一种轻薄型光波导AR光学成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轻薄型光波导AR光学成像系统，包括光波导、分设于光波导两侧的光源系统和微显示芯片，以及耦出单元，光源系统产生并射出的光经过光波导入射至微显示芯片中，微显示芯片中设置有对入射光进行调制的相位调制系统，经相位调制单元调制的光出射至光波导中，并以全反射方式沿光波导传输至耦出单元，耦出单元出射的光穿过光波导后经光波导射出。本发明专利技术提供的系统结构简单体积小，制造组装简单，更贴近眼镜形态，提升了用户体验感，并提高了光利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种轻薄型光波导AR光学成像系统
本专利技术涉及微显示
，具体涉及一种轻薄型光波导AR光学成像系统。
技术介绍
目前，AR(AugmentedReality,增强现实)技术已经引起越来越多的关注和研究，AR技术是在现实环境中叠加虚拟信息，通过各种交互手段做到实时交互，辅助人类去感官无法轻易在现实世界中获取的信息。对于AR光学显示技术，经历离轴光学、棱镜、自由曲面及波导光学阶段，光波导技术由于更符合眼镜形态，厚度可以再1.5-5毫米之间，已成为近眼显示成像技术中的一大研究热点，各大厂商纷纷推出光波导式AR眼镜，但光波导也存在光利用率低、结构设计复杂等问题。目前光波导式AR眼镜多采用LCoS微显示芯片，光学系统中均采用PBS（PolarizationBeamSplitter，偏振分光棱镜）光学元件进行成像，这也使得光利用率进一步降低，使得整个光学模组体积也难以减小，例如Digilens的衍射光波导技术和Lumus为代表的阵列光波导技术，整个光学成像系统都很大，且光利用率低，无法满足AR设备高体验的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的：提供一种光利用率高，且体积小的轻薄型光波导AR成像系统。技术方案：本专利技术提供的系统包括光源系统、光波导、微显示芯片、耦出单元；光源系统和微显示芯片分设于光波导的两侧，且光源系统的发光端面向微显示芯片，光源系统发出的光经过光波导入射至微显示芯片；微显示芯片中设置有相位调制单元，相位调制单元用于调节微显示芯片出射的光，使其在光波导中全反射传输；在光波导中全反射传输的光沿光波导传输至耦出单元，耦出单元出射的光穿过光波导后，由光波导射出。作为本专利技术的一种优选方案，相位调制单元为聚合物型闪耀光栅或基于无机纳米超表面形成的闪耀光栅。作为本专利技术的一种优选方案，光源系统包括用于产生并射出非偏振光的非偏振光源，非偏振光源的发光端构成光源系统的发光端；成像系统还包括起偏单元、检偏单元；起偏单元夹设在光源系统和光波导之间；检偏单元和耦出单元分设于光波导的两侧，且检偏单元中的偏振面面向耦出单元，所述光波导内发生全反射的光经耦出单元出射，耦出单元出射的光依次穿过光波导和所述检偏单元中的偏振面；检偏单元和起偏单元的偏振方向相同。作为本专利技术的一种优选方案，所述光源系统包括用于产生并射出偏振光的偏振光光源，偏振光源的发光端构成光源系统的发光端；成像系统还包括检偏单元；检偏单元和耦出单元分设于光波导的两侧，且检偏单元中的偏振面面向耦出单元，所述光波导内发生全反射的光经耦出单元出射，耦出单元出射的光依次穿过光波导和所述检偏单元中的偏振面。作为本专利技术的一种优选方案，所述光源系统包括光源，光源为用于产生并射出非偏振光的非偏振光光源或用于产生并射出偏振光的偏振光光源，非偏振光源的发光端和偏振光源的发光端分别构成与其所对应的光源系统的发光端；成像系统还包括偏振装置，所述偏振装置夹设在微显示芯片和光波导之间，且偏振装置中的偏振面面向微显示芯片。进一步的，光源系统还包括准直系统；准直系统用于使光源发出的光以垂直姿态入射至微显示芯片中。作为本专利技术的一种优选方案，准直系统包括至少一个透镜。作为本专利技术的一种优选方案，微显示芯片还包括CMOS电路层、阳极层、液晶层、电极层；所述CMOS电路层、阳极层、相位调制单元、液晶层、电极层依次堆叠。作为本专利技术的一种优选方案，耦出单元为阵列耦出单元或衍射耦出单元。有益效果：相对于现有技术，本专利技术提供的轻薄型光波导AR成像系统，利用微显示芯片中的相位调制单元调整出射光角度，使其直接进入到光波导结构中全反射传输，并经耦出单元耦合出光，减小了系统的结构体积，提高了光利用率。附图说明图1是根据本专利技术实施例提供的微显示芯片结构示意图；图2是根据本专利技术实施例提供的光波导结构示意图图3是根据本专利技术实施例提供的一种光波导AR成像系统结构示意图；图4是根据本专利技术实施例提供的另一种光波导AR成像系统结构示意图；图5是根据本专利技术实施例提供的又一种光波导AR成像系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，术语“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构图和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供的轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，包括光源系统（1）、光波导（2）、微显示芯片（3）、耦出单元（4）。