CN208922048U - 用于ar头显的lbs投影光路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于AR头显的LBS投影光路，包括光输出部、光接收部、光扫描模块、扩束组件和收束组件，光输出部用于将两种或两种以上波长激光合成同一光路，并发射合成光束；光接收部用于接收光输出部发射的合成光束；光输出部至光接收部之间的光路设置有光扫描模块，且光扫描模块具有一反射扫描面，光输出部发射的合成光束经反射扫描面反射后射向光接收部，光扫描模块用于扫描合成光束；扩束组件设置于光输出部至光扫描模块之间的光路中；收束组件设置于扩束组件至光接收部之间的光路中。本实用新型提供用于AR头显的LBS投影光路，能够减少光斑的产生，改善用户的观看效果，提升用户的佩戴体验。

Description

用于AR头显的LBS投影光路

技术领域

本实用新型涉及头戴显示技术领域，尤其涉及一种用于AR头显的LBS投影光路。

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摄像的位置及角度并加上相应图像、视频以及3D模型的技术。实现增强现实技术的头戴设备可以有多种光学显示方式，其中波导形式的增强现实头戴设备具有轻薄化及较大的发展和提升空间，被认为是未来实现增强现实技术的主流之一。

波导形式的增强现实头戴系统一般包括投影部分和波导部分，其中投影部分目前大多采用DLP(Digital Light Procession)数字光处理技术或者LCOS(Liquid Crystal onSilicon)反射式液晶投影技术等成像方式，其中LBS(Laser Bean Scanning)基于激光束扫描技术具有效率高、功耗低的优点，更利于配合波导式增强完成头戴设备显示，但是LBS投影系统产生的激光束直接输入至波导系统的耦合光栅时，由于激光自身具有较强的相干性，光束易发生干涉现象，导致人眼看到周期性分布的光斑，这种光斑作为杂光存在严重影响用户的观看效果，降低了用户的佩戴体验。

实用新型内容

基于此，针对目前LBS投影显示技术与波导技术配合时，由于激光自身的相干性导致人眼观察到周期性分布光斑的问题，有必要提供一种用于AR头显的LBS投影光路，能够减少光斑的产生，改善用户的观看效果，提升用户的佩戴体验。

为实现上述目的，本实用新型提出的用于AR头显的LBS投影光路，包括，

光输出部，用于将两种或两种以上波长激光合成同一光路，并发射合成光束；

光接收部，用于接收所述光输出部发射的所述合成光束；

光扫描模块，所述光输出部至所述光接收部之间的光路设置有所述光扫描模块，且所述光扫描模块具有一反射扫描面，所述光输出部发射的所述合成光束经所述反射扫描面反射后射向所述光接收部，所述光扫描模块用于扫描所述合成光束；

扩束组件，设置于所述光输出部至所述光扫描模块之间的光路中；

收束组件，设置于所述扩束组件至所述光接收部之间的光路中。

优选地，所述扩束组件包括表面开设通光孔的第一反射镜以及凸面反射镜，所述第一反射镜为准直反射镜，所述第一反射镜和所述凸面反射镜沿所述合成光束传播方向依次设置，且所述凸面反射镜具有面向所述通光孔的反射凸面，所述合成光束穿过所述通光孔射向所述凸面反射镜的反射凸面，经所述反射凸面反射后射向所述第一反射镜，并经所述第一反射镜再次反射后射向所述收束组件。

优选地，所述第一反射镜的焦距为f2，所述凸面反射镜的焦距为f1，且f2大于f1，所述第一反射镜与所述凸面反射镜的光路距离为两者焦距绝对值之差。

优选地，所述扩束组件包括表面开设通光孔的第一反射镜、凸面反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜为平面转向反射镜；所述第一反射镜和所述凸面反射镜沿所述合成光束传播方向依次设置，且所述凸面反射镜具有面向所述通光孔的反射凸面，所述合成光束穿过所述通光孔射向所述凸面反射镜的反射凸面，经所述反射凸面反射后射向所述第一反射镜，所述第一反射镜反射所述合成光束给所述第二反射镜，再由所述第二反射镜反射给所述收束组件。

