CN217689620U - 具有光波导图像旋转结构的ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，涉及AR眼镜技术领域，该具有光波导图像旋转结构的AR眼镜包括镜框、用于投射光线并将图像进行旋转的光波导图像旋转结构和用于传播光线的光波导镜片，该光波导图像旋转结构包括光波导引擎和棱镜，该光波导引擎和棱镜相连，该光波导镜片安装于镜框中；该光波导引擎具有出瞳孔，该棱镜具有入光孔和出光孔，该光波导镜片具有进光孔；该光波导引擎将光线由出瞳孔投射到棱镜中，光线从棱镜之入光孔进入并从出光孔传出，出光孔传出的光线由进光孔传至光波导镜片；通过采用光波导图像旋转结构和光波导镜片避免了光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔必须吻合的结构限制。

Description

具有光波导图像旋转结构的AR眼镜

技术领域

本实用新型涉及AR眼镜领域技术，尤其是指一种具有光波导图像旋转结构的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；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；对于光学透视方案中又有多种光学原理，其中现阶段最常见的是：光波导和半反半透；目前高端AR头显大多采用光波导显示技术，该技术的原理是微显示屏向光波导的一侧投射光线，通过全内反射原理，光线会在光波导镜片内反射和传播，然后从光波导镜片反射出来，最终反射到用户眼中。

对于头戴设备来说，人们不仅需要完美的视觉体验，更是对设备体验的轻薄化以及外形的美观提出了更高的要求；光波导技术明显优于其他光学方案，成为各大公司的主流路径；现有技术中采用光波导技术的头戴设备结构需要光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔相吻合，因此光波导引擎就会占用了大量的宝贵的眼镜可视区域；另外现有的光路设计到了一个瓶颈，如何利用现有的光波导引擎，设计出差异化的头戴产品也是目前需要迫切解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其通过采用光波导图像旋转结构和光波导镜片避免了光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔必须吻合的结构限制；减少了因设计原因导致的光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔不吻合，进而修改光波导镜片的入光孔位置而产生的成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其包括镜框、用于投射光线并将图像进行旋转的光波导图像旋转结构和用于传播光线的光波导镜片，该光波导图像旋转结构包括光波导引擎和棱镜，该光波导引擎和棱镜相连，该光波导镜片安装于镜框中；该光波导引擎具有出瞳孔，该棱镜具有入光孔和出光孔，该光波导镜片具有进光孔；该出瞳孔与入光孔相对应，该出光孔与进光孔相对应；该棱镜具有第一反射面和第二反射面；该光波导引擎将光线由出瞳孔投射到棱镜中，光线从棱镜之入光孔进入并从出光孔传出，出光孔传出的光线由进光孔传至光波导镜片；于棱镜中建立坐标系，以进至入光孔图像方向为X轴，以出光孔至进光孔方向为Y轴方向，以出光孔传出的图像方向为Z轴方向，光波导引擎之出瞳孔发射的光线通过棱镜之入光孔，光线沿着Z轴方向传递，经第一反射面后旋转90度，光线沿X轴方向传递，经第二反射面后沿着Y轴方向射出；由入光孔进入的沿着X轴方向的图像，通过棱镜的光路转换，于出光孔上面成像转化为沿Z轴方向的图像。

作为一种优选方案：所述光波导镜片为一体式结构，上述进光孔为一个，该进光孔位于光波导镜片的中间位置；上述光波导图像旋转结构位于光波导镜片前侧，该棱镜之出光孔与光波导镜片之进光孔相吻合。

作为一种优选方案：所述光波导镜片下侧为视觉区域，该光波导图像旋转结构设置于视觉区域外侧。

作为一种优选方案：所述光波导图像旋转结构横向的设置于光波导镜片前侧。

作为一种优选方案：所述光波导镜片为两片，该两片光波导镜片分别安装于镜框中，该进光孔为两个，该两个进光孔分别对应的设置于两片光波导镜片上；该光波导图像旋转结构为两个，该两个光波导图像旋转结构之出光孔一一对应的与两个进光孔相吻合。

作为一种优选方案：所述两个光波导图像旋转结构分别安装于镜框的两端，于镜框的两端均设置有与棱镜之出光孔相对应的通孔。

作为一种优选方案：所述镜框两端均设置有用于容置光波导图像旋转结构的容置槽，该光波导图像旋转结构竖向的安装于容置槽中。

作为一种优选方案：所述光波导图像旋转结构可拆卸式的安装于容置槽中。

作为一种优选方案：所述两片光波导镜片下边缘均设置有用于给容置槽下端让位的弧形凹陷。

作为一种优选方案：所述光波导引擎与棱镜通过胶水粘合相连，该光波导引擎之出瞳孔一面与棱镜之入光孔一面相贴合。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过采用光波导图像旋转结构和光波导镜片避免了光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔必须吻合的结构限制；减少了因设计原因导致的光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔不吻合，进而修改光波导镜片的入光孔位置而产生的成本；该光波导图像旋转结构在不改变原有光波导引擎的光路设计下，通过棱镜实现旋转图像，保证图像的正常输出；通过增加棱镜，只需要修改棱镜的结构就可以达到重新使用旧的光波导引擎，提高了光波导引擎的利用率；由于棱镜可通过光路的变更来旋转图像，就可以规避光波导引擎尺寸过长的缺点。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型之实施例1的AR眼镜立体结构示意图；

