CN110161612A - 光波导器件、近眼显示设备及终端 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光波导器件、近眼显示设备及终端，属于显示技术领域。所述光波导器件包括：光波导器件本体，以及在光波导器件本体中平行排布的至少一个半透半反膜和至少一个目标膜层；光波导器件本体具有出光区域和入光区域，目标膜层包括多个半透半反区域，半透半反膜与半透半反区域均用于将入光区域的入射光的一部分反射至出光区域，并将另一部分透射至光波导器件本体中，半透半反膜与出光区域所在表面的夹角为锐角，且对于多个半透半反区域中的每个半透半反区域，半透半反区域的反射率与半透半反区域的入射光的亮度负相关。本申请解决了光波导器件的显示效果较差的问题，提高了光波导器件的显示效果。本申请用于光线的传输。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种光波导器件、近眼显示设备及终端。
背景技术
随着显示技术的发展，应用增强现实(英文：Augmented Reality；简称：AR)技术的近眼显示设备得到了广泛应用。
相关技术中，近眼显示设备的形状与眼镜类似，且人眼可以通过近眼显示设备看到虚拟图像。近眼显示设备包括：光引擎与光波导器件，其中，光引擎设置在光波导器件的边缘区域，用于向光波导器件发出携带虚拟图像信息的光线，该光线可以在光波导器件中传输至人眼，以使得人眼看到该虚拟图像。
由于相关技术中，光引擎射向光波导器件的光线的亮度均匀度较低，使得在光波导器件传输至人眼的光线的亮度均匀度较低，进而人眼看到的虚拟图像的各个区域的亮度差异较大，因此光波导器件的显示效果较差。
发明内容
本申请提供了一种光波导器件、近眼显示设备及终端，可以解决现有技术人眼看到的虚拟图像的各个区域的亮度差异较大，光波导器件的显示效果较差的问题，所述技术方案如下：
一方面，提供了一种光波导器件，所述光波导器件包括：光波导器件本体，以及在所述光波导器件本体中的至少一个半透半反膜和至少一个目标膜层，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层平行排布；所述光波导器件本体具有出光区域和入光区域，所述半透半反膜用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，所述半透半反膜与所述出光区域所在表面的夹角为锐角；
所述目标膜层包括多个半透半反区域，所述半透半反区域用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，且对于所述多个半透半反区域中的每个半透半反区域，所述半透半反区域的反射率与所述半透半反区域的入射光的亮度负相关。若射入某一半透半反区域的光的亮度较低，则该半透半反区域的反射率可以较高；若射入某一半透半反区域的光的亮度较高，则该半透半反区域的反射率可以较低，进而使得从该两个半透半反区域射出的光的亮度差异较小，因此，光波导器件的显示效果较好。
可选的，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，所述目标膜层由沿所述第一方向依次排布的多个单元膜层拼接而成，且每个所述单元膜层形成一个所述半透半反区域。
可选的，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，所述目标膜层为在所述第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且所述目标膜层中任意两个相邻的所述半透半反区域的反射率不同。
可选的，所述入光区域具有在所述第一方向上位于中部的第一位置，所述目标膜层中在所述第一方向上距离所述第一位置越远的半透半反区域的反射率越高。由于通常目标膜层中从第一位置开始，在第一方向上远离第一位置的入射光的亮度逐渐降低，因此，目标膜层中在第一方向上距离第一位置越远的半透半反区域的反射率越高可以使得从目标膜层射出的光的亮度较均匀。
可选的，所述目标膜层具有在所述第一方向上位于中部的第二位置，所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上平齐。
可选的，所述目标膜层中在所述第一方向上与所述第一位置的距离相等的任意两个所述半透半反区域的反射率相等。在每个目标膜层中，通常与第一位置距离相等的任意两个半透半反区域的入射光亮度相同，若该两个半透半反区域的反射率相等，则可以使得从该两个半透半反区域射出的光的人眼感知亮度相等。
可选的，所述目标膜层大致呈长条状，且其纵长方向大致平行于所述第一方向。
所述目标膜层中的所述多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。
可选的，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的反射膜，所述反射膜位于所述至少一个半透半反膜的入光侧，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层沿远离所述反射膜的方向依次排布，所述反射膜用于将所述入光区域的入射光反射至所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层。
可选的，所述至少一个半透半反膜位于所述反射膜与所述至少一个目标膜层之间。
可选的，所述反射膜包括多个反射区域，在所述多个反射区域中，每个所述反射区域的反射率与射入的入射光的亮度负相关。
可选的，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的透射膜，所述透射膜位于所述至少一个半透半反膜的入光侧，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层沿远离所述透射膜的方向依次排布，所述透射膜用于将所述入光区域的入射光透射至所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层。