优选地，所述收束组件包括会聚光学元件，所述会聚光学元件为会聚透镜或会聚反射镜，所述会聚光学元件设置于所述扩束组件至所述光扫描模块之间的光路中。

优选地，所述收束组件包括准直光学元件，所述准直光学元件为准直反射镜或准直透镜，所述准直光学元件设置于所述光扫描模块至所述光接收部之间的光路中。

优选地，所述会聚光学元件焦距为f3，所述准直光学元件焦距为f4，且f4小于f3，所述会聚光学元件距所述光扫描模块的反射扫描面光路距离为f3，所述准直光学元件距所述光扫描模块的反射扫描面光路距离为f4。

优选地，所述收束组件包括会聚光学元件和准直光学元件，所述会聚光学元件焦距为f3，所述准直光学元件焦距为f4，且f2与f1之比大于f3与f4之比。

优选地，所述光输出部包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，以及将所述红光激光器、所述绿光激光器和所述蓝光激光器发射的激光合成所述合成光束的激光合成模块，所述光扫描模块为微机电扫描模块，所述光接收部为波导耦合光栅。

优选地，所述光扫描模块至所述光接收部之间的光路设置有调制光路。本实用新型提出的技术方案中，光输出部发射的合成光束经过光扫描模块扫描后射向光接收部，其中扩束组件和收束组件依次设置于光输出部至光接收部之间的光路中，通过扩束组件的扩束作用，以及收束组件的收束作用，将合成光束的直径扩大，并再缩小，改变激光每个点的光程，即改变激光的相位，破坏激光的相干性，减少光斑的产生，同时扩大合成光束的直径，能够将光照能量分散，减少光斑的对比度，使光斑不易发现，改善用户的观看效果，提升用户的佩戴体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型用于AR头显的LBS投影光路一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型用于AR头显的LBS投影光路第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型用于AR头显的LBS投影光路第三实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参阅图1-图3，本实用新型提出的用于AR头显的LBS投影光路，包括光输出部100、光接收部200、光扫描模块300、扩束组件(未标示)和收束组件(未标示)。

光输出部100用于将两种或两种以上波长激光合成同一光路，并发射合成光束110；

光接收部200用于接收光输出部100发射的合成光束110；

光输出部110至光接收部200之间的光路设置有光扫描模块300，且光扫描模块300具有一反射扫描面310，光输出部100发射的合成光束110经反射扫描面310反射后射向光接收部200，光扫描模块300用于扫描合成光束110，并将光信号转换成电信号；

扩束组件设置于光输出部100至光扫描模块300之间的光路中；

收束组件设置于扩束组件至光接收部200之间的光路中。

具体地，光扫描模块300在反射合成光束110时与合成光束110的入射角度不断变化，以形成不同视场。

本实用新型提出的技术方案中，光输出部100发射的合成光束110经过光扫描模块300扫描后射向光接收部200，其中扩束组件和收束组件依次设置于光输出部100至光接收部200之间的光路中，通过扩束组件的扩束作用，以及收束组件的收束作用，将合成光束110的直径扩大，并再缩小，改变激光每个点的光程，即改变激光的相位，破坏激光的相干性，减少光斑的产生，同时扩大合成光束110的直径，能够将光照能量分散，减少光斑的对比度，使光斑不易发现，改善用户的观看效果，提升用户的佩戴体验。

一般光线在通过各种光学透镜时，在透镜的入射面或出射面发生光折射现象，并且各种波长的光线折射率不同，因此光线的偏折方向不同，由此导致原本混合在一起不同波长光的，射向不通方向，导致色差出现。

