用于增强现实显示的装置和用于实现增强现实显示的系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及图像显示技术，特别涉及用于增强现实显示的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。用于增强现实显示的装置包含：光波导镜片；设置于光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，其中，第二光学功能结构和第三光学功能结构位于第一光学功能结构与第四光学功能结构之间，其中，包含第一电场分量和第二电场分量的光线经第一光学功能结构耦入光波导镜片，在第一光学功能结构的作用下，光线的第一电场分量和第二电场分量在光波导镜片内分别沿第一方向和第二方向，经全反射到达所述第二光学功能结构和第三光学功能结构，并且在第二光学功能结构和第三光学功能结构的作用下，经全反射到达第四光学功能结构并从第四光学功能结构出射。

Devices and systems for augmented reality display

【技术实现步骤摘要】
用于增强现实显示的装置和用于实现增强现实显示的系统
本技术涉及图像显示技术，特别涉及用于增强现实显示的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。
技术介绍
增强现实(AR)技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成在一起的新型显示技术。它不仅展现真实世界的信息，而且还将虚拟信息同时显示出来，从而实现两种信息的相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，利用头盔显示器将真实世界与计算机生成的虚拟图像叠加在一起的混合图像呈现给用户。目前主流的近眼式增强现实显示设备大多采用光波导原理。例如，在典型的增强现实显示设备中，微显示空间光调制器(例如LCOS)上的图像经过三片全息光栅耦合至光波导，随后经三片光波导分别传输，最后在人眼正前方通过相应的全息光栅耦合输出以投影至人眼。为了实现彩色投影，可以采用多层光波导的方式。然而基于上述工作原理的增强现实显示设备存在多个缺点。例如，视场范围内效率不均衡，造成显示明暗，从而影响体验效果。
技术实现思路
本技术的一个目的是提供一种用于增强现实显示的装置，其具有出瞳范围内光线扩展效率均衡性好等优点。按照本技术一个方面的用于增强现实显示的装置包含：光波导镜片；以及设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，其中，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构位于所述第一光学功能结构与第四光学功能结构之间，其中，包含第一电场分量和第二电场分量的光线经所述第一光学功能结构耦入所述光波导镜片，在所述第一光学功能结构的作用下形成具有所述第一电场分量的第一光束和具有所述第二电场分量的第二光束，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内分别沿第一方向和第二方向，经全反射到达所述第二光学功能结构和第三光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的作用下，经全反射到达所述第四光学功能结构并从所述第四光学功能结构出射，其中，所述第一电场分量和第二电场分量分别平行于第一方向和第二方向，所述第一光束和第二光束具有相同的波段范围。优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构和第四光学功能结构为二维光栅，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构为一维光栅。优选地，在上述装置中，所述一维光栅为下列中的一种：倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅和体光栅。优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构设置于所述光波导镜片表面的角部区域，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构沿所述光波导镜片的、与所述第一光学功能结构相邻的边设置，并且所述第四光学功能结构设置于所述光波导镜片的中央区域。优选地，在上述装置中，所述第四光学功能结构呈矩形，并且所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的纵向长度与所述矩形的尺寸匹配。优选地，在上述装置中，所述第一方向基本上垂直于第二方向。优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构位于所述光波导镜片的同一表面。本技术的还有一个目的是提供一种用于实现增强现实显示的系统，其具有出瞳范围内光线扩展效率均衡性好等优点。按照本技术另一个方面的用于实现增强现实显示的系统包含：图像源，配置为提供包含第一电场分量和第二电场分量的光线；以及至少一个图像呈现装置，每个所述图像呈现装置包括：光波导镜片；以及设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，其中，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构位于所述第一光学功能结构与第四光学功能结构之间，其中，所述光线经所述第一光学功能结构耦入所述光波导镜片，在所述第一光学功能结构的作用下形成具有所述第一电场分量的第一光束和具有所述第二电场分量的第二光束，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内分别沿第一方向和第二方向，经全反射到达所述第二光学功能结构和第三光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的作用下，经全反射到达所述第四光学功能结构并从所述第四光学功能结构出射，其中，所述第一电场分量和第二电场分量分别平行于第一方向和第二方向，所述第一光束和第二光束具有相同的波段范围。按照本技术的实施例，通过在光波导镜片表面设置两个光学功能结构分别用于在两个方向上扩展光线的两个电场分量，可以实现视场范围内光线扩展的均衡性。此外，当将第四光学功能结构设置于光波导镜片的中央时，可以通过增加第四光学功能结构所占的面积来增大出瞳视窗。再者，按照本技术上述实施例的图像呈现装置结构简单、紧凑，这对于装置总体尺寸的缩小是有利的。附图说明图1A和1B分别为按照本技术一个实施例的用于增强现实显示的装置的平面图和立体图。