一种双目波导、双目波导的设计方法及AR眼镜与流程

本技术涉及ar显示的，尤其是涉及一种双目波导、双目波导的设计方法及ar眼镜。

背景技术：

1、目前，增强现实(augmented reality，ar)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，其显示技术可将微型显示器上的像素通过光学显示屏投射到人眼中，同时用户还可以透过光学显示屏看到真实世界。而衍射波导正是将波导的全反射特性和衍射光栅的衍射特性相结合，可实现大视场、大出瞳图像输出，从而被应用于新一代ar显示系统，而且具有整体质量和体积更为紧凑的优点。衍射波导的工作原理即是将经过光学系统后不同角度信息的平行光，通过衍射光栅将入射光耦合入波导内，耦入的平行光以全反射的方式周期性向前传播至耦出衍射光栅时，再经由耦出衍射光栅衍射耦出，然后进入人眼成像。

2、相关技术中，衍射光波导结构通常为单输入输出波导结构，即一个入瞳区域需要一个输入光源。因此，如果需要看到双目的图像，则需要两个光机，分别放置在镜腿两侧的位置，同时还需要配备相应的传感器、摄像头或其他器件。

3、针对上述中的相关技术：单输入输出波导结构整体比较复杂，且两个光机的设置无疑增加了成本以及设备的体积和重量，从而容易导致用户的使用体验降低。

技术实现思路

1、为了提高用户的使用体验，本技术提供一种双目波导、双目波导的设计方法及ar眼镜。

2、第一方面，本技术提供的一种双目波导，采用如下的技术方案：

3、一种双目波导，包括：

4、波导基底，所述波导基底上对称分布有两个出瞳区域以及对称分布的两个扩瞳区域；以及耦入光栅、第一转折光栅、第二转折光栅、第一耦出光栅及第二耦出光栅，所述耦入光栅设置在所述波导基底的中心位置；

5、所述第一耦出光栅及第二耦出光栅分别设置在所述出瞳区域且所述第一耦出光栅及第二耦出光栅关于所述耦入光栅呈对称设置，所述第一转折光栅及所述第二转折光栅分别设置在所述扩瞳区域；

6、以所述耦入光栅为起点，所述耦入光栅、所述第一转折光栅及所述第一耦出光栅呈顺时针分布，所述耦入光栅、所述第二转折光栅及所述第二耦出光栅呈逆时针分布，且所述耦入光栅、所述第一转折光栅、所述第二转折光栅三者呈夹角设置。

7、通过采用上述技术方案，耦入光栅能够将入射光耦合入波导基底内，并使耦合入波导基底内的光分别传播至第一转折光栅和第二转折光栅，第一转折光栅能够将耦入的光传播至第一耦出光栅，第二转折光栅能够将耦入的光传播至第二耦出光栅，从而便于利用一个投影光机实现双目图像的输出，减小了整体设备的体积和重量。且以耦入光栅为起点，耦入光栅、第一转折光栅及第一耦出光栅呈顺时针分布；耦入光栅、第二转折光栅及第二耦出光栅呈逆时针分布，耦入光栅、第一转折光栅、第二转折光栅三者呈夹角设置，从而在输出双目图像时，能够避免第一转折光栅、第二转折光栅形成“门帘效应”而对出瞳的光线形成遮挡，进而有利于提高用户的体验。

8、可选的，所述耦入光栅包括第一中点，定义所述第一转折光栅靠近所述耦入光栅的边的中点为第二中点、所述第二转折光栅靠近所述耦入光栅的边的中点为第三中点，所述第一中点与第二中点之间的连线定义为第一直线，所述第一中点与第三中点之间的连线定义为第二直线，第一直线与第二直线之间的夹角为θ；

