CN107193078B - 一种光波导及其制备方法、增强现实设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光波导及其制备方法、增强现实设备，涉及增强现实技术领域，可减小光波导的厚度。该光波导包括介质层以及由所述介质层承载的N个条形的半透半反膜，多个所述半透半反膜沿第一方向依次排列，所述第一方向垂直于所述介质层的厚度方向、且垂直于所述条形的半透半反膜的长度方向，其中，每相邻两个所述半透半反膜在所述介质层的厚度方向有重叠区域；其中，N个依次排列的所述半透半反膜为同一曲面分成的N个连续的子曲面，各所述子曲面的高度之和为所述曲面的高度；且各所述半透半反膜的凹陷侧朝向所述介质层的同一个底面；N为正整数，N≥2。用于减小光波导厚度。

Description

一种光波导及其制备方法、增强现实设备
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种光波导及其制备方法、增强现实设备。
背景技术
增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”结合的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息，声音，味道，触觉等)，通过电脑等技术模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。
为了实现增强现实显示，现有的增强现实设备如AR(Augmented Reality，增强现实)眼镜的光学方案有离轴光学、棱镜、自由曲面以及光波导等。其中，光波导和自由曲面结合的光学方案由于具有较大的视场而得到广泛应用，例如AR眼镜。光波导和自由曲面结合的光学方案的光学结构如图1所示，在光波导的介质层10端部加装自由曲面20，利用自由曲面20进行半透半反成像，通过自由曲面20将显示图像放大，从而使得人眼看到的是一个放大的虚像。然而，如图1所示，由于需要考虑自由曲面20的结构，因此需要的光波导介质层10的厚度较大，从而导致光波导的厚度较大，一般在10mm左右，而光波导厚度的增加会导致AR眼镜的重量增加，携带及美感方面大打折扣，从而降低了用户的满意度。
发明内容
本发明的实施例提供一种光波导及其制备方法、增强现实设备，可减小光波导的厚度。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种光波导，包括介质层以及由所述介质层承载的N个条形的半透半反膜，多个所述半透半反膜沿第一方向依次排列，所述第一方向垂直于所述介质层的厚度方向、且垂直于所述条形的半透半反膜的长度方向，其中，每相邻两个所述半透半反膜在所述介质层的厚度方向有重叠区域；其中，N个依次排列的所述半透半反膜为同一曲面分成的N个连续的子曲面，各所述子曲面的高度之和为所述曲面的高度；且各所述半透半反膜的凹陷侧朝向所述介质层的同一个底面；N为正整数，N≥2。
优选的，多个所述半透半反膜的高度相等，多个所述半透半反膜的下边缘位于同一平面内。
优选的，所述介质层包括多个条形的子介质层，多个所述子介质层沿其宽度方向依次拼接，相邻两个所述子介质层的相互拼接的两个拼接面中一个为凹面，另一个为凸面，所述半透半反膜夹设在所述相互拼接的两个拼接面之间，所述相互拼接的两个拼接面和所述半透半反膜相贴合。
进一步优选的，多个所述半透半反膜的高度相等，多个所述子介质层的厚度相等，所述子介质层的厚度与所述半透半反膜的高度相等。
优选的，所述半透半反膜为直条状。
第二方面，提供一种增强现实设备，包括上述的光波导和图像显示装置；所述图像显示装置用于将显示的图像投影至所述光波导上；所述光波导用于将所述图像显示装置发出的光反射向人眼。
优选的，所述图像显示装置发出的光分别照射到连续排列的N个条形的半透半反膜的部分，用于形成连续的画面。
优选的，所述图像显示装置发出的光为偏振光，所述半透半反膜为偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜用于使射到其上的所述偏振光发生全发射。
优选的，所述图像显示装置为液晶显示装置。
第三方面，提供一种光波导的制备方法，包括：形成多个条形的子介质层，各所述子介质层具有拼接面，所述拼接面为曲面；在任意两个所述子介质层用于相互拼接的两个拼接面中的至少一个拼接面上形成覆盖该拼接面的半透半反膜，以在多个所述子介质层的拼接面上形成N个所述半透半反膜；其中，N为正整数，N≥2；将多个所述子介质层沿所述子介质层的宽度方向依次拼接在一起；其中，N个依次排列的所述半透半反膜为同一曲面分成的N个连续的子曲面，各所述子曲面的高度之和为所述曲面的高度；且各所述半透半反膜的凹陷侧朝向所述子介质层的同一个底面。
