CN213690000U - 光波导和ar设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光波导和AR设备，其中，光波导包括：透光基体，具有相对的第一表面和第二表面；以及耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，其中任一者至少在所述第一表面或所述第二表面上有布设，且其中至少一者在所述第一表面和所述第二表面上均有布设。本实用新型的技术方案能提高光波导的光传输效率、及提高光波导的空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性。

Description

光波导和AR设备

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，特别涉及一种光波导和AR设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界叠加在现实世界并进行互动。AR设备的屏幕可由光波导制成。然而，目前光波导通常仅在单面设有耦合光栅、扩瞳光栅和耦出光栅等功能区域，此类光波导的光传输效率较低，并出现空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种光波导，旨在提高其光传输效率、及提高其空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性。

为实现上述目的，本实用新型提出的光波导包括：

透光基体，具有相对的第一表面和第二表面；以及

耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，其中任一者至少在所述第一表面或所述第二表面上有布设，且其中至少一者在所述第一表面和所述第二表面上均有布设。

可选地，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者，其在所述第一表面上的位置与其在所述第二表面上的位置在所述透光基体的平面方向上具有偏差。

可选地，所述偏差大于0mm，且小于或等于2mm。

可选地，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者，其在所述第一表面上的光栅结构与其在所述第二表面上的光栅结构不同。

可选地，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设、且光栅结构在所述第一表面和所述第二表面上不同的耦入光栅或扩瞳光栅或耦出光栅，其在所述第一表面或所述第二表面上的光栅结构为倾斜光栅。

可选地，所述扩瞳光栅和所述耦出光栅为同一个光栅结构。

可选地，所述耦入光栅的外轮廓呈圆形设置。

可选地，所述耦入光栅、所述扩瞳光栅和所述耦出光栅中的任一者的光栅结构为闪耀光栅或二元光栅或倾斜光栅。

可选地，所述透光基体为玻璃基体；或者，

所述透光基体为光学胶基体；或者，

所述透光基体包括玻璃层、及结合在所述玻璃层表面上的光学胶层。

本实用新型还提出一种AR设备，包括前述的光波导。

本实用新型的技术方案中，耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅等功能区域中的至少一个功能区域在透光基体的双面上均有布设，也即，该光波导具有双面光栅，而通过双面的光栅实现成像传输，能提高光传输效率，同时能提高空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性，从而能更好匹配人眼体验需求，提升增强现实产品的体验与可应用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型光波导第一实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图2为本实用新型光波导第二实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图3为本实用新型光波导第三实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图4为本实用新型光波导第四实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图5为本实用新型光波导第五实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图6为本实用新型光波导第六实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图7为本实用新型光波导第七实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图8为本实用新型光波导第八实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图9为本实用新型光波导第九实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图10为本实用新型光波导第十实施例的第一表面、第二表面和侧视图；

图11为本实用新型光波导第十一实施例的第一表面、第二表面和侧视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	耦入光栅	12	扩瞳光栅
13	耦出光栅

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种光波导。

参照图1至图11，在本实用新型一实施例中，该光波导包括：

透光基体，具有相对的第一表面和第二表面；以及

耦入光栅11、耦入光栅12和耦出光栅13，其中任一者至少在所述第一表面或所述第二表面上有布设，且其中至少一者在所述第一表面和所述第二表面上均有布设。

本实施例中，可选地，所述耦入光栅11、所述耦入光栅12和所述耦出光栅13中的任一者的光栅结构可但不限于为闪耀光栅或二元光栅或倾斜光栅等。可以理解，本实施例中，各功能光栅的光栅矢量方向可根据光学优化设计要求进行分布。

本实施例中，可选地，所述透光基体设置为玻璃基体，玻璃材质的透过率较高，且具有较大的折射率，有利于提高光的传输效率。然本设计不限于此，于其他一些实施例中，所述透光基体也可设置为光学胶基体，其所采用的光学胶的固化方式可但不限于是UV固化或者热固化；而于其他再一些实施例中，所述透光基体还可设置为复合构型，例如包括玻璃层、及结合在所述玻璃层表面上的光学胶层，该光学胶层结合在玻璃层上的方式可但不限于为采用旋涂的方式。

本实用新型的技术方案中，耦入光栅11、耦入光栅12和耦出光栅13等功能区域中的至少一个功能区域在透光基体的双面上均有布设，也即，该光波导具有双面光栅，而通过双面的光栅实现成像传输，能有效解决当前单面光栅结构方式中的低传输效率和因区域传输效率/角度传输效率的不一致而产生的不均匀，从而获得不同颜色(红、绿、蓝等)在不同区域、不同角度情况下的高传输效率和高均匀性，也即，能提高光传输效率，同时能提高空间位置或不同角度的色彩与亮度均匀性，从而能更好匹配人眼体验需求，提升增强现实产品的体验与可应用性。

参照图1，在一实施例中，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的任一者(耦入光栅11/耦入光栅12/耦出光栅13)，其在所述第一表面上的位置与其在所述第二表面上的位置呈对称设置。

然本设计不限于此，参照图2，在另一实施例中，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者(耦入光栅11/耦入光栅12/耦出光栅13)，其在所述第一表面上的位置与其在所述第二表面上的位置在所述透光基体的平面方向上具有偏差d，也即，呈非对称设置。可以理解，增强现实产品的光机所发出的光从耦入光栅11处以衍射的方式进入透光基体，如此，光在透光基体中是以一定的衍射角进行传输的，又透光基底会有一定的厚度，故而光从透光基体的一个表面传输到另一个表面的过程中，会发生一定的沿透光基体平面方向上的平移量，这个平移量会导致另一个表面上的对应功能区域不能整体地作用于传输到该另一个表面上的光，而导致光的传输率降低。本实施例中，通过设置所述偏差d来消除所述平移量所带来的传输率降低的影响，以进一步提高增强现实产品的光传输效率。

