双目衍射光波导装置以及虚拟现实设备的制作方法

1.本技术涉及虚拟现实领域，具体涉及一种双目衍射光波导装置以及包括该装置的虚拟现实设备。


背景技术：

2.目前，虚拟现实设备具有两个数字光处理(数字光处理，简称dlp) 设备，dlp设备也被称为光机，该两个dlp设备分别对应虚拟现实设备左目区和右目区的耦入区域，以用于在虚拟现实设备的波导基板的两侧耦入，从而使得虚拟现实设备融合两耦入区域的影像来成像。
3.然而，由于dlp设备的功耗、体积和重量都比较大，不利于虚拟现实设备的生产设计，且佩戴者使用虚拟现实设备时会产生倾斜，导致虚拟现实设备内的左目区和右目区成像融合失败。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述技术问题，本技术实施例提出了一种双目衍射光波导装置以及虚拟现实设备，以解决佩戴者使用虚拟现实设备时会产生倾斜，导致虚拟现实设备内的左目区和右目区成像融合失败的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种双目衍射光波导装置，包括：光波导基体、第一耦入光栅、第二耦入光栅、第一光路组件、第二光路组件以及光机；
6.所述光波导基体至少具有两个彼此平行的第一表面和第二表面，所述第一耦入光栅设置在所述第一表面的边沿中间位置上，所述第二耦入光栅设置在所述第二表面的边沿中间位置上，其中，所述第一表面和所述第二表面处于水平方向，所述第一耦入光栅与所述第二耦入光栅投影位置重叠；
7.所述第一光路组件设置在所述第一表面或所述第二表面上，所述第二光路组件设置在所述第一表面或所述第二表面上；
8.所述光机设置在靠近所述第一耦入光栅的位置，且所述光机产生的光传输到所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅中。
9.可选地，当所述第一光路组件和所述第二光路组件同时设置于所述第一表面时，所述第一耦入光栅设置为所述第一光路组件和所述第二光路组件连线的中间部分，或者；当所述第一光路组件和所述第二光路组件同时设置于所述第二表面上时，所述第二耦入光栅设置为所述第一光路组件和所述第二光路组件连线的中间部分。
10.可选地，当所述第一光路组件设置于所述第一表面上，所述第二光路组件设置于所述第二表面上时，所述第一光路组件与所述第二光路组件垂直于相应表面上的位置不重叠。
11.可选地，还包括：第三光路组件和第四光路组件；
12.当所述第三光路组件和所述第四光路组件同时设置于所述第一表面上时，所述第
一耦入光栅设置为所述第三光路组件和所述第四光路组件连线的中间部分，或，当所述第三光路组件和所述第四光路组件同时设置于所述第二表面上时，所述第二耦入光栅设置为所述第三光路组件和所述第四光路组件连线的中间部分，或者；
13.所述第三光路组件设置于所述第一表面上，所述第四光路组件设置于所述第二表面上时，所述第一光路组件和所述第三光路组件在同一表面上，所述第二光路组件和所述第四光路组件在同一表面上。
14.可选地，所述第一光路组件和所述第二光路组件在不同表面以所述光波导基体的中心为中心对称，所述第一光路组件和所述第二光路组件在同一表面以所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅为轴对称。
15.可选地，当所述第一光路组件和所述第二光路组件在同一表面上时，所述第一光路组件和所述第二光路组件以所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅为轴对称，所述第三光路组件和所述第四光路组件以所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅为轴对称；
16.当所述第一光路组件和所述第三光路组件在不同表面上时，所述第一光路组件和所述第二光路组件以所述光波导基体中心位置为中心对称，所述第三光路组件和所述第四光路组件以所述光波导基体中心位置为中心对称。
17.可选地，所述第一光路组件包括至少一个第一转折光栅和第一耦出光栅，所述第二光路组件包括至少一个第二耦出光栅和第二转折光栅；
18.所述第一耦入光栅与所述至少一个第一转折光栅和所述第一耦出光栅对应设置，和/或，
19.所述第一耦入光栅与所述至少一个第二耦出光栅和所述第二转折光栅对应设置；
20.所述第二耦入光栅与所述至少一个所述第一转折光栅和第一耦出光栅对应设置，和/或，
21.所述第二耦入光栅与所述至少一个第二耦出光栅和所述第二转折光栅对应设置。
22.可选地，当所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅为一个，且所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅为一个时，所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅与所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅在同一表面上，所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅与所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅以所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅为轴对称；
23.当所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅与所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅在不同表面上时，所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅与所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅以所述光波导基体中心位置为中心对称；或者，
