一种光波导结构及增强现实设备制造技术

本实用新型专利技术公开一种光波导结构及增强现实设备，该光波导结构包括：波导衬底、耦入元件、耦出元件以及变色元件，耦入元件设于波导衬底的一端，耦出元件设于波导衬底的另一端，变色元件设于波导衬底上且与耦出元件位于波导衬底的相同端，并贴附于波导衬底远离人眼这一侧的表面，变色元件为颜色或/和透过率可调的变色元件。本实用新型专利技术通过在波导衬底上设置一变色元件，通过控制变色元件的加电状态来控制变色元件的颜色及透过率等光学属性，可以在不同强度的环境光存在的情况下，有效提升显示画面对比度，保证增强现实设备虚拟画面和外界真实画面的亮度比，增强临场感，并且镜片外观颜色可调，增加镜片美观和实用性，保护用户隐私。

An optical waveguide structure and augmented reality equipment

【技术实现步骤摘要】
一种光波导结构及增强现实设备
本技术涉及AR显示
，尤其涉及一种光波导结构及增强现实设备。
技术介绍
基于增强现实技术(AugmentedReality)的智能眼镜作为可穿戴智能设备，近年来备受关注。在AR眼镜的光学系统中，图像源的信息经中继光学系统放大后，投射在AR镜片上并进入人眼，同时前方外部景象也可以透过镜片进入人眼，即人眼通过镜片可以同时看到图像源和外部景象信息，它是一种半浸入式显示，信息是双通道的。AR眼镜通过显示与真实世界匹配的虚拟信息，来增强用户对世界的感知。而其中，AR镜片作为光学显示元件是关键的技术点，其中，光栅与光波导的组合结构是受推崇的AR镜片光学显示方案。Akonia，Dispelix，waveoptics，magicleap，微软等公司和研究机构均在开发此方案。此方案的光学原理：图像源光线经准直透镜后变成平行光到达第一个光栅(耦合输入光栅)，由该光栅的衍射效应使平行光改变传输方向，因衍射光束满足全反射条件，光线沿着光栅衬底(即波导衬底)传输，当平行光传输到第二个光栅(耦合输出光栅)时，耦合输出光栅对分散的光线重新组合，使其按照耦合输入的方向重新输出到光波导结构外。因光栅的衍射光学特性，光波导结构在显示亮度和对比度方面存在较大挑战，为了提高显示图像亮度和对比度，一般采用增加遮光罩或高亮显示源的方式。常见方案为在显示镜片外附加一个透过率恒定的遮光镜片。如微软的HoloLens，Magicleapone等设备。但，常见的附加遮光罩方案由于遮光罩的透光度恒定，外界环境光部分被遮光罩吸收，在强光环境及特殊环境光应用场景中，用户无法看清外界画面，影响眼镜的实用性和用户体验。同时，作为可穿戴设备的元件，通常要求AR眼镜结构紧凑、美观的特点，但附加遮光罩方案不利于AR眼睛结构紧凑，并影响美观。另外，作为信息显示元件，显示信息的亮度高低影响到观察者的舒适度及获取信息的完整性，附加遮光罩方案使得显示信息偏暗，用户观看体验不好，并难于获取信息的完整性。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种控制环境光光强的光波导结构，以解决现有光波导结构中遮光罩透光度恒定而导致环境光强度不可控的问题。本技术的目的还在于提供一种增强现实设备，以解决现有的AR设备用户体验感不好的问题。为实现以上目的，本技术通过以下技术方案予以实现：本技术提供一种光波导结构，包括：波导衬底、耦入元件、耦出元件以及变色元件，所述耦入元件设于所述波导衬底的一端，所述耦出元件设于所述波导衬底的另一端，所述变色元件设于所述波导衬底上且与所述耦出元件位于所述波导衬底的相同端，并贴附于所述波导衬底远离人眼这一侧的表面，所述变色元件为颜色或/和透过率可调的变色元件。进一步地，所述变色元件为电致变色膜层结构。进一步地，所述变色元件采用低折射率光学胶水或隔离膜全贴合于所述波导衬底上；或者，所述变色元件采用非全贴合方式贴附于所述波导衬底上，所述变色元件采用胶带贴附于所述波导衬底上，所述变色元件设置的胶带区域与所述波导衬底之间存在空气间隙。进一步地，所述光波导结构还包括一保护基材，所述保护基材盖合于所述波导衬底和所述变色元件上，所述保护基材为玻璃衬底。进一步地，当所述变色元件采用非全贴合方式贴附于所述波导衬底上时，还在所述变色元件的两端部贴附有贴合胶层，所述贴合胶层将变色元件的端部与波导衬底连接起来。进一步地，所述变色元件的面积等于或小于所述波导衬底表面的面积。进一步地，所述变色元件包括若干第一子变色元件，若干第一子变色元件设于所述波导衬底上，且，该些第一子变色元件处于同一平面。进一步地，所述变色元件包括若干第二子变色元件，若干第二子变色元件层叠式贴合在一起，每一所述第二子变色元件对应一种颜色波长设置。本技术还提供一种光波导结构，包括层叠设置的若干光波导结构，该若干光波导结构为前述的光波导结构。本技术还提供一种光波导结构，包括第一光波导结构和若干第二光波导结构，所述第一光波导结构和若干所述第二光波导结构层叠设置且所述第一光波导结构靠近人眼这一侧；所述第一光波导结构为前述的光波导结构；所述第二光波导结构包括：波导衬底，设于波导衬底一端的耦出元件和变色元件，所述变色元件设于所述波导衬底远离人眼一侧的表面上，经所述第一光波导结构的耦入元件将来自图像源的光线耦入所述第一光波导结构的波导衬底并经所述第一光波导结构的耦出元件耦出至人眼。本技术还提供一种增强现实设备，包括上述的光波导结构。采用上述方案，本技术提供一种光波导结构以及增强现实设备，通过在波导衬底上设置一变色元件，通过控制变色元件的加电状态来控制变色元件的颜色及透过率等光学属性，可以在不同强度的环境光存在的情况下，有效提升显示画面对比度，弥补增强现实设备显示图像对比度不足及显示效果较差的缺点，在室外或强光线情况下，最大程度吸收紫外光等光线，保证增强现实设备虚拟画面和外界真实画面的亮度比，增强临场感，并且镜片外观颜色可调，增加镜片美观和实用性，保护用户隐私。附图说明图1为本技术光波导结构一实施例的结构示意图。图2为本技术光波导结构环境光线入口外围设置贴合胶层的结构示意图。图3为本技术光波导结构另一实施例的结构示意图。图4为本技术光波导结构又一实施例的结构示意图。图5为本技术光波导结构第四实施例的结构示意图。图6为本技术光波导结构第五实施例的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本技术进行详细说明。基于
技术介绍
中阐述的现有AR镜片中存在显示效果与实用性方面的问题，本技术提供一种环境光光强可控的光波导结构，通过设置变色元件，并控制变色元件的加电状态来控制变色元件的颜色及透过率从而控制进来的环境光光强，从而有效提升显示画面对比度，增强临场感。请参阅图1，该光波导结构具体包括：波导衬底8、耦入元件4、耦出元件6以及变色元件2，所述耦入元件4设于所述光波导结构8的一端，用于将图像源3发出的并经准直透镜变成平行光的光线耦合进波导衬底8中，该耦入元件4为一光栅，该光栅的光栅结构可以是全息光学元件—体相位光栅，或也可以是衍射光学元件-表面浮雕光栅。所述耦出元件6设于所述波导衬底8的另一端，用于将波导衬底8中传播的全反射光波进行耦合输出，该耦合元件6为一光栅，可以是可以是全息光学元件—体相位光栅，或也可以是衍射光学元件-表面浮雕光栅。所述变色元件2设于所述波导衬底8上且与所述耦出元件位于所述波导衬底8的相同端，具体为设置在所述波导衬底8远离人眼5这一侧，所述变色元件2的面积等于或小于所述波导衬底8表面的面积，当所述变色元件2的面积等于或大于所述波导衬底8的成像区域的面积时，用户的整个视野范围均可以变色；当所述变色元件2的面积小于所述波导衬底8的成像区域的面积时，此时，只有部分视野本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光波导结构，其特征在于，包括：波导衬底、耦入元件、耦出元件以及变色元件，所述耦入元件设于所述波导衬底的一端，所述耦出元件设于所述波导衬底的另一端，所述变色元件设于所述波导衬底上且与所述耦出元件位于所述波导衬底的相同端，并贴附于所述波导衬底远离人眼这一侧的表面，所述变色元件为颜色或/和透过率可调的变色元件。/n

