一种增强现实装置的制作方法

本申请涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种增强现实装置。

背景技术：

增强现实(augmentedreality，ar)技术是一种实时计算光机射出的影像的位置及角度并加上相应图像的技术，增强现实技术的目标是在屏幕上将虚拟世界套在现实世界，并进行互动，可以将真实世界的时间空间范围内的很难体验到的实体信息(比如视觉信息、声音、或触觉等)通过电脑等模拟仿真后再叠加，将虚拟信息应用到真实世界。目前，增强现实技术已广泛应用在增强现实装置中，比如ar眼镜，能够将虚拟图像投影到人眼之中，实现虚拟图像与真实图像的叠加。

目前，增强现实装置中的耦入光栅在将光机产生的光耦合进光波导时，耦合效率较低。

技术实现要素：

本申请提供一种增强现实装置，用于提高增强现实装置中包括的透射式耦入光栅或反射式耦出光栅在将光耦合进光波导时的耦合效率。

第一方面，本申请提供一种增强现实装置，包括光机和光波导镜片；光波导镜片包括介质层、透射式耦入光栅、光波导和耦出光栅。其中，光机用于产生光、并将所述光射向所述光波导镜片，光波导镜片中的介质层设置于透射式耦入光栅靠近光机一侧的表面，用于将光机产生的光传输至透射式耦入光栅，且介质层的折射率大于透射式耦入光栅的折射率，透射式耦入光栅设置于光波导靠近光机一侧的表面，用于将经过介质层的光耦合进光波导，光波导用于将透射式耦入光栅耦合进的光传输至耦出光栅，耦出光栅用于将光波导中的光耦出至人眼成像。

其中，光机产生的光经该过程传输至人眼携带的是虚拟图像信息，该虚拟图像信息的光和携带有真实图像信息的光的融合光，从而在人眼中成像，使用户通过ar眼镜看到包括虚拟图像和真实图像的融合图像。

基于该方案，在透射式耦入光栅靠近光机一侧的表面增加介质层，因而光机产生的光首先入射至介质层，然后经过介质层传输至透射式耦入光栅。由于该介质层的折射率大于透射式耦入光栅的折射率，因此，在透射式耦入光栅的表面增加该介质层可提高透射式耦入光栅的有效折射率，如此，光机射出的光经过透射式耦入光栅的光程增加，光程增加有助于设置有介质层的透射式耦入光栅将较多的光耦合进光波导中，进而可提高光波导的耦合效果。

在一种可能的实现方法中，上述介质层的材料包括但不限于以下材料中的任一种或任多种的组合：二氧化钛、硫化锌、氧化锌、二氧化硅、氮化硅、氧化铝。

在一种可能的实现方法中，上述介质层的形状与上述透射式耦入光栅的表面的形状匹配时，即以透射式耦入光栅为模具，将介质层形成于透射式耦入光栅的表面，可以便于实现介质层与透射式耦入光栅的贴合，进而有助于降低增强现实装置的制作成本。

在一种可能的实现方法中，上述透射式耦入光栅可为二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅。由于二元光栅、闪耀光栅、多台阶光栅在制备时较容易脱模，因而将二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅作为该透射式耦入光栅时，有助于降低透射式耦入光栅的制备成本。

在一种可能的实现方法中，为了扩大光波导中传输的光的范围、以及提高光在人眼成像的均匀度，上述任一增强现实装置还可以包括扩瞳光栅。该扩瞳光栅设置于光波导靠近光机一侧的表面，用于将光波导中传输的来源于透射式耦入光栅的光进行扩展，并将扩展后的光通过光波导传输至耦出光栅。其中，扩瞳光栅包括至少两个不同的区域，该至少两个不同的区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。通过在沿光的传播方向上增大扩瞳光栅的光栅深度，可提高扩瞳光栅的衍射效率，尽管光在沿传播方向的强度逐渐减弱，但由于光栅的衍射效率在沿光的传播方向上增大，因此，沿光的传播方向上，经扩瞳光栅扩展后的衍射光仍比较均匀，如此，有助于提高光在人眼成像的整体均匀度、并扩大光波导中传输的光的范围。

为了进一步提高耦出光栅耦出的光在人眼成像的均匀度，上述任一耦出光栅还可以包括至少两个区域，该至少两个区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。

在一种可能的实现方法中，上述任一光波导具体可以用于将透射式耦入光栅耦合进的光全反射至耦出光栅。由于全反射有助于避免光在传输中因折射造成浪费，因而光在光波导通过全反射的方式传输至耦出光栅，可以提高光波导中传输的光的利用率。

