CN218037539U

CN218037539U - 一种光波导片与透镜集成镜片及ar眼镜

Info

Publication number: CN218037539U
Application number: CN202121090994.2U
Authority: CN
Inventors: 代溪泉; 朱以胜; 蒋厚强
Original assignee: Shenzhen Guangzhou Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Guangzhou Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-20

Abstract

本实用新型公开了一种光波导片与透镜集成镜片及AR眼镜，该集成镜片包括：一用于传导图像的光波导片；分别设置于所述光波导片的前后两端的正透镜和负透镜，且所述正透镜与所述光波导片之间以及所述负透镜与所述光波导片之间均设置留有空气隙；其中，所述正透镜用于补偿所述负透镜对外部环境的影响，所述负透镜用于纠正图像位置以及适配人眼的屈光度。本实用新型实施例利用正透镜和负透镜不同的的光焦度补偿人眼的屈光不正，并纠正投影图像的位置，达到匹配双目辅辏的效果。

Description

一种光波导片与透镜集成镜片及AR眼镜

技术领域

本实用新型涉及AR显示技术领域，具体涉及一种光波导片与透镜集成镜片及AR眼镜。

背景技术

在当前的AR(augmented reality增强现实)，MR(mixed reality混合现实)技术中，对于佩戴者眼睛有屈光度的情况下的矫正一直是一个比较难于解决的问题。通常需要佩戴眼镜或在AR/MR设备上增加额外的屈光度矫正镜片，而这会给产品的结构设计以及佩戴体验带来影响。例如现有技术中通过后置平凹透镜与波导片胶合在一起，来补偿近视患者的屈光度，然而这种方法直接后置镜片会使AR眼镜厚度增加。又例如通过透镜组的横向调节来改变光焦度，以适应不同人眼的屈光度，但这种方式容易引起佩戴者的不适，因为该方式中的调焦方式仅在有限的视场角下生效，而人眼的视场角会覆盖到其他的焦段，从而引起头晕。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片及AR眼镜，旨在改善双目显示中辅辏不匹配的问题，同时能适配屈光不正人群的佩戴。

本实用新型实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片，包括：

一用于传导图像的光波导片；

分别设置于所述光波导片的前后两端的正透镜和负透镜，且所述正透镜与所述光波导片之间以及所述负透镜与所述光波导片之间均设置留有空气隙；

其中，所述正透镜用于补偿所述负透镜对外部环境的影响，所述负透镜用于纠正图像位置以及适配人眼的屈光度。

进一步的，所述光波导片的前后两端分别镀设有增透膜。

进一步的，所述正透镜和负透镜的边缘区域朝向所述光波导片设置有延伸部。

进一步的，所述正透镜和负透镜的中心厚度大于或者等于1mm，所述正透镜和负透镜均由光学树脂或光学玻璃制成。

进一步的，所述正透镜的屈光度为+10度～+500度，所述负透镜的屈光度为-10-M度～-500-M度，其中，-M为人眼近视度数。

进一步的，所述空气隙的厚度为0.1～0.2mm。

进一步的，所述光波导片的折射率为1.8～1.9。

进一步的，所述增透膜设置有多层，且每一膜层厚度为λ/4或者λ/2，其中，λ为光在对应膜层中传播的波长。

进一步的，所述正透镜和负透镜均为菲涅尔透镜。

本实用新型实施例还提供了一种AR眼镜，包括如上任一项所述的光波导片与透镜集成镜片。

本实用新型实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片及AR眼镜，该集成镜片包括：一用于传导图像的光波导片；分别设置于所述光波导片的前后两端的正透镜和负透镜，且所述正透镜与所述光波导片之间以及所述负透镜与所述光波导片之间均设置留有空气隙；其中，所述正透镜用于补偿所述负透镜对外部环境的影响，所述负透镜用于纠正图像位置以及适配人眼的屈光度。本实用新型实施例利用正透镜和负透镜不同的的光焦度补偿人眼的屈光不正，并纠正投影图像的位置，达到匹配双目辅辏的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的结构示意图；

图2a、图2b和图2c为本实用新型实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的示例示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的另一示例示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片中光波导片的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的结构示意图，该集成镜片包括：

