一种基于波导的显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于波导的显示装置，投像装置用于投射出图像光线；在波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入波导层内的耦入部，在波导层的第二预设区域设置有用于将波导层内传播的图像光线向波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；在波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。光学层使得从波导层第二预设区域向远离用户观看一侧泄漏的图像光线会被吸收，避免了这部分图像光线泄漏到显示装置外，而光学层不影响除图像光线之外的其它波段光线通过。因此与现有技术相比，本实用新型专利技术显示装置能够避免光线向器件外部其它方向泄漏，有助于避免显示泄漏情况。

A display device based on waveguide

【技术实现步骤摘要】
一种基于波导的显示装置
本技术涉及虚拟现实显示
，特别是涉及一种基于波导的显示装置。
技术介绍
增强现实(augmentreality，AR)显示，是将仿真获得的虚拟图像和现实场景结合而向用户显示，使得用户能同时接收到虚拟图像信息和现实图像信息，从而达到增强现实的感官体验。增强现实显示已广泛应用在娱乐、教育、工业、军事、医疗、旅游等行业领域。传统的增强现实显示系统采用透射式光学显示方式，为了实现光学透射式的增强现实显示方案，设计了基于半透半反镜或者自由曲面元件的传统几何光学系统，利用折射和反射实现虚拟图像和真实场景的叠加，然而此类由传统光学元件组成的显示系统受制于光学总距离，无法做到足够轻薄，与日常眼镜相距甚远。另外，受拉格朗日不变量的牵制，传统光学显示系统的出瞳尺寸有限，通常无法适配瞳距处于两端的用户人群。与传统的增强现实显示系统相比，基于波导的增强现实显示方案有效地解决了以上两个问题。一幅单色或者彩色图像被投射进入波导后，利用光线在波导元件内通过全反射传输，有效地降低了光学元件的厚度，同时使用波导上一个或者多个光学元件控制图像分步输出，能实现出瞳扩展。现有技术中，基于波导的增强现实显示方案采用衍射光学器件，比如面浮雕光波导、全息光波导等，也可采用几何光学器件如阵列光波导等。主要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巧，是目前最具竞争力的AR显示设备核心光学器件。然而此类增强现实显示系统，在波导元件内传播的光线在出射光栅区域衍射后，一部分出射进入人眼，另一部分继续通过全反射传播，在出射光栅区域，高级次衍射会导致小部分光线泄漏，使得外界也可以看到显示图像，会造成用户隐私泄漏。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于波导的显示装置，与现有技术相比能够避免光线向器件外部其它方向泄漏，有助于避免显示泄漏情况。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于波导的显示装置，包括投像装置和波导层，所述投像装置用于投射出图像光线；在所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；在所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。优选的，所述光学层的覆盖范围与所述波导层的第二预设区域一致。优选的，所述投像装置产生图像光线的波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带范围与所述投像装置产生图像光线的波带范围一致。优选的，所述光学层为窄带陷波滤光片，所述投像装置的光源配套采用窄带投影光源；或者，所述投像装置包括分别发出三原色激光的发光器件，所述光学层吸收波带的中心波长与所述发光器件发出激光的波长一致；或者，所述投像装置包括用于产生光线的发光器件和用于对所述发光器件发出光线进行滤光的滤光元件，所述滤光元件允许通过光线的波长范围与所述光学层的吸收波带范围一致。优选的，所述光学层与所述波导层之间具有空气间隔。优选的，所述光学层与所述波导层之间的空气间距为0.001mm～1mm。优选的，所述光学层覆盖在基底上。优选的，包括第1至第N波导层，第1至第N波导层按照距离所述投像装置由近到远依次排布，N为大于等于2的正整数；在每一所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在每一所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部，在每一所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层；所述第1波导层的耦入部具体用于将所述投像装置投射出的图像光线耦合入所述第1波导层内，所述第i波导层的耦入部具体用于将未耦合入前一波导层的且从前一波导层第一预设区域透射出的图像光线耦合入所述第i波导层内，i∈[2，N]。优选的，所述耦入部包括设置在波导层第一预设区域一侧的、将图像光线耦合入波导层内的光学元件；所述耦出部包括设置在波导层第二预设区域一侧的、将图像光线耦合出波导层外靠近用户观看一侧的光学元件。优选的，所述耦入部包括设置在波导层第一预设区域远离所述投像装置一侧的第一光学元件以及设置在波导层第一预设区域靠近所述投像装置一侧的第二光学元件；从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线在当前波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入当前波导层内，进入光线依次经过第一光学元件反射、第二光学元件衍射、第一光学元件衍射而形成的衍射光在当前波导层内以全反射形式传播；或/和，从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线中经过第二光学元件时未进入当前波导层内的光线，在第一光学元件发生衍射而衍射光进入当前波导层内以全反射形式传播；或/和，从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线在当前波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入当前波导层内，进入光线经过第一光学元件衍射而衍射光出射至后一波导层，出射光线在后一波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入后一波导层内以全反射形式传播；或/和，出射光线中经过后一波导层的第二光学元件未进入后一波导层内的光线，依次经过第一光学元件衍射、第二光学元件衍射、第一光学元件衍射而形成的衍射光在后一波导层内以全反射形式传播；或/和，从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线在当前波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入当前波导层内，进入光线依次经过第一光学元件反射、第二光学元件衍射而衍射光经过第一光学元件出射至后一波导层，出射光线在后一波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入后一波导层内以全反射形式传播；或/和，出射光线中经过后一波导层的第二光学元件未进入后一波导层内的光线，经过第一光学元件衍射而衍射光进入后一波导层内以全反射形式传播；或/和，从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线中经过当前波导层的第二光学元件时未进入当前波导层内的光线，依次经过第一光学元件衍射、第二光学元件衍射而衍射光经过第一光学元件出射至后一波导层，出射光线在后一波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入后一波导层内以全反射形式传播；或/和，出射光线中经过后一波导层的第二光学元件时未进入后一波导层内的光线，依次经过第一光学元件衍射、第二光学元件衍射、第一光学元件衍射而形成的衍射光在后一波导层内以全反射形式传播；或/和，从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线中经过当前波导层的第二光学元件时未进入当前波导层内的光线，依次经过第一光学元件衍射、第二光学元件反射、第一光学元件衍射而衍射光出射至后一波导层，出射光线在后一波导层的第二光学元件发生衍射而衍射光进入后一波导层内以全反射形式传播；或/和，出射光线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波导的显示装置，其特征在于，包括投像装置和波导层，所述投像装置用于投射出图像光线；/n在所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；/n在所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于波导的显示装置，其特征在于，包括投像装置和波导层，所述投像装置用于投射出图像光线；
在所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；
在所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。


