[实用新型]集成化光波导装置的制造装置

说明书

一种集成化光波导装置的制造装置，其中该集成化光波导装置包括一光波导结构部和一光栅结构部。该制造装置包括：一母板，其中该母板具有与一或多个该光栅结构部相对应的待转印的光栅结构，并且该光栅结构部包括多个光栅单元，其中多个该光栅单元分别沿着多条第一周期线、多条第二周期线以及多条第三周期线进行周期排布以形成一整块二维光栅结构，并且该第一周期线、该第二周期线以及该第三周期线之间的较小夹角均为60°；和一纳米压印装置，其中该纳米压印装置用于利用该母板加工形成该光栅结构部于该光波导结构部，以得到该集成化光波导装置。

技术领域

本实用新型涉及增强现实技术领域，特别是涉及制造装置，用于制造集成化光波导装置。

背景技术

增强现实技术作为一种将虚拟世界信息与真实世界信息“无缝”集成的技术，是把原本在现实世界的一定时间和空间范围内很难体验到的实体信息，通过计算机模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，即将虚拟的物体与真实的环境实时地叠加到了同一个画面或空间以同时存在，使用户获得虚拟与现实融合的体验。

为了实现增强现实显示方案，目前通常使用光波导技术，先使用棱镜或光栅将光线耦入至波导元件内，再利用光线在波导元件内的全内反射传输投影机输出的光束，最后使用多个反射面或光栅截获传输光束实现光学系统的出瞳扩展。

例如，在专利US6580529中公开了一种光学装置，描述了类似于图1所示的装置结构。如图1所示，波导11P在其一个表面上设置输入光栅12P，该输入光栅12P可以对经由输入投影仪在与该波导11P的平面正交方向上提供的输入光进行衍射，使得第一衍射阶耦合到该波导11P中。所捕获的光可以在该波导11P内通过全内反射朝着第二光栅13P行进，该第二光栅13P的槽相对于入射光成45°取向，使得入射光沿着该第二光栅13P的长度方向进行一维扩展。之后，经由该第二光栅13P衍射的光转过90°，并且其第一衍射阶在该波导11P内朝着第三光栅14P延伸；该第三光栅14P的槽被取向为与其入射光正交，这样由该第三光栅14P透射的光透过全内反射继续在该波导11P内行进以在该第三光栅14P的槽正交的方向上一维扩展，并且经由该第三光栅14P衍射的光被耦合出该波导11P并朝着观看者。也就是说，如图1所示的光学装置可以实现输入光的二维扩展，其中第一维度的扩展由该第二光栅13P提供，并且第二维度的扩展由该第三光栅14P提供。但这种光学装置不仅需要相互独立的两个光栅来实现输入光的二维扩展，而且还需要相互独立的两个光栅分别实现光线的耦入和耦出，特别是每种光栅都需要被单独设计加工，这将增大波导的加工制造难度，并且三种光栅之间的位置精度需要被严格控制，导致波导的显示区域受限、灵活性不高。

为了降低波导的加工制造难度，在专利CN110914724中公开了一种改进的光波导装置，描述了类似于图2所示的波导。具体地，如图2所示，该光波导装置包括入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO，IDO和ODO可以形成在波导20P的同一表面或不同表面上，其中入耦合衍射光学器件IDO具有在X方向上延伸的光栅矢量k，用于将图像光耦入该波导20P内，并且出耦合衍射光学器件ODO具有多个不平行于光栅矢量k的光栅矢量，用于在扩展光束的同时，将图像光耦出该波导20P以被观看者看到。

然而，如图2所示的光波导装置虽然仅通过一个光栅就能够同时实现扩展和出瞳功能，有助于在一定程度上降低光波导的加工制造难度，但其仍需要单独制造两种不同的光栅来实现耦入、扩瞳以及耦出的目的，并且这种光波导装置仍需要严格把控入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO之间的位置精度，仍存在波导的显示区域受限、灵活性不高的问题。

实用新型内容

本实用新型的一优势在于提供了一集成化光波导装置的制造装置，其制造的集成化光波导装置能够将耦入、扩瞳以及耦出功能集成在一起，无需在波导上设置相互独立的耦入区域和耦出区域，有助于降低制造难度和成本。