CN108020883A - 具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件 - Google Patents
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Abstract
本发明要解决的问题是提供一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件。技术方案包括一体成型的主体部分，所述主体表面设有入射面、顶面、底面、若干微结构面和若干树脂补偿层；所述主体由光学树脂构成，所述入射面为主体表面的一个自由曲面，所述顶面为主体表面的一段平面，所述的底面为主体表面一个平面，且与顶面所在的表面平行；所述微结构面为主体表面内陷的一个面，微结构面所在的平面与顶面和底面所在的平面均平行；所述微结构面由若干相同的微结构单元构成，任一所述微结构单元均包括第一微结构单元面和第二微结构单元面。有益效果在于：眼动范围更大；结构更小、更轻更加有利于增强智能眼镜的量产化。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，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。这种技术1990年提出。随着随身电子产品CPU运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。
增强现实眼镜(AR眼镜)是增强现实技术一种重要表现手段。现有技术中有多种光学方案觉可以不同程度上实现增强现实的显示效果。
光波导方案就是其中的一种光学方案。光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理不同于金属封闭波导，在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。光波导的横向尺寸比光的波长大很多时，光的波动性所产生的衍射现象一般可略去不计，可用几何光学定律来处理光在其中的传播问题。如集成光波导和阶跃折射率光纤中，都是利用入射角大于临界角使光在边界上发生全反射，结果光便沿折线路径在其中传播。梯度折射率光纤中，则利用光逐渐往折射率大的方向弯曲的规律，使光线沿曲线路径在其中传播。
我公司16年申过专利号CN201620380830.6的专利，就涉及该领域，但该专利在实施的过程中存在眼动范围较小、整体光学体积过大等缺点，对AR眼镜整机的布局造成了影响，不宜作为新的AR眼镜的实施方案。
目前对于光学器件表面光洁度采用的标准为ISO 10110标准。
发明内容
本发明要解决的问题是：提供一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件。
本发明的技术方案如下：一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，包括一体成型的主体部分，所述主体表面设有入射面、顶面、底面，其特征在于：主体上还设有若干微结构面和若干树脂补偿层；
所述主体由光学树脂构成；
所述入射面为主体表面的一个平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求；
所述顶面为主体表面的一段平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求，顶面所在的平面与入射面切线所在的平面之间的夹角A在20-90°之间；
所述的底面为主体表面一个平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求，且与顶面所在的表面平行；
所述主体上设有不少于两处微结构面，任一所述微结构面为主体表面内陷的一个面，微结构面所在的平面与顶面和底面所在的平面均平行；所述微结构面由若干相同的微结构单元构成，任一所述微结构单元均包括第一微结构单元面和第二微结构单元面，所述第一微结构单元面和第二微结构单元面表面均为平面，其表面的光洁度均满足ISO 10110标准的要求，第一微结构单元面所在的平面和第二微结构单元面所在的平面之间的夹角B在5° -75°之间，第二微结构单元面所在的平面与顶面所在的平面之间夹角C在80°-100°之间，所述第一微结构单元面表面设有光学薄膜；
所述树脂补偿层的数量与微结构面的数量相同，任一所述树脂补偿层覆盖于微结构面表面，树脂补偿层的外表面与顶面处于相同的水平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求。
进一步，所述光学薄膜在可见光和近红外波段的透过率在20-80％之间。
进一步，当所述树脂补偿层的的的折射率与所述主体的折射率差的绝对值大于0.05，所述第一微结构单元面表面是否设有光学薄膜均可实施。
进一步，所述主体由光学树脂构成，其射射率1.45-1.7之间，阿贝数在20-60之间。
进一步，所述入射面的尺寸L1在1mm-30mm之间，顶面的尺寸L2在3mm-30mm之间，底面的尺寸L3在3mm-50mm之间，底面与顶面的距离D1在1mm与10mm之间。
进一步，所述第一微结构单元面的尺寸L4在5μm-1mm之间。
进一步，所述树脂补偿层的尺寸L5在1mm-30mm之间，树脂补偿层的最小厚度D2在0.05mm-2mm之间。
本发明的有益效果在于：通过实施本专利具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件可以使得搭载该结构的增强现实眼镜眼动范围更大；同时整体的光学结构更小、更轻更加有利于增强智能眼镜的量产化和推广化。
附图说明
图1为本专利的主体结构图。
图2为微结构面的示意图。
图3为微结构单元的示意图。
图4为树脂补偿层的示意图。
图5为内部耦合光路的示意图。
图6为外部光路的示意图。
其中：
1、主体， 2、入射面，
3、顶面， 4、底面，
5、微结构面， 6、树脂补偿层，
7、微结构单元，
71、第一微结构单元面，72、第二微结构单元面，
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做出简要的说明。
