一种棱镜光波导式AR光学结构及头戴式AR眼镜论文和设计

全文摘要

本实用新型公开一种棱镜光波导式AR光学结构及头戴式AR眼镜，该AR光学结构包括：第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、半凸透镜、显示屏；所述第一透射单元为一第一倾斜面，其靠近显示屏，全反射单元将经第一透射单元的光线反射至第一半反射单元；所述第一棱镜与第二棱镜组合成为棱镜光波导，二者在第一半反射单元处贴合；所述第三棱镜设有曲面凹槽与半凸透镜配合，该配合处形成第二半反射单元，所述第一半反射单元反射的光线垂直射向第二半反射单元，经第二半反射单元反射后依次穿过半凸透镜、第一棱镜、第二棱镜到达观测者眼中。本实用新型具有体积轻薄，工艺简单，成本低廉，相同体积下AR显示画面的视场角更大。

主设计要求

1.一种棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，包括：第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、半凸透镜、显示屏；所述第一棱镜包括第一透射单元、全反射单元、和第一半反射单元；所述第一透射单元为一第一倾斜面，其靠近显示屏，全反射单元将经第一透射单元的光线反射至第一半反射单元；所述第一棱镜与第二棱镜组合成为棱镜光波导，二者在第一半反射单元处贴合；所述第三棱镜设有曲面凹槽与半凸透镜配合，该配合处形成第二半反射单元，所述第一半反射单元反射的光线垂直射向第二半反射单元，经第二半反射单元反射后依次穿过半凸透镜、第一棱镜、第二棱镜到达观测者眼中。

设计方案

1.一种棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，包括：第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、半凸透镜、显示屏；

所述第一棱镜包括第一透射单元、全反射单元、和第一半反射单元；所述第一透射单元为一第一倾斜面，其靠近显示屏，全反射单元将经第一透射单元的光线反射至第一半反射单元；

所述第一棱镜与第二棱镜组合成为棱镜光波导，二者在第一半反射单元处贴合；

所述第三棱镜设有曲面凹槽与半凸透镜配合，该配合处形成第二半反射单元，所述第一半反射单元反射的光线垂直射向第二半反射单元，经第二半反射单元反射后依次穿过半凸透镜、第一棱镜、第二棱镜到达观测者眼中。

2.根据权利要求1所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述全反射单元为邻近第一透射单元的第一光波导面，透过第一透射单元的光线经该第一光波导面全反射一次后到达第一半反射单元。

3.根据权利要求1所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述全反射单元为邻近第一透射单元的第一光波导面和第二光波导面，透过第一透射单元的光线经该第一光波导面和第二光波导面全反射多次后到达第一半反射单元。

4.根据权利要求2或3所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述第二半反射单元为设置成半反射面的第三棱镜的曲形凹面。

5.根据权利要求2或3所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述第三棱镜与半凸透镜完全互补。

6.根据权利要求2或3所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述第一半反射单元包括一第二倾斜面。

7.根据权利要求6所述的棱镜光波导式AR光学结构，其特征在于，所述第一棱镜与第二棱镜在第二倾斜面处贴合为厚度、宽度相同的一体。

8.一种头戴式AR眼镜，其特征在于，其包括权利要求1至7中任一项所述的棱镜光波导式AR光学结构。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及增强现实(AR)技术领域，特别涉及一种棱镜光波导式AR光学结构及头戴式AR眼镜。

背景技术

现有增强现实眼镜中显示屏与光学器件的组合复杂，需要设置多种光学器件且大多光学器件需要分开一段距离、调整一定角度来适应显示屏的光源，这种结构需要精细化的控制，一旦载体框架改变，各个光学器件的配合就容易失效，如何开发一款直接紧密配合的具有增强现实之效的光学器件组件，是本实用新型研发初衷。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种棱镜光波导式AR光学结构及头戴式AR眼镜。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种棱镜光波导式AR光学结构，包括：第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、半凸透镜、显示屏；

所述第一棱镜包括第一透射单元、全反射单元、和第一半反射单元；所述第一透射单元为一第一倾斜面，其靠近显示屏，全反射单元将经第一透射单元的光线反射至第一半反射单元；

所述第一棱镜与第二棱镜组合成为棱镜光波导，二者在第一半反射单元处贴合；

所述第三棱镜设有曲面凹槽与半凸透镜配合，该配合处形成第二半反射单元，所述第一半反射单元反射的光线垂直射向第二半反射单元，经第二半反射单元反射后依次穿过半凸透镜、第一棱镜、第二棱镜到达观测者眼中。

