CN117092825B - 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备 - Google Patents

解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备 Download PDF

Info

Publication number
CN117092825B
CN117092825B CN202311358608.7A CN202311358608A CN117092825B CN 117092825 B CN117092825 B CN 117092825B CN 202311358608 A CN202311358608 A CN 202311358608A CN 117092825 B CN117092825 B CN 117092825B
Authority
CN
China
Prior art keywords
super
coupling
polarizer
lens
focal
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
CN202311358608.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117092825A (zh
Inventor
王书龙
罗景庭
徐世祥
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.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
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 Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202311358608.7A priority Critical patent/CN117092825B/zh
Publication of CN117092825A publication Critical patent/CN117092825A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117092825B publication Critical patent/CN117092825B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted 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
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • 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
    • G02B6/1245—Geodesic lenses
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

本发明涉及一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备，多焦面显示装置包括光波导基体和超构透镜：光波导基体具有耦入区域、耦出区域和全反射区域，耦入区域用于将像源光线耦入至光波导基体并在全反射区域全反射至耦出区域，耦出区域用于将全反射区域中传播的像源光线从光波导基体耦出；超构透镜设于耦出区域以用于汇聚光波导基体中传播的像源光线并放大像源图像；在沿超构透镜与耦入区域横向排布方向上，超构透镜的焦距呈阶梯式变化以使超构透镜任意位置的放大倍率相等。本方案可根据不同的光程来确保超构透镜不同位置的放大率是相等的，同时基于不同阵列面具有物距不同的特性，实现多焦面显示方案，解决辐辏调节冲突。

Description

解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备
技术领域
本发明涉及光波导技术领域，特别涉及一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备。
背景技术
AR（Augmented Reality）作为元宇宙入口技术，极有可能成为下一代计算平台，成为改变人类生活方式的革新技术。AR作为一个头戴的电子消费品，是穿戴式电子消费品的显示部件。其中，它的轻、薄性特点是一个基本的必备特点，是其大规模应用，人们可接受的一个必要要素。当前，AR光波导技术方案解决了AR眼镜的薄片化特点。它使得AR光学显示引擎可以呈现普通眼镜片式薄片状态。同时能够兼顾虚拟/增强现实的图像显示。另一方面，将AR光波导技术应用于AR近眼显示设备时，AR光波导的耦出区域会配置常规的目镜系统，目镜系统用于汇聚经光波导全反射的耦出光线，实现像源的放大，进而实现虚拟增强现实画面的显示，基于常规的目镜系统通常由透镜元件组成，所以常规的目镜系统会需要比较庞重的重量以及一些机械性的安装结构，这将会导致AR近眼显示设备的重量提升，使得AR近眼显示设备变得异常笨重。
