AR光波导及AR设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种AR光波导及AR设备，包括：波导基底、输入耦合器、输出耦合器、附加光学元件；其中，输入耦合器被配置为能够将图像光束耦入波导基底内；输出耦合器被配置为能够将波导基底内传输的光束从波导基底的第一面衍射耦出；附加光学元件设置于波导基底的第二面，且附加光学元件与输出耦合器的周期一致。本实用新型专利技术的技术方案能够极大程度地缓解漏光问题，甚至消除漏光；而且原本在第二面被泄漏的光束能够重新耦合入波导基底中传输，重新耦合入波导基底的光束至少部分能从第一面耦出，这样原本被泄漏的能量重新被利用，还能提高光能利用率。提高光能利用率。提高光能利用率。

【技术实现步骤摘要】
AR光波导及AR设备


[0001]本技术涉及光波导
，尤其涉及一种AR光波导及AR设备。

技术介绍

[0002]光波导显示技术是增强现实(AR)领域最具挑战性、最复杂的难题之一，因其轻薄和外界光线的高穿透性而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案。
[0003]在增强现实显示系统中，波导元件内传播的光束在耦出光栅区域衍射后，一部分出射进入人眼，另一部分继续通过全反射传播，在耦出光栅区域，由于光栅衍射作用会同时存在反射级次和透射级次，请参考图1，耦出光栅设置于靠近人眼一侧的表面，透射级次作有效耦出级次进入人眼，反射级次则会从背离人眼一侧的表面耦出，导致部分光线泄漏，使得外界也可以看到AR光波导使用者所观看的内容，既影响了美观，也会造成用户隐私泄漏。
[0004]另外，光线的泄漏也会造成能量的浪费。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种AR光波导及AR设备，以解决现有光波导中光线泄漏、能量浪费的问题。
[0006]根据本技术的第一方面，提供一种AR光波导，其包括：波导基底、输入耦合器、输出耦合器、附加光学元件；其中，
[0007]所述输入耦合器设置在所述波导基底上，并被配置为能够将图像光束耦入所述波导基底内；
[0008]所述输出耦合器设置在所述波导基底上，并被配置为能够将所述波导基底内传输的图像光束从所述波导基底的第一面衍射耦出；
[0009]所述附加光学元件设置于所述波导基底的第二面，且所述附加光学元件与所述输出耦合器的周期一致；所述附加光学元件被配置为能够使从所述波导基底的第二面泄漏的衍射级次在所述附加光学元件上产生衍射光束，并且至少存在部分所述衍射光束能够被重新耦合回所述波导基底内传输，并再通过所述输出耦合器从所述波导基底的第一面衍射耦出；
[0010]其中，所述波导基底的第一面为所述波导基底靠近人眼一侧的表面；所述输出耦合器设置于所述第一面；所述波导基底的第二面为所述波导基底背离人眼一侧的表面；所述泄漏的衍射级次为图像光束经所述输出耦合器衍射产生的反射级次。
[0011]较佳地，所述输入耦合器设置于所述波导基底的第一面和/或第二面；所述附加光学元件所在的区域至少覆盖所述输出耦合器所在的区域。
[0012]较佳地，所述输出耦合器为输出光栅；所述附加光学元件为附加光栅；所述输入耦合器为输入光栅；
[0013]其中，所述附加光栅的光栅方向与所述输出光栅的光栅方向相同，或者，所述附加光栅的光栅方向与所述输出光栅的部分光栅方向相同。
[0014]较佳地，所述附加光学元件对于预设波长范围内的光束的衍射效率大于对于预设波长范围外的光束的衍射效率；所述预设波长范围为所述图像光束的波长范围。
[0015]较佳地，所述附加光学元件对于图像光束的波长范围外的光束的衍射效率趋近于零。
[0016]较佳地，所述附加光学元件包括多层；每一层所述附加光学元件对应的所述预设波长范围为所述图像光束的波长范围的子范围，且各不相同。
[0017]较佳地，所述附加光学元件对于预设入射角度范围内的光束的衍射效率，大于对于预设入射角度范围外的光束的衍射效率；所述预设入射角度范围为所述泄漏的衍射级次入射至所述波导基底的第二面时的入射角度范围。
[0018]较佳地，所述附加光学元件对于全反射角度范围内的光束的衍射效率趋近于零。
[0019]较佳地，所述附加光学元件为分区附加光学元件；
[0020]所述分区附加光学元件被配置为：能够使在不同位置重新耦合回所述波导基底内传输的衍射光束均朝向眼动范围传播；或者，
[0021]所述分区附加光学元件被配置为：能够使在各位置重新耦合回所述波导基底内传输的多个衍射级次中，朝向眼动范围传播的衍射级次的衍射效率最高。
[0022]较佳地，所述分区附加光学元件包括分区设置的至少两个附加光学元件；
[0023]所述输出耦合器为二维输出光栅，所述至少两个附加光学元件均为一维附加光栅，所述一维附加光栅的光栅方向与所述二维输出光栅的其中一个光栅方向相同，且光栅周期与所述二维输出光栅中该光栅方向的光栅周期相同；
