增强现实显示的光学结构的制作方法

1.本实用新型涉及增强现实显示技术领域，特别是涉及一种增强现实显示的光学结构。


背景技术：

2.增强现实(ar,augmented reality)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。
3.在衍射波导方案中，由于采用衍射结构单元控制光线走线，理想情况中，衍射结构单元仅将光线衍射至人眼。然而在实际情况中，由于衍射特性，导致其不仅仅有光线衍射至人眼，还存在背离人眼方向的衍射光，从而导致在观察面的另一侧也可以看到图像，从而降低了显示的隐私性。如图1所示，入射光线经过波导镜片耦入区73耦入、波导基层71传导，再经耦出区75耦出，部分光线耦出至实线人眼8，从而实线人眼8可观察到图像；但由于耦出部分的衍射结构不仅仅耦出了朝向实线人眼8的衍射光，同时还产生了耦出至虚线人眼9的衍射光，若此时有人至虚线人眼9一侧，接收到耦出至虚线人眼9方向的衍射光，则同样会看到图像，从而导致观察者(指实线人眼)隐私性极大降低。
4.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种隐私性效果好的增强现实显示的光学结构。
6.本实用新型提供一种增强现实显示的光学结构，包括第二光学结构、设置在所述第二光学结构一侧的第一光学结构，所述第二光学结构至少设有一将图像光耦入至人眼实现增强现实显示的波导片，所述第一光学结构包括远离所述波导片的基底、设置在所述基底表面的第一高折射率层、设置在所述第一高折射率层远离所述基底一侧的第一低折射率层，以及设置在所述第一低折射率层远离所述第一高折射率层一侧的金属层。
7.在其中一实施例中，所述基底的材质为玻璃或树脂或其他可见光高透过率的材料，所述第一高折射率层的材质为二氧化钛，所述第一低折射率层的材质为二氧化硅，所述金属层的材质为铬。
8.在其中一实施例中，所述第一低折射率层的厚度大于所述第一高折射率层的厚度，所述第一高折射率层的厚度大于所述金属层的厚度。
9.在其中一实施例中，所述第一高折射率层的厚度为30nm
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70nm，所述第一低折射率层的厚度为60nm
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100nm，所述金属层的厚度为1nm
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30nm。
10.在其中一实施例中，所述第一高折射率层的厚度为50nm，所述第一低折射率层的厚度为80nm，所述金属层的厚度为20nm。
11.在其中一实施例中，还包括第二高折射率层和第二低折射率层，所述第二高折射率层设置在所述金属层远离所述第一低折射率层的一侧，所述第二低折射率层设置在所述
第二高折射率层远离所述金属层的一侧，且所述第二低折射率层靠近所述波导片。
12.在其中一实施例中，所述第二高折射率层的材质为二氧化钛，所述第二低折射率层的材质为二氧化硅。
13.在其中一实施例中，所述第二高折射率层的厚度为5nm
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50nm；所述第二低折射率层的厚度为30nm
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70nm。
14.在其中一实施例中，所述第二高折射率层的厚度为30nm；所述第二低折射率层的厚度为50nm。
15.在其中一实施例中，所述波导片包括波导衬底和功能区，所述功能区包括设置在所述衬底同一侧用于将图像光耦入至所述波导衬底的耦入区域，以及将在所述波导衬底全反射的图像光耦出至人眼的耦出区域，其中，所述功能区域设置在所述波导衬底远离所述第一光学结构一侧的表面
16.本实用新型提供的增强现实显示的光学结构，通过设置在所述基底表面的第一高折射率层、设置在所述第一高折射率层远离所述基底一侧的第一低折射率层，以及设置在所述第一低折射率层远离所述第一高折射率层一侧的金属层，使观察面一侧对图像光具备低透射和高吸收，耦出至第一光学结构的图像光几乎无法透射出去，而背离人眼一侧对环境光具有高反射，无法透过第一光学结构看到实际物体，从而提高了增强现实显示的隐私性。
17.本实用新型提供的增强现实显示的光学结构，在观察面一侧具备低反射，耦出至第一光学结构的图像光无法反射至波导片，从而避免了光线的串扰。
附图说明
18.图1为现有技术中一种不含第一光学结构的光学结构的光线示意图；
19.图2本实用新型实施例增强现实显示的光学结构的结构示意图；
20.图3为图2所示的光线示意图；
21.图4为环境光线从图3所示的基底层方向入射时的光谱图；
22.图5为图像光从图3所示的第二低折射率层方向入射时的光谱图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
24.请参图2和图3，本实用新型实施例中提供的增强现实显示的光学结构，包括第二光学结构、设置在第二光学结构一侧的第一光学结构1。第二光学结构至少设有一将图像光耦入至人眼实现增强现实显示的波导片2；第一光学结构1包括远离波导片2设置的基底11、设置在基底11表面的第一高折射率层12、设置在第一高折射率层12远离基底11一侧的第一低折射率层13，以及设置在第一低折射率层13远离第一高折射率层12一侧的金属层14。
25.需要说明的是，在本实用新型提供的增强现实显示的光学结构中，第一光学结构1与第二光学结构之间平行设置，第二光学结构靠近人眼或观察面一侧，其第一光学结构1和第二光学结构可以采用多种方式设置，如：一种方式，第一光学结构1与第二光学结构之间可以用机械方式直接将两者固定，或者，第一光学结构1与第二光学结构分属不同机械结
构，再通过两个不同机械结构连接在一起，其中，第一光学结构1与第二光学结构之间可以留有空隙也可以不留；另一种方式，可以用光学胶将第一光学结构1与第二光学结构直接粘合在一起。
