CN210720888U - 一种ar显示装置及ar显示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种AR显示装置，包括波导镜片和用于减少反射光经多次折返进入光波导镜片的增透膜，波导镜片包括波导，以及设置在波导同一侧表面的耦入区域和耦出区域，增透膜紧贴在波导上远离耦入区域一侧的表面，且至少遮挡耦入区域，图像光线经增透膜进入波导镜片后全反射输出至人眼。本实用新型还公开了AR显示系统，包括图像处理装置、投影装置和上述AR显示装置，图像处理装置输出图像光线至投影装置，图像光线经投影装置调节后，入射至AR显示装置，再经AR显示装置全反射输出至人眼。通过增透膜紧贴在波导上远离耦入区域一侧的表面，且至少遮挡耦入区域，减少反射光经多次折返进入波导镜片，从而避免了反射光线带来的视觉问题，极大改善了观看体验。
Description
技术领域
本实用新型涉及AR显示技术领域，特别是涉及一种AR显示装置及AR显示系统。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
目前主流的近眼式增强现实显示设备大多采用光波导原理。例如，现有通过阵列光栅设计实现AR显示，但存在百叶窗效应，影响观看体验。由于波导镜片本身并非100％透射，存在少量反射光经多次折返进入波导，形成干扰光，导致光学串扰，影响体验效果。
如图1所示，可以看出，入射光线直接入射至波导镜片，由于波导镜片本身材质并非完全透射，从而形成部分反射光线，部分反射光线经反射又传导至波导镜片，这部分光线经波导镜片的耦入区域衍射，形成干扰光线，人眼最终在耦出区与观看，会同时观看到理想光线和干扰光线，从而形成图像背景光晕、鬼影、模糊等劣质效果。
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降低反射光线干扰的AR显示装置及AR显示系统。
本实用新型提供一种AR显示装置，包括波导镜片和用于减少反射光经多次折返进入光所述波导镜片的增透膜，所述波导镜片包括波导，以及设置在所述波导同一侧表面的耦入区域和耦出区域，所述增透膜紧贴在所述波导上远离所述耦入区域一侧的表面，且至少遮挡所述耦入区域，图像光线经所述增透膜进入所述波导镜片，再经所述波导镜片全反射输出至人眼。
在其中一实施例中，所述增透膜包括第一二氧化钛层、第一二氧化硅层、第二二氧化钛层和第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层与所述波导的表面接触。
在其中一实施例中，所述第一二氧化钛层的厚度为90～120nm、所述第一二氧化硅层的厚度为150～175nm、所述第二二氧化钛层的厚度为90～120nm、所述第二二氧化硅层的厚度为75～95nm。优选的，所述第一二氧化钛层的厚度为103nm、所述第一二氧化硅层的厚度为163nm、所述第二二氧化钛层的厚度为106nm、所述第二二氧化硅层的厚度为85nm。
在其中一实施例中，所述波导镜片还包括转折区域，所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域由光栅组成，且所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域在同一侧的同一条直线上。
在其中一实施例中，所述光栅至少为倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅、体光栅中的其中一种。
在其中一实施例中，所述耦入区域和所述耦出区域均为二维光栅，所述转折区域为一维光栅。
在其中一实施例中，所述图像光线经所述耦入区域衍射，形成一束左衍射光线和一束右衍射光线，所述左衍射光经所述波导内全反射传导至所述转折区域，经所述转折区域衍射，传导至所述耦出区域，再经所述耦出区域衍射出射；所述右衍射光经所述波导内全反射传导至所述转折区域，经所述转折区域衍射，传导至所述耦出区域，再经所述耦出区域衍射出射；所述左衍射光和所述右衍射光经不同光路最终耦出，实现融合。
在其中一实施例中，所述波导镜片为实现红绿蓝三色图像光线入射的单片彩色波导镜片。
本实用新型还提供一种AR显示系统，包括图像处理装置、投影装置和AR显示装置，所述图像处理装置输出图像光线至所述投影装置，所述图像光线经所述投影装置调节后，入射至所述AR显示装置，再经所述AR显示装置全反射输出至人眼，所述AR显示装置为上述AR显示装置。
本实用新型提供的AR显示装置，通过增透膜紧贴在所述波导上远离所述耦入区域一侧的表面，且至少遮挡所述耦入区域，减少反射光经多次折返进入光波导镜片，降低反射光线的干扰，从而避免了反射光线带来的视觉问题，极大改善了观看体验。
附图说明
图1为现有波导镜片的入射光路图；
图2为本实施例波导镜片的结构示意图；
图3为本施例波导镜片的入射光路图；
图4为本实施例AR显示装置的入射光路图
图5为本实用新型实施例增透膜的透射效率图。
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。
请参考图2和图4，本实用新型实施例中提供的AR显示装置，包括波导镜片1和用于减少反射光经多次折返进入波导镜片1的增透膜33。波导镜片1包括波导13，以及设置在波导13同一侧表面的耦入区域131和耦出区域133。增透膜3紧贴在波导13上远离耦入区域131一侧的表面，且至少遮挡所述耦入区域131。图像光线经增透膜3进入波导镜片1，再经波导镜片1全反射输出至人眼。
在本实施例中，增透膜3的大小与波导镜片1的大小相同。
在其它实施例中，增透膜3的大小只需覆盖耦入区域131即可。
增透膜3包括第一二氧化钛层、第一二氧化硅层、第二二氧化钛层和第二二氧化硅层。其中第二二氧化硅层与波导13的表面接触。
在其它实施例中，增透膜3按上述方式交叉排布，具体层数不做限定。
