增强现实显示衍射光波导的设计

刘明欢， 付秀华， 王 菲， 唐 健， 冯东洋， 刘风雷

(1. 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022;2. 浙江水晶光电科技股份有限公司 中央研究院，浙江 台州 318015)

1 引 言

近些年来，被誉为下一代移动计算平台的增强现实(Augmented Reality, AR)显示广受国内外科技公司以及科研院所的关注[1-3]。增强现实显示设备通常由计算处理单元、光学显示模组、传感器模组以及控制电路组成。增强现实显示通过将计算生成的虚拟图像经由光学显示模组投影到人眼的入瞳，并与现实空间叠加在一起，形成亦真亦幻的显示效果。增强现实显示以其人机可交互性﹑逼真的沉浸感以及丰富的想象空间为使用者提供前所未有的显示体验，在工业界以及消费类电子领域有着非常广阔的应用前景和空间[4-5]。

增强现实显示的实现方式通常为基于传统几何光学的透镜方案以及衍射光波导方案[6]。几何光学方案有以美国ODG公司为代表的Bird Bath方案，以色列Lumus的几何阵列波导方案，韩国LetinAR微孔阵列方案，加拿大North Focals的激光束扫描(Laser Beam Scanning, LBS)方案；衍射光波导方案主要有Microsoft, Magic leap和Wave Optics的表面浮雕方案，以及Digilens的全息体光栅方案。其中，Bird Bath的显示效果是最优的，但由于其体积相对比较庞杂，暂时还未被列为实现增强现实显示的主流方案；Lumus的几何阵列波导方案由于设计端对加工端的要求比较苛刻，暂时也无法成为首选；激光束扫描方案受限于系统出瞳的限制，无法匹配用户瞳间距存在一定分布的需求；衍射光波导方案，通过使光线在波导内部全内反射传播，可以将显示模块设计得更加轻薄化并更加接近眼镜形态，因此，是比较符合尺寸形态需求的相对较好的方案[7-8]。……