本技術屬于增強現(xiàn)實，具體涉及一種波導裝置。

背景技術：

1、增強現(xiàn)實(augmented?reality，ar)技術是指通過某種技術手段為使用者在現(xiàn)實世界中提供額外的信息(即所謂的“增強”)，這種技術把虛擬世界的圖像和現(xiàn)實世界的場景有機的融合在一起，通過將計算得到的信息與真實世界進行深度整合，從而給使用者提供更豐富的信息和浸入式體驗。

2、增強現(xiàn)實技術可以通過很多硬件平臺實現(xiàn)，其中最具有沉浸感的是可穿戴增強現(xiàn)實設備，即ar眼鏡，這種方式的硬件形式是一個簡單的眼鏡，通過鏡片表面的微結構將光線導入人眼，這種硬件實現(xiàn)方式最為便捷方便，是ar的主流技術。ar眼鏡鏡片的目的是把圖像從成像裝置上通過鏡片引導入人眼，光柵波導方案是一種主流的技術方案，光柵波導包括波導基體、耦入光柵和耦出光柵，耦入光柵和耦出光柵設置在波導基體上，其基本原理如圖1所示，光機1(成像裝置)輸出的光線被耦入光柵3耦合入波導基體2，在波導基體2中以全反射進行傳播，每當遇到耦出光柵4時一部分光線被耦出，耦出光線(圖中射入人眼方向的實線)進入人眼，從而能夠看到與光機1輸出相同的圖像，與此同時人眼可以看到真實世界場景(圖中射入人眼方向的虛線)，兩部分重疊就可以實現(xiàn)增強現(xiàn)實的功能。

3、然而，對于采用光柵波導作為ar眼鏡鏡片方案，用戶在實際佩戴ar眼鏡過程中，人眼在眼盒范圍內除了能觀察到從光機輸出經光柵波導耦出進入眼盒的圖像外，通常還能觀察到由環(huán)境光經耦出光柵直接衍射進入眼盒所形成的彩虹紋現(xiàn)象。彩虹紋作為一個干擾背景嚴重影響了人眼對圖像的觀像效果。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型提供一種波導裝置。

2、本實用新型通過如下技術方案實現(xiàn)：

3、本實用新型提供一種波導裝置，所述波導裝置包括波導基體和光柵結構；所述光柵結構設置于所述波導基體；

4、所述光柵結構接收成像裝置的投射光束，所述成像裝置采用光機；

5、所述光柵結構具有光柵矢量，所述光柵矢量將所述投射光束進行調制得到調制光束，所述調制光束在波導基體內部傳播或從波導基體內部出射，所述調制光束在波導基體內部的傳播方向均滿足全反射條件；

6、通過調整光柵周期使得所述光柵結構的所述光柵矢量在k空間內形成有且僅有一個閉合回路。

7、進一步的，所述光柵結構包括耦入光柵和耦出光柵；

8、所述波導基體在同一平面或不同平面設置所述耦入光柵和所述耦出光柵；

9、所述耦入光柵采用一維光柵、二維光柵或者一維光柵和二維光柵的分區(qū)組合光柵；

10、所述耦出光柵采用二維光柵或者一維光柵和二維光柵的分區(qū)組合光柵。

11、進一步的，所述二維光柵采用單個二維光柵或者至少兩個二維光柵的分區(qū)組合光柵。

12、進一步的，所述光柵結構包括耦入光柵、轉折光柵以及耦出光柵；

13、所述轉折光柵和所述耦出光柵位于不同平面且平行設置；

14、所述耦入光柵采用一維光柵、二維光柵或者一維光柵和二維光柵的分區(qū)組合光柵；

15、所述轉折光柵采用一維光柵、二維光柵或者一維光柵和二維光柵的分區(qū)組合光柵；

16、所述耦出光柵采用一維光柵、二維光柵或者一維光柵和二維光柵的分區(qū)組合光柵；

17、所述轉折光柵的柵線區(qū)域與耦出光柵的柵線區(qū)域在空間上有重疊區(qū)域。

18、進一步的，所述耦入光柵和所述耦出光柵的所述光柵矢量在k空間內形成有且只有一個閉合回路。

19、進一步的，所述耦入光柵、所述轉折光柵和所述耦出光柵的所述光柵矢量在k空間內形成有且只有一個閉合回路。

20、進一步的，所述耦入光柵具有光柵矢量所述耦出光柵具有光柵矢量與

21、在k空間內，有且僅有一個閉合回路使得

22、進一步的，所述耦入光柵具有光柵矢量所述轉折光柵具有光柵矢量所述耦出光柵具有光柵矢量

23、在k空間內，有且僅有一個閉合回路使得

24、進一步的，通過調整光柵周期使得所述光柵結構的所述光柵矢量在k空間內形成有且僅有一個閉合回路過程中，通過調整光柵柵線方向使得所述成像裝置的投射光束經過波導裝置耦出進入人眼能夠完整顯示。

25、進一步的，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向的上方，所述投射光束以斜向下方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

