CN214795428U - 波导片组件及光机前置的折叠ar目镜 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种波导片组件及光机前置的折叠AR目镜，波导片组件包括相互连接的左波导片和右波导片，以连接处为中心，左波导片和右波导片的结构镜像对称，均包括：入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元；左波导片和右波导片在连接处构成钝角，以钝角内为波导片组件的内侧，钝角外为波导片组件的外侧；波导片组件的输入光由外侧射入入瞳光栅单元，经扩瞳光栅单元，由出瞳光栅单元射出，出瞳光栅单元出射光的方向与入瞳光栅单元入射光的方向一致。本申请折叠型波导片组件更适应于人脸佩戴，且不会存在光路的变化影响。

Description

波导片组件及光机前置的折叠AR目镜

技术领域

本申请属于波导技术领域，特别涉及一种波导片组件及光机前置的折叠AR目镜。

背景技术

随着成像技术的进步，人们对沉浸式体验的需求越来越高，近年来VR/AR技术的发展，逐渐满足人们对视觉体验的追求。头戴式设备能解放人们的双手，降低对屏幕的依赖，同时营造更好的视觉效果。对于头戴式设备，近眼显示是其技术的关键，成像质量和轻薄性则是主要的考虑因素。近眼显示系统一般由图像远近光传输系统组成，图像源发出的图像画面，通过光学传输系统传递到人眼中。在此，区别于VR对外部环境的阻断，AR则需要有一定透过率，使佩戴者在看到图像画面的同时，可以看到外界的环境。

对于光学传输系统，业界有很多种方案，例如，自由空间光学，自由曲面光学，及显示光波导。其中，光波导技术由于其大eye box的特点，及其轻薄的特性，明显优于其他光学方案，成为各大公司的主流路径。

由于要确保成像位置，目前各大厂商采用的AR眼镜外观基本都是两个镜片共轴平行，这样垂直入射的光线也能垂直出射，利于人眼成像时的调控。但这种结构整体显得过于笨拙，不能完全与人脸结构吻合。

实用新型内容

本申请提供一种波导片组件及光机前置的折叠AR目镜，以解决当前AR眼镜不适应于人脸且结构庞大的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种波导片组件，包括相互连接的左波导片和右波导片，以连接处为中心，所述左波导片和所述右波导片的结构镜像对称，均包括：入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元；所述左波导片和所述右波导片在所述连接处构成钝角，以钝角内为所述波导片组件的内侧，钝角外为所述波导片组件的外侧；所述波导片组件的输入光由外侧射入所述入瞳光栅单元，经扩瞳光栅单元，由出瞳光栅单元射出，所述出瞳光栅单元出射光的方向与所述入瞳光栅单元入射光的方向一致。

在一个实施例中，所述钝角大于或等于120度。

在一个实施例中，所述左波导片和所述右波导片为一体结构，所述一体结构弯折形成所述钝角。

在一个实施例中，所述左波导片和所述右波导片固定连接，或者通过转轴连接。

在一个实施例中，所述左波导片和所述右波导片通过转轴连接，且所述转轴使得所述左波导片和所述右波导片在所述波导片组件的内侧折叠。

在一个实施例中，所述扩瞳光栅单元设置于所述入瞳光栅单元在水平方向上远离所述连接处的一侧，所述出瞳光栅单元设置于所述扩瞳光栅单元的下方。

在一个实施例中，所述入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元均为表面浮雕光栅，或体全息光栅。

为解决上述技术问题，本申请还提出一种光机前置的折叠AR目镜，包括上述波导片组件。

在一个实施例中，光机前置的折叠AR目镜还包括单投影光机，所述单投影光机设置于所述波导片组件的外侧。

在一个实施例中，所述光机前置的折叠AR目镜，所述单投影光机位于所述入瞳光栅单元的外侧并正对所述入瞳光栅单元，所述投影光机的投影方向与所述钝角的中分线平行并朝向人眼。

区别于现有技术，本申请波导片组件的左波导片和右波导片以一定角度拼接，应用在AR眼镜中时能够更加贴合人脸。并且由波导片组件外侧射入的光线经过入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元后可同向射出，保证光线能够直接入射人眼，而不会因为波导片的折叠而产生夹角。保证了AR眼镜的使用效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本申请波导片组件一实施例的结构示意图；

图2是图1所示波导片组件中左波导片的光路示意图；

图3是图1所示波导片组件输入光由外侧射入的光路变化图；

图4是图1所示波导片组件输入光由内侧射入的光路变化图；

图5是本申请波导片组件另一实施例的结构示意图；

图6是本申请光机前置的折叠AR目镜一实施例的结构示意图；

图7是图6所示光机前置的折叠AR目镜的俯视图；

图8是图6所示光机前置的折叠AR目镜中右波导片的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。

首先请参阅图1和图5，分别是本申请波导片组件的两个实施例的结构示意图。本实施例波导片组件100包括左波导片11和右波导片12，分别对应左眼和右眼。因而两波导片以连接处为中心，结构镜像对称，且为了保证光线照射的统一性，左右波导片也选用相同材料。

两波导片均包括入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元，输入光以透射的方式射入入瞳光栅单元，光线经过扩瞳光栅单元后实现横向扩瞳，然后再由出瞳光栅单元实现纵向扩瞳并导出至人眼。具体的，入瞳光栅单元靠近连接处设置，扩瞳光栅单元设置于入瞳光栅单元在水平方向上远离连接处的一侧，出瞳光栅单元设置在扩瞳光栅单元的下方。

本实施例中左波导片11包括左入瞳光栅单元1a，左扩瞳光栅单元2a和左出瞳光栅单元3a；右波导片12包括右入瞳光栅单元1b，右扩瞳光栅单元2b和右出瞳光栅单元3b。

两波导片在连接处构成钝角，使得波导片组件100在应用于眼镜中时，能够更加贴合人脸，提高佩戴的舒适度；本实施例中的钝角大于等于120度，更适于人脸。并且左右波导片存在夹角，入瞳区域被分为分离的左右入瞳光栅单元，因而光波在左右两侧的串扰现象会大幅降低。

若以钝角内作为波导片组件100的内侧，钝角外作为波导片组件100的外侧，本实施例中输入光由波导片组件100的外侧输入，以透射的方式进入波导片组件100，可保证出瞳光栅单元出射光的方向与入瞳光栅单元入射光的方向一致。本实施例中，入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元均为表面浮雕光栅，或体全息光栅。

为实现左右波导片的折叠连接，两波导片可以为一体结构，将一体结构弯折形成本实施例的波导片组件100，如图1所示。具体可采用一块蝶形波导片进行加工弯折。此时左右波导片的角度固定，可保证佩戴的稳定性。

左右波导片也可是独立的两片，可采用固定连接，例如通过固定胶进行连接，两波导片角度固定。还可通过转轴13连接，如图5所示。当采用转轴13连接时，两块波导片的角度可调，以更利于佩戴者脸型定制使用。为了更便于使用，可将转轴13设置为使左右波导片仅能在波导片组件的内侧折叠，进一步的，还可设置为限定左右波导片的折叠程度仅能实现钝角在120度到180度之间。

本申请折叠的波导片组件100之所以能实现正常的显示，是因为输入光由波导片组件100的外侧射入的，并且本申请波导片组件可保证光路方向的一致性，具体可参阅图2-图4。

波导片的作用是对光束进行平移，将光束从入瞳位置转移到出瞳位置，波导片遵从光的反射和透射原理。如图2-图3中，输入光利用透射耦合进入波导片，输出光与输入光的方向相同，光路方向不会受到波导片折叠角的影响。对应到AR眼镜的应用中，只要透射进入波导片的输入光垂直于人眼，无论波导片是呈何种角度，输出到人眼的光线都能垂直进入人眼。

相应的在图4中，输入光利用反射耦合进入波导片，光路方向会受到波导片折叠角的影响。若输入光垂直于人眼，则波导片必须是平行的才能保证输出光垂直进入人眼。

综上，本申请中对于折叠形状的波导片组件，采用输入光透射耦合的方式实现正常显示。

本申请还提出一种光机前置的折叠AR目镜，即将上述波导片组件应用在AR目镜中，如图6-图8。光机前置的折叠AR目镜300包括上述波导片组件100和单投影光机5。

单投影光机5设置在波导片组件100的外侧并正对入瞳光栅单元，即单投影光机5以波导片组件100中钝角的中分线为中心对称设置，并且单投影光机5的投影方向与波导片组件100中钝角的中分线平行，即单投影光机5的投影方向垂直于人眼。根据以上分析可知，无论波导片组件100的折叠程度如何，最终由波导片组件100输出的光也会垂直进入到人眼。

单投影光机5也是以中分线为中心对称设置的，可保证左右波导片输入同等的投影光，在本实施例中采用单投影光机，即仅采用一个投影光机即可。显然若单投影光机设置在波导片组件的内侧，则会采用反射耦合，对于折叠的左右波导片，则需要分别设置一个垂直输入到左右波导片的单投影光机，AR目镜的结构会更加复杂。

本申请波导片组件的左波导片和右波导片以一定角度拼接，应用在AR眼镜中时能够更加贴合人脸。并且由波导片组件外侧射入的光线经过入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元后可同向射出，保证光线能够直接入射人眼，而不会因为波导片的折叠而产生夹角。保证了AR眼镜的使用效果。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，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，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本申请的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本申请方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示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”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本申请的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本申请思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本申请的过程中，可以采用对本文所描述的本申请实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本申请的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (10)

1.一种波导片组件，其特征在于，所述波导片组件包括相互连接的左波导片和右波导片，以连接处为中心，所述左波导片和所述右波导片的结构镜像对称，均包括：入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元；

所述左波导片和所述右波导片在所述连接处构成钝角，以钝角内为所述波导片组件的内侧，钝角外为所述波导片组件的外侧；所述波导片组件的输入光由外侧射入所述入瞳光栅单元，经扩瞳光栅单元，由出瞳光栅单元射出，所述出瞳光栅单元出射光的方向与所述入瞳光栅单元入射光的方向一致。

2.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述钝角大于或等于120度。

3.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述左波导片和所述右波导片为一体结构，所述一体结构弯折形成所述钝角。

4.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述左波导片和所述右波导片固定连接，或者通过转轴连接。

5.根据权利要求4所述的波导片组件，其特征在于，所述左波导片和所述右波导片通过转轴连接，且所述转轴使得所述左波导片和所述右波导片在所述波导片组件的内侧折叠。

6.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述扩瞳光栅单元设置于所述入瞳光栅单元在水平方向上远离所述连接处的一侧，所述出瞳光栅单元设置于所述扩瞳光栅单元的下方。

7.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元和出瞳光栅单元均为表面浮雕光栅，或体全息光栅。

8.一种光机前置的折叠AR目镜，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的波导片组件。

9.根据权利要求8所述的光机前置的折叠AR目镜，其特征在于，还包括单投影光机，所述单投影光机设置于所述波导片组件的外侧。

10.根据权利要求9所述的光机前置的折叠AR目镜，其特征在于，所述单投影光机位于所述入瞳光栅单元的外侧并正对所述入瞳光栅单元，所述单投影光机的投影方向与所述钝角的中分线平行并朝向人眼。

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