CN112415744A - 增强现实显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强现实显示系统，其包括：光源，用于提供图像光线；至少两个衍射波导镜片，所述衍射波导镜片包括镜片本体和设置在所述镜片本体上的功能性区域；并且，设有至少一个用于隔绝非必要光的滤光层，所述滤光层设置在两个所述衍射波导镜片之间。该增强现实显示系统通过在两个衍射波导镜片之间贴合设置滤光层，用于隔绝非必要光的入射，在图像光线通过前一衍射波导镜片后，部分未完全耦入的图像光线经过滤光层后，实现光线过滤，无法进入下一个衍射波导镜片。故，本发明的增强现实显示系统可以实现每片衍射波导镜片的波段光单独控制，从而消除光线乱入，避免光线串扰，造成图像色差鬼影等现象，提升体验舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强现实显示系统，属于光学技术领域。
背景技术
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。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。Microsoft采用三层衍射波导镜片叠加，实现AR显示。在多片叠加实现彩色的方法中，理论上，每片镜片只需对特定波段光工作，其余波段过滤或者吸收掉，然而大多数情况，由于结构设计缺陷或者制备工艺误差等问题，部分干扰光传导路线错误，导致光学串扰，影响体验效果。
请参见图1，现有的增强现实显示系统从光源发出的三种波段的光以一定方向入射至第一衍射波导镜片1-1。其中，某一波段的光经第一衍射波导镜片1-1的第一耦入区域1-11耦入、传导，经第一耦出区域1-12导出。不适用于第一衍射镜片1-1的其余波段光继续向第二衍射波导镜片1-2和第三衍射波导镜片1-3传输，其中一波段的光经第二衍射波导镜片1-2的第二耦入区域1-21耦入、传导，经第二耦出区域1-22导出，最后一波段的光经第三衍射波导镜片1-3的第三耦入区域1-31耦入、传导，经第三耦出区域1-32导出，三中波段的光最后从第三耦出区域1-32汇集至人眼，实现彩色显示。然而，上述情况为理想状况下，在工艺检测环节，匹配于第一衍射波导镜片1-1的光并不能完全经镜片衍射传导，部分光会继续在第二衍射波导镜片1-2和第三衍射波导镜片1-3内以微弱效率传导，还会在两个衍射波导镜片之间反射，这样会形成干扰光，造成光线不均匀匹配，最终影响成像质量，形成较差的观看体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强现实显示系统，其通过在衍射波导镜片之间贴合滤光层，消除光线乱入、串扰，提升体验舒适度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增强现实显示系统，包括：
光源，用于提供图像光线；
至少两个衍射波导镜片，所述衍射波导镜片包括镜片本体和设置在所述镜片本体上的功能性区域；
至少一个用于隔绝非必要光的滤光层，所述滤光层设置在两个所述衍射波导镜片之间。
进一步地，所述功能性区域包括耦入区域和耦出区域，所述耦入区域和耦出区域分别将所述图像光线耦合入所述衍射波导镜片、将所述衍射波导镜片内传播过来的图像光线向所述衍射波导镜片外输出。
进一步地，所述功能性区域还包括转折区域，所述转折区域用于改变所述图像光线在所述衍射波导镜片内的传播方向。
进一步地，所述功能性区域中设有由纳米结构形成的周期性光栅结构，所述周期性光栅结构包括倾斜光栅、体光栅或矩形光栅中的任一种或多种。
进一步地，所述滤光层设置在两个所述衍射波导镜片的耦入区域之间。
进一步地，所述滤光层的滤光方式选自选择性透射、反射或吸收中的任一种或多种。
进一步地，所述滤光层选自软膜、薄玻璃镀膜或彩色光刻胶中的任一种。
进一步地，所述滤光层与所述衍射波导镜片之间通过粘连剂连接。
进一步地，所述增强现实显示系统包括第一衍射波导镜片、第二衍射波导镜片以及设置在所述第一衍射波导镜片和第二衍射波导镜片之间的滤光层。
进一步地，所述滤光层用于阻碍绿光，透过品红光。
进一步地，所述滤光层用于阻碍品红光，透过绿光。
