用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像显示技术，特别涉及用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。按照本发明专利技术一个方面的装置包含：光波导镜片；以及位于光波导镜片表面的第一二维光栅阵列；位于光波导镜片表面的第二二维光栅阵列，其中，第一二维光栅阵列和第二二维光栅阵列在光波导镜片表面上的位置被设置为使二者的较大的边相对，其中，第一二维光栅阵列配置为使入射至第一二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个第一二维光栅阵列，另一方面传播至第二二维光栅阵列，其中，第二二维光栅阵列配置为使传播至第二二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个第二二维光栅阵列，另一方面从光波导镜片出射，其中，第一二维光栅阵列和第二二维光栅阵列具有相同的周期。

【技术实现步骤摘要】
用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的系统
本专利技术涉及图像显示技术，特别涉及用于呈现增强现实图像的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。
技术介绍
增强现实(AR)技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成在一起的新型显示技术。它不仅展现真实世界的信息，而且还将虚拟信息同时显示出来，从而实现两种信息的相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，利用头盔显示器将真实世界与计算机生成的虚拟图像叠加在一起的混合图像呈现给用户。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，在典型的增强现实显示设备中，微显示空间光调制器(例如LCOS)上的图像经过三片全息光栅耦合至光波导，随后经三片光波导分别传输，最后在人眼正前方通过相应的全息光栅耦合输出以投影至人眼。为了实现彩色投影，可以采用多层光波导的方式。在增强现实显示设备的推广应用过程中，尺寸、性能和价格是制约普及程度的重要因素。因此如何兼顾这些因素以提供高性价比的产品是业界热切关注的一个课题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于呈现增强现实图像的装置，其具有结构简单、紧凑和制造成本低等优点。按照本专利技术一个方面的用于呈现增强现实图像的装置包含：光波导镜片；以及位于所述光波导镜片表面的第一二维光栅阵列；位于所述光波导镜片表面的第二二维光栅阵列，其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列在所述光波导镜片表面上的位置被设置为使二者的较大的边相对，其中，所述第一二维光栅阵列配置为使入射至所述第一二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第一二维光栅阵列，另一方面传播至所述第二二维光栅阵列，其中，所述第二二维光栅阵列配置为使传播至所述第二二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第二二维光栅阵列，另一方面从所述光波导镜片出射，其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列具有相同的周期。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列配置为使从所述第一二维光栅阵列出射的光线在所述光波导镜片内以全反射方式传播至所述第二二维光栅阵列。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列的两个光栅取向的夹角被设置得足够大以避免在所述第二二维光栅阵列的中部形成高亮度区域。可选地，在上述装置中，所述夹角在90°～160°之间。可选地，在上述装置中，所述第二二维光栅阵列的光栅是变深度调制的。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列的结构形貌为由下列种类构成的组中的其中一种：圆柱形、圆锥形、方形和梯形。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列大体上为矩形。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列的面向所述第二二维光栅阵列的边的中段与两端相比更为远离所述第二二维光栅阵列。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列的面向所述第二二维光栅阵列的边包围至少一部分所述第二二维光栅阵列。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列直接形成于所述光波导镜片的表面。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列借助中间层形成于所述光波导镜片的表面。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列位于所述光波导镜片的同一表面。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列位于所述光波导镜片的相对的两个表面。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列包含分别位于所述光波导镜片的相对的两个表面的一维光栅阵列，所述第二二维光栅阵列位于所述相对的两个表面的其中一个。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列之间具有间距。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列是紧邻在一起的。可选地，在上述装置中，所述光波导镜片的端面涂覆光吸收层。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列的光栅周期为200nm-600nm。可选地，在上述装置中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列的光栅深度为50nm-600nm。