本发明实施例提供一种光波导及其制备方法、增强现实设备，光波导包括介质层以及由介质层承载的N个条形的半透半反膜，相对于现有技术中将半透半反膜制作成一个整体曲面，本发明实施例包括N个半透半反膜，每个半透半反膜为一个子曲面，各半透半反膜(即各子曲面)的曲面面型为曲面的一部分，且N个半透半反膜沿第一方向依次排列，由于各子曲面的高度之和为小于曲面的高度，因而本发明实施例N个半透半反膜的高度均小于现有技术中半透半反膜整体的高度，而光波导的厚度取决于半透半反膜的高度，因此相对于现有技术，本发明实施例光波导的厚度减小，且在实现光波导薄化的同时，能起到与现有技术相同的作用，利用多个半透半反膜30实现大视场图像放大，不会降低光波导的成像效果及质量。此外，光波导的厚度减小使得光波导的重量减小，便于携带，还提高了光波导的外观美感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种光波导的结构示意图；
图2(a)为本发明实施例提供的一种光波导的结构示意图一；
图2(b)为图2(a)光波导的介质层的结构示意图；
图2(c)为本发明实施例提供的一种光波导的结构示意图二；
图3(a)为本发明实施例提供的一种光波导的结构示意图三；
图3(b)为图3(a)光波导的介质层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种将一曲面分为多个子曲面的对照示意图；
图5(a)为本发明实施例提供的一种光波导的俯视结构示意图一；
图5(b)为本发明实施例提供的一种光波导的俯视结构示意图二；
图6为本发明实施例提供的一种介质层包括多个子介质层的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图一；
图8为本发明实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图二；
图9为本发明实施例提供的一种增强现实设备的结构示意图三；
图10为本发明实施例提供的一种光波导的制备方法的流程示意图。
附图标记：
01-光波导；02-图像显示装置；10-介质层；101-子介质层；20-曲面(自由曲面)；201-子曲面；30(301、302)-半透半反膜；40-分界线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种光波导，如图2(a)和图3(a)所示，包括介质层10以及由介质层10承载的N个条形的半透半反膜30，多个半透半反膜30沿第一方向依次排列，第一方向垂直于介质层10的厚度方向、且垂直于条形的半透半反膜30的长度方向，其中，每相邻两个半透半反膜30在介质层10的厚度方向有重叠区域；其中，N个依次排列的半透半反膜30，如图4所示为同一曲面20分成的N个连续的子曲面201，各子曲面201的高度h之和为曲面20的高度H；且各半透半反膜30的凹陷侧朝向介质层10的同一个底面；N为正整数，N≥2。
现有的光波导中将半透半反膜设计成整体呈曲面的形状，利用曲面20不同位置的弯曲度将图像显示装置发出的光反射向人眼。本发明实施例N个半透半反膜30的曲面面型的设计原理具体如下：参考图4，将优化设计好的曲面20例如可以通过如图4所示的N-1条分界线40进行分割，将分割后的N个子曲面201按照依次首尾相接后能形成曲面20的顺序排列。由于N个子曲面201中每个子曲面201的曲面面型均来自于曲面20的一部分，因而N个子曲面201的弯曲度与曲面20的弯曲度相同，因此N个子曲面201所起的作用与曲面20所起的作用相同，即本发明实施例N个半透半反膜30所起的作用与现有技术中整个半透半反膜所起的作用相同。此外，曲面20的面型设计与光波导的实际应用有关，对于曲面20的面型设计与现有技术相同，此处不再赘述。由于自由曲面的曲率不相同，可以起到消除部分球形像差的作用，本发明实施例优选，曲面20为自由曲面。
需要说明的是，第一，介质层10的材料为透明材料，例如可以为玻璃。其中，对于介质层10的形状，以能承载多个条形的半透半反膜30为准，示例的，介质层10的形状可以如图2(b)所示，介质层10的形状为长方体，半透半反膜30夹设在长方体中；也可以是如图3(b)所示，介质层10包括多个凸面，多个凸面用于承载半透半反膜30。
第二，半透半反膜30可以如图5(a)所示为直条状，也可以如图5(b)所示为弯曲的条状。附图5(a)和附图5(b)均以俯视示意图示意半透半反膜30的形状。当半透半反膜30为直条状时，用于承载半透半反膜30的介质层10应该包括直条状的面，由于直条状的面易于制备，因而本发明实施例优选半透半反膜30为直条状。
