增强现实的显示设备制造技术

本申请提供一种增强现实的显示设备，包括：光机，用于发射图像光线；至少一层光波导镜片，包括，耦入光栅区、光波导基底和转折与耦出光栅区，其中，耦入光栅区设置在光波导基底的第一光学表面上；光波导基底，用于通过全反射传输图像光线；转折与耦出光栅区设置在光波导基底的第一光学表面上，接收全反射光并耦出；耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和不为零，其中，光机与各层光波导镜片的耦入角度相同。根据本申请的技术方案使得光机与光波导镜片在非垂直耦入的情况下仍能保证光机中心视场与人眼中心视场重合，极大地提升了光机与光波导镜片结构设计的自由度，从而使得增强现实的显示设备的结构多样化、制造的显示设备具有更小的体积。更小的体积。更小的体积。

Augmented reality display device

【技术实现步骤摘要】
增强现实的显示设备


[0001]本申请涉及增强现实
，具体而言，涉及一种增强现实的显示设备。

技术介绍

[0002]目前，增强现实技术即AR(Augmented Reality)技术是将虚拟信息与现实世界相互融合,以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起,尤其在安防和工业领域,增强现实技术体现了无与伦比的优势,大大改进了信息交互方式。目前比较成熟的增强现实技术主要分为棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案、离轴全息透镜方案和波导(Lightguide)方案,前三种方案体积较大,限制了其在智能穿戴方面,即增强现实眼镜方面的应用。全息透镜方案使用全息片独一无二的光学特性,具有大视场角(FOV)和小体积的优势,但是受限于眼动范围比较小，且全息波导方案在色彩均匀性(无彩虹效应)和实现单片全彩波导上均有优势,但是目前在大规模量产和大视场上受到了限制。波导是目前最佳的增强现实眼镜方案。波导方案又分为几何波导方案、浮雕光栅波导方案和体全息波导方案。几何波导方案中一般包括锯齿结构波导和偏振薄膜阵列反射镜波导(简称偏振阵列波导)。其中主流的偏振阵列波导是使用阵列的部分透射部分反射薄膜镜来达到虚拟信息的显示的目的,偏振阵列波导方案具有轻薄、眼动范围大且色彩均匀的优势。浮雕光栅波导方案可以用纳米压印工艺进行大批量生产,它具有大视场和大眼动范围的优势,但是也会带来视场均匀性和色彩均匀性的挑战,同时相关的微纳加工工艺也是巨大的挑战。
[0003]专利技术人发现，通常若要使光机的中心视场与人眼中心视场重合，光机需与光波导镜片垂直耦入，这种方式使得结构设计的自由度较低。受光波导镜片和光机本身限制，耦出图像光线的视场较小。
[0004]在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请提供了一种增强现实的显示设备，并针对光波导镜片存在的色散问题通过选择可见激光光源来解决。通过本申请的技术方案，使得光机与光波导镜片在非垂直耦入的情况下仍能保证光机中心视场与人眼中心视场重合，极大地提升了光机与光波导镜片结构设计的自由度。
[0006]本申请技术方案的特征和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。
[0007]据本申请的一方面，提出一种增强现实的显示设备，包括：光机，用于发射图像光线；至少一层光波导镜片，用于耦入及转折与耦出光机发射的图像光线，至少一层光波导镜片包括，耦入光栅区、光波导基底和转折与耦出光栅区，其中，耦入光栅区设置在光波导基底的第一光学表面上，接收光机发射的传输图像光线；光波导基底，用于通过全反射传输图像光线；转折与耦出光栅区设置在光波导基底的第一光学表面上，接收光波导基底传输的
全反射光并耦出；耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和不为零，其中，光机与各层光波导镜片的耦入角度相同。
[0008]根据一些实施例，各层光波导镜片对应一种颜色的图像光线。
[0009]根据一些实施例，转折与耦出光栅区的光栅需满足如下公式：
[0010][0011]其中光机耦入方向与至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ，传输图像光线的波长为λ，至少一层光波导镜片表面与竖直方向的夹角γ，耦入光栅周期Λ1，转折与耦出光栅周期Λ2。
[0012]根据一些实施例，光机与至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ范围0
°
～15
°
。
[0013]根据一些实施例，至少一层光波导镜片表面与竖直方向的夹角γ与至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ满足如下公式：
[0014]θ+γ≤20
°
[0015]根据一些实施例，转折与耦出光栅区包括一维表面浮雕光栅或二维表面浮雕光栅。
