增强现实设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种增强现实设备，包括：设备主体、光机、光波导结构，光波导结构包括叠加设置的第一层波导、第二层波导；第一层波导包括：第一耦入、耦出区域；第二层波导包括：第二耦入、耦出区域；第一耦入区域用于将光机发出的图像光束耦入第一层波导；第一耦出区域用于将第一层波导中传输的图像光束从第一层波导中耦出；第二耦入区域用于将第一耦出区域耦出的图像光束耦入第二层波导；第二耦出区域用于将第二层波导中传输的图像光束从第二层波导中耦出以进入人眼；第一层波导通过反射约束图像光束朝向第一方向传播。本实用新型专利技术通过叠加的两层波导、且第一层波导通过反射约束光束传播的设计，减小了扩瞳区域的面积，进而可减小波导的尺寸。可减小波导的尺寸。可减小波导的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
增强现实设备


[0001]本技术涉及AR
，尤其涉及一种增强现实设备。

技术介绍

[0002]增强现实(AR)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，AR显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，微型投影仪为AR显示系统提供虚拟内容，该虚拟内容通过光学显示屏投射到人眼中，光学显示屏通常是透明的光学部件，这样可以使得用户可以透过光学显示屏同时看到真实世界。
[0003]光波导是光学显示屏的一种实现路径。当传输介质折射率大于周围介质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，发生全反射。来自投影仪的虚拟内容的光束被耦合进入波导后，光束就能在波导内继续无损地传播以传输虚拟内容，直到被后续光学结构耦出。目前市面上光波导通常被分为几何阵列波导和衍射光波导，其中衍射光波导又分为体全息波导和表面浮雕光栅波导，衍射光波导的本质都是通过光栅衍射将入射光束耦入到波导中，表面浮雕光栅波导以其极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，在众多方案中具有明显的优势。
[0004]一般来说，衍射光波导通常包括耦入、扩瞳和耦出三部分，在采用侧上投波导架构时，传统一维光栅架构的示意图如图1，为了避免图像缺失，尤其是视场角(FOV)较大时，扩瞳区域面积较大，导致所需波导尺寸也较大。而且，为了满足用户佩戴的需求以及增强现实设备的尺寸标准，波导尺寸不可能无限制增大，这就导致尤其在FOV较大时，势必会超出波导外形范围，影响增强现实设备外形设计。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种增强现实设备，以解决现有技术中波导扩瞳光栅面积太大、影响增强现实设备外形设计的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]本技术提供一种增强现实设备，其包括：
[0008]设备主体；
[0009]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
[0010]光波导结构，所述光波导结构被设置于所述设备主体，且包括：
[0011]第一层波导、第二层波导；
[0012]所述第一层波导与所述第二层波导叠加设置；
[0013]所述第一层波导包括：第一耦入区域、第一耦出区域；所述第一耦入区域用于将光机发出的图像光束耦入所述第一层波导；所述第一耦出区域用于将所述第一层波导中传输的图像光束从所述第一层波导中耦出；
[0014]所述第二层波导包括：第二耦入区域、第二耦出区域；所述第二耦入区域的位置与所述第一耦出区域的位置相对应，以将所述第一耦出区域耦出的图像光束耦入所述第二层
波导；所述第二耦出区域用于将所述第二层波导中传输的图像光束从所述第二层波导中耦出以进入人眼；
[0015]其中，所述第一层波导通过反射的方式约束所述图像光束朝向第一方向传播；所述第一方向为从所述第一耦入区域到所述第一耦出区域的方向，所述反射包括在所述第一层波导的与所述第一方向平行的四个表面上的反射。
[0016]较佳地，所述第一波导包括至少一个条状波导；所述四个表面包括相互平行的第一表面和第二表面，以及相互平行的第三表面和第四表面；
[0017]所述第一表面和所述第二表面通过对所述图像光束进行全反射，所述第三表面和所述第四表面通过对所述图像光束进行反射，以将所述图像光束约束在所述条状波导中朝向所述第一方向传播，并在所述第一方向上出瞳扩展。
[0018]较佳地，所述第三表面、所述第四表面的外表面设置有反射膜层。
[0019]较佳地，所述条状波导的数量为至少两个时，至少两个所述条状波导沿与所述第一方向垂直的第三方向依次分布；其中，相邻两个所述条状波导之间存在空气间隙。
[0020]较佳地，至少两个所述条状波导的一端连通，另一端分离；或者，
[0021]至少两个所述条状波导相互独立且互相平行。
