CN110133801B - 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法 - Google Patents

基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110133801B
CN110133801B CN201910520407.XA CN201910520407A CN110133801B CN 110133801 B CN110133801 B CN 110133801B CN 201910520407 A CN201910520407 A CN 201910520407A CN 110133801 B CN110133801 B CN 110133801B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
light
coupling
waveguide substrate
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910520407.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110133801A (zh
Inventor
丁毅
张卓鹏
魏一振
陈达如
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Guangli Technology Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Guangli Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Guangli Technology Co ltd filed Critical Hangzhou Guangli Technology Co ltd
Priority to CN201910520407.XA priority Critical patent/CN110133801B/zh
Publication of CN110133801A publication Critical patent/CN110133801A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110133801B publication Critical patent/CN110133801B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects

Abstract

本发明涉及一种基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法。第一个图像源发出光，通过偏振器件变成P光入射到第一耦入光栅，光线经过第一耦入光栅折射后在第一波导基片上全反射，最后导入耦出光栅；光线由耦出光栅导出后经过第二半波片变成S光，经由输出光栅无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像；第二个图像源发出光，通过偏振器件变成S光入射到第二耦入光栅，光线在经过第一耦入光栅时无变化，光线经过第二耦入光栅折射，在第二个波导基片上全反射，最后导入输出光栅，光线由输出光栅导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。本发明具有简单、方便、稳定、响应速度快等优点。

