一种用于AR显示的衍射光波导系统的制作方法

一种用于ar显示的衍射光波导系统
技术领域
1.本实用新型涉及ar眼镜，特别涉及一种用于ar显示的衍射光波导系统。


背景技术：

2.近眼显示技术是当前ar眼镜中必须用到的关键技术之一。近眼显示系统一般由图像源及光传输系统组成，图像源发出的图像画面，通过光学传输系统传递到人眼中。光学传输系统中较为先进的技术为光波导传输方案。其中光波导技术最为关键的部件即为光波导片，光波导片主要是将平板玻璃作为波导的传输主体，主要分为入瞳区域、扩瞳区域、出瞳区域三个部分组成。其中，入瞳区域采用特殊设计的表面光栅或者棱镜耦合，扩瞳区域采用特殊设计的表面光栅或者体光栅，出瞳区域采用特殊设计的体光栅。图像源发出的图像画面需要垂直入射到光波导片的入瞳区域后才能完好的在扩瞳以及出瞳区域进行图像画面的传输。
3.如图1所示，目前利用光波导技术的ar眼镜中，ar眼镜中的镜片需要始终保持在同一个平面内不能存在夹角，才能保证后续两个镜片所成的像才能耦合在一起，不会存在空间上的偏差。又为了确保光引擎(图像源)产生的图像画面垂直入射进光波导片，光引擎必须落在入瞳区域的正上方，这样子的位置关系对像质才不会产生影响。
4.现有技术中光引擎只能落在光波导片入瞳区域的正上方，位置放置较为单一，导致镜腿位置固定，违反一定的人体工学。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种用于ar显示的衍射光波导系统，其利用二次反射棱镜以及平面反射镜改变光线的传播路径最终也能实现光线垂直入射到光波导片上的入瞳区域，而不局限于光引擎只能落在光波导片入瞳区域的正上方。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
7.一种用于ar显示的衍射光波导系统，包括光引擎、光波导片、光栅、光路转向介质、架体(镜框)；
8.所述光引擎设于光波导片前侧，光栅贴设于光波导片后侧，光路转向介质设于光引擎与光波导片之间；所述光引擎、光波导片、光栅、光路转向介质分别设于架体之上；
9.所述光路转向介质为二次反射棱镜、平面反射镜、梯形棱镜中的一种；上述三中不同的光路转向介质，对应的光引擎、光路转向介质、光波导片三者的设置位置及角度不同。
10.当光路转向介质为二次反射棱镜时，二次反射棱镜的前侧直角边与波导片平行，其右侧的直角边与波导片垂直，并且右侧的直角边镀上金属反射膜(如银、铝、金等)，以减少光能损失。
11.本实用新型的有益效果：
12.其利用光路转向介质改变光线的传播路径最终也能实现光线垂直入射到光波导片上的入瞳区域，而不局限于光引擎只能落在光波导片入瞳区域的正上方。
附图说明
13.图1为现有技术中光引擎、光波导片的结构关系示意图；
14.图2为本发明的一种用于ar显示的衍射光波导系统的结构示意图(实施方式一)；
15.图3为本实用新型的一种用于ar显示的衍射光波导系统的结构示意图(实施方式二)；
16.图4为本实用新型的一种用于ar显示的衍射光波导系统的结构示意图(实施方式三)；
17.图5为本实用新型光路转向介质为二次发射棱镜时的光路反射示意图；
18.图6为本实用新型光路转向介质为平面反射镜时的光路反射示意图；
19.图7为本实用新型光路转向介质为梯形棱镜时的光路反射示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.一种用于ar显示的衍射光波导系统，包括光引擎、光波导片、光栅、光路转向介质、架体(镜框)；
22.所述光引擎设于光波导片前侧，光栅贴设于光波导片后侧，光路转向介质设于光引擎与光波导片之间；所述光引擎、光波导片、光栅、光路转向介质分别设于架体之上；
23.如图2
‑
4所示，所述光路转向介质为二次反射棱镜、平面反射镜、梯形棱镜中的一种；上述三中不同的光路转向介质，对应的光引擎、光路转向介质、光波导片三者的设置位置及角度不同。
24.本实用新型提供两种改变光路的方案，在波导片的入瞳区域安装一块棱镜来改变光路、在光引擎上装配一个与光引擎有特定夹角的反射镜来改变光路，通过这两种方案均实现对光路的偏折，就可以使得光引擎部分不再需要垂直于光波导片安装。
25.如图2所示，当光路转向介质为二次反射棱镜时，二次反射棱镜的前侧直角边与波导片平行，其右侧的直角边与波导片垂直，并且右侧的直角边镀上金属反射膜(如银、铝、金等)，以减少光能损失；二次反射棱镜的斜面下半区域也镀上金属反射膜。
26.将平板玻璃作为波导的传输主体，光引擎产生的图像信息从入瞳区域导入到波导内部。
27.如图5所示，光线在二次反射棱镜中的传播路径，光线从一个折射面入射，从另一个折射面出射。在介质2中经过两个反射面的反射后反射到介质1中，为了保证所有的入射光线能全部全反射，在两个反射面上镀以金属反射膜，如银、铝或金等，以减少反射面的光能损失。设光引擎与光波导片成β角，设二次反射棱镜右侧的直角边与二次反射棱镜的斜面为α角，为了确保进入入瞳区域的光线是垂直进入的，那么出射光线与光引擎(入射光线)成θ角，θ＝90
°‑
β，二次反射棱镜中，入、出射光线的夹角等于两反射面夹角的2倍，即θ＝2α。
28.所以当确定好光引擎与波导片的夹角后，便可确认所需二次反射棱镜两个反射面的夹角，这样就可以实现对光引擎的转动，其中存在的关系为：90
°‑
β＝θ＝2α。
29.如图6所示，当光路转向介质为平面反射镜时，光从一种介质传播到另一种介质
时，会发生反射现象，为了确保光能不损失，光线以临界角θc入射时会发生全反射，其中由反射定律可知，数值上，i＝i
′
，此时i＝i
′
＝θ
c
(图中入射角为i、反射角为i’)。
30.由图上几何关系易知，
[0031][0032][0033]
于是
[0034][0035]
γ＝α
[0036]
通过平面反射镜，也可以实现光路的改变，只要确定了反射镜的材质(折射率n)，就可以确定平面反射镜与光引擎的夹角α，也可以确定光引擎与波导片的夹角γ。通过利用平面反射镜，也可以实现光引擎对于波导片的转动。
[0037]
平面反射镜的效率一般不超过80％，于是在此基础上，我们可以提出利用一个梯形棱镜代替单一平面反射镜，结构示意图如图7所示，原理上和利用平面反射镜是一致的，区别在于利用梯形棱镜可以将反射效率提升至95％以上，大大提高光传播的效率和利用率。
[0038]
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围。