CN110058412A - 一种传输解耦的大视场光波导镜片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种传输解耦的大视场光波导镜片，包括：投影模块、波导模块、及光调制模块，所述投影模块位于所述波导模块一端，所述光调制模块设于所述波导模块的另一端，所述光调制模块包括依次层叠的液晶层、量子点发光层、及增透层，所述液晶层靠近所述波导模块设置。本发明通过将多色光的传输进行解耦，采用单色光进行传输，可以获得最大的可传输角度谱范围，实现扩大FOV，同时单色避免多色光串扰引起的色偏等问题，在保障光学结构轻薄的基础上，实现大视场、全彩的近眼显示，而且成像清晰，提升视觉体验效果。
Description
技术领域
本发明涉及显示设备技术领域，尤其涉及一种传输解耦的大视场光波导镜片。
背景技术
近年来，随着计算能力、微显示光学、传感技术以及AI(人工智能)技术的发展进步，使得发源于飞行员作战辅助的头盔显示系统，得以能够实现低功耗、轻薄化，成为一种可穿戴智能设备，一种基于增强现实技术(Augmented Reality)的智能眼镜。AR眼镜通过对现实世界的感知、计算产生与之匹配的虚拟信息或者图像，通过光学显示系统与现实世界叠加，以此来增加用户对现实世界感知。AR眼镜涉及到环境识别，跟踪与定位，三维注册与建模，图像渲染，投影显示等关键技术。
AR眼镜光学系统是其核心技术之一，包含投影光学、微显示、波导传输和成像光学等技术，既存在传统显示、投影光学领域分辨率、亮度与功耗的挑战，也存在成像光学领域像差、清晰度和色彩还原度的挑战，另外还需要满足近眼视光学的视场、透光度，以及体积重量等佩戴舒适性等挑战。在现行的光学技术中，波导光学因其轻薄特性备受大家关注，成为研究热点之一。如何在波导光学基础之上，获得更大的成像可视角度、更好的成像质量以及全彩色显示，形成了众多的技术分支流派。其中之一是以以色列LUMUS为代表的阵列反射技术，利用了反射光学带宽大、效率高的优点，既保障了光学的轻薄特性，又能实现全彩色投影显示，但其缺点是制造工艺繁复难以保障良品率，而且视场角越大，结构和制造工艺的难度越大。另一种技术是以Nokia、Sony等公司为代表的光栅衍射技术，利用光栅可复制易于大批量制造的优点，但光栅的窄带光学特性使其在全彩色显示和色彩还原度方面存在较大挑战。当前像微软、Waveoptics等公司为了获得全彩色显示，采用的是多色多波导传输的方案，但该技术中多波导增加光学厚度和重量，同时多通道传输叠加限制了最大可传输角度谱范围，也导致了更多的光串扰问题，影响成像的清晰度和色彩。
现有技术并未较好解决全色彩成像方案中多色串扰、通道叠加限制视场等问题。
因此，现有技术存在不足，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种传输解耦的大视场光波导镜片。
本发明的技术方案如下：提供一种传输解耦的大视场光波导镜片，包括：投影模块、波导模块、及光调制模块。所述投影模块位于所述波导模块一端，所述光调制模块设于所述波导模块的另一端。所述光调制模块包括依次层叠的液晶层、量子点发光层、及增透层，所述液晶层靠近所述波导模块设置。所述投影模块，用于投射图像。所述波导模块，用于折叠光路。所述光调制模块，用于对单色光进行调制，出射进入人眼，并将现实环境的光线透过进入人眼，实现虚拟成像和真实环境的叠加和融合。所述投影模块射出投影光经所述波导模块进行光路折叠，出射进入所述光调制模块，再经所述光调制模块进行调制最终出射进入人眼形成彩色虚拟图像。
进一步地，所述量子点发光层包括排布在一起的若干子像素单元，所述子像素单元包括：红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素，所述红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素的尺寸均在1-10um范围。
进一步地，所述红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素排布为交错排列结构、或对称结构、或四边形结构。
进一步地，所述投影模块包括：光源、投影光学单元、及准直透镜。
进一步地，所述光源为单色光源，所述光源为单色LED光源、或LD光源。
