一种合光装置、投影显示系统及AR眼镜的制作方法

一种合光装置、投影显示系统及ar眼镜
技术领域
1.本实用新型属于投影显示领域，具体地说涉及一种合光装置、投影显示系统及ar眼镜。


背景技术：

2.随着人们对显示画面要求的提高，投影显示模块飞速发展，为提高图像的质量，合光棱镜作为重要的合光元件，其制备更是有着近乎苛刻的要求，其生产成本也相应提高，投入/产出比越来越小。
3.同时，用合光棱镜对图像合束时，其占用空间较大，这在某些发展趋势为小型化、轻型化的产品中是非常大的阻碍。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型设计了一种合光装置、投影显示系统及ar眼镜。
5.本实用新型提供了一种合光装置，包括波导基底和设置在所述波导基底上的耦合输出全息光栅和若干耦合输入全息光栅；还包括若干与所述耦合输入全息光栅对应设置的单色光源；所述耦合输入全息光栅用于将对应单色光源发出的单色光耦入所述波导基底，并在波导基底内以全反射的方式传输；所述耦合输出全息光栅用于将若干所述单色光以相同的出射角度耦出所述波导基底。
6.与现有技术相比，本实用新型摒弃了合光棱镜，采用波导进行合光，体积小、成本低，增加了投影显示模块中合光装置的多样性，尤其为某些对形状和体积有特殊要求致使合光棱镜不适用的环境增加了合光装置的可选择性。
7.优选的，还包括准直装置，所述单色光源发出的单色光通过所述准直装置进行准直后照射至所述耦合输入全息光栅。本优选方案的有益效果为：当单色光源可为点光源或者不能发出平行光时，通过准直装置后可形成平行光照射至耦合输入全息光栅上。
8.优选的，还包括光线转向装置，所述准直后的单色光通过所述光线转向装置改变方向后再照射至所述耦合输入全息光栅。本优选方案的有益效果为：准直装置是单个透镜或者透镜组，具有一个等效焦距，若增设准直装置，在不选用平凸的非球面透镜等高成本光学元件的情况下，单色光源与准直装置之间需要间隔一定距离，造成装置整体的宽度加大，且不增加成本，设置光线转向装置后可以将单色光的传输方向改变，一定程度减小装置的宽度，光线转向装置优选直角棱镜，即可将单色光源与准直装置之间的距离由横向(即波导基底的宽度方向)转移至纵向(波导基底的长度方向)或者深度方向(即波导基底长度和宽度构成的平面的垂直线所在的方向)，使得装置宽度降低。
9.优选的，若干所述单色光源位于所述波导基底的同侧或两侧。本优选方案的有益效果为：将若干所述单色光源设置在波导基底的同侧时，合光装置横向距离较短；分列于两侧时，可以缩短纵向距离，使得结构更为紧凑。
10.优选的，若干所述单色光源发出的单色光在所述波导基底内传输时传输角度相
同。本优选方案的有益效果为：本实用新型所说的若干单色光传输角度相同是指单色光源中心点发出的光传输角度相同，控制若干所述单色光源发出的单色光在所述波导基底内传输时传输角度可以使得各个光栅之间耦合的单色光不会发生串扰，而且使得每个光栅的周期计算更为方便，耦合输出全息光栅的设置位置更容易确定。
11.优选的，所述波导基底上设有三个分别对红光、绿光或蓝光敏感的耦合输入全息光栅，与所述耦合输入全息光栅对应设置的单色光源可发出相应颜色的单色光；所述耦合输出全息光栅对白光敏感。本优选方案的有益效果为：红、绿、蓝三色光的比例足以合成多种颜色，将合成的光线输出后可得到彩色光。
12.优选的，所述单色光源发出的单色光携带有图像信息。本优选方案的有益效果为：将若干携带有图像信息的单色光合成并输出可得到带有图像信息的图像光，用于图像显示。
13.优选的，所述耦合输入全息光栅和所述耦合输出全息光栅均为反射式体全息光栅。本优选方案的有益效果为：反射式体全息光栅更容易制备出更优的体全息光栅，衍射效率更高。
14.优选的，所述波导基底的材质为玻璃或塑料，成本低。
