CN113093383A - 一种ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种AR眼镜。本发明实施方式提供一种AR眼镜，所述AR眼镜包括镜架、微投影装置、至少一个光波导；其中，镜架包括镜腿和镜框，光波导包括波导基底、设置于波导基底的耦入区域和耦出区域；波导基底嵌设于镜框，通过将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的左上区域内，和/或，将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的右上区域内，并且将微投影装置设置于镜腿，这样既不遮挡用户视线，又有利于缩小AR眼镜的体积。

Description

一种AR眼镜

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种AR眼镜。

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。

基于光波导的AR眼镜是目前最具大规模应用前景的AR眼镜之一。由于光波导结构小、质量轻、光学功能强大，是实现轻便型AR眼镜的核心器件。目前基于浮雕光栅的光波导是AR眼镜光波导的主流选择。浮雕光栅波导目前的方案路径主要有基于一维光栅的波导方案和基于二维光栅的波导方案。基于一维光栅波导的方案，会有一个扩展区域，这个区域会占用很大一部分面积，而且当视场增大时，扩展区域也跟着急剧增大，所以一维光栅波导方案受限于视场。二维光栅波导分为耦入区域和耦出区域，耦出区域兼顾了扩展和耦出的功能，所以大大增加了眼动范围，同时也可以实现更大的视场。

然而请参阅图1，现有AR眼镜中常将耦入区域A置于耦出区域B的正上方，导致投影光机也会在镜片的正上方，这样不仅遮挡用户前部上方视线，并且不利于缩小AR眼镜的整体体积。

发明内容

本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种AR眼镜，能够缩小AR眼镜的整体体积并且不遮挡用户前部上方的视线。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种AR眼镜，包括：镜架，所述镜架包括镜腿和镜框；微投影装置，所述微投影装置设置于所述镜腿；至少一个光波导，所述光波导包括波导基底、设置于所述波导基底的耦入区域和耦出区域；所述波导基底嵌设于所述镜框；所述耦入区域设置在所述波导基底靠近所述镜腿的左上区域内，和/或，所述耦入区域设置在所述波导基底靠近所述镜腿的右上区域内。

在一些实施例中，所述耦入区域设有一维光栅。

在一些实施例中，所述一维光栅为直光栅、闪耀光栅、斜光栅、体全息光栅、超表面结构或者是共振光栅结构中的一种。

在一些实施例中，所述耦入区域的一维光栅的栅线方向垂直于主光线，所述主光线为所述耦入区域的中心区域与所述耦出区域的中心区域的连线。

在一些实施例中，所述耦出区域设有至少一个周期的二维光栅。

在一些实施例中，所述耦出区域的二维光栅的长边周期方向平行于所述主光线。

在一些实施例中，所述耦出区域在每一个所述周期内的长边尺寸与短边尺寸的比例为

在一些实施例中，所述至少一个光波导包括第一光波导和第二光波导；所述第一光波导包括第一波导基底、设置于所述第一波导基底的第一耦入区域和第一耦出区域；所述第二光波导包括第二波导基底、设置于所述第二波导基底的第二耦入区域和第二耦出区域，所述第一波导基底和所述第二波导基底均嵌设于所述镜框；所述第一耦入区域设置在所述第一波导基底靠近所述镜腿的左上区域内；所述第二耦入区域设置在所述第二波导基底靠近所述镜腿的右上区域内。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式提供一种AR眼镜，所述AR眼镜包括镜架、微投影装置、至少一个光波导；其中，镜架包括镜腿和镜框，光波导包括波导基底、设置于波导基底的耦入区域和耦出区域；波导基底嵌设于镜框，通过将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的左上区域内，和/或，将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的右上区域内，并且将微投影装置设置于镜腿，这样既不遮挡用户视线，又有利于缩小AR眼镜的体积。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有技术中提供的一种AR眼镜的结构示意图；

图2是本发明实施例的提供的一种AR眼镜的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种AR眼镜的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种AR眼镜的结构示意图；

图5是图4中的第一光波导的结构示意图；

图6是图4中的第二光波导的结构示意图；

图7是图4中的第一光波导的另一结构示意图；

图8是图4中的第二光波导的结构示意图；

图9是图7的第二耦出区域在一个周期内的结构示意图；

图10是图8的仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种AR眼镜，包括：镜架、微投影装置、至少一个光波导；其中，镜架包括镜腿10和镜框13；微投影装置设置于镜腿10；光波导包括波导基底3、设置于波导基底3的耦入区域1和耦出区域2，波导基底嵌设于镜框13。

具体地，本发明提供的AR眼镜可以是单目眼镜、也可以是双目眼镜。

在其中一些实施例中，所述AR眼镜为单左目眼镜，请参阅图2，耦入区域1设置在波导基底3靠近镜腿10的左上区域内。应当注意的是，本文以佩戴此AR眼镜的用户为视角定义上下左右方向，下面便不再赘述。

在其中一些实施例中，所述AR眼镜为单右目眼镜，请参阅图3，耦入区域1设置在波导基底3靠近镜腿10的右上区域内。

在其中一些实施例中，所述AR眼镜为双目眼镜，所述至少一个光波导包括第一光波导20和第二光波导30；其中，请参阅图5，第一光波导20包括第一波导基底23、设置于第一波导基底23的第一耦入区域21和第一耦出区域22，同时请结合参阅图4和图5，第一波导基底23嵌设于镜框13，将第一耦入区域21设置在第一波导基底23靠近镜腿10的左上区域内；请参阅图4和图6，第二光波导30包括第二波导基底33、设置于第二波导基底33的第二耦入区域31和第二耦出区域32，第二波导基底33嵌设于镜框13，此时，第二耦入区域31设置在第二波导基底33靠近镜腿10的右上区域内。

在本发明实施例提供的AR眼镜中，通过将微投影装置与AR眼镜的镜腿相结合设置，相比于将微投影装置置于AR眼镜的镜片上方，可以减小AR眼镜的整体体积，同时，由于人眼对左上、右上、左下和右下这四个方向相对于中心区域是不敏感的，通过将耦入区域置于波导基底靠近镜腿的角部位置，可以进一步地减小对视线的遮挡。

本发明提供的AR眼镜可以是单目眼镜、也可以是双目眼镜，以下用双目眼镜为例详细阐述本发明的AR眼镜的结构，实际使用中不作限定。

请结合参阅图4至图6，镜腿10包括第一镜腿11和第二镜腿12，第一镜腿11连接在镜框13的左上点，第二镜腿12连接在镜框13的右上点，图5至图6中的实线表示光路的传输方向，此时在第一镜腿11和第二镜腿12上均设置有微投影装置，第一耦入区域21设置在第一波导基底23靠近第一镜腿11的左上区域内，第二耦入区域31设置在第二波导基底33靠近第二镜腿12的右上区域内。

可以理解的是，在其中一些实施例中，第一镜腿11连接在镜框13的左下点，第二镜腿12连接在镜框13的右下点，对应的，将第一耦入区域设置在第一波导基底靠近第一镜腿的左下区域内，第二耦入区域设置在第二波导基底靠近第二镜腿的右下区域内，也应落入本发明保护的范围内。同时，由于AR眼镜摆放的位置不同，上下左右方向的位置也因此发生改变，在此应注意只要第一耦入区域和第二耦入区域设置在靠近镜腿的角部区域都应落入本发明实施例保护的范围内。

在本发明实施例提供的AR眼镜中，微投影装置与AR眼镜的镜腿相结合设置，相比于将微投影装置置于AR眼镜的镜片上方，可以减小AR眼镜的整体体积，同时，由于人眼对左上、右上、左下和右下这四个方向相对于中心区域是不敏感的，通过将第一耦入区域和第二耦入区域分别置于波导基底靠近镜腿的角部位置，可以进一步地减小对视线的遮挡。

所述第一耦入区域21和所述第二耦入区域31用于将微投影装置发出的带有图像信息的光耦入波导基底中，所述第一耦出区域22和所述第二耦出区域32用于将所述带有图像信息的光耦出至人眼。

在其中一些实施例中，请参阅图5和图6，第一耦入区域21和第二耦入区域31均设有一维光栅。具体地，一维光栅可以为直光栅、闪耀光栅、斜光栅、体全息光栅、超表面结构或者是共振光栅结构。在实际应用中，一维光栅的结构可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，请参阅图7，第一耦入区域21的一维光栅的栅线方向垂直于第一主光线L，第一主光线L为第一耦入区域21的中心区域与第一耦出区域22的中心区域的连线；同样地，请参阅图8，第二耦入区域31的一维光栅的栅线方向垂直于第二主光线H，第二主光线H为第二耦入区域31的中心区域与第二耦出区域32的中心区域的连线。在实际应用中，第一主光线L与水平方向的夹角以及第二主光线H与水平方向的夹角均可根据实际需要进行调节，在此不做限定。

一般，第一主光线L为第一耦入区域21的中心位置和第一耦出区域22的中心位置的连线，但在实际应用中，第一主光线L在第一耦入区域21选取的中心点可以与第一耦入区域21的中心位置有一定偏差、在第一耦出区域22选取的中心点可以与第一耦出区域22的中心位置有一定的偏差，在此也应落入本发明实施例中保护的范围内。

同样地，一般情况下，第二主光线H为第二耦入区域31的中心位置和第二耦出区域32的中心位置的连线，但在实际应用中，第二主光线H在第二耦入区域31选取的中心点可以与第二耦入区域31的中心位置有一定偏差、在第二耦出区域32选取的中心点可以与第二耦出区域32的中心位置有一定的偏差。

在其中一些实施例中，在第一耦出区域22和第二耦出区域32均设有至少一个周期的二维光栅。具体地，请参阅图9，第一耦出区域22在每一个周期内的长边尺寸D与短边尺寸d的比例均为√3，这样，如图所示，光线经过第一耦出区域22的光栅衍射后将产生多个衍射级次，并分别向第一波导基底内的多个方向进行传输，部分光线会被衍射耦出至人眼，部分光线在第一波导基底内继续发生全反射传输，并继续被第一耦出区域的二维光栅衍射成多个级次，如此循环，最终可在整个第一耦出光栅工作区域都有光线耦出，使人眼在相应位置能看到图像。同样地，第二耦出区域32的二维光栅在在每一个周期内的长边尺寸与短边尺寸的比例也可以为

