一种用于AR眼镜的波导片布局结构的制作方法

本发明属于ar眼镜领域，具体涉及一种用于ar眼镜的波导片布局结构。

背景技术：

1、随着ar/vr技术的发展，人们对视觉体验的要求也不断提高。对于头戴式设备来说，优良的图像质量和轻便的产品外型是关键的考虑因素。ar设备和vr设备不同的地方在于，ar需要一定的透过率，使用户在看到图像的同时也能观察到外部环境。现有的多种显示方案设计中，光波导方案由于可以同时满足高质量的图像传输，轻便的设备体积以及较高的透过率，成为了目前的主流路径。

2、现有的光波导布局大多是单目设计，为了满足双目视觉，装配时通常需要进行额外的光机校准调试工作，以保证左右眼的图像能基于双目合成一副画面，这一步骤十分繁琐复杂，且对精度有很高的要求，给实际的批量生产带来难度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对解决背景技术中提出的问题，提出一种用于ar眼镜的波导片布局结构。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、本发明提出的一种用于ar眼镜的波导片布局结构，包括设置在波导片上的入瞳区域、第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，以及位于波导片靠近人眼在侧的光机，且第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域沿着中轴线对称布设在入瞳区域两侧，并且分别与使用者的左右眼对应；

4、入瞳区域包括设置在波导片靠近人眼在侧的第一光栅，且第一光栅为二维光栅；

5、各扩展出瞳区域包括设置在波导片靠近人眼在侧的第二光栅，且第二光栅为二维光栅；

6、从光机出射的光入射至入瞳区域，经入瞳区域预设夹角的第一光栅衍射，改变光线的传播方向，使得光线在波导片内全反射传播至各扩展出瞳区域，经各扩展出瞳区域的第二光栅扩展传播，并最终形成耦出光，到达人眼。

7、优选地，波导片的厚度为0.5mm至1mm。

8、优选地，入瞳区域的第一光栅形成沿中轴线对称、且周期相同的两个方向，且两个方向的夹角为120°，则入瞳区域第一光栅衍射的预设夹角θ为60°。

9、优选地，两个扩展出瞳区域的第二光栅形成形成沿中轴线对称、且周期相同的两个方向，且两个方向的夹角为120°。

10、优选地，光线在波导片内全反射传播满足的条件如下：

11、

12、其中，box表示光线的波矢区域，λ表示光线的波长，n1表示空气的折射率，n2表示波导片的折射率。

13、优选地，从光机出射的光的波矢区域表示为box1，入射至入瞳区域，经入瞳区域的第一光栅衍射形成沿v1_2方向传播的第一左光线和沿v1_4方向传播的第一右光线，且第一左光线和第一右光线分别依次传导至第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，第一左光线的波矢区域表示为box2，第一右光线的波矢区域表示为box4。

14、优选地，第一左光线传导至第一扩展出瞳区域后，分别形成a1、a2和a3三部分光，a1部分光被第一扩展出瞳区域的第二光栅衍射沿v2_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，a2部分光继续沿着v1_2方向传播，a3部分光被衍射形成沿v2_31方向传播的第二左光线和沿v2_32方向传播的第三左光线，且第二左光线的波矢区域表示为box31，第三左光线的波矢区域表示为box32，第二左光线分别形成至少b1和b2两部分光，b1部分光继续沿着v2_31方向传播，b2部分光被衍射沿v31_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，第三左光线分别形成至少c1和c2两部分光，c1部分光继续沿着v2_32方向传播，c2部分光被衍射沿v32_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1；

15、其中各左光线传播的方向满足矢量关系如下：

16、v1_2+v2_1＝0，v1_2+v2_31+v31_1＝0，v1_2+v2_32+v32_1＝0。

17、优选地，第一右光线传导至第二扩展出瞳区域后，分别形成d1、d2和d3三部分光，d1部分光被第二扩展出瞳区域的第二光栅衍射沿v4_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，d2部分光继续沿着v1_4方向传播，d3部分光被衍射形成沿v4_51方向传播的第二右光线和沿v4_52方向传播的第三右光线，且第二右光线的波矢区域表示为box51，第三右光线的波矢区域表示为box52，第二右光线分别形成至少e1和e2两部分光，e1部分光继续沿着v4_51方向传播，b2部分光被衍射沿v51_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，第三右光线分别形成至少f1和f2两部分光，f1部分光继续沿着v4_52方向传播，f2部分光被衍射沿v52_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1；

