CN215641930U - 波导片组件及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种波导片组件及AR眼镜，波导片组件包括第一透明板、第二透明板、左波导片以及右波导片，左波导片和右波导片均被夹设于第一透明板和第二透明板之间，左波导片的光栅结构和右波导片上的光栅结构镜像对称。本申请波导片组件通过透明板来保证波导片的共轴平行，并且透明板为生产过程中的校准提供了基准面。

Description

波导片组件及AR眼镜

技术领域

本申请属于光学技术领域，特别涉及一种波导片组件及AR眼镜。

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。

目前，各厂商AR眼镜的设计大多采用两片波导分开安装的方法，先在两个镜框上安装好波导片，后续安装光机时再进行校准。这种方法会导致后续校准十分复杂，不利用批量生产。

发明内容

本申请提供一种波导片组件及AR眼镜，以解决波导片安装校准复杂的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种波导片组件，包括第一透明板、第二透明板、左波导片以及右波导片，所述左波导片和所述右波导片均被夹设于所述第一透明板和所述第二透明板之间，所述左波导片的光栅结构和所述右波导片上的光栅结构镜像对称。

在一个实施例中，左波导片和所述右波导片的尺寸、结构、以及光栅结构的特性均呈镜像对称。

在一个实施例中，所述第一透明板和所述第二透明板结构相同，平整度小于等于千分之三，透过率在99％以上，均包括左翼板、右翼板以及连接所述左翼板和右翼板的鼻桥；所述左波导片被夹设于左翼板之间，所述右波导片被夹设于右翼板之间。

在一个实施例中，所述鼻桥的长度为8mm～40mm。

在一个实施例中，所述左翼板的轮廓与所述左波导片的轮廓吻合，所述右翼板的轮廓与所述右波导片的轮廓吻合。

在一个实施例中，所述第一透明板和所述第二透明板均为盖玻片，可选的，盖玻片表面设置有增透膜，以使所述盖玻片的透过率在99.5％以上。

在一个实施例中，所述左波导片的光栅结构和所述右波导片的光栅结构均包括入瞳光栅、扩瞳光栅和出瞳光栅，在左右方向上所述入瞳光栅设置于所述扩瞳光栅的的外侧，所述出瞳光栅设置于所述扩瞳光栅下侧。

在一个实施例中，所述入瞳光栅为圆形，直径为2.5mm～7mm。

在一个实施例中，所述扩瞳光栅为梯形，所述梯形的上底边为所述入瞳光栅直径的2～3倍，下底边为所述入瞳光栅直径的3～5倍，高为所述入瞳光栅直径的8～10倍。

在一个实施例中，所述出瞳光栅长为所述扩瞳光栅高的80％～90％，所述出瞳光栅的宽为所述入瞳光栅直径的4～8倍；两所述出瞳光栅的中心距离为60mm～70mm。

在一个实施例中，进入左波导片的光线进入左入瞳光栅产生衍射，产生的+1级左衍射光向左扩瞳光栅传导，形成第一左传导光，产生的-1级左衍射光从左波导片的侧面溢出；第一左传导光经左扩瞳光栅衍射后，向左出瞳光栅传导，形成第二左传导光；第二左传导光经左出瞳光栅传导后，耦合出左波导片，形成左输出光；进入右波导片的光线进入右入瞳光栅产生衍射，产生的-1级右衍射光向右扩瞳光栅传导，形成第一右传导光，产生的+1级右衍射光从右波导片的侧面溢出；第一右传导光经右扩瞳光栅衍射后，向右出瞳光栅传导，形成第二右传导光；第二右传导光经右出瞳光栅传导后，耦合出右波导片，形成右输出光。

为解决上述技术问题，本申请提出一种AR眼镜，包括上述波导片组件。

在一个实施例中，所述AR眼镜包括左光机和右光机，所述左光机发出的光线进入所述左波导片，所述右光机发出的光线进入所述右波导片。

区别于现有技术，本申请波导片组件包括第一透明板、第二透明板、左波导片和右波导片，左波导片和右波导片均被夹设于第一透明板和第二透明板之间，左波导片的光栅结构和右波导片的光栅结构镜像对称，本申请中将两个波导片通过两个透明板固定在一起，通过透明板的平整度保证了两个波导片的共轴平行，并且为后续校准也提供了基准面，降低校准复杂度。