作为一种优选方式，扩束组件为类卡塞格林结构，具体地，扩束组件包括表面开设通光孔413的第一反射镜411以及凸面反射镜412，第一反射镜411为准直反射镜，第一反射镜411和凸面反射镜412沿合成光束传播方向依次设置，且凸面反射镜412具有面向通光孔413的反射凸面(未标示)，合成光束110穿过通光孔413射向凸面反射镜412的反射凸面，经反射凸面反射后射向第一反射镜411，并经第一反射镜411再次反射后射向收束组件，合成光束110在第一反射镜411和凸面反射镜412表面发生发射现象，避免折射情况发生，由此能够有效避免色差的出现。

进一步地，第一反射镜411的焦距为f2，凸面反射镜412的焦距为f1，且f2大于f1，第一反射镜411与凸面反射镜412的光路距离为两者焦距绝对值之差，凸面反射镜412的焦距为负值，经凸面反射镜412反射的合成光束110反向传播，定义第一反射镜411与凸面反射镜412的光路距离为D，则

D＝|f2|-|f1|

参阅图3，扩束组件包括表面开设通光孔413的第一反射镜411、凸面反射镜412以及第二反射镜414，第一反射镜411为平面转向反射镜；第一反射镜411和凸面反射镜412沿合成光束传播方向依次设置，且凸面反射镜412具有面向通光孔413的反射凸面，合成光束110穿过通光孔413射向凸面反射镜412的反射凸面，经反射凸面反射后射向第一反射镜411，第一反射镜411反射合成光束110给第二反射镜414，再由第二反射镜414反射给收束组件，经过为平面转向反射镜的第一反射镜411转向反射后，能够避开凸面反射镜412，避免合成光束110的传播路径被遮挡。

作为一种优选方式，收束组件包括会聚光学元件421，会聚光学元件421为会聚透镜或会聚反射镜，会聚光学元件421设置于扩束组件至光扫描模块300之间的光路中，减小收束组件和光接收部200之间的距离，由此减小投影光路的体积。

进一步地，收束组件包括准直光学元422件，准直光学元件422为准直反射镜或准直透镜，准直光学元件422设置于光扫描模块300至光接收部200之间的光路中，通过准直光学元件422的准直作用，将反射扫描面310反射扫描后的光线准直成平行光，射入光接收部200中。

进一步地，会聚光学元件421焦距为f3，准直光学元件422焦距为f4，且f4小于f3，会聚光学元件421距光扫描模块300的反射扫描面310光路距离为f3，准直光学元件422距光扫描模块300的反射扫描面310光路距离为f4，通过保证合成光束依次经过扩束组件和收束组件时，光束直径扩大再缩小，改变激光每个点的光程，破坏激光的相干性，同时能够将光照能量分散，减少光斑的对比度。

作为一种优选方式，收束组件包括会聚光学元件和准直光学元件，所述会聚光学元件焦距为f3，所述准直光学元件焦距为f4，且f2与f1之比大于f3与f4之比，在经过扩束及收束后，合成光束110的光束直径由大到小，通过f2与f1之比大于f3与f4之比有效保证了收束后的合成光束110直径大于扩束前的合成光束110直径，减小光扫描模块300之后光路的体积和空间。

作为一种优选方式，光输出部100至光扫描模块300之间的光路设置有一反射镜组600，AR头显中由于设置空间有限，需要经过反射镜组600调整合成光束110传播方向，同时能够根据光路的设置需要调整光路方向。

作为一种优选方式，光输出部100包括红光激光器120、绿光激光器130和蓝光激光器140，以及将红光激光器120、绿光激光器130和蓝光激光器140发射的激光混合成合成光束110的激光合成模块150，光扫描模块300为微机电扫描模块，微机电扫描模块(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)在反射合成光束110时与合成光束110的入射角度不断变化，以形成不同视场，光接收部200为波导耦合光栅，具体地，激光合成模块150面向红光激光器120设置有第一分束镜(未标示)，红光激光器120发射的红光经第一分束镜反射后射出；光合成模块150面向绿光激光器130设置有第二分束镜(未标示)，绿光激光器130发射的绿光经第二分束镜反射后射向第一分束镜，并穿透所述第一分束镜与红光混合；合成模块150面向蓝光激光器140设置有第三分束镜(未标示)，蓝光激光器140发射的蓝光经第三分束镜反射后射向依次穿透第一分束镜和第二分束镜，并与红光和绿光混合。