另一方面，常规近眼显示光学系统为了获得3D显示效果，会将左、右眼显示画面模拟真实场景，显示有一定视差的左、右眼独立画面，使得大脑感知3D显示效果。眼睛晶状体调节的距离始终聚焦在近眼显示光学系统微显示器像源的虚像平面处，即眼睛调节距离是固定值。另一方面由于设置了具有视差的左、右眼画面，大脑会感觉3D画面物体的远近，导致人眼辐辏距离随着内置片源画面内容变化。这造成观看3D影片时人眼焦点调节与屏幕信息纵深感不匹配，即眼睛调节距离始终固定在微显示器的虚像平面处，而感知的3D物体却有远近变化，这就造成VAC（（Vergence-Accommodation Conflict）问题，这在裸眼3D显示中也有同样的困扰。当用户长时间处于这种状态，会造成人眼视觉疲劳、头晕呕吐等现象。本方案基于光波导不同的阵列面具有不同的物距，可以使得增强现实虚拟像面成像到不同位置处，形成多焦面显示方案，可以一定程度上缓解VAC冲突。
超表面技术相对于光学透镜元件与AR光波导技术结合，可以实现平面光学系统，以超薄的形态实现传统光学器件的功能。因此，超表面技术在AR近眼显示轻量化发展方向有着极大的应用前景。例如专利CN217639770U公开了一种图像组合器和AR近眼显示光学系统，该专利记载的方案将光波导与超透镜结合，超透镜布置于光波导的耦出区域，实现了AR近眼显示光学系统的轻薄化。又例如，专利CN218547139U公开了超构光波导和近眼显示设备，该专利记载的方案将反射用的超构表面设置于光波导的全反射区域，并同时在光波导的耦出区域设置耦出用超构表面，代替了传统透镜更加轻薄。
然而，由于沿光路方向不同位置的耦出区域距离像源距离不同，导致光线在耦出至超表面透镜不同位置的光程不同，使不同位置光线汇聚至人眼观看到的像源图像放大率是不一样的，不能良好清晰地形成增强现实画面效果。
发明内容
本发明在于提供一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备，以解决放大率不一导致AR近眼显示不能良好清晰地形成增强现实画面效果以及无法缓解VAC冲突的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，包括：
光波导基体，具有耦入区域、耦出区域和全反射区域，所述耦入区域用于将像源光线耦入至所述光波导基体并在所述全反射区域全反射至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述全反射区域中传播的像源光线从所述光波导基体耦出；
超构透镜，设于所述耦出区域以用于汇聚所述光波导基体中传播的像源光线并放大像源图像；在沿所述超构透镜与所述耦入区域横向排布方向上，所述超构透镜的焦距呈阶梯式变化以使所述超构透镜任意位置的放大倍率相等；
其中，所述超构透镜的焦距f满足：
fi为所述超构透镜在第i个阵列面对应的的焦距，i的取值为正整数；
K为所述超构透镜的放大倍率；
Ui为所述超构透镜在第i个阵列面的光程距离，i的取值为正整数。
在其中一个实施例中，所述光波导基体具有沿厚度方向相对设置的第一表面和第二表面、及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述超构透镜粘接所述第二表面并对位于所述耦出区域。
在其中一个实施例中，所述耦入区域设置有位于所述侧面且透光的楔形面，所述楔形面用于供显示器贴设安装。
在其中一个实施例中，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括微显示器，所述微显示器贴设于所述楔形面。
在其中一个实施例中，所述超构透镜还满足：Vi=K·Ui
其中，Vi为所述超构透镜在第i个阵列面对应的焦平面的像距；
K为所述超构透镜的放大倍率；
Ui为所述超构透镜在第i个阵列面的光程距离，i的取值为正整数。
在其中一个实施例中，耦入至所述光波导基体内的像源光线与环境光线为两个正交的偏振光线，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括第一偏振片，所述第一偏振片设置于所述超构透镜背向所述光波导基体的一侧，所述第一偏振片为左旋偏振片或者右旋偏振片。
在其中一个实施例中，解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述第一偏振片为左旋圆偏振片，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括第二偏振片和第三偏振片，所述第二偏振片设置于所述耦入区域，所述第二偏振片为右旋偏振片，所述第二偏振片用于将入射的像源光线过滤为右旋圆偏振光，所述第三偏振片设置于所述光波导基体背向所述超构透镜的一侧，所述第三偏振片为左旋偏振片，所述第三偏振片用于将入射的环境光线过滤为左旋圆偏振光。
第二方面，本发明还提供一种AR近眼显示设备，包括：
可穿戴支架；以及
如前文任一实施例所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，设于所述可穿戴支架。
由上述技术方案可知，本发明实施例至少具有如下优点和积极效果：
本发明实施例的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备，以超构透镜作为AR光波导目镜系统，将超构透镜置于AR几何阵列光波导（即光波导基体）前方，像源（即图像源）从显示器经光波导内部的全反射区域全反射传输至耦出区域，耦出区域耦出的像源光线传输至超构透镜的阵列面处进行放大、出瞳扩展显示到人眼处，实现虚拟放大图像在现实环境中的显示。在实现近眼显示系统轻量化、薄片化显示特点的同时，还可同时兼顾到虚拟图像显示。另外，基于焦距与物距（即超构透镜到耦入区域的横向距离）的线型关系可知，为了确保超构透镜任意位置的放大倍率是相同的，所以本方案在沿超构透镜与耦入区域横向排布的方向上，将超构透镜的焦距设置为阶梯式变化，以避免入射至超构透镜不同位置的像源光线因光程不同而导致的图像不清楚的问题。本方案可以根据不同的光程来排布不同位置超构透镜上的纳米柱结构，以此来确保超构透镜不同位置上的放大率是相等的，使像源成像更清晰；另外，本方案在超构透镜任意位置的放大倍率是相同时还可实现多焦面显示，基于不同阵列面具有物距不同的特性，实现多焦面显示方案，可以解决辐辏调节冲突（Vergence-Accommodation Conflict，VAC）。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置的结构示意图；