第一二氧化钛层的厚度为90～120nm、第一二氧化硅层的厚度为150～175nm、所述第二二氧化钛层的厚度为90～120nm、所述第二二氧化硅层的厚度为75～95nm。优选的，第一二氧化钛层的厚度为103nm，第一二氧化硅层的厚度为163nm，第二二氧化钛层的厚度为106nm，第二二氧化硅层的厚度为85nm。由于增透膜3极高的透射增强，导致几乎没有反射光，从而避免了反射光线带来的视觉问题，极大改善了观看体验。经实验验证，如图5所示，本实施例中的增透膜3可以实现400nm-700nm大于95％的透射效率；在400nm-550nm大于99％的透射效率。
在本实施例中，波导镜片1为实现红绿蓝三色图像光线入射的单片彩色波导镜片1。各色图象光线经各区域衍射弯折，经波导镜片1出射至人眼，光线经波导镜片1出射综合，实现彩色增强现实显示。
波导镜片1还包括转折区域132，耦入区域131、转折区域132和耦出区域133在同一侧的同一条直线上。
耦入区域131、转折区域132和耦出区域133由纳米光栅组成，用于形成衍射，衍射光经纳米光栅结构和波导13结构传导至人眼，实现增强现实显示。具体地，光栅至少为倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅、体光栅中的其中一种。
在本实施例中，耦入区域131和耦出区域133均为二维光栅，转折区域132为一维光栅。如图3所示，图像光线经耦入区域131衍射，形成一束左衍射光线和一束右衍射光线。其中，左衍射光经波导13内全反射传导至转折区域132，再经转折区域132衍射，传导至耦出区域133，经耦出区域133衍射出射；右衍射光经波导13内全反射传导至转折区域132，经转折区域132衍射，传导至耦出区域133，经耦出区域133衍射出射；左衍射光和右衍射光经不同光路最终耦出，实现融合，消除单衍射光线造成的视场范围内衍射效率不均衡、色差问题。通过此种设计光波导镜片1表面纳米结构及空间布局，实现对称式视场扩展，弥补单向视场扩展不足，达到出瞳范围多色衍射效率均衡。
本实用新型还提供一种AR显示系统，包括图像处理装置、投影装置和AR显示装置。图像处理装置输出图像光线至投影装置，图像光线经投影装置调节后，入射至AR显示装置，再经AR显示装置全反射输出至人眼。其中，AR显示装置为上述AR显示装置。
在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本实用新型的限制。
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。
在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
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。
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 (10)
1.一种AR显示装置，其特征在于，包括波导镜片和用于减少反射光经多次折返进入光所述波导镜片的增透膜，所述波导镜片包括波导，以及设置在所述波导同一侧表面的耦入区域和耦出区域，所述增透膜紧贴在所述波导上远离所述耦入区域一侧的表面，且至少遮挡所述耦入区域，图像光线经所述增透膜进入所述波导镜片，再经所述波导镜片全反射输出至人眼。
2.如权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述增透膜包括第一二氧化钛层、第一二氧化硅层、第二二氧化钛层和第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层与所述波导的表面接触。
3.如权利要求2所述的AR显示装置，其特征在于，所述第一二氧化钛层的厚度为90～120nm、所述第一二氧化硅层的厚度为150～175nm、所述第二二氧化钛层的厚度为90～120nm、所述第二二氧化硅层的厚度为75～95nm。
4.如权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，所述第一二氧化钛层的厚度为103nm、所述第一二氧化硅层的厚度为163nm、所述第二二氧化钛层的厚度为106nm、所述第二二氧化硅层的厚度为85nm。
5.如权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述波导镜片还包括转折区域，所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域由光栅组成，且所述耦入区域、所述转折区域和所述耦出区域在同一侧的同一条直线上。
6.如权利要求5所述的AR显示装置，其特征在于，所述光栅至少为倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅、体光栅中的一种。
7.如权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，所述耦入区域和所述耦出区域均为二维光栅，所述转折区域为一维光栅。
8.如权利要求5所述的AR显示装置，其特征在于，所述图像光线经所述耦入区域衍射，形成一束左衍射光线和一束右衍射光线，所述左衍射光经所述波导内全反射传导至所述转折区域，经所述转折区域衍射，传导至所述耦出区域，经所述耦出区域衍射出射；所述右衍射光经所述波导内全反射传导至所述转折区域，再经所述转折区域衍射，传导至所述耦出区域，再经所述耦出区域衍射出射；所述左衍射光和所述右衍射光经不同光路最终耦出，实现融合。
9.如权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述波导镜片为实现红绿蓝三色图像光线入射的单片彩色波导镜片。
10.一种AR显示系统，其特征在于，包括图像处理装置、投影装置和AR显示装置，所述图像处理装置输出图像光线至所述投影装置，所述图像光线经所述投影装置调节后，入射至所述AR显示装置，再经所述AR显示装置全反射输出至人眼，所述AR显示装置为权利要求1至9任一项所述的AR显示装置。
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