进一步地，所述光源为单色蓝光光源。
进一步地，所述投影光学单元对所述光源发出的光的调制为阵列反射、或阵列扫描，所述投影光学单元为LCOS振镜、或DLP振镜、或MEMS振镜。
进一步地，所述波导模块包括：耦入单元、波导片、耦出单元，所述耦入单元设于所述波导片对应所述投影模块这一端，所述耦出单元设于所述波导片的另一端。
进一步地，所述波导片为平行波导片，所述耦入单元和耦出单元均为衍射光栅、或反射棱镜、或曲面。
进一步地，所述耦入单元和耦出单元均为单波长衍射光栅。
采用上述方案，本发明通过将多色光的传输进行解耦，采用单色光进行传输，可以获得最大的可传输角度谱范围，实现扩大FOV，同时单色避免多色光串扰引起的色偏等问题，在保障光学结构轻薄的基础上，实现大视场、全彩的近眼显示，而且成像清晰，提升视觉体验效果。
附图说明
图1为本发明传输解耦的大视场光波导镜片的结构示意图；
图2为本发明传输解耦的大视场光波导镜片中子像素排布周期结构中的四边形结构；
图3为本发明传输解耦的大视场光波导镜片中子像素排布周期结构中的交错排列结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种传输解耦的大视场光波导镜片，包括：投影模块1、波导模块2、及光调制模块3。所述投影模块1位于所述波导模块2一端，所述光调制模块3设于所述波导模块2的另一端。所述投影模块1射出投影光经所述波导模块2进行光路折叠，出射进入所述光调制模块3，再经所述光调制模块3进行调制最终出射进入人眼形成彩色虚拟图像。所述投影模块1，用于投射图像，所述投影模块1包括：光源11、投影光学单元12、及准直透镜13。具体地，本实施例中，所述光源11为单色光源，可以为单色LED光源、或LD光源，更具体的，本实施例中所述光源11为单色蓝光光源。所述投影光学单元12对所述光源11发出的单色光进行调制形成所需要的图像，这种调制可以是阵列反射、或阵列扫描，所述投影光学单元12为LCOS振镜、或DLP振镜、或MEMS振镜。所述准直透镜13能够将所述投影光学单元12发出的图像光线进行准直形成不同角度的平行光。通过将多色光的传输进行解耦，采用单色光进行传输，可以获得最大的可传输角度谱范围，实现扩大FOV，同时单色避免多色光串扰引起的色偏等问题，在保障光学结构轻薄的基础上，实现大视场、全彩的近眼显示，而且成像清晰，提升视觉体验效果。所述波导模块2用于折叠光路，所述波导模块2包括：耦入单元21、波导片22、耦出单元23，所述耦入单元21设于所述波导片22对应所述投影模块1这一端，所述耦出单元23设于所述波导片22的另一端。平行光经由所述耦入单元21偏转一定角度进入所述波导片22，在平行波导界面发生全反射进行传输至所述耦出单元23。具体地，本实施例中，所述波导片22为平行波导片，所述耦入单元21和耦出单元23均为衍射光栅、或反射棱镜、或曲面。优选地，所述耦入单元21和耦出单元23均为单波长衍射光栅。单色LED光源或者LD光源的单色性良好，单波长光栅衍射效率高，且不存在多波长的串扰从而导致色偏和色散的问题。在所述波导片22中传输时，因为不需要考虑多波长角度谱匹配问题，可以获得最大角度谱范围，实现大可视场角度(FOV)，同时光线均匀性更易于优化。所述光调制模块3叠加在所述耦出单元23一端，用于对单色光进行调制，出射进入人眼，并将现实环境的光线透过进入人眼，实现虚拟成像和真实环境的叠加和融合。
请参阅图1至图3，所述光调制模块3包括依次层叠的液晶层31、量子点发光层32、及增透层33，所述液晶层31靠近所述波导模块2设置。所述耦出单元23出射的单色光线进入所述光调制模块3，所述光调制模块3对单色光进行调制，根据视频信号色彩信息调制相对应的显示颜色，出射进入人眼，同时所述光调制模块3能够将现实环境的光线透过进入人眼，实现虚拟成像和真实环境的叠加和融合，达到增强现实和混合现实的功能。所述液晶层31控制显示子像素的通路，所述量子点发光层32包括排布在一起的若干子像素单元，所述子像素单元包括：红光子像素(R)10、绿光子像素(G)20、高透过子像素(T)30、和透明子像素40，所述红光子像素(R)10、绿光子像素(G)20、高透过子像素(T)30、和透明子像素40的尺寸均在1-10um范围。