光学模组和增强现实眼镜的制作方法

本技术涉及可穿戴设备领域，具体地，涉及一种光学模组和增强现实眼镜。

背景技术：

1、以增强现实(augment reality，ar)眼镜为例的可穿戴设备可以用于存储用户的多种个人信息，如果未经认证、授权的用户使用这些设备则可能导致设备原用户的私密信息的泄漏。

2、现有的ar眼镜的用户身份认证可以通过密码、手势识别认证，也可以通过外部设备的协助完成认证。这些认证方式难以做到安全性与便利性的均衡，因而，如何提高ar眼镜等扩展现实(extended reality，xr)眼镜的用户身份认证的效率和可靠性是值得考虑的。

技术实现思路

1、本技术提供一种光学模组和增强现实眼镜，光学模组可以包括成像光源、结构光光源、光波导、合束镜、红外相机等元件，成像光源和结构光光源可以共用同一个光波导，经该光波导引导后的结构光可以入射至用户的生物特征识别区域，从而用于用户身份的识别和认证。本技术提供的光学模组和增强现实眼镜的结构简单，进行用户身份识别认证的可靠性、安全性高。

2、第一方面，提供了一种光学模组，该光学模组包括第一发光单元、光波导、第二发光单元和相机；该第一发光单元发出的第一光线经该光波导引导后入射至人眼成像；该第二发光单元发出的第二光线经该光波导引导后入射至用户的生物特征识别区域；该相机接收该生物特征识别区域反射的该第二光线。

3、第一发光单元也可以称为成像光源，第一发光单元发出的第一光线也可以称为成像光线，成像光线在入射到人眼的视网膜上时可以成像。第二发光单元也可以称为认证光源或结构光光源，第二发光单元发出的第二光线也可以称为认证光线或结构光光线，生物特征识别区域反射的结构光光线被相机捕捉后可以用于确定生物特征识别区域的深度信息。

4、生物特征识别区域可以指用户的面部的部分区域，例如眼部周围的区域。

5、本技术方案中，光学模组的第一发光单元和第二发光单元共用同一个光波导进行光线的引导，设置光波导可以延长第二光线的光程，使得第二光线的传播距离能够满足用于生物特征识别的要求，提高了光学模组利用第二光线进行用户身份认证的可行性。

6、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光波导包括耦入光栅和耦出光栅，该耦入光栅接收该第一光线和该第二光线，该耦出光栅出射该第一光线和该第二光线，该耦入光栅和该耦出光栅为衍射光栅。

7、耦入光栅接收第一光线和第二光线，在一些场景下也可以理解为：第一光线和第二光线从耦入光栅入射至光波导内。耦出光栅出射第一光线和第二光线，在一些场景下也可以理解为：第一光线和第二光线从耦出光栅射出到光波导的外部空间。

8、耦入光栅接收第一光线和第二光线，应理解为：耦入光栅可以接收第一光线，耦入光栅也可以接收第二光线，耦入光栅也可以同时接收第一光线和第二光线。类似的，耦出光栅出射第一光线和第二光线，应理解为：耦出光栅可以出射第一光线，耦出光栅也可以出射第二光线，耦出光栅也可以同时出射第一光线和第二光线。

9、在一些示例中，耦入光栅形成的衍射光线与耦出光栅形成的衍射光线处于不同的平面。

10、本技术方案中，在光波导上设置耦入光栅和耦出光栅，耦入光栅和耦出光栅都可以对入射到光栅上的光线进行衍射，在一定程度上提高了入射到生物特征识别区域的第二光线的数量，经耦入光栅衍射后形成的衍射光线在光波导内传播后经耦出光栅的衍射后出射，有利于提高入射到生物特征识别区域的第二光线的随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该耦入光栅为一维衍射光栅，该耦出光栅为二维衍射光栅。

12、入射光线经一维衍射光栅后衍射光线可以在一个平面内分布，入射光线经二维衍射光栅后衍射光线可以在一个空间内分布。

13、将耦出光栅设置为二维光栅，可以使得第二光线经过光波导后完成二维扩瞳。在光波导上同时设置一维衍射光栅和二维衍射光栅可以进一步提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光波导还包括转折光栅，该转折光栅为衍射光栅，该转折光栅位于该耦入光栅和该耦出光栅之间，该耦入光栅为一维衍射光栅，该耦出光栅为一维衍射光栅。

15、在一些示例中，转折光栅形成的衍射光线与耦入光栅形成的衍射光线以及耦出光栅形成的衍射光线可以均不处于同一个平面内。

16、本技术方案通过在耦入光栅和耦出光栅之间设置转折光栅，第二光线经光波导后可以实现二维扩瞳。该技术方案的实施可以进一步提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

17、在一些可能的实现方式中，光波导除包括耦入光栅、耦出光栅和转折光栅外，还可以包括更多数量的光栅，这些更多数量的光栅可以设置在光波导的内部。示例性的，该光波导可以包括多个转折光栅，或者，该光波导也可以包括多个耦入光栅或多个耦出光栅，多个耦入光栅位于同一个入射区域，多个耦入光栅也可以不相互连续位于不同的入射区域，多个耦出光栅可以位于同一个入射区域，多个耦出光栅也可以不相互连续位于不同的出射区域。