优选地，所述全反射单元为邻近第一透射单元的第一光波导面，透过第一透射单元的光线经该第一光波导面全反射一次后到达第一半反射单元。

优选地，所述全反射单元为邻近第一透射单元的第一光波导面和第二光波导面，透过第一透射单元的光线经该第一光波导面和第二光波导面全反射多次后到达第一半反射单元。

优选地，所述第二半反射单元为设置成半反射面的第三棱镜的曲形凹面。

优选地，所述第三棱镜与半凸透镜完全互补。

优选地，所述第一半反射单元包括一第二倾斜面。

优选地，所述第一棱镜与第二棱镜在第二倾斜面处贴合为厚度、宽度相同的一体。

本实用新型还提供一种头戴式AR眼镜，其包括上述的棱镜光波导式AR光学结构。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型具有体积轻薄，工艺简单，成本低廉等特点。且基于该AR光学结构所生产的AR眼镜具有更轻薄的体积，在外观上比世面上的AR眼镜更接近正常视力眼镜或墨镜，且相同体积下AR显示画面的视场角更大。

附图说明

图1为本实用新型组合后的立体图；

图2为本实用新型的爆炸图；

图3为本实用新型剖视图；

图4为本实用新型的工作原理图；

图5为本实用新型中第一棱镜的另一实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进一步说明。

参照图1至图5，本实用新型提供一种棱镜光波导式AR光学结构，包括：第一棱镜3、第二棱镜4、第三棱镜1、半凸透镜2、显示屏5。

所述第一棱镜3包括第一透射单元、全反射单元、和第一半反射单元；所述第一透射单元为一第一倾斜面301，其靠近显示屏5，全反射单元将经第一透射单元的光线反射至第一半反射单元；

所述第一棱镜3与第二棱镜4组合成为棱镜光波导，二者在第一半反射单元处贴合；

所述第三棱镜1设有曲面凹槽101与半凸透镜2配合，该配合处形成第二半反射单元，所述第一半反射单元反射的光线垂直射向第二半反射单元，经第二半反射单元反射后依次穿过半凸透镜2、第一棱镜3、第二棱镜4到达观测者眼中。

作为本实用新型一优选实施例，所述第二半反射单元为设置成半反射面的第三棱镜的曲形凹面101。

作为本实用新型一优选实施例，所述第三棱镜1与半凸透镜2完全互补。当为完全互补时，此时，半凸透镜2恰好嵌入至第三棱镜1的曲形凹面101。

作为本实用新型一优选实施例，所述第一半反射单元301\/301’包括一第二倾斜面。所述第一棱镜3与第二棱镜4在第二倾斜面处贴合为厚度、宽度相同的一体。

实施例1<\/u>

参考图4，所述全反射单元为邻近第一透射单元303的第一光波导面302，透过第一透射单元303的光线经该第一光波导面302全反射一次后到达第一半反射单元301。

实施例2<\/u>

参考图5，所述全反射单元为邻近第一透射单元303的第一光波导面302’和第二光波导面304’，透过第一透射单元303的光线经该第一光波导面302’和第二光波导面304’全反射多次后到达第一半反射单元301’。

本实用新型的工作原理：

图4与图5为棱镜光波导式AR光学结构的光学原理示意图，结构内的大箭头表示光的传播方向(小箭头为标记线)。其中显示图像从微型显示屏5中以光的形式射出，穿过第一透射单元303进入第一棱镜3中，光线经过光波导面302、302’、304’全部反射向半反射面的第一半反射单元301\/301’的方向，随后经过第一半反射单元301\/301’反射照向半反射面的曲形凹面101的方向，过程中穿过光波导面302\/302’进一步穿过光学面201。进一步被半反射面的曲形凹面101放大并反射向光学面401的方向，过程中依次穿过光学面201、光波导面302\/302’，进一步穿过半反射面的第一半反射单元301\/301’，最终穿过光学面401进入观测者眼中。

当第三棱镜1与半凸透镜2完全互补时，使得外部光线穿过整体棱镜光波导式AR光学结构后不产生放大或缩小的效果，最终外部光线和屏幕显示图像共同进入观测者眼中，实现AR显示效果。

当第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、半凸透镜组合成一个整体光学器件时，此时如果整体光学器件的中心厚度比周围厚度更厚，此时对外部光线起到放大效果；若整体光学器件的中心厚度比周围厚度更薄，此时对外部光线起到缩小效果。

本实用新型还提供一种头戴式AR眼镜，其包括上述的棱镜光波导式AR光学结构。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接\/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图