可选的，所述至少一个半透半反膜位于所述透射膜与所述至少一个目标膜层之间。
可选的，所述透射膜包括多个透射区域，在所述多个透射区域中，每个所述透射区域的透射率与射入的入射光的亮度负相关。
另一方面，提供了一种光波导器件，所述光波导器件包括：光波导器件本体，以及在所述光波导器件本体中平行排布的多个目标膜层，所述光波导器件本体具有出光区域和入光区域，所述目标膜层用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，所述目标膜层与所述出光区域所在表面的夹角为锐角；
所述目标膜层包括多个半透半反区域，所述半透半反区域用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，且对于所述多个半透半反区域中每个半透半反区域，所述半透半反区域的反射率与所述半透半反区域的入射光的亮度负相关。
可选的，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，所述目标膜层由沿所述第一方向依次排布的多个单元膜层拼接而成，且每个所述单元膜层形成一个所述半透半反区域。
可选的，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，所述目标膜层为在所述第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且所述目标膜层中任意两个相邻的所述半透半反区域的反射率不同。
可选的，所述入光区域具有在所述第一方向上位于中部的第一位置，所述目标膜层中在所述第一方向上距离所述第一位置越远的半透半反区域的反射率越高。
可选的，所述目标膜层具有在所述第一方向上位于中部的第二位置，所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上平齐。
可选的，所述目标膜层中在所述第一方向上与所述第一位置的距离相等的任意两个所述半透半反区域的反射率相等。
可选的，所述目标膜层大致呈长条状，且其纵长方向大致平行于所述第一方向。
可选的，所述目标膜层中的所述多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。
可选的，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的反射膜，所述反射膜位于所述多个目标膜层的入光侧，且所述多个目标膜层沿远离所述反射膜的方向依次排布，所述反射膜用于将所述入光区域的入射光反射至所述多个目标膜层。
可选的，所述反射膜包括多个反射区域，在所述多个反射区域中，每个所述反射区域的反射率与射入的入射光的亮度负相关。可选的，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的透射膜，
所述透射膜位于所述多个目标膜层的入光侧，且所述多个目标膜层沿远离所述透射膜的方向依次排布，所述透射膜用于将所述入光区域的入射光透射至所述多个目标膜层。
可选的，所述透射膜包括多个透射区域，在所述多个透射区域中，每个所述透射区域的透射率与射入的入射光的亮度负相关。
又一方面，提供了一种近眼显示设备，所述近眼显示设备包括：光引擎以及光波导器件，所述光引擎靠近所述光波导器件的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线，所述光波导器件为上述任一光波导器件。可选的，所述近眼显示设备为头戴式设备或者眼镜。
再一方面，提供了一种终端，所述终端包括：光引擎、控制器和光波导器件，所述光引擎靠近所述光波导器件的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线；所述控制器用于控制所述光引擎发光；所述光波导器件上述任一光波导器件。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种光波导器件的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种目标膜层的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的一种光波导器件的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种光波导器件的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的另一种光波导器件的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种光波导器件的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的又一种光波导器件的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的再一种光波导器件的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的再一种光波导器件的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的一种光波导器件的出光区域所在侧的视图；
图11是本发明实施例提供的一种预设的距离与反射率的对应关系图；
图12是本发明实施例提供的另一种预设的距离与反射率的对应关系图；
图13是本发明实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图；
图14是本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
