一种二维光波导、虚实光波合束器以及AR设备

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种二维光波导、一种虚实光波合束器以及一种AR设备。

背景技术

随着信息技术的深入发展，增强现实(Augmented Reality,AR)技术已经逐渐被人们认识和接受，相关应用技术发展及产品研发得到了广泛关注。目前越来越多的科技巨头公司通过收购、投资、自研等方式进入AR行业，如苹果、微软、谷歌、Facebook、华为等。AR设备能够在现实世界叠加融合虚拟内容，从而实现人眼同时接收虚拟图像信息和现实图像信息，进一步应用于娱乐、教育、工业、交通、医疗、旅游等广泛行业。AR设备的核心器件是虚实光波合束器(Combiner)，其作用是将虚拟图像成像到人眼视网膜上，同时允许透过现实世界的光线，实现虚实融合的AR显示。既可采用传统几何光学器件如棱镜、半透半反镜片、自由曲面镜、阵列波导等，也可采用衍射光学器件如面浮雕光波导、全息光波导等。其中衍射光波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，基于全反射原理实现光线传输，能够做到结构紧凑和器件轻便，是目前最具竞争力的AR设备核心光学器件。

目前，应用于AR设备的衍射光波导主要分耦入区、折光扩瞳区和耦出区，通过在光波导基底玻片上不同的区域制作不同的光栅来控制光的传播方向，其中耦入区面积较小，实现投影光束耦合进入光波导；折光扩瞳区面积较大，主要实现扩瞳功能；耦出区面积最大，实现光束出射进入人眼。然而在现有技术中，折光扩瞳效率低下，导致成像效率不高。所以如何提供一种折光扩瞳效率高的二维光波导是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维光波导，具有较高的折光扩瞳效率；本发明还提供了一种虚实光波合束器以及一种AR设备，具有较高的折光扩瞳效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种二维光波导，包括基底、耦入光栅和耦出光栅；

所述基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；所述折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，所述缺陷轨道从所述耦入区向远离所述耦入区一侧延伸，所述缺陷带的一端与所述缺陷轨道接触，所述缺陷带的另一端延伸至所述耦出区，至少两条所述缺陷带沿所述缺陷轨道轴线分布；

所述折光扩瞳区中相邻所述缺陷带之间、所述缺陷带与所述缺陷轨道之间、所述缺陷带与所述折光扩瞳区边缘之间、以及所述缺陷轨道与所述折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，所述散射柱的轴线垂直于所述折光扩瞳区表面；

所述耦入光栅位于所述耦入区表面，所述耦出光栅位于所述耦出区表面。

可选的，所述缺陷轨道的宽度沿从所述耦入区向远离所述耦入区一侧方向的宽度逐渐变小。

可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述缺陷轨道从所述基底表面一侧边缘部延伸至所述基底表面另一侧边缘部，所述耦出区包括相对于所述缺陷轨道轴线相对设置的第一耦出区和第二耦出区，所述缺陷带包括第一缺陷带和第二缺陷带，所述第一缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第一耦出区，所述第二缺陷带从所述缺陷轨道延伸至所述第二耦出区。

可选的，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；

与所述缺陷轨道轴线垂直的直线型缺陷带、与所述缺陷轨道轴线非垂直的斜线型缺陷带、折线型缺陷带。

可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧边缘部，所述耦出区位于所述基底表面另一侧，所述缺陷轨道从所述耦入区延伸至所述耦出区；所述缺陷带包括位于缺陷轨道一侧的第一缺陷带以及位于缺陷轨道另一侧的第二缺陷带，所述缺陷带为折线型缺陷带。

