基于偏振光敏感光栅AR眼镜波导的双深度成像方法与流程

本发明涉及增强现实技术（ar）领域，具体涉及一种基偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法。

背景技术：

ar是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，是把视觉信息、声音、味道、触觉等通过计算机、传感器等科学技术模拟仿真应用到真实的世界，最后被人类感官所感知，达到超越现实的感官体验。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。

目前除了少数公司（如magicleap）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，容易造成包括视神经在内的视觉系统紊乱，从而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，多深度光场显示变得非常具有现实意义。因此，发明支持非单一深度成像的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光栅ar眼镜波导的双深度成像方法。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤（1）选择一个适用于ar眼镜的第一波导基片；在第一波导基片的一侧下方制作p光敏感的第一耦入光栅；在第一波导基片的另一侧下方制作p光敏感的耦出光栅。

步骤（2）选用二维形状和第一耦入光栅一致的第一半波片，将其放置在第一耦入光栅下方并进行无缝粘合；选用二维形状和耦出光栅一致的第二半波片，将其放置在耦出光栅下方并进行无缝粘合。

步骤（3）选择一个适用于ar眼镜的第二波导基片，第二波导基片和第一半波片、第二半波片无缝粘合；在第二波导基片的一侧制作p光敏感的第二耦入光栅；在第二波导基片的另一侧下方制作p光敏感的有光焦度的输出光栅，所述的第一耦入光栅与第二耦入光栅位于同侧。

步骤（4）第一个图像源发出光，通过偏振器件变成p光入射到第一波导基片对应的第一耦入光栅，光线经过第一耦入光栅折射后在第一波导基片上全反射，最后导入耦出光栅。光线由耦出光栅导出后经过第二半波片变成s光，经由有光焦度的输出光栅无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像。

第二个图像源发出光，通过偏振器件变成s光入射到第二波导基片对应的第二耦入光栅，光线在经过第一耦入光栅时无变化，光线经过第二耦入光栅折射，在第二个波导基片上全反射，最后导入有光焦度的输出光栅，光线由有光焦度的输出光栅导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。

进一步说，所述第一波导基片厚度为0.1-5毫米，第二波导基片厚度为0.1-5毫米，第一耦入光栅厚度为10-100微米，第二耦入光栅厚度为10-100微米，耦出光栅厚度为10-100微米。

进一步说，第一耦入光栅或第二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，所述的第一半波片用于将s光转变为p光，第二半波片用于将p光转变为s光。

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。

本发明提出了一种基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法，采用两个图像源的不同偏振光入射，基于振光敏感光栅折射，通过两个波导及光栅结构，实现两个深度的光学成像。基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法具有简单、方便、稳定、无电控器件等优点。

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，本发明所涉及的装置包括：第一个波导基片1、第一个couple-in光栅2，即第一耦入光纤、第一个半波片3、第二个波导基片4、第二个couple-in光栅5，即第二耦入光纤、第一个couple-out光栅6，即耦出光纤、第二个半波片7、有光焦度的输出光栅8。在第一个波导基片1左右下方分别制作第一个couple-in光栅2和第一个couple-out光栅6；第一个couple-in光栅2下方粘合第一个半波片3；第一个couple-out光栅6下方粘合第二个半波片7；第二个波导基片4粘合第二个半波片3和第二个半波片7；第二个波导基片4左右下方分别制作第二个couple-in光栅5、有光焦度的输出光栅8。

利用上述光学结构，实现基于偏振光敏感光栅ar眼镜波导的双深度成像方法包括以下步骤：

（1）选择一个适用于ar眼镜的第一个波导基片1，其厚度为1毫米，二维形状根据眼镜尺寸确定；在第一个波导基片1的左下方制作p光敏感的第一个couple-in光栅2，其厚度为30微米，二维形状为圆形；在第一个波导基片1的右下方制作p光敏感的第一个couple-out光栅6，其厚度为30微米，二维形状为圆形。

（2）选用二维形状和第一个couple-in光栅2一致的第一个半波片3，将其放置在第一个couple-in光栅2下方并进行无缝粘合。第一个半波片3的功能是改变入射光偏振态，将s光转变为p光。选用二维形状和第一个couple-out光栅6一致的第二个半波片7，将其放置在第一个couple-out光栅6下方并进行无缝粘合。第二个半波片的功能是改变入射光偏振态，将p光转变为s光。

（3）选择一个适用于ar眼镜的第二个波导基片4，其厚度为1毫米，二维形状根据眼镜尺寸确定，第二个波导基片4和第一个半波片3、第二个半波片7无缝粘合；在第二个波导基片4的左下方制作p光敏感的第二个couple-in光栅5，其厚度为30微米，二维形状为圆形；在第二个波导基片4的右下方制作p光敏感的有光焦度的输出光栅8，其厚度为30微米，二维形状为圆形。所述的有光焦度的输出光栅8是通过一束平行光和球面光干涉刻写而成，见图2。

（4）第一个图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光（p光）入射到第一个波导基片1对应的第一个couple-in光栅2，光线经过第一个couple-in光栅2折射在第一个波导基片1上全反射，最后导入第一个couple-out光栅6区域。光线由第一个couple-out光栅6导出后经过第二个半波片7变成s光，经由有光焦度的输出光栅8无影响射出，从而在人眼中形成一个深度的光学成像。

第二个图像源发出的光通过偏振器件变成线偏振光（s光）入射到第二个波导基片对应的第二个couple-in光栅5，光线经过第一个couple-in光栅2无变化，光线经过第二个couple-in光栅5折射在第二个波导基片4上全反射，最后导入有光焦度的输出光栅8区域。光线由有光焦度的输出光栅8导出后在人眼中形成另一个深度的光学成像。

根据以上原理和方法，两个图像以p光和s光分别入射到ar眼镜波导，最后在人眼中形成双深度的光学成像。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，实现双深度的光学成像或者多深度光学成像。

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。