图2为本实用新型之实施例2的AR眼镜第一视角立体结构示意图；

图3为本实用新型之实施例2的AR眼镜第二视角立体结构示意图；

图4为本实用新型之实施例1光波导图像旋转结构和光波导镜片立体结构示意图；

图5为本实用新型之实施例2的AR眼镜分解图；

图6为本实用新型之光波导图像旋转结构与光波导镜片立体结构示意图；

图7为本实用新型之棱镜之光路图。

附图标识说明：

图中：10、镜框；11、通孔；12、容置槽；20、光波导图像旋转结构；21、光波导引擎；211、出瞳孔；22、棱镜；221、入光孔；222、出光孔；223、第一反射面；224、第二反射面；30、光波导镜片；31、进光孔；32、弧形凹陷。

具体实施方式

本实用新型如图1至图7所示，一种具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，包括有镜框10、用于投射光线并将图像进行旋转的光波导图像旋转结构20和用于传播光线的光波导镜片30，该光波导图像旋转结构20包括光波导引擎21和棱镜22，其中：

该光波导引擎21和棱镜22相连，该光波导镜片30安装于镜框10中；该光波导引擎21具有出瞳孔211，该棱镜22具有入光孔221和出光孔222，该光波导镜片30具有进光孔31；该出瞳孔211与入光孔221相对应，该出光孔222与进光孔31相对应；该棱镜22具有第一反射面223和第二反射面224；该光波导引擎21将光线由出瞳孔211投射到棱镜22中，光线从棱镜22之入光孔221进入并从出光孔222传出，出光孔222传出的光线由进光孔31传至光波导镜片30；于棱镜22中建立坐标系，以进至入光孔221图像方向为X轴，以出光孔222至进光孔31方向为Y轴方向，以出光孔222传出的图像方向为Z轴方向，光波导引擎21之出瞳孔211发射的光线通过棱镜22之入光孔221，光线沿着Z轴方向传递，经第一反射面223后旋转90度，光线沿X轴方向传递，经第二反射面224后沿着Y轴方向射出；由入光孔221进入的沿着X轴方向的图像，通过棱镜22的光路转换，于出光孔222上面成像转化为沿Z轴方向的图像。

该光波导引擎21与棱镜22通过胶水粘合相连，该光波导引擎21之出瞳孔211一面与棱镜22之入光孔221一面相贴合；棱镜22之入光孔221一面为平面，保证了光波导引擎21与棱镜22通过胶水粘合的牢固性。

棱镜22入光孔221和出光孔222尺寸为3-5mm，实际使用中，棱镜22之入光孔221尺寸与光波导引擎21之出瞳孔211对应，出光孔222与光波导镜片30之进光孔31对应。

棱镜22将进入入光孔221的图像，通过光路转换，对进入棱镜22中的图像进行转换；通过棱镜22实现了光路转换；即由光波导引擎21之出瞳孔211传出的光线进入棱镜22，棱镜22对光线进行光路转换，将光线传送至进光孔31；通过调整棱镜22的尺寸和形状，作为光路中转零件来适配不同型号的光波导引擎21和光波导镜片30；可以缩短光波导引擎21及光波导镜片30的新品开发和研发周期；由于增加了棱镜22作为光路中转件，使得双目成像的瞳距更容易调整，不再完全受到光波导引擎21的位置及外形的限制。

光波导引擎21通过出瞳孔211将光线投射至棱镜22的入光孔221中，棱镜22对进入入光孔221的光线进行转换，经图像旋转后的图像经出光孔222传出，经出光孔222传出的光线方向与光波导镜片30之进光孔31开设方向相一致，由于棱镜22之出光孔222与光波导镜片30之进光孔31相对应，经出光孔222传出的光线经进光孔31传递至光波导镜片30中，光波导镜片30通过全内反射原理，光线在光波导镜片30中发生内反射和传播，然后从光波导镜片30反射出来，最终反射到用户眼中。

现有的目前头戴AR眼镜光学部分结构大部分采用光波导引擎21的出瞳孔211和光波导镜片30的入光孔221吻合的结构，此种光学结构缺点有：第一、光波导引擎21和光波导镜片30的空间位置是固定的，会影响到结构设计的灵活性，进一步会影响头戴AR产品的外观设计；第二、不同结构的光波导引擎21对光波导镜片30的入光孔221位置要求不一样，会产生大量的新设计的光波导镜片30，生产成本也会大幅度上升。

本实用新型提供的具有光波导图像旋转结构20的AR眼镜通过采用光波导图像旋转结构20和光波导镜片30避免了光波导引擎21的出瞳孔211和光波导镜片30的入光孔221必须吻合的结构限制；减少了因设计原因导致的光波导引擎21的出瞳孔211和光波导镜片30的入光孔221不吻合，进而修改光波导镜片30的入光孔221位置而产生的成本；该光波导图像旋转结构20在不改变原有光波导引擎21的光路设计下，通过棱镜22实现旋转图像，保证图像的正常输出；现有技术中光波导引擎21设计完成后，很难对其光路进行修改来适应不同的外观造型，而本申请通过增加棱镜22，只需要修改棱镜22的结构就可以达到重新使用旧的光波导引擎21，提高了光波导引擎21的利用率；通过采用光波导引擎21和棱镜22形成光波导图像旋转结构20，使得AR眼镜在光学器件方面有了更多选择，不需要重复的开发光波导引擎21；由于棱镜22可通过光路的变更来旋转图像，就可以规避光波导引擎21尺寸过长的缺点，可以更加灵活的摆放，达到更加理想的外观造型。

具有光波导图像旋转结构20的AR眼镜根据光波导图像旋转结构20连接关系和光波导镜片30结构的不同分为两种实施方式，实施例1：

该光波导镜片30为一体式结构，上述进光孔31为一个，该进光孔31位于光波导镜片30的中间位置；上述光波导图像旋转结构20位于光波导镜片30前侧，该棱镜22之出光孔222与光波导镜片30之进光孔31相吻合；采用单片波导镜片，使得AR眼镜的外观的个性化多了一个选择。

现有技术中光波导引擎21和光波导镜片30的空间位置是固定的，光波导引擎21常见的结构形式为出瞳方向比较长，结构设计只能放在两侧，一般只能做成两片独立的波导镜片，不能做成一体式结构的波导镜片；本申请中由于棱镜22可通过光路的变更来旋转图像，就可以规避光波导引擎21尺寸过长的缺点，使得光波导引擎21可以更加灵活的摆放，达到更加理想的外观造型。

该光波导镜片30下侧为视觉区域，该光波导图像旋转结构20设置于视觉区域外侧；视觉区域对应用户眼部位置，光波导图像旋转结构20位于视觉区域外侧，不会影响用户的体验感。

该光波导图像旋转结构20横向的设置于光波导镜片30前侧；由于光波导引擎21远离头部，处于AR眼镜的边缘，热量不容易传递到头部，增强了用户体验。

本实施例采用光波导图像旋转结构20，横向摆放的光波导图像旋转结构20，能够实现眼镜整体高度小；光波导镜片30是整片结构，没有双目重像的问题；镜框10两端具有闲置空间可以安装摄像头等电子产品；光波导引擎21离头部较远，也有助于散热。

实施例2：

该光波导镜片30为两片，该两片光波导镜片30分别安装于镜框10中，该进光孔31为两个，该两个进光孔31分别对应的设置于两片光波导镜片30上；该光波导图像旋转结构20为两个，该两个光波导图像旋转结构20之出光孔222一一对应的与两个进光孔31相吻合。

该两个光波导图像旋转结构20分别安装于镜框10的两端，于镜框10的两端均设置有与棱镜22之出光孔222相对应的通孔11；经棱镜22出光孔222传出的光线通过通孔11进入进光孔31，光线在光波导镜片30中发生内反射和传播，然后从光波导镜片30反射出来，最终反射到用户眼中；采用两个光波导图像旋转结构20分别对应两个光波导镜片30，通过两个光波导镜片30将光线反射至用户双眼中。

该镜框10两端均设置有用于容置光波导图像旋转结构20的容置槽12，该光波导图像旋转结构20竖向的安装于容置槽12中；容置槽12对波导图像旋转结构起到限位作用，防止波导图像旋转结构位置偏移而造成出光孔222与进光孔31位置不对应的问题。

此实施例光波导图像旋转结构20位两个，该光波导图像旋转结构20竖向的安装于镜框10两端的容置槽12中：由于棱镜22可通过光路的变更来旋转图像，规避了光波导引擎21过长的缺陷，减少了AR眼镜的厚度；光波导图像旋转结构20远离人体头部，减少了其发热对人体的影响。

