【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置通過將虛擬影像與現(xiàn)實(shí)世界疊加，實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景與虛擬信息相互補(bǔ)強(qiáng)和增強(qiáng)，這使得用戶能夠同時(shí)看到外部真實(shí)世界和虛擬圖像，豐富了人們的視覺體驗(yàn)。這種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備由微型顯示器和光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的鏡片組成，其中微型顯示器作為圖像源，發(fā)出的虛擬圖像通過透明光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的鏡片成像到人眼。光波導(dǎo)鏡片由波導(dǎo)層、光柵層和保護(hù)層構(gòu)成，光從圖像源出射后進(jìn)入波導(dǎo)層，在其中全反射往復(fù)傳播，最終到達(dá)光柵層并因衍射效應(yīng)而從波導(dǎo)中耦出，使得觀察者能夠同時(shí)觀察到虛擬圖像和周圍的真實(shí)景象。
2、然而，現(xiàn)有的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)面臨著彩虹紋效應(yīng)的問題。當(dāng)外部大角度的環(huán)境光線入射到光柵層時(shí)，由于衍射的色散效果，不同波長(zhǎng)的光會(huì)被不同程度地衍射，形成彩虹紋，嚴(yán)重影響了佩戴者的使用體驗(yàn)。此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置的敞開程度越高，越多來(lái)自外界環(huán)境光源的光線能夠進(jìn)入系統(tǒng)，尤其是來(lái)自側(cè)面或用戶后方的大角度光線會(huì)引起嚴(yán)重的彩虹偽影。
3、本專利技術(shù)通過角度相關(guān)濾波薄膜抑制大角度外界環(huán)境光入射到光柵區(qū)域，從而消除增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備的彩虹紋，具備波長(zhǎng)不敏感、偏振不敏感、輕薄化的優(yōu)勢(shì)，且不會(huì)額外引入衍射偽影，有助于提高增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備的成像質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備的彩虹紋效應(yīng)，本專利技術(shù)提供了一種基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)
3、一方面，本專利技術(shù)提出了一種基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，包括微型顯示器、光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片和兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜；
4、所述微型顯示器用于提供圖像光束；所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片依次包括第一保護(hù)層、第一光柵層和波導(dǎo)層，其中波導(dǎo)層在使用時(shí)面向人眼；第一光柵層包含耦入光柵和耦出光柵，耦入光柵將圖像光束衍射耦入波導(dǎo)層內(nèi)進(jìn)行全反射傳播，并通過耦出光柵衍射耦出，外界環(huán)境物體光束直接透射光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片并與圖像光束結(jié)合實(shí)現(xiàn)ar顯示；
5、所述兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜分別位于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片的第一保護(hù)層外表面和波導(dǎo)層外表面，角度相關(guān)濾波薄膜依次包括第二保護(hù)層、第二光柵層、基底層；所述第二光柵層由透光單元、遮光單元交替組成，用于限制超出第二光柵層截止角度的入射光束通過；第一光柵層和第二光柵層均具有非對(duì)稱角度響應(yīng)特性，角度相關(guān)濾波薄膜的非對(duì)稱角度響應(yīng)特性與耦出光柵匹配，兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜的非對(duì)稱角度響應(yīng)特性互補(bǔ)。
6、另一方面，本專利技術(shù)還提出了一種角度相關(guān)濾波薄膜的制備方法，所述角度相關(guān)濾波薄膜用于上述設(shè)備中，所述制備方法包括：
7、s1：根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求以及工藝限制，確定兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜所需的截止角度、高透射率要求、非對(duì)稱角度響應(yīng)特性、衍射級(jí)次最大相對(duì)強(qiáng)度以及透射率截止效果；
8、s2：根據(jù)所需的截止角度、高透射率要求、非對(duì)稱角度響應(yīng)特性，計(jì)算角度相關(guān)濾波薄膜的遮光單元寬度b、高度h和周期p，計(jì)算公式為：
9、
10、其中θ1和θ2表示角度相關(guān)濾波薄膜的兩個(gè)截止角度，θ3表示高透射率最大角度；
