[发明专利]AR光波导的设计方法及用于AR眼镜的光波导

说明书

本发明提供了一种AR光波导的设计方法，所述AR光波导包括耦入光栅、光波导主体以及耦出光栅，所述设计方法包括：S101：根据光束入射至所述耦入光栅的角度、所述光束的波长对所述耦入光栅的光栅参数进行优化，所述光栅参数包括光栅周期、光栅深度以及光栅占空比；S102：根据所述耦入光栅的光栅周期以及光栅深度确定所述耦出光栅的光栅周期以及光栅深度；S103：对所述耦出光栅进行分区；S104：以所述耦出光栅的耦出总光功率以及非均匀性为优化目标，得到所述耦出光栅的各分区的光栅占空比。本发明所提供的AR光波导的设计方法，从多个侧面改善了通过AR光波导传输的图像，在佩戴者的视野中呈现明暗变化的情况。

技术领域

本发明大致涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种AR光波导的设计方法以及用于AR眼镜的光波导。

背景技术

随着计算机技术和显示技术的发展，通过计算机仿真系统来体验虚拟世界的虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术以及将显示内容融合到真实环境背景中的增强现实(Augmented Reality,AR)技术和混合现实(Mixed Reality,MR)技术已经迅猛发展。

近眼显示是上述VR、AR和MR技术发展的重要技术热点。近眼显示的VR技术主要追求浸没式大视场的虚拟显示，对应的是虚拟现实显示头盔。而近眼AR和MR技术的目的是实现透视式的虚实融合，对应的是增强现实智能眼镜。

目前，用于AR/MR的近眼显示装置多使用自由曲面的几何光学方案，但是其存在尺寸的限制，制约了AR/MR眼镜的推广；阵列光波导、衍射光波导逐渐出现在视野中，阵列光波导的设计原理相对简单，但是工艺难度较大，不适合大规模量产，并且由于阵列光波导需要搭配特定光机也制约了其大规模推广。

而衍射光波导作为增强现实光学引擎，实现了图像的耦入、耦出和扩瞳等功能。衍射光波导具有可量产性强、轻薄等优势，其渐渐在AR/MR领域得到认可，并做为未来AR/MR领域的主流技术发展方向。但使用衍射光波导的AR/MR眼镜，通常在佩戴者的视野中会出现图像明暗度不均匀的现象。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种AR光波导的设计方法，所述AR光波导包括耦入光栅、光波导主体以及耦出光栅，所述设计方法的特征在于，包括：

S101：根据光束入射至所述耦入光栅的角度、所述光束的波长对所述耦入光栅的光栅参数进行优化，所述光栅参数包括光栅周期、光栅深度以及光栅占空比；

S102：根据所述耦入光栅的光栅周期以及光栅深度确定所述耦出光栅的光栅周期以及光栅深度；

S103：对所述耦出光栅进行分区；

S104：以所述耦出光栅的耦出总光功率以及非均匀性为优化目标，得到所述耦出光栅的各分区的光栅占空比。

根据本发明的一个方面，其中步骤S101进一步包括：

S1011：设定所述光栅参数的优化范围；

S1012：设定耦入角度步长，计算不同耦入角度下的衍射效率；

S1013：根据所述不同耦入角度下的衍射效率，计算所述耦入光栅的平均衍射效率和非均匀性参数；

S1014：以所述平均衍射效率和非均匀性参数为优化目标，得到优化后的所述耦入光栅的光栅周期、调制深度和占空比。

根据本发明的一个方面，其中步骤S1014进一步包括：

采用最速下降法、遗传算法、粒子群算法或模拟退火算法进行优化。

根据本发明的一个方面，其中步骤S102进一步包括：