CN218728383U - 一种y形的扩展出瞳的光学结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学领域，公开了一种Y形的扩展出瞳的光学结构，能够在不增加AR系统的体积的前提下，扩展成像出瞳的尺寸，进而通过显著小型化成像组件使得AR系统小型化，包括直角棱镜、一对全反镜片以及入光镜片，将直角棱镜的两条直角边对应的镜面作为分光镜面，一对全反镜片对称地设置在两个分光镜面的外侧，并且全反镜片具有平行且朝向分光镜面的全反镜面，分光镜面涂覆有入射分光膜，分光棱和两个全反镜面的一侧边沿均胶合设置在入光镜片上，并且外部光线垂直入射入光镜片，并且外部光线通过入光镜片对分光镜面进行照射。

Description

一种Y形的扩展出瞳的光学结构

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种Y形的扩展出瞳的光学结构。

背景技术

光学系统的出瞳尺寸是决定该光学系统的体积的关键因素之一。具体来说，大的出瞳尺寸意味着更大的成像空间范围更大。

在AR技术的应用中，大的出瞳尺寸意味着使用者拥有更大的视角范围，但由于便携性上的要求，AR的光学系统通常被希望设计的越小越好。

出于使用者的视角范围限制，使得光学系统的出瞳尺寸的缩小被限制，即出瞳尺寸的限制已经成为了AR光学系统的小型化发展的一个“瓶颈”。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种Y形的扩展出瞳的光学结构，能够在不增加光学系统的体积的前提下，扩展成像出瞳的尺寸，从而显著小型化AR光学系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案为：

一种Y形的扩展出瞳的光学结构，用于对外部光线进行扩展，其特征在于，包括：包括直角棱镜、一对全反镜片以及入光镜片，将直角棱镜的两条直角边对应的镜面作为分光镜面，将两个分光镜面的结合棱作为分光棱；一对全反镜片对称地设置在两个分光镜面的外侧，并且全反镜片具有平行且朝向分光镜面的全反镜面；以及入光镜片，分光棱和两个全反镜面的同一端均粘设在入光镜片上，分光镜面涂覆有入射分光膜，分光棱和两个全反镜面的一侧边沿均胶合设置在入光镜片上，并且外部光线垂直入射入光镜片，并且外部光线通过入光镜片对分光镜面进行照射。

优选地，本实用新型还包括一对出光镜片，全反镜面呈矩形，全反镜面的另一侧边沿对应胶合出光镜片的一侧边沿，将直角棱镜的斜面的两端棱线作为胶合棱，出光镜片的另一侧边沿对应胶合在胶合棱上，并且两个出光镜片所在平面与直角棱镜的斜面同面，入光镜片、两个全反镜片、一对出光镜片以及直角棱镜的斜面构成了等腰梯形。

进一步地，射分光膜为半透半反分光膜，全反镜面通过镀银形成，并且出光镜片的透光面积为直角棱镜的斜面面积的一半。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.因为本实用新型的Y形的扩展出瞳的光学结构，用于对外部光线进行扩展，包括直角棱镜、一对全反镜片以及入光镜片，将直角棱镜的两条直角边对应的镜面作为分光镜面，一对全反镜片对称地设置在两个分光镜面的外侧，并且全反镜片具有平行且朝向分光镜面的全反镜面，分光镜面涂覆有入射分光膜，分光棱和两个全反镜面的一侧边沿均胶合设置在入光镜片上，并且外部光线垂直入射入光镜片，并且外部光线通过入光镜片对分光镜面进行照射，因此，本实用新型利用分光镜对入射的外部光线的分光，使得外部光线在分光面进行透射及反射，而反射的外部光线在全反镜上进行全反射，并且由于全反镜面与分光镜面平行，使得反射后的光线与透射的光线相互平行，即反射后的光线与透射的光线大于透射的光线的宽度，即客观地加大了成像出瞳的宽度范围，从而在不增加光学系统的体积的前提下，扩展成像出瞳的尺寸，进而通过显著小型化成像组件使得AR系统小型化。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的扩瞳显示模组的示意图；

图2为本实用新型的实施例的Y形的扩展出瞳的光学结构的示意图；

图3为本实用新型的实施例的Y形的扩展出瞳的光学结构的实施图。

图中：S100、扩展成像出瞳的方法，100、扩展显示模组，10、成像组件， 20、Y形的扩展出瞳的光学结构，21、直角棱镜，21a、分光镜面，21b、分光棱，21c、胶合棱，22、全反镜片，23、入光镜片，24、出光镜片,30、AR波导镜片，A1、外部光线，A2、透射子光线，A3、反射子光线，A4、反射次生光线。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对包含本实用新型的Y形的扩展出瞳的光学结构的扩展显示模组作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