图2为图1所示超构光波导中的超构透镜与微显示器的相对位置俯视图；
图3为右旋圆偏振像源光经超构透镜的光路示意图；
图4为左旋圆偏振环境光经超构透镜的光路示意图；
图5为对应图3所示状态叠加左旋圆偏振片后的光路示意图；
图6为对应图4所述状态叠加左旋圆偏振片后的光路示意图；
图7为图1所示装置叠加左旋圆偏振片后环境光与像源光的光路示意图；
图8为现有技术方案一解决VAC冲突的光学系统的示意图；
图9为现有技术方案二解决VAC冲突的光学系统的示意图；
图10为另一实施例中图1所示装置叠加第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片后环境光与像源光的光路示意图。
附图标记说明如下：
10、解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置；
100、光波导基体；101、第一表面；102、第二表面；103、侧面；110、耦入区域；120、耦出区域；121、半透半反面；1211、第一半透半反面；1212、第二半透半反面；130、全反射区域；140、楔形面；200、超构透镜；300、显示器；400、第一偏振片；500、第二偏振片；600、第三偏振片。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供了一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10，包括光波导基体100和超构透镜200。光波导基体100可以被理解为本领域常见的光波导，光波导基体100用于全反射耦入至光波导基体100中的像源光线，将光线传播路径上全反射的像源光线传播至超构透镜200，以利用超构透镜200汇聚经光波导全反射的耦出光线，实现像源的放大，进而实现虚拟增强现实画面的显示。
以上包括光波导基体100和超构透镜200的多焦面显示装置10可以单独制造销售和使用，当然多焦面显示装置10还可包括配套的显示器300，显示器300用于向光波导基体100内发射像源光线。图1示意了显示器可采用微显示器，微显示器贴设于光波导基体100的侧面。一实施例中，微显示器包括柔性电路板以及显示器件，显示器件为Micro LED或者Micro OLED。当然，需要理解，其它实施例中的显示器也可以采用投影组件等其它显示器件。
解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10可以应用于AR近眼显示设备。用户可以穿戴AR近眼显示设备以利用解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10实现AR虚拟增强现实画面的显示。一实施例中，AR近眼显示设备包括可穿戴支架和解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10，解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10安装于可穿戴支架上，可穿戴支架可以被用户穿戴以实现AR显示。具体地，AR近眼显示设备可以为AR眼镜，此时可穿戴支架为镜腿，镜腿用于被佩戴在头部。基于常规的目镜系统通常由透镜元件组成，所以常规的目镜系统会需要比较庞重的重量以及一些机械性的安装结构，这将会导致解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10的重量提升，使得AR近眼显示设备变得异常笨重。本发明利用的超表面技术相对于光学透镜元件与AR光波导技术结合，可以实现平面光学系统，以超薄的形态实现传统光学器件的功能。另外，从重量配置上来看，超构透镜200的重量相对于传统透镜元件而言可以控制在0.2克，而像源微显示器的重量相对于传统的像源投影组件而言可以被控制在0.3克。由此可见，本发明提供的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10附加在光波导基体100中的重量仅为0.5克，本发明在普通的眼镜片上仅仅增加0.5克，就可以实现普通镜片重量情况小，实现增强现实图像的显示，大大减小了AR眼镜的佩戴负重。
继续参考图1，光波导基体100具有耦入区域110、耦出区域120以及位于该耦入区域110与该耦出区域120之间的光路中的全反射区域130。其中，耦入区域110用于将显示器300的像源光线耦入至光波导基体100并在全反射区域130全反射至耦出区域120，耦出区域120用于将全反射区域130中传播的像源光线从光波导基体100中耦出。具体在本实施例中，耦入区域110设有位于光波导基体100侧面且透光的楔形面140，楔形面140用于供微显示器300贴设安装，微显示器的微显示发光单元/发光单元阵列对向耦入区域110。可以理解，其它实施例中，耦入区域110也可设置倾斜的反光面来耦入光线。
耦出区域120可以设置有沿横向方向间隔排布的多个半透半反面121，半透半反面121倾斜于横向方向和厚度方向（即图1所示意的X轴延伸方向，图1所示意的Z轴延伸方向表示光波导基体100厚度方向）。为便于理解，图1作为示例仅仅示意了第一半透半反面1211和第二半透半反面1212，当然半透半反面的数量并不以此为限制。第一半透半反面1211和第二半透半反面1212共同构建出耦出区域120中的耦出器件，以进行扩瞳，保证出瞳出射光的分布范围足够覆盖后继的光学器件，如超构透镜200。