此处，由于半透半反膜30为曲面，因而半透半反膜30具有一定的高度，如图3(a)所示，半透半反膜30的高度h为半透半反膜30的上边缘和下边缘之间的距离。基于此，N个半透半反膜30的高度h可以如图2(a)和图3(a)所示是相同的，也可以如图2(c)所示是不相同的。此外，N个半透半反膜30的下边缘可以如图2(a)所示位于同一平面内，也可以如图2(c)所示，位于不同平面内。垂直于介质层10的厚度方向为一个平面，在该平面上根据半透半反膜30的长度方向可以得到垂直于半透半反30的长度方向，示例的，图5(a)和图5(b)中箭头所指方向为第一方向，图5(b)中半透半反膜30为弯曲的条状，垂直于半透半反30的方向即为半径方向。
其中，多个半透半反膜30沿第一方向依次排列是指多个半透半反膜30的上边缘或下边缘沿第一方向依次排列，参考图2(c)，多个半透半反膜30的下边缘沿第一方向依次排列。
在此基础上，相邻半透半反膜30在介质层10的厚度方向有重叠区域，可以是如图2(a)所示，相邻半透半反膜30在介质层10的厚度方向完全重叠，即各半透半反膜30的高度一样、且各半透半反膜30的上边缘位于垂直于介质层10厚度的方向的同一平面内，下边缘位于垂直于介质层10厚度方向的同一平面内；也可以是如图2(c)所示，相邻半透半反膜30在介质层10的厚度方向部分重叠，重叠区域如图2(c)中虚线所示。
第三，如图3(a)所示，a处为半透半反膜30的凸出侧，b处为半透半反膜30的凹陷侧。
介质层10平行于厚度方向的面为侧面，垂直厚度方向的面为底面，介质层10可以如图2(b)所示包括两个底面，分别为上底面和下底面，各半透半反膜30的凹陷侧可以均朝向上底面，或者均朝向下底面；介质层10也可以如图3(b)所示只有一个底面，各半透半反膜30的凹陷侧朝向该底面。
第四，半透半反膜30可以通过镀膜的方式形成在介质层10上，也可以通过喷涂或其它方式形成在介质层10上，对此不进行限定。在此基础上，对于半透半反膜30的材料和厚度，可以根据光波导需要反射光的反射率进行相应设置。为了确保光波导反射的光的亮度均匀性，因而本发明实施例优选半透半反膜30厚度均匀。
第五，对于光波导中多个半透半反膜30之间的间距不进行限定，可以根据需要进行相应设置。
本发明实施例提供一种光波导，光波导包括介质层10以及由介质层10承载的N个条形的半透半反膜30，相对于现有技术中将半透半反膜30制作成一个整体曲面20，本发明实施例包括N个半透半反膜30，每个半透半反膜30为一个子曲面201，各半透半反膜30(即各子曲面201)的曲面面型为曲面20的一部分，且N个半透半反膜30沿第一方向依次排列，由于各子曲面201的高度之和为曲面20的高度，因而本发明实施例N个半透半反膜30的高度均小于现有技术中半透半反膜30整体的高度，而光波导的厚度取决于半透半反膜30的高度，因此相对于现有技术，本发明实施例光波导的厚度减小，且在实现光波导薄化的同时，能起到与现有技术相同的作用，利用多个半透半反膜30实现大视场图像放大，不会降低光波导的成像效果及质量。此外，光波导的厚度减小使得光波导的重量减小，便于携带，还提高了光波导的外观美感。
优选的，如图2(a)和图3(a)所示，多个半透半反膜30的高度相等，且多个半透半反膜30的下边缘位于同一平面内。
此处，如图4所示，对曲面20进行等高切分后得到的每个子曲面201的高度相同，即多个半透半反膜30的高度相等。在此基础上，当对曲面20进行等高切分时，N越大，每个子曲面201的高度越小，即光波导的厚度越小。
其中，当多个半透半反膜30的高度相等时，若多个半透半反膜30的下边缘位于同一平面内，则多个半透半反膜30的上边缘位于同一平面内。
本发明实施例，当多个半透半反膜30的高度相等，且多个半透半反膜30的下边缘位于同一平面内时，可以进一步降低光波导的厚度。
优选的，如图6所示，介质层10包括多个条形的子介质层101，多个子介质层101沿其宽度方向依次拼接，相邻两个子介质层101的相互拼接的两个拼接面中一个为凹面101c，另一个为凸面101d，半透半反膜30夹设在相互拼接的两个拼接面之间，相互拼接的两个拼接面和半透半反膜30相贴合。
其中，相互拼接的两个拼接面和半透半反膜30相贴合，即指半透半反膜30与相邻两个子介质层101的相互拼接的两个拼接面均紧密接触。在此基础上，相互拼接的两个拼接面和半透半反膜30可以通过光学透明胶固定在一起。
此处，由于子介质层101用于承载半透半反膜30，因此半透半反膜30为直条状时，子介质层101为直条状；半透半反膜30为弯曲条状时，子介质层101为弯曲条状。在此基础上，可以是子介质层101的个数比半透半反膜30的个数多一个，也可以是子介质层101的个数与半透半反膜30的个数的差值大于等于2。