如图1-4所示，一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，包括一体成型的主体1部分,主体1由光学树脂构成，其射射率1.45-1.7之间，阿贝数在20-60之间，表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求。所述主体1表面设有入射面2、顶面3、底面4，主体1上还两处对称放置的微结构面5和两处覆盖于微结构面5表面的树脂补偿层6，底面 4与顶面3所在的表面平行。所述入射面2的尺寸L1在1mm-30mm之间，顶面3的尺寸L2 在3mm-30mm之间，底面4的尺寸L3在3mm-50mm之间，底面4与顶面3的距离D1在1mm 与10mm之间。所述入射面2为主体表面1的一个平面，入射面与顶面3所在的平面之间的夹角A在20-90°之间。
任一所述微结构面5为主体1表面内陷的一个面，任一微结构面5所在的平面与顶面3 和底面4所在的平面均平行；所述微结构面5由若干相同的构成，任一所述微结构单元7均包括第一微结构单元面71和第二微结构单元面72，第一微结构单元面71的尺寸L4在5 μm-1mm之间。所述第一微结构单元面71和第二微结构单元面72表面均为平面，其表面的光洁度均满足ISO 10110标准的要求，第一微结构单元面71所在的平面和第二微结构单元面72所在的平面之间的夹角B在5°-75°之间，第二微结构单元面72所在的平面与顶面 3所在的平面之间夹角C在80°-100°之间，所述第一微结构单元面71表面设有光学薄膜，光学薄膜在可见光和近红外波段的透过率在20-80％之间。
任一所述树脂补偿层6覆盖于微结构面5表面，树脂补偿层6的外表面与顶面3处于相同的水平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求。树脂补偿层6的尺寸L5在1mm-30mm之间，树脂补偿层6的最小厚度D2在0.05mm-2mm之间。
当所述树脂补偿层6的的的折射率与所述主体1的折射率差的绝对值大于0.05，所述第一微结构单元面71表面是否设有光学薄膜均不影响本案的实施。
如图5所示，在耦合光路中，光线经过入射面2入射进入本案所述导光学器件，然后在顶面3发生全反射，然后再底面4发生全反射进入微结构面5，当光线自下向上经过微结构面5B斜面时部分光线反射后进入树脂面6，然后通过树脂补偿层6B进入人眼，另一部分光线通过微结构面5A斜面中继续传播，然后在树脂补偿层6A表面发生全反射后，在微结构面5A中继续传播，然后通过微结构面5A斜面继续传播，然后通过微结构面5B斜面，继续传播在树脂补偿层6B发生全反射后，继续传播，当光线自下向上经过微结构面5B斜面时部分光线反射后树脂补偿层6B进入人眼，另一部分光线在增强现实平面波导光学器件中继续传播，并重复上诉的过程，一束入射光经过上诉的过程后变成的多束，并在不同的位置平行的进入人眼，达到了扩展出瞳的目的。
如图6所示在外界光路中，外界光路经所述树脂补偿层6的面6A入射进入增强现实平面波导光学器件，在所述的微结构面5A，一部分光线继续传播，经过微结构面5B后继续传播，经过所述树脂补偿层6B出射，另一部分光线反射成为杂散光。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，包括一体成型的主体部分，所述主体表面设有入射面、顶面、底面，其特征在于：主体上还设有若干微结构面和若干树脂补偿层；
所述主体由光学树脂构成；
所述入射面为主体表面的一个平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求；
所述顶面为主体表面的一段平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求，顶面所在的平面与入射面切线所在的平面之间的夹角A在20-90°之间；
所述的底面为主体表面一个平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求，且与顶面所在的表面平行；
所述主体上设有不少于两处微结构面，任一所述微结构面为主体表面内陷的一个面，微结构面所在的平面与顶面和底面所在的平面均平行；所述微结构面由若干相同的微结构单元构成，任一所述微结构单元均包括第一微结构单元面和第二微结构单元面，所述第一微结构单元面和第二微结构单元面表面均为平面，其表面的光洁度均满足ISO 10110标准的要求，第一微结构单元面所在的平面和第二微结构单元面所在的平面之间的夹角B在5°-75°之间，第二微结构单元面所在的平面与顶面所在的平面之间夹角C在80°-100°之间，所述第一微结构单元面表面设有光学薄膜；
所述树脂补偿层的数量与微结构面的数量相同，任一所述树脂补偿层覆盖于微结构面表面，树脂补偿层的外表面与顶面处于相同的水平面，其表面的光洁度满足ISO 10110标准的要求。
2.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于所述光学薄膜在可见光和近红外波段的透过率在20-80％之间。
3.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于当所述树脂补偿层的的的折射率与所述主体的折射率差的绝对值大于0.05，所述第一微结构单元面表面是否设有光学薄膜均可实施。
4.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于所述主体由光学树脂构成，其射射率1.45-1.7之间，阿贝数在20-60之间。
5.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于所述入射面的尺寸L1在1mm-30mm之间，顶面的尺寸L2在3mm-30mm之间，底面的尺寸L3在3mm-50mm之间，底面与顶面的距离D1在1mm与10mm之间。
6.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于所述第一微结构单元面的尺寸L4在5μm-1mm之间。
7.根据权利要求1所述的具有多层微结构的增强现实平面波导光学器件，其特征在于所述树脂补偿层的尺寸L5在1mm-30mm之间，树脂补偿层的最小厚度D2在0.05mm-2mm之间。
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