随着基于AR显示技术的近眼显示设备的广泛应用，对于近眼显示设备显示虚拟图像的效果的要求越来越高。近眼显示设备包括光波导器件，携带有虚拟图像信息的光线可以从光波导器件射入人眼，使得人眼看到该虚拟图像。从光波导器件射入人眼的光线的亮度越均匀，人眼看到的虚拟图像的显示效果就越好。本发明实施例提供了一种光波导器件，从该光波导器件可以射出均匀度较高的光线，进而提高了虚拟图像的显示效果。
图1是本发明实施例提供的一种光波导器件的结构示意图，参见图1，该光波导器件10可以包括：光波导器件本体101，以及在该光波导器件本体101中的至少一个半透半反膜102和至少一个目标膜层103，且该至少一个半透半反膜102和该至少一个目标膜层103平行排布。示例的，光波导器件本体101可以包括多个独立的光波导块K，每个半透半反膜102和每个目标膜层103均可以位于两个光波导块K之间，且任意两个相邻的半透半反膜之间的距离与任意相邻的目标膜层之间的距离均可以相等，该距离所在的距离范围可以为1.5毫米～2毫米。需要说明的是，本发明实施例中的光波导器件10也可称为阵列式反射光波导，另外，图1中仅以光波导器件包括一个半透半反膜和六个目标膜层为例，实际应用中，光波导器件还可以包括两个半透半反膜和五个目标膜层，或者其他个数的半透半反膜与目标膜层，本发明实施例对此不作限定。
光波导器件本体101具有出光区域b与入光区域a，该至少一个半透半反膜102用于将入光区域a的一部分入射光反射至光波导器件本体101的出光区域b，并将另一部分入射光透射至光波导器件本体101中，每个半透半反膜102与出光区域b所在表面B的夹角β为锐角。需要说明的是，光波导器件本体中该出光区域b所在的表面B为平面，图1仅示出了一种入光区域a位于表面B上的情况，也即是入光区域a与出光区域b共面，实际应用中，入光区域也可以位于光波导器件的其他位置，如入光区域可以位于与表面B相对的面上，或者入光区域也可以位于光波导器件中与表面B垂直的面上，本发明实施例对此不做限定。但是，无论入光区域位于何处，从入光区域射入光波导器件本体中的入射光均能够传导至半透半反膜。
该至少一个目标膜层可以包括多个半透半反区域，每个半透半反区域用于将入光区域a的一部分入射光反射至光波导器件本体101的出光区域b，并将另一部分入射光透射至光波导器件本体101中，且对于多个半透半反区域中每个半透半反区域，该半透半反区域的反射率与该半透半反区域的入射光的亮度负相关。也即是，射入某一半透半反区域的光的亮度越低，该半透半反区域的反射率越高；射入某一半透半反区域的光的亮度越高，该半透半反区域的反射率越低。
示例的，图2示出了一个目标膜层的结构，如图2所示，该目标膜层可以包括六个形状为全等矩形的半透半反区域(分别为f1、f2、f3、f4、f5和f6)，且每个半透半反区域的反射率均与该半透半反区域的入射光的亮度负相关，图2示出的半透半反区域即为半透半反区域的入光表面。假设半透半反区域f1的入射光的亮度为100尼特，则该半透半反区域f1的反射率可以为70％，若该半透半反区域f1的入射光的亮度为200尼特，则该半透半反区域f1的反射率可以为50％。
需要说明的是，半透半反膜与目标膜层均可以大致呈长条状。若目标膜层的平行于出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，则半透半反膜的纵长方向与目标膜层的纵长方向均可以大致平行于第一方向(也即是x方向)，目标膜层中的多个半透半反区域的入光表面的形状和面积可以均相同。例如，图1中垂直纸面的方向(也即是图2中的x方向)为第一方向，图2示出的目标膜层的形状为长条状，且该目标膜层的纵长方向平行于x方向，半透半反膜与目标膜层均可以为长度4毫米，宽度为2毫米的矩形，该目标膜层中的多个半透半反区域的形状均为全等的矩形，也即是该多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。可选的，目标膜层的形状也可以为不规则的四边形，且该目标膜层的纵长方向也可以与x方向稍有偏差(此种目标膜层图中未示出)，该目标膜层中的多个半透半反区域的形状也可以均为全等的平行四边形。另外，图2中目标膜层包括的半透半反区域的数量、形状、分布位置以及反射率仅为示例性说明，实际应用中半透半反区域的数量可以为5或8等，本发明实施例对此不做限定。
相关技术中，由于入光区域的入射光的亮度分布不均匀，且每个半透半反膜的反射率是均匀的，进而使得从光波导器件射入人眼的光线的亮度不均匀，人眼看到的虚拟图像的中心区域的亮度较高，且边缘区域的亮度较低。在人眼看到的虚拟图像的视场角较大时，该亮度差异就更明显，例如虚拟图像的边缘区域的亮度约为中心区域亮度的80％。而本发明实施例中，光波导器件的目标膜层中的每个半透半反区域的反射率与该半透半反区域的入射光的亮度负相关，该不同反射率的半透半反区域可以对射出光波导器件的光线的亮度进行调制，以实现调节光波导器件的光效，以使得从光波导器件射入人眼的光线的亮度较均匀，进而使得人眼看到的虚拟图像的亮度均匀性较好，显示效果较好。例如本发明实施例中虚拟图像边缘区域的亮度可以与中心区域的亮度相等。
另外，由于制造半透半反膜的工艺较为简单，成本较低，本发明实施例提供的光波导器件包括至少一个半透半反膜和至少一个目标膜层，这样不仅节省了光波导器件的制造成本，并且兼顾了光波导器件的显示效果。
综上所述，本发明实施例提供的光波导器件包括至少一个半反半透膜和至少一个目标膜层，且每个目标膜层包括多个半透半反区域，每个半透半反区域的反射率与射入该半透半反区域的光的亮度负相关。若射入某一半透半反区域的光的亮度较低，则该半透半反区域的反射率可以较高；若射入某一半透半反区域的光的亮度较高，则该半透半反区域的反射率可以较低，进而使得从该两个半透半反区域射出的光的亮度差异较小，因此，光波导器件的显示效果较好。
可选的，图2中的每个半透半反区域可以为一个单元膜层，也即是每个目标膜层可以由沿该第一方向(图2中的x方向)依次排布的多个单元膜层拼接而成，且该每个单元膜层形成一个半透半反区域；或者，每个目标膜层可以为在该第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且该目标膜层中的任意两个相邻的半透半反区域的反射率均不同。