【技术特征摘要】
1.一种光波导结构，其特征在于，包括：波导衬底、耦入元件、耦出元件以及变色元件，所述耦入元件设于所述波导衬底的一端，所述耦出元件设于所述波导衬底的另一端，所述变色元件设于所述波导衬底上且与所述耦出元件位于所述波导衬底的相同端，并贴附于所述波导衬底远离人眼这一侧的表面，所述变色元件为颜色或/和透过率可调的变色元件。


2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，所述变色元件采用低折射率光学胶水或隔离膜全贴合于所述波导衬底上；或者，
所述变色元件采用非全贴合方式贴附于所述波导衬底上，所述变色元件采用胶带贴附于所述波导衬底上，所述变色元件设置的胶带区域与所述波导衬底之间存在空气间隙。


3.如权利要求2所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导结构还包括一保护基材，所述保护基材盖合于所述波导衬底和所述变色元件上，所述保护基材为玻璃衬底。


4.根据权利要求2所述的光波导结构，其特征在于，当所述变色元件采用非全贴合方式贴附于所述波导衬底上时，还在所述变色元件的两端部贴附有贴合胶层，所述贴合胶层将变色元件的端部与波导衬底连接起来。


5.根据权利要求1-4任一项所述的光波导结构，其特征在于，所述变色元件的面积等于或小于所述波...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜亮，朱耀明，周知星，
申请(专利权)人：深圳惠牛科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44