CN210401839U - 彩色波导镜片及ar显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种彩色波导镜片，包括波导衬底和位于波导衬底表面的功能性区域组，功能性区域组包括耦入区域、转折区域和耦出区域，耦入区域、转折区域和耦出区域均包括纳米光栅，耦入区域的光栅取向与转折区域的光栅取向形成45°夹角，耦出区域的光栅取向与耦入区域的光栅取向形成90°夹角，耦出区域的光栅周期与耦入区域的光栅周期相同。本实用新型的彩色波导镜片能实现彩色增强现实(Augmented Reality,AR)显示，并且具有宽带衍射特性。本实用新型还涉及一种AR显示装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及显示技术领域，特别是涉及一种彩色波导镜片及AR显示装置。
背景技术
增强现实(Augmented Reality,AR)，通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。作为AR技术的载体，智能眼镜需要完成虚拟环境的高效构建、现实环境空间结构的恢复、虚实环境的自然融合以及混合现实支撑软件平台等功能。现有的AR近眼显示技术在轻量化、超薄化、宽视角和亮度均匀等方面存在巨大矛盾，难以满足人们对智能眼镜特性的需求。
AR技术发展至今，多种显示方案已被提出、验证，多款头戴式AR显示设备成功研制。为达到极佳佩戴体验，头戴式AR显示设备需具备便携、轻薄的特点，众多显示技术中，光波导方案脱颖而出。基于光波导方案的超薄显示镜片具备超薄、超透、超轻等优势，且具有较好的观赏体验。光波导技术也得到众多国际巨头的肯定，例如，微软开发的Hololens，采用三片光波导显示镜片叠加，实现彩色化AR显示。Lumus的阵列光栅显示镜片，可实现大视场、高分辨率显示效果。然而，微软的AR产品采用的三片叠加方案，仍然具有一定的厚度及体积，设备较为臃肿。Lumus的显示效果存在百叶窗效应，影响观看体验。目前的显示方案在优化显示单元轻薄化的同时实现良好的显示效果方面仍然存在可提升空间。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种彩色波导镜片及AR显示装置，能实现彩色增强现实(Augmented Reality,AR)显示，并且具有宽带衍射特性。
一种彩色波导镜片，包括波导衬底和位于波导衬底表面用于将图像光信息衍射后满足波导衬底全反射的功能性区域组，功能性区域组包括用于将红绿蓝三色图像光信息耦合进入波导衬底的耦入区域、用于将经波导衬底传导过来的图像光信息改变方向的转折区域和用于将经转折区域及波导衬底传导过来的图像光信息投射到波导镜片外部空间中的耦出区域，耦入区域、转折区域和耦出区域均包括纳米光栅，耦入区域的光栅取向与转折区域的光栅取向形成45°夹角，耦出区域的光栅取向与耦入区域的光栅取向形成90°夹角，耦出区域的光栅周期与耦入区域的光栅周期相同。
进一步地，所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域均位于波导衬底的一侧。
进一步地，所述耦入区域和所述转折区域位于波导衬底的一侧，耦出区域位于波导衬底的另一侧。
进一步地，所述耦入区域位于波导衬底的一侧，转折区域和耦出区域位于波导衬底的另一侧。
进一步地，所述纳米光栅的占空比从0.1-0.7渐变。
进一步地，所述耦入区域的光栅周期为200-600nm，转折区域的光栅周期为150-500nm。
进一步地，所述纳米光栅的高度为100-500nm。
本实用新型还提供一种AR显示装置，包括上述的彩色波导镜片。
本实用新型的彩色波导镜片包括功能性区域组，功能性区域组包括耦入区域、转折区域和耦出区域，图像光线分别经过耦入区域、转折区域和耦出区域的衍射后，能实现彩色增强现实(Augmented Reality,AR)显示，并且结构简单；耦入区域的光栅取向与转折区域的光栅取向形成45°夹角，耦出区域的光栅取向与耦入区域的光栅取向形成90°夹角，耦出区域的光栅周期与耦入区域的光栅周期相同，因此彩色波导镜片具有宽带衍射特性，并且在一定在范围内，在随着纳米光栅的周期、高度和占空比逐渐增大时，宽带衍射特性会逐渐增强。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的光线在彩色波导镜片内传导的示意图。
图2为本实用新型一实施例的光线在彩色波导镜片的剖面内传导的示意图。
图3为本实用新型一实施例的彩色波导镜片耦入区域的1级衍射效率的曲线示意图。
图4为本实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为450nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。
图5本为实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为520nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。
图6本为实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为620nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。
图7为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的周期为300nm、400nm、500nm、600nm情况下的1级衍射效率的对比图。
图8为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的高度为250nm、350nm、450nm、550nm情况下的1级衍射效率的对比图。