9、所述耦入光栅的中心、第一耦出光栅的中心及第二耦出光栅的中心在同一条直线；或所述耦入光栅的中心、与第一耦出光栅的中心及第二耦出光栅的中心所成的夹角大于θ。

10、可选的，00<θ<180°。

11、可选的，θ为900。

12、第二方面，本技术提供一种双目波导的设计方法，采用如下的技术方案：

13、一种双目波导的设计方法，包括：

14、提供波导基底，在所述波导基底上确定出对称分布的两个出瞳区域以及位于两个所述出瞳区域下方的扩瞳区域；

15、确定耦入光栅的位置，以使所述耦入光栅设置在所述波导基底的中心位置；

16、确定第一耦出光栅及第二耦出光栅于波导基底的位置，以使所述第一耦出光栅及第二耦出光栅分别设置在所述出瞳区域且所述第一耦出光栅及第二耦出光栅关于所述耦入光栅呈对称设置；以及

17、根据所述耦入光栅、第一耦出光栅及第二耦出光栅的位置确定第一转折光栅及第二转折光栅的位置，且所述耦入光栅、所述第一转折光栅及所述第一耦出光栅呈顺时针分布，所述耦入光栅、所述第二转折光栅及所述第二耦出光栅呈逆时针分布。

18、可选的，根据所述耦入光栅、第一耦出光栅及第二耦出光栅的位置确定第一转折光栅及第二转折光栅的位置包括如下步骤：

19、以所述耦入光栅的中心为坐标原点o建立直角坐标系，水平方向为x轴，竖直方向为y轴；根据第一耦出光栅的尺寸、第二耦出光栅的尺寸以及第一耦出光栅的中心与第二耦出光栅的中心之间的距离确定第一耦出光栅及第二耦出光栅的位置；

20、以耦入光栅的中点向两个扩瞳区域分别形成多个夹角θ，其中，波导基底沿纵向的中心线平分每个所述夹角θ，利用仿真软件及计算公式确定第一转折光栅的各个顶点，以及与每个夹角θ对应状态下所述耦入光栅的耦入效率；以及

21、确定与最大的耦入效率对应的位置坐标作为所述第一转折光栅的各个顶点的位置坐标。

22、可选的，设定第一转折光栅的四个顶点的位置横纵坐标分别为f(1,1)、f(1,2)；f(2,1)、f(2,2)；f(3,1)、f(3,2)；及f(4,1)、f(4,2)，则第一转折光栅的各个顶点的位置坐标的计算公式如下：

23、

24、其中，mode、k1、k2、k3、k4均为系数，a1为投影光机与x轴的半视场角，a2为投影光机与y轴的半视场角，λ为耦入光栅的曝光波长，λ为耦入光栅的周期，inx、iny为耦入光栅的中心坐标，theta为所述耦入光栅的偏转角度，其中该偏转角度为平行光束经由耦入光栅耦合入波导基底的光线传输方向与x轴的夹角，inw为耦入光栅的宽度，inh为耦入光栅的高度，outx、outy为耦出光栅的中点坐标，outw为耦出光栅的宽度，outh为耦出光栅的高度；n为耦入光栅材料的折射率、为耦入光栅的衍射角。

25、可选的，00<θ<180°。

26、可选的，θ为900。

27、第三方面，本技术提供一种ar眼镜，采用如下的技术方案：

28、一种ar眼镜，包括微型投影光机以及上述任意一项所述的双目波导，所述微型投影光机发出的图像光束能耦入至所述耦入光栅。

29、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

30、1.通过对波导基底、耦入光栅、第一转折光栅、第二转折光栅、第一耦出光栅及第二耦出光栅的相对位置的设置，使得更多地的入射光能够被耦合入波导基底内，且被耦合入波导基底内的光能够经过第一转折光栅和第一耦出光栅耦出波导基底，并经过第二转折光栅和第二耦出光栅耦出波导基底，且第一转折光栅、第二转折光栅分别位于第一耦出光栅及第二耦出光栅的下方，从而在输出双目图像时，能够避免第一转折光栅、第二转折光栅形成“门帘效应”而对出瞳的光线形成遮挡，进而有利于提升用户的体验；

31、2.通过对耦入光栅的偏转角度的范围进行限定，能达到最优的耦入效率，使从微型投影光机出射的光，能最大化的被利用；

32、3.通过对耦入光栅、第一转折光栅和第二转折光栅之间的夹角θ的范围进行限定，一定程度上减少了0级光线的损耗，从而有利于提高光效的利用率。