此外，多个子介质层101的厚度可以相同，也可以不相同，对此不进行限定，但至少应确保相邻两个子介质层101中至少一个子介质层101的厚度大于等于夹设在所述相邻两个子介质层101之间的半透半反膜30的高度。
需要说明的是，当介质层10包括多个条形的子介质层101时，光波导在实际制备过程中，可以将半透半反膜30形成在相互拼接的两个拼接面中的凹面101c上；也可以形成在凸面101d上，当然还可以在凹面101c和凸面101d上均形成。
本发明实施例，当介质层10包括多个子介质层101，半透半反膜30夹设在相邻两个子介质层101之间时，相对于将半透半反膜30暴露在介质层10表面，这样可以起到保护半透半反膜30的作用。
进一步优选的，如图6所示，多个半透半反膜30的高度相等，多个子介质层101的厚度相等，子介质层101的厚度与半透半反膜30的高度相等。
本发明实施例，由于多个半透半反膜30的高度相等，多个子介质层101的厚度相等，且子介质层101的厚度与半透半反膜30的高度相等，因此可以将半透半反膜30的下边缘与子介质层101的底面设置在同一平面内，将半透半反膜30的上边缘与子介质层101的上边缘设置在同一平面内，以进一步减小形成的光波导的厚度。
本发明实施例提供一种增强现实设备，如图7、图8和图9所示，包括上述的光波导01和图像显示装置02；图像显示装置02用于将显示的图像投影至光波导01上；光波导01用于将图像显示装置02发出的光反射向人眼。
其中，增强现实设备可以为可穿戴设备，具体的，例如可以为可穿戴头盔或AR眼镜。
此外，图像显示装置02可以是任何类型的显示装置，例如可以是液晶显示装置(Liquid Crystal Display，简称LCD)，也可以是有机电致发光二极管显示装置(OrganicLight-Emitting Diode，简称OLED)或投影装置等。
需要说明的是，增强现实设备实现增强现实显示的原理具体为：图像显示装置02用于显示虚拟的图像，并将显示的图像通过半透半反膜30反射向人眼，外界环境光也可以通过半透半反膜30射向人眼，这样一来，用户通过半透半反膜30看到的就是虚拟图像与外部真实环境的集成景象，从而实现增强现实显示。
现有技术中，图像显示装置02经过至少一个自由曲面(曲面状的半透半反膜)到达人眼，可以将增强现实设备中任一或多个自由曲面按照本发明的方法设置成N个条形的半透半反膜；例如经过两个自由曲面到达人眼，可以将增强现实设备中的一个自由曲面按照本发明的方法设置成N个条形的半透半反膜，也可以将增强现实设备中的两个自由曲面分别按照本发明的方法设置成N个条形的半透半反膜。
此处，对于增强现实设备中光波导01的N个半透半反膜30之间的间距不进行限定。可以是如图7和图9所示，N个半透半反膜30在介质层10的底面的正投影相互不重叠，此处，相对于图7，图9中半透半反膜30之间的间距较大，这样光波导01的宽度越大；也可以是如图8所示，N个半透半反膜30在介质层10的底面的正投影重叠，此处，相邻两个半透半反膜30的边缘的投影重叠也认为N个半透半反膜30在介质层10的底面的正投影重叠。
本发明实施例提供一种增强现实设备，该增强现实设备包括光波导01和图像显示装置02，其中，光波导01包括介质层10以及由介质层10承载的N个条形的半透半反膜30，相对于现有技术中将半透半反膜30制作成一个整体曲面20，本发明实施例包括N个半透半反膜30，每个半透半反膜30为一个子曲面201，各半透半反膜30(即各子曲面201)的曲面面型为曲面20的一部分，且N个半透半反膜30沿第一方向依次排列，由于各子曲面201的高度之和为曲面20的高度，因而本发明实施例N个半透半反膜30的高度均小于现有技术中半透半反膜30整体的高度，而光波导的厚度取决于半透半反膜30的高度，因此相对于现有技术，本发明实施例光波导的厚度减小，且在实现光波导薄化的同时，能起到与现有技术相同的作用，不会降低光波导的成像效果及质量。
由于通常的智能眼镜的光波导中每个反射面都是平面，因此对图像显示装置02发出的光的方向不会发生偏折，而本发明实施例中，由于每个半透半反膜30都是曲面，为了确保光线不会被弯折而打乱画面信息，因此需要每个半透半反膜30的反射光不会被与其相邻的半透半反膜30遮挡。基于此，优选的，如图7所示，图像显示装置02发出的光分别照射到连续排列的N个条形的半透半反膜30的部分，用于形成连续的画面。当增强显示设备仅包括一个自由曲面(N个条形的半透半反膜30相当于一个自由曲面)时，此时也即，图像显示装置02与任一半透半反膜30下边缘的连线的延长线经过相邻半透半反膜30的上边缘。
需要说明的是，半透半反膜30具有一定的高度，此处，将半透半反膜30靠近图像显示装置02的边缘称为下边缘，将半透半反膜30远离图像显示装置02的边缘称为上边缘。