Description

基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法
技术领域
本发明涉及增强现实技术（AR）领域，具体涉及一种基偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法。
背景技术
AR是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，是把视觉信息、声音、味道、触觉等通过计算机、传感器等科学技术模拟仿真应用到真实的世界，最后被人类感官所感知，达到超越现实的感官体验。目前已有谷歌、微软等公司推出商业化的AR眼镜，引领了AR技术的发展和应用。
目前除了少数公司（如Magic Leap）以外，绝大多数AR产品仅能实现单一景深显示，导致在虚实融合的场景下，人眼由于在近景实物和虚拟内容的物理景深之间不停切换，容易造成包括视神经在内的视觉系统紊乱，从而限制了产品的大规模应用。鉴于人眼在深度识别上的精度有限，多深度光场显示变得非常具有现实意义。因此，发明支持非单一深度成像的AR眼镜波导对于解决目前AR眼镜应用困境具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤（1）选择一个适用于AR眼镜的第一波导基片；在第一波导基片的一侧下方制作P光敏感的第一耦入光栅；在第一波导基片的另一侧下方制作P光敏感的耦出光栅。
步骤（2）选用二维形状和第一耦入光栅一致的第一半波片，将其放置在第一耦入光栅下方并进行无缝粘合；选用二维形状和耦出光栅一致的第二半波片，将其放置在耦出光栅下方并进行无缝粘合。
步骤（3）选择一个适用于AR眼镜的第二波导基片，第二波导基片和第一半波片、第二半波片无缝粘合；在第二波导基片的一侧制作P光敏感的第二耦入光栅；在第二波导基片的另一侧下方制作P光敏感的有光焦度的输出光栅，所述的第一耦入光栅与第二耦入光栅位于同侧。
步骤（4）第一个图像源发出光，通过偏振器件变成P光入射到第一波导基片对应的第一耦入光栅，光线经过第一耦入光栅折射后在第一波导基片上全反射，最后导入耦出光栅。光线由耦出光栅导出后经过第二半波片变成S光，经由有光焦度的输出光栅无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像。
第二个图像源发出光，通过偏振器件变成S光入射到第二波导基片对应的第二耦入光栅，光线在经过第一耦入光栅时无变化，光线经过第二耦入光栅折射，在第二个波导基片上全反射，最后导入有光焦度的输出光栅，光线由有光焦度的输出光栅导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。
进一步说，所述第一波导基片厚度为0.1-5毫米，第二波导基片厚度为0.1-5毫米，第一耦入光栅厚度为10-100微米，第二耦入光栅厚度为10-100微米，耦出光栅厚度为10-100微米。
进一步说，第一耦入光栅或第二耦入光栅的二维形状为圆形或方形；耦出光栅的二维形状也为圆形或方形。
进一步说，所述的第一半波片用于将S光转变为P光，第二半波片用于将P光转变为S光。
进一步说，所述的有光焦度的输出光栅是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成。
本发明提出了一种基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，采用两个图像源的不同偏振光入射，基于振光敏感光栅折射，通过两个波导及光栅结构，实现两个深度的光学成像。基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法具有简单、方便、稳定、无电控器件等优点。
附图说明
图1为本发明所使用的AR眼镜波导结构及光路示意图。
图2为本发明所述的有光焦度的输出光栅通过一束平行光和球面光干涉刻写示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所涉及的装置包括：第一个波导基片1、第一个couple-in光栅2，即第一耦入光纤、第一个半波片3、第二个波导基片4、第二个couple-in光栅5，即第二耦入光纤、第一个couple-out光栅6，即耦出光纤、第二个半波片7、有光焦度的输出光栅8。在第一个波导基片1左右下方分别制作第一个couple-in光栅2和第一个couple-out光栅6；第一个couple-in光栅2下方粘合第一个半波片3；第一个couple-out光栅6下方粘合第二个半波片7；第二个波导基片4粘合第二个半波片3和第二个半波片7；第二个波导基片4左右下方分别制作第二个couple-in光栅5、有光焦度的输出光栅8。
利用上述光学结构，实现基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法包括以下步骤：
（1）选择一个适用于AR眼镜的第一个波导基片1，其厚度为1毫米，二维形状根据眼镜尺寸确定；在第一个波导基片1的左下方制作P光敏感的第一个couple-in光栅2，其厚度为30微米，二维形状为圆形；在第一个波导基片1的右下方制作P光敏感的第一个couple-out光栅6，其厚度为30微米，二维形状为圆形。
（2）选用二维形状和第一个couple-in光栅2一致的第一个半波片3，将其放置在第一个couple-in光栅2下方并进行无缝粘合。第一个半波片3的功能是改变入射光偏振态，将S光转变为P光。选用二维形状和第一个couple-out光栅6一致的第二个半波片7，将其放置在第一个couple-out光栅6下方并进行无缝粘合。第二个半波片的功能是改变入射光偏振态，将P光转变为S光。
（3）选择一个适用于AR眼镜的第二个波导基片4，其厚度为1毫米，二维形状根据眼镜尺寸确定，第二个波导基片4和第一个半波片3、第二个半波片7无缝粘合；在第二个波导基片4的左下方制作P光敏感的第二个couple-in光栅5，其厚度为30微米，二维形状为圆形；在第二个波导基片4的右下方制作P光敏感的有光焦度的输出光栅8，其厚度为30微米，二维形状为圆形。所述的有光焦度的输出光栅8是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成，见图2。
（4）第一个图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光（P光）入射到第一个波导基片1对应的第一个couple-in光栅2，光线经过第一个couple-in光栅2折射在第一个波导基片1上全反射，最后导入第一个couple-out光栅6区域。光线由第一个couple-out光栅6导出后经过第二个半波片7变成S光，经由有光焦度的输出光栅8无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像。
第二个图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光（S光）入射到第二个波导基片对应的第二个couple-in光栅5，光线经过第一个couple-in光栅2无变化，光线经过第二个couple-in光栅5折射在第二个波导基片4上全反射，最后导入有光焦度的输出光栅8区域。光线由有光焦度的输出光栅8导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。
根据以上原理和方法，两个图像以P光和S光分别入射到AR眼镜波导，最后在人眼中形成双深度的光学成像。再配合一定的软件算法，可以在现有偏振光敏感AR眼镜波导的基础上，实现双深度的光学成像或者多深度光学成像。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤（1）选择一个适用于AR眼镜的第一波导基片；在第一波导基片的一侧下方制作P光敏感的第一耦入光栅；在第一波导基片的另一侧下方制作P光敏感的耦出光栅；
步骤（2）选用二维形状和第一耦入光栅一致的第一半波片，将其放置在第一耦入光栅下方并进行无缝粘合；选用二维形状和耦出光栅一致的第二半波片，将其放置在耦出光栅下方并进行无缝粘合；
步骤（3）选择一个适用于AR眼镜的第二波导基片，第二波导基片和第一半波片、第二半波片无缝粘合；在第二波导基片的一侧制作P光敏感的第二耦入光栅；在第二波导基片的另一侧下方制作P光敏感的有光焦度的输出光栅，所述的第一耦入光栅与第二耦入光栅位于同侧；
步骤（4）第一个图像源发出光，通过偏振器件变成P光入射到第一波导基片对应的第一耦入光栅，光线经过第一耦入光栅折射后在第一波导基片上全反射，最后导入耦出光栅；光线由耦出光栅导出后经过第二半波片变成S光，经由有光焦度的输出光栅无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像；
第二个图像源发出光，通过偏振器件变成S光入射到第二波导基片对应的第二耦入光栅，光线在经过第一耦入光栅时无变化，光线经过第二耦入光栅折射，在第二个波导基片上全反射，最后导入有光焦度的输出光栅，光线由有光焦度的输出光栅导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。
2.根据权利要求1所述的基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，其特征在于：所述第一波导基片厚度为0.1-5毫米，第二波导基片厚度为0.1-5毫米，第一耦入光栅厚度为10-100微米，第二耦入光栅厚度为10-100微米，耦出光栅厚度为10-100微米。
3.根据权利要求1或2所述的基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，其特征在于：第一耦入光栅或第二耦入光栅的二维形状为圆形或方形；耦出光栅的二维形状也为圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，其特征在于：所述的第一半波片用于将S光转变为P光，第二半波片用于将P光转变为S光。
5.根据权利要求1或4所述的基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法，其特征在于：所述的有光焦度的输出光栅是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成。
CN201910520407.XA 2019-06-17 2019-06-17 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法 Active CN110133801B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910520407.XA CN110133801B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910520407.XA CN110133801B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110133801A CN110133801A (zh) 2019-08-16
CN110133801B true CN110133801B (zh) 2021-03-02