第二方面，本申请提供一种增强现实装置，包括光机和光波导镜片；光波导镜片包括金属层、反射式耦入光栅、光波导和耦出光栅。其中，光机用于产生光、并将所述光射向所述光波导镜片，光波导镜片中的金属层设置于反射式耦入光栅远离增强现实装置的光机一侧的表面，用于将依次透过光波导和反射式耦入光栅的光机产生的光反射至反射式耦入光栅，反射式耦入光栅设置于光波导远离光机一侧的表面，用于将金属层反射的光耦合进光波导，光波导用于将反射式耦入光栅耦合进的光传输至耦出光栅，耦出光栅用于将光波导中的光耦出至人眼成像。

其中，光机产生的光经该过程传输至人眼携带的是虚拟图像信息，该虚拟图像信息的光和携带有真实图像信息的光的融合光，从而在人眼中成像，使用户通过ar眼镜看到包括虚拟图像和真实图像的融合图像。

基于该方案，在反射式耦入光栅远离光机一侧的表面增加金属层，当光机产生的光射出后，会先射入光波导，之后经光波导透射至反射式耦入光栅，经反射式耦入光栅透射至金属层，由于金属层强的反射作用，可以使得反射至反射式耦入光栅的光的光程增加，光程增加有助于反射式耦入光栅将较多的光耦合进光波导中，特别是有助于提高反射式耦入光栅对较大入射角射入的光的耦合效率。

在一种可能的实现方法中，金属层的材料包括但不限于以下材料中的任一种或任多种的组合：金、银、铝、铜、铂。

在一种可能的实现方法中，金属层的形状与反射式耦入光栅的表面的形状匹配时，即可以直接以反射式耦入光栅为模具，将金属层形成于反射式耦入光栅的表面，便于实现金属层与射式耦入光栅的贴合，进而有助于降低增强现实装置的制作成本。

在一种可能的实现方法中，上述任一反射式耦入光栅可为二元光栅、闪耀光栅或多台阶光栅。由于二元光栅、闪耀光栅、多台阶光栅在制备时较容易脱模，因而将二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅作为该透射式耦入光栅时，有助于降低透射式耦入光栅的制备成本。

在一种可能的实现方法中，为了扩大光波导中传输的光进入人眼的视场角、以及提高光在人眼成像的均匀度，上述增强现实装置还可以包括扩瞳光栅。该扩瞳光栅设置于光波导远离光机一侧的表面，用于将光波导中传输的来源于透射式耦入光栅的光进行扩展，并将扩展后的光通过光波导传输至耦出光栅。其中，扩瞳光栅包括至少两个不同的区域，至少两个不同的区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。通过在沿光的传播方向上增大扩瞳光栅的光栅深度，可提高扩瞳光栅的衍射效率，尽管光在沿传播方向的强度逐渐减弱，但由于光栅的衍射效率在沿光的传播方向上增大，因此，沿光的传播方向上，经扩瞳光栅扩展后的衍射光仍比较均匀，进而可使经扩瞳光栅扩展后的光较均匀，如此，有助于进一步提高光在人眼成像的整体均匀度、并扩大光波导中传输的光的范围。

为了进一步提高耦出光栅耦出的光在人眼成像的均匀度，上述任一耦出光栅还可以包括至少两个区域，至少两个区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。

在一种可能的实现方法中，上述任一光波导具体用于将反射式耦入光栅耦合进的光全反射至耦出光栅。由于全反射有助于避免光在传输中因折射造成的浪费，光在光波导通过全反射的方式传输至耦出光栅，可以提高光波导中传输的光的利用率。