本发明实施例，由于图像显示装置02发出的光分别照射到连续排列的N个条形的半透半反膜30的部分，用于形成连续的画面，因而各半透半反膜30的反射光均不会相互遮挡，从而避免了画面重影出现，且可以使得光波导01的宽度最小，进一步减小了光波导01的体积。
当各半透半反膜30的反射光有一定的遮挡时，参考图8，图像显示装置02发出的光射向半透半反膜301，经过半透半反膜301反射，若此时半透半反膜30为普通半透半反膜，普通半透半反膜指的是任意光都可以部分透过部分反射的半透半反膜，则半透半反膜301还允许一部分光透过，而透过的光射向半透半反膜302后，又会被半透半反膜302反射(如图8中虚线圈所示)，当增强显示设备仅包括一个自由曲面(N个条形的半透半反膜30相当于一个自由曲面)时，此时也即图像显示装置02与任一半透半反膜30下边缘的连线的延长线经过半透半反膜30中除上边缘和下边缘以外的部分，这样同一束光既被半透半反膜301反射，又被半透半反膜302反射，从而会造成显示画面混乱。
基于上述，本发明实施例优选的，如图8所示，图像显示装置02发出的光为偏振光，半透半反膜30为偏振分光介质膜，偏振分光介质膜用于使射到其上的偏振光发生全发射。
需要说明的是，每种偏振分光介质膜都只允许与该偏振分光介质膜对应的特定方向的偏振光发生全反射，因此对于不同偏振方向的偏振光应相应设置对应的偏振分光介质膜，以使与其对应的偏振方向的偏振光都可以发生全反射。
此处，由于偏振分光介质膜只允许特定方向的偏振光发生全反射，因此不会影响外界环境光的正常进入。
其中，图像显示装置02发出的光为偏振光，因而图像显示装置02可以是液晶显示装置，或者，可以在其它任意显示装置的出光面增加偏光片，以使经过偏光片的光为偏振光。本发明实施例优选，图像显示装置02为液晶显示装置。
本发明实施例，当各半透半反膜30的反射光有一定的遮挡时，可以使图像显示装置02发出的光为偏振光，半透半反膜30为偏振分光介质膜，这样便可以避免各半透半反膜30反射的光有重叠部分，影响显示效果。
本发明实施例还提供一种光波导的制备方法，如图10所示，包括：
S100、形成多个条形的子介质层101，各子介质层101具有拼接面，拼接面为曲面。
其中，对于多个子介质层101的厚度不进行限定，多个子介质层101的厚度可以相同，也可以不相同。
此外，多个子介质层101的材料均为透明材料，例如为玻璃。
需要说明的是，子介质层101拼接面的曲面面型是依据半透半反膜30的曲面面型进行相应设计的。
S101、在任意两个子介质层101用于相互拼接的两个拼接面中的至少一个拼接面上形成覆盖该拼接面的半透半反膜30，以在多个子介质层101的拼接面上形成N个半透半反膜30；其中，N为正整数，N≥2。
此处，由于子介质层101的拼接面为曲面，因而当相邻两个子介质层101相互拼接时，其中相互拼接的两个拼接面中一个为凸面，一个为凹面。基于此，可以在相互拼接的两个拼接面中的凸面上形成半透半反膜30；也可以在凹面上形成半透半反膜30；或者，在凸面和凹面上均形成半透半反膜30，此时认为是一个半透半反膜30。由于子介质层101具有多个，因而可以形成N个半透半反膜30。
其中，半透半反膜30可以通过镀膜的方式形成在子介质层101上，也可以通过喷涂或其它方式形成在子介质层101上，对此不进行限定。在此基础上，对于半透半反膜30的材料和厚度，可以根据光波导需要反射光的反射率进行相应设置。为了确保光波导反射光的亮度均匀性，因而本发明实施例优选半透半反膜30厚度均匀。
S102、将多个子介质层101沿子介质层101的宽度方向依次拼接在一起。其中，N个依次排列的半透半反膜30为同一曲面20分成的N个连续的子曲面201，各子曲面201的高度之和为曲面20的高度；且各半透半反膜30的凹陷侧朝向子介质层101的同一个底面。
其中，当多个子介质层101沿子介质层101的宽度方向依次拼接在一起时，由于相邻两个子介质层101相互拼接的两个拼接面之间夹设有半透半反膜30，因而N个半透半反膜30也沿子介质层101的宽度方向依次排列。在此基础上，相互拼接的两个拼接面与半透半反膜30紧密接触。
此处，可以利用光学透明胶将多个子介质层101胶合在一起。
此外，本发明实施例优选子介质层101包括与其厚度方向垂直的上底面和下底面，多个子介质层101的上底面位于同一平面内，下底面位于同一平面内。
