一种偏振光敏感AR眼镜波导的多深度成像方法与流程

本发明涉及增强现实技术（ar）领域，具体涉及一种基于偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法。

背景技术：

ar是一种结合现实及虚拟图像、视频、3d模型应用的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。目前已有谷歌、微软等公司推出商业化的ar眼镜，引领了ar技术的发展和应用。

目前除了magicleap公司以外，绝大多数ar产品仅能实现单一景深显示，导致在虚实融合的场景下，人眼由于在近景实物和虚拟内容的物理景深之间不停切换，极易造成包括视神经在内的视觉系统紊乱，限制了产品的大规模应用。鉴于人眼在深度识别上的精度有限，多景深光场显示变得非常具有现实意义。因此，发明支持多深度成像的ar眼镜波导对于解决目前ar眼镜应用困境具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤（1）选择一个适用于ar眼镜的波导基片；在该波导基片的一侧下方制作耦入光栅；在另一侧下方制作耦出光栅。

步骤（2）在耦出光栅下方制作一片电控可调的液晶层；在液晶层下方制作一个有光焦度的输出光栅，输出光栅对应的偏振光和耦出光栅对应的偏振光偏振方向垂直。

步骤（3）图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光入射到波导基片对应的耦入光栅，光线经过耦入光栅折射在波导基片上全反射，最后导入耦出光栅区域；

在液晶层没有施加电场控制的情况下，线偏振光经由耦出光栅折射，再经过液晶层、输出光栅导出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像；

在液晶层施加电场控制的情况下，线偏振光经由耦出光栅折射，再经过液晶层发生偏振旋转，然后经过输出光栅的折射，形成不同于原线偏振光的光学成像，从而实现两个深度的光学成像控制。

进一步说，所述波导基片厚度为0.1-2毫米，耦入光栅厚度为10-100微米，耦出光栅厚度为10-100微米。

进一步说，耦入光栅的二维形状为圆形或方形；耦出光栅的二维形状也为圆形或方形。

进一步说，所述的耦入光栅和耦出光栅均为线偏振敏感光栅。

进一步说，所述的液晶层厚度为10-500微米，二维形状和耦出光栅一致；所述的输出光栅厚度为10-500微米，二维形状和耦出光栅一致。

进一步说，所述的有光焦度的输出光栅是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成。

进一步说，通过处理两个深度上图像的灰度，可以合成在两个深度之间任一深度的图像。

进一步说，两个深度的图像需交替显示。

本发明提出了一种基于偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法，采用图像源的偏振光入射，基于振光敏感光栅折射，以电控液晶实现偏振控制，通过不同偏振光栅的作用，实现两个深度的光学成像，再结合软件算法可实现多深度成像。基于偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法具有简单、方便、稳定、响应速度快等优点。

附图说明

图1为本发明所使用的ar眼镜波导结构及光路示意图。

图2为本发明所述的有光焦度的输出光栅通过一束平行光和球面光干涉刻写示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所涉及的器件包括：ar眼镜的波导基片1、couple-in光栅2，即耦入光栅、couple-out光栅3，即耦出光栅、电控可调的液晶层4、输出光栅5，基于上述器件来实现基于偏振光敏感ar眼镜波导的多深度成像方法包括以下步骤：

（1）选择一个适用于ar眼镜的波导基片1，其厚度为1毫米，二维形状根据眼镜尺寸确定；在波导基片的左下方制作couple-in光栅2，其厚度为30微米，二维形状为圆形；在波导基片1的右下方制作couple-out光栅3，其厚度为30微米，二维形状为圆形。

所述的couple-in光栅2和couple-out光栅3均为纸面水平线偏振（p光）敏感的光栅。

（2）在couple-out光栅3下方制作一片电控可调的液晶层4，其厚度为100微米，二维形状和couple-out光栅3一致；在液晶层4下方制作一个有光焦度的输出光栅5，其厚度为30微米，二维形状和couple-out光栅3一致，输出光栅5对应的线偏振光（s光）光偏振方向垂直纸面。

所述的有光焦度的输出光栅5是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成，见图2。

（3）图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光（p光）入射到波导基片1对应的couple-in光栅2，光线经过couple-in光栅2折射在波导基片1上全反射，最后导入couple-out光栅3区域。

在液晶层4没有施加电场控制的情况下，线偏振光（p光）经由couple-out光栅3折射，再经过液晶层4和有光焦度的输出光栅5无影响的导出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像。

在液晶层4施加电场控制的情况下，经过经由couple-out光栅3折射出来的光经过液晶层4发生偏振旋转，变成s光，再经过有光焦度的输出光栅5的折射，形成不同于p光的光学成像，从而实现两个深度的光学成像。

另外再配合一定的软件算法，可以在现有偏振光敏感ar眼镜波导的基础上，从可控的两个深度的光学成像形成多深度成像，即有两个深度之后，可以用算法来处理在两个深度上图像的灰度，合成在两个深度之间任一深度的图像，当然两个深度的图像需交替显示。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种偏振光敏感AR眼镜波导的多深度成像方法。图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光入射到波导基片对应的耦入光栅，光线经过耦入光栅折射在波导基片上全反射，最后导入耦出光栅区域；在液晶层没有施加电场控制的情况下，线偏振光经由耦出光栅折射，再经过液晶层、输出光栅导出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像；在液晶层施加电场控制的情况下，线偏振光经由耦出光栅折射，再经过液晶层发生偏振旋转，然后经过输出光栅的折射，形成不同于原线偏振光的光学成像，从而实现两个深度的光学成像控制。本发明具有简单、方便、稳定、响应速度快等优点。

技术研发人员：丁毅;张卓鹏;魏一振;陈达如
受保护的技术使用者：杭州光粒科技有限公司
技术研发日：2019.06.17
技术公布日：2019.08.23