基于波导的增强现实装置及其方法制造方法及图纸

一种基于波导的增强现实装置及其方法。该基于波导的增强现实装置包括：用于发射图像光的一图像源组件；具有并排布置的耦入区域和耦出区域的一波导组件，其中该波导组件的该耦入区域对应于该图像源组件；以及被设置于该图像源组件和该波导组件之间的光路中的一平面折叠光组件，其中该平面折叠光组件具有光焦度，并且该平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过该多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠该图像源组件和该波导组件之间的光路，用于使来自该图像源组件的该图像光在该平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从该波导组件的该耦入区域耦入，再从该波导组件的该耦出区域耦出。再从该波导组件的该耦出区域耦出。再从该波导组件的该耦出区域耦出。

【技术实现步骤摘要】
基于波导的增强现实装置及其方法


[0001]本专利技术涉及增强现实
，特别是涉及一种基于波导的增强现实装置及其方法。

技术介绍

[0002]近年来，微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。随着投影显示技术的不断发展以及市场需求，可穿戴的微投影系统越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmented reality,AR)等领域。增强现实又称扩增现实或混合现实，是一种将虚拟物体叠加到真实环境并进行互动的技术，通过将虚拟物体的图像以及真实环境的图像透射到用户眼中，使用户获得虚拟与现实融合的体验。
[0003]目前，虽然市场上存在多种AR光学系统方案，但真正能够面向消费者的产品仍然存在很多不足，比如，亮度低、视场角小、尺寸大、成本高、设备笨重等。特别是随着自发光显示芯片作为图像显示源的折反式光学系统出现，因其在控制成本、减小体积以及降低难度上具有一定优势而备受青睐。如图1所示，现有的折反式增强现实设备10P通常包括图像源组件11P、透镜12P、半反半透镜13P以及曲面反射镜14P，通过该图像源组件11P发射的图像光线，在经由该透镜12P聚焦后，再经由该半反半透镜13P和该曲面反射镜14P反射至人眼中以呈现放大的虚像，而人眼能够透过该半反半透镜13P和该曲面反射镜14P看到真实物体，使得虚拟图像与真实世界叠加即可完成增强交互。
[0004]然而，现有的折反式增强现实设备10P虽然能够通过折返图像光而增加光程，但会因采用的半反半透镜13P和曲面反射镜14P均为曲面元件而导致设备前端的整体尺寸却比较大；与此同时，图像源组件11P和透镜12P均位于设备的前端，造成设备前端的重量也比较重。
[0005]而随着波导技术的发展，波导技术也逐渐被广泛应用到增强现实领域，以替代现有的折返式增强现实设备10P中的半反半透镜13P和曲面反射镜14P。例如，如图2所示，现有的基于波导的增强现实设备20P通常包括图像源组件21P、透镜组件22P以及波导23P，这样通过该图像源组件21P发射的图像光线，在经由该透镜组件22P聚焦后，再经由该波导23P传导至人眼中以呈现放大的虚像，而人眼能够透过该波导23P看到真实物体，使得虚拟图像与真实世界叠加即可完成增强交互。
[0006]然而，该现有的基于波导的增强现实设备20P虽然能够解决设备前端尺寸较大、重量较重的问题，但因为该现有的基于波导的增强现实设备20P失去了折返光路而不得不增大该透镜组件22P中的透镜数量来延长光程，以确保图像光线具有足够的光程而形成质量较高的虚拟图像，这样该透镜组件22P的体积和重量将急剧变大，导致该现有的基于波导的增强现实设备20P的整体尺寸和重量也将变大，更难以接受的是该现有的基于波导的增强现实设备20P的大部分重量将集中到该透镜组件22P以造成重量分布不均匀，进而影响用户的佩戴舒适度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其能够在保证图像光具有足够的光程的同时，减小装置的尺寸和重量，有助于改善用户的佩戴舒适度。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够采用平面折叠技术在较小的物理空间内增加图像光的光程，有助于提高装置结构的紧凑性，降低装置的尺寸和重量。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够在波导的边缘对平面折叠光组件进行封装，以在简化封装工艺、提高封装质量的同时，避免对波导的耦入区域和耦出区域产生干扰。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够整体地封装所述平面折叠光组件和所述波导，以便降低所述平面折叠光组件的投影区域与所述波导的耦入区域的对准难度。
[0011]本专利技术的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够利用所述平面折叠光组件的显影区域对光线进行会聚或发散，以替代曲面的远视或近视镜片，有助于使远视或近视用户直接使用所述基于波导的增强现实装置就能够看到清晰的虚拟图像和真实物体，从而获得良好的增强现实体验。
[0012]本专利技术的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本专利技术成功和有效地提供一解决方案，不只提供一基于波导的增强现实装置及其方法，同时还增加了所述基于波导的增强现实装置及其方法的实用性和可靠性。
[0013]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本专利技术提供了一基于波导的增强现实装置，包括：
[0014]一图像源组件，用于发射图像光；
[0015]一波导组件，其中所述波导组件具有并排布置的耦入区域和耦出区域，并且所述波导组件的所述耦入区域对应于所述图像源组件；以及
[0016]一平面折叠光组件，其中所述平面折叠光组件被设置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件具有光焦度，并且所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。