可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧角边缘部，所述耦出区位于所述缺陷轨道一侧。

可选的，所述缺陷带为以下任意一项或任意组合；

与所述缺陷轨道轴线垂直的直线型缺陷带、与所述缺陷轨道轴线非垂直的斜线型缺陷带、折线型缺陷带。

可选的，所述耦入区位于所述基底表面一侧角边缘部，所述耦出区位于所述基底表面另一侧，所述缺陷轨道从所述耦入区延伸至所述耦出区；所述缺陷带为折线型缺陷带。

可选的，所述缺陷轨道长度的取值范围为5mm至50mm，包括端点值。

可选的，所述缺陷带宽度的取值范围为0.1mm至5mm，包括端点值。

可选的，所述耦出区与所述折光扩瞳区重合。

本发明还提供了一种虚实光波合束器，包括如上述任一项所述的二维光波导。

本发明还提供了一种AR设备，包括如上述任一项所述的二维光波导。

本发明所提供的一种二维光波导，基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，缺陷轨道从耦入区向远离耦入区一侧延伸，缺陷带的一端与缺陷轨道接触，缺陷带的另一端延伸至耦出区，至少两条缺陷带沿缺陷轨道轴线分布；折光扩瞳区中相邻缺陷带之间、缺陷带与缺陷轨道之间、缺陷带与折光扩瞳区边缘之间、以及缺陷轨道与折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，散射柱的轴线垂直于折光扩瞳区表面。

由于光子晶体的存在，缺陷轨道与缺陷带会构成导光支路，从耦入区传输进基底的光线可以通过缺陷轨道以及缺陷带传输至耦出区以实现扩瞳功能。光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。

本发明还提供了一种虚实光波合束器以及一种AR设备，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本发明实施例所提供的一种二维光波导的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的第一种具体的二维光波导的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的第二种具体的二维光波导的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的第三种具体的二维光波导的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的第四种具体的二维光波导的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的第五种具体的二维光波导的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的第六种具体的二维光波导的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的第七种具体的二维光波导的结构示意图。

图中：1.基底、2.耦入区、3.折光扩瞳区、31.缺陷轨道、32.缺陷带、321.第一缺陷带、322.第二缺陷带、33.散射柱、4.耦出区、41.第一耦出区、42.第二耦出区。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种二维光波导。在现有技术中，第一，折光扩瞳区采用波导基片表面制作衍射光栅以实现遮光扩瞳功能，但其折光扩瞳效率较低，极大降低了衍射光波导的整体衍射效率；第二，一维光栅结构中，折光扩瞳区的衍射光栅不能和耦出区的衍射光栅重合，限制了衍射光波导显示区域的占比；第三，衍射光栅仅能以反射或透射形式提供光路控制，限制了衍射光波导光路设计的灵活性和美观性。

而本发明所提供的一种二维光波导，基底表面划分有耦入区、折光扩瞳区和耦出区；折光扩瞳区内设置有缺陷轨道和至少两条缺陷带，缺陷轨道从耦入区向远离耦入区一侧延伸，缺陷带的一端与缺陷轨道接触，缺陷带的另一端延伸至耦出区，至少两条缺陷带沿缺陷轨道轴线分布；折光扩瞳区中相邻缺陷带之间、缺陷带与缺陷轨道之间、缺陷带与折光扩瞳区边缘之间、以及缺陷轨道与折光扩瞳区边缘之间为光子晶体区，光子晶体区设置有多个散射柱以形成光子晶体，散射柱的轴线垂直于折光扩瞳区表面。

由于光子晶体的存在，缺陷轨道与缺陷带会构成导光支路，从耦入区传输进基底的光线可以通过缺陷轨道以及缺陷带传输至耦出区以实现扩瞳功能。光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参考图1以及图2，图1为本发明实施例所提供的一种二维光波导的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的第一种具体的二维光波导的结构示意图。

参见图1，在本发明实施例中，二维光波导包括基底1、耦入光栅和耦出光栅；所述基底1表面划分有耦入区2、折光扩瞳区3和耦出区4；所述折光扩瞳区3内设置有缺陷轨道31和至少两条缺陷带32，所述缺陷轨道31从所述耦入区2向远离所述耦入区2一侧延伸，所述缺陷带32的一端与所述缺陷轨道31接触，所述缺陷带32的另一端延伸至所述耦出区4，至少两条所述缺陷带32沿所述缺陷轨道31轴线分布；所述折光扩瞳区3中相邻所述缺陷带32之间、所述缺陷带32与所述缺陷轨道31之间、所述缺陷带32与所述折光扩瞳区3边缘之间、以及所述缺陷轨道31与所述折光扩瞳区3边缘之间为光子晶体区，所述光子晶体区设置有多个散射柱33以形成光子晶体，所述散射柱33的轴线垂直于所述折光扩瞳区3表面；所述耦入光栅位于所述耦入区2表面，所述耦出光栅位于所述耦出区4表面。