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的立体结构示意图；

图2是图1所示波导片组件的结构示意图。

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。

请参阅图1和图2，图1是本申请波导片组件的立体结构示意图，图2是图1所示波导片组件的结构示意图。本实施例波导片组件500包括左波导片100、右波导片200，第一透明板300和第二透明板400。左波导片100和右波导片200均被夹设在第一透明板300和第二透明板400之间。

第一透明板300和第二透明板400具有高平整度，高硬度的特性，具体的，其平整度小于等于千分之三；透明板的透过率在99％以上。通过夹持的方式使两片波导片保持共轴平行，为后续校准提供基准面。其中高平整度是为了在固定波导片位置时，让两片波导保持共面，从而为后续校准时提供基准面，以降低校准难度；高硬度是为了让目镜整体不容易产生变形，引起校准丢失。第一透明板300和第二透明板400具体为盖玻片，还可在盖玻片表面镀一层增透膜，可选单面或双面，可使得盖玻片的透过率在99.5％以上。

两透明板的结构也相同，均为蝶式设计，均包括左翼板301、右翼板302和鼻桥303。相应的，左波导片100被假设于两个左翼板之间，右波导片200被夹设于两个右翼板之间。鼻桥303的长度为8mm～40mm，鼻桥303的长度设计对应于在将波导片组件应用在眼镜中时，对应于人体鼻梁的宽度。

为了方便波导片的定位设置，左翼板301的轮廓与左波导片100的轮廓吻合，右翼板302的轮廓与右波导片200的轮廓吻合。在制作时，首先将两波导片的粘合在第一透明板300上，然后再将两波导片粘合在第二透明板400上。

左波导片100负责左眼成像，右波导片200负责右眼成像，波导片由1.8～1.9折射率的透光材料制成。两者均设置有光栅结构，且两光栅结构镜像对称。进一步的，两波导片在尺寸、结构以及光栅的特性上均呈镜像对称。

左波导片100包括左入瞳光栅101、左扩瞳光栅102和左出瞳光栅103，右波导片200包括右入瞳光栅201、右扩瞳光栅202和右出瞳光栅203。上述光栅结构均采用衍射光栅，具体可以为表面浮雕光栅或体全息光栅。

入瞳光栅在左右方向上位于扩瞳光栅的外侧，出瞳光栅位于扩瞳光栅的下侧。具体的左入瞳光栅101位于左波导片100的左上角，右入瞳光栅201位于右波导片200的右上角。入瞳光栅为圆形，直径D1为2.5mm～7mm。

扩瞳光栅则为梯形，水平梯形结构，上底边L1为D1的2～3倍，下底边L2为D1的3～5倍，高H1为D1的8～10倍。

出瞳光栅则为长方形，长度为N1，宽度为W1，且N1>W1，其中长度N1取值可以是H1的80～90％，宽度W1取值可以是D1的4～8倍。左出瞳光栅103和右出瞳光栅203的中心距离为人眼的瞳距IPD，在60～70mm之间。

当波导片组件500应用在AR眼镜中时，在AR眼镜两侧入瞳光栅的位置上安装光机，光机的发射端可正对波导片的入瞳光栅，也可通过转角棱镜耦合进入入瞳光栅。左光机发出的光线进入左波导片，右光机发出的光线进入右波导片。两光机可分别控制投影的图像，若引入左右眼的视差，则可产生三维效果。

具体来说，投影光束进入入瞳光栅后，经入瞳光栅产生衍射，其中﹢衍射光朝向扩瞳光栅传导，形成第一传导光；第一传导光经扩瞳光栅衍射后，往出瞳光栅传导，形成第二传导光；第二传导光经出瞳光栅衍射后，耦合出波导并入射人眼，形成输出光。

其中，进入左波导片的光线进入左入瞳光栅产生衍射，产生的+1级左衍射光向左扩瞳光栅传导，形成第一左传导光，产生的-1级左衍射光从左波导片的侧面溢出(规定右侧衍射光为﹢1级衍射光，左侧衍射光为-1级衍射光)；第一左传导光经左扩瞳光栅衍射后，向左出瞳光栅传导，形成第二左传导光；第二左传导光经左出瞳光栅传导后，耦合出左波导片，形成左输出光；

进入右波导片的光线进入右入瞳光栅产生衍射，产生的-1级右衍射光向右扩瞳光栅传导，形成第一右传导光，产生的+1级右衍射光从右波导片的侧面溢出；第一右传导光经右扩瞳光栅衍射后，向右出瞳光栅传导，形成第二右传导光；第二右传导光经右出瞳光栅传导后，耦合出右波导片，形成右输出光。

本申请波导片组件针对分体式波导片的安装，采用两个透明板，使波导片严格共面，且整体不易变形。并且在应用到AR眼镜中时，两侧均设置投影光机，可单独控制图像，通过引入视差来产生三维效果。并且波导片组件中的平整面可作为光机安装的基准面，有效的降低了基准难度，提高生产良率。

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 (13)

1.一种波导片组件，其特征在于，所述波导片组件包括第一透明板、第二透明板、左波导片以及右波导片，所述左波导片和所述右波导片均被夹设于所述第一透明板和所述第二透明板之间，所述左波导片的光栅结构和所述右波导片的光栅结构镜像对称。

2.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的尺寸、结构、以及光栅结构的特性均呈镜像对称。

3.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述第一透明板和所述第二透明板结构相同，平整度小于等于千分之三，透过率在99％以上，均包括左翼板、右翼板以及连接所述左翼板和右翼板的鼻桥；所述左波导片被夹设于左翼板之间，所述右波导片被夹设于右翼板之间。

4.根据权利要求3所述的波导片组件，其特征在于，所述鼻桥的长度为8mm～40mm。

5.根据权利要求3所述的波导片组件，其特征在于，所述左翼板的轮廓与所述左波导片的轮廓吻合，所述右翼板的轮廓与所述右波导片的轮廓吻合。

6.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述第一透明板和所述第二透明板均为盖玻片，可选的，所述盖玻片表面设置有增透膜,以使所述盖玻片的透过率在99.5％以上。

7.根据权利要求1所述的波导片组件，其特征在于，所述左波导片的光栅结构和所述右波导片的光栅结构均包括入瞳光栅、扩瞳光栅和出瞳光栅，在左右方向上所述入瞳光栅设置于所述扩瞳光栅的外侧，所述出瞳光栅设置于所述扩瞳光栅下侧。

8.根据权利要求7所述的波导片组件，其特征在于，所述入瞳光栅为圆形，直径为2.5mm～7mm。

9.根据权利要求8所述的波导片组件，其特征在于，所述扩瞳光栅为梯形，所述梯形的上底边为所述入瞳光栅直径的2～3倍，下底边为所述入瞳光栅直径的3～5倍，高为所述入瞳光栅直径的8～10倍。

10.根据权利要求9所述的波导片组件，其特征在于，所述出瞳光栅长为所述扩瞳光栅高的80％～90％，所述出瞳光栅的宽为所述入瞳光栅直径的4～8倍；两所述出瞳光栅的中心距离为60mm～70mm。

11.根据权利要求7所述的波导片组件，其特征在于，进入左波导片的光线进入左入瞳光栅产生衍射，产生的+1级左衍射光向左扩瞳光栅传导，形成第一左传导光，产生的-1级左衍射光从左波导片的侧面溢出；第一左传导光经左扩瞳光栅衍射后，向左出瞳光栅传导，形成第二左传导光；第二左传导光经左出瞳光栅传导后，耦合出左波导片，形成左输出光；

进入右波导片的光线进入右入瞳光栅产生衍射，产生的-1级右衍射光向右扩瞳光栅传导，形成第一右传导光，产生的+1级右衍射光从右波导片的侧面溢出；第一右传导光经右扩瞳光栅衍射后，向右出瞳光栅传导，形成第二右传导光；第二右传导光经右出瞳光栅传导后，耦合出右波导片，形成右输出光。

12.一种AR眼镜，其特征在于，所述AR眼镜包括权利要求1-11中任一项所述的波导片组件。

13.根据权利要求12所述的AR眼镜，其特征在于，所述AR眼镜包括左光机和右光机，所述左光机发出的光线进入所述左波导片，所述右光机发出的光线进入所述右波导片。

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