[0024]不同分区的所述一维附加光栅的光栅方向被配置为：能够使得从该一维附加光栅所在分区，被该一维附加光栅衍射、重新耦合回所述波导基底内传输的衍射光束，朝向眼动范围传播。
[0025]较佳地，所述分区附加光学元件包括分区设置的至少两个附加光学元件；
[0026]所述输出耦合器为二维输出光栅，所述至少两个附加光学元件均为二维附加光栅，所述二维附加光栅的光栅方向与所述二维输出光栅的光栅方向相同，所述二维附加光栅的光栅周期与所述二维输出光栅的光栅周期相同；
[0027]不同分区的所述二维附加光栅的光栅参数被配置为：能够使得从该二维附加光栅所在分区，被该二维附加光栅衍射、重新耦合回所述波导基底内传输的多个衍射级次中，朝向眼动范围传播的衍射级次的衍射效率最高。
[0028]根据本技术的第二方面，提供一种AR设备，其包括：上述任一项所述的AR光波导。
[0029]本技术提供的AR光波导及AR设备，通过附加光学元件可以使从波导基底背离人眼一侧的表面泄漏的衍射级次在附加光学元件上产生衍射光束重新耦合进波导基底进行传输，能够极大程度地缓解漏光问题，甚至消除漏光；另外，通过附加光学元件的周期与输出耦合器的周期一致，还能够使产生的部分衍射光束被重新耦合回所述波导基底内传输后还能够通过输出耦合器从波导基底靠近人眼一侧的表面衍射耦出，即使得原本被泄漏的能量重新被利用，提高了光能利用率。
[0030]本技术的一可选方案中，附加光学元件具有波长的高度选择性，即对于预设波长范围内的光束的衍射效率大于对于预设波长范围外的光束的衍射效率，这里的预设波
长范围可以为图像光束的波长范围。这样，在外界环境光(即预设波长范围外的光)经过附加光学元件进入人眼时，可以减少附加光学元件对外界环境光的衍射响应。
[0031]本技术的一可选方案中，附加光学元件具有角度的高度选择性，即对于预设入射角度范围内的光束的衍射效率大于对于预设入射角度范围外的光束的衍射效率，预设入射角度范围为泄漏的衍射级次的入射角度范围；这样针对泄露的衍射级次的入射角度范围高衍射效率，能够较好地再次利用泄漏级次的能量，而对波导基底内全反射入射到附加光学元件的光束衍射效率低或不起衍射作用，基本不影响图像光束在波导基底内的全反射传输。
[0032]本技术的一可选方案中，附加光学元件还可以分区设置，针对输出耦出器与眼动范围(Eyebox)之间的位置关系，在不同的区域设置不同的附加光学元件，能够使得在各个位置经附加光学元件重新耦合回波导基底内传输的光束都能最大限度的朝向眼动范围传播，进而通过输出耦合器在波导基底靠近人眼一侧的表面耦出至眼动范围，进一步提高了光线利用率。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AR光波导，其特征在于，包括：波导基底、输入耦合器、输出耦合器、附加光学元件；其中，所述输入耦合器设置在所述波导基底上，并被配置为能够将图像光束耦入所述波导基底内；所述输出耦合器设置在所述波导基底上，并被配置为能够将所述波导基底内传输的图像光束从所述波导基底的第一面衍射耦出；所述附加光学元件设置于所述波导基底的第二面，且所述附加光学元件与所述输出耦合器的周期一致；所述附加光学元件被配置为能够使从所述波导基底的第二面泄漏的衍射级次在所述附加光学元件上产生衍射光束，并且至少存在部分所述衍射光束能够被重新耦合回所述波导基底内传输，并再通过所述输出耦合器从所述波导基底的第一面衍射耦出；其中，所述波导基底的第一面为所述波导基底靠近人眼一侧的表面；所述输出耦合器设置于所述第一面；所述波导基底的第二面为所述波导基底背离人眼一侧的表面；所述泄漏的衍射级次为图像光束经所述输出耦合器衍射产生的反射级次。2.根据权利要求1所述的AR光波导，其特征在于，所述输入耦合器设置于所述波导基底的第一面和/或第二面；所述附加光学元件所在的区域至少覆盖所述输出耦合器所在的区域。3.根据权利要求1所述的AR光波导，其特征在于，所述输出耦合器为输出光栅；所述附加光学元件为附加光栅；所述输入耦合器为输入光栅；其中，所述附加光栅的光栅方向与所述输出光栅的光栅方向相同，或者，所述附加光栅的光栅方向与所述输出光栅的部分光栅方向相同。4.根据权利要求1至3任一项所述的AR光波导，其特征在于，所述附加光学元件对于预设波长范围内的光束的衍射效率大于对于预设波长范围外的光束的衍射效率；所述预设波长范围为所述图像光束的波长范围。5.根据权利要求4所述的AR光波导，其特征在于，所述附加光学元件对于图像光束的波长范围外的光束的衍射效率趋近于零。6.根据权利要求4所述的AR光波导，其特征在于，所述附加光学元件包括多层；每一层所述附加光学元件对应的所述预设波长范围为所述图像光束的波长范围的子范围，且各不相同。7.根据权利要求1至3任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，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：