一种阵列波导系统及增强现实显示设备的制作方法

本发明涉及增强现实，尤其涉及一种阵列波导系统及增强现实显示设备。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，在军事，工业，娱乐，医疗，交通运输等领域有着重要的意义。目前用于增强现实的透射型头戴显示器中，主要技术包括：birdbath、棱镜、自由曲面及光波导技术，相比于其他技术，采用光波导技术的头戴显示器体积更小，更像一幅眼镜。光波导技术中，主要包括阵列光波导、表面浮雕光栅波导以及体全息波导，其中，阵列光波导在色彩表现以及光能利用率都要优于衍射光波导以及体全息波导，特别的，采用二维出瞳扩展技术的阵列光波导还有着耦入光机体积小，出瞳距离大、眼盒大等优点。

2、对比于衍射光波导，阵列光波导利用简单的光线反射折射来实现出瞳的扩展，因此颜色均匀性及光效表现更好。但是目前市面上的阵列波导，尤其是二维阵列波导的颜色均匀性依然与传统的显示器的色彩表现有比较大的差距，这其中一个很重要的原因是光学镀膜的对不同波长的光反射率有差异。

3、在实际中，光引擎投射出的图像光线通过耦入结构进入阵列波导后，经过一段长度的全反射传输后打到分光面上，一部分光线透过，一部分被反射，而实现这种效果需要在该分光面进行光学镀膜，光学镀膜利用光的干涉原理，通过堆叠不同厚度、不同材料的介质层来调控光线在光学界面的分光比进而实现想要的效果，根据其基本原理可知，在膜层结构一定的情况下，同一入射角，不同波长的分光比是不同的，同一波长下，不同入射角的分光比也是不同的。

4、在阵列波导中，为了显示一定视场角(fov)的全彩图像，入射到分光面的光线是具备一定的角度范围，同时也具备一定的波长范围，因此当分光面的分光比随着波长有一定变化的时候就会引起最终显示图像，颜色的变化，特别是二维光波导中，转折结构和耦出结构的分光面数量增多，即使分光面的分光比随着波长只有微小的变化，依然会引起比较严重的颜色不均匀，因此为了实现显示图像的颜色均匀，镀膜是一个非常大的挑战，也是目前二维阵列波导中比较难以攻克的问题。

技术实现思路

1、根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种阵列波导系统及增强现实显示设备，以解决现有的二维阵列波导结构存在颜色不均问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本说明书提供了一种阵列波导系统，包括：

4、光机，用于出射n种颜色的图像光束；

5、n个二维阵列波导层，n个二维阵列波导层按照距离光机由近到远依次层叠设置，每个二维阵列波导层入光区域均设有耦入部，且临近光机设置，以及每个二维阵列波导层包括扩瞳部，且临近耦入部设置；

6、其中，n≥2；耦入部至少包括入光面、反射面及出光面，反射面设有二向色镜；扩瞳部包括沿二维阵列波导层厚度1/2处嵌入在二维阵列波导层内部的50％分光比的分束膜，且平行二维阵列波导层表面；

7、胶合层，彼此相邻的二维阵列波导层之间均设有胶合层。

8、作为优选的技术方案，二维阵列波导层包括嵌入于第一基板和第二基板之间的转折部、耦出部，且沿第一方向依次设置，转折部包括沿第二方向以第一预设角度等间隔排布的多个第一分束镜，耦出部包括沿第一方向以第二预设角度等间隔排布的多个第二分束镜，其中，每个二维阵列波导层中的第一分束镜数目相同或不同，第一预设角相同或不同；每个二维阵列波导层中的第二分束镜数目相同，第二预设角相同，第一方向垂直第二方向。

9、作为优选的技术方案，扩瞳部位于耦入部和转折部之间，且每个二维阵列波导层中的50％分光比的分束膜，沿第一方向的长度为对应二维阵列波导层厚度的5-6倍。

10、作为优选的技术方案，入光面与反射面呈夹角α设置，夹角α＝30°-40°，出光面与入光面垂直。

11、作为优选的技术方案，耦入部为三棱柱，其中夹角α＝35°。

12、作为优选的技术方案，每个二维阵列波导层厚度相同或不同；每个二维阵列波导层折射率相同或不同。

13、作为优选的技术方案，胶合层为第一光学胶层，或者胶合层包括第一氟化镁涂层、第二光学胶层及第二氟化镁涂层，其中，第二光学胶层位于第一氟化镁涂层和第二氟化镁涂层之间。

