增强现实装置制造方法及图纸

提供了一种增强现实装置，该增强现实装置包括：波导(306)；被定位在波导(306)中或波导(306)上的输入衍射光学元件(301)，该输入衍射光学元件(301)被配置成接收来自投射器的光并且将光耦合到波导(306)中，使得光通过全内反射被捕获在波导(306)内；被定位在波导(306)中或波导(306)上的输出衍射光学元件(304)，该输出衍射光学元件(304)被配置成将全内反射的光朝向观看者耦合出波导(306)；以及被定位在波导(306)中或波导(306)上的返回衍射光学元件(307，309，312)，该返回衍射光学元件(307，309，312)被配置成接收来自输出衍射光学元件(304)的光并且将接收的光衍射，使得光朝向输出衍射光学元件(304)返回。

【技术实现步骤摘要】
增强现实装置
本技术涉及用于增强现实应用的增强现实装置。
技术介绍
在增强现实头戴式装置中，透明波导被设置在用户的一只或两只眼睛的前面。光投射器将光朝向波导传送。光可以通过输入衍射光栅耦合到波导中。然后，光在波导内通过全内反射传播，并且输出衍射光栅将光耦合出波导并且朝向观看者。在使用时，观看者可以看到来自其外部环境、透射通过透明波导的光以及来自投射器的投射光。这可以提供增强现实体验。虚拟现实头戴式装置以类似方式工作，不同之处在于用户仅能够看到投射光，而看不到来自其外部环境的任何光。
技术实现思路
增强现实装置领域中的一个挑战是提高输出至观看者的图像的对比度。本技术的目的是解决该问题。根据本技术的一方面，提供了一种增强现实装置，包括：波导；被定位在波导中或波导上的输入衍射光学元件，其被配置成接收来自投射器的光并且将光耦合到波导中，使得光通过全内反射被捕获在波导内；被定位在波导中或波导上的输出衍射光学元件，其被配置成将全内反射的光朝向观看者耦合出波导；以及被定位在波导中或波导上的返回衍射光学元件，其配置成接收来自输出衍射光学元件的光并且将接收的光衍射，使得光朝向输出衍射光学元件返回。以此方式，返回衍射光学元件可以通过将光返回到输出衍射光学元件来减小在波导的边缘处的散射。这允许波导的边缘处的未使用的光朝向输出衍射光学元件循环返回，光可以在输出衍射光学元件处朝向观看者耦合。有利地，这通过减少输出区域中的杂散光提高了增强现实装置的对比度。另外，这提高装置的光学效率，因为来自投射器的光中的更多光可以朝向观看者耦合，而不是浪费在散射光线中。尽管在返回衍射光学元件处接收的光是未被输出衍射光学元件耦合出波导的光的意义上，光优选地不被输出衍射光学元件衍射，但是光优选地从输出衍射光学元件的方向在返回衍射光学元件处被接收。在一些实施方式中，在光在返回衍射光学元件处被接收之前，输出衍射光学元件中的光可能存在一些衍射相互作用，但是这样的衍射相互作用优选地仅使光在波导内转向而不是将光耦合出波导并且朝着观看者。优选地，朝向观看者耦合出波导的光线经历由多个衍射光学元件的衍射，多个衍射光学元件的光栅矢量组合以产生基本上为零的大小的合成矢量。以此方式，光可以基本上没有角色散和色度色散地耦合出波导。当然，存在大量可能的光学路径，通过这些光学路径可以将光从投射器朝向观看者耦合。一般而言，可以考虑至少两组光学路径。在第一组光学路径中，光可以被输入衍射光学元件衍射，耦合到波导中，在波导中光经历全内反射，并且然后由输出衍射光学元件耦合出波导，而不与返回衍射光学元件相互作用。在第二组光学路径中，光可以被输入衍射光学元件衍射，并且耦合到波导中，在波导中光经历全内反射。在第二组中，然后，光在被输出衍射光学元件耦合出波导之前被返回衍射光学元件衍射。在第一组光学路径和第二组光学路径中，将光衍射的衍射光学元件的光栅矢量优选地组合以产生具有基本上为零的大小的合量。输入衍射光学元件和输出衍射光学元件的光栅矢量的合成矢量可以组合以产生具有基本上为零的大小的合成矢量。这可以允许一些光学路径没有角象差和色象差地输出。输入衍射光学元件、返回衍射光学元件和输出衍射光学元件的光栅矢量的合成矢量可以组合以产生具有基本上为零的大小的合成矢量。以此方式，对于另一组光学路径，光可以基本上没有角色散和色度色散地耦合出波导。在一些实施方式中，可以有中间衍射光学元件，该中间衍射光学元件被定位波导中或波导上，在输入衍射光学元件与输出衍射光学元件之间(即，从光学路径的角度)。中间衍射光学元件可以以允许光在遇到输出衍射光学元件之前在第一维度上扩展的角度被定向。然后，输出衍射光学元件可以使光在第二维度上扩展，第二维度可以垂直于第一维度。优选地，输入衍射光学元件的光栅矢量、中间衍射光学元件的光栅矢量和输出衍射光学元件的光栅矢量组合以产生具有基本上为零的大小的合成矢量。优选地，输入衍射光学元件的光栅矢量、中间衍射光学元件的光栅矢量、返回衍射光学元件的光栅矢量和输出衍射光学元件的光栅矢量组合以产生具有基本上为零的大小的合成矢量。输出衍射光学元件可以包括在波导中或波导上彼此交叠的第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件。第一输出衍射光学元件可以被配置成接收来自输入方向的光并且将光朝向第二输出衍射光学元件耦合，第二输出衍射光学元件然后可以朝向观看者提供耦出级。第二输出衍射光学元件可以被配置成接收来自输入方向的光并且将光朝向第一输出衍射光学元件耦合，第一输出衍射光学元件然后可以朝向观看者提供耦出级。输出衍射光学元件可以包括光子晶体中的多个光学结构，并且可以将多个光学结构可以以阵列布置，以提供第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件。在该配置中，可以存在第一返回衍射光学元件和第二返回衍射光学元件。第一返回衍射光学元件可以被定位成接收来自第一输出衍射光学元件的光并且将接收的光衍射，使得光朝向输出衍射光学元件返回，该输出衍射光学元件然后可以朝向观看者提供耦出级。第二返回衍射光学元件可以被定位成接收来自第二输出衍射光学元件的光并且将接收的光衍射，使得光朝向输出衍射光学元件返回，该输出衍射光学元件然后可以朝向观看者提供耦出级。第一返回衍射光学元件可以具有与第一衍射光学元件的凹槽对准的凹槽(以及对应地，对准的光栅矢量)。第二返回衍射光学元件可以具有与第二衍射光学元件的凹槽对准的凹槽。在另一配置中，第一返回衍射光学元件和第二返回衍射光学元件可以具有与输入衍射光学元件的凹槽垂直的凹槽。优选地，选择第一返回衍射光学元件和第二返回衍射光学元件中的凹槽的间距，使得可以将组合以向观看者产生耦出级的各种衍射光学元件的光栅矢量相加地组合以产生具有基本上为零的大小的合成矢量。装置还可以包括第三返回衍射光学元件，第三返回衍射光学元件被定位成接收来自第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件的光并且将接收的光衍射，使得光朝向第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件返回。以此方式，返回衍射光学元件可以有效地将朝向波导的边缘延伸的光在光子晶体结构内循环。这可以有助于光子晶体的使用，其同时将光在两个维度上扩展，同时提高输出衍射光学元件内的对比度。在一个实施方式中，第三返回衍射光学元件可以具有与输入衍射光学元件中的凹槽相同取向的凹槽。在另一实施方式中，第三返回衍射光学元件可以具有第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分具有在不同取向的凹槽。具体地，第一部分和第二部分可以具有与y轴成±60°地被定向的凹槽，其是输入衍射光学元件将光朝向波导中的输出衍射光学元件耦合的方向。该配置可以有效地将光朝向输出衍射光学元件返回，从而减少从波导边缘的散射，无论光是在输出衍射光学元件内未衍射，还是已经发生单转向衍射使得光在输出衍射光学元件内重定向，但光仍然通过全内反射被捕获在波导内。这可以使光朝向输出衍射光学元件返回以用于更多数目的光学路径，从而最小化从波导边缘的散射并且提高增强现实图像的对比度。附图说明现在参照附图以示例的方式描述本技术的实施方式，在附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强现实装置，其特征在于，所述增强现实装置包括：/n波导；/n输入衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述输入衍射光学元件被配置成接收来自投射器的光并且将所述光耦合到所述波导中，使得所述光通过全内反射被捕获在所述波导内；/n输出衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述输出衍射光学元件被配置成将全内反射的光朝向观看者耦合出所述波导；以及/n返回衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述返回衍射光学元件被配置成接收来自所述输出衍射光学元件的光并且将所述接收的光衍射，使得所述光朝向所述输出衍射光学元件返回；/n其中，所述输出衍射光学元件包括在所述波导中或所述波导上彼此交叠的第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件，其中，所述第一输出衍射光学元件被配置成接收来自输入方向的光并且将所述光朝向所述第二输出衍射光学元件耦合，然后，所述第二输出衍射光学元件朝向观看者提供耦出级，并且所述第二输出衍射光学元件被配置成接收来自输入方向的光并且将所述光朝向所述第一输出衍射光学元件耦合，然后，所述第一输出衍射光学元件朝向观看者提供耦出级。/n