上述基底1为二维光波导的主体结构，在本发明实施例中该基底1通常呈片状。有关基底1的具体材质可以参考现有技术，在此不再进行赘述。外界的光线会从耦入区2传输进基底1，经过折光扩瞳区3进行扩瞳传输之后，从耦出区4传输出基底1。需要说明的是，上述耦入区2、折光扩瞳区3和耦出区4通常位于基底1的同一表面。

上述耦入区2表面设置有耦入光栅，耦出区4表面设置有耦出光栅，外界光线会通过耦入光栅传输进基底1，相应的经过折光扩瞳区3扩瞳的光线会通过耦出光栅传输出二维光波导。有关耦入光栅以及耦出光栅的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

上述折光扩瞳区3中还划分有缺陷轨道31、缺陷带32以及光子晶体区。其中，通常情况下折光扩瞳区3内仅设置一条缺陷轨道31，该缺陷轨道31的一端会与耦入区2相接触，并从耦入区2向基底1表面远离耦入区2一侧延伸。相应的，外界光线会先从耦入区2沿缺陷轨道31向外延伸。需要说明的是，为了保证从耦入区2传输进基底1的光线可以完全的传输进缺陷轨道31，上述缺陷轨道31与耦入区2相接触的端部宽度通常与耦入区2的宽度相同。具体的，上述耦入区2的宽度取值通常在1mm至20mm之间，包括端点值；相应的，上述缺陷轨道31与耦入区2相接触的端部宽度的取值通常在1mm至20mm之间，包括端点值。具体的，在本发明实施例中，上述缺陷轨道31长度的取值范围通常为5mm至50mm，包括端点值，以符合用户佩戴的习惯。

上述折光扩瞳区3中设置有至少两条缺陷带32，该缺陷带32的一端与缺陷轨道31接触，而缺陷带32的另一端延伸至耦出区4与耦出区4接触，使得缺陷带32具体用于将缺陷轨道31内传输的光线进行扩散并具体传输至耦出区4。上述缺陷带32需要沿缺陷轨道31轴线分布，通常情况下缺陷带32的轴线会与缺陷轨道31的轴线呈一定角度，光线在从缺陷轨道31进入缺陷带32时，通常会转一较大的角度以实现扩瞳功能。需要说明的是，上述缺陷带32通常位于缺陷轨道31的同一侧或者是两侧分布，当光线沿缺陷轨道31从耦入区2向远离耦入区2一侧延伸时，不同功率的光线会具体传输至对应的缺陷带32以实现扩瞳功能，即不同缺陷带32内传输的光线所对应的的功率通常均不相同。同时为了便于折光扩瞳区3的设置，位于缺陷轨道31同一侧的缺陷带32通常相互平行。

上述折光扩瞳区3中设置有光子晶体区。具体的，折光扩瞳区3中相邻缺陷带32之间、缺陷带32与缺陷轨道31之间、缺陷带32与折光扩瞳区3边缘之间、以及缺陷轨道31与折光扩瞳区3边缘之间为光子晶体区。即上述折光扩瞳区3中，非缺陷带32以及非缺陷轨道31的区域通常均为光子晶体区。需要说明的是，在本发明实施例中缺陷轨道31以及缺陷带32通常是由于光子晶体区不同的划分所形成，即缺陷轨道31轴线的两侧需要均设置有光子晶体区以形成缺陷轨道31；同时缺陷带32轴线的两侧需要均设置有光子晶体区以形成缺陷带32。具体的，在本发明实施例中上述缺陷带32宽度的取值范围通常为0.1mm至5mm，包括端点值，以保证光线扩瞳区具有有效的扩瞳功能。

在本发明实施例中，上述光子晶体区设置有多个散射柱33以形成光子晶体，散射柱33的轴线垂直于折光扩瞳区3表面。由于散射柱33的设置会使光子晶体区形成光子晶体，即上述散射柱33的折射率与基底1的折射率并不相同，且散射柱33的会在光子晶体区内周期状规则分布，以形成光子晶体。需要说明的是，上述散射柱33会沿垂直于折光扩瞳区3表面方向设置，以保证光子晶体可以限制从耦出区4传入的光线沿缺陷轨道31以及缺陷带32传输。