另外，图3示出了图1所示的光波导器件在出光区域b所在侧的视图，且图3示出的光波导器件中的各个膜层为该各个膜层在出光区域所在的表面上的投影。如图3所示，半透半反膜与目标膜层在出光区域b所在的表面上的投影均无重叠，入光区域a具有在该第一方向x上位于中部的第一位置Z1，且目标膜层103中在第一方向(也即x方向)上距离第一位置Z1越远的半透半反膜的反射率越高。示例的，图3示出的光波导器件仅包括一个半透半反膜和六个目标膜层，且每个目标膜层均与图2所示的目标膜层相同，也即是，每个目标膜层103均包括半透半反区域f1、f2、f3、f4、f5和f6。在x方向上，半透半反区域f3、半透半反区域f2与半透半反区域f1距离第一位置Z1越来越远，半透半反区域f4、半透半反区域f5与半透半反区域f6距离第一位置Z1也越来越远，因此，半透半反区域f1的反射率可以大于半透半反区域f2的反射率，半透半反区域f2的反射率可以大于半透半反区域f3的反射率，半透半反区域f6的反射率可以大于半透半反区域f5的反射率，半透半反区域f5的反射率可以大于半透半反区域f4的反射率。
图3所示的光波导器件中，目标膜层103还可以具有在第一方向上位于中部的第二位置Z2，且入光区域a的第一位置Z1可以与目标膜层103的第二位置Z2在第一方向上平齐，因此，若在第一方向上两个位置与第二位置Z2的距离相等，则在第一方向上该两个位置与第一位置Z1的距离也相等。由于目标膜层103中的六个半透半反膜的形状均为全等图形，所以，半透半反区域f1与第一位置Z2的距离等于半透半反区域f6与第一位置Z2的距离，半透半反区域f2与第一位置Z2的距离等于半透半反区域f5与第一位置Z2的距离，半透半反区域f3与第一位置Z2的距离等于半透半反区域f4与第一位置Z2的距离。此时，半透半反区域f1的反射率可以等于半透半反区域f6的反射率，半透半反区域f2的反射率可以等于半透半反区域f5的反射率，半透半反区域f3的反射率可以等于半透半反区域f4的反射率。
需要说明的是，若目标膜层的入射光的亮度分布发生变化，则该目标膜层中多个半透半反区域的反射率与半透半反区域和对称轴的距离的关系也可随之改变。示例的，如果目标膜层中在x方向上远离第二位置Z2的入射光的亮度逐渐增高，则目标膜层中距离第一位置Z1越远的半透半反区域的反射率可以越低。
另外，由于入光区域的入射光需要先经过前面的半透半反膜(也即靠近入光区域的半透半反膜)才能射向后面的半透半反膜(也即远离入光区域的半透半反膜)，或者，入光区域的入射光需要先经过前面的半透半反膜和目标膜层才能射向后面的目标膜层，且光线的能量在每经过一个膜层后都会降低，也即是半透半反膜或目标膜层越往后其入射光的亮度就越低，因此，可以设置半透半反膜的反射率与半透半反膜和入光区域的距离正相关，目标膜层的反射率也与目标膜层和入光区域的距离正相关，以使得从该至少一个半透半反膜或者从该至少一个目标膜层射出的光线的人眼感知亮度相等。
图4是本发明实施例提供的另一种光波导器件的结构示意图。参见图4，在图1的基础上，该光波导器件10还可以包括：设置在光波导器件本体101中的反射膜104，且该反射膜104位于光波导器件10中的半透半反膜102的入光侧，该反射膜104用于将入光区域a的入射光反射至该半透半反膜102和目标膜层103中。半透半反膜102与目标膜层103可以沿远离该反射膜104的方向依次排布，且半透半反膜102位于反射膜104与目标膜层103之间。
示例的，请继续参考图4，反射膜105与半透半反膜102可以呈“八”字形设置，图4中示出了入光区域a的一束入射光线g经过反射膜104反射至光波导介质本体101中，并在光波导介质本体101中全反射至半透半反膜102与目标膜层103，进而被半透半反膜102与目标膜层103反射出出光区域b所在的表面B的过程。需要说明的是，图4所示的光波导器件中，入光区域a与出光区域b共面，图4中仅以入光区域a为光波导器件中反射膜在表面B上的投影区域为例，实际应用中，入光区域的范围也可以大于图4所示的入光区域a的范围。例如，入光区域可以包括图4所示的入光区域a，以及图4中入光区域a与出光区域b之间的部分区域或全部区域。该光波导器件中的反射膜靠近半透半反膜的表面也可以称为耦入面，半透半反膜靠近该反射膜的表面以及目标膜层靠近该反射膜的表面均可以称为耦出面。
可选的，如图5所示，反射膜104可以包括多个反射区域，且每个反射区域的反射率与射入的光线的亮度负相关，以对入光区域的入射光的亮度进行调整。示例的，图5中c为反射膜104的对称轴(且该对称轴穿过光波导器件本体的出光区域所在表面)，反射膜104包括六个反射区域，假设射向反射膜的入射光从对称轴开始，沿远离对称轴的方向亮度逐渐减弱，则该六个反射区域的反射率与反射区域和对称轴的距离负相关，也即是反射区域的反射率沿远离对称轴的方向逐渐增高。
图6是本发明实施例提供的又一种光波导器件的结构示意图。参见图6，在图1的基础上，该光波导器件10还可以包括：设置在光波导器件本体101中的透射膜105，且该透射膜105位于光波导器件10中的半透半反膜102的入光侧，且半透半反膜102与目标膜层103沿远离该透射膜105的方向依次排布，半透半反膜102位于透射膜105与目标膜层103之间，该透射膜105用于将入光区域a的入射光透射至该半透半反膜102和目标膜层103中。此时，入光区域a可以位于与出光区域b所在的表面B相对的面上。示例的，图6中示出了入光区域a的一束入射光线经过透射膜105透射至光波导介质本体101中，并在光波导介质本体101中全反射至半透半反膜102与目标膜层103，进而被半透半反膜102与目标膜层103透射出出光区域b所在的表面B的过程。