26、進一步的，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向的上方，所述投射光束以斜向下方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

27、進一步的，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向的下方，所述投射光束以斜向上方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

28、進一步的，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向的下方，所述投射光束以斜向上方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

29、進一步的，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向；

30、所述投射光束以正入射方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

31、進一步的，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向；

32、所述投射光束以正入射方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

33、進一步的，所述光柵矢量將環(huán)境光進行調制后的調制光束在人眼能夠觀察到的區(qū)域之外。

34、和現(xiàn)有技術比，本實用新型的技術方案具有如下有益效果：

35、本實用新型提供一種波導裝置，波導裝置包括波導基體和光柵結構，光柵結構設置于波導基體，光柵結構接收成像裝置的投射光束，光柵結構具有光柵矢量，光柵矢量將投射光束進行調制得到調制光束，調制光束在波導基體內部傳播或從波導基體內部出射，調制光束在波導基體內部的傳播方向均滿足全反射條件，通過調整光柵周期使得所述光柵結構的所述光柵矢量在k空間內形成有且僅有一個閉合回路，一方面，能夠保證成像裝置投射的fov經過波導基體的光柵結構的光柵矢量作用，最終會回到原來的狀態(tài)，即成像裝置的投射圖像通過投射光束方式經波導基體的光柵結構進入眼盒時，波導裝置顯示成像相較成像裝置的投射圖像是無失真無畸變的，另一方面，環(huán)境光經光柵結構發(fā)生衍射的衍射光不會進入眼盒區(qū)域，使得人眼在眼盒范圍內只能觀察從成像裝置輸出經波導裝置耦出進入眼盒的圖像，不會觀察到環(huán)境光經光柵結構直接衍射進入眼盒所形成的彩虹紋現(xiàn)象，提高人眼對波導裝置輸出圖像的觀像效果。

技術特征：

1.一種波導裝置，其特征在于，所述波導裝置包括波導基體和光柵結構；所述光柵結構設置于所述波導基體；

2.根據權利要求1所述的波導裝置，其特征在于，

3.根據權利要求2所述的波導裝置，其特征在于，所述二維光柵采用單個二維光柵或者至少兩個二維光柵的分區(qū)組合光柵。

4.根據權利要求1所述的波導裝置，其特征在于，所述光柵結構包括耦入光柵、轉折光柵以及耦出光柵；

5.根據權利要求2或3所述的波導裝置，其特征在于，

6.根據權利要求4所述的波導裝置，其特征在于，

7.根據權利要求2或3所述的波導裝置，其特征在于，所述耦入光柵具有光柵矢量所述耦出光柵具有光柵矢量與

8.根據權利要求4或6所述的波導裝置，其特征在于，所述耦入光柵具有光柵矢量所述轉折光柵具有光柵矢量所述耦出光柵具有光柵矢量

9.根據權利要求1所述的波導裝置，其特征在于，通過調整光柵周期使得所述光柵結構的所述光柵矢量在k空間內形成有且僅有一個閉合回路過程中，通過調整光柵柵線方向使得所述成像裝置的投射光束經過波導裝置耦出進入人眼能夠完整顯示。

10.根據權利要求2或3所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向的上方，所述投射光束以斜向下方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

11.根據權利要求4所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向的上方，所述投射光束以斜向下方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

12.根據權利要求2或3所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向的下方，所述投射光束以斜向上方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

13.根據權利要求4所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向的下方，所述投射光束以斜向上方向打入所述耦入光柵的光柵區(qū)域。

14.根據權利要求2或3所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵的光柵區(qū)域位于瞳孔平視方向；

15.根據權利要求4所述的波導裝置，其特征在于，所述耦出光柵與轉折光柵的光柵柵線重疊區(qū)域位于瞳孔平視方向；

16.根據權利要求1所述的波導裝置，其特征在于，所述光柵矢量將環(huán)境光進行調制后的調制光束在人眼能夠觀察到的區(qū)域之外。

技術總結
本技術提供一種波導裝置，包括波導基體和光柵結構；光柵結構設置于波導基體；光柵結構接收成像裝置的投射光束，成像裝置采用光機；光柵結構具有光柵矢量，光柵矢量將投射光束進行調制得到調制光束，調制光束在波導基體內部傳播或從波導基體內部出射，調制光束在波導基體內部的傳播方向均滿足全反射條件；調整光柵周期使得光柵結構的所述光柵矢量在K空間內形成有且僅有一個閉合回路。一方面，能夠保證成像裝置的投射圖像以投射光束方式經波導基體的光柵結構進入眼盒時，波導裝置顯示成像相較成像裝置的投射圖像是無失真無畸變的，另一方面，環(huán)境光經光柵結構發(fā)生衍射的衍射光不會進入眼盒區(qū)域，使得人眼在眼盒內不會觀察到彩虹紋現(xiàn)象。

技術研發(fā)人員：楊二嬋,趙宇暄
受保護的技術使用者：北京至格科技有限公司
技術研發(fā)日：20240527
技術公布日：2024/12/26