15.本实用新型还提供了一种包括上述合光装置的投影显示系统，该投影显示系统可以将单色光合成彩色光，还可以提高光线亮度。
16.本实用新型还提供一种包括上述合光装置的ar眼镜，该ar眼镜可以将合光装置设置在眼镜腿位置，便携又美观。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例1中合光装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例2中合光装置的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例3中合光装置的结构示意图；
20.图4为本实用新型实施例图3中合光装置的仰视图；
21.图5为本实用新型实施例1中投影显示系统的结构示意图。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.实施例1
24.本实施例提供一种合光装置，如图1
‑
4所示，包括波导基底10和设置在波导基底10上的耦合输出全息光栅12和若干耦合输入全息光栅11(即图中的111、112和113，耦合输入全息光栅的个数根据需要设置，不限于三个，下同)，所述耦合输入全息光栅11和所述耦合输出全息光栅12均为反射式体全息光栅，所述波导基底的材质可以是玻璃或塑料；本实施例作为一种优选方案，所述波导基底10上设有对红光敏感的耦合输入全息光栅111、对绿光敏感的耦合输入全息光栅112和对蓝光敏感的耦合输入全息光栅113(光栅对某单颜色的光敏感即该光线只将该颜色所对应波长的光进行衍射)，所述单色光源31、单色光源32和单色光源33分别可发出红色光51、绿色光52和蓝色光53，所述耦合输出全息光栅12对白光敏感
(光栅对白光敏感即该光栅可将所有颜色所对应波长的光进行衍射)；
25.所述合光装置还包括若干与所述耦合输入全息光栅11对应设置的单色光源3(即图中的31、32和33，单色光源的个数根据需要设置，不限于三个，下同)；若干所述单色光源位于所述波导基底的同侧或两侧，本实施例作为一种可选方案，将干所述单色光源设置在所述波导基底的同侧；
26.所述合光装置还包括准直装置4(即图中的41、42和43，个数根据需要设置，不限于三个，下同)，准直装置4设置在单色光源3和波导基底10之间；
27.所述单色光源3发出携带图像信息的单色光(即图中51、52和53，单色光个数与单色光源个数相对应，下同)，各个单色光源发出的光的颜色可以不同，也可以相同，优选若干可以发出不同颜色的单色光源；本实施例作为一种优选方案，所述单色单色光源发出的单色光携带有图像信息；
28.所述单色光源3发出的单色光可通过所述准直装置4进行准直，再照射至所述耦合输入全息光栅11，所述耦合输入全息光栅11用于将对应单色光源3发出的单色光耦入所述波导基底10，并在波导基底10内以全反射的方式传输，若干所述单色光在波导基底10内传输角度相同；所述耦合输出全息光栅12用于将若干所述单色光以相同的出射角度耦出所述波导基底10。
29.本实施例还提供一种包括上述合光装置的投影显示系统。本实施例的投影显示系统作为一种优选方案，如图5所示，包括上述合光装置和第二全息波导2，所述第二全息波导2包括第二全息波导基底20和设置在所述第二波导基底20上的耦入全息光栅21和耦出全息光栅22；经过合光装置合成的光线通过耦入全息光栅21耦入第二波导基底20，在第二波导基底内全反射传输后，通过耦出全息光栅22后从第二波导基底20输出。本实施例作为一种优选方案，所述第二全息波导基底上还设有折叠光栅23，经过合光装置合成的光线依次经过耦入全息光栅21、折叠光栅23、耦出全息光栅22后从第二波导基底20输出；所述投影显示系统还包括光线变向装置7，光线变向装置7优选直角棱镜，该投影显示系统，通过合光装置得到的合成光8通过光线变向装置7入射至第二全息波导2，通过第二全息波导2实现扩瞳。
