[實用新型]一種納米波導(dǎo)鏡片及AR顯示裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921184611.0
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN210348063U
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瑞彬;羅明輝;喬文;李玲;周振;熊金艷
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州蘇大維格科技集團股份有限公司;蘇州大學(xué)
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B5/18
• 代理公司: 上海波拓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31264
• 代理人: 楊波

一種納米波導(dǎo)鏡片，包括波導(dǎo)襯底、介質(zhì)膜和納米光柵，介質(zhì)膜設(shè)置在波導(dǎo)襯底上，納米光柵設(shè)置在介質(zhì)膜上，納米光柵與介質(zhì)膜形成夾角，波導(dǎo)襯底的折射率與納米光柵的折射率相同，納米光柵的折射率大于介質(zhì)膜的折射率。本實用新型的納米波導(dǎo)鏡片的結(jié)構(gòu)簡單，厚度小，衍射效率高、視場角大，并且納米光柵的響應(yīng)光譜較寬，單片鏡片即可實現(xiàn)彩色化顯示。本實用新型還提供一種AR顯示裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米波導(dǎo)鏡片及AR顯示裝置。

背景技術(shù)

AR(增強現(xiàn)實Augmented Reality)技術(shù)，是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。以實現(xiàn)將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實世界的信息,而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加，呈現(xiàn)給用戶一個感知效果更豐富的新環(huán)境。在諸多領(lǐng)域，例如工業(yè)制造和維修領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、娛樂游戲領(lǐng)域、教育領(lǐng)域等，有著巨大的潛在應(yīng)用價值。

AR鏡片常見的光學(xué)方案有：

1.棱鏡反射：運用普通角棱鏡將顯示器發(fā)出的光從鏡片反射進人眼，同時也讓現(xiàn)實世界的光透射進來。此法簡單便捷，但由于技術(shù)限制視場角僅能做到20°左右，想提高視場角只能通過增厚鏡片實現(xiàn)。光線先后兩次經(jīng)過半透半反膜層導(dǎo)致光能利用率低(約為20％)，畫面較暗；自由曲面棱鏡可改善上述問題，光線經(jīng)過非旋轉(zhuǎn)對稱的XY多項式自由曲面棱鏡的變換，形成虛擬放大的圖像，其全反射的出射面和反射面能消除色差、畸變等像差，因此成像質(zhì)量更加清晰，視角可以達(dá)54°，采用雙自由曲面棱鏡視場角可以進一步提高。缺點就是體積較大，厚度約在7至10mm，并且表面形狀不能被連續(xù)加工，設(shè)計難度較大。

2.陣列光波導(dǎo)：Lumus是采用陣列光柵波導(dǎo)設(shè)計，對耦入光進行數(shù)次半透半反流程，透射光進入人眼，實現(xiàn)增強現(xiàn)實顯示。與潛望鏡類似，不同的是使用了多個反射片擴展出瞳，每個反射片反射的都是平行光，形成同一個像。

Lumus公司使用這種器件的代表性產(chǎn)品PD-18分辨率800×600，視場角26°×20°，出瞳10mm，出瞳距23mm，器件厚度2.3mm，重量小于70g，顯示區(qū)透過率70％。此方法技術(shù)壁壘低，但工藝上采用多片膠合，其量產(chǎn)成本較高。

3.衍射光波導(dǎo)：主要由微顯示器、光柵和平板波導(dǎo)組成。微顯示器的圖像經(jīng)過微型準(zhǔn)直透鏡后變成平行光進入光波導(dǎo)到達(dá)第一個光柵，由于光柵的衍射效應(yīng)使平行光改變傳輸方向，因滿足全反射條件將沿著光波導(dǎo)無損傳輸。當(dāng)平行光傳輸?shù)降诙€光柵時，全反射條件被破壞從而使平行光從光柵出射并進入人眼成像。由于光柵和波導(dǎo)的存在，光學(xué)圖像可以垂直偏轉(zhuǎn)傳播。這不但減小了傳播距離，還可保持光學(xué)系統(tǒng)的重心在頭部以內(nèi)。例如，Hololens是將LCOS上的圖像經(jīng)過三片全息光柵耦合至光波導(dǎo)，通過三片光波導(dǎo)分別傳輸，最后在人眼正前方通過相應(yīng)的全息光柵耦合輸出，投影至人眼，并且以多層光波導(dǎo)的方式，實現(xiàn)彩色投影。

結(jié)合以上分析得出，現(xiàn)有技術(shù)的缺點包括：衍射光柵的響應(yīng)光譜較窄；通過3片或者多片疊加實現(xiàn)彩色化顯示，鏡片較厚。

前面的敘述在于提供一般的背景信息，并不一定構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種納米波導(dǎo)鏡片及AR顯示裝置，結(jié)構(gòu)簡單，厚度小，衍射效率高、視場角大，并且納米光柵的響應(yīng)光譜較寬，單片鏡片即可實現(xiàn)彩色化顯示。

一種納米波導(dǎo)鏡片，包括波導(dǎo)襯底、介質(zhì)膜和納米光柵，介質(zhì)膜設(shè)置在波導(dǎo)襯底上，納米光柵設(shè)置在介質(zhì)膜上，納米光柵與介質(zhì)膜形成夾角，波導(dǎo)襯底的折射率與納米光柵的折射率相同，納米光柵的折射率大于介質(zhì)膜的折射率。

進一步地，所述夾角為15°-30°。

進一步地，所述波導(dǎo)襯底的折射率為1.7-2.0。