[发明专利]一种纳米波导镜片及AR显示装置

说明书

本发明公开一种纳米波导镜片，包括波导衬底、设置在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纳米级光栅区，光栅区包括用于将图像光信息耦合进入波导衬底的第一光栅、用于将经波导衬底传导过来的图像光信息改变方向的第二光栅、用于将经第二光栅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第三光栅，第二光栅或/和第三光栅采用高度渐变或者占空比渐变的方式设置，用以均匀化衍射效率，减弱亮度渐变。本发明还公开了一种AR显示装置，包括上述纳米波导镜片。本发明利用光栅的渐变来实现亮度渐变的减弱，增强了视角效果，增大波导镜片的视场角、出瞳距离或者出瞳范围。

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种纳米波导镜片及AR显示装置。

背景技术

AR(增强现实Augmented Reality)技术，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。以实现将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术，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，呈现给用户一个感知效果更丰富的新环境。在诸多领域，例如工业制造和维修领域、医疗领域、军事领域、娱乐游戏领域、教育领域等，有着巨大的潜在应用价值。

在AR产业链中，同时具有透明效果和成像/导光效果的波导镜片是AR硬件得以实施的最关键部件，其中扩瞳能力是波导镜片的一个重要参数，直接影响人眼观察舒适度及人群的适应度。而在AR显示技术中，亮度均匀化一直是限制大出瞳显示的主要原因，如图1所示，从光源发出的光以一定方向入射至波导镜片1的第一光栅13，经第一光栅13光栅衍射，衍射光线沿波导11内全反射方向传导至第二光栅。光线在第二光栅经数次全反射及衍射，衍射效率逐渐降低，经第三光栅17导出，在出瞳范围内，人眼可以明显观察到亮度渐变或突变，直观影响观看体验，造成较差的体验效果。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米波导镜片及AR显示装置，利用光栅的渐变，实现亮度渐变的减弱。

本发明提供一种纳米波导镜片，包括波导衬底、设置在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纳米级光栅区，所述光栅区包括用于将图像光信息耦合进入所述波导衬底的第一光栅、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第二光栅、用于将经所述第二光栅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第三光栅，所述第二光栅或/和所述第三光栅采用高度渐变或者占空比渐变的方式设置，调节所述第二光栅或/和所述第三光栅中多个光栅单元的高度或者占空比，用以减弱亮度渐变。

在其中一实施例中，多个所述光栅单元的渐变方式为高度由低到高或者占空比由小到大。

在其中一实施例中，所述第二光栅中多个所述光栅单元的渐变方式为自靠近所述第一光栅一侧向远离所述第一光栅一侧渐变，所述第三光栅中多个所述光栅单元的渐变方式为自靠近所述第二光栅一侧向远离所述第二光栅一侧渐变。

在其中一实施例中，所述第一光栅采用高度渐变或者占空比渐变的方式，所述第一光栅中多个光栅单元的渐变方式自远离所述第二光栅一侧向靠近所述第二光栅一侧渐变。

在其中一实施例中，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅各自为倾斜光栅或体光栅或矩形光栅。

在其中一实施例中，所述第一光栅、所述第二光栅和所述第三光栅均为纳米级倾斜光栅。

在其中一实施例中，当各光栅采用同一种光栅单元时，所述高度渐变或者所述占空比渐变的范围相同。

在其中一实施例中，所述光栅的高度从100-400nm渐变，所述光栅的占空比从0.1-0.7渐变。