[发明专利]一种光波导结构及AR设备

说明书

本申请公开了一种光波导结构及AR设备，涉及光学显示技术领域，本申请的光波导结构，包括基底，基底上沿第一方向设置有入瞳光栅单元和出瞳光栅单元；沿第一方向对称设置有第一路转折组件和第二路转折组件，第一路转折组件包括第一转折光栅和第二转折光栅，输入图像光经过入瞳光栅单元衍射为第一传导光和第二传导光，第一传导光经过第一转折光栅、第二转折光栅以及出瞳光栅单元扩展并耦合输出形成第一输出光；第二传导光经过第三转折光栅、第四转折光栅以及出瞳光栅单元扩展并耦合输出形成第二输出光。本申请提供的光波导结构及AR设备，能够利用多个转折光栅在出瞳处形成两路输出图像，从而增大光波导的眼动范围。

技术领域

本申请涉及光学显示技术领域，具体而言，涉及一种光波导结构及AR设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality,AR)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。AR显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，将微型显示器上的像素通过光学显示屏投射到人眼中，同时，用户可以透过光学显示屏看到真实世界。微型投影仪为设备提供虚拟内容，光学显示屏通常是透明的光学部件。

光波导结构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。来自投影仪的光被耦合进入波导后，光就在波导内继续无损地传播图像，直到被后续结构耦出。对于AR显示来说，光波导的眼动范围非常重要，它需要能够适应不同瞳孔间距的用户，视年龄、性别等而定，瞳孔间距范围从51毫米到77毫米不等，双眼观察1个出瞳显示图像的眼动范围要满足大于瞳间距的可视范围；或者单眼观察移动视线也要求出瞳显示图像的眼动范围较大，才能使移动实现时不会造成部分图像看不全。但是，现有技术中的光波导的眼动范围通常比较小，使得用户体验较差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光波导结构及AR设备，能够利用多个转折光栅在出瞳处形成两路输出图像，从而增大光波导的眼动范围。

本申请的实施例一方面提供了一种光波导结构，包括基底，基底上沿第一方向设置有入瞳光栅单元和出瞳光栅单元；沿第一方向对称设置有第一路转折组件和第二路转折组件，第一路转折组件包括第一转折光栅和第二转折光栅，第二路转折组件包括第三转折光栅和第四转折光栅，输入图像光经过入瞳光栅单元衍射为第一传导光和第二传导光，第一传导光经过第一转折光栅、第二转折光栅以及出瞳光栅单元扩展并耦合输出形成第一输出光；第二传导光经过第三转折光栅、第四转折光栅以及出瞳光栅单元扩展并耦合形成第二输出光。

作为一种可实施的方式，第一转折光栅和第三转折光栅设置于基底相对的两侧面，且第一转折光栅和第三转折光栅在基底上的投影重叠。

作为一种可实施的方式，第一转折光栅的光栅方向与第二方向的夹角为θ1，第三转折光栅的光栅方向与第二方向的夹角为θ2，其中，θ1和θ2分别位于第二方向的两侧，且均小于90°，其中，第二方向与第一方向垂直。

作为一种可实施的方式，出瞳光栅单元为一体结构；或者，出瞳光栅单元包括位于第二转折光栅出光侧的第一出瞳光栅和位于第四转折光栅出光侧的第二出瞳光栅，第一出瞳光栅和第二出瞳光栅的光栅方向相同或者不同。

作为一种可实施的方式，第一出瞳光栅和第二出瞳光栅沿第二方向间隔设置，且第一出瞳光栅和第二出瞳光栅之间的距离大于入瞳光栅单元沿第二方向的长度，其中，第一方向与第二方向垂直。

作为一种可实施的方式，入瞳光栅单元和出瞳光栅单元设置于第一转折光栅沿第二方向相对的两侧；或者，入瞳光栅单元和出瞳光栅单元设置于第一转折光栅沿第二方向的同一侧。