在本发明实施例中对于散射柱33具体的形状并不做具体限定，该散射柱33具体可以为圆柱、三棱柱、长方体等等均可，视具体情况而定；同时，在本发明实施例中对于相邻散射柱33之间分布的形状同样不做具体限定，相邻散射柱33之间可以按正三角形排列、正方形排列、长方形排列均可，在本发明实施例中不做具体限定。通常情况下，在本发明实施例中散射柱33为空气柱，即该光子晶体通常是在基底1表面的光子晶体区刻蚀小孔而成。当然，在本发明实施例中对于散射柱33的材质并不做具体限制，视具体情况而定。当然，散射柱33的折射率、尺寸大小、散射柱33之间间距及排列方式，以及散射柱33和基底1折射率等参数共同决定了光子晶体能够约束的光的波长范围。因此要保证特定波长光在本发明实施例所提用的二维光波导内传输，散射柱33的折射率需要满足一定的约束条件。。

在本发明实施例中，光子晶体会对工作波长内的光线具有光子禁带效应，从而保证光线只能沿缺陷轨道31以及缺陷带32传输。而言缺陷轨道31轴线方向，不同功能的光线会在对应的缺陷带32内传输，以实现扩瞳功能。需要指出的是，实现光束功率分比的成熟方法包括控制缺陷带32的宽度大小、缺陷轨道31和缺陷带32接口处散射柱33调控等等，本公开不限定光束功率分比的方法。

作为优选的，在本发明实施例中，所述缺陷轨道31的宽度沿从所述耦入区2向远离所述耦入区2一侧方向的宽度逐渐变小，即上述缺陷轨道31的宽度会沿光线传输方向逐渐变小。将缺陷轨道31设置成上述结构，可以保证光线会尽可能多的传输进缺陷带32，并最终尽可能多的传输至耦出区4。有关缺陷轨道31具体的宽度参数可以根据实际情况自行设定，在本发明实施例中不做具体限定。

参见图2，作为优选的，在本发明实施例中，所述耦出区4与所述折光扩瞳区3重合。此时，位于耦出区4区表面设置的耦出光栅会沿图2中垂直于纸面方向覆盖折光扩瞳区3，通常具体会覆盖折光扩瞳区3中缺陷轨道31一侧的缺陷带32和光子晶体区，即上述耦出光栅具体会覆盖从折光扩瞳区3一直延伸至缺陷轨道31的区域。当然，上述耦出光栅也可以覆盖缺陷轨道31，视具体情况而定，在此不做具体限定。使得耦出区4与折光扩瞳区3重合，可以极大的增加耦出区4面积占比。

本发明实施例所提供的一种二维光波导，基底1表面划分有耦入区2、折光扩瞳区3和耦出区4；折光扩瞳区3内设置有缺陷轨道31和至少两条缺陷带32，缺陷轨道31从耦入区2向远离耦入区2一侧延伸，缺陷带32的一端与缺陷轨道31接触，缺陷带32的另一端延伸至耦出区4，至少两条缺陷带32沿缺陷轨道31轴线分布；折光扩瞳区3中相邻缺陷带32之间、缺陷带32与缺陷轨道31之间、缺陷带32与折光扩瞳区3边缘之间、以及缺陷轨道31与折光扩瞳区3边缘之间为光子晶体区，光子晶体区设置有多个散射柱33以形成光子晶体，散射柱33的轴线垂直于折光扩瞳区3表面。

由于光子晶体的存在，缺陷轨道31与缺陷带32会构成导光支路，从耦入区2传输进基底1的光线可以通过缺陷轨道31以及缺陷带32传输至耦出区4以实现扩瞳功能。光子晶体可以完全禁止光线传播，从而使得光线可以沿导光支路实现大角度低损耗弯折传输，从而使得二维光波导具有较高的折光扩瞳效率。