附图说明

图1为本申请提供的一种增强现实装置(例如ar眼镜)的结构示意图；

图2(a)为本申请提供的一种增强现实装置的结构示意图；

图2(b)为本申请提供的另一种增强现实装置的结构示意图；

图3(a)为本申请提供的一种未设置介质层的透射式耦入光栅的耦合效率的模拟效果示意图；

图3(b)为本申请提供的一种设置有介质层的透射式耦入光栅的耦合效率的模拟效果示意图；

图4(a)为本申请提供的一种设置有介质层的二元光栅的结构示意图；

图4(b)为本申请提供的一种设置有介质层的闪耀光栅的结构示意图；

图4(c)为本申请提供的一种设置有介质层的多台阶的结构示意图；

图5为本申请提供的另一种增强现实装置的结构示意图；

图6为本申请提供的一种扩瞳光栅的结构示意图；

图7为本申请提供的一种耦出光栅的结构示意图；

图8(a)为本申请提供的另一种增强现实装置的结构示意图；

图8(b)为本申请提供的再一种增强现实装置的结构示意图；

图9(a)为本申请提供的一种未设置金属层的反射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图；

图9(b)为本申请提供的一种设置有金属层的反射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图；

图10为本申请提供的另一种增强现实装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。其中，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请提供一种增强现实装置，该增强现实装置可将携带有虚拟图像的光和携带有真实图像的光进行融合，以实现将虚拟图像应用在现实世界中的效果。增强现实装置例如可以是ar眼镜，或者还可以是ar头盔等。为了便于说明，以增强现实装置是ar眼镜为例介绍。如图1所示，给出了增强现实装置的一种示例(例如ar眼镜)的结构示意图。该ar眼镜包括光波导镜片10、光机(亦称为光引擎部件)20、镜腿30和镜架40。光机20用于产生光，并将光射向光波导镜片10。光波导镜片10将接收到的光传输至人眼成像。镜腿30用于将该ar眼镜佩戴在用户的眼睛前方。镜架40用于将光机20、光波导镜片10和镜腿30进行固定。其中，光机20产生的光为携带有虚拟图像信息的光，镜腿30和镜架40例如可以是金属结构或塑料结构，对于镜腿30和镜架40的结构，本申请不做限定。

本申请实施例主要在于对增强现实装置中光波导镜片10的结构进行改进，作为示例，图2(a)给出了一种增强现实装置的结构示意图。该增强现实装置中的光波导镜片10a包括透射式耦入光栅101、光波导102、耦出光栅103和介质层104。光机20a用于产生光、并将所述光射向所述光波导镜片10a。光波导镜片10a中的介质层104设置于透射式耦入光栅101靠近光机20a一侧的表面，介质层104用于将光机20a产生的光传输至透射式耦入光栅101，介质层104的折射率大于透射式耦入光栅101的折射率。透射式耦入光栅101设置于光波导102靠近光机20a的一侧的表面，用于将光机20a发射的光耦合进光波导102。光波导102用于将透射式耦入光栅101耦合进的光传输至耦出光栅103。耦出光栅103用于将光波导102中的光耦出至人眼成像。图2(a)中的增强现实装置的一种示例可以为上述图1中ar眼镜，其中，上述图1中的光波导镜片10参见该图2(a)中的光波导镜片10a，上述图1中的光机20参见该图2(a)中的光机20a。

从图2(a)可以确定，在透射式耦入光栅靠近光机一侧的表面增加介质层，因而光机产生的光首先入射至介质层，然后经过介质层传输至透射式耦入光栅。由于该介质层的折射率大于透射式耦入光栅的折射率，因此，在透射式耦入光栅的表面增加该介质层可提高透射式耦入光栅的有效折射率，如此，光机射出的光经过透射式耦入光栅的光程增加，光程增加有助于设置有介质层的透射式耦入光栅将较多的光耦合进光波导中，进而可提高光波导的耦合效果。

进一步，当光以α角射入增加介质层的透射式耦入光栅时，对应的折射角为β1，当光以α角射入未设置介质层的透射式耦入光栅时，对应的折射角为β2，由于折射率越大，折射角越小，因此β1小于β2，进而设置介质层的透射式耦入光栅可以允许较大范围的入射角的光射入，即有较多的光进入透射式耦入光栅，特别是光以较大的入射角入射透射式耦入光栅时，由于较小的折射角，可以将较多的光耦合进入光波导中，因此，设置介质层的透射式耦入光栅可进一步将较多的光耦合进光波导中。因此透射式耦入光栅上设置有折射率大于透射式耦入光栅的折射率的介质层，可提高增强现实装置中透射式耦入光栅将光耦合进光波导中的耦合效率，特别是有助于提高以较大的入射角射入的光的耦合效率，进而可以实现一定范围耦合效率内，角普较均匀较高。下面针对上述有益效果，本申请结合模拟结果进行详细说明。

