[发明专利]AR光波导耦出光栅的设计方法及AR光波导的设计方法

说明书

本发明提供了一种AR光波导的耦出光栅的设计方法，所述AR光波导包括耦入光栅、光波导主体及所述耦出光栅，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、所述光束的波长和所述耦入光栅的光栅周期，计算所述光束通过所述耦入光栅衍射耦入至所述光波导主体的衍射耦入角度；S102：根据所述衍射耦入角度和所述光波导主体的厚度计算所述光束在所述耦出光栅上相邻两次耦出位置之间的距离；S103：根据所述耦出光栅的最大衍射效率计算经所述耦出光栅多次耦出后的所述光束的亮度差异率；S104：根据所述耦出光栅的长度、人眼对所述光束的敏感度、所述亮度差异率和所述相邻两次耦出位置之间的距离，计算所述耦出光栅的分区数量。

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光波导耦出光栅的设计方法以及AR光波导的设计方法。

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光波导的耦出光栅的设计方法，所述AR光波导包括耦入光栅、光波导主体及所述耦出光栅，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、所述光束的波长和所述耦入光栅的光栅周期，计算所述光束通过所述耦入光栅衍射耦入至所述光波导主体的衍射耦入角度；

S102：根据所述衍射耦入角度和所述光波导主体的厚度计算所述光束在所述耦出光栅上相邻两次耦出位置之间的距离；

S103：根据所述耦出光栅的最大衍射效率计算经所述耦出光栅多次耦出后的所述光束的亮度差异率；

S104：根据所述耦出光栅的长度、人眼对所述光束的敏感度、所述亮度差异率和所述相邻两次耦出位置之间的距离，计算所述耦出光栅的分区数量。

根据本发明的一个方面，其中所述光束以具有一定视场角的锥形光束入射，步骤S101进一步包括：

根据所述锥形光束的中心入射角度或所述锥形光束入射角度的正极值/负极值计算所述衍射耦入角度。

本发明还提供一种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：

S201：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；

S202：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；