所述红光子像素(R)10、绿光子像素(G)20、高透过子像素(T)30、和透明子像素40排布为交错排列结构、或对称结构、或四边形结构等。具体地，本实施例中所述耦出单元23出射的单色蓝光光线进入所述液晶层31，由所述液晶层31控制进入所述量子点发光层32，经过所述红光子像素(R)10、所述绿光子像素(G)20光线激发分别发出高饱和的红光和绿光，所述高透过子像素(T)30发出蓝光，所述透明子像素40能够透过白色光线，混合形成一个像素单元。通过所述液晶层31控制每个子像素光线的通过，可以发出单独的RBG三种颜色，以及白色。真实环境光线经过所述透明子像素40直接进入到人眼。另外通过高透过子像素(T)30的透光性，可以实现VR效果和AR效果的切换。
综上所述，本发明通过将多色光的传输进行解耦，采用单色光进行传输，可以获得最大的可传输角度谱范围，实现扩大FOV，同时单色避免多色光串扰引起的色偏等问题，在保障光学结构轻薄的基础上，实现大视场、全彩的近眼显示，而且成像清晰，提升视觉体验效果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，包括：投影模块、波导模块、及光调制模块，所述投影模块位于所述波导模块一端，所述光调制模块设于所述波导模块的另一端，所述光调制模块包括依次层叠的液晶层、量子点发光层、及增透层，所述液晶层靠近所述波导模块设置，
所述投影模块，用于投射图像；
所述波导模块，用于折叠光路；
所述光调制模块，用于对单色光进行调制，出射进入人眼，并将现实环境的光线透过进入人眼，实现虚拟成像和真实环境的叠加和融合；
所述投影模块射出投影光经所述波导模块进行光路折叠，出射进入所述光调制模块，再经所述光调制模块进行调制最终出射进入人眼形成彩色虚拟图像。
2.根据权利要求1所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述量子点发光层包括排布在一起的若干子像素单元，所述子像素单元包括：红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素，所述红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素的尺寸均在1-10um范围。
3.根据权利要求2所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述红光子像素、绿光子像素、高透过子像素、和透明子像素排布为交错排列结构、或对称结构、或四边形结构。
4.根据权利要求1所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述投影模块包括：光源、投影光学单元、及准直透镜。
5.根据权利要求4所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述光源为单色光源，所述光源为单色LED光源、或LD光源。
6.根据权利要求5所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述光源为单色蓝光光源。
7.根据权利要求4所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述投影光学单元对所述光源发出的光的调制为阵列反射、或阵列扫描，所述投影光学单元为LCOS振镜、或DLP振镜、或MEMS振镜。
8.根据权利要求1所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述波导模块包括：耦入单元、波导片、耦出单元，所述耦入单元设于所述波导片对应所述投影模块这一端，所述耦出单元设于所述波导片的另一端。
9.根据权利要求8所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述波导片为平行波导片，所述耦入单元和耦出单元均为衍射光栅、或反射棱镜、或曲面。
10.根据权利要求9所述的传输解耦的大视场光波导镜片，其特征在于，所述耦入单元和耦出单元均为单波长衍射光栅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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