该光波导图像旋转结构20竖向的安装于容置槽12中，使得其发热源显示屏和背光灯能够更加远离人体，从而减小了整机的发热，提升了用户体验；使得AR眼镜前部更加短，折叠转轴可以更靠前，外观造型更加美观。

该光波导图像旋转结构20可拆卸式的安装于容置槽12中；当光波导图像旋转结构20之光波导引擎21和棱镜22连接松动时，光波导图像旋转结构20可拆卸式的安装于容置槽12中，可以针对光波导引擎21和棱镜22进行紧固，操作方便，节约了维修成本。

该两片光波导镜片30下边缘均设置有用于给容置槽12下端让位的弧形凹陷32；通过设置弧形凹陷32避免了对容置槽12的位置干扰，整体结构紧凑，眼镜更加轻便。

该具有光波导图像旋转结构的AR眼镜的使用方法及原理如下：

光波导引擎通过出瞳孔将光线投射至棱镜的入光孔中，棱镜对进入入光孔的光线进行转换，经图像旋转后的图像经出光孔传出，经出光孔传出的光线方向与光波导镜片之进光孔开设方向相一致，由于棱镜之出光孔与光波导镜片之进光孔相对应，经出光孔传出的光线经进光孔传递至光波导镜片中，光波导镜片通过全内反射原理，光线在光波导镜片中发生内反射和传播，然后从光波导镜片反射出来，最终反射到用户眼中。

本实用新型的设计重点在于，通过采用光波导图像旋转结构和光波导镜片避免了光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔必须吻合的结构限制；减少了因设计原因导致的光波导引擎的出瞳孔和光波导镜片的入光孔不吻合，进而修改光波导镜片的入光孔位置而产生的成本；该光波导图像旋转结构在不改变原有光波导引擎的光路设计下，通过棱镜实现旋转图像，保证图像的正常输出；通过增加棱镜，只需要修改棱镜的结构就可以达到重新使用旧的光波导引擎，提高了光波导引擎的利用率；由于棱镜可通过光路的变更来旋转图像，就可以规避光波导引擎尺寸过长的缺点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；包括镜框、用于投射光线并将图像进行旋转的光波导图像旋转结构和用于传播光线的光波导镜片，该光波导图像旋转结构包括光波导引擎和棱镜，该光波导引擎和棱镜相连，该光波导镜片安装于镜框中；该光波导引擎具有出瞳孔，该棱镜具有入光孔和出光孔，该光波导镜片具有进光孔；该出瞳孔与入光孔相对应，该出光孔与进光孔相对应；该棱镜具有第一反射面和第二反射面；该光波导引擎将光线由出瞳孔投射到棱镜中，光线从棱镜之入光孔进入并从出光孔传出，出光孔传出的光线由进光孔传至光波导镜片；于棱镜中建立坐标系，以进至入光孔图像方向为X轴，以出光孔至进光孔方向为Y轴方向，以出光孔传出的图像方向为Z轴方向，光波导引擎之出瞳孔发射的光线通过棱镜之入光孔，光线沿着Z轴方向传递，经第一反射面后旋转90度，光线沿X轴方向传递，经第二反射面后沿着Y轴方向射出；由入光孔进入的沿着X轴方向的图像，通过棱镜的光路转换，于出光孔上面成像转化为沿Z轴方向的图像。

2.根据权利要求1所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导镜片为一体式结构，上述进光孔为一个，该进光孔位于光波导镜片的中间位置；上述光波导图像旋转结构位于光波导镜片前侧，该棱镜之出光孔与光波导镜片之进光孔相吻合。

3.根据权利要求2所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导镜片下侧为视觉区域，该光波导图像旋转结构设置于视觉区域外侧。

4.根据权利要求2所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导图像旋转结构横向的设置于光波导镜片前侧。

5.根据权利要求1所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导镜片为两片，该两片光波导镜片分别安装于镜框中，该进光孔为两个，该两个进光孔分别对应的设置于两片光波导镜片上；该光波导图像旋转结构为两个，该两个光波导图像旋转结构之出光孔一一对应的与两个进光孔相吻合。

6.根据权利要求5所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述两个光波导图像旋转结构分别安装于镜框的两端，于镜框的两端均设置有与棱镜之出光孔相对应的通孔。

7.根据权利要求5所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述镜框两端均设置有用于容置光波导图像旋转结构的容置槽，该光波导图像旋转结构竖向的安装于容置槽中。

8.根据权利要求7所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导图像旋转结构可拆卸式的安装于容置槽中。

9.根据权利要求7所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述两片光波导镜片下边缘均设置有用于给容置槽下端让位的弧形凹陷。

10.根据权利要求1所述的具有光波导图像旋转结构的AR眼镜，其特征在于；所述光波导引擎与棱镜通过胶水粘合相连，该光波导引擎之出瞳孔一面与棱镜之入光孔一面相贴合。

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