一种光波导及增强现实设备的制作方法-华体会hth·体育(中国)官方网站IOS/安卓/手机APP

文档序号:34131600发布日期:2023-11-29阅读:759来源:国知局


1.本实用新型涉及显示技术领域,种光制作尤其涉及一种光波导及增强现实设备。波导备


背景技术:

2.随着显示技术的及增发展,各种沉浸式的强现显示技术不断出现。增强现实(ar)可以将真实世界和虚拟图像相融合而呈现在人眼前,实设且结合可穿戴技术,种光制作能解放人的波导备双手,且能达到更好的及增显示效果。
3.在ar应用中,强现通常会用到光波导传输虚拟图像。实设当光波导的种光制作折射率大于周围介质折射率且在波导中的入射角大于全反射临界角时,光即可在波导内无泄漏地传输,波导备发生全反射。及增来自微型投影仪的强现光被耦合进入波导后,光就在波导内继续无损地传播图像,实设直到被后续结构耦出。
4.目前的ar显示设备,由于不同视场的光束在波导中传输的角度不同,会导致不同视场的均匀性不佳,影响用户体验。


技术实现要素:

5.本实用新型实施例提供了一种光波导及增强现实设备,该光波导通过使不同视场角度的光束在波导基底内具有不同的传输深度,进而具有接近的传输周期,有利于使不同视场角度的耦出光束密度相当,有利于优化视场均匀性。
6.根据本实用新型的一方面,提供了一种光波导,包括:
7.波导基底,所述波导基底的第一侧包括耦入区域和耦出区域,沿所述波导基底的第一侧指向所述波导基底的第二侧的方向,所述波导基底的折射率减小,所述第一侧与所述第二侧相对设置;
8.图像光束从所述耦入区域耦入所述波导基底内,在所述波导基底内传输后在所述耦出区域耦出;
9.所述图像光束中不同视场角度的光束在所述波导基底的传输深度不同,光束在所述波导基底的传输深度与光束的视场角大小负相关。
10.可选的,所述波导基底在所述第一侧指向所述第二侧的方向上折射率渐变或者折射率梯度变化。
11.可选的,所述波导基底包括多层基底结构,不同基底层之间胶接,不同基底层的折射率在所述第一侧指向所述第二侧的方向上逐渐减小,且任意相邻两基底层之间胶材的折射率与所述任意相邻两基底层其中之一的折射率相同。
12.可选的,所述图像光束包括第一波段光束、第二波段光束和第三波段光束,所述第一波段光束的波长、所述第二波段光束的波长和所述第三波段光束的波长依次减小,所述第一波段光束在所述波导基底的传输深度、所述第二波段光束在所述波导基底的传输深度和所述第三波段光束在所述波导基底的传输深度依次增加。
13.可选的,所述耦入区域包括第一耦入区域、第二耦入区域和第三耦入区域,所述第
一耦入区域、所述第二耦入区域和所述第三耦入区域沿靠近所述耦出区域的方向依次排列,所述第一耦入区域用于接收所述第一波段光束,所述第二耦入区域用于接收所述第二波段光束,所述第三耦入区域用于接收所述第三波段光束。
14.可选的,所述波导基底的第一侧还包括扩瞳区域,图像光束从所述耦入区域耦入所述波导基底内,在所述波导基底内经扩瞳区域偏转传输后在所述耦出区域耦出。
15.可选的,所述扩瞳区域包括第一扩瞳区域和第二扩瞳区域;所述第一波段光束从所述第一耦入区域耦入所述波导基底,在所述波导基底内全内反射传输至所述第一扩瞳区域后再偏转传输至所述耦出区域耦出;所述第二波段光束从所述第二耦入区域耦入所述波导基底,在所述波导基底内全内反射传输至所述第二扩瞳区域后再偏转传输至所述耦出区域耦出;所述第三波段光束从所述第三耦入区域耦入所述波导基底,在所述波导基底内全内反射传输至所述耦出区域耦出。
16.可选的,所述耦入区域、扩瞳区域和耦出区域均设置为一维光栅。
17.根据本实用新型的另一方面,还提供了一种增强现实设备,包括:
18.设备主体;
19.光机,所述光机被设置于所述设备主体,用于投射图像光束;以及
20.如所述的任意一种光波导。
21.可选的,所述设备主体被实施为眼镜架,所述眼镜架包括横梁部和镜腿部,并且所述镜腿部从所述横梁部至少一侧向后延伸,所述光波导被对应地设置于所述横梁部。
22.本实用新型实施例提供的光波导,包括波导基底,波导基底的第一侧包括耦入区域和耦出区域,沿波导基底的第一侧指向波导基底的第二侧的方向,波导基底的折射率减小,第一侧与第二侧相对设置;图像光束从耦入区域耦入波导基底内,在波导基底内传输后在耦出区域耦出;图像光束中不同视场角度的光束在波导基底的传输深度不同,光束在波导基底的传输深度与光束的视场角大小负相关。通过设置具有折射率变化的波导基底,可以使不同视场角度的光束具有不同的传输深度,进而具有接近的传输周期,有利于使视场角度的耦出光束密度相当,有利于优化视场均匀性。
23.应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例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实用新型的一些实施例,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获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图;
26.图2为本实用新型实施例提供的另一种光波导的结构示意图;
27.图3为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图;
28.图4为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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。
30.需要说明的是,本实用新型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,以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.图1为本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图。参考图1,本实施例提供的光波导包括:波导基底10,波导基底10的第一侧包括耦入区域11和耦出区域12,沿波导基底10的第一侧指向波导基底10的第二侧的方向x,波导基底10的折射率减小,第一侧与第二侧相对设置;图像光束从耦入区域11耦入波导基底10内,在波导基底10内传输后在耦出区域12耦出;图像光束中不同视场角度的光束在波导基底10的传输深度不同,光束在波导基底10的传输深度与光束的视场角大小负相关。示例性的,图1示出图像光束a包括两种不同视场角的光束a1和a2,其中a1的视场角小于a2的视场角,a1在波导基底10传输深度大于a2在波导基底10的传输深度。
32.其中,耦入区域11设置有耦入光栅,耦出区域12设置有耦出光栅,对于不同视场角的光束,入射至耦入光栅时的衍射角不同,进而在波导基底10内传输的角度就会不一样。不同视场角的光束由于入射至波导基底10内的角度不同,角度大则传输周期大,角度小则传输周期小,通过设置波导基底10沿x方向折射率减小,光束在波导基底10的传输深度与光束的视场角大小负相关,可以使得二者的耦出光束密度趋于一致,从而优化视场的均匀性。
33.本实用新型实施例的技术方案,通过设置具有折射率变化的波导基底,可以使不同视场角度的光束具有不同的传输深度,进而具有接近的传输周期,有利于使视场角度的耦出光束密度相当,有利于优化视场均匀性。
34.在具体实施时,本实用新型不对波导基底的折射率变化形式进行限定,可选的,波导基底在第一侧指向第二侧的方向上折射率渐变或者折射率梯度变化,具体实施时可以根据实际情况选择。
35.在另一实施例中,可选的,波导基底包括多层基底结构,不同基底层之间胶接,不同基底层的折射率在第一侧指向第二侧的方向上逐渐减小,且任意相邻两基底层之间胶材的折射率与任意相邻两基底层其中之一的折射率相同。示例性的,图2为本实用新型实施例提供的另一种光波导的结构示意图。参考图2,波导基底包括多层基底结构,图2中示意性示出四层基底101、102、103、104以及三层胶材105、106和107,其中各个基底结构沿x方向折射率减小,胶材与上层基底或下层基底的折射率相同。在其他实施例中,波导基底可以设置更多层的基底结构,具体实施时可以根据实际情况设计。