18、在一些可能的实现方式中，该耦入光栅和该耦出光栅的间距大于预设间距。

19、在一些场景中，耦入光栅和耦出光栅之间的间距满足入射光线在光波导内传播的光程大于或等于预设光程。

20、本技术方案通过调整耦入光栅和耦出光栅的间距控制入射光线在光波导内传播的光程，一方面可以控制第二光线从光波导内出射时能够满足用于生物特征识别的要求，另一方面也可以控制光波导的面积，有利于控制光学模组的体积，提高光学模组内空间的利用效率。

21、在一些可能的实现方式中，该耦入光栅的厚度、折射率和周期满足预设要求。例如，耦入光栅的厚度、折射率和周期的设置可以使得光波导内传播的光程大于或等于预设光程，或者，从光波导射出的光线的数量大于或等于预设数量等。

22、本技术方案通过调整耦入光栅的物理属性来控制第二光线在光波导内的传播路径、方向等特性，有利于提高光波导的利用效率，在使用尽可能少的光学元件的情况下实现光学模组的用户身份识别、认证功能，一定程度上有利于简化光学模组的结构，有利于控制光学模组的体积，提高光学模组内空间的利用效率。

23、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该耦入光栅和该耦出光栅为表面浮雕光栅或全息光学元件。

24、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学模组还包括第一合束镜，该第一合束镜位于该第一发光单元和该光波导之间，该第一合束镜的光轴位于该第二发光单元和该光波导之间，该第一合束镜透射该第一光线，且该第一合束镜反射该第二光线，或者，该光学模组还包括第二合束镜，该第二合束镜位于该第二发光单元和该光波导之间，该第二合束镜的光轴位于该第一发光单元和该光波导之间，该第二合束镜透射该第二光线，且该第二合束镜反射该第一光线。

25、本技术方案中通过合束镜可以将传播方向不同的第一光线和第二光线合成一束光线，有利于简化光学模组中不同光线的传播路径，有利于实现光波导的复用，在一定程度上有利于实现对光学模组内多个元器件的排布，提高空间利用率，减小光学模组的体积。

26、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第一合束镜和该第二合束镜为偏振分光棱镜。

27、本技术方案以偏振分光棱镜作为合束镜，偏振镜可以对第一光线和第二光线的偏振方向进行筛选，有利于减少第二光线对于第一光线的不利影响，有利于减少生物特征识别功能对于光学模组的成像质量的不利影响。

28、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第一发光单元和/或该第二发光单元为偏振发光单元。

29、在第一发光单元和第二发光单元均为偏振发光单元的情况下，第一发光单元发出的偏振光的偏振方向和第二发光单元发出的偏振光的偏振方向可以不同。

30、偏振光源的使用可以对认证光线和/或成像光线的偏振方向进行筛选，不同偏振方向的第二光线和第一光线之间的相互影响较小，有利于降低生物特征识别功能的引入对成像质量的不利影响。

31、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学模组还包括准直透镜，该准直透镜靠近该第二发光单元设置。

32、准直透镜可以将第二发光单元发出的第二光线转化为不同角度的平行光束，准直透镜的设置有利于提高入射至光波导的第二光线的数量，有利于提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

33、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学模组还包括衍射光学元件，该衍射光学元件位于该准直透镜远离该第二发光单元的一侧。

34、衍射光学元件可以将入射光线转化为大量、不同角度的衍射光线，有利于提高入射至光波导的第二光线的数量和随机性，有利于提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

35、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学模组还包括激光漫射扩散元件，该激光漫射扩散元件位于该准直透镜远离该第二发光单元的一侧。

36、激光漫射扩散元件对入射光线的光斑大小、光束质量的要求不严苛，在光束匀束方面效果比一般的衍射光学元件的效果更好。换句话说，激光漫射扩散元件的使用可以提高入射至光波导的第二光线的光束质量和光斑的大小。激光漫射扩散元件的使用同样也有利于提高入射至光波导的第二光线的数量和随机性，有利于提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

37、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学模组还包括激光漫射扩散元件，该激光漫射扩散元件位于该衍射光学元件远离该准直透镜的一侧。

38、激光漫射扩散元件的使用可以提高入射至光波导的第二光线的光束质量和光斑的大小。本技术方案同时利用衍射光学模组和激光漫射扩散元件，大大提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

39、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第二发光单元发出的该第二光线包括至少一种波长和/或至少一种出射角度。

40、本技术方案设置第二发光单元发射多角度和/或多波长的第二光线，有利于提高入射至用户的生物特征识别区域的第二光线的数量和随机性，有利于提高利用第二光线进行用户身份认证的可靠性和安全性。

41、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该相机还用于追踪用户眼部动作。

42、本技术方案中，将用于捕捉生物特征识别区域的第二光线的相机复用于眼动追踪摄像头，有利于提高相机的利用率，有利于简化光学模组的结构，缩小光学模组的体积，提高光学模组的空间利用率。

43、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第二光线为结构光。

44、本技术方案将第二光线设置为结构光，将特定的光学信息包含在第二光线中，有利于提高利用第二光线进行生物特征识别的可靠性和安全性。

45、第二方面，提供了一种增强现实眼镜，包括第一方面及其任意可能的实现方式中的光学模组。

46、第三方面，提供了一种扩展现实眼镜，包括第一方面及其任意可能的实现方式中的光学模组。