30.本实施例还提供一种包括上述合光装置的ar眼镜，优选将上述合光装置设置在眼镜腿的位置。
31.实施例2
32.本实施例提供一种合光装置，如图2所示，包括波导基底10和设置在波导基底10上的耦合输出全息光栅12和若干耦合输入全息光栅11(即图中的111、112和113，耦合输入全息光栅的个数根据需要设置，不限于三个)，所述耦合输入全息光栅11和所述耦合输出全息光栅12均为反射式体全息光栅，所述波导基底的材质可以是玻璃或塑料；本实施例作为一种优选方案，所述波导基底10上设有对红光敏感的耦合输入全息光栅111、对绿光敏感的耦合输入全息光栅112和对蓝光敏感的耦合输入全息光栅113，所述单色光源31、单色光源32和单色光源33分别可发出红色光51、绿色光52和蓝色光53，所述耦合输出全息光栅12对白光敏感；
33.所述合光装置还包括若干与所述耦合输入全息光栅11对应设置的单色光源3(即图中的31、32和33，单色光源的个数根据需要设置，不限于三个)，以及准直装置4(即图中的41、42和43，个数根据需要设置，不限于三个)；本实施例作为一种优选方案，若干单色光源
分列于所述波导基底10的两侧；
34.所述单色光源3发出携带图像信息的单色光(即图中51、52和53，单色光不只限于图中所示三个)，各个单色光源发出的光的颜色可以不同，也可以相同，优选若干可以发出不同颜色的单色光源；
35.所述单色光源3发出的单色光可通过所述准直装置4进行准直后，照射至所述耦合输入全息光栅11，所述耦合输入全息光栅11用于将对应单色光源3发出的单色光耦入所述波导基底10，并在波导基底10内以全反射的方式传输，本实施例作为一种优选方案，若干所述单色光在波导基底10内传输角度相同；所述耦合输出全息光栅12用于将若干所述单色光以相同的出射角度耦出所述波导基底10。
36.实施例3
37.如图3
‑
4所示，本实施例提供一种合光装置，包括波导基底10和设置在波导基底10上的耦合输出全息光栅12和若干耦合输入全息光栅11(即图中的111、112和113，耦合输入全息光栅的个数根据需要设置，不限于三个)，所述耦合输入全息光栅11和所述耦合输出全息光栅12均为反射式体全息光栅，所述波导基底的材质可以是玻璃或塑料；本实施例作为一种优选方案，所述波导基底10上设有对红光敏感的耦合输入全息光栅111、对绿光敏感的耦合输入全息光栅112和对蓝光敏感的耦合输入全息光栅113，所述单色光源31、单色光源32和单色光源33分别可发出红色光51、绿色光52和蓝色光53，所述耦合输出全息光栅12对白光敏感；
38.所述合光装置还包括若干与所述耦合输入全息光栅11对应设置的单色光源3(即图中的31、32和33，单色光源的个数根据需要设置，不限于三个)，以及准直装置4(即图中的41、42和43，个数根据需要设置，不限于三个)和光线转向装置6(即图中的61、62和63，个数根据需要设置，不限于三个，下同)，光线转向装置6优选直角棱镜；
39.所述单色光源3发出携带图像信息的单色光(即图中51、52和53，单色光不只限于图中所示三个)，各个单色光源发出的光的颜色可以不同，也可以相同，优选若干可以发出不同颜色的单色光源；
40.所述单色光源3发出的单色光通过所述准直装置4进行准直，准直后的单色光可通过所述光线转向装置6改变方向，然后照射至所述耦合输入全息光栅11，所述耦合输入全息光栅11用于将对应单色光源3发出的单色光耦入所述波导基底10，并在波导基底10内以全反射的方式传输，若干所述单色光在波导基底10内传输角度相同；所述耦合输出全息光栅12用于将若干所述单色光以相同的出射角度耦出所述波导基底10。
41.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。