11、s3：選擇第二光柵層的光柵排布方式為準(zhǔn)周期光柵排布或之字光柵排布，若選擇準(zhǔn)周期光柵排布，則在已確定的周期p基礎(chǔ)上增加隨機(jī)擾動(dòng)以確定所有遮光單元的x方向中心位置，使得第二光柵層滿足所需的衍射級(jí)次最大相對(duì)強(qiáng)度和透射率截止效果；若選擇之字光柵排布，則確定遮光單元的重復(fù)單元的長(zhǎng)度a和寬度c，使得第二光柵層滿足所需的衍射級(jí)次最大相對(duì)強(qiáng)度，且在工藝限制內(nèi)；
12、s4：根據(jù)s2-s3獲得的結(jié)果，在基底層上制備第二光柵層，并將濾波光柵與第二保護(hù)層貼合，從而制備得到兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜；
13、s5：調(diào)整角度相關(guān)濾波薄膜朝向，將兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜分別貼合在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片的第一保護(hù)層外表面和波導(dǎo)層外表面，使角度相關(guān)濾波薄膜的非對(duì)稱角度響應(yīng)特性均與耦出光柵匹配，第一保護(hù)層表面的角度相關(guān)濾波薄膜的非對(duì)稱角度響應(yīng)特性與波導(dǎo)層表面的角度相關(guān)濾波薄膜互補(bǔ)。
14、本專利技術(shù)的有益效果是：
15、本專利技術(shù)通過角度相關(guān)濾波薄膜抑制大角度外界環(huán)境光入射到光柵區(qū)域，從而消除增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備的彩虹紋。本專利技術(shù)的角度相關(guān)濾波薄膜采用非對(duì)稱的單元結(jié)構(gòu)，具有非對(duì)稱的角度響應(yīng)，能夠與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備耦出光柵的非對(duì)稱角度響應(yīng)匹配。本專利技術(shù)的角度相關(guān)濾波薄膜采用特殊的光柵排布方式，能夠有效抑制薄膜自身的衍射效應(yīng)。相比于現(xiàn)有的彩虹紋消除方案，本專利技術(shù)具備波長(zhǎng)不敏感、偏振不敏感、輕薄化的優(yōu)勢(shì)，并且不會(huì)額外引入衍射偽影，也不會(huì)增加光波導(dǎo)鏡片的設(shè)計(jì)難度和工藝難度，兼顧可量產(chǎn)性。
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1.一種基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，包括微型顯示器、光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片和兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述基底層貼合于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片的第一保護(hù)層外表面或波導(dǎo)層外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述遮光單元為條形結(jié)構(gòu)，且所述條形結(jié)構(gòu)的橫截面為相同的直角三角形，直角三角形的其中一直角邊緊貼基底層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述透光單元為空腔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述遮光單元噴涂有黑體漆涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述第二光柵層采用準(zhǔn)周期光柵排布，遮光單元沿同一方向直線延伸，相鄰遮光單元的間距在周期p的基礎(chǔ)上隨機(jī)擾動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除AR顯示設(shè)備，其特征在于，所述第二光柵層采用之字光柵排布，遮光單元呈之字形延伸，延伸方向與采用準(zhǔn)周期光柵排布時(shí)相同，各遮光單元按周期p均勻分布。
9.一種角度相關(guān)濾波薄膜的制備方法，所述角度相關(guān)濾波薄膜用于權(quán)利要求1所述設(shè)備中，其特征在于，所述制備方法包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，其特征在于，包括微型顯示器、光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片和兩個(gè)角度相關(guān)濾波薄膜；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，其特征在于，所述基底層貼合于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)鏡片的第一保護(hù)層外表面或波導(dǎo)層外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，其特征在于，所述遮光單元為條形結(jié)構(gòu)，且所述條形結(jié)構(gòu)的橫截面為相同的直角三角形，直角三角形的其中一直角邊緊貼基底層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，其特征在于，所述透光單元為空腔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度相關(guān)濾波薄膜的彩虹紋消除ar顯示設(shè)備，其特征在于，所述遮光...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬云貴，祝汶江，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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