Family

ID=67577463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910520407.XA Active CN110133801B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110133801B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110515209A (zh) * 2019-08-28 2019-11-29 瑞声通讯科技(常州)有限公司 基于波导的增强现实显示装置
CN112444969B (zh) * 2019-08-30 2022-10-18 成都理想境界科技有限公司 一种大视场双层深度ar波导
CN112444970B (zh) * 2019-08-30 2022-10-18 成都理想境界科技有限公司 一种大视场ar波导
CN113933997A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 上海交通大学 基于双通道波导的近眼显示装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL138895A (en) * 2000-10-05 2005-08-31 Elop Electrooptics Ind Ltd Optical switching devices
JP5542836B2 (ja) * 2008-12-09 2014-07-09 デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド 虚像の位置を調節するためのデバイスを備えた回折型ヘッドアップディスプレー装置
US8989535B2 (en) * 2012-06-04 2015-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Multiple waveguide imaging structure
CN106371222A (zh) * 2016-11-30 2017-02-01 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种纳米透镜波导镜片和多景深三维显示装置
CN107966819A (zh) * 2017-12-27 2018-04-27 北京灵犀微光科技有限公司 波导显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110133801A (zh) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110133801B (zh) 基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法
CN110161701B (zh) 一种偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法
KR102399473B1 (ko) 개선된 회절 그레이팅 구조들을 갖는 가상 및 증강 현실 시스템들 및 방법들
CN107430217B (zh) 虚拟和增强现实系统和组件的改进制造
US20170307887A1 (en) Diffractive optical elements with analog modulations and switching
TWI540339B (zh) 用於雷射掃瞄虛擬圖像顯示之虛擬圖像投影機、方法及頭戴顯示設備
US20220308343A1 (en) Near-to-eye display device and augmented reality apparatus
US20130314793A1 (en) Waveguide optics focus elements
CN109387941A (zh) 光学窗系统和包括其的透视型显示装置
CN103869467A (zh) 显示装置及穿戴式眼镜设备
CN107247333A (zh) 可切换显示模式的显示系统
CN106773087A (zh) 一种浮动集成成像立体显示装置
CN112602045A (zh) 光波导光发射器及触摸屏
CN103901678A (zh) 用于显示全息图的装置
CN203337990U (zh) 指向光源3d成像屏幕及裸眼3d投影系统
Bohdal Devices for Virtual and Augmented Reality
KR20220124260A (ko) 나노임프린트 마이크로렌즈 어레이 및 그의 제조방법
CN208984945U (zh) 三维投影显示装置
CN104076592B (zh) 指向光源裸眼3d投影系统及其3d成像屏幕
CN208999672U (zh) 空间投影显示设备
Meynard et al. Design of Si3N4 waveguides and components to form an integrated optical network for retinal projection in thin augmented reality glasses
WO2018187955A1 (zh) 具有聚焦效果的近眼显示方法
CN218728370U (zh) 增强现实设备
US11726252B2 (en) Self-lit display panel
US11860395B2 (en) Self-lit display panel

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant