[发明专利]一种全息衍射波导镜片及增强现实彩色显示装置

说明书

本发明提供了一种全息衍射波导镜片，包括镜片本体、位于镜片本体表面上的两个功能性区域，功能性区域为周期性光栅结构，两个功能性区域分别为耦入区域和耦出区域，入射图像光线投射到耦入区域，经耦入区域的周期性光栅结构衍射，衍射光线沿波导全反射传导耦合至耦出区域，再经耦出区域的周期性光栅结构衍射后输出。本发明还提供了一种应用上述全息衍射波导镜片的增强现实彩色三维显示装置。本发明的全息衍射波导镜片，采用超薄的光学镜片，布局纳米尺度的光栅结构，相比传统的几何光学方法，本方案的轻便度更好。本发明的增强现实彩色三维显示装置采用两层或三层或多层波导镜片制成的全息衍射波导镜片组，使得观看体验更佳。

技术领域

本发明属于显示技术领域，更具体涉及一种全息衍射波导镜片和采用该波导镜片的增强现实彩色三维显示装置。

背景技术

增强现实技术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。随着虚拟现实和增强现实技术的发展，近眼式显示设备得到快速发展，利用传统光学元件耦合图像光进入人眼的方式已经被采用，包括使用棱镜、反射镜、自由曲面等。例如，谷歌眼镜采用的棱镜普遍厚度在10毫米左右，视场角仅15°——人们戴上眼镜后，往往只能看到一个极为袖珍的图像；爱普生的自由曲面棱镜，以及Meta的半反半透曲面方案，具有较大视场角，但体积和厚度仍然难以缩减，画面效果、透过性也都一般，很难产生好的AR透视视觉效果。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，Lumus通过阵列光栅设计实现AR显示，其显示具有扩瞳效果，但存在百叶窗效应，影响观看体验。因此，目前主流的显示方案无法做到显示单元轻薄化的同时实现良好的显示效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种全息衍射波导镜片和采用该镜片的增强现实彩色显示装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种全息衍射波导镜片，包括镜片本体、位于所述镜片本体表面上的两个功能性区域，

所述功能性区域为周期性光栅结构，

两个所述功能性区域分别为耦入区域和耦出区域，入射图像光线投射到所述耦入区域，经所述耦入区域的周期性光栅结构衍射，衍射光线沿波导全反射传导耦合至所述耦出区域，再经所述耦出区域的周期性光栅结构衍射后输出。

在一些实施方式中，所述功能性区域的形状为且不局限于圆形、矩形、锥形。

在一些实施方式中，所述功能性区域位于镜片本体的同一表面上。

在一些实施方式中，所述周期性光栅结构包括具有波长选择性及高衍射效率的倾斜光栅、体全息光栅和矩形光栅。

在一些实施方式中，所述周期性光栅结构为纳米衍射光栅，所述纳米衍射光栅的周期及取向由入射光线的波长、入射角、衍射光线的衍射角和衍射方位角决定。

在一些实施方式中，所述纳米衍射光栅采用全息干涉技术、光刻技术或纳米压印技术制备而成。

根据本发明的另一个方面，提供了一种全息衍射波导镜片组，包括两片全息衍射波导镜片，两片所述全息衍射波导镜片在垂直空间紧密贴合，两片所述全息衍射波导镜片分别为单通道衍射波导镜片和双通道衍射波导镜片，

所述单通道衍射波导镜片用于耦合单色图像光线至波导内传导，其余颜色图像光线透过所述单通道衍射波导镜片，进入双通道衍射波导镜片，所述双通道衍射波导镜片用于耦合其余颜色图像光线。

在一些实施方式中，所述单通道衍射波导镜片用于耦合绿色图像光线进入波导内传导，蓝色和红色图像光线透过所述单通道衍射波导镜片，进入所述双通道波导衍射镜片，所述双通道衍射波导镜片用于耦合蓝色图像光线和红色图像光线。