[0017]根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件包括具有光焦度的一第二光学元件、一第三光学元件以及一第四光学元件，其中所述第二光学元件用于透射第一偏振图像光，且可选择角度地反射第二偏振图像光；其中所述第三光学元件用于将该第一偏振图像光和该第二偏振图像光与第三偏振图像光和第四偏振图像光相互转换；其中所述第四光学元件用于反射该第三偏振图像光，且透射该第四偏振图像光；其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振，并且该第三偏振图像光与该第
四偏振图像光相互正交地偏振。
[0018]根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第一偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第二光学元件、所述第三光学元件以及所述第四光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。
[0019]根据本申请的一实施例，所述第一光学元件为一圆偏振件，其中所述圆偏振件用于将该图像光起偏为圆偏振光。
[0020]根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第四偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第四光学元件、所述第三光学元件以及所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一基于波导的增强现实装置，其特征在于，包括：一图像源组件，用于发射图像光；一波导组件，其中所述波导组件具有并排布置的耦入区域和耦出区域，并且所述波导组件的所述耦入区域对应于所述图像源组件；以及一平面折叠光组件，其中所述平面折叠光组件被设置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件具有光焦度，并且所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。2.如权利要求1所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件包括具有光焦度的一第二光学元件、一第三光学元件以及一第四光学元件，其中所述第二光学元件用于透射第一偏振图像光，且可选择角度地反射第二偏振图像光；其中所述第三光学元件用于将该第一偏振图像光和该第二偏振图像光与第三偏振图像光和第四偏振图像光相互转换；其中所述第四光学元件用于反射该第三偏振图像光，且透射该第四偏振图像光；其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振，并且该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振。3.如权利要求2所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第一偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第二光学元件、所述第三光学元件以及所述第四光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。4.如权利要求3所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第一光学元件为一圆偏振件，其中所述圆偏振件用于将该图像光起偏为圆偏振光。5.如权利要求2所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第四偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第四光学元件、所述第三光学元件以及所述第二光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。6.如权利要求5所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第一光学元件为一线偏振件，其中所述线偏振件用于将该图像光起偏为线偏振光。7.如权利要求2至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第二光学元件为一偏振体全息件，用于透射左旋圆偏振图像光和右旋圆偏振图像光中的一种，并可选择角度地反射该左旋圆偏振图像光和该右旋圆偏振图像光中的另一种；其中所述第三光学元件为一1/4波片；其中所述第四光学元件为一偏振反射件，用于透射P偏振图像光和S偏振图像光中的一种，并反射该P偏振图像光和该S偏振图像光中的另一种。8.如权利要求2至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第二光学元件与所述第三光学元件被间隔地叠置，以在所述第二光学元件和所述第三光学元件之间形成一透光间隙。
9.如权利要求8所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一平面透光元件，其中所述平面透光元件被设置于所述透光间隙，并且所述平面透光元件的折射率大于空气的折射率。10.如权利要求1至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件与所述波导组件的所述耦入区域相匹配地设置。11.如权利要求1至4中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件同时与所述波导组件的所述耦入区域和所述耦出区域相匹配地设置。12.如权利要求3或4所述的基于波导的增强现...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杭，罗丝，李弼华，胡增新，
申请(专利权)人：舜宇光学浙江研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：