可选的，如图7所示，透射膜105可以包括多个透射区域，且每个透射区域的透射率与射入的光线的亮度负相关，以对入光区域的入射光的亮度进行调整。示例的，图7中d为透射膜105的对称轴(且该对称轴穿过光波导器件本体的出光区域所在表面)，透射膜105包括六个透射区域，假设射向透射膜的入射光从对称轴开始，沿远离对称轴的方向亮度逐渐减弱，则该六个透射区域的透射率与透射区域和对称轴的距离负相关，也即是投射区域的透射率沿远离对称轴的方向逐渐增高。
在制造本发明实施例提供的光波导器件时，可以先制造多个光波导材质的板状结构，其中，光波导材质均为透明材质。然后，在每个板状结构的表面形成半透半反膜、反射膜、目标膜层或者透射膜。之后将形成有半透半反膜的板状结构、形成有目标膜层的板状结构、透射膜的板状结构和形成有反射膜的板状结构按照预设的方式进行切割并组装，以得到光波导器件。示例的，可以将形成有半透半反膜的板状结构、形成有目标膜层的板状结构和形成有反射膜的板状结构按照预设的角度进行切割并组装，得到图4所示的光波导器件，或者，将形成有半透半反膜的板状结构、形成有目标膜层的板状结构和形成有透射膜的板状结构按照预设的角度进行切割并组装，得到图6所示的光波导器件。
其中，在板状结构上形成目标膜层中的半透半反区域时，可以先在板状结构上形成包括光刻胶区域和镂空区域的光刻胶图案，然后在该光刻胶图案上形成具有固定反射率的目标材质层。接着，剥离光刻胶以及目标材质层中位于光刻胶区域上的部分，使得位于镂空区域的目标材质层贴合在板状结构上，每个镂空区域处的目标材质层即为目标膜层中的一个半透半反区域。需要说明的是，目标膜层中具有相同反射率的多个半透半反区域可以同时形成。
示例的，在形成具有相同反射率的多个半透半反区域时，可以在板状结构上形成具有多个镂空区域的光刻胶图案，以使得剥离光刻胶以及目标材质层中位于光刻胶区域上的部分之后，板状结构上形成具有相同反射率的多个半透半反区域。例如的，在形成图2所示的目标膜层时，可以使得半透半反区域f1和半透半反区域f6同时形成，半透半反区域f2和半透半反区域f5同时形成，半透半反区域f3和半透半反区域f4同时形成。
在制造本发明实施例提供的光波导器件时，还可以分别制造多个光波导材质的板状结构、反射膜、透射膜、具有特定反射率的半透半反膜和具有渐变反射率的目标膜层，之后将板状结构、反射膜、透射膜、半透半反膜和目标膜层按照预设的方式进行组装，以得到光波导结构，并对该光波导结构按照预设方式进行切割，得到光波导器件。示例的，可以将半透半反膜、目标膜层、反射膜和该多个板状结构进行组装并切割，得到图4所示的光波导器件，或者，可以将半透半反膜、目标膜层、透射膜和该多个板状结构进行组装并切割，得到图6所示的光波导器件。
需要说明的是，半透半反膜和目标膜层的制造参数需要满足亮度约束条件，该制造参数可以包括：排布距离、材质和目标膜层中半透半反区域的面积中的至少一种，该亮度约束条件可以为：出光区域中单位面积上的人眼感知亮度相等。示例的，如果从目标膜层的任意两个半透半反区域射出的光的亮度差小于从任一半透半反区域射出的光的亮度的10％，此时，可以认为出光区域中单位面积上的人眼感知亮度相等。需要说明的是，本发明实施例所述的制造参数仅为示例，实际应用中该制造参数还可以包括其他参数(如密度、厚度等)，本发明实施例对此不做限定。
综上所述，本发明实施例提供的光波导器件包括至少一个半反半透膜和至少一个目标膜层，且每个目标膜层包括多个半透半反区域，每个半透半反区域的反射率与射入该半透半反区域的光的亮度负相关。若射入某一半透半反区域的光的亮度较低，则该半透半反区域的反射率可以较高；若射入某一半透半反区域的光的亮度较高，则该半透半反区域的反射率可以较低，进而使得从该两个半透半反区域射出的光的亮度差异较小，因此，光波导器件的显示效果较好。
图8是本发明实施例提供的再一种光波导器件的结构示意图。如图8所示，该光波导器件80包括：光波导器件本体801，以及在光波导器件本体801中平行排布的多个目标膜层803。光波导器件本体801具有出光区域a1和入光区域b1，目标膜层803用于将入光区域a1的入射光的一部分反射至光波导器件本体801的出光区域b1，并将另一部分透射至光波导器件本体801中，目标膜层803与出光区域b1所在表面的夹角β1为锐角。需要说明的是，入光区域a1、出光区域b1以及目标膜层803均可以参照上述实施例中对于入光区域a、出光区域b以目标膜层103的阐述，本发明实施例在此不做赘述。
可选的，请结合图8与图9，目标膜层可以包括多个半透半反区域，该半透半反区域用于将入光区域的入射光的一部分反射至光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至光波导器件本体中，且对于多个半透半反区域中每个半透半反区域，半透半反区域的反射率与半透半反区域的入射光的亮度负相关。
可选的，若目标膜层的平行于出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，则目标膜层由沿第一方向依次排布的多个单元膜层拼接而成，且每个单元膜层形成一个半透半反区域；或者，目标膜层可以为在第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且目标膜层中任意两个相邻的半透半反区域的反射率不同。
可选的，入光区域可以具有在第一方向上位于中部的第一位置，目标膜层中在第一方向上距离第一位置越远的半透半反区域的反射率越高。
可选的，目标膜层还可以具有在第一方向上位于中部的第二位置，第一位置与第二位置在第一方向上平齐。
可选的，目标膜层中在第一方向上与第一位置的距离相等的任意两个半透半反区域的反射率相等。
可选的，目标膜层大致呈长条状，且其纵长方向大致平行于第一方向。
可选的，目标膜层中的多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。
可选的，光波导器件还可以包括：设置在光波导器件本体中的反射膜，反射膜位于多个目标膜层的入光侧，且多个目标膜层沿远离反射膜的方向依次排布，反射膜用于将入光区域的入射光反射至多个目标膜层。反射膜可以包括多个半透半反区域，在多个半透半反区域中，每个半透半反区域的反射率与射入的入射光的亮度负相关。