如图1至图3所示，本实施例的扩展显示模组100包括相互光学耦合的Y 形的扩展出瞳的光学结构20、成像组件10以及AR波导镜片30。

Y形的扩展出瞳的光学结构20呈底角为45°的等腰梯形构造，由入光镜片23、两个全反镜片22、一对出光镜片24以及直角棱镜21构成。

具体地，入光镜片23、全反镜片22以及出光镜片24均为长方形镜片，且入光镜片23和出光镜片24的短边长度与直角棱镜21的厚度均相等，入光镜片23的长边对应等腰梯形较短的上底，一对全反镜片22的长边分别对应等腰梯形的两腰，一对出光镜片24和直角棱镜21的斜边连续布设，对应等腰梯形较长的下底，且直角棱镜21位于一对出光镜片24的中间，直角棱镜21的直角对应的棱线胶合设置在入镜镜片23的中部。

外部光线透过入光镜片23进入Y形的扩展出瞳的光学结构20内，将入光镜片23朝向内部的镜片表面作为外部光线出射面。

直角棱镜21的两条直角边对应的镜面作为分光镜面，将两个分光镜面的结合棱，即将其直角对应的棱线即为分光棱21b，将其直角斜面的两端棱线作为胶合棱21c，直角棱镜21的两条直角边对应的镜面即为分光镜面21a，分光镜面21a涂覆有入射分光膜，具体地，入射分光膜为半透半反分光膜，半透半反分光膜对于45°入射可见光波长透过率和反射率相等。

全反镜片22具有平行且朝向分光镜面的全反镜面，全反镜面通过镀银形成，具体地，镜面镀银后的光反射率大于99％，分光棱21b和两个全反镜面的一侧边沿，即全反镜片22的一侧短边均胶合设置在入光镜片23的外部光线出射面上；全反镜面22的另一侧边沿，即全反镜片22的一侧短边对应胶合出光镜片24的一侧边沿，即出光镜片24的一侧短边。

出光镜片24的另一侧边沿，即出光镜片24的另一侧短边对应胶合在胶合棱21c上，具体地，两个出光镜片24所在平面与直角棱镜21的斜面同面，并且两个出光镜片24的透光面积均为直角棱镜21的斜面面积的一半，即一对出光镜片24的长边长度与直角棱镜21的斜面的长边长度在等腰梯形的底边的长度占比为：1：1：2。

成像组件10用于发出上述扩展成像出瞳的方法S100中的外部光线，成像组件10设置在入光镜片23上，并且成像组件10发出的外部光线垂直入射入光镜片23。

AR波导镜片30的一侧边端面与Y形的扩展出瞳的光学结构20波导耦合，具体地，AR波导镜片30的一侧边端面贴设在出光镜片24上，从而外部光线经Y形的扩展出瞳的光学结构20扩展后通过AR波导镜片30实现扩展成像出瞳。

以下结合实施例的外部光线A1在Y形的扩展出瞳的光学结构20的光路传播过程：

过程T1：成像组件10发出的外部光线A1垂直入射入光镜片23；

过程T2：外部光线A1在经过分光镜面21a时，同时形成透射子光线A2 和反射子光线A3，具体地，由于Y形的扩展出瞳的光学结构20的对称构造，使得透射子光线A2和反射子光线A3均为外部光线A1能量的50％传递。

过程T3：反射子光线A3在经过全反镜面发生全反射形成反射次生光线A4，并且反射次生光线A4与透射子光线A2平行且方向相同，具体地，由于分光镜面21a与全反镜面平行，因此，反射次生光线A4与透射子光线A2平行，从而，经过分光镜面21a和全反镜面后，光路的传输方向没有改变，而使得系统的成像出瞳得到了扩展，并且本实施例的成像组件10相比现有技术缩小的比例与 Y形的扩展出瞳的光学结构20的等腰梯形高度成正比，优选缩小比例为现有技术的45％至60％。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种Y形的扩展出瞳的光学结构，用于对外部光线进行扩展，其特征在于，包括：

包括直角棱镜、一对全反镜片以及入光镜片，

将所述直角棱镜的两条直角边对应的镜面作为分光镜面，将两个分光镜面的结合棱作为分光棱；

所述一对全反镜片对称地设置在两个所述分光镜面的外侧，并且所述全反镜片具有平行且朝向所述分光镜面的全反镜面；以及

所述入光镜片，所述分光棱和两个所述全反镜面的同一端均粘设在所述入光镜片上，

其中，所述分光镜面涂覆有入射分光膜，所述分光棱和两个所述全反镜面的一侧边沿均胶合设置在所述入光镜片上，并且外部光线垂直入射所述入光镜片，并且外部光线通过所述入光镜片对所述分光镜面进行照射。

2.根据权利要求1所述的Y形的扩展出瞳的光学结构，其特征在于，还包括：

一对出光镜片，

所述全反镜面呈矩形，所述全反镜面的另一侧边沿对应胶合所述出光镜片的一侧边沿，

将所述直角棱镜的斜面的两端棱线作为胶合棱，

所述出光镜片的另一侧边沿对应胶合在所述胶合棱上，并且两个所述出光镜片所在平面与所述直角棱镜的斜面同面，

所述入光镜片、两个所述全反镜片、一对所述出光镜片以及所述直角棱镜的斜面构成了等腰梯形。

3.根据权利要求2所述的Y形的扩展出瞳的光学结构，其特征在于：

其中，所述入射分光膜为半透半反分光膜，所述全反镜面通过镀银形成，并且所述出光镜片的透光面积为所述直角棱镜的斜面面积的一半。

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