24.所述第一耦出光栅和第二耦出光栅同时间隔设置于所述第一表面上，且所述第一耦出光栅和第二耦出光栅以所述第一耦入光栅为轴对称，所述第一转折光栅和所述第二转折光栅间隔设置在于所述第二表面上，所述第一转折光栅和所述第二转折光栅以所述第二耦入光栅为轴对称。
25.可选地，当所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅分别为两个，所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅分别为两个时；
26.两个所述第一转折光栅间隔设置在所述第一表面的中心区域上，两所述第一耦出光栅间隔设置在所述第一表面的边缘区域上，两个所述第一转折光栅靠近所述第一耦入光栅，两个所述第一转折光栅和所述第一耦出光栅之间以所述第一耦入光栅为轴对称设置；
27.两个所述第二转折光栅间隔设置在所述第二表面的中心区域上，两个所述第二耦出光栅间隔设置在所述第二表面的边缘区域上，两个所述第二转折光栅靠近所述第二耦入光栅，两个所述第二转折光栅和所述第二耦出光栅之间以所述第二耦入光栅为轴对称设置。
28.本技术实施例的第二方面提供了一种虚拟现实设备，包括上述可选实施例中任意一项所述的双目衍射光波导装置。
29.本技术通过第一耦入光栅设置在第一表面的边沿中间位置上，第二耦入光栅设置在第二表面的边沿中间位置上，第一光路组件设置在所述第一表面或第二表面上，第二光路组件设置在第一表面或第二表面上，光机设置在靠近第一耦入光栅的位置，且所述光机产生的光传输到所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅中，使得光路只能从中间位置产生，而且在成像的时候即使出现虚拟现实设备倾斜，在只有一个光机的情况下，左目区和右目区成像融合就不会发生角度偏离，从而实现成像融合成功。
附图说明
30.通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：
31.图1是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置示意图；
32.图2是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置另一角度示意图；
33.图3是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置另一结构示意图；
34.图4是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置又一结构示意图；
35.图5是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置另一结构示意图；
36.图6是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置另外结构图；
37.图7是根据本技术的一些实施例所示的一种双目衍射光波导装置俯视图。
38.以下为本技术主要部件的名称和标号：
39.光波导基体110、第一表面111、第二表面112、第一耦入光栅120、第二耦入光栅130、光机160；
40.第一光路组件140、第一转折光栅141、第一耦出光栅142；
41.第二光路组件150、第二转折光栅151、第二耦出光栅152；
42.第三光路组件170、第三转折光栅171、第三耦出光栅172；
43.第四光路组件180、第四转折光栅181、第四耦出光栅182。
具体实施方式
44.在下面的详细描述中，通过示例阐述了本技术的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本技术显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本技术中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术
语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
45.应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在
……
上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本技术所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
46.本技术所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本技术范围。如本技术说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。
47.参看下面的说明以及附图，本技术的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本技术的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
48.图1和图2表示第一光路组件140和第二光路组件150同时在第一表面上和第二表面上；
49.图3表示第一光路组件140在第一表面上，第二光路组件150第二表面上；
50.图4表示第一光路组件140在第二表面上，第一光路组件150第二表面上；
51.图5表示第三光路组件170和第四光路组件180同时第二表面上；
52.图6表示第一光路组件140和第二光路组件150中的第一转折光栅和第二转折光栅在第一表面上，第一耦出光栅和第二耦出光栅在第二表面上。