26.波导片2包括波导衬底21和功能区；波导衬底21可以使图像光在波导衬底21内进行全反射传导，功能区由微纳结构形成。功能区包括设置在波导衬底21同一侧用于将图像光耦入至波导衬底21的耦入区域23，以及将在波导衬底21全反射的图像光耦出至人眼5的耦出区域25。
27.在其他实施例中，功能区还包括转折区域，转折区域设置在耦入区域23和耦出区域25之间；图像光经耦入区域23耦入至波导衬底21，然后图像光在波导衬底21内进行全反射后进入转折区域，再经由转折区域传导至波导衬底21进行全反射后进入耦出区域25耦出至人眼5。通过转折区域可以使图像光发生转折。
28.在本实施例中，第二光学结构只设置一个波导片2。
29.在其他实施例，第二光学结构包括多个波导片2，多个波导片2叠加在一起，且其相邻的两个波导片2中的一个波导片2的功能区与另一个波导片2的波导衬底21靠近。
30.第一光学结构1设置在波导片2远离功能区一侧；具体地基底11远离波导片2设置，金属层14靠近波导片2。通过此种设计，第一光学结构1对自波导片2入射的图像光具备低透射性和高吸收性，因此耦出至第一光学结构1的图像光又几乎无法透射出去，从而防止了观察面的另一侧(即图3中的左侧)也可以看到图像信息，继而提高了显示的隐私性；第一光学结构1对外部自基底一侧入射的环境光具备高反射性，因此环境光在入射至第一光学结构1时，产生了高的反射，从而观察面另一侧(即图3中的左侧)的人无法透过第一光学结构1看到实际物体，提高了增强现实显示的隐私性。为进一步地提高隐私性，第一低折射率层的厚度大于所述第一高折射率层的厚度，第一高折射率层的厚度大于金属层的厚度。基底11的材质为玻璃或树脂或其他可见光高透过率的材料。采用上述材质制备的基底11可以对第一光学结构1中的其他各层起到保护作用，防止其他各层划伤、油污等。
31.第一高折射率层12的材质为二氧化钛；第一高折射率层12的厚度为30nm
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70nm。优选地，第一高折射率层12的厚度为50nm。
32.第一低折射率层13的材质为二氧化硅；第一低折射率层13的厚度为60nm
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100nm。优选地，第一低折射率层13的厚度为80nm。
33.金属层14具有吸收光的特性，其材质为铬；金属层14的厚度为1nm
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30nm。优选地，金属层14的厚度为20nm。
34.为进一步增加现实的隐私性，第一光学结构1还设有第二高折射率层15和第二低折射率层16。第二高折射率层15设置在金属层14远离第一低折射率层13的一侧，第二低折射率层16设置在第二高折射率层15远离金属层14的一侧，且第二低折射率层16靠近波导片2；具体地，第二低折射率层16靠近波导衬底21远离功能区一侧的表面。为更进一步增加现实的隐私性，第二低折射率层16的厚度大于第二高折射率层15的厚度，
35.第二高折射率层15的材质为二氧化钛；第二高折射率层15的厚度为5nm
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50nm。优选地，第二高折射率层15的厚度为30nm。
36.第二低折射率层16的材质为二氧化硅；第二低折射率层16的厚度为30nm
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70nm。优选地，第二低折射率层16的厚度为50nm。
37.下面对本实用新型增强现实显示的光学结构的具体光学特性进行具体阐述。如：第一高折射率层12为二氧化钛，其厚度为50nm；第一低折射率层13为二氧化硅，其厚度为80nm；金属层14为铬，其厚度为20nm；第二高折射率层15为二氧化钛，其厚度为30nm；第二低折射率层16为二氧化硅，其厚度为50nm。
38.参考图3，可以看出，入射的图像光经过波导片2的耦出区域23耦入至波导衬底21内并进行传导，再经耦出区域25耦出至人眼5；在此过程中，部分图像光耦出至人眼5(即图3中的右侧)，从而人眼5(即图3中的右侧)可观察到图像；部分图像光耦出至第一光学结构1。由于第一光学结构1在人眼5一侧(即图3中的右侧)具备低反射，因此这部分图像光几乎没有反射至波导镜片组，从而避免了光线的串扰；同时，第一光学结构1设置在此一侧的各层具备低透射和高吸收，因此耦出至第一光学结构1的图像光又几乎无法透射出去，从而防止了人眼5的另一侧(即图3中的左侧)也可以看到图像信息，继而提高了显示的隐私性；如图5所示，从图中可以看出，在可见光波段，其反射效率几乎在25％以下。而在人眼5的另一侧(即图3中的左侧)，第一光学结构1具备高反射特性，因此当环境光从此侧(即图3中的左侧)入射至第一光学结构1时，产生了高的反射，从而在人眼5的另一侧(即图3中的左侧)的人无法透过第一光学结构1看到实际物体，提高了增强现实显示的隐私性；如图4所示，从图中可以看出，在可见光波段，其反射效率几乎在60％以上。
39.在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
40.在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
41.在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。
43.在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
44.在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
45.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。