[0022]较佳地，当至少两个所述条状波导的一端连通，另一端分离时，所述条状波导的厚度和/或宽度被调制为使得不同的条状波导耦出的图像光束的密度趋于一致；
[0023]其中，不同的条状波导传播不同反射角度和/或不同波长的图像光束。
[0024]较佳地，至少两个所述条状波导中的任意两个条状波导，厚度或者宽度较大者所传播的图像光束的反射角度小于厚度或者宽度较小者所传播的图像光束的反射角度，或者，厚度或者宽度较大者所传播的图像光束的波长小于厚度或者宽度较小者所传播的图像光束的波长。
[0025]较佳地，当至少两个所述条状波导相互独立且互相平行时，每个所述条状波导对应一个所述第一耦入区域；不同所述条状波导的所述第一耦入区域的光栅参数不同，用于使得不同所述条状波导中耦入不同波长的图像光束。
[0026]较佳地，所述光机发出的图像光束倾斜入射至所述第一耦入区域。
[0027]较佳地，从所述第二耦入区域到所述第二耦出区域的方向为第二方向，所述第二方向不同于所述第一方向，所述第二耦出区域还用于在所述第二方向上进行出瞳扩展。
[0028]较佳地，所述增强现实设备实现为近眼显示设备，所述设备主体实施为眼镜架，所述眼镜架包括横梁部和镜腿部，所述镜腿部从所述横梁部的至少一侧向后延伸，所述光波导结构被对应地设置于所述横梁部。
[0029]较佳地，还包括：矫正元件，所述矫正元件设置于所述第二耦出区域的光束耦出方向，用于对所述第二耦出区域的耦出光束的方向进行调制以实现耦出光束成像矫正。
[0030]本技术提供的增强现实设备，通过两层波导：第一层波导、第二层波导的设计，且第一层波导通过反射的方式约束所述图像光束朝向第一方向传播，扩瞳区域的面积与现有技术相比大大减小，进而可以减小波导的尺寸，进而不会影响增强现实设备的外形设计。
[0031]本技术的一可选方案中，第一层波导被设计为条状波导来实现图像光束的约束传播，且条状波导被配置为：能够使得与侧面作用奇数次的图像光束无法耦出，即第一层
波导具有单向耦出特性，该特性可以保证耦出的光线方向均为一致的，不会有两个相反的光线耦出，进而保证了耦出图像的方向的一致性。
[0032]本技术的一可选方案中，第一层波导包括：沿与所述第一方向垂直的第三方向依次分布的至少两个条状波导，相比于只包括一个波导的情况，提高了耦出光线的密度，即提高了波导的耦出效率，效率越高，画面亮度越高；另外多个条状波导可以分别传输不同波长的光线，进而可以实现彩色耦入。
[0033]本技术的一可选方案中，当第一层波导包括至少两个条状波导时，不同条状波导的厚度和/或宽度可以不同，通过对厚度和/或宽度进行调控可以均衡各条状波导的耦出光线密度，进而可以进一步提高波导的耦出效率，另外可以使得FOV的均匀性更好。
[0034]本技术的一可选方案中，对第一耦出区域进行了分区设置，即第一耦出区域为分区第一耦出区域，可以使得第一耦出区域的各个位置处耦出的效率和/或能量相对均匀，提高了第一层波导耦出的图像光束的质量。和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强现实设备，其特征在于，包括：设备主体；光机，所述光机被设置于所述设备主体，用于投射图像光束；以及光波导结构，所述光波导结构被设置于所述设备主体，且包括：第一层波导、第二层波导；所述第一层波导与所述第二层波导叠加设置；所述第一层波导包括：第一耦入区域、第一耦出区域；所述第一耦入区域用于将光机发出的图像光束耦入所述第一层波导；所述第一耦出区域用于将所述第一层波导中传输的图像光束从所述第一层波导中耦出；所述第二层波导包括：第二耦入区域、第二耦出区域；所述第二耦入区域的位置与所述第一耦出区域的位置相对应，以将所述第一耦出区域耦出的图像光束耦入所述第二层波导；所述第二耦出区域用于将所述第二层波导中传输的图像光束从所述第二层波导中耦出以进入人眼；其中，所述第一层波导通过反射的方式约束所述图像光束朝向第一方向传播；所述第一方向为从所述第一耦入区域到所述第一耦出区域的方向，所述反射包括在所述第一层波导的与所述第一方向平行的四个表面上的反射。2.根据权利要求1所述的增强现实设备，其特征在于，所述第一层波导包括至少一个条状波导；所述四个表面包括相互平行的第一表面和第二表面，以及相互平行的第三表面和第四表面；所述第一表面和所述第二表面通过对所述图像光束进行全反射，所述第三表面和所述第四表面通过对所述图像光束进行反射，以将所述图像光束约束在所述条状波导中朝向所述第一方向传播，并在所述第一方向上出瞳扩展。3.根据权利要求2所述的增强现实设备，其特征在于，所述第三表面、所述第四表面的外表面设置有反射膜层。4.根据权利要求2所述的增强现实设备，其特征在于，所述条状波导的数量为至少两个时，至少两个所述条状波导沿与所述第一方向垂直的第三方向依次分布；其中，相邻两个所述条状波导之间存在空气间隙。5.根据权利要求4所述的增强现实设备，其特征在于，至少两个所述条状波...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，张雅琴，楼歆晔，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：新型
国别省市：