18、其中各右光线传播的方向满足矢量关系如下：

19、v1_4+v4_1＝0，v1_4+v4_51+v51_1＝0，v1_4+v4_52+v52_1＝0。

20、优选地，相邻波矢区域的位移δx满足如下条件：

21、

22、其中，t表示的周期第一光栅或第二光栅的周期。

23、优选地，各光栅均为衍射光栅，为表面浮雕光栅或体全息光栅。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、本发明通过设置入瞳区域的第一光栅的夹角θ(即第一光栅线方向角度)，进而可以得到对应入射光线的传播角度，进而可以得到对应第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，光线在波导片内全反射传播至各扩展出瞳区域，经各扩展出瞳区域的第二光栅扩展传播，并最终形成耦出光，到达人眼，省去双目融合调校步骤，提高生产效率及产品良率。

技术特征：

1.一种用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：所述用于ar眼镜的波导片布局结构包括设置在波导片上的入瞳区域、第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，以及位于波导片靠近人眼所在侧的光机，且所述第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域沿着中轴线对称布设在所述入瞳区域两侧，并且分别与使用者的左右眼对应；

2.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：所述波导片的厚度为0.5mm至1mm。

3.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：所述入瞳区域的第一光栅形成沿中轴线对称、且周期相同的两个方向，且两个方向的夹角为120°，则入瞳区域第一光栅衍射的预设夹角θ为60°。

4.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：两个所述扩展出瞳区域的第二光栅形成形成沿中轴线对称、且周期相同的两个方向，且两个方向的夹角为120°。

5.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：光线在波导片内全反射传播满足的条件如下：

6.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：从所述光机出射的光的波矢区域表示为box1，入射至入瞳区域，经入瞳区域的第一光栅衍射形成沿v1_2方向传播的第一左光线和沿v1_4方向传播的第一右光线，且第一左光线和第一右光线分别依次传导至第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，第一左光线的波矢区域表示为box2，第一右光线的波矢区域表示为box4。

7.如权利要求6所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：所述第一左光线传导至第一扩展出瞳区域后，分别形成a1、a2和a3三部分光，a1部分光被第一扩展出瞳区域的第二光栅衍射沿v2_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，a2部分光继续沿着v1_2方向传播，a3部分光被衍射形成沿v2_31方向传播的第二左光线和沿v2_32方向传播的第三左光线，且第二左光线的波矢区域表示为box31，第三左光线的波矢区域表示为box32，第二左光线分别形成至少b1和b2两部分光，b1部分光继续沿着v2_31方向传播，b2部分光被衍射沿v31_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，第三左光线分别形成至少c1和c2两部分光，c1部分光继续沿着v2_32方向传播，c2部分光被衍射沿v32_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1；

8.如权利要求6所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：所述第一右光线传导至第二扩展出瞳区域后，分别形成d1、d2和d3三部分光，d1部分光被第二扩展出瞳区域的第二光栅衍射沿v4_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，d2部分光继续沿着v1_4方向传播，d3部分光被衍射形成沿v4_51方向传播的第二右光线和沿v4_52方向传播的第三右光线，且第二右光线的波矢区域表示为box51，第三右光线的波矢区域表示为box52，第二右光线分别形成至少e1和e2两部分光，e1部分光继续沿着v4_51方向传播，b2部分光被衍射沿v51_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1，第三右光线分别形成至少f1和f2两部分光，f1部分光继续沿着v4_52方向传播，f2部分光被衍射沿v52_1方向耦出波导片到达人眼，且波矢区域回到box1；

9.如权利要求3所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：相邻波矢区域的位移δx满足如下条件：

10.如权利要求1所述的用于ar眼镜的波导片布局结构，其特征在于：各所述光栅均为衍射光栅，为表面浮雕光栅或体全息光栅。

技术总结
本发明公开了一种用于AR眼镜的波导片布局结构，包括设置在波导片上的入瞳区域、第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，以及位于波导片靠近人眼在侧的光机，且第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域沿着中轴线对称布设在入瞳区域两侧，并且分别与使用者的左右眼对应。本发明通过设置入瞳区域的第一光栅的夹角θ(即第一光栅线方向角度)，进而可以得到对应入射光线的传播角度，进而可以得到对应第一扩展出瞳区域和第二扩展出瞳区域，光线在波导片内全反射传播至各扩展出瞳区域，经各扩展出瞳区域的第二光栅扩展传播，并最终形成耦出光，到达人眼，省去双目融合调校步骤，提高生产效率及产品良率。

技术研发人员：范书华,饶鹏辉
受保护的技术使用者：江西凤凰光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22