值得注意的是，光波导基体100具有沿厚度方向相对的第一表面101和第二表面102、及连接第一表面101和第二表面102的侧面103，第一表面101与第二表面102相互平行以使解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10具有平板结构。由于该解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10在传输光束时，光束会在该光波导基体100的全反射区域130发生多次全反射，本申请所提及的全反射区域130指的是经由耦入区域110耦入的光束在每次发生全反射时与第一表面101或第二表面102接触的区域。
超构透镜200粘接第二表面102并对位于耦出区域120。本申请的超构透镜200是由二氧化硅衬底和设置于二氧化硅衬底上且位置呈周期性排布的多个纳米柱构成，纳米柱的形状可以根据使用需要而设定，纳米柱的结构尺寸范围在10到600纳米范围内，该尺寸范围通常小于可见光波长的尺寸。
显示器300可以为微显示器，例如显示器300可以采用Sony生产的Micro OLED微显示屏，显示器300贴设于楔形面140。一实施例中，楔形面140倾斜于图1所示的X轴延伸方向和图1所示的Z轴延伸方向。
需要说明的是，在本申请的各实施例中，参考图2，在沿超构透镜200与耦入区域110的横向排布方向上（即图2所示X轴方向上），超构透镜200的焦距呈阶梯式变化以使超构透镜200任意位置的放大倍率相等。图1和图2皆示意了超构透镜200具有不同光程的第一位置A和第二位置B，其中，第一位置A和第二位置B距离耦入区域110的距离分别为L1和L2，且光程逐渐减小。
其中，超构透镜200的焦距f满足：
fi为所述超构透镜在第i个阵列面对应的的焦距，i的取值为正整数；
K为所述超构透镜的放大倍率；
Ui为所述超构透镜在第i个阵列面的光程距离，i的取值为正整数。
本发明实施例的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10和AR近眼显示设备，以超构透镜200作为AR光波导目镜系统，将超构透镜200置于AR几何阵列光波导（即光波导基体100）前方，像源（即图像源）从显示器300经光波导内部的全反射区域130全反射传输至耦出区域120，耦出区域120耦出的像源光线传输至超构透镜200的阵列面处进行放大、出瞳扩展显示到人眼处，实现虚拟放大图像在现实环境中的显示。在实现近眼显示系统轻量化、薄片化显示特点的同时，还可同时兼顾到虚拟图像显示。另外，基于焦距与物距（即超构透镜200到耦入区域110的横向距离）的线型关系可知，为了确保超构透镜200任意位置的放大倍率是相同的，所以本方案在沿超构透镜200与耦入区域110横向排布的方向上，将超构透镜200的焦距设置为阶梯式变化，以避免入射至超构透镜200不同位置的像源光线因光程不同而导致的图像不清楚的问题。本方案可以根据不同的光程来排布不同位置超构透镜200上的纳米柱结构，以此来确保超构透镜200不同位置上的放大率是相等的，使像源成像更清晰。另外，本方案在超构透镜200任意位置的放大倍率是相同时还可实现多焦面显示。参考图2，对于阵列面A和阵列面B，由于像源显示器300到超构透镜200阵列面A的光程u1和像源显示器300到超构透镜200阵列面B的光程u2不一样，为了保证阵列面A的放大倍率k1与阵列面B的放大倍率k2是相等的，基于焦距与物距的线型关系可知，可以计算出如下计算式：
阵列面A的焦距满足：
阵列面B的焦距满足：
其中，阵列面A和阵列面B的放大倍率为恒定值，即k1=k2=K。
而又由于像距，即可得：
阵列面A的像距。
阵列面B的像距。
从而形成多焦面显示。
由此可得，当放大倍率恒定时，像距与光程距离也呈线型关系变化，所以本方案在超构透镜200任意位置的放大倍率是相同时还可实现多焦面显示。
参考图3，图3示意了右旋圆偏振像源光经超构透镜200的光路示意图，从图中我们可以发现，右旋圆偏振像源光经超构透镜200分化成了两股光线，分别为右旋圆偏振像源光和左旋圆偏振像源光。其中，右旋圆偏振像源光沿原像源光的光路射出，左旋圆偏振像源光发生了汇聚，从而实现了像源的放大。参考图4，图4示意了左旋圆偏振环境光经超构透镜200分化成了两股光线，分别为左旋圆偏振环境光和右旋圆偏振环境光。其中，出射的左旋圆偏振环境光沿原环境光的光路射出，出射的右旋圆偏振环境光发生了发散。
由上述分析可知，在不设置其它光学器件的前提下，用户通过该超构透镜200看到高质量的虚拟图像的同时，通过超构透镜也能够看到发生畸变的真实环境，即：像源的虚拟图像无法在真实的非放大环境中得到呈现。为了克服上述缺陷，参考图5和图6，本发明提供的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10还包括第一偏振片400，设定耦入至光波导基体100内的像源光线与环境光线为两个正交的偏振光线，第一偏振片400设置于超构透镜200背向光波导基体100的一侧，第一偏振片400用于将环境光线转化为平行光线，将像源光线转化为汇聚光线。具体地，像源光线为右旋圆偏振光，环境光线为左旋圆偏振光，第一偏振片400为左旋圆偏振片（允许左旋光通过而右旋光不通过）。参考图7，经过左旋圆偏振片（即第一偏振片400）后只能得到汇聚的左旋圆偏振像源光和平行入射的右旋圆偏振环境光，放大的虚拟像源能够在真实环境中得到呈现，解决了真实环境不真实的缺陷。
综上所述，与现有的解决VAC冲突的方案对比，本方案技术特点。