本发明实施例提供一种光波导的制备方法，由于多个子介质层101相互拼接的拼接面上形成有N个半透半反膜30，相对于现有技术中将半透半反膜30制作成一个整体曲面20，本发明实施例包括N个半透半反膜30，每个半透半反膜30为一个子曲面201，各半透半反膜30(即各子曲面201)的曲面面型为曲面20的一部分，且N个半透半反膜30沿子介质层101的宽度方向依次排列，由于各子曲面201的高度之和为曲面20的高度，因而本发明实施例N个半透半反膜30的高度均小于现有技术中半透半反膜30整体的高度，而光波导的厚度取决于半透半反膜30的高度，因此相对于现有技术，本发明实施例光波导的厚度减小，且在实现光波导薄化的同时，能起到与现有技术相同的作用，不会降低光波导的成像效果及质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种光波导，用于将图像显示装置发出的光反射向人眼，所述图像显示装置为液晶显示装置，其特征在于，包括介质层以及由所述介质层承载的N个条形的半透半反膜，多个所述半透半反膜沿第一方向依次排列，所述第一方向垂直于所述介质层的厚度方向、且垂直于所述条形的半透半反膜的长度方向，其中，每相邻两个所述半透半反膜在所述介质层的厚度方向有重叠区域；
其中，N个依次排列的所述半透半反膜为同一曲面分成的N个连续的子曲面，各所述子曲面的高度之和为所述曲面的高度；且各所述半透半反膜的凹陷侧朝向所述介质层的同一个底面；
N为正整数，N≥2；
多个所述半透半反膜的高度相等，多个所述半透半反膜的下边缘位于同一平面内；
所述介质层包括多个条形的子介质层，多个所述子介质层沿其宽度方向依次拼接，相邻两个所述子介质层的相互拼接的两个拼接面中一个为凹面，另一个为凸面，所述半透半反膜夹设在所述相互拼接的两个拼接面之间，所述相互拼接的两个拼接面和所述半透半反膜相贴合。
2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，多个所述半透半反膜的高度相等，多个所述子介质层的厚度相等，所述子介质层的厚度与所述半透半反膜的高度相等。
3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述半透半反膜为直条状。
4.一种增强现实设备，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的光波导和图像显示装置；
所述图像显示装置用于将显示的图像投影至所述光波导上；
所述光波导用于将所述图像显示装置发出的光反射向人眼；
所述图像显示装置为液晶显示装置。
5.根据权利要求4所述的增强现实设备，其特征在于，所述图像显示装置发出的光分别照射到连续排列的N个条形的半透半反膜的部分，用于形成连续的画面。
6.根据权利要求4所述的增强现实设备，其特征在于，所述图像显示装置发出的光为偏振光，所述半透半反膜为偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜用于使射到其上的所述偏振光发生全发射。
7.一种光波导的制备方法，所述光波导用于将图像显示装置发出的光反射向人眼，所述图像显示装置为液晶显示装置，其特征在于，包括：
形成多个条形的子介质层，各所述子介质层具有拼接面，所述拼接面为曲面；
在任意两个所述子介质层用于相互拼接的两个拼接面中的至少一个拼接面上形成覆盖该拼接面的半透半反膜，以在多个所述子介质层的拼接面上形成N个所述半透半反膜；其中，N为正整数，N≥2；
将多个所述子介质层沿所述子介质层的宽度方向依次拼接在一起；其中，N个依次排列的所述半透半反膜为同一曲面分成的N个连续的子曲面，各所述子曲面的高度之和为所述曲面的高度；且各所述半透半反膜的凹陷侧朝向所述子介质层的同一个底面。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10317679B2 (en) 2016-04-04 2019-06-11 Akonia Holographics, Llc Light homogenization
US11163163B2 (en) * 2017-07-03 2021-11-02 Holovisions Augmented reality (AR) eyewear with at least one quasi Fresnel reflector (QFR)
CN107728253B (zh) * 2017-11-02 2021-03-12 北京亮亮视野科技有限公司 宽带宽、高均匀性的级联分光膜阵列波导及其应用
JP2019109435A (ja) * 2017-12-20 2019-07-04 セイコーエプソン株式会社 表示装置
US10989921B2 (en) * 2017-12-29 2021-04-27 Letinar Co., Ltd. Augmented reality optics system with pinpoint mirror
US10989922B2 (en) * 2017-12-29 2021-04-27 Letinar Co., Ltd. Augmented reality optics system with pin mirror