参考图3(a)，为本申请提供的一种未设置介质层的透射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图，参考图3(b)，为本申请提供的一种设置有介质层的透射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图。透射式耦入光栅对光机射入的光进行衍射，可以衍射出多级衍射光，比如可以衍射出零级衍射光、一级衍射光、二级衍射光、三级衍射光等。其中，零级衍射光的强度较强，但是零级衍射光的传播角度不变，无法在光波导中传播。一级衍射光的强度比二级、三级等的衍射光的强度大，有助于提高光在人眼成像的亮度。因此，图3(a)和图3(b)均是针对透射式耦入光栅的衍射光中的一级衍射光进行模拟的，模拟利用的是g-solver软件，其中，g-solver软件的模拟是基于严格耦合波理论(rigorouscoupledwaveanalysis，rcwa)计算的。如图3(a)所示，射入透射式耦入光栅的光的入射角在[-20°，20°]的范围内变化时，最高的耦合效率约25％，最低的耦合效率接近0，由此可知，在透射式耦入光栅上未设置介质层时，随着入射角的增大，耦合效率在迅速减小，因此，未设置介质层的透射式耦入光栅将光机产生的光耦合进光波导中的耦合效率较低。如图3(b)所示，射入透射式耦入光栅101的光的入射角也在[-20°，20°]范围内变化时，最高的耦合效率和最低耦合效率均在20％左右，且随着入射角的增加，耦合效率基本不变。因此，在透射式耦入光栅上设置有介质层后，透射式耦入光栅的耦合效率增大，特别是光以较大的入射角入射透射式耦入光栅时，耦合效率明显增大。因此，通过在透射式耦入光栅靠近光机的一侧的表面设置折射率大于透射式耦入光栅的折射率的介质层，可提高透射式耦入光栅将光机产生的光耦合进光波导中的耦合效率。

在一种可能的实现方法中，透射式耦入光栅101可以与光波导102是相同的材料，比如，透射式耦入光栅101可以是通过以下方式得到的：在光波导102上的设定区域刻蚀出相互平行、等距离等宽的狭缝，从而该刻蚀后的设定区域即为透射式耦入光栅101。在又一种可能的实现方法中，透射式耦入光栅101也可以是通过以下方式得到的：在光波导102上通过压印技术形成压印胶，该压印胶即为透射式耦入光栅101，其中，压印胶的折射率通常小于或等于1.7。

作为示例，上述透射式耦入光栅101可以为二元光栅、闪耀光栅(blazedgrating)、或多台阶光栅等。上述介质层104的材料可以是二氧化钛、或硫化锌、或氧化锌、或二氧化硅、或氮化硅、或氧化铝、或者以上任意几种材料的组合。作为示例，二氧化钛的折射率可以是2.0。这些材料中的任一种或任多种的组合的折射率均大于透射式耦入光栅101的折射率，以提高透射式耦入光栅101的耦合效率。

在一种可能的实现方法中，介质层104的形状与透射式耦入光栅101的表面的形状匹配，这里的匹配可以理解为，形状相同或一致。作为示例，下面以透射式耦入光栅101分别为二元光栅、闪耀光栅、多台阶光栅为例进行说明。如图4(a)所示，为本申请提供一种设置有介质层的二元光栅的结构示意图。其中，透射式耦入光栅101为二元光栅，二元光栅包括间隔设置的多个凸台，介质层104覆盖在二元光栅的凸台的表面。其中，介质层104的厚度例如可以是在10nm至200nm之间。如图4(b)所示，为本申请提供一种设置有介质层的闪耀光栅的结构示意图。其中，透射式耦入光栅101为闪耀光栅，闪耀光栅包括间隔设置多个三角台，介质层104覆盖在三角台的表面。如图4(c)所示，为本申请提供一种设置有介质层的多台阶光栅的结构示意图。其中，透射式耦入光栅101为多台阶光栅，介质层104覆盖在多台阶光栅的表面。由图4(a)、图4(b)和图4(c)可以看出，介质层104的形状与透射式耦入光栅101的表面的形状相匹配。

在一种可能的实现方法中，上述图4(a)、图4(b)和图4(c)在形成介质层时，可以以透射式耦入光栅101为模具，以喷溅或者蒸镀的方式形成介质层104，进而可实现介质层104的形状与透射式耦入光栅101的表面的形状相匹配。

为了能有较大范围的光耦出，以使人眼可以在较大范围内移动时仍可看到图像，可对透射式耦入光栅101耦合进光波导102的光进行扩展。此时，需要满足的基本原则是：耦出的光和耦入的光需要相互平行。这样，在扩展后的光耦出至人眼成像时，图像不会产生畸变。一种可能的实现方式中，在增强现实装置中，将透射式耦入光栅101与耦出光栅103的光路对准，耦出光栅103可将光波导102中传输的光进行扩展、并耦出人眼成像。也可以理解为，需要将透射式耦入光栅101的周期和耦出光栅103的周期设置为相同，且透射式耦入光栅101的取向和耦出光栅103的取向设置为一致。比如透射式耦入光栅101的周期和耦出光栅103的周期均设置为392nm，透射式耦入光栅101和耦出光栅103的凸起的结构的倾斜方向一致。通过该方法，可实现对透射式耦入光栅101耦合进光波导102的光进行扩展。在又一种可能的实现方式中，可通过在增强现实装置中增加扩瞳光栅，实现对透射式耦入光栅101耦合进光波导102的光进行扩展，并且该实现方式可实现较灵活设置透射式耦入光栅101和耦出光栅103的位置。

