上述范围。
77.可选地，所述耦入光栅20为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅；
78.和/或，所述一维光栅30为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅。
79.本实施例中，耦入光栅20可以是全息体光栅，全息体光栅具有较高的光线耦合效率，能够将更多光线耦合进入到基底10内部。耦入光栅20可以是透射型全息体光栅，也可以是反射型全息体光栅，在此不做限定。当然，于其他实施例中，也可以设置耦入光栅20为偏振体光栅或表面浮雕光栅等。
80.可选的，在耦入光栅20为上述任意一光栅时，一维光栅30可以为表面浮雕光栅，能够方便调节耦出的光线角度，更加方便设计图像显示区域。当然，于其他实施例中，也可以设置一维光栅30为偏振体光栅或全息体光栅。
81.为了实现上述目的，本发明又提出一种头戴显示设备(未图示)，所述头戴显示设备包括图像源和如上所述的光传输结构100，所述光传输结构100位于所述图像源的出光侧。由于本发明的头戴显示设备的光传输结构100参照了上述实施例的光传输结构100的结构，因此，由上述实施例所带来的有益效果再次不做赘述。
82.本实施例中，头戴显示设备可以是ar眼镜或mr眼镜，其包括图像源，该图像源为光
传输结构100提供入射光，当入射光由空气介质入射至光传输结构100时，首先通过耦入光栅20的衍射，再进入基底10中，通过全反射传输，再从一维光栅穿出，射入人眼中。当然，头戴显示设备还可以是近眼显示器(ned)、头戴显示器(hmd)或抬头显示器(hud)等。
83.在一实施例中，为了尽可能接收图像源，耦入光栅20与图像源正对设置，也即图像源与耦入光栅20在基底10的投影相重合，从而能够保证入射光均被耦入光栅20所接收，提高光传输效率。如此，可以将图像源和耦入光栅20均放置于ar眼镜的镜腿内，从而实现更好的显示图像区域，并更加符合眼镜的形态。
84.可选的，图像源包括光源和显示面板，光源可选的为led光源，为显示面板提供光源，经显示面板后形成入射光，射向光传输结构100。显示面板可以是硅基液晶显示模块(liquid crystal on silicon，lcos)、透射液晶显示模块(lcd)、数字光处理显示模块(digital light processing，dlp)和激光扫描(laser beam scanning，lbs)中的一种。
85.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种光传输结构，其特征在于，所述光传输结构包括：基底；两一维光栅，两所述一维光栅分别设于所述基底相对的两表面，两所述一维光栅在所述基底的投影部分重叠；及耦入光栅，所述耦入光栅设于所述基底的一表面，且位于所述一维光栅的边角位置；所述耦入光栅接收的光线经所述基底后分别射向两所述一维光栅，其中一个一维光栅的光线扩瞳后再经另一个一维光栅后射出。2.如权利要求1所述的光传输结构，其特征在于，所述一维光栅位于所述基底的中部，所述耦入光栅位于所述基底的左上角和/或右上角。3.如权利要求2所述的光传输结构，其特征在于，两所述一维光栅的横截面面积相等，两所述一维光栅于所述基底的投影的重叠面积占所述一维光栅的横截面面积的比值大于1/2；和/或，两所述一维光栅于所述基底的投影的重叠面积占所述一维光栅的横截面面积的比值小于0.9。4.如权利要求1至3中任一项所述的光传输结构，其特征在于，两所述一维光栅与所述耦入光栅的光栅矢量在矢量方向空间上的矢量之和为0。5.如权利要求4所述的光传输结构，其特征在于，两所述一维光栅的周期长度不相同，所述耦入光栅的周期长度与其中一个一维光栅的周期长度相同。6.如权利要求4所述的光传输结构，其特征在于，所述耦入光栅与两个一维光栅的周期方向均不相同。7.如权利要求6所述的光传输结构，其特征在于，一所述一维光栅的周期方向与所述耦入光栅的周期方向呈锐角设置，另一所述一维光栅的周期方向与所述耦入光栅的周期方向呈直角设置。8.如权利要求4所述的光传输结构，其特征在于，所述耦入光栅所占位置的横截面形状为圆形，所述基底的厚度为d，全反射角度为
ɑ
，所述一维光栅的相邻的两耦出光线之间的距离为t，t＝2dtan
ɑ
；所述耦入光栅的半径为r，所述一维光栅的相邻的两耦出光线的光瞳的圆心距离为s，所述一维光栅的耦出光线与水平面的夹角为ρ1，s＝2r/tanρ1；其中，t小于s。9.如权利要求1所述的光传输结构，其特征在于，所述耦入光栅为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅；和/或，所述一维光栅为表面浮雕光栅、偏振体光栅或全息体光栅。10.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括图像源和如权利要求1至9中任意一项所述的光传输结构，所述光传输结构位于所述图像源的出光侧。

技术总结
本发明公开了一种光传输结构和头戴显示设备，所述光传输结构包括：基底、两一维光栅及耦入光栅，两所述一维光栅分别设于所述基底相对的两表面，两所述一维光栅在所述基底的投影部分重叠；所述耦入光栅设于所述基底的一表面，且位于所述一维光栅的边角位置；所述耦入光栅接收的光线经所述基底后分别射向两所述一维光栅，其中一个一维光栅的光线扩瞳后再经另一个一维光栅后射出。本发明的技术方案的光传输结构可低成本实现高效且紧凑的光传输结构。构。构。


技术研发人员：刘立川 程鑫 吾晓 饶轶
受保护的技术使用者：歌尔股份有限公司
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2023/7/11