作为一种优选方式，光扫描模块300至光接收部200之间的光路设置有调制光路500，一般经过光扫描模块300扫描反射后易产生光畸变，即显示的图像扭曲变形，调制光路500用来消除光路系统产生的光畸变，提高人员观看效果。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，包括，

光输出部，用于将两种或两种以上波长激光合成同一光路，并发射合成光束；

光接收部，用于接收所述光输出部发射的所述合成光束；

光扫描模块，所述光输出部至所述光接收部之间的光路设置有所述光扫描模块，且所述光扫描模块具有一反射扫描面，所述光输出部发射的所述合成光束经所述反射扫描面反射后射向所述光接收部，所述光扫描模块用于扫描所述合成光束；

扩束组件，设置于所述光输出部至所述光扫描模块之间的光路中；

收束组件，设置于所述扩束组件至所述光接收部之间的光路中。

2.如权利要求1所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述扩束组件包括表面开设通光孔的第一反射镜以及凸面反射镜，所述第一反射镜为准直反射镜，所述第一反射镜和所述凸面反射镜沿所述合成光束传播方向依次设置，且所述凸面反射镜具有面向所述通光孔的反射凸面，所述合成光束穿过所述通光孔射向所述凸面反射镜的反射凸面，经所述反射凸面反射后射向所述第一反射镜，并经所述第一反射镜再次反射后射向所述收束组件。

3.如权利要求2所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述第一反射镜的焦距为f2，所述凸面反射镜的焦距为f1，且f2大于f1，所述第一反射镜与所述凸面反射镜的光路距离为两者焦距绝对值之差。

4.如权利要求1所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述扩束组件包括表面开设通光孔的第一反射镜、凸面反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜为平面转向反射镜；所述第一反射镜和所述凸面反射镜沿所述合成光束传播方向依次设置，且所述凸面反射镜具有面向所述通光孔的反射凸面，所述合成光束穿过所述通光孔射向所述凸面反射镜的反射凸面，经所述反射凸面反射后射向所述第一反射镜，所述第一反射镜反射所述合成光束给所述第二反射镜，再由所述第二反射镜反射给所述收束组件。

5.如权利要求1-4任一所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述收束组件包括会聚光学元件，所述会聚光学元件为会聚透镜或会聚反射镜，所述会聚光学元件设置于所述扩束组件至所述光扫描模块之间的光路中。

6.如权利要求5所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述收束组件包括准直光学元件，所述准直光学元件为准直反射镜或准直透镜，所述准直光学元件设置于所述光扫描模块至所述光接收部之间的光路中。

7.如权利要求6所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述会聚光学元件焦距为f3，所述准直光学元件焦距为f4，且f4小于f3，所述会聚光学元件距所述光扫描模块的反射扫描面光路距离为f3，所述准直光学元件距所述光扫描模块的反射扫描面光路距离为f4。

8.如权利要求3所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述收束组件包括会聚光学元件和准直光学元件，所述会聚光学元件焦距为f3，所述准直光学元件焦距为f4，且f2与f1之比大于f3与f4之比。

9.如权利要求1所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述光输出部包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，以及将所述红光激光器、所述绿光激光器和所述蓝光激光器发射的激光合成所述合成光束的激光合成模块，所述光扫描模块为微机电扫描模块，所述光接收部为波导耦合光栅。

10.如权利要求1所述的用于AR头显的LBS投影光路，其特征在于，所述光扫描模块至所述光接收部之间的光路设置有调制光路。