如图5所示，为本申请提供的又一种增强现实装置的结构示意图。该增强现实装置中的光波导镜片10a包括透射式耦入光栅101、光波导102、耦出光栅103、介质层104和扩瞳光栅105，扩瞳光栅105设置于光波导102靠近光机20a一侧的表面，扩瞳光栅105用于将光波导102中传输的来源于透射式耦入光栅101的光进行扩展，并将扩展后的光通过光波导102传输至耦出光栅103。图5可以是在图2(a)的基础上增加了扩瞳光栅105，扩瞳光栅105可以是二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅等，光机20a和光波导镜片10a(包括的透射式耦入光栅101、光波导102、耦出光栅103和介质层104)的作用和结构均不变。其中，光波导镜片10a中包括的透射式耦入光栅101、光波导102和耦出光栅103之间的位置关系可以在图2(a)的基础上调整，例如可以调整为如图5所示的结构，光机20a和介质层104的位置关系可与图2(a)中的相同。图5所示的介质层104与透射式耦入光栅101的形状可相同、大小也可相同，也可以理解为介质层104和透射式耦入光栅101可重叠或叠加设置。在增强现实装置中增加扩瞳光栅105后，通过将扩瞳光栅105的法线与透射式耦入光栅101的法线之间设置一定的夹角，可实现扩瞳光栅105对透射式耦入光栅101耦合进光波导102的光进行扩展。进一步地，在设置了扩瞳光栅105之后，还可以不要求对透射式耦入光栅101和耦出光栅103之间进行严格的对准，因而还可以实现灵活设置透射式耦入光栅101、耦出光栅103和扩瞳光栅105的取向。

示例性地，可以将图5所示的增强现实装置所示的结构应用于上述图1中的ar眼镜中，结合上述图1和图5说明当用户佩戴ar眼镜时人眼看到的图像的光的传输过程。光机20a(可与图1中的光机20相同)产生光，光机20a将产生的光射向光波导镜片10a，具体为首先射入光波导镜片10a中的介质层104、经介质层104传输至透射式耦入光栅101，之后透射式耦入光栅101将光耦合进光波导102中，耦合进光波导102中的光再经过扩瞳光栅105进行扩展，扩展后的光通过光波导102传输至耦出光栅103，耦出光栅103将光耦出至人眼成像。其中，光机产生的光经该过程传输至人眼携带的是虚拟图像信息，该虚拟图像信息的光和携带有真实图像信息的光的融合光，从而在人眼中成像，使用户通过ar眼镜看到包括虚拟图像和真实图像的融合图像。

进一步，为了使得经扩瞳光栅105扩展后的光较均匀，如图6所示，为本申请提供的一种扩瞳光栅的结构示意图。扩瞳光栅包括至少两个不同的区域，至少两个不同的区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。该扩瞳光栅可以是上述任一扩瞳光栅105，图6中以光的传播方向为c方向、扩瞳光栅105包括4个区域为例说明。其中，扩瞳光栅105的光的传播方向(c方向)可为透射式耦入光栅101的光衍射后的一级衍射光的传播方向，透射式耦入光栅101的一级衍射光可作为扩瞳光栅105的入射光。4个区域分别为区域i、区域ii、区域iii和区域iv。其中，区域i对应的光栅深度小于区域ii对应的光栅深度、区域ii对应的光栅深度小于区域iii对应的光栅深度、区域iii对应的光栅深度小于区域iv对应的光栅深度。示例性地，区域i对应的光栅深度可为50nm，区域ii对应的光栅深度可为70nm、区域iii对应的光栅深度可为85nm、区域iv对应的光栅深度可为100nm。由于扩瞳光栅105的光栅深度越深，对光的衍射效率越高，因此，扩瞳光栅105的4个区域对光的衍射效率的关系为：区域i对应的衍射效率、区域ii对应的衍射效率、区域iii对应的衍射效率、区域iv对应的衍射效率依次增大。因此，光沿c方向传输时，尽管光从区域i到区域iv的强度逐渐减弱，但扩瞳光栅105的衍射效率逐渐增强，又由于光的强度和扩瞳光栅的衍射效率均会影响经扩瞳光栅衍射后的衍射光的均匀度，因而经过包括4个区域的扩瞳光栅105衍射后的衍射光的强度比较均匀，因此有助于提高人眼成像均匀度。可选地，扩瞳光栅105可以是二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅等。