有关本发明所提供的一种二维光波导的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图3以及图4，图3为本发明实施例所提供的第二种具体的二维光波导的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的第三种具体的二维光波导的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对二维光波导的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3以及图4，在本发明实施例中，所述耦入区2位于所述基底1表面一侧边缘部，所述缺陷轨道31从所述基底1表面一侧边缘部延伸至所述基底1表面另一侧边缘部，所述耦出区4包括相对于所述缺陷轨道31轴线相对设置的第一耦出区41和第二耦出区42，所述缺陷带32包括第一缺陷带321和第二缺陷带322，所述第一缺陷带321从所述缺陷轨道31延伸至所述第一耦出区41，所述第二缺陷带322从所述缺陷轨道31延伸至所述第二耦出区42。

首先需要说明的是，耦入区2通常位于基底1表面的边缘部，以便于基于本发明实施例所提供的二维光波导所制成的AR设备等图像的显示。在本发明实施例中，耦入区2位于基底1表面一侧边缘部，通常该耦入区2会位于基底1表面一侧边缘部的中间区域。上述区缺陷轨道31会从基底1表面一侧边缘部，即耦入区2延伸至基底1表面另一侧边缘部，以使光线可以从基底1表面一侧边缘部延伸至另一侧边缘部。

上述耦出区4包括第一耦出区41和第二耦出区42，该第一耦出区41和第二耦出区42会以缺陷轨道31轴线相对设置，即若耦入区2位于基底1表面左侧，则缺陷轨道31会从左侧延伸至右侧，上述第一耦出区41通常位于基底1表面上侧，第二耦出区42通常位于基底1表面下侧。相应的，上述缺陷带32包括第一缺陷带321和第二缺陷带322，其中第一缺陷带321会从缺陷轨道31延伸至第一耦出区41，以将部分光线传输至第一耦出区41进行成像；而第二缺陷带322会从缺陷轨道31延伸至第二耦出区42，以将部分光线传输至第二耦出区42进行成像。

在本发明实施例中，第一缺陷带321、第二缺陷带322、第一耦出区41以及第二耦出区42的设置会将耦入区2传输进的光线向两侧传输，以显示出一个图像。具体的，上述缺陷带32为以下任意一项或任意组合；与所述缺陷轨道31轴线垂直的直线型缺陷带32、与所述缺陷轨道31轴线非垂直的斜线型缺陷带32、折线型缺陷带32。上述缺陷带32可以以缺陷轨道31轴线为中心，沿垂直于缺陷轨道31轴线方向延伸，从而形成直线型缺陷带32；上述缺陷带32还可以以缺陷轨道31轴线为中心，沿一斜线延伸，从而形成斜线型缺陷带32；上述缺陷带32还可以为折线型缺陷带32，以将光线传输至耦出区4。当然，在本发明实施例中对于缺陷带32具体的形状并不作具体限定，视具体情况而定。

需要说明的是，在本发明实施例中耦入区2可以位于基底1表面左侧或右侧，使得光线沿水平方向传输；耦入区2也可以位于基底1表面上侧或下侧，使得光线沿垂直方向传输均可，在本发明实施例中不做具体限定。

本发明实施例所提供的一种二维光波导，耦入区2位置在二维光波导的中轴线附近，适用于投影光机设置在眼镜两侧镜腿上的AR眼镜，与现有的眼镜形状十分匹配，不用额外设计眼镜形状，适用性广，通用性强。

有关本发明所提供的一种二维光波导的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图5，图5为本发明实施例所提供的第四种具体的二维光波导的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对二维光波导的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图5，在本发明实施例中，所述耦入区2位于所述基底1表面一侧边缘部，所述耦出区4位于所述基底1表面另一侧，所述缺陷轨道31从所述耦入区2延伸至所述耦出区4；所述缺陷带32包括位于缺陷轨道31一侧的第一缺陷带321以及位于缺陷轨道31另一侧的第二缺陷带322，所述缺陷带32为折线型缺陷带32。

上述耦入区2位于基底1表面一侧边缘部，而耦出区4位于述基底1表面另一侧，即耦入区2和耦入区2在基底1表面会相对设置。此时，上述缺陷轨道31会从耦入区2延伸至耦出区4，而上述缺陷带32为折线形缺陷带32，该缺陷带32的一端会与缺陷轨道31接触，而缺陷带32会折向耦出区4并最终延伸至耦出区4，以向耦出区4传输光线。