2.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述光学层的覆盖范围与所述波导层的第二预设区域一致。


3.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述投像装置产生图像光线的波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带范围与所述投像装置产生图像光线的波带范围一致。


4.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述光学层为窄带陷波滤光片，所述投像装置的光源配套采用窄带投影光源；
或者，所述投像装置包括分别发出三原色激光的发光器件，所述光学层吸收波带的中心波长与所述发光器件发出激光的波长一致；
或者，所述投像装置包括用于产生光线的发光器件和用于对所述发光器件发出光线进行滤光的滤光元件，所述滤光元件允许通过光线的波长范围与所述光学层的吸收波带范围一致。


5.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述光学层与所述波导层之间具有空气间隔。


6.根据权利要求5所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述光学层与所述波导层之间的空气间距为0.001mm～1mm。


7.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述光学层覆盖在基底上。


8.根据权利要求1所述的基于波导的显示装置，其特征在于，包括第1至第N波导层，第1至第N波导层按照距离所述投像装置由近到远依次排布，N为大于等于2的正整数；
在每一所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在每一所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部，在每一所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层；
所述第1波导层的耦入部具体用于将所述投像装置投射出的图像光线耦合入所述第1波导层内，所述第i波导层的耦入部具体用于将未耦合入前一波导层的且从前一波导层第一预设区域透射出的图像光线耦合入所述第i波导层内，i∈[2，N]。


9.根据权利要求1-8任一项所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述耦入部包括设置在波导层第一预设区域一侧的、将图像光线耦合入波导层内的光学元件；
所述耦出部包括设置在波导层第二预设区域一侧的、将图像光线耦合出波导层外靠近用户观看一侧的光学元件。


10.根据权利要求8所述的基于波导的显示装置，其特征在于，所述耦入部包括设置在波导层第一预设区域远离所述投像装置一侧的第一光学元件以及设置在波导层第一预设区域靠近所述投像装置一侧的第二光学元件；
从所述投像装置或者前一波导层传播来的图像光线在当前波导层的第二光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏一振，张卓鹏，丁毅，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33