进一步地，所述增强现实显示系统包括第一衍射波导镜片、第二衍射波导镜片、第三衍射波导镜片、设置在所述第一衍射波导镜片和第二衍射波导镜片之间的第一滤光层以及设置在所述第二衍射波导镜片和第三衍射波导镜片之间的第二滤光层。
进一步地，所述第一滤光层用于阻碍绿光，透过红光和蓝光，所述第二滤光层用于阻碍红光，透过蓝光或者所述第二滤光层用于阻碍蓝光，透过红光。
进一步地，所述第一滤光层用于阻碍蓝光，透过红光和绿光，所述第二滤光层用于阻碍红光，透过绿光或者所述第二滤光层用于阻碍绿光，透过红光。
进一步地，所述第一滤光层用于阻碍红光，透过蓝光和绿光，所述第二滤光层用于阻碍蓝光，透过绿光或者所述第二滤光层用于阻碍绿光，透过蓝光。
进一步地，所示光源包括LED、激光、LCD或OLED等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的增强现实显示系统通过在两个衍射波导镜片之间贴合设置滤光层，用于隔绝非必要光的入射，在图像光线通过前一衍射波导镜片后，部分未完全耦入的图像光线经过滤光层后，实现光线过滤，无法进入下一个衍射波导镜片。故，本发明的增强现实显示系统通过在每两个衍射波导镜片之间设置滤光层，可以实现每片衍射波导镜片的波段光单独控制，从而消除光线乱入，避免光线串扰，造成图像色差鬼影等现象，提升体验舒适度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为现有技术中的增强现实显示系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例所示的增强现实显示系统的结构示意图；
图3为图2所示的增强现实显示系统中的第一衍射波导镜片的结构示意图；
图4为本发明其他未示例实施例中所示的衍射波导镜片的结构示意图；
图5为本发明另一实施例所示的增强现实显示系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是：本发明的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本发明进行说明，不作为限定用语。
请参见图2和图3，本发明一实施例所示的增强现实显示系统，包括：
激光光源(未图示)，用于提供入射图像光线，诚然，在其他实施例中，还可以是LED、LCD或OLED等其他光源。在激光光源照射处设置有第一衍射波导镜片2-1和第二衍射波导镜片2-2，每个衍射波导镜片都包括镜片本体和设置在镜片本体上的功能性区域，具体的：第一衍射波导镜片2-1包括第一镜片本体2-10、设置在第一镜片本体2-10上的第一耦入区域2-11、以及设置在第一镜片本体2-10上的第一耦出区域2-12；第二衍射波导镜片2-2包括第二镜片本体2-20、设置在第二镜片本体2-20上的第二耦入区域2-21、以及设置在第二镜片本体2-20上的第二耦出区域2-22。并且，在第一衍射波导镜片2-1和第二衍射波导镜片2-2之间设有一个用于隔绝非必要光(例如各种干扰光和杂散光等)的滤光层2-3。
在本实施例中，第一衍射波导镜片2-1和第二衍射波导镜片2-2上的功能性区域主要包括耦入区域(第一耦入区域2-11和第二耦入区域2-21)和耦出区域(第一耦出区域2-12和第二耦出区域2-22)。本实施例中，耦入区域和耦出区域中都设有由纳米结构形成的周期性光栅结构(未图示)，其可以是倾斜光栅、体光栅或矩形光栅中的任一种或多种，其为现有技术，在此不做详细说明。入射图像光线耦合至衍射波导镜片，首先进入耦入区域，经纳米结构衍射，衍射光线角度满足波导全反射，光线沿全反射方向传导，耦合至耦出区域，再经纳米结构衍射，光线输出至人眼。诚然，在其他实施例中，还可以采用三区域式或多区域式，例如，请参见图4，在其他实施例中，还可以采用图示的三区域式的衍射波导镜片，具体的，该衍射波导镜片1包括镜片本体10，设置在镜片本体10上的耦入区域11、转折区域12以及耦出区域13。入射图像光线耦合至衍射波导镜片1，首先进入耦入区域11，经纳米结构衍射，衍射光线角度满足波导全反射，光线沿全反射方向传导，耦合至转折区域12，经纳米结构衍射使光线转折，传导至耦出区域13，经纳米结构衍射，光线输出至人眼。其中，图像光从波导镜片耦入区域11入射，经转折区域12传导至耦出区域13，从耦出区域13出射，实现水平和竖直方向视场扩大。