为了进一步提高人眼成像的均匀度，作为示例，图7给出了一种耦出光栅的结构示意图。耦出光栅可包括至少两个区域，至少两个区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。该耦出光栅可以是上述任一实施例中的耦出光栅103。示例性地，图7中的光的传播方向为d方向、耦出光栅103包括三个区域。其中，耦出光栅103的光的传播方向(d方向)可为经上述图6中扩瞳光栅105扩展后的一级衍射光的传播方向，扩瞳光栅105扩展后的一级衍射光可作为耦出光栅103的入射光。如图7所示，耦出光栅103包括区域i、区域ii和区域iii，其中，区域i对应的光栅深度、区域ii对应的光栅深度、区域iii对应的光栅深度依次增大。示例性地，区域i对应的光栅深度可为70nm，区域ii对应的光栅深度可为80nm、区域iii对应的光栅深度可为90nm。基于与上述图6中的扩瞳光栅105相同的原理：耦出光栅103的光栅的深度越深，对光的衍射效率越高。因此，光在沿d方向传输时，光从区域i到区域iii的强度在减小，但是耦出光栅103的衍射效率在增大，进而可使得耦出光栅103耦出到人眼的光较均匀，因此，可进一步提高人眼成像的均匀度。

在一种可能的实现方法中，上述任一实施例的耦出光栅103可以是透射式耦出光栅，设置于光波导102靠近光机20a的一侧的表面，如图2(a)所示。如图2(b)所示，为本申请提供的另一种增强现实装置的结构示意图，耦出光栅103也可以是反射式耦出光栅，设置于光波导102远离光机20a的一侧的表面，图2(b)中光波导镜片10a包括透射式耦入光栅101、光波导102和介质层104的位置关系可与图2(a)中的相同，光机20a在增强现实装置的中的位置也可与图2(a)中的相同，在此不再赘述。上述任一耦出光栅103具体的结构包括但不限于二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅等。

在一种可能的实现方法中，上述任一实施例的光波导102可具体用于将透射式耦入光栅101耦合进的光全反射至耦出光栅103。其中，光波导102可以是具有同一直径的多模波导，或者还可以是锥形波导。光波导通过对耦合进光波导的光进行全反射，有助于避免光在传输中因折射造成的浪费，因而可以提高光波导中传输的光的利用率。

在一种可能的实现方式中，光机20a可包括发光源和光学系统，发光源用于产生光，该光可以形成虚拟图像，即射入人眼成像的光。光学系统用于将发光源产生的光经上述介质层104射入透射式耦入光栅101。发光源可以为发射平行光的光源，也可为发射发散光的光源，或者可通过为光源设置平行光转换部件，将发散光处理为平行光，以提高最终入眼成像的图像的质量。其中，发光源可以是平面显示屏或者曲面显示屏，可以是液晶显示屏、硅基液晶(liquidcrystalonsilicon，lcos)反射式投影显示屏或发光二极管(lightemittingdiode，led)显示屏等。光学系统可以为一组透镜，镜片可以采用非球面镜片或者自由曲面镜片，用于校正各像差及色差，也可以采用衍射光学元件来进一步优化图像质量。

下面给出另一种增强现实装置，该增强现实装置也可用于提高增强现实装置中的耦入光栅在将光耦合进光波导时的耦合效率。

如图8(a)所示，为本申请提供的又一种增强现实装置的结构示意图。该增强现实装置中的光波导镜片10b包括反射式耦入光栅201、光波导202、耦出光栅203和金属层204。光机20b用于产生光、并将光射向光波导镜片10b。光波导镜片10b中的金属层204设置于反射式耦入光栅201远离光机20b一侧的表面，用于将依次透过光波导202和反射式耦入光栅201的光机20b产生的光反射至反射式耦入光栅201。反射式耦入光栅201设置于光波导202的远离光机20b一侧的表面，用于将金属层204反射的光耦合进光波导202。光波导202用于将反射式耦入光栅201耦合进的光传输至耦出光栅203。图8(a)所示的增强现实装置可以应用于图1中的所示的ar眼镜中。其中，上述图1中的光波导镜片10可采用该图8(a)中的光波导镜片10b的结构，上述图1中的光机10可采用该图8(a)中的光机20b的结构，本申请实施例对此不做限定。