实际应用中，第一耦出区域22和第二耦出区域32在每一个周期内的长边尺寸、短边尺寸以及二者比例均可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

为了利于耦入区域耦入波导基底的光线尽可能地被耦出区域耦出至人眼，在其中一些实施例中，请参阅图7，第一耦出区域22的二维光栅的长边周期方向平行于第一主光线，所述长边周期方向为二维光栅在一个周期内的长边所在直线的方向，同样地，请参阅图8，第二耦出区域32的二维光栅的长边周期方向也可以平行于第二主光线。

在其中一些实施例中，请参阅图5和图6，第一耦入区域21和第二耦入区域31的形状均为圆形，第一耦出区域22和第二耦出区域32的形状均为缺角矩形，缺角矩形具有一个缺角，第一耦入区域21设置在第一耦出区域22的缺角处，第二耦入区域31设置在第二耦出区域32的缺角处。在实际应用中，第一耦入区域21、第二耦入区域31、第一耦出区域22和第二耦出区域32可以为其他多边形或者不规则形状，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

下面对本发明提供的AR眼镜中使用的第二光波导30在VirtualLab软件中进行光路仿真，即对图8所示的第二光波导30的结构进行仿真，其中第二耦入区域31使用一维光栅结构、呈现圆形，第二耦出区域32使用二维光栅结构、呈现缺一角的矩形，并将第二耦入区域31置于第二耦出区域33的缺角处；第二耦出区域32的每一周期内的长边尺寸与短边尺寸的比例为

并且在每一周期内采用中空棱柱光栅结构，请参阅图8，即在每一周期内的中心区域含有一个完整的中空棱柱光栅，在每一周期的四个角分布有四分之一的中空棱柱光栅，请参阅图10，图10为对上述光波导的结构在VirtualLab软件中的光路仿真图，由图10可见，耦入区域的一维光栅可将光线耦入至光波导中，并通过全反射传播到耦出区域，在耦出区域由二维光栅结构扩展并耦出，最终可在整个耦出区域的工作范围内都有光线耦出，可见该方案具有可行性。在实际应用中，第一耦出区域22和第二耦出区域32内的光栅结构可根据实际需要进行设置，例如可以采用柱状、中空柱状或者是其他一切合适的光栅结构，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

本发明实施例提供一种AR眼镜，所述AR眼镜包括镜架、微投影装置、至少一个光波导；其中，镜架包括镜腿和镜框，光波导包括波导基底、设置于波导基底的耦入区域和耦出区域；波导基底嵌设于镜框，通过将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的左上区域内，和/或，将耦入区域设置在波导基底靠近镜腿的右上区域内，并且将微投影装置设置于镜腿，这样既不遮挡用户视线，又有利于缩小AR眼镜的体积。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种AR眼镜，其特征在于，包括：

镜架，所述镜架包括镜腿和镜框；

微投影装置，所述微投影装置设置于所述镜腿；

至少一个光波导，所述光波导包括波导基底、设置于所述波导基底的耦入区域和耦出区域；

所述波导基底嵌设于所述镜框；

所述耦入区域设置在所述波导基底靠近所述镜腿的左上区域内，和/或，所述耦入区域设置在所述波导基底靠近所述镜腿的右上区域内。

2.根据权利要求1所述的AR眼镜，其特征在于，所述耦入区域设有一维光栅。

3.根据权利要求2所述的AR眼镜，其特征在于，所述一维光栅为直光栅、闪耀光栅、斜光栅、体全息光栅、超表面结构或者是共振光栅结构中的一种。

4.根据权利要求3所述的AR眼镜，其特征在于，所述耦入区域的一维光栅的栅线方向垂直于主光线，所述主光线为所述耦入区域的中心区域与所述耦出区域的中心区域的连线。

5.根据权利要求4所述的AR眼镜，其特征在于，所述耦出区域设有至少一个周期的二维光栅。

6.根据权利要求5所述的AR眼镜，其特征在于，所述耦出区域的二维光栅的长边周期方向平行于所述主光线。

7.根据权利要求6所述的AR眼镜，其特征在于，所述耦出区域在每一个所述周期内的长边尺寸与短边尺寸的比例为

8.根据权利要求7所述的AR眼镜，其特征在于，所述至少一个光波导包括第一光波导和第二光波导；

所述第一光波导包括第一波导基底、设置于所述第一波导基底的第一耦入区域和第一耦出区域；

所述第二光波导包括第二波导基底、设置于所述第二波导基底的第二耦入区域和第二耦出区域，所述第一波导基底和所述第二波导基底均嵌设于所述镜框；

所述第一耦入区域设置在所述第一波导基底靠近所述镜腿的左上区域内；

所述第二耦入区域设置在所述第二波导基底靠近所述镜腿的右上区域内。

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