可以理解，若所述偏差d过大，容易出现所述偏差d大于所述平移量，而导致另一个表面上的对应功能区域也不能整体地作用于传输到该另一个表面上的光，而导致光的传输率降低。为此，本实施例中，可选地，所述偏差d 大于0mm，且小于或等于2mm，该偏差d范围适中，可适于匹配主要波段的光的平移量。从而提高光的传输率。

参照图2，本实施例中，所述耦入光栅12在所述第一表面和所述第二表面上均设有布设。可选地，在所述第二表面上的耦入光栅12相较于所述第一表面上的耦入光栅12具有靠近所述耦出光栅13的所述偏差d。当然，于其他一些实施例中，在所述第二表面上的耦入光栅12相较于所述第一表面上的耦入光栅12也可具有远离所述耦出光栅13的所述偏差d；而于其他又一些实施例中，在所述第二表面上的耦入光栅12相较于所述第一表面上的耦入光栅12 还可具有远离或靠近所述耦入光栅11的所述偏差d；而于其他再一些实施例中，在所述第二表面上的耦入光栅12相较于所述第一表面上的耦入光栅12 可具有靠近或远离所述耦出光栅13、且靠近或远离所述耦入光栅11的所述偏差d。

在一实施例中，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的任一者(耦入光栅11/耦入光栅12/耦出光栅13)，其在所述第一表面上的光栅结构与其在所述第二表面上的光栅结构相同。

然本设计不限于此，在另一实施例中，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者(耦入光栅11/耦入光栅12/耦出光栅13)，其在所述第一表面上的光栅结构与其在所述第二表面上的光栅结构不同。可以理解，对于不同类型的光栅结构，有的光栅结构衍射效率较高，而有的光栅结构衍射效率较低；且就目前的光栅结构制备工艺而言，通常衍射效率较高的光栅结构的制备成品率较低，而衍射效率较低的光栅结构的制备成品率较高。本实施例中，对于双面均有布设的功能光栅，其一面采用衍射效率更高的光栅结构(例如倾斜光栅)，以提高产品的光传输效率，另一面则采用制备工艺更成熟制备成品率更高的光栅结构(例如垂直光栅)，以保持产品的成本较低，从而能在现有条件下，既能提高产品的光传输效率，又能保持产品较高的成品率，保证产品的成本不至于过高，而具有市场竞争力。

可选地，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设、且光栅结构在所述第一表面和所述第二表面上不同的耦入光栅11或耦入光栅12或耦出光栅13，其在所述第一表面或所述第二表面上的光栅结构为倾斜光栅；考虑到倾斜光栅较高的光传输效率，如此设置，可较大限度地提高产品的光传输效率。

参照图1至图8，在一实施例中，所述耦入光栅12和所述耦出光栅13相互独立，此种情况下，所述耦入光栅12和所述耦出光栅13通常可设置为条状光栅。

然本设计不限于此，参照图9至图11，在另一实施例中，所述耦入光栅12和所述耦出光栅13也可为相融合的光栅结构，而设置为同一个光栅结构，例如但不限于柱状光栅。

参照图1至图11，在一实施例中，所述耦入光栅11的外轮廓呈圆形设置。可以理解，增强现实产品的光机的光阑通常设置为圆形，使得其所提供的光场通常呈圆形，将所述耦入光栅11的外轮廓设置为圆形，可适于与光机提供的光场配合。可选地，所述耦出光栅13的外轮廓呈矩形设置，且其面积大于所述耦入光栅11的外轮廓所框围的面积，也即，所述耦出光栅13能形成较大的出射光场，从而使得人眼在一定范围内移动都能观看到所传输过来的图像。可选地，所述耦入光栅12呈梯形设置，且所述耦入光栅12的短底边靠近所述耦入光栅11设置，以适于将从较小的所述耦入光栅11进入的图像光搬运至较大的所述耦出光栅13处。

本实用新型还提出一种AR设备，该AR设备包括光波导，该光波导的具体结构参照上述实施例，由于本AR设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光波导，其特征在于，包括：

透光基体，具有相对的第一表面和第二表面；以及

耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，其中任一者至少在所述第一表面或所述第二表面上有布设，且其中至少一者在所述第一表面和所述第二表面上均有布设。

2.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者，其在所述第一表面上的位置与其在所述第二表面上的位置在所述透光基体的平面方向上具有偏差。

3.如权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述偏差大于0mm，且小于或等于2mm。

4.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设的至少一者，其在所述第一表面上的光栅结构与其在所述第二表面上的光栅结构不同。

5.如权利要求4所述的光波导，其特征在于，对于在所述第一表面和所述第二表面上均有布设、且光栅结构在所述第一表面和所述第二表面上不同的耦入光栅或扩瞳光栅或耦出光栅，其在所述第一表面或所述第二表面上的光栅结构为倾斜光栅。

6.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述扩瞳光栅和所述耦出光栅为同一个光栅结构。

7.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述耦入光栅的外轮廓呈圆形设置。

8.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述耦入光栅、所述扩瞳光栅和所述耦出光栅中的任一者的光栅结构为闪耀光栅或二元光栅或倾斜光栅。

9.如权利要求1至8任一项所述的光波导，其特征在于，所述透光基体为玻璃基体；或者，

所述透光基体为光学胶基体；或者，

所述透光基体包括玻璃层、及结合在所述玻璃层表面上的光学胶层。

10.一种AR设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光波导。

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