图2A-2C示出了可应用于图1A和1B所示实施例的一维光栅的的光学衍射示意图，其中，图2A所示为矩形光栅的光学衍射示意图，图2B所示为倾斜光栅的光学衍射示意图，图2C所示为闪耀光栅的光学衍射示意图。图3示出了可应用于图1A和1B所示实施例的二维光栅的示例。图4为图1A和1B所示的用于增强现实显示的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的X-Z平面内。图5为图1A和1B所示的用于呈现图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的Y-Z平面内。图6为图1A和1B所示的用于增强现实显示的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的Y-Z平面内。图7为图1A和1B所示的用于呈现图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的X-Z平面内。图8为按照本技术另一个实施例的用于实现增强现实显示的系统的示意图。具体实施方式下面将结合附图对本技术的具体实施方式作详细的描述。按照本技术的一个方面，通过在光波导镜片表面设置两个光学功能结构(例如一维光栅)分别用于在两个方向(例如两个相互垂直的方向)上扩展光线的两个电场分量，可以实现视场范围内光线扩展的均衡性。图1A和1B分别为按照本技术一个实施例的用于增强现实显示的装置的平面图和立体图。示例性地，本实施例的用于增强现实显示的装置可以采用眼镜镜片的形式。参见图1A和1B，本实施例的用于增强现实显示的装置10包括光波导镜片110和设置于光波导镜片表面的第一光学功能结构121、第二光学功能结构122、第三光学功能结构123和第四光学功能结构124。可选地，第一光学功能结构121、第二光学功能结构122、第三光学功能结构123和第四光学功能结构124为纳米结构，该纳米结构可以与入射光线的各个波段的分量(例如红光分量、蓝光分量和绿光分量)发生作用，以形成衍射光线。示例性地，第一光学功能结构121、第四光学功能结构124的纳米结构为二维光栅；第三光学功能结构123、第四光学功能结构124为一维光栅。该二维光栅的周期与一维光栅的周期一致，例如可以为350nm～450nm。通过调节各光学功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增强现实显示的装置，其特征在于，包含：/n光波导镜片；以及/n设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，/n其中，所述第四光学功能结构设置于所述光波导镜片的中央区域，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构和第三光学功能结构设置于所述第四光学功能结构的周围，/n其中，包含第一电场分量和第二电场分量的光线经所述第一光学功能结构耦入所述光波导镜片，在所述第一光学功能结构的作用下形成具有第一电场分量的第一光束和具有第二电场分量的第二光束，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内分别沿第一方向和第二方向，经全反射到达所述第二光学功能结构和第三光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的作用下，经全反射到达所述第四光学功能结构并从所述第四光学功能结构出射，/n其中，所述第一电场分量和第二电场分量分别平行于第一方向和第二方向，所述第一光束和第二光束具有相同的波段范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于增强现实显示的装置，其特征在于，包含：
光波导镜片；以及
设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，
其中，所述第四光学功能结构设置于所述光波导镜片的中央区域，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构和第三光学功能结构设置于所述第四光学功能结构的周围，
其中，包含第一电场分量和第二电场分量的光线经所述第一光学功能结构耦入所述光波导镜片，在所述第一光学功能结构的作用下形成具有第一电场分量的第一光束和具有第二电场分量的第二光束，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内分别沿第一方向和第二方向，经全反射到达所述第二光学功能结构和第三光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的作用下，经全反射到达所述第四光学功能结构并从所述第四光学功能结构出射，
其中，所述第一电场分量和第二电场分量分别平行于第一方向和第二方向，所述第一光束和第二光束具有相同的波段范围。


2.如权利要求1所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述第一光学功能结构和第四光学功能结构为二维光栅，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构为一维光栅。


3.如权利要求2所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述一维光栅为下列中的一种：倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅和体光栅。


4.如权利要求2所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述光波导镜片呈矩形或梯形，所述第一光学功能结构设置于所述光波导镜片表面的角部区域，并且所述第二光学功能结构和第三光学功能结构沿所述光波导镜片的、与所述第一光学功能结构相邻的两边设置。


5.如权利要求4所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述第二光学功能结构和第三光学功能结构的纵向长度与所述矩形或梯形的尺寸匹配。


6.如权利要求1所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述第一方向基本上垂直于第二方向。


7.如权利要求1所述的用于增强现实显示的装置，其中，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构位于所述光波导镜片的同一表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明辉，乔文，李玲，成堂东，熊金艳，李瑞彬，周振，陈林森，
申请(专利权)人：苏州苏大维格科技集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32