基于图8(a)，在反射式耦入光栅远离光机一侧的表面增加金属层，当光机产生的光射出后，会先入射至光波导，之后经光波导透射至反射式耦入光栅，经反射式耦入光栅透射至金属层，由于金属层强的反射作用，可将较多的入射光反射至反射式耦入光栅，进而反射式耦入光栅可以将较多的光耦合进光波导中，可以使得反射至反射式耦入光栅的光的光程增加，光程增加有助于反射式耦入光栅将较多的光耦合进光波导中，特别是有助于提高反射式耦入光栅对较大入射角射入的光的耦合效率。

进一步，光射入金属层会激发出金属层中的自由电子，产生共振模式，通过该共振模式可进一步提高反射式耦入光栅对光的耦合效率。针对上述有益效果，下面结合模拟结果进行详细说明。

参考图9(a)，为本申请提供的一种未设置金属层的反射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图，参考图9(b)，为本申请提供的一种设置有金属层的反射式耦入光栅的耦合效率的模拟结果示意图。基于与图3(a)和图3(b)相同的衍射原理，图9(a)和图9(b)均是针对反射式耦入光栅201对光机20b射入的光衍射后的多级衍射光中的一级衍射光来模拟的。图9(a)和图9(b)的模拟使用的软件可与上述图3(a)和图3(b)使用的软件相同。如图9(a)所示，射入反射式耦入光栅201的光的入射角在[-20°，20°]的范围内变化时，最高的耦合效率接近25％，最低的耦合效率接近0，由此可知，在反射式耦入光栅201上未设置金属层204时，随着入射角的增大，耦合效率在迅速减小，因此，为设置金属层的反射式耦入光栅对光的耦合效率较低。如图9(b)所示，射入反射式耦入光栅的光的入射角也在[-20°，20°]范围内变化时，最高的耦合效率接近65％，最低耦合效率约40％，随着入射角的增加，耦合效率逐渐增大。因此，在反射式耦入光栅上设置有金属层后，反射式耦入光栅的耦合效率增大，特别是光以较大的入射角射入反射式耦入光栅时，耦合效率显著增大。

示例性地，反射式耦入光栅201可为二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅。由于二元光栅、闪耀光栅、多台阶光栅在制备时较容易脱模，因而将二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅作为该反射式耦入光栅时，有助于降低反射式耦入光栅的制备成本。一种可能的实现方式中，金属层204的材料包括以下材料中的任一种或任多种的组合：金、银、铝、铜、铂。其中，金属层204的形状可与反射式耦入光栅201的表面的形状匹配，这里的匹配指的是形状相同或一致。具体地，当反射式耦入光栅201为二元光栅时，设置有金属层的反射式耦入光栅的结构可与上述图4(a)所示的设置有介质层的二元光栅的结构相同。当反射式耦入光栅201为闪耀光栅时，设置有金属层的反射式耦入光栅的结构可与上述图4(b)所示的设置有介质层的闪耀光栅的结构相同。当反射式耦入光栅201为多台阶光栅时，设置有金属层的反射式耦入光栅的结构可与上述图4(c)所示的设置有介质层的多台阶光栅的结构相同。将金属层204设置于反射式耦入光栅201远离光机20b一侧的表面的实现方式，参考上述图4(a)、图4(b)和图4(c)在透射式耦入光栅101上形成介质层104的方式，在此不再赘述。

为了能有较大范围的光耦出，以使人眼可以在较大范围内移动时仍可看到图像，可对反射式耦入光栅201耦合进光波导202的光进行扩展。此时，需要满足的基本原则是：耦出的光和耦入的光需要相互平行。这样，在扩展后的光耦出至人眼成像时，图像不会产生畸变。一种可能的实现方式中，在增强现实装置中，将反射式耦入光栅201与耦出光栅203的光路对准，耦出光栅203将光波导202中传输的光进行扩展、并耦出人眼成像。也可以理解为，需要将反射式耦入光栅201的周期和耦出光栅203的周期设置为相同，且反射式耦入光栅201的取向和耦出光栅203的取向设置为一致。比如反射式耦入光栅201的周期和耦出光栅203的周期均设置为392nm，反射式耦入光栅201和耦出光栅203的凸起的结构的倾斜方向一致，通过该方法，可实现对反射式耦入光栅201耦合进光波导202的光进行扩展。在又一种可能的实现方式中，可通过在增强现实装置中增加扩瞳光栅205，实现对反射式耦入光栅205耦合进光波导202的光进行扩展，并且该实现方式可实现较灵活设置反射式耦入光栅201和耦出光栅203的位置。