现有解决VAC冲突方案：方案一：参考图8，采用具有立体信息的微显示器像源，如放置两个不同位置处的微显示器，可以成像到不同位置处，从而形成多焦面显示，缓解VAC冲突（对应给出示意图）；方案二：参考图9，采用可变焦装置，如变焦液晶透镜，可以调节成像光学元件屈光度，形成不同焦面位置的虚拟像面，缓解VAC冲突。当微显示器只有单个物面时，只是单个虚拟像面的近眼显示；当微显示器具有多个物面时，能够形成多焦面的虚拟像面的近眼显示。本方案技术特点：依据不同阵列面的不同的物距，从而形成不同位置处的虚拟像面，从而形成多焦面显示。
在另一实施例中，参考图10，第一偏振片400为左旋圆偏振片，解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置10还包括第二偏振片500和第三偏振片600，第二偏振片500设置于耦入区域110，第二偏振片500为右旋偏振片，第二偏振片500用于将入射的像源光线过滤为右旋圆偏振光，第三偏振片600设置于光波导基体100背向超构透镜200的一侧，第三偏振片600为左旋偏振片，第三偏振片600用于将入射的环境光线过滤为左旋圆偏振光。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，包括：
光波导基体，具有耦入区域、耦出区域和全反射区域，所述耦入区域用于将像源光线耦入至所述光波导基体并在所述全反射区域全反射至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述全反射区域中传播的像源光线从所述光波导基体耦出；
超构透镜，设于所述耦出区域以用于汇聚所述光波导基体中传播的像源光线并放大像源图像；在沿所述超构透镜与所述耦入区域横向排布方向上，所述超构透镜的焦距呈阶梯式变化以使所述超构透镜任意位置的放大倍率相等；
其中，所述超构透镜的焦距fi满足：
fi为所述超构透镜在第i个阵列面对应的焦距，i的取值为正整数；
K为所述超构透镜的放大倍率；
Ui为所述超构透镜在第i个阵列面的光程距离，i的取值为正整数。
2.根据权利要求1所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述耦出区域设置有沿横向方向间隔排布的多个半透半反面，所述半透半反面倾斜于横向。
3.根据权利要求1所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述光波导基体具有沿厚度方向相对设置的第一表面和第二表面、及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述超构透镜粘接所述第二表面并对位于所述耦出区域。
4.根据权利要求3所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述耦入区域设置有位于所述侧面且透光的楔形面，所述楔形面用于供显示器贴设安装。
5.根据权利要求4所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括微显示器，所述微显示器贴设于所述楔形面。
6.根据权利要求1所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述超构透镜还满足：Vi=K·Ui
其中，Vi为所述超构透镜在第i个阵列面对应的焦平面的像距；
K为所述超构透镜的放大倍率；
Ui为所述超构透镜在第i个阵列面的光程距离，i的取值为正整数。
7.根据权利要求1所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，耦入至所述光波导基体内的像源光线与环境光线为两个正交的偏振光线，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括第一偏振片，所述第一偏振片设置于所述超构透镜背向所述光波导基体的一侧，所述第一偏振片为左旋偏振片或者右旋偏振片。
8.根据权利要求7所述的解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述第一偏振片为左旋圆偏振片，所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括第二偏振片和第三偏振片，所述第二偏振片设置于所述耦入区域，所述第二偏振片为右旋偏振片，所述第二偏振片用于将入射的像源光线过滤为右旋圆偏振光，所述第三偏振片设置于所述光波导基体背向所述超构透镜的一侧，所述第三偏振片为左旋偏振片，所述第三偏振片用于将入射的环境光线过滤为左旋圆偏振光。
9.一种AR近眼显示设备，其特征在于，包括：
可穿戴支架；以及
如权利要求1至8中任意一项的所述解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置，设于所述可穿戴支架。
10.根据权利要求9所述的AR近眼显示设备，其特征在于，所述AR近眼显示设备为AR眼镜，所述可穿戴支架为镜腿，所述镜腿用于佩戴在头部。
CN202311358608.7A 2023-10-19 2023-10-19 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备 Active CN117092825B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311358608.7A CN117092825B (zh) 2023-10-19 2023-10-19 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311358608.7A CN117092825B (zh) 2023-10-19 2023-10-19 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117092825A CN117092825A (zh) 2023-11-21