53.如图1至图4所示，以及图6所示，本技术提供了一种双目衍射光波导装置100，包括：光波导基体110、第一耦入光栅120、第二耦入光栅 130、第一光路组件140、第二光路组件150以及光机160，所述光波导基 10至少具有两个彼此平行的第一表面111和第二表面112，所述第一耦入光栅设置在所述第一表面111的边沿中间位置上，所述第二耦入光栅设置在所述第二表面112的边沿中间位置上，其中，所述第一表面111和所述第二表面112处于水平方向，所述第一耦入光栅120与所述第二耦入光栅 130投影位置重叠，所述第一光路组件140设置在所述第一表面111或所述第二表面112上，所述第二光路组件150设置在所述第一表面111或所述第二表面112上，所述光机160设置在靠近所述第一耦入光栅120的位置，且所述光机160产生的光传输到所述第一耦入光栅120或所述第二耦入光栅130中。使得光路只能从中间位置产生，而且在成像的时候即使出现虚拟现实设备倾斜，在只有一个光机160的情况下，左目区和右目区成像融合就不会发生角度偏离，从而实现成像融合成功，再加上，本技术还能通过利用光波导基体110的两个表面同时衍射，从而提高光效，降低功耗，并保证两表面传播的光线能量相等，得到的图像质量更好。
54.以下请参阅图1至图3所示，可选地，光波导基体110的两个表面衍射效率不相同，靠近光机160的第一表面的衍射效率n1大于远离光机160 的另一表面的衍射效率n2，其中，n2＝n1/(1-n1)，本身衍射光栅的衍射效率偏低，很大一部分光线在经过第一次衍射后的零级光依然很强(这里是1-n1)，如果在第二表面将这部分零级光继续利用起来，将提高光效，
降低功耗。
55.可选地，光机会产生光源，一部分光源通过光波导基体110射入到第一耦入光栅120中，光源在第一耦入光栅120中折射和反射并将光传入到第一光路组件140或第二光路组件150中，光源最终从第一光路组件140 或第二光路组件150中射出成像，另一部分光源会穿透过第一耦入光栅120进入到第二耦入光栅130中并将光传递给第一光路组件140或第二光路组件150中，光源最终从第一光路组件140或第二光路组件150中射出成像。
56.在可选实施例中，当所述第一光路组件140和所述第二光路组件150 同时设置于所述第一表面111上时，所述第一耦入光栅120设置为所述第一光路组件140和所述第二光路组件150连线的中间部分，或当所述第一光路组件140和所述第二光路组件150同时设置于所述第二表面112上时，所述第二耦入光栅130设置为所述第一光路组件140和所述第二光路组件 150连线的中间部分。即第一耦入光栅120或第二耦入光栅130可以设置在所述第一光路组件140和所述第二光路组件150连线的中间部分，这样使得从第一耦入光栅120或第二耦入光栅130进入的光源利用效率较高。
57.在可选实施例中，当所述第一光路组件140设置于第一表面111上，所述第二光路组件150设置于第二表面112上时，且所述第一光路组件140 与所述第二光路组件150垂直于相应表面上的位置不重叠。通过在两表面上分别设置所述第一光路组件140和所述第二光路组件150，从而将两表面的衍射光栅的衍射效率全部利用起来，提高光效，降低功耗，节省了成本。
58.如图1和图5所示，在可选实施例中，还包括：第三光路组件170和第四光路组件180，当所述第三光路组件170和所述第四光路组件180同时设置于所述第一表面111上时，第一耦入光栅120设置为所述第三光路组件170和所述第四光路组件180连线的中间部分，或所述第三光路组件 170和所述第四光路组件180同时设置于所述第二表面112，第二耦入光栅130设置为所述第三光路组件170和所述第四光路组件180连线的中间部分；具体地，所述第一光路组件140和所述第二光路组件150所在的表面与所述第三光路组件170和第四光路组件180所在的表面共同组成了整个装置的光路，优点在于最终成像的视野更加广阔，成像效果更好，或者，所述第三光路组件170设置于所述第一表面111上，第四光路组件180设置于所述第二表面112上时，所述第一光路组件140和所述第三光路组件 170在同一表面上，所述第二光路组件150和所述第四光路组件180在同一表面上，同理，最终成像的视野更加广阔，成像效果更好，再加上，两个表面同时利用，将提高光效，降低功耗。
59.需要说明的是，第三光路组件170和第四光路组件180最终成像光路、原理和所述第一光路组件140和第二光路组件150成像光路、原理相同，且第三光路组件170和第四光路组件180可以设置在同一表面上，即同时设置在第一表面111或第二表面112上，还可以是第三光路组件170与第一光路组件140或第二光路组件150设置在同一表面上，第四光路组件180 与第一光路组件140或第二光路组件150设置在同一表面上。
60.在可选实施例中，所述第一光路组件140和所述第二光路组件150设置在不同表面上以所述光波导基体的中心为中心对称，所述第一光路组件 140和所述第二光路组件150在设置同一表面以所述第一耦入光栅或所述第二耦入光栅为轴对称。不论所述第一光路组件140和所述第二光路组件 150之间是中心对称，还是轴对称，都是能够提高最终成像的效果或质量。
61.在可选实施例中，当所述第一光路组件140和所述第二光路组件150 在同一表面上时，所述第一光路组件140和所述第二光路组件150以所述第一耦入光栅120或所述第二耦入光栅130为轴对称，所述第三光路组件 170和所述第四光路组件180以所述第一耦入光栅120或所述第二耦入光栅130为轴对称，当所述第一光路组件140和所述第三光路组件170在不同表面上时，所述第一光路组件140和所述第二光路组件150以所述光波导基体110中心位置为中心对称，所述第三光路组件170和所述第四光路组件180以所述光波导基体110中心位置为中心对称。通过将第一光路组件140和所述第二光路组件150之间以及所述第三光路组件170和所述第四光路组件180之间是轴对称，或者，第一光路组件140和所述第二光路组件150之间以及所述第三光路组件170和所述第四光路组件180之间是中心对称，使得各个部件分布位置更加合理，从而得到最终的图像视野也更合理、广阔，并且也提高了光效，降低功耗。