36.图3为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图。参考图3,可选的,图像光束a包括第一波段光束a3、第二波段光束a4和第三波段光束a5,第一波段光束a3的波长、第二波段光束a4的波长和第三波段光束a5的波长依次减小,第一波段光束a3在波导基底10的传输深度、第二波段光束a4在波导基底10的传输深度和第三波段光束a5在波导基底10的传输深度依次增加。
37.可以理解的是,一般ar显示设备均能实现彩色显示,一般彩色显示利用红、绿、蓝三种颜色,第一波段光束a3可以为红色波段光束,第二波段光束a4可以为绿色波段光束,第三波段光束a5可以为蓝色波段光束。光束的波长越长,其衍射角度越大,在波导基底10内的传输周期越大,通过设置波长短的光束传输深度较大,有利于增加短波长光束的传输周期,从而优化彩色的均匀性。
38.图4为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图。参考图4,可选的,耦入区域11包括第一耦入区域111、第二耦入区域112和第三耦入区域113,第一耦入区域111、第二耦入区域112和第三耦入区域113沿靠近耦出区域12的方向依次排列,第一耦入区域111用于接收第一波段光束a3,第二耦入区域112用于接收第二波段光束a4,第三耦入区域113用于接收第三波段光束a5。
39.其中,对于不同颜色的光束,光栅效率不同,从而影响色彩平衡。本实施例中,将耦入区域11分为三个区域,每个区域具有相同的周期,单独设计对应的占空比、深度或者光栅类型。由于红色波段光束传输时周期最大,蓝色波段光束传输时周期最小,因此设置第一耦入区域111距离耦出区域12最远,以使不同的颜色光束传输近似相等的周期,同时在耦入无二次耦出浪费,因此光波导的效率与微型投影仪的比例更加近似。
40.可实施的,波导基底10的第一侧还包括扩瞳区域,图像光束从耦入区域11耦入波导基底10内,在波导基底10内经扩瞳区域偏转传输后在耦出区域12耦出。
41.可选的,扩瞳区域包括第一扩瞳区域和第二扩瞳区域;第一波段光束a3从第一耦入区域111耦入波导基底10,在波导基底10内全内反射传输至第一扩瞳区域后再偏转传输至耦出区域12耦出;第二波段光束a4从第二耦入区域112耦入波导基底10,在波导基底10内全内反射传输至第二扩瞳区域后再偏转传输至耦出区域12耦出;第三波段光束a5从第三耦入区域113耦入波导基底10,在波导基底10内全内反射传输至耦出区域12耦出。
42.其中,与前述实施例相同,第一波段光束a3为红色波段光束,第二波段光束a4为绿色波段光束,第三波段光束a5为蓝色波段光束。对不同颜色的光束按照不同的路径传输至耦出区域耦出,能够提高衍射均匀性以及视场均匀性。
43.可选的,耦入区域、扩瞳区域和耦出区域均设置为一维光栅,一维光栅工艺简单,有利于降低光波导的成本。
44.本实用新型实施例还提供一种增强现实设备,包括设备主体;光机,光机被设置于设备主体,用于投射图像光束;以及上述实施例提供的任意一种光波导。
45.由于本实用新型实施例提供的增强现实设备包括上述实施例提供的任意一种光波导,具备与光波导相同或相应的技术效果,此处不再详述。其中,设备主体可以为可穿戴设备,可选的,设备主体被实施为眼镜架,眼镜架包括横梁部和镜腿部,并且镜腿部从横梁部至少一侧向后延伸,光波导被对应地设置于横梁部。即光波导被设置为眼镜片。光机可以包括液晶显示屏、有机发光显示屏、micro led显示屏等,用于显示虚拟图像,具体实施时可
以根据实际情况选择。光波导可以透过外界光线,虚拟图像和外界光线叠加实现增强现实的效果。
46.上述具体实施方式,并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型保护范围之内。
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