图9为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的占空比为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5情况下的1级衍射效率的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图1为本实用新型一实施例的光线在彩色波导镜片内传导的示意图。图2为本实用新型一实施例的光线在彩色波导镜片的剖面内传导的示意图。如图1和图2所示，彩色波导镜片10包括波导衬底12和位于波导衬底12表面用于将图像光信息衍射后满足波导衬底12全反射的功能性区域组13。功能性区域组13包括用于将红绿蓝三色图像光信息耦合进入波导衬底12的耦入区域131、用于将经波导衬底12传导过来的图像光信息改变方向的转折区域132和用于将经转折区域132及波导衬底12传导过来的图像光信息投射到波导镜片外部空间中的耦出区域133。耦入区域131、转折区域132和耦出区域133三者均位于波导衬底12的一侧，但并不以此为限，例如，耦入区域131和转折区域132位于波导衬底12的一侧，耦出区域133位于波导衬底12的另一侧，或者，耦入区域131位于波导衬底12的一侧，转折区域132和耦出区域133位于波导衬底12的另一侧。
耦入区域131、转折区域132和耦出区域133均包括纳米光栅134，耦入区域131的光栅取向与转折区域132的光栅取向形成45°夹角，耦出区域133的光栅取向与耦入区域131的光栅取向形成90°夹角，耦出区域133的光栅周期与耦入区域131的光栅周期相同。在本实施例中，耦入区域131的光栅周期为200-600nm，转折区域132的光栅周期为150-500nm，并且纳米光栅134的占空比从0.1-0.7渐变，其高度为100-500nm。
图3为本实用新型一实施例的彩色波导镜片耦入区域的1级衍射效率的曲线示意图。如图3所示，波长在400-625nm的范围内时，1级衍射效率较高，并且曲线比较平缓，波长在625nm-700nm的范围内时，1级衍射效率逐渐减小，当1级衍射效率的范围在0.4-0.7时，其对应的波长范围为400-625nm，该波长范围较广，说明本实用新型的彩色波导镜片10的耦入区域131具有宽带衍射特性。
如图1和图2所示，本实用新型一实施例的彩色波导镜片的工作原理大致为：红绿蓝三色图像光线经耦入区域131分别衍射，耦入区域131具备宽带衍射功能，三色图像光线的衍射光线满足波导衬底12全反射条件，光线传导至转折区域132，经转折区域132衍射，衍射光线传导至耦出区域133，经耦出区域133衍射，三色衍射光线传导至人眼，经人眼合成，实现彩色增强现实(Augmented Reality,AR)显示。
图4为本实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为450nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。图5本为实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为520nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。图6本为实用新型一实施例的彩色波导镜片在入射光的波长为620nm情况下的1级衍射效率随入射角度变化而变化的曲线示意图。(图4-图6均在同一条件下测得)如图4-图6所示，波长为450nm时，入射角度从-10°到30°变化区间内，1级衍射效率逐渐增大至平缓；波长为520nm时，入射角度从-10°到30°变化区间内，1级衍射效率逐渐增大至平缓；波长为620nm时，入射角度从-10°到30°变化区间内，1级衍射效率逐渐增大至平缓。表明在一定的入射角范围内，对于不同波长的光线，本实用新型的彩色波导镜片10仍具有较高的衍射效率，具备宽角度特性，满足大视场增强现实显示的要求。
图7为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的周期为300nm、400nm、500nm、600nm情况下的1级衍射效率的对比图。如图7所示，将纳米光栅134的周期为300nm的曲线记为第一曲线101，同理，周期为400nm的曲线记为第二曲线102，周期为500nm的曲线记为第三曲线103，周期为600nm的曲线记为第四曲线104。根据第一曲线101、第二曲线102、第三曲线103和第四曲线104的分布可知，随着纳米光栅134的周期增大，宽带衍射特性逐渐增强，即具有较高的1级衍射效率的波长范围逐渐变大，满足红绿蓝三色耦入衍射传导需求。
图8为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的高度为250nm、350nm、450nm、550nm情况下的1级衍射效率的对比图。如图8所示，将纳米光栅134的高度为250nm的曲线记为第五曲线105，同理，高度为350nm的曲线记为第六曲线106，高度为450nm的曲线记为第七曲线107，高度为550nm的曲线记为第八曲线108。根据第五曲线105、第六曲线106、第七曲线107和第八曲线108的分布可知，随着纳米光栅134的高度增加，宽带衍射特性逐渐增强，满足红绿蓝三色耦入衍射传导需求。当纳米光栅134的高度增加到一定值时，宽带衍射特性被抑制。
图9为本实用新型一实施例的彩色波导镜片分别在纳米光栅的占空比为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5情况下的1级衍射效率的对比图。如图9所示，将纳米光栅134的占空比为0.1的曲线记为第九曲线109，同理，占空比为0.2的曲线记为第十曲线110，占空比为0.3的曲线记为第十一曲线111，占空比为0.4的曲线记为第十二曲线112，占空比为0.5的曲线记为第十三曲线113。根据第九曲线109、第十曲线110、第十一曲线111、第十二曲线112和第十三曲线113的分布可知，随着纳米光栅134的占空比增加，宽带衍射特性逐渐增强，满足红绿蓝三色耦入衍射传导需求。当光栅占空比增加到一定值时，宽带衍射特性被抑制。
本实用新型的彩色波导镜片10包括功能性区域组13，功能性区域组13包括耦入区域131、转折区域132和耦出区域133，图像光线分别经过耦入区域131、转折区域132和耦出区域133的衍射后，能实现彩色增强现实(Augmented Reality,AR)显示，并且结构简单；耦入区域131的光栅取向与转折区域132的光栅取向形成45°夹角，耦出区域133的光栅取向与耦入区域131的光栅取向形成90°夹角，耦出区域133的光栅周期与耦入区域131的光栅周期相同，因此彩色波导镜片10具有宽带衍射特性，并且在一定在范围内，在随着纳米光栅134的周期、高度和占空比逐渐增大时，宽带衍射特性会逐渐增强。