14、作为优选的技术方案，第一光学胶层和第二光学胶层厚度相同或不同；第一氟化镁涂层和第二氟化镁涂层厚度相同或不同。

15、作为优选的技术方案，第一光学胶层和第二光学胶层厚度均为0.5-5μm；第一氟化镁涂层和第二氟化镁涂层厚度均80-500nm。

16、本说明书还提供了一种增强现实显示设备，包括上述的阵列波导系统。

17、本发明采用的技术方案达到的有益效果：

18、本说明书提供阵列波导系统及增强现实显示设备，包括多个二维阵列波导层胶合为整体式，且每个二维阵列波导层均包括耦入部和扩瞳部，耦入部设置二向色镜以及扩瞳部设置半透半反射膜，实现不同颜色的分色传输与显示。此种设置，有效平衡整体颜色，显著提高整体波导系统的颜色均匀性，提高用户体验感，还能有效降低镀膜工艺难度，提升波导的量产性。

技术特征：

1.一种阵列波导系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的阵列波导系统，其特征在于，所述二维阵列波导层包括嵌入于所述第一基板和第二基板之间的转折部、耦出部，且沿第一方向依次设置，所述转折部包括沿第二方向以第一预设角度等间隔排布的多个第一分束镜，所述耦出部包括沿第一方向以第二预设角度等间隔排布的多个第二分束镜，其中，每个所述二维阵列波导层中的第一分束镜数目相同或不同，所述第一预设角相同或不同；每个所述二维阵列波导层中的第二分束镜数目相同，所述第二预设角相同，所述第一方向垂直所述第二方向。

3.根据权利要求2所述的阵列波导系统，其特征在于，所述扩瞳部位于所述耦入部和所述转折部之间，且每个二维阵列波导层中的所述50％分光比的分束膜，沿所述第一方向的长度为对应所述二维阵列波导层厚度的5-6倍。

4.根据权利要求3所述的阵列波导系统，其特征在于，所述入光面与所述反射面呈夹角α设置，所述夹角α＝30°-40°，所述出光面与所述入光面垂直。

5.根据权利要求4所述的阵列波导系统，其特征在于，所述耦入部为三棱柱，其中所述夹角α＝35°。

6.根据权利要求1所述的阵列波导系统，其特征在于，每个所述二维阵列波导层厚度相同或不同；每个所述二维阵列波导层折射率相同或不同。

7.根据权利要求1-6任一项所述的阵列波导系统，其特征在于，所述胶合层为第一光学胶层，或者所述胶合层包括第一氟化镁涂层、第二光学胶层及第二氟化镁涂层，其中，所述第二光学胶层位于所述第一氟化镁涂层和所述第二氟化镁涂层之间。

8.根据权利要求7所述的阵列波导系统，其特征在于，所述第一光学胶层和所述第二光学胶层厚度相同或不同；所述第一氟化镁涂层和所述第二氟化镁涂层厚度相同或不同。

9.根据权利要求8所述的阵列波导系统，其特征在于，所述第一光学胶层和所述第二光学胶层厚度均为0.5-5μm；所述第一氟化镁涂层和所述第二氟化镁涂层厚度均80-500nm。

10.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的阵列波导系统。

技术总结本发明涉及一种阵列波导系统及增强现实显示设备，该系统包括：光机，用于出射N种颜色的图像光束；N个二维阵列波导层，N个二维阵列波导层按照距离光机由近到远依次层叠设置，每个二维阵列波导层入光区域均设有耦入部，且临近光机设置，以及每个二维阵列波导层包括扩瞳部，且临近耦入部设置；其中，N≥2；耦入部至少包括入光面、反射面及出光面，反射面设有二向色镜；扩瞳部包括沿二维阵列波导层厚度1/2处嵌入在二维阵列波导层内部的50％分光比的分束膜，且平行二维阵列波导层表面；胶合层，彼此相邻的二维阵列波导层之间均设有胶合层，有效平衡整体颜色，显著提高整体波导系统的颜色均匀性，提高用户体验感，有效降低镀膜工艺难度，提升波导量产性。技术研发人员：顾志远,郑昱受保护的技术使用者：北京灵犀微光科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29