在本实施例中，滤光层2-3用于阻碍绿光，透过品红光，优选的，该滤光层2-3设置在第二耦入区域2-21和第一衍射波导镜片2-1之间，以保证其滤光效果，且滤光层2-3通过粘连剂设置在第一衍射波导镜片2-1上。该滤光层2-3采用吸收光线的方式来实现过滤，诚然，在其他实施例中，还可以采用选择性透射或反射等方式来实现光线过滤。具体的，从光源发出的三种波段光以一定方向入射至第一衍射波导镜片2-1，适用于第一衍射波导镜片2-1的其中一波段光经镜片耦入、传导，并在第一耦出区域2-12导出。部分未完全耦入的图像光线在经过滤光层2-3后，实现光线过滤，使绿光不能进入至第二衍射波导镜片2-2。而适用于第二衍射波导镜片2-2的剩余波段光(包括品红光)继续经镜片耦入、传导，并在第二耦出区域2-22导出。此种设计使得本发明的增强现实显示系统可以实现每片镜片的波段光单独控制，避免光线串扰和图像色差鬼影等现象的产生。诚然，在其他实施例中，该滤光层2-3还可以用于阻碍品红光，透过绿光，或者，根据实际需要用于过滤其他波段光线，在此不做限定。并且，在本实施例中，滤光层2-3选自软膜，以实现滤光，诚然，在其他实施例中，其还可以是薄玻璃镀膜，也可以采用彩色光刻胶调色匹配进行滤光。
请参见图5，本发明另一实施例所示的增强现实显示系统，包括：
激光光源(未图示)，用于提供入射图像光线，诚然，在其他实施例中，还可以是LED、LCD或OLED等其他光源。在激光光源照射处设置有第一衍射波导镜片3-1、第二衍射波导镜片3-2和第三衍射波导镜片3-3，每个衍射波导镜片都包括镜片本体和设置在镜片本体上的功能性区域，具体的：第一衍射波导镜片3-1包括第一镜片本体3-10、设置在第一镜片本体3-10上的第一耦入区域3-11、以及设置在第一镜片本体3-10上的第一耦出区域3-12；第二衍射波导镜片3-2包括第二镜片本体3-20、设置在第二镜片本体3-20上的第二耦入区域3-21、以及设置在第二镜片本体3-20上的第二耦出区域3-22；第三衍射波导镜片3-3包括第三镜片本体3-30、设置在第三镜片本体3-30上的第三耦入区域3-31、以及设置在第三镜片本体3-30上的第三耦出区域3-32。并且，在第一衍射波导镜片3-1和第二衍射波导镜片3-2之间、第二衍射波导镜片3-2和第三衍射波导镜片3-3之间分别设有用于隔绝非必要光的第一滤光层3-4和第二滤光层3-5。
在本实施例中，从光源发出的三种波段的图像光线以一定方向入射至第一衍射波导镜片3-1，适用于第一衍射波导镜片3-1的波段光经镜片耦入、传导，并在第一耦出区域3-12导出。部分未完全耦入第一衍射波导镜片3-1的光在经过第一滤光层3-4后，实现光线过滤，不能进入第二衍射波导镜片3-2。而适用于第二衍射波导镜片3-2的波段光继续经镜片耦入、传导，并在第二耦出区域3-22导出。部分未完全耦入第二衍射波导镜片3-2的光在经过第二滤光层3-5后，实现光线过滤，不能进入第三衍射波导镜片3-3。而适用于第三衍射波导镜片3-3的波段光继续经镜片耦入、传导，并在第三耦出区域3-32导出。此设计使得本发明的增强现实显示系统可以实现每片镜片的波段光单独控制，避免光线串扰，造成图像色差鬼影等现象。并且，在本实施例中，第一滤光层3-4用于阻碍绿光，透过红光和蓝光，第二滤光层3-5用于阻碍红光，透过蓝光。
在另一未示例实施例中，第一滤光层用于阻碍绿光，透过红光和蓝光，第二滤光层用于阻碍蓝光，透过红光。
在另一未示例实施例中，第一滤光层用于阻碍蓝光，透过红光和绿光，第二滤光层用于阻碍红光，透过绿光。
在另一未示例实施例中，第一滤光层用于阻碍蓝光，透过红光和绿光，第二滤光层用于阻碍绿光，透过红光。
在另一未示例实施例中，第一滤光层用于阻碍红光，透过蓝光和绿光，第二滤光层用于阻碍蓝光，透过绿光。
在另一未示例实施例中，第一滤光层用于阻碍红光，透过蓝光和绿光，第二滤光层用于阻碍绿光，透过蓝光。
诚然，在其他实施例中，第一滤光层3-4和第二滤光层3-5用来过滤的光束可根据实际需要进行设计，在此不做限定。
以上实施例中，相邻两个衍射波导镜片之间都设有一个滤光层，在其他实施例中，当设有三个或以上衍射波导镜片时，可以仅在其中一对相邻两个衍射波导镜片之间设置滤光层，且其数目并无限制。