光源系统（1）和微显示芯片（3）分设于光波导（2）的两侧，且光源系统（1）的发光端面向微显示芯片（3），光源系统（1）发出的光经过光波导（2）入射至微显示芯片（3）；微显示芯片（3）中设置有相位调制单元（203），相位调制单元（203）用于调节微显示芯片（3）出射的光，使其在光波导（2）中全反射传输；在光波导（2）中全反射传输的光沿光波导（2）传输至耦出单元（4），耦出单元（4）出射的光穿过光波导（2）后，由光波导（2）射出。光源系统（1）包括光源和准直系统，光源系统（1）的发光端构成光源系统（1）的发光端，准直系统用于使光源发出的光以垂直姿态入射至微显示芯片（3）中，准直系统包括至少一个透镜。微显示芯片（3）为反射式LCoS（LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶）微显示芯片（3），用于生成图像信息，其结构参照图1，微显示芯片（3）包括相位调制单元（203）、CMOS电路层（201）、阳极层（202）、液晶层（204）、电极层（205）；CMOS电路层（201）、阳极层（202）、相位调制单元（203）、液晶层（204）、电极层（205）依次堆叠；电极层为ITO电极层。电极层（205）构成微显示芯片（3）的工作端，ITO电极层与光波导（2）无间隙接触，或者与光波导（2）之间存在气隙：ITO电极层和光波导（2）的中部层（002）接触，或与光波导（2）的上部层（001）接触，可以是无间隙接触，也可以间隔有气隙，其位置保证ITO电极层面向光源系统（1），使光源系统（1）产生并射出的光进入微显示芯片（3）中。阳极层（202）为金属电极层，金属电极层可以是Al电极、TiN电极或者其他金属电极层；液晶层（204）用于调控光的幅值和相位，液晶为常规液晶，可以是VA（VerticalAlignment，垂直取向）液晶、TN（TwistedNematic，扭曲向列型）液晶或是铁电液晶等；电极层（205）为ITO玻璃；在制备微显示芯片（3）时，在单晶硅上通过光刻技术形成CMOS电路层，在CMOS电路层上镀有金属电极层，金属电极层与ITO玻璃之间填充液晶层（204）。通过微显示芯片（3）中的相位调制单元（203）对微显示芯片（3）中出射的光的角度进行调控，使其在光波导（2）中发生全反射，这相当于不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，包括光源系统（1）、光波导（2）、微显示芯片（3）、耦出单元（4）；/n光源系统（1）和微显示芯片（3）分设于光波导（2）的两侧，且光源系统（1）的发光端面向微显示芯片（3）工作端，光源系统（1）发出的光经过光波导（2）入射至微显示芯片（3）；/n微显示芯片（3）中设置有相位调制单元（203），相位调制单元（203）用于调节微显示芯片（3）出射的光，使其在光波导（2）中全反射传输；/n在光波导（2）中全反射传输的光沿光波导（2）传输至耦出单元（4），耦出单元（4）出射的光穿过光波导（2）后，由光波导（2）射出。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，包括光源系统（1）、光波导（2）、微显示芯片（3）、耦出单元（4）；
光源系统（1）和微显示芯片（3）分设于光波导（2）的两侧，且光源系统（1）的发光端面向微显示芯片（3）工作端，光源系统（1）发出的光经过光波导（2）入射至微显示芯片（3）；
微显示芯片（3）中设置有相位调制单元（203），相位调制单元（203）用于调节微显示芯片（3）出射的光，使其在光波导（2）中全反射传输；
在光波导（2）中全反射传输的光沿光波导（2）传输至耦出单元（4），耦出单元（4）出射的光穿过光波导（2）后，由光波导（2）射出。


2.根据权利要求2所述的轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，所述相位调制单元（203）为聚合物型闪耀光栅或基于无机纳米超表面形成的闪耀光栅。


3.根据权利要求1所述的轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，
所述光源系统（1）包括用于产生并射出非偏振光的非偏振光源，非偏振光源的发光端构成光源系统（1）的发光端；
成像系统还包括起偏单元（5）、检偏单元（6）；
起偏单元（5）夹设在光源系统（1）和光波导（2）之间；
检偏单元（6）和耦出单元（4）分设于光波导（2）的两侧，且检偏单元（6）中的偏振面面向耦出单元（4），所述光波导（2）内发生全反射的光经耦出单元（4）出射，耦出单元（4）出射的光依次穿过光波导（2）和所述检偏单元（6）中的偏振面；
检偏单元（6）和起偏单元（5）的偏振方向相同。


4.根据权利要求1所述的轻薄型光波导AR光学成像系统，其特征在于，
所述光源系统（1）包括用于产生并射出偏振光的偏振光光源，偏振光源的发光端构成光源系统（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弈星，朱舒卷，
申请(专利权)人：南京芯视元电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32