CN217506282U - 一种双色ar衍射波导及ar眼镜 - Google Patents

一种双色ar衍射波导及ar眼镜 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种双色AR衍射波导及AR眼镜，该波导包括：位于波导中心的入瞳区域、对称分布于入瞳区域两侧的第一扩瞳区域和第二扩瞳区域、设置于第一扩瞳区域下方的第一出瞳区域和设置于第二扩瞳区域下方的第二出瞳区域；入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域形成第一通道，入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域形成第二通道；第一通道上设置有第一带通滤波片，第二通道上设置有第二带通滤波片或截止滤波片。本实用新型通过在波导的第一通道和第二通道上设置第一带通滤波片和第二带通滤波片或截止滤波片，使第一通道和第二通道分别传导不同颜色的光，从而实现波导左右两侧显示不同颜色画面，达到单光源在AR眼镜上呈现3D立体图像的效果。

Description

一种双色AR衍射波导及AR眼镜
技术领域
本实用新型涉及AR显示技术领域，具体涉及一种双色AR衍射波导及AR眼镜。
背景技术
目前来看，从最早的3D电影到现在的IMAX巨幕电影，再到时下大火的AR、VR以及全息影像，人们在追求3D真实感受的道路上从未停下脚步，因为3D显示能够带来更好的沉浸式体验。
在交互领域，3D成像技术尤为关键。通过2D向3D的升级，可以获取全面的三维信息，每个对象的三维轮廓、物理特征将更为充分识别。在AR衍射波导显示中，双光源左右分画输入左右眼可以实现立体显示；而单光源输入实现从2D图像到3D图像显示则比较困难，因此如何实现通过单光源即可显示3D立体画面是本领域技术人员需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种双色AR衍射波导及AR眼镜，旨在实现波导左右两侧显示不同颜色画面，达到单光源在AR眼镜上直接呈现3D立体图像的效果。
本实用新型实施例提供了一种双色AR衍射波导，包括：位于波导中心的入瞳区域、对称分布于所述入瞳区域两侧的第一扩瞳区域和第二扩瞳区域、设置于所述第一扩瞳区域下方的第一出瞳区域和设置于所述第二扩瞳区域下方的第二出瞳区域；
其中，所述入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域形成第一通道，所述入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域形成第二通道；所述第一通道上设置有第一带通滤波片，所述第二通道上设置有第二带通滤波片或截止滤波片。
进一步的，所述第一带通滤波片设置于所述入瞳区域和第一扩瞳区域之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片设置于所述入瞳区域和第二扩瞳区域之间的波导内。
进一步的，所述第一带通滤波片设置于所述第一扩瞳区域和第一出瞳区域之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片设置于所述第二扩瞳区域和第二出瞳区域之间的波导内。
进一步的，所述第一带通滤波片距离所述入瞳区域的左侧边缘2～4mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片距离所述入瞳区域的右侧边缘2～4mm。
进一步的，所述第一带通滤波片距离所述第一扩瞳区域最下方边缘1～2mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片距离所述第二扩瞳区域最下方边缘1～2mm。
进一步的，所述第一带通滤波片为红色带通滤波片，以使所述第一通道传导红光；
所述第二带通滤波片为蓝色带通滤波片或所述截止滤波片为红色截止滤波片，以使所述第二通道传导蓝光或者蓝绿光。
进一步的，所述红色带通滤波片的带宽为590～640nm，所述蓝色带通滤波片的带宽为420～480nm，所述红色截止滤波片的截止波段为590～640nm。
进一步的，所述波导在y轴方向的长度为100～120mm，在x轴方向的宽度为35～50mm，厚度为0.5～1mm；
所述入瞳区域的直径为4～6mm；所述第一出瞳区域和第二出瞳区域的长度均为30～40mm，宽度均为20～30mm；所述第一扩瞳区域和第一扩瞳区域的宽度均为所述入瞳区域的直径的2～5倍，且靠近所述入瞳区域的侧边宽度为所述入瞳区域的直径的2～3倍，远离入瞳区域的侧边宽度为所述入瞳区域的直径的3～5倍，长度为所述第一出瞳区域或者第二出瞳区域长度的1.5～2倍；
所述第一带通滤波片和所述第二带通滤波片或截止滤波片的长度小于0.5mm，宽度为6～10mm且大于所述入瞳区域的直径，厚度与所述波导的厚度相同。
进一步的，所述波导为左右眼一体化蝶式波导；
所述入瞳区域、第一扩瞳区域、第二扩瞳区域、第一出瞳区域和第二出瞳区域均采用衍射光栅，所述衍射光栅为表面浮雕光栅或者体全息光栅。