如图10所示，为本申请提供的又一种增强现实装置的结构示意图。该增强现实装置中的光波导镜片10b包括反射式耦入光栅201、光波导202、耦出光栅203、金属层204和扩瞳光栅205。扩瞳光栅205设置于光波导202远离光机20b一侧的表面，用于将光波导202中传输的来源于反射式耦入光栅201的光进行扩展，并通过光波导传输至耦出光栅203。该图10是在图8(a)的基础上增加了扩瞳光栅205，并且光机20b和光波导镜片10b(包括反射式耦入光栅201、光波导202、耦出光栅203和金属层204)的作用和结构不变，反射式耦入光栅201、光波导202和耦出光栅203之间的位置关系可以在图8(a)的基础上调整，例如可以调整为如图10所示的结构，光机20b和金属层204之间的位置关系可以与图8(a)中的位置关系相同。图10所示的金属层204与反射式耦入光栅201的形状可相同、大小也可相同。也可以理解为金属层204和反射式耦入光栅201可重叠或叠加设置。在该增强现实装置中增加扩瞳光栅205后，通过将扩瞳光栅205的法线与反射式耦入光栅201的法线之间成设置一定的夹角，可实现扩瞳光栅205对反射式耦入光栅201耦合进光波导202中的光进行扩展。进一步地，在增强现实装置中增加了扩瞳光栅205后，还可以不需要对反射式耦入光栅201和耦出光栅203之间进行严格的对准，因而还可灵活设置反射式耦入光栅201、耦出光栅203和扩瞳光栅205的取向。

示例性的，该图10中的增强现实装置可以应用于上述图1中的ar眼镜中。结合上述图1和图10说明当用户佩戴ar眼镜时人眼看到的图像的光的传输过程。通过光机20b(可与图1中的光机20相同)产生光，光机20b将产生的光射入光波导镜片10b。具体为：首先射入光波导镜片10b中的光波导202，经过光波导202透射至反射式耦入光栅201，经反射式耦入光栅210射入金属层204，在金属层204强的反射作用下，将光反射至透射式耦入光栅201，之后透射式耦入光栅201将光耦合进光波导202中，耦合进光波导202中的光再经过扩瞳光栅205进行扩展，扩展后的光通过光波导202传输至耦出光栅203，耦出光栅203将光耦出至人眼成像。其中，光机产生的光经该过程传输至人眼携带的是虚拟图像信息，该虚拟图像信息的光和携带有真实图像信息的光的融合光，从而在人眼中成像，使用户通过ar眼镜看到包括虚拟图像和真实图像的融合图像。

通过上述扩瞳光栅205，还可以提高人眼成像的均匀度。本申请提供了一种可能的实施方式，扩瞳光栅205包括至少两个不同的区域，至少两个不同的区域分别对应的光栅深度沿光的传播方向依次增大。该扩瞳光栅205的示例性结构可以参考上述图6中的扩瞳光栅的示例性结构，在此不再赘述。可选地，扩瞳光栅205可以是二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅等。

为了进一步提高人眼成像的均匀度，可将耦出光栅203的结构设置为与上述图6中的耦出光栅103的结构相同，在此不再赘述。其中，耦出光栅203可以是反射式耦出光栅、设置于光波导202远离光机20b的一侧的表面，如图8(a)所示。如图8(b)所示，为本申请提供的又一种增强现实装置的结构示意图，耦出光栅203也可以是透射式耦出光栅，设置于光波导202靠近光机20b的一侧的表面，图8(b)中光波导镜片10b包括的反射式耦入光栅201、光波导202和金属层204的位置可均与图8(a)中的相同，光机20b在增强现实装置的中位置也可与图8(a)中相同，在此不再赘述。上述任一耦出光栅203的结构可以是二元光栅、闪耀光栅、或多台阶光栅等。

一种可能的实现方式中，上述任一实施例的光波导202可具体用于将反射式耦入光栅201耦合进的光全反射至耦出光栅203。可选地，光波导202的结构可以与上述光波导102的结构相同，例如也可以是同一直径的多模波导，或者还可以是锥形波导。光波导通过对耦合进光波导的光进行全反射，有助于避免光在传输中因折射造成的浪费，因而可以提高光波导中传输的光的利用率。

一种可能的实现方式中，光机20b的结构可以参考上述光机20a的结构，在此不再赘述。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。