【技术特征摘要】
20190425 GB 1905773.61.一种增强现实装置，其特征在于，所述增强现实装置包括：
波导；
输入衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述输入衍射光学元件被配置成接收来自投射器的光并且将所述光耦合到所述波导中，使得所述光通过全内反射被捕获在所述波导内；
输出衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述输出衍射光学元件被配置成将全内反射的光朝向观看者耦合出所述波导；以及
返回衍射光学元件，被定位在所述波导中或所述波导上，所述返回衍射光学元件被配置成接收来自所述输出衍射光学元件的光并且将所述接收的光衍射，使得所述光朝向所述输出衍射光学元件返回；
其中，所述输出衍射光学元件包括在所述波导中或所述波导上彼此交叠的第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件，其中，所述第一输出衍射光学元件被配置成接收来自输入方向的光并且将所述光朝向所述第二输出衍射光学元件耦合，然后，所述第二输出衍射光学元件朝向观看者提供耦出级，并且所述第二输出衍射光学元件被配置成接收来自输入方向的光并且将所述光朝向所述第一输出衍射光学元件耦合，然后，所述第一输出衍射光学元件朝向观看者提供耦出级。


2.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中，朝向观看者耦合出所述波导的光线经历由多个衍射光学元件的衍射，所述多个衍射光学元件的光栅矢量组合以产生具有为零的大小的合成矢量。


3.根据权利要求2所述的增强现实装置，其中，所述输入衍射光学元件的光栅矢量和所述输出衍射光学元件的光栅矢量组合以产生具有为零的大小的合成矢量。


4.根据权利要求2所述的增强现实装置，其中，所述输入衍射光学元件的光栅矢量、所述返回衍射光学元件的光栅矢量和所述输出衍射光学元件的光栅矢量组合以产生具有为零的大小的合成矢量。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·萨利姆·瓦莱拉，塞巴斯蒂安·德坤赛尔，格莱布·希罗基，
申请(专利权)人：威福光学有限公司，
类型：新型
国别省市：英国;GB