具体的，上述缺陷带32会包括第一缺陷带321和第二缺陷带322，第一缺陷带321和第二缺陷带322会分别位于缺陷带32的两侧，以从缺陷轨道31的两侧向耦出区4传输光线。

需要说明的是，在本发明实施例中耦入区2可以位于基底1表面左侧或右侧，使得光线沿水平方向传输；耦入区2也可以位于基底1表面上侧或下侧，使得光线沿垂直方向传输均可，在本发明实施例中不做具体限定。

本发明实施例所提供的一种二维光波导，耦入区2位置在二维光波导的中轴线附近，适用于投影光机设置在眼镜两侧镜腿上的AR眼镜，与现有的眼镜形状十分匹配，不用额外设计眼镜形状，适用性广，通用性强。

有关本发明所提供的一种二维光波导的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图6以及图7，图6为本发明实施例所提供的第五种具体的二维光波导的结构示意图；图7为本发明实施例所提供的第六种具体的二维光波导的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对二维光波导的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图6以及图7，在本发明实施例中，所述耦入区2位于所述基底1表面一侧角边缘部，所述耦出区4位于所述缺陷轨道31一侧。

上述基底1通常呈矩形或圆角矩形等类似矩形的形状，此时基底1的边缘部具体包括有位于四个角的角边缘部。在本发明实施例中，耦入区2位于基底1表面一侧角边缘部。相应的，上述缺陷轨道31会沿基底1表面的一侧边延伸。此时，上述耦入区2通常只设置在缺陷轨道31一侧。此时，缺陷带32会从缺陷轨道31延伸至耦入区2，以将光线传输至耦入区2进行成像。此时，上述耦入区2以及缺陷轨道31通常位于AR设备的视野边缘，从而使得本发明实施例所提供的二维光波导不会影响用户的视线。

具体的，上述缺陷带32为以下任意一项或任意组合；与所述缺陷轨道31轴线垂直的直线型缺陷带32、与所述缺陷轨道31轴线非垂直的斜线型缺陷带32、折线型缺陷带32。上述缺陷带32可以以缺陷轨道31轴线为中心，沿垂直于缺陷轨道31轴线方向延伸，从而形成直线型缺陷带32；上述缺陷带32还可以以缺陷轨道31轴线为中心，沿一斜线延伸，从而形成斜线型缺陷带32；上述缺陷带32还可以为折线型缺陷带32，以将光线传输至耦出区4。当然，在本发明实施例中对于缺陷带32具体的形状并不作具体限定，视具体情况而定。

需要说明的是，在本发明实施例中光线可以沿水平方向传输或者是沿垂直方向传输均可，在本发明实施例中不做具体限定。

本发明实施例所提供的一种二维光波导，耦入区2设置在折光扩瞳区3一侧，缺陷轨道31沿基底1侧边与延伸，投影机可以设置在眼镜两侧镜腿上也可以设置在镜片上方，与现有的眼镜形状匹配，不用额外设计眼镜形状，适用性广，通用性强。

有关本发明所提供的一种二维光波导的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图8，图8为本发明实施例所提供的第七种具体的二维光波导的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对二维光波导的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图8，在本发明实施例中，所述耦入区2位于所述基底1表面一侧角边缘部，所述耦出区4位于所述基底1表面另一侧，所述缺陷轨道31从所述耦入区2延伸至所述耦出区4；所述缺陷带32为折线型缺陷带32。

上述基底1通常呈矩形或圆角矩形等类似矩形的形状，此时基底1的边缘部具体包括有位于四个角的角边缘部。在本发明实施例中，耦入区2位于基底1表面一侧角边缘部。相应的，上述缺陷轨道31会沿基底1表面的一侧边延伸。在本发明实施例中，耦入区2位于基底1表面一侧角边缘部，而耦出区4位于述基底1表面另一侧，即耦入区2和耦入区2在基底1表面会相对设置。此时，上述缺陷轨道31会从耦入区2延伸至耦出区4，而上述缺陷带32为折线形缺陷带32，该缺陷带32的一端会与缺陷轨道31接触，而缺陷带32会折向耦出区4并最终延伸至耦出区4，以向耦出区4传输光线。在本发明实施例中，上述耦入区2以及缺陷轨道31通常位于AR设备的视野边缘，从而使得本发明实施例所提供的二维光波导不会影响用户的视线。