US11803056B2 (en) 2018-09-14 2023-10-31 Apple Inc. Waveguided display systems
KR20200107027A (ko) * 2019-03-05 2020-09-16 삼성디스플레이 주식회사 증강 현실 제공 장치
WO2021035482A1 (zh) * 2019-08-26 2021-03-04 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统和方法、显示装置
CN112764217A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 重庆爱奇艺智能科技有限公司 一种近眼显示系统
CN112782849A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 樊茂 近眼显示系统及方法
KR102436597B1 (ko) * 2020-09-09 2022-08-26 주식회사 레티널 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법
CN115373148A (zh) * 2022-08-31 2022-11-22 北京灵犀微光科技有限公司 一种增强现实眼镜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101013177A (zh) * 2002-03-21 2007-08-08 鲁姆斯有限公司 光导光学设备
CN104656258A (zh) * 2015-02-05 2015-05-27 上海理湃光晶技术有限公司 屈光度可调的曲面波导近眼光学显示器件
CN104956253A (zh) * 2013-01-31 2015-09-30 谷歌公司 具有眼睛处方的透视近眼式显示器
CN105572876A (zh) * 2015-12-18 2016-05-11 上海理鑫光学科技有限公司 一种平板波导增强现实眼镜
US9442291B1 (en) * 2013-06-28 2016-09-13 Google Inc. Segmented diffractive optical elements for a head wearable display

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8633198B1 (en) * 2011-09-20 2014-01-21 Nant Holdings Ip, Llc Small molecule inhibitors of influenza A RNA-dependent RNA polymerase
US8384999B1 (en) * 2012-01-09 2013-02-26 Cerr Limited Optical modules
US20130229712A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Google Inc. Sandwiched diffractive optical combiner
US9632312B1 (en) * 2013-04-30 2017-04-25 Google Inc. Optical combiner with curved diffractive optical element

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101013177A (zh) * 2002-03-21 2007-08-08 鲁姆斯有限公司 光导光学设备
CN104956253A (zh) * 2013-01-31 2015-09-30 谷歌公司 具有眼睛处方的透视近眼式显示器
US9442291B1 (en) * 2013-06-28 2016-09-13 Google Inc. Segmented diffractive optical elements for a head wearable display
CN104656258A (zh) * 2015-02-05 2015-05-27 上海理湃光晶技术有限公司 屈光度可调的曲面波导近眼光学显示器件
CN105572876A (zh) * 2015-12-18 2016-05-11 上海理鑫光学科技有限公司 一种平板波导增强现实眼镜

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