又可选的，光波导器件还可以包括：设置在光波导器件本体中的透射膜，透射膜位于多个目标膜层的入光侧，且多个目标膜层沿远离透射膜的方向依次排布，透射膜用于将入光区域的入射光透射至多个目标膜层。透射膜包括多个透射区域，在多个透射区域中，每个透射区域的透射率与射入的入射光的亮度负相关。
需要说明的是，本发明实施例中的反射膜与透射膜可以参照上述实施例中对反射膜104和透射膜105的阐述，且制造本发明实施例提供的光波导器件的方法也可以参照上述实施例中制造光波导器件的过程，本发明实施例在此不做赘述。
综上所述，本发明实施例提供的光波导器件包括多个目标膜层，且每个目标膜层包括多个半透半反区域，每个半透半反区域的反射率与射入该半透半反区域的光的亮度负相关。若射入某一半透半反区域的光的亮度较低，则该半透半反区域的反射率可以较高；若射入某一半透半反区域的光的亮度较高，则该半透半反区域的反射率可以较低，进而使得从该两个半透半反区域射出的光的亮度差异较小，因此，光波导器件的显示效果较好。
在实际应用中，每个目标膜层中半透半反区域的反射率、反射膜中反射区域的反射率以及透射膜中透射区域的透射率均可以根据模拟仿真进行确定。示例的，在确定目标膜层中的半透半反区域的反射率时，可以将目标膜层预先划分为多个半透半反区域，然后将每个半透半反区反射率均设为预设的反射率，并确定出从各个半透半反区域射出的光线的人眼感知亮度。然后多次改变该各个半透半反区域的反射率，以使得从各个半透半反区域射出的光线的人眼感知亮度相等，并将各个半透半反区域此时的反射率确定为目标膜层中各个半透半反区域的反射率。确定反射膜中反射区域的反射率以及透射膜中透射区域的透射率时，均可参照确定目标膜层中半透半反区域的反射率的过程，本发明实施例在此不做赘述。
例如，根据模拟仿真可以得到预设的距离与反射率的对应关系，然后可以根据预设的距离与反射率的对应关系确定目标膜层中各个半透半反区域的反射率，其中，该距离为半透半反区域在第一方向上与目标膜层的第二位置的距离，该第一方向为目标膜层的平行于出光区域所在表面的延伸方向。以下将对获得该预设的距离与反射率的对应关系的过程进行阐述，且以下所述的距离均指在第一方向上的距离：
首先，可以确定人眼的各个视场中，从各个目标膜层中反射至人眼的光线在目标膜层上的反射位置与第二位置的距离。
示例的，图10是图8所示的光波导器件的出光区域所在侧的视图。请参考图10，方向x为第一方向，t为该出光区域所在表面的中线，每个目标膜层的第二位置均位于该中线上，且该中线不平行于目标膜层。在模拟仿真预设的距离与反射率的对应关系前，可以预先将每个目标膜层划分为预设个数(如6个)的半透半反区域。在确定人眼的某一视场(如图10中人眼看到虚拟图像s时的视场)中从各个目标膜层中反射至人眼的光线在目标膜层上的反射位置时，可以确定光波导器件本体的折射率nd以及光波导器件与人眼之间的距离leye。然后，根据公式得出该光线在出光区域所在表面的折射角θair，以及根据得出该光线在出光区域所在表面的入射角θy，其中y为出光区域所在表面中的任一位置(如图10中的点W)到中线t的距离。接着可以确定该光线在目标膜层上进行反射的位置与第二位置的距离。假设该光线在第i个目标膜层上反射，则该光线在第i个目标膜层上进行反射的位置与第二位置的距离yi＝y+(n-i)D×tanθy，其中，n为光波导器件中的目标膜层的数量，D为相邻目标膜层之间的距离。
示例的，图10中目标膜层的个数为7，离入光区域a最近的目标膜层为第1个目标膜层，对从位置W射入人眼的光线进行反射的目标膜层为第4个目标膜层，也即是n＝7，i＝4。将该两个数值代入上述公式，可以得到从位置W射入人眼的光线在第4个目标膜层上进行反射的位置与第二位置的距离y4，进而确定光线在第4个目标膜层上与第二位置的距离为y4的位置进行反射，并通过出光区域所在表面中的位置W射入人眼。多次进行上述计算，即可得到从出光区域所在表面中的每个位置射入人眼的光线在其对应的目标膜层上进行反射的位置与第二位置的距离；另外，可以针对多个视场均进行执行上述步骤，进而得到人眼的各个视场中，从各个目标膜层中反射至人眼的光线在目标膜层上的反射位置与第二位置的距离。
然后，可以通过调整每个目标膜层中每个半透半反区域的反射率，以计算多个反射率下视场中从各个目标膜层中反射至人眼的光线的亮度，进而确定在人眼对形成虚拟图像的各个光线的感知亮度相同时，各个目标膜层中每个半透半反区域的反射率。
示例的，在确定第n个目标膜层在yn位置处的反射率Rny时，首先可以计算在第n个目标膜层上与第二位置的距离为yn的位置处反射的光线的能量其中，Φ0表示从入光区域射向第一个目标膜层的光线的能量，表示第i个目标膜层上与第二位置的距离为yi的位置处的反射率。然后，计算从该第n个目标膜层上与第二位置的距离为yn的位置处射入人眼的光线的能量其中，Deye为人眼的瞳孔直径。接着，调整各个半透半反区域的反射率，以使得yn取多个不同的值时的Φeye(y,n)均相等。又由于射入人眼的能量Φeye(y,n)可以用于表征人眼感知亮度，所以可以将此时的确定为第n个目标膜层上与第二位置的距离为yn的位置处的反射率，也可以将第n个目标膜层上与第二位置的距离为yn的位置处的反射率确定为该位置所在的半透半反区域的反射率。同理，可以得出各个目标膜层中每个半透半反区域的反射率。
最后，多次进行上述确定目标膜层上某位置处的反射率的过程，进而得到预设的距离与反射率的对应关系。若该目标膜层为具有渐变反射率的一体膜层，则得到的该预设的距离与反射率的对应关系可以如图11所示；若该目标膜层为多个单元膜层拼接而成，则得到的该预设的距离与反射率的对应关系可以如图12所示。图11与图12中的横坐标为目标膜层上的各位置与目标膜层的第二位置的距离，纵坐标为目标膜层上各位置处的反射率。示例的，如图12所示，同一半透半反区域中所有位置与第二位置的距离可以对应相同的反射率，该反射率可以为该半透半反区域中心点与第二位置的距离所对应的反射率，也即是可以将该半透半反区域中心点与第二位置的距离所对应的反射率，确定为该半透半反区域的反射率。
