解决制造技术

本发明专利技术涉及一种解决

【技术实现步骤摘要】
解决AR辐辏调节冲突的多焦面显示装置和AR近眼显示设备


[0001]本专利技术涉及光波导
，特别涉及一种解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置和
AR
近眼显示设备
。

技术介绍

[0002]AR
（
Augmented Reality
）作为元宇宙入口技术，极有可能成为下一代计算平台，成为改变人类生活方式的革新技术
。AR
作为一个头戴的电子消费品，是穿戴式电子消费品的显示部件
。
其中，它的轻
、
薄性特点是一个基本的必备特点，是其大规模应用，人们可接受的一个必要要素
。
当前，
AR
光波导技术方案解决了
AR
眼镜的薄片化特点
。
它使得
AR
光学显示引擎可以呈现普通眼镜片式薄片状态
。
同时能够兼顾虚拟
/
增强现实的图像显示
。
另一方面，将
AR
光波导技术应用于
AR
近眼显示设备时，
AR
光波导的耦出区域会配置常规的目镜系统，目镜系统用于汇聚经光波导全反射的耦出光线，实现像源的放大，进而实现虚拟增强现实画面的显示，基于常规的目镜系统通常由透镜元件组成，所以常规的目镜系统会需要比较庞重的重量以及一些机械性的安装结构，这将会导致
AR
近眼显示设备的重量提升，使得
AR
近眼显示设备变得异常笨重
。
[0003]另一方面，常规近眼显示光学系统为了获得
3D
显示效果，会将左
、
右眼显示画面模拟真实场景，显示有一定视差的左
、
右眼独立画面，使得大脑感知
3D
显示效果
。
眼睛晶状体调节的距离始终聚焦在近眼显示光学系统微显示器像源的虚像平面处，即眼睛调节距离是固定值
。
另一方面由于设置了具有视差的左
、
右眼画面，大脑会感觉
3D
画面物体的远近，导致人眼辐辏距离随着内置片源画面内容变化
。
这造成观看
3D
影片时人眼焦点调节与屏幕信息纵深感不匹配，即眼睛调节距离始终固定在微显示器的虚像平面处，而感知的
3D
物体却有远近变化，这就造成
VAC
（（
Vergence
‑
Accommodation Conflict
）问题，这在裸眼
3D
显示中也有同样的困扰
。
当用户长时间处于这种状态，会造成人眼视觉疲劳
、
头晕呕吐等现象
。
本方案基于光波导不同的阵列面具有不同的物距，可以使得增强现实虚拟像面成像到不同位置处，形成多焦面显示方案，可以一定程度上缓解
VAC
冲突
。
[0004]超表面技术相对于光学透镜元件与
AR
光波导技术结合，可以实现平面光学系统，以超薄的形态实现传统光学器件的功能
。
因此，超表面技术在
AR
近眼显示轻量化发展方向有着极大的应用前景
。
例如专利
CN217639770U
公开了一种图像组合器和
AR
近眼显示光学系统，该专利记载的方案将光波导与超透镜结合，超透镜布置于光波导的耦出区域，实现了
AR
近眼显示光学系统的轻薄化
。
又例如，专利
CN218547139U
公开了超构光波导和近眼显示设备，该专利记载的方案将反射用的超构表面设置于光波导的全反射区域，并同时在光波导的耦出区域设置耦出用超构表面，代替了传统透镜更加轻薄
。
[0005]然而，由于沿光路方向不同位置的耦出区域距离像源距离不同，导致光线在耦出至超表面透镜不同位置的光程不同，使不同位置光线汇聚至人眼观看到的像源图像放大率是不一样的，不能良好清晰地形成增强现实画面效果
。

技术实现思路

[0006]本专利技术在于提供一种解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置和
AR
近眼显示设备，以解决放大率不一导致
AR
近眼显示不能良好清晰地形成增强现实画面效果以及无法缓解
VAC
冲突的技术问题
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，包括：光波导基体，具有耦入区域
、
耦出区域和全反射区域，所述耦入区域用于将像源光线耦入至所述光波导基体并在所述全反射区域全反射至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述全反射区域中传播的像源光线从所述光波导基体耦出；超构透镜，设于所述耦出区域以用于汇聚所述光波导基体中传播的像源光线并放大像源图像；在沿所述超构透镜与所述耦入区域横向排布方向上，所述超构透镜的焦距呈阶梯式变化以使所述超构透镜任意位置的放大倍率相等；其中，所述超构透镜的焦距
f
满足：
f
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面对应的的焦距，
i
的取值为正整数；
K
为所述超构透镜的放大倍率；
U
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面的光程距离，
i
的取值为正整数
。
[0008]在其中一个实施例中，所述光波导基体具有沿厚度方向相对设置的第一表面和第二表面
、
及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述超构透镜粘接所述第二表面并对位于所述耦出区域
。
[0009]在其中一个实施例中，所述耦入区域设置有位于所述侧面且透光的楔形面，所述楔形面用于供显示器贴设安装
。
[0010]在其中一个实施例中，所述解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括微显示器，所述微显示器贴设于所述楔形面
。
[0011]在其中一个实施例中，所述超构透镜还满足：
V
i
=K
·
U
i
其中，
V
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面对应的焦平面的像距；
K
为所述超构透镜的放大倍率；
U
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面的光程距离，
i
的取值为正整数
。
[0012]在其中一个实施例中，耦入至所述光波导基体内的像源光线与环境光线为两个正交的偏振光线，所述解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，包括：光波导基体，具有耦入区域
、
耦出区域和全反射区域，所述耦入区域用于将像源光线耦入至所述光波导基体并在所述全反射区域全反射至所述耦出区域，所述耦出区域用于将所述全反射区域中传播的像源光线从所述光波导基体耦出；超构透镜，设于所述耦出区域以用于汇聚所述光波导基体中传播的像源光线并放大像源图像；在沿所述超构透镜与所述耦入区域横向排布方向上，所述超构透镜的焦距呈阶梯式变化以使所述超构透镜任意位置的放大倍率相等；其中，所述超构透镜的焦距
f
i
满足：
f
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面对应的的焦距，
i
的取值为正整数；
K
为所述超构透镜的放大倍率；
U
i
为所述超构透镜在第
i
个阵列面的光程距离，
i
的取值为正整数
。2.
根据权利要求1所述的解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述耦出区域设置有沿横向方向间隔排布的多个半透半反面，所述半透半反面倾斜于横向
。3.
根据权利要求1所述的解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述光波导基体具有沿厚度方向相对设置的第一表面和第二表面
、
及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述超构透镜粘接所述第二表面并对位于所述耦出区域
。4.
根据权利要求3所述的解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述耦入区域设置有位于所述侧面且透光的楔形面，所述楔形面用于供显示器贴设安装
。5. 根据权利要求4所述的解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置，其特征在于，所述解决
AR
辐辏调节冲突的多焦面显示装置还包括微显示器，所述微显示器贴设于所述楔形面
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书龙，罗景庭，徐世祥，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：