本专利技术的还有一个目的是提供一种用于实现增强现实显示的系统，其具有增大的出瞳视窗，从而能够提高镜片表面的利用率。按照本专利技术另一个方面的用于实现增强现实显示的系统包含：图像源，配置为提供包含图像信息的光线；以及如上所述的用于呈现增强现实图像的装置。在按照本专利技术的一个或多个实施例中，在光波导镜片的表面设置作为耦入增强区域的第一二维光栅阵列和耦出区域的第二二维光栅阵列，其中第一二维光栅阵列兼具扩展作用和引导作用。由于省去了专门用于将光线导向耦出区域的引导区域，因此可使装置的总体结构更为简单、紧凑并降低了制造成本。另外，省去专用的引导区域也有助于扩大耦出区域的面积，从而增大出瞳视窗面积，提供更好的视觉效果。此外，通过将第一二维光栅阵列中的两个光栅取向的夹角设置得足够大，能够避免特定方向上的高强度光线分量进入第二二维光栅阵列的中部，抑制或消除视场图像的光学效率不均衡的问题。附图说明图1A和1B分别为按照本专利技术一个实施例的用于呈现增强现实图像的装置的俯视图和立体图。图2为光线进入用于呈现增强现实图像的装置10之后的传播路径示意图。图3为图1A和1B所示的用于呈现增强现实图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的X-Z平面内。图4为图1A和1B所示的用于呈现增强现实图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图1B的Y-Z平面内。图5为图1A和1B所示用于呈现增强现实图像的装置的改进形式的剖面示意图。图6为二维光栅阵列对光线的衍射作用的示意图。图7示意性地示出了在视场内产生明亮光柱的情形。图8A、8B和8C为具有不同取向夹角的二维光栅阵列的示意图。图9为采用蝴蝶结型设计的第一二维光栅阵列的示意图。图10为采用图1A所示二维光栅阵列时光线传导的立体示意图。图11为采用图9所示二维光栅阵列时光线传导的立体示意图。图12为采用类蝶型设计的第一二维光栅阵列的示意图。图13A和13B分别为按照本专利技术另一个实施例的用于呈现增强现实图像的装置的俯视图和立体图。图14为图13A和13B所示的用于呈现增强现实图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图13B的X-Z平面内。图15为图13A和13B所示的用于呈现增强现实图像的装置的剖面示意图，所示剖面位于图13B的Y-Z平面内。具体实施方式下面参照其中图示了本专利技术示意性实施例的附图更为全面地说明本专利技术。但本专利技术可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本专利技术的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于呈现增强现实图像的装置，其特征在于，包含：/n光波导镜片；以及/n位于所述光波导镜片表面的第一二维光栅阵列；/n位于所述光波导镜片表面的第二二维光栅阵列，/n其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列在所述光波导镜片表面上的位置被设置为使二者的较大的边相对，/n其中，所述第一二维光栅阵列配置为使入射至所述第一二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第一二维光栅阵列，另一方面传播至所述第二二维光栅阵列，/n其中，所述第二二维光栅阵列配置为使传播至所述第二二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第二二维光栅阵列，另一方面从所述光波导镜片出射，/n其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列具有相同的周期。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于呈现增强现实图像的装置，其特征在于，包含：
光波导镜片；以及
位于所述光波导镜片表面的第一二维光栅阵列；
位于所述光波导镜片表面的第二二维光栅阵列，
其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列在所述光波导镜片表面上的位置被设置为使二者的较大的边相对，
其中，所述第一二维光栅阵列配置为使入射至所述第一二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第一二维光栅阵列，另一方面传播至所述第二二维光栅阵列，
其中，所述第二二维光栅阵列配置为使传播至所述第二二维光栅阵列的光线一方面扩展至整个所述第二二维光栅阵列，另一方面从所述光波导镜片出射，
其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列具有相同的周期。


2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一二维光栅阵列配置为使从所述第一二维光栅阵列出射的光线在所述光波导镜片内以全反射方式传播至所述第二二维光栅阵列。


3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一二维光栅阵列的两个光栅取向的夹角被设置得足够大以避免在所述第二二维光栅阵列的中部形成高亮度区域。


4.如权利要求3所述的装置，其中，所述夹角在90°～160°之间。


5.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二二维光栅阵列的光栅是变深度调制的。


6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列的结构形貌为由下列种类构成的组中的其中一种：圆柱形、圆锥形、方形和梯形。


7.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一二维光栅阵列和所述第二二维光栅阵列大体上为矩形。


8.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一二维光栅阵列的面向所述第二二维光栅阵列的边的中段与两端相比更为远离所述第二二维光栅阵列。


9.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明辉，乔文，成堂东，李瑞彬，李玲，朱平，陈林森，
申请(专利权)人：苏州苏大维格科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32