本实用新型实施例还提供了一种AR眼镜，采用如上任一项所述的双色AR衍射波导。
本实用新型实施例提供了一种双色AR衍射波导及AR眼镜，该波导包括：位于波导中心的入瞳区域、对称分布于所述入瞳区域两侧的第一扩瞳区域和第二扩瞳区域、设置于所述第一扩瞳区域下方的第一出瞳区域和设置于所述第二扩瞳区域下方的第二出瞳区域；其中，所述入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域形成第一通道，所述入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域形成第二通道；所述第一通道上设置有第一带通滤波片，所述第二通道上设置有第二带通滤波片或截止滤波片。本实用新型实施例通过在由入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域组成的第一通道上设置第一带通滤波片，以及在由入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域组成的第二通道上设置第二带通滤波片或截止滤波片，以使第一通道和第二通道分别传导不同颜色的光，从而实现波导左右两侧显示不同颜色画面，达到单光源在AR眼镜上直接呈现3D立体图像的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第一结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第二结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第一结构的另一角度示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第二结构的另一角度示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第一结构的光路传导示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导的第二结构的光路传导示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
下面请参见图1和图2，本实用新型实施例提供的一种双色AR衍射波导，包括：位于波导中心的入瞳区域11、对称分布于所述入瞳区域11两侧的第一扩瞳区域21和第二扩瞳区域22、设置于所述第一扩瞳区域21下方的第一出瞳区域31和设置于所述第二扩瞳区域22下方的第二出瞳区域32；
其中，所述入瞳区域11、第一扩瞳区域21和第一出瞳区域31形成第一通道，所述入瞳区域11、第二扩瞳区域22和第二出瞳区域32形成第二通道；所述第一通道上设置有第一带通滤波片41，所述第二通道上设置有第二带通滤波片或截止滤波片42。
本实施例中，所述双色AR衍射波导包括入瞳区域11、扩瞳区域和出瞳区域，扩瞳区域具体包括第一扩瞳区域21和第二扩瞳区域22，出瞳区域具体包括第一出瞳区域31和第二出瞳区域32，其中，所述入瞳区域11和第一扩瞳区域21、第一出瞳区域31组成波导上的第一通道，所述入瞳区域11和第二扩瞳区域22、第二出瞳区域32组成波导上的第二通道。同时，在所述第一通道上和第二通道上分别设置第一带通滤波片41和第二带通滤波片或截止滤波片42，使第一通道只能传导第一带通滤波片41透过的色光，以及使第二通道只能传导第二带通滤波片或截止滤波片42透过的色光。
本实施例通过在由入瞳区域11、第一扩瞳区域21和第一出瞳区域31组成的第一通道上设置第一带通滤波片41，以及在由入瞳区域11、第二扩瞳区域22和第二出瞳区域32组成的第二通道上设置第二带通滤波片或截止滤波片42，以使第一通道和第二通道分别传导不同颜色的光，从而实现波导左右两侧显示不同颜色画面，达到单光源在AR眼镜上直接呈现3D立体图像的效果。
可以理解的是，为了使第一通道和第二通道传导不同颜色的光，还可以将本实施例中的带通滤波片更换为截止滤波片，如此同样可以实现截止部分颜色光并通过部分颜色光的效果。
在一实施例中，所述第一带通滤波片41设置于所述入瞳区域11和第一扩瞳区域21之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片42设置于所述入瞳区域11和第二扩瞳区域22之间的波导内。
本实施例中，结合图1，所述第一带通滤波片41设置在所述入瞳区域11和第一扩瞳区域21之间，所述第二带通滤波片或截止滤波片42设置在所述入瞳区域11和第二扩瞳区域22之间，从而使从入瞳区域11进入波导的光在第一通道和第二通道分别只能传导不同颜色的光。
进一步的，结合图3，所述第一带通滤波片41距离所述入瞳区域11的左侧边缘2～4mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片42距离所述入瞳区域11的右侧边缘2～4mm。
在一实施例中，结合图2，所述第一带通滤波片41设置于所述第一扩瞳区域21和第一出瞳区域31之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片42设置于所述第二扩瞳区域22和第二出瞳区域32之间的波导内。