需要说明的是，在本发明实施例中光线可以沿水平方向传输或者是沿垂直方向传输均可，在本发明实施例中不做具体限定。

本发明实施例所提供的一种二维光波导，耦入区2设置在折光扩瞳区3一侧，缺陷轨道31沿基底1侧边与延伸，投影机可以设置在眼镜两侧镜腿上也可以设置在镜片上方，与现有的眼镜形状匹配，不用额外设计眼镜形状，适用性广，通用性强。

下面将提供一种具体的二维光波导。在本发明实施例中，基底1表面划分有耦入区2、折光扩瞳区3和耦出区4。耦入区2设置在折光扩瞳区3左侧，垂直入射至二维光波导平面耦入区2的光束变成波导片内从耦入区2向右传输的光束；折光扩瞳区3中设置有预设结构的光子晶体，光子晶体是一系列在波导平面上呈特殊排列的圆柱形的空气柱，孔型为横线阵列式分布，光子晶体结构在垂直波导平面方向为等于波导厚度的均匀结构；折光扩瞳区3从左到右呈宽度逐步变小的缺陷轨道31，缺陷轨道31从左到右向下衍生至少两条缺陷带32，所述缺陷带32为斜线型。这种缺陷轨道31和缺陷带32起到导光作用，在折光扩瞳区3从左到右传输的光束将按照特定功率将部分光分到缺陷带32内，从而实现整体光束不断向下传播。通过对缺陷轨道31与空气柱宽带大小设计，使得由缺陷轨道31上的光向各子缺陷带32上进行分光。本实施例中，缺陷轨道31衍生出10条向下的缺陷带32。本实施例中，光波波长640nm，二维光波导材料采用相对介电常数为20的聚合物，折光扩瞳区3的孔占空比为0.492，通过计算模拟可以得到分光比为75：1.5。缺陷轨道31与耦入区2宽度一致，为5mm，缺陷轨道31长度和耦出区4长度一致，为30mm；缺陷带32的宽度为5mm；折光扩瞳区3整体宽度范围为40mm，耦出区4与折光扩瞳区3重合。

下面对本发明所提供的一种虚实光波合束器进行介绍，下文描述的虚实光波合束器与上述描述的二维光波导的结构可以相互对应参照。

本发明实施例所提供的一种虚实光波合束器，包括上述任一发明实施例所提供的二维光波导，通常还包括位于所述二维光波导表面的保护玻璃、以及与所述二维光波导光通信连接的变色器件。有关保护玻璃以及变色器件的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。需要指出的是，本公开对光波导保护玻璃、变色器件等不作具体限定，对虚实光波合束器(Combiner)也不作具体限定，只要包括了本发明公开的二维光波导的虚实光波合束器(Combiner)即可。其余内容可以参照现有技术，在此不再进行展开描述。

下面对本发明所提供的一种AR设备进行介绍，下文描述的AR设备与上述描述的二维光波导的结构可以相互对应参照。

本发明实施例所提供的一种AR设备，包括如上述任一发明实施例所述的二维光波导，通常还包括投影显示模块、计算模块和传感模块；所述传感模块用于获取方位信息，所述计算模块用于根据所述方位信息控制所述投影显示模块中的图像源产生对应图像；所述图像通过所述耦入光栅传输入所述耦入区2。

上述传感模块用于感知方位信息，而计算模块用于根据方位信息控制投影显示模块中的图像源产生对应图像，该图像会通过耦入光栅传输入耦入区2。当然，上述传感模块通常包括有很多设备，例如摄像头、IMU(惯性测量单元)等传感器以测量不同的参数，有关传感模块具体的结构以及具体工艺可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。需要指出的是，本发明实施例对投影显示单元中的图像源不作具体限定，优选地，该投影显示单元中的图像源可以为LCoS、DMD、OLED、microLED、LBS中的任意一种或多种，所述图像源配以相应的光学设计及光学转接棱镜，将扩大的图像输入至波导耦入区2。

还需要指出的是，本公开对AR设备不作具体限定，优选地，所述AR设备为AR眼镜、AR头盔设备和AR平视显示器(HUD)中的任意一种或多种均可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种二维光波导、一种虚实光波合束器以及一种AR设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。