CN117092825B true CN117092825B (zh) 2023-12-19

Family

ID=88775650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311358608.7A Active CN117092825B (zh) 2023-10-19 2023-10-19 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117092825B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110048924A (ko) * 2009-11-03 2011-05-12 유이치 스즈키 액정표시장치 및 조명장치
CN114502120A (zh) * 2019-07-31 2022-05-13 奥克塞拉有限公司 用于将图像投射到视网膜上的设备
CN115145027A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 北京小米移动软件有限公司 显示组件及头戴式显示设备
CN217639768U (zh) * 2022-07-08 2022-10-21 深圳迈塔兰斯科技有限公司 一种图像组合器及近眼显示装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109709675B (zh) * 2019-02-26 2021-11-19 京东方科技集团股份有限公司 增强现实显示设备和增强现实眼镜

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110048924A (ko) * 2009-11-03 2011-05-12 유이치 스즈키 액정표시장치 및 조명장치
CN114502120A (zh) * 2019-07-31 2022-05-13 奥克塞拉有限公司 用于将图像投射到视网膜上的设备
CN115145027A (zh) * 2021-03-31 2022-10-04 北京小米移动软件有限公司 显示组件及头戴式显示设备
CN217639768U (zh) * 2022-07-08 2022-10-21 深圳迈塔兰斯科技有限公司 一种图像组合器及近眼显示装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Metasurface wavefront control for high‑performance user‑natural augmented reality waveguide glasses;Hyunpil Boo等;《Scientific Reports》;第12卷(第1期);5832 *
增强现实近眼显示中辐辏调节冲突研究进展";王书龙等;《光学学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117092825A (zh) 2023-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11815781B2 (en) Transparent waveguide display
US10048500B2 (en) Directionally illuminated waveguide arrangement
US11940625B2 (en) Light-guide display with reflector
KR100954404B1 (ko) 광가이드 광학장치
JP6847901B2 (ja) 透明導波路ディスプレイ
JP2007505353A (ja) 基板導光の光学装置
CN111766706A (zh) 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组
CN111290132A (zh) 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组
US20190310482A1 (en) Light guide with beam separator for dual images
WO2022120253A1 (en) Display device with transparent illuminator
CN111766705A (zh) 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组
CN117092825B (zh) 解决ar辐辏调节冲突的多焦面显示装置和ar近眼显示设备
US11740471B2 (en) Display device with transparent illuminator
JP6610675B2 (ja) 導光素子、接合光学素子、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
CN116762024A (zh) 具有透明照明器的显示设备
CN118043589A (zh) 几何波导照明器和基于该几何波导照明器的显示器

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