图13是本发明实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图。参见图13，该近眼显示设备50可以包括光引擎501与光波导器件502。
其中，该光波导器件可以为图1所示的光波导器件，或者图3至图9任一所示的光波导器件；光引擎501可以靠近光波导器件的入光区域设置，且用于向入光区域发射光线。示例的，光引擎可以向入光区域发出携带有虚拟图像的光线，光波导器件实现把该光线从光引擎传递到人眼，使得人眼看到该虚拟图像，同时不影响对近眼显示设备之外的真实环境的观看。
示例的，请结合图4与图13，光引擎501可以靠近光波导器件的入光区域a设置，图4中示出的入光区域的入射光线g可以为光引擎501发出的携带有虚拟图像信息的光线。该光线g从入光区域a射向反射膜104，然后在反射膜104上发生全反射进入光波导器件本体101，并在光波导器件本体101的上下表面之间发生全反射，进而射向半透半反膜102与目标膜层103，并经过该半透半反膜102和目标膜层103的反射从出光区域b射出光波导器件10，进而进入人眼。
需要说明的是，由于本发明实施例提供的半透半反膜与目标膜层平行排布，使得该近眼显示设备具有视场扩增的作用，也即是可以使得人眼看到较大视场角的虚拟图像。例如人眼看到的虚拟图像的大小可以相当于在3米远处看到100英寸大小的图像，也称人眼可以看到100”@3m大小的虚拟图像。
可选的，该近眼显示设备50可以为可穿戴设备，例如该近眼显示设备50为头戴式设备或者眼镜，示例的，该眼镜可以为图13所示的结构。另外，根据携带虚拟图像信息的光线传输的介质的不同，基于AR显示技术的近眼显示设备可以分为折反式与光波导式。本发明实施例提供的近眼显示设备为光波导式，该近眼显示设备的显示结构与折反式近眼显示设备相比较为轻便，适宜佩戴。
图14是本发明实施例提供的一种终端的结构示意图，如图14所示，该终端包括：控制器901、光引擎905和光波导器件906，该控制器901用于控制光引擎905发光，光波导器件906可以为图1所示的光波导器件，或者图3至图9任一所示的光波导器件。
可选的，该终端还可以包括至少一个网络接口902、存储器903、至少一个总线904，总线904用于实现控制器、网络接口、存储器和光引擎之间的连接通信；存储器903与网络接口902分别通过总线904与控制器901相连。控制器901还可以执行存储器903中存储的可执行模块，例如计算机程序。存储器903可能包含高速随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个网络接口902(有线或者无线)实现终端与至少一个其他设备之间的通信连接。在一些实施方式中，存储器903存储了程序907，程序907能够被控制器901执行以控制光引擎905发出携带虚拟图像信息的光线，且调节该虚拟图像信息。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (29)
1.一种光波导器件，其特征在于，所述光波导器件包括：光波导器件本体，以及在所述光波导器件本体中的至少一个半透半反膜和至少一个目标膜层，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层平行排布；
所述光波导器件本体具有出光区域和入光区域，所述半透半反膜用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，所述半透半反膜与所述出光区域所在表面的夹角为锐角；
所述目标膜层包括多个半透半反区域，所述半透半反区域用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，且对于所述多个半透半反区域中的每个半透半反区域，所述半透半反区域的反射率与所述半透半反区域的入射光的亮度负相关。
2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，
所述目标膜层由沿所述第一方向依次排布的多个单元膜层拼接而成，且每个所述单元膜层形成一个所述半透半反区域。
3.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，
所述目标膜层为在所述第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且所述目标膜层中任意两个相邻的所述半透半反区域的反射率不同。
4.根据权利要求2或3所述的光波导器件，其特征在于，
所述入光区域具有在所述第一方向上位于中部的第一位置，所述目标膜层中在所述第一方向上距离所述第一位置越远的半透半反区域的反射率越高。
5.根据权利要求4所述的光波导器件，其特征在于，
所述目标膜层具有在所述第一方向上位于中部的第二位置，所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上平齐。
6.根据权利要求4或5所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层中在所述第一方向上与所述第一位置的距离相等的任意两个所述半透半反区域的反射率相等。
7.根据权利要求2至6任一项中所述的光波导器件，其特征在于，
所述目标膜层大致呈长条状，且其纵长方向大致平行于所述第一方向。
8.根据权利要求1至7任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层中的所述多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。
9.根据权利要求1至8任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的反射膜，