本实施例中，所述第一带通滤波片41设置在所述第一扩瞳区域21和第一出瞳区域31之间，所述第二带通滤波片或截止滤波片42设置在所述第二扩瞳区域22和第二出瞳区域32之间，从而使由所述第一扩瞳区域21和第二扩瞳区域22扩展的光束分别只能向对应的第一出瞳区域31和第二出瞳区域32传导所述第一带通滤波片41和第二带通滤波片或截止滤波片42各自通过的色光。
进一步的，结合图4，所述第一带通滤波片41距离所述第一扩瞳区域21最下方边缘1～2mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片42距离所述第二扩瞳区域22最下方边缘1～2mm。
在一实施例中，所述第一带通滤波片41为红色带通滤波片，以使所述第一通道传导红光；
所述第二带通滤波片42为蓝色带通滤波片或所述截止滤波片42为红色截止滤波片，以使所述第二通道传导蓝光或者蓝绿光。
本实施例中，将红色带通滤波片作为所述第一带通滤波片41，以及将蓝色带通滤波片或者红色截止滤波片对应作为所述第二带通滤波片或截止滤波片42，如此可以使第一通道只能传导红光，以及使第二通道只能传导蓝光或者蓝绿光。在其他实施例中，所述第一带通滤波片41也可以是蓝色带通滤波片，第二带通滤波片或截止滤波片42对应的为红色带通滤波片或蓝色截止滤波片。当然，为了使第一通道传导红光、第二通道传导蓝光，还可以将红色带通滤波片更换为蓝色截止滤波片。
在一具体实施例中，如图5所示，在波导上以所述入瞳区域11为分界，在入瞳区域11的左边与第一扩瞳区域21的右边之间的波导里设置红色带通滤波片，带宽为590～640nm，以及在所述入瞳区域11的右边与所述第二扩瞳区域22的左边之间的波导里设置蓝色带通滤波片，带宽为420～480nm(或红色截止滤波片，截止波段为590-640nm)。在所述入瞳区域11设置一个彩色3D图像光源，光源进入双色AR衍射波导，RGB三色光从所述入瞳区域11进入波导，经过红色带通滤波片后的光在左边波导(即所述第一通道)只通过红光进入所述第一扩瞳区域21，所述第一扩瞳区域21上的光栅衍射红光进入所述第一出瞳区域31，从所述第一出瞳区域31上的光栅衍射的红光最终进入人眼；同样的，RGB三色光从入瞳区域11进入波导，经过蓝色带通滤波片或者红色截止滤波片的光在右边波导(即所述第二通道)只通过蓝光(或者蓝绿光)进入所述第二扩瞳区域22，所述第二扩瞳区域22上的光栅衍射蓝光(或者蓝绿光)进入所述第二出瞳区域32，从所述第二出瞳区域32上的光栅衍射的蓝光(或者蓝绿光)最终进入人眼，人眼看到的左右眼红蓝画面合成立体图像。
在另一具体实施例中，如图6所示，在波导上的左眼波导扩瞳区域(即所述第一扩瞳区域21)和出瞳区域(即所述第一扩瞳区域21)之间的波导里设置红色带通滤波片，带宽为590～640nm；在右眼波导扩瞳区域(即所述第二扩瞳区域22)和出瞳区域(即所述第二扩瞳区域22)之间的波导里设置蓝色带通滤波片，带宽为420～480nm(或红色截止滤波片，截止波段为590-640nm)。RGB三色光从所述入瞳区域11进入波导，且进入所述第一扩瞳区域21上的光栅衍射三色光进入所述第一出瞳区域31，经过红色带通滤波片后的光在波导只通过红光进入所述第一出瞳区域31，从所述第一出瞳区域31上的光栅衍射的红光最终进入人眼；RGB三色光从入瞳区域11进入波导，且进入所述第二扩瞳区域22上的光栅衍射三色光进入所述第二出瞳区域32，经过蓝色带通滤波片(或红色截止滤波片)的光在波导只通过蓝光(或者蓝绿光)进入所述第二出瞳区域32，从所述第二出瞳区域32上的光栅衍射的蓝光(或蓝绿光)最终进入人眼，人眼看到的左右眼红蓝画面合成立体图像。
在一实施例中，所述波导在y轴方向的长度为100～120mm，在x轴方向的宽度为35～50mm，厚度为0.5～1mm；
所述入瞳区域11的直径为4～6mm；所述第一出瞳区域31和第二出瞳区域32的长度均为30～40mm，宽度均为20～30mm；所述第一扩瞳区域21和第一扩瞳区域21的宽度均为所述入瞳区域11的直径的2～5倍，且靠近所述入瞳区域11的侧边宽度为所述入瞳区域11的直径的2～3倍，远离入瞳区域11的侧边宽度为所述入瞳区域11的直径的3～5倍，长度为所述第一出瞳区域31或者第二出瞳区域32长度的1.5～2倍；
所述第一带通滤波片41和第二带通滤波片或截止滤波片42的长度小于0.5mm，宽度为6～10mm且大于所述入瞳区域11的直径，厚度与所述波导的厚度相同。
本实施例中，结合图3和图4，所述波导在y方向长度L取值100～120mm，x方向宽度W取值35～50mm，厚度H取值0.5～1mm；所述入瞳区域11的直径为D1，取值4～6mm；所述第一出瞳区域31(或者第二出瞳区域32)的长度L3取值30～40mm，宽度W3取值20～30mm；所述第一扩瞳区域21(或者第二扩瞳区域22)的宽度W1取值为D1的2～5倍，靠近所述入瞳区域11的侧边宽度w2取值为D1的2～3倍，远离所述入瞳区域11的侧边宽度w3取值为D1的3～5倍，长度L2取值为L3的1.5～2倍。所述第一带通滤波片41(或者第二带通滤波片或截止滤波片42)的宽度大于所述入瞳区域11的直径D1，取值6～10mm，厚度h1与所述波导的厚度H相同，取值0.5～1mm，长度l1<0.5mm。