一用于传导图像的光波导片1；

分别设置于所述光波导片1的前后两端的正透镜2和负透镜3，且所述正透镜2与所述光波导片1之间以及所述负透镜3与所述光波导片1之间均设置留有空气隙4；

其中，所述正透镜2用于补偿所述负透镜3对外部环境的影响，所述负透镜3用于纠正图像位置以及适配人眼的屈光度。

本实施例中，所述集成镜片包括光波导片1和正透镜2、负透镜3，且所述正透镜2和所述光波导片1之间以及所述负透镜3和所述光波导片1之间均留有空气隙4，防止光在传导时经透镜溢出。

在一具体实施例中，所述正透镜2、负透镜3分别与所述光波导片1胶合设置或者机械组装，从而得到所述集成镜片。胶合或机械组装便于针对不同人群进行定制与更换，且成本较低。

现有技术主要通过在光波导片上直接安装屈光透镜的方法来改善屈光不正人群的观看体验，这种方法集成度小，体积较大。本实施例通过胶合或机械组装的方式来将透镜与光波导片1集成在一起，集成度高，人眼屈光度发生改变时也能方便更换。

另外，本实施例采用正、负透镜的组合进行图像位置纠正，具体的，所述负透镜3用以纠正图像位置，所述正透镜2用以补偿负透镜3对外部环境的影响，从而解决双目辅辏不匹配的问题，能适配双目显示，且不对环部环境成像造成影响。

如图2a所示的人眼双目成像原理，由于人眼瞳距较短，观察距离L与聚焦距离d近似为相等，即L≈d，而当用户佩戴AR眼镜后，如图2b所示，光线平行出射进入人眼，此时成像在无穷远处，即L＜＜d，这种现象即为双目辅辏不匹配，会引起人眼不适，观看疲劳。为了改善这种情况，本实施例在出瞳区域的eye box(是指近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，也是显示内容最清晰的区域)内集成一枚负透镜3，如图2c所示，虚线h为出瞳光束，其经负透镜3扩散后，便能使物体成像在特定位置上，调节负透镜3的屈光度，使L≈d，便可解决双目辅辏不匹配的问题。

而负透镜3能够解决双目辅辏不匹配的问题，但也会对外部环境产生影响，因此本实施例通过需要引入正透镜2对负透镜3进行补偿。如图3所示，其中，路线m为光波导片1内传播的光束，路线n为外部环境的光束。对于路线m，图像从投影光机出来，经入瞳-扩瞳-出瞳，以平行光束出射，然后经负透镜3扩散后在前方特定位置上成像；对于路线n，其先经过正透镜2收缩，再由负透镜3扩散，最后成像在原本的位置上，两块透镜对外部光束的影响相互抵消，从而不会对外部环境产生影响。其中，正透镜2与负透镜3的屈光度之和为零。因此，对于屈光不正人群，可通过调节负透镜3的屈光度，使正透镜2和负透镜3的屈光度之和等于用户的屈光不正度数，即可满足佩戴需求。

在一具体实施例中，首先根据成像距离确定正透镜2的屈光度，单独开模，并与所述光波导片1胶合或机械组装，形成单透镜波导模组，且所述光波导片1与所述正透镜2之间需要留有空气隙，然后根据用户双目的屈光度制作负透镜3，并与所述单透镜波导模组进行组装。

在一实施例中，结合图4，所述光波导片1的前后两端分别镀设有增透膜11。

本实施例中，在所述光波导片1的两侧镀设所述增透膜11，以降低反射光的干扰，提高光的透射率。

在一实施例中，所述正透镜2和负透镜3的边缘区域朝向所述光波导片1设置有延伸部。

本实施例中，通过所述延伸部(即图1中的标识21和31)可以更好地将所述光波导片1集成于所述正透镜2和负透镜3内，使集成过程更加便捷高效。

在一实施例中，所述正透镜2和负透镜3的中心厚度大于或者等于1mm，所述正透镜2和负透镜3均由光学树脂或光学玻璃制成。

本实施例中，所述正透镜2和负透镜3的材料为光学玻璃或者光学树脂，且所述正透镜2和负透镜3的中心厚度不小于1mm，而所述正透镜2和负透镜3的边缘厚度则取决于具体的屈光度。

在一具体实施例中，所述正透镜2负透镜3可以是球面透镜或者非球面透镜。在另一具体实施例中，所述正透镜2和负透镜3的材料为光学玻璃或者光学树脂，所述正透镜2和负透镜3的折射率为1.4～1.7。

