一种增强AR眼镜光波导光强均匀性的结构的制作方法

本实用新型涉及增强现实技术（ar）领域，具体涉及一种增强ar眼镜光波导光强均匀性的结构。

背景技术：

ar是一种结合现实及虚拟图像、视频、3d模型应用的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。目前已有谷歌、微软等公司推出商业化的ar眼镜，引领了ar技术的发展和应用。

基于光波导的ar眼镜是目前最具大规模应用前景的ar眼镜之一。由于光波导结构小、质量轻、光学功能强大，是实现轻便型ar眼镜的核心器件。目前基于光栅（如couple-in光栅、couple-out光栅、folding光栅等）的光波导是ar眼镜光波导的主流选择。然而现有ar眼镜光波导存在均匀性较差的缺点。因此，发明增强ar眼镜光波导光强均匀性的结构对于光波导ar眼镜应用具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种增强ar眼镜光波导光强均匀性的结构。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型包括光波导基板、耦入光栅、耦出光栅；从微型显示屏出来的光线经过光学系统进入耦入光栅光栅，其次经过光波导基板全反射传导，再经过耦出光栅导出，射入人眼形成成像，其中在耦入光栅、耦出光栅之间设置有补偿光栅，该补偿光栅设置在光波导基板上，对应于入射角度在某一范围内的光线离开耦入光栅区后的第一次基板反射区域，而该范围内的光线在耦入光栅区不存在二次反射。

所述的补偿光栅用于对上述范围内的光线进行部分衍射，降低该范围内的光线在光波导基板中的反射能量，使其能量与其它角度范围的光线能量一致。

本实用新型采用补偿光栅，对入射角度范围的光线具有部分衍射光效应，从而控制这一部分光线的光强，增强光波导光强均匀性。本实用新型具有简单、方便、稳定等优点。

附图说明

图1为本实用新型所使用的ar眼镜光波导结构及光路示意图。

具体实施方式

本实用新型的原理及技术方案如下：

从功能上讲，最基础的ar眼镜的光波导的结构包括光波导基板、couple-in光栅、couple-out光栅等；从微型显示屏出来的光线经过光学系统进入couple-in光栅，其次经过光波导基板全反射传导，再经过couple-out光栅导出，射入人眼形成成像。导致ar眼镜光波导光强均匀性较差的一个主要原因是，不同入射角度的光因为在couple-in光栅区反射次数不一样导致光强损耗不一样。

注入couple-in光栅的光线的入射角度和入射区域成一一对应关系，因此可以确定某一入射角度范围（a至b）的光线在couple-in光栅区存在二次反射，从而对应光线能量损失较大，而另外一个入射角度范围（b至c）的光线由于在couple-in光栅区不存在二次反射，因此没有二次能量损失。

解决该问题的方法是，在光线离开couple-in光栅区后的第一次反射区针对入射角度范围（b至c）的光线（无二次能量损失）制作一个具有分光功能的补偿光栅。所述的补偿光栅是对入射角度范围（b至c）的光线具有部分衍射光效应，从而降低入射角度范围（b至c）的光线在光波导基片中的反射能量，达到其能量与角度范围（a至b）的光线一致的水平，以此增强ar眼镜光波导光强均匀性。

实现增强ar眼镜光波导光强均匀性的步骤包括：1、通过检测或者理论计算得出某一入射角度范围（a至b）的光线在couple-in光栅区存在二次反射，某一入射角度范围（b至c）的光线在couple-in光栅区不存在二次反射，并获得因二次反射带来的光强损耗比例loss。2、计算或者测量入射角度范围（b至c）的光线离开couple-in光栅区后第一次基板反射区域（ab）；3、在光波导基板的区域（ab）制作补偿光栅，所述的补偿光栅是对入射角度范围（b至c）的光线具有部分衍射光效应并保证光强损耗比例loss。经过以上步骤后可以增强ar眼镜光波导光强均匀性。

实施例：如图1所示，本实用新型所使用的装置包括：couple-in光栅1,即耦入光栅、光波导基板2、补偿光栅3、couple-out光栅4，即耦出光栅。

在耦入光栅、耦出光栅之间设置有补偿光栅，该补偿光栅设置在光波导基板上，对应于入射角度在b-c范围内的光线离开耦入光栅区后的第一次基板反射区域ab，而该范围内的光线在耦入光栅区不存在二次反射。

所述的补偿光栅用于对b-c范围内的光线进行部分衍射，降低该范围内的光线在光波导基板中的反射能量，使其能量与其它角度范围的光线能量一致。具体实现步骤：

1、通过检测或者理论计算得出某一入射角度范围（a=1.92至b=1.57）的光线在couple-in光栅区存在二次反射，角度的单位是弧度，既180度对应π；某一入射角度范围（b=1.57至c=1.40）的光线在couple-in光栅区不存在二次反射，并获得因二次反射带来的光强损耗比例loss=0.1。

2、计算或者测量入射角度范围（b=1.57至c=1.40）的光线离开couple-in光栅区后第一次基板反射区域（ab）。

3、在光波导基板的区域（ab）制作补偿光栅，所述的补偿光栅是对入射角度范围（b=1.57至c=1.40）的光线具有部分衍射光效应并使得光强损耗比例约为loss=0.1，而光栅制作技术为成熟的现有技术，再此不赘述。

经过以上步骤后可以增强ar眼镜光波导光强均匀性。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

技术特征：

1.一种增强ar眼镜光波导光强均匀性的结构，包括光波导基板、耦入光栅、耦出光栅；从微型显示屏出来的光线经过光学系统进入耦入光栅，其次经过光波导基板全反射传导，再经过耦出光栅导出，射入人眼形成成像，其特征在于：

在耦入光栅、耦出光栅之间设置有具有分光功能的补偿光栅，该补偿光栅设置在光波导基板上，对应于入射角度在某一范围内的光线离开耦入光栅区后的第一次基板反射区域，而该范围内的光线在耦入光栅区不存在二次反射。

技术总结
本实用新型涉及一种增强AR眼镜光波导光强均匀性的结构。该结构是在耦入光栅、耦出光栅之间设置有具有分光功能的补偿光栅，该光栅设置在光波导基板上，对应于入射角度在某一范围内的光线离开耦入光栅区后的第一次基板反射区域，而该范围内的光线在耦入光栅区不存在二次反射；所述的补偿光栅用于对上述范围内的光线进行部分衍射，降低该范围内的光线在光波导基板中的反射能量，使其能量与其它角度范围的光线能量一致。本实用新型具有简单、方便、稳定等优点。

技术研发人员：张佳恒;张卓鹏;魏一振;陈达如
受保护的技术使用者：杭州光粒科技有限公司
技术研发日：2020.04.27
技术公布日：2020.10.23