本实用新型还涉及一种AR显示装置，包括上述的彩色波导镜片10。
在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以通过中间媒介间接相连，也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的具体含义。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种彩色波导镜片，其特征在于，包括波导衬底和位于所述波导衬底表面用于将图像光信息衍射后满足所述波导衬底全反射的功能性区域组，所述功能性区域组包括用于将红绿蓝三色图像光信息耦合进入所述波导衬底的耦入区域、用于将经所述波导衬底传导过来的图像光信息改变方向的转折区域和用于将经所述转折区域及所述波导衬底传导过来的图像光信息投射到波导镜片外部空间中的耦出区域，所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域均包括纳米光栅，所述耦入区域的光栅取向与所述转折区域的光栅取向形成45°夹角，所述耦出区域的光栅取向与所述耦入区域的光栅取向形成90°夹角，所述耦出区域的光栅周期与所述耦入区域的光栅周期相同。
2.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域均位于所述波导衬底的一侧。
3.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述耦入区域和所述转折区域位于所述波导衬底的一侧，所述耦出区域位于所述波导衬底的另一侧。
4.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述耦入区域位于所述波导衬底的一侧，所述转折区域和所述耦出区域位于所述波导衬底的另一侧。
5.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述纳米光栅的占空比从0.1-0.7渐变。
6.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述耦入区域的光栅周期为200-600nm，所述转折区域的光栅周期为150-500nm。
7.如权利要求1所述的彩色波导镜片，其特征在于，所述纳米光栅的高度为100-500nm。
8.一种AR显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的彩色波导镜片。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111722317A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-09-29 | 北京至格科技有限公司 | 一种衍射光波导镜片 |
| CN113433621A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 北京枭龙科技有限公司 | 一种高效光栅波导元件 |
| CN113568167A (zh) * | 2020-04-29 | 2021-10-29 | 宁波舜宇光电信息有限公司 | 镜片单元和包括镜片单元的ar设备 |
| CN113625446A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-09 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | Ar光波导的设计方法及用于ar眼镜的光波导 |
| CN115166897A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-10-11 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | 衍射光波导及显示设备 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113568167A (zh) * | 2020-04-29 | 2021-10-29 | 宁波舜宇光电信息有限公司 | 镜片单元和包括镜片单元的ar设备 |
| CN113568167B (zh) * | 2020-04-29 | 2022-09-02 | 宁波舜宇光电信息有限公司 | 镜片单元和包括镜片单元的ar设备 |
| CN111722317A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-09-29 | 北京至格科技有限公司 | 一种衍射光波导镜片 |
| CN113433621A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 北京枭龙科技有限公司 | 一种高效光栅波导元件 |
| CN113625446A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-09 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | Ar光波导的设计方法及用于ar眼镜的光波导 |
| CN113625446B (zh) * | 2021-07-15 | 2024-02-02 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | Ar光波导的设计方法及用于ar眼镜的光波导 |
| CN115166897A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-10-11 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | 衍射光波导及显示设备 |
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