在一实施例中，所述波导为左右眼一体化蝶式波导；
所述入瞳区域11、第一扩瞳区域21、第二扩瞳区域22、第一出瞳区域31和第二出瞳区域32均采用衍射光栅，所述衍射光栅为表面浮雕光栅或者体全息光栅。
本实施例中采用在左右眼一体化蝶式波导结构，并在波导左右两侧分别设置红色、蓝色带通滤波片(或红色截止滤波片)，使左眼波导只显示红色部分，右眼波导只显示蓝色部分，从而实现左右眼看到不同颜色画面而产生3D红蓝效果。所述左右眼一体化蝶式波导结构包括一个入瞳区域11，两个相对以入瞳区域11为对称轴左右分布的两个扩瞳区域(即所述第一扩瞳区域21和第二扩瞳区域22)，分布于扩瞳区域下方的两个出瞳区域(即所述第一出瞳区域31和第二出瞳区域32)。五个区域内均设有衍射光栅，所述衍射光栅可为表面浮雕光栅，或体全息光栅。
本实用新型实施例还提供了一种AR眼镜，采用如上所述的双色AR衍射波导。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种双色AR衍射波导，其特征在于，包括：位于波导中心的入瞳区域、对称分布于所述入瞳区域两侧的第一扩瞳区域和第二扩瞳区域、设置于所述第一扩瞳区域下方的第一出瞳区域和设置于所述第二扩瞳区域下方的第二出瞳区域；
其中，所述入瞳区域、第一扩瞳区域和第一出瞳区域形成第一通道，所述入瞳区域、第二扩瞳区域和第二出瞳区域形成第二通道；所述第一通道上设置有第一带通滤波片，所述第二通道上设置有第二带通滤波片或截止滤波片。
2.根据权利要求1所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述第一带通滤波片设置于所述入瞳区域和第一扩瞳区域之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片设置于所述入瞳区域和第二扩瞳区域之间的波导内。
3.根据权利要求1所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述第一带通滤波片设置于所述第一扩瞳区域和第一出瞳区域之间的波导内，所述第二带通滤波片或截止滤波片设置于所述第二扩瞳区域和第二出瞳区域之间的波导内。
4.根据权利要求2所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述第一带通滤波片距离所述入瞳区域的左侧边缘2～4mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片距离所述入瞳区域的右侧边缘2～4mm。
5.根据权利要求3所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述第一带通滤波片距离所述第一扩瞳区域最下方边缘1～2mm，所述第二带通滤波片或截止滤波片距离所述第二扩瞳区域最下方边缘1～2mm。
6.根据权利要求1所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述第一带通滤波片为红色带通滤波片，以使所述第一通道传导红光；
所述第二带通滤波片为蓝色带通滤波片或所述截止滤波片为红色截止滤波片，以使所述第二通道传导蓝光或者蓝绿光。
7.根据权利要求6所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述红色带通滤波片的带宽为590～640nm，所述蓝色带通滤波片的带宽为420～480nm，所述红色截止滤波片的截止波段为590～640nm。
8.根据权利要求1所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述波导在y轴方向的长度为100～120mm，在x轴方向的宽度为35～50mm，厚度为0.5～1mm；
所述入瞳区域的直径为4～6mm；所述第一出瞳区域和第二出瞳区域的长度均为30～40mm，宽度均为20～30mm；所述第一扩瞳区域和第一扩瞳区域的宽度均为所述入瞳区域的直径的2～5倍，且靠近所述入瞳区域的侧边宽度为所述入瞳区域的直径的2～3倍，远离入瞳区域的侧边宽度为所述入瞳区域的直径的3～5倍，长度为所述第一出瞳区域或者第二出瞳区域长度的1.5～2倍；
所述第一带通滤波片和所述第二带通滤波片或截止滤波片的长度小于0.5mm，宽度为6～10mm且大于所述入瞳区域的直径，厚度与所述波导的厚度相同。
9.根据权利要求1所述的双色AR衍射波导，其特征在于，所述波导为左右眼一体化蝶式波导；
所述入瞳区域、第一扩瞳区域、第二扩瞳区域、第一出瞳区域和第二出瞳区域均采用衍射光栅，所述衍射光栅为表面浮雕光栅或者体全息光栅。
10.一种AR眼镜，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的双色AR衍射波导。
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