一种纳米透镜波导镜片和多景深三维显示装置
2020-01-11

一种纳米透镜波导镜片和多景深三维显示装置

本发明公开了一种纳米透镜波导镜片,包括纳米透镜波导镜片单元,所述纳米透镜波导镜片包括一片纳米透镜波导镜片单元,或由至少两片纳米透镜波导镜片单元叠加组成,所述纳米透镜波导镜片单元包括:波导;位于波导上表面或下表面的具有透明光学成像和波导折弯功能的功能性区域;所述功能性区域包括用于将图像光信息耦合进入波导的耦入功能性区域,和用于将经耦入功能性区域及波导传导过来的图像光信息投射到纳米透镜波导镜片上方空间中的出射功能性区域。本纳米透镜波导镜片可以大大降低构建三维显示装置时的厚度及体积,为多景深三维显示装置的简单实现提供了基础支持。本发明同时公开了利用该纳米透镜波导镜片构建的多景深三维显示装置。

图1为单片纳米透镜波导镜片实现三维显示的剖面结构示意图;

如图8所示,采用3个微投影装置100a、100b、10c设置于对应的纳米透镜波导镜片单元的侧面,分别输出近、中、远三种景深图像源可从对应的纳米透镜波导镜片单元侧边耦合输入,通过棱镜等方式,或特定角度耦合至每一纳米透镜波导镜片单元的耦入功能性区域1201、2201、3201,配合波导全反射,实现无串扰多景深输出,根据不同景深虚像面聚焦位置,设计纳米光栅像素的周期及取向分布,控制波导镜片聚焦。

图10是本发明实现一种多景深三维显示装置的示例示意图;

优选的,所述纳米透镜波导镜片由至少两片纳米透镜波导镜片单元叠加而成,同一纳米透镜波导镜片上的各层纳米透镜波导镜片单元的耦入功能性区域所设置的位置不同,微投影装置与耦入功能性区域一一对应光耦合设置。

如图2所示,一种纳米透镜波导镜片,包括纳米透镜波导镜片单元,所述纳米透镜波导镜片包括一片纳米透镜波导镜片单元,或由至少两片纳米透镜波导镜片单元叠加组成,所述纳米透镜波导镜片单元包括:

Description

图11 -19是本发明应用于现实社会活动中的不同场景。

图1为纳米透镜波导镜片由一片纳米透镜波导镜片单元构成时,实现三维显示的剖面结构示意图,图1中的各功能性区域设置在波导130的出光面上,即设置于波导130的上表面,图像光从微投影装置100发出,具备一定扩散角,耦合至波导130,波导上表面设有入射功能性结构区域201和出射功能性区域203,图像光首先耦合至耦入功能性区域201,然后经波导130全反射直接传导至出射功能性区域203,或经过中继功能性区域202改变图像光的传导方向,最后传导至出射功能性区域203,经过出射功能性区域203的衍射及会聚作用,输出光线聚焦至人眼1,使得人眼I看到虚拟的三维图像。

因此,采用本发明的方案,单片纳米透镜波导镜片单元即可实现彩色显示。

图6是本发明实现多景深显示的示例示意图;

技术领域

优选的,所述结构单元像素包括所述像素型纳米衍射光栅,像素型纳米衍射光栅的周期及取向由入射光线的波长、入射角、衍射光线的衍射角和衍射方位角决定。

对于近眼三维显示装置来说,所述图像光耦合至纳米透镜波导镜片,首先耦合耦入功能性区域201,满足波导130全反射,光线沿耦入功能性区域201和中继功能性区域202方向传导,耦合中继功能性区域202,改变光线走向,光线沿中继功能性区域202和出射功能性区域203方向传导,出射功能性区域203设有构成纳米透镜的纳米衍射光栅,聚焦输出光线至人眼视网膜,使人眼看到逼真的虚拟立体图像。

另外一些实施例中,所述纳米透镜波导镜片由至少两片纳米透镜波导镜片单元叠加而成,微投影装置分别设置于对应的纳米透镜波导镜片单元的波导侧边,通过设置对应数量的耦合棱镜或直接从波导侧面与耦入功能性区域一一对应光耦合。