[0016]根据一些实施例，光机的光源传输图像光线包括可见激光，通过光源的窄线宽的特性限制光波导镜片的色散。
[0017]根据一些实施例，可见光激光的线宽、耦入光栅周期、转折与耦出光栅周期满足如下公式：
[0018][0019]其中ε为人眼的角分辨率，光机耦入方向与至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ，耦入光栅周期Λ1，转折与耦出光栅周期Λ2，可见光激光的线宽δλ。
[0020]根据一些实施例，当转折与耦出光栅区为二维表面浮雕光栅时，转折与耦出光栅沿两个方向的周期均为Λ3，夹角为α，可见光激光的线宽满足于如下公式：
[0021][0022]其中ε为人眼的角分辨率，光机耦入方向与至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ，传输图像光线的波长为λ。
[0023]根据一些实施例，光机发出RGB三色光；至少一层光波导镜片包括三层光波导镜片，每一层光波导镜片各自具有对应每种颜色光线的耦入周期和转折与耦出周期；耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和不为零，其中，光机与三层光波导镜片的耦入角度均相同。
[0024]根据一些实施例，光机发出RGB三色光，包括：
[0025]蓝光的线宽范围在0
‑
2.nm之间，可选范围在0
‑
0.5nm之间；
[0026]绿光的线宽范围在0
‑
2.3nm之间，可选范围在0
‑
0.5nm之间；
[0027]红光的线宽范围在0
‑
2.7nm之间，可选范围在0
‑
0.5nm之间。
[0028]根据一些实施例，光波导基底的厚度为0.3mm至2.5mm，折射率为1.4至2.2。
[0029]根据一些实施例，光波导基底透明且有固定厚度，具有两个相对的光学平面且材料包括玻璃或者石英。
[0030]根据本申请的技术方案，提出光栅矢量和不为零的平面光波导镜片，使得光机与光波导镜片在非垂直耦入的情况下仍能保证光机中心视场与人眼中心视场重合，通过可见光激光器与光栅矢量和不为零的波导片这一组合极大地提升了光机与光波导镜片结构设计的自由度。
[0031]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
[0033]图1示出根据一示例性实施例的增强现实显示设备的侧视图。
[0034]图2示出根据一示例性实施例的光机与光波导镜片以垂直的方式耦合的侧视图。
[0035]图3示出根据一示例性实施例的耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和为零的示意图。
[0036]图4示出根据一示例性实施例的光机与光波导镜片以非垂直的方式耦合的侧视图。
[0037]图5示出根据一示例性实施例的耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强现实的显示设备，其特征在于，包括：光机，用于发射图像光线；至少一层光波导镜片，用于耦入及转折与耦出所述光机发射的图像光线，所述至少一层光波导镜片包括，耦入光栅区、光波导基底和转折与耦出光栅区，其中，所述耦入光栅区设置在所述光波导基底的第一光学表面上，接收所述光机发射的所述传输图像光线；所述光波导基底，用于通过全反射传输图像光线；所述转折与耦出光栅区设置在所述光波导基底的所述第一光学表面上，接收所述光波导基底传输的全反射光并耦出；耦入光栅矢量和转折与耦出光栅矢量之和不为零，其中，所述光机与至少一层光波导镜片的耦入角度相同。2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，至少一层光波导镜片分别对应一种颜色的图像光线。3.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述转折与耦出光栅区的光栅周期需满足如下公式：其中，所述光机耦入方向与所述至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ，所述传输图像光线的波长为λ，所述至少一层光波导镜片表面与竖直方向的夹角γ，耦入光栅周期Λ1，转折与耦出光栅周期Λ2。4.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，所述光机与所述至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ范围0
°
～15
°
。5.根据权利要求4所述的显示设备，其特征在于，所述至少一层光波导镜片表面与竖直方向的夹角γ与所述至少一层光波导镜片表面法线的夹角θ满足如下公式：θ+γ≤20
°
。6.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述转折与耦出光栅区包括一维表面浮雕光栅或二维表面浮雕光栅。7.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马珂奇，王一琪，徐钦锋，
申请(专利权)人：宁波舜宇光电信息有限公司，
类型：发明
国别省市：