所述反射膜位于所述至少一个半透半反膜的入光侧，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层沿远离所述反射膜的方向依次排布，所述反射膜用于将所述入光区域的入射光反射至所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层。
10.根据权利要求9所述的光波导器件，其特征在于，所述至少一个半透半反膜位于所述反射膜与所述至少一个目标膜层之间。
11.根据权利要求9或10所述的光波导器件，其特征在于，所述反射膜包括多个反射区域，在所述多个反射区域中，每个所述反射区域的反射率与射入的入射光的亮度负相关。
12.根据权利要求1至8任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的透射膜，
所述透射膜位于所述至少一个半透半反膜的入光侧，且所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层沿远离所述透射膜的方向依次排布，所述透射膜用于将所述入光区域的入射光透射至所述至少一个半透半反膜和所述至少一个目标膜层。
13.根据权利要求12所述的光波导器件，其特征在于，所述至少一个半透半反膜位于所述透射膜与所述至少一个目标膜层之间。
14.根据权利要求12或13所述的光波导器件，其特征在于，所述透射膜包括多个透射区域，在所述多个透射区域中，每个所述透射区域的透射率与射入的入射光的亮度负相关。
15.一种光波导器件，其特征在于，所述光波导器件包括：光波导器件本体，以及在所述光波导器件本体中平行排布的多个目标膜层，
所述光波导器件本体具有出光区域和入光区域，所述目标膜层用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，所述目标膜层与所述出光区域所在表面的夹角为锐角；
所述目标膜层包括多个半透半反区域，所述半透半反区域用于将所述入光区域的入射光的一部分反射至所述光波导器件本体的出光区域，并将另一部分透射至所述光波导器件本体中，且对于所述多个半透半反区域中每个半透半反区域，所述半透半反区域的反射率与所述半透半反区域的入射光的亮度负相关。
16.根据权利要求15所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，
所述目标膜层由沿所述第一方向依次排布的多个单元膜层拼接而成，且每个所述单元膜层形成一个所述半透半反区域。
17.根据权利要求15所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层的平行于所述出光区域所在表面的延伸方向为第一方向，
所述目标膜层为在所述第一方向具有渐变反射率的一体膜层，且所述目标膜层中任意两个相邻的所述半透半反区域的反射率不同。
18.根据权利要求16或17所述的光波导器件，其特征在于，
所述入光区域具有在所述第一方向上位于中部的第一位置，所述目标膜层中在所述第一方向上距离所述第一位置越远的半透半反区域的反射率越高。
19.根据权利要求18所述的光波导器件，其特征在于，
所述目标膜层具有在所述第一方向上位于中部的第二位置，所述第一位置与所述第二位置在所述第一方向上平齐。
20.根据权利要求18或19所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层中在所述第一方向上与所述第一位置的距离相等的任意两个所述半透半反区域的反射率相等。
21.根据权利要求16至20任一项中所述的光波导器件，其特征在于，
所述目标膜层大致呈长条状，且其纵长方向大致平行于所述第一方向。
22.根据权利要求15至21任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述目标膜层中的所述多个半透半反区域的入光表面的形状和面积均相同。
23.根据权利要求15至22任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的反射膜，
所述反射膜位于所述多个目标膜层的入光侧，且所述多个目标膜层沿远离所述反射膜的方向依次排布，所述反射膜用于将所述入光区域的入射光反射至所述多个目标膜层。
24.根据权利要求23所述的光波导器件，其特征在于，所述反射膜包括多个反射区域，在所述多个反射区域中，每个所述反射区域的反射率与射入的入射光的亮度负相关。
25.根据权利要求15至22任一项中所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括：设置在所述光波导器件本体中的透射膜，
所述透射膜位于所述多个目标膜层的入光侧，且所述多个目标膜层沿远离所述透射膜的方向依次排布，所述透射膜用于将所述入光区域的入射光透射至所述多个目标膜层。
26.根据权利要求25所述的光波导器件，其特征在于，所述透射膜包括多个透射区域，在所述多个透射区域中，每个所述透射区域的透射率与射入的入射光的亮度负相关。
27.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备包括：光引擎和光波导器件，
所述光引擎靠近所述光波导器件的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线；
所述光波导器件为权利要求1至14任一项中所述的光波导器件，或者权利要求15至26任一项中所述的光波导器件。
28.根据权利要求27所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备为头戴式设备或者眼镜。
29.一种终端，其特征在于，所述终端包括：光引擎、控制器和光波导器件，
所述光引擎靠近所述光波导器件的入光区域设置，且用于向所述入光区域发射光线；
所述控制器用于控制所述光引擎发光；
所述光波导器件为权利要求1至14任一项中所述的光波导器件，或者权利要求15至26任一项中所述的光波导器件。
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