【技术实现步骤摘要】
本方案属于增强现实，具体涉及一种非全反射光波导结构和增强现实产品。
技术介绍
1、当光线从高折射率介质入射到与低折射率介质的交界面，且入射角大于某一临界角θc时，会发生全反射现象。θc为全反射临界角，其与两种介质的折射率关系如下：
2、θc＝arcsin(n0/n1) (1)
3、其中，n0是低折射率介质的折射率，n1是高折射率介质的折射率。光波导技术利用了这一原理，它将高折射率的介质包裹在低折射率介质当中。如图1所示，当光线在高折射率介质当中照射到与低折射率介质的界面上时，入射角大于全反射临界角的光线就会被完全反射回去，于是光线就会在高折射率介质当中以来回反射的形式沿着介质延伸方向向前传播。增强现实产品的核心组件之一的衍射光波导即利用了这一技术原理来实现传输虚拟影像光线，并扩增出瞳使得人眼在一定空间范围内均可看见虚拟影像的功能。
4、衍射光波导的核心波导装置一般由透明介电材料充当高折射率介质，其两侧表面相互平行并与空气接触，空气则充当低折射率介质。这种光波导内部的全反射临界角为θc＝arcsin(1/n1)。衍射光波导内部设置有衍射层元件，其类型和作用包括：耦入区，将来自微投影光机的光耦合进入光波导；转折区，改变光束在光波导内部的传播方向，并对光束范围进行扩增；耦出区，进一步对光束范围进行扩展，并将光波导内部传播的光线耦合出光波导，并进入人眼形成虚拟影像。
5、这类借助全反射原理的传统衍射光波导具有一些缺陷。首先，入射角小于全反射临界角的光线，会直接透出波导而无法在光波导内传输；
技术实现思路
1、本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种非全反射光波导结构，借助波导表面的特殊反射层将波导内允许传输的入射角扩展到全反射临界角以下，从而实现扩增视场、使用同一波导片传输红绿蓝三色光的功能。
2、为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：
3、第一方面，提出一种非全反射光波导结构。该非全反射光波导结构包括波导层、第一反射层和第二反射层，第一反射层和第二反射层分别附着于波导层的两个表面，第一反射层与波导层之间存在第一界面，第二反射层与波导层之间存在第二界面，第一界面与第二界面相互平行。波导层具有全反射临界角θc；第一反射层至少对入射角绝对值介于第一特征入射角θp与全反射临界角θc之间的入射光线具有高反射率，且对入射角绝对值小于第二特征入射角θm的入射光线具有高透过率；第二反射层至少对入射角绝对值介于第一特征入射角θp与全反射临界角θc之间的入射光线具有高反射率；第一特征入射角θp、第二特征入射角θm与全反射临界角θc之间满足：θm＜θp＜θc，高反射率为反射率高于80％，高透过率为透过率高于80％。
4、上述方案中，第一反射层和第二反射层对全反射临界角θc以下的至少部分入射光线具有高反射率，使得在波导层内传输的光线入射角能够扩展到全反射临界角以下，波导层可容纳的光线角度范围得到扩大，可以使用同一波导片传输红绿蓝三色光，所传输的视场也同时得到扩大。同时，第一反射层对全反射临界角θc以下的至少部分入射光线具有高透光率，使得外部光线可以从第一界面入射到波导层内，内部光线也可以从第一界面出射到波导层外。
5、第二反射层可以对第一特征入射角θp以下的入射光线也具有高反射率，即对所有入射光线均具有高反射率，也可以对入射角绝对值小于第二特征入射角θm的入射光线具有高透过率。前者不能从第二界面入射或出射光线，适用于增强现实眼镜；后者既可以从第一界面入射或出射光线，又可以从第二界面出射或入射光线，适用场景更广。此外，第一反射层和第二反射层都可以对不同波长的入射光线具有不同的第一特征入射角θp。
6、第一反射层和第二反射层都可以是介电材料层。介电材料层是由介电材料构成的层状结构，该层状结构可以是单层或多层薄膜。介电材料包括但不限于玻璃、二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、氮化硅(si3n4)、氧化铝(al2o3)、azo玻璃、ito玻璃、氧化铌(nb2o5)、氟化锂(lif)、液晶、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等材料或含有前述材料的混合物。介电材料层可以含有体全息光栅，含有的体全息光栅可以是单个，也可以是多个；多个体全息光栅可以位于多个分离的介电材料层上，也可以位于同一介电材料层上；位于同一介电材料层上的多个体全息光栅可以在空间上相互重叠。体全息光栅的光栅矢量表面分量可以为零，也可以不为零。光栅矢量表面分量不为零的体全息光栅有利于缩小光线在非全反射光波导结构中的传播步距，当第一反射层和第二反射层含有相同的体全息光栅且光栅矢量表面分量不为零时，即便通过表面周期相同的光栅耦入红绿蓝三色光也能实现全彩影像输出，使用这种方案的增强现实产品，能够降低器件厚度和重量，利于消费级普及。此外，第二反射层还可以是金属层。
7、非全反射光波导结构优选还包括衍射层，衍射层位于第一界面与第二界面之间，且平行于第一界面和第二界面。衍射层至少包括第一衍射区、第二衍射区和第三衍射区中的一个，第一衍射区用于将光束耦合进入非全反射光波导结构，第二衍射区用于改变光束在非全反射光波导结构中的传播方向并对光束范围进行扩增，第三衍射区用于进一步对光束范围进行扩增并将光束耦合出非全反射光波导结构。
8、衍射层中的各区都可以采用体全息光栅制作，具体可以是透射式体全本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非全反射光波导结构，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
10.一种增强现实产品，其特征在于，包括投影光机和如权利要求1～9任一项所述非全反射光波导结构，所述投影光机输出的所有光线耦入所述非全反射光波导结构后，入射角绝对值均大于所述第一特征入射角θp。
【技术特征摘要】
1.一种非全反射光波导结构，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的非全反射光波导结构，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡德骄，严家林，杨穆，黄志勤，杜有成，
申请(专利权)人：尼卡光学天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
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