综上所述：本发明的增强现实显示系统通过在两个衍射波导镜片之间贴合设置滤光层，用于隔绝非必要光的入射，在图像光线通过前一衍射波导镜片后，部分未完全耦入的图像光线经过滤光层后，实现光线过滤，无法进入下一个衍射波导镜片。故，本发明的增强现实显示系统通过在每两个衍射波导镜片之间设置滤光层，可以实现每片衍射波导镜片的波段光单独控制，从而消除光线乱入，避免光线串扰，造成图像色差鬼影等现象，提升体验舒适度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (15)
1.一种增强现实显示系统，其特征在于，包括：
光源，用于提供图像光线；
至少两个衍射波导镜片，所述衍射波导镜片包括镜片本体和设置在所述镜片本体上的功能性区域；
至少一个用于隔绝非必要光的滤光层，所述滤光层设置在两个所述衍射波导镜片之间。
2.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述功能性区域包括耦入区域和耦出区域，所述耦入区域和耦出区域分别将所述图像光线耦合入所述衍射波导镜片、将所述衍射波导镜片内传播过来的图像光线向所述衍射波导镜片外输出。
3.如权利要求2所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述功能性区域还包括转折区域，所述转折区域用于改变所述图像光线在所述衍射波导镜片内的传播方向。
4.如权利要求3所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述功能性区域中设有由纳米结构形成的周期性光栅结构，所述周期性光栅结构包括倾斜光栅、体光栅或矩形光栅中的任一种或多种。
5.如权利要求2所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层设置在两个所述衍射波导镜片的耦入区域之间。
6.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层的滤光方式选自选择性透射、反射或吸收中的任一种。
7.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层选自软膜、薄玻璃镀膜或彩色光刻胶中的任一种。
8.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层与所述衍射波导镜片之间通过粘连剂连接。
9.如权利要求1至8中任一项所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统包括第一衍射波导镜片、第二衍射波导镜片以及设置在所述第一衍射波导镜片和第二衍射波导镜片之间的滤光层。
10.如权利要求9所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层用于阻碍绿光，透过品红光。
11.如权利要求9所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述滤光层用于阻碍品红光，透过绿光。
12.如权利要求1至8中任一项所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统包括第一衍射波导镜片、第二衍射波导镜片、第三衍射波导镜片、设置在所述第一衍射波导镜片和第二衍射波导镜片之间的第一滤光层以及设置在所述第二衍射波导镜片和第三衍射波导镜片之间的第二滤光层。
13.如权利要求12所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一滤光层用于阻碍绿光，透过红光和蓝光，所述第二滤光层用于阻碍红光，透过蓝光或者所述第二滤光层用于阻碍蓝光，透过红光。
14.如权利要求12所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一滤光层用于阻碍蓝光，透过红光和绿光，所述第二滤光层用于阻碍红光，透过绿光或者所述第二滤光层用于阻碍绿光，透过红光。
15.如权利要求12所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一滤光层用于阻碍红光，透过蓝光和绿光，所述第二滤光层用于阻碍蓝光，透过绿光或者所述第二滤光层用于阻碍绿光，透过蓝光。
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