62.在可选实施例中，所述第一光路组件140包括至少一个第一转折光栅 141和第一耦出光栅142，所述第二光路组件150包括至少一个第二耦出光栅152和第二转折光栅151，所述第一耦入光栅120与所述至少一个第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142对应设置，和/或，所述第一耦入光栅120与所述至少一个第二耦出光栅152和所述第二转折光栅151对应设置；
63.所述第二耦入光栅130与所述至少一个所述第一转折光栅141和第一耦出光栅142对应设置，和/或，所述第二耦入光栅130与所述至少一个第二耦出光栅152和所述第二转折光栅151对应设置。
64.在可选实施例中，当所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142 为一个，且所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152为一个时，所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142与所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152在同一表面上，所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142与所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152以所述第一耦入光栅120或所述第二耦入光栅130为轴对称；
65.所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142与所述第二转折光栅 151和所述第二耦出光栅152在不同表面上，所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142与所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152以所述光波导基体110中心位置为中心对称；或者，所述第一耦出光栅142 和第二耦出光栅152同时间隔设置于所述第一表面111上，且所述第一耦出光栅142和第二耦出光栅152以所述第一耦入光栅120为轴对称，所述第一转折光栅141和所述第二转折光栅151间隔设置在于所述第二表面上，所述第一转折光栅141和所述第二转折光栅151以所述第二耦入光栅 130为轴对称。
66.具体地，光机会产生光源，一部分光源通过光波导基体射入到第一耦入光栅中，光源在第一耦入光栅中折射和反射并将光传入到第一转折光栅141或第二转折光栅151中，光源最终从第一耦出光栅142或第二耦出光栅152中射出成像，另一部分光源会穿透过第一耦入光栅进入到第二耦入光栅中并将光传递给第一转折光栅141或第二转折光栅151中，光源最终从第一耦出光栅142或第二耦出光栅152中射出成像。或者，光机产生的光源通过第一耦入光栅120和第二耦入光栅130将光源分别传输到第一转折光栅141和第二转折光栅151上，第一转折光栅141和第二转折光栅151 最终分别将光传输到第一耦出光栅142和第二耦出光栅152并最终成像，将第一表面111和第二表面112全部合理的利用起来，并且也提高了
光效，降低功耗。
67.具体地，第三光路组件170包括一个第三转折光栅171和第三耦出光栅172，所述第四光路组件180包括一个第四耦出光栅182和第四转折光栅181，其中第三转折光栅171和第三耦出光栅172，以及第四耦出光栅 182和第四转折光栅181之间的关系与上述所述第一光路组件包括至少一个第一转折光栅141和第一耦出光栅142，所述第二光路组件包括至少一个第二耦出光栅152和第二转折光栅151的关系类似，以及光路线传播和成像原理相同，在此不再赘述。
68.在可选实施例中，当所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142 分别为两个，所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152分别为两个时；
69.两个所述第一转折光栅141间隔设置在所述第一表面111的中心区域上，两所述第一耦出光栅142间隔设置在所述第一表面111的边缘区域上，两个所述第一转折光栅141靠近所述第一耦入光栅120，两个所述第一转折光栅141和所述第一耦出光栅142之间以所述第一耦入光栅120为轴对称设置；
70.两个所述第二转折光栅151间隔设置在所述第二表面112的中心区域上，两个所述第二耦出光栅152间隔设置在所述第二表面112的边缘区域上，两个所述第二转折光栅151靠近所述第二耦入光栅130，两个所述第二转折光栅151和所述第二耦出光栅152之间以所述第二耦入光栅130为轴对称设置。通过将第一表面111和第二表面112全部合理地的利用起来，提高了光效，降低功耗，还成像视野更加开阔，成像效果和质量提高。
71.本技术实施例还提供了一种虚拟现实设备，包括上述可选实施例中任意一项所述的双目衍射光波导装置100。此虚拟现实设备可以解决现有虚拟设备体积大、功耗高和重量大的问题，而且还可以避免佩戴者使用虚拟现实设备时会产生倾斜，导致虚拟现实设备内的左目区和右目区成像融合失败的情况发生，最终成像质量更好。
72.应当理解的是，本技术的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本技术的原理，而不构成对本技术的限制。因此，在不偏离本技术的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。此外，本技术所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。