在一实施例中，所述正透镜2的屈光度为+10度～+500度，所述负透镜3的屈光度为-10-M度～-500-M度，其中，-M为人眼近视度数。

本实施例中，设置虚像的成像距离为L，那么按照下式即可确定所述正透镜2的屈光度F：

若人眼近视度数为-M度(近视表示为负数)，那么所述负透镜3的屈光度即为-F-M度，也就是说，所述正透镜2和负透镜3的屈光度之和等于用户的屈光不正度数-M，如此便可以实现了对于屈光不正的屈光纠正，并且还可以解决双目辐辏匹配及近视屈光度问题。同时，在未来生产过程中，可以根据用户的近视度数-M度定制处方度数(即所述正透镜2和负透镜3的屈光度)。

例如对于成像距离L＝0.2m～10m范围的***，所述正透镜2的屈光度F为+10～+500度，所述负透镜3的屈光度为-10-M～-500-M度。在一具体实施例中，所述正透镜2的屈光度为200度，所述负透镜3的屈光度为-200-M度。

在一实施例中，所述空气隙4的厚度为0.1～0.2mm。

本实施例中，利用厚度为0.1～0.2mm的空气隙4防止光在所述光波导片1内反射时由所述透镜溢出，导致光能的损耗。在一具体实施例中，所述空气隙4的厚度为0.15mm。

在一实施例中，所述光波导片1的折射率为1.8～1.9。

本实施例中，将所述光波导片1的折射率设置为1.8～1.9，以使光线具有较好的传播效果。

在一实施例中，所述增透膜11设置有多层，且每一膜层厚度为λ/4或者λ/2，其中，λ为光在对应膜层中传播的波长。

本实施例中，所述增透膜11需要在可见光波段内起到较大的增透作用，且所述增透膜11中的每一膜层可能具有不同波段或者为不同的镀膜材料，因而每层增透膜都只能增透特定的波长。考虑到在采用本实施例提供的光波导片与透镜集成镜片制成AR眼镜的过程中，可能会采用多种不同波长的投影光机，因此本实施例使投影光机的每个波长均可以对应多层增透膜来进行增透，且虽然每层增透膜的材料不一致，但厚度则是对应波长的一半或四分之一，即λ/4或λ/2。

在另一实施例中，所述增透膜11的折射率由所述空气隙4内的气体(一般为空气)和所述光波导片1的折射率决定。所述增透膜11的折射率与其同侧的所述空气隙4内气体的折射率以及所述光波导片1的折射率的关系如下所示：

其中，n_f为所述增透膜11的折射率，n₀为所述光波导片1的折射率，n_s为与所述增透膜11同侧的所述空气隙4内气体的折射率。

在一实施例中，结合图5，所述正透镜2和负透镜3均为菲涅尔透镜。

本实施例采用菲涅尔透镜作为所述正透镜2和负透镜3，菲涅尔透镜区别于一般的球面或非球面透镜，其微结构是在其中一面由中心向外侧刻蚀半径不同的同心圆，由于刻蚀尺度在微纳级别，透过菲涅尔透镜的光会产生衍射效应，不同的刻蚀条纹会产生不同的衍射效果。因此菲涅尔透镜所成的像没有球差，进而可以使最终的集成镜片非常轻薄，使用户佩戴更加舒适。在一具体实施例中，所述菲涅尔透镜的厚度小于1mm。

同样的，采用胶合或机械组装的方式，分别制作正透镜2和负透镜3，以可装卸的模式进行提供。

另外，所述菲涅尔透镜的材料一般采用折射率为1.4～1.7的光学玻璃或光学树脂。

本实用新型实施例还提供了一种AR眼镜，包括如上所述的光波导片与透镜集成镜片。

本实施例将所述光波导片与透镜集成镜片应用于AR眼镜中的衍射光波导部分，可以改善AR显示模组中的衍射光波导的光学性能，对出瞳光束进行纠正，确保双眼图像能够正确重合，且能对屈光度佩戴者进行光学矫正。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，包括：

一用于传导图像的光波导片；

2.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述光波导片的前后两端分别镀设有增透膜。

3.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述正透镜和负透镜的边缘区域朝向所述光波导片设置有延伸部。

4.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述正透镜和负透镜的中心厚度大于或者等于1mm，所述正透镜和负透镜均由光学树脂或光学玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述正透镜的屈光度为+10度～+500度，所述负透镜的屈光度为-10-M度～-500-M度，其中，-M为人眼近视度数。

6.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述空气隙的厚度为0.1～0.2mm。

7.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述光波导片的折射率为1.8～1.9。

8.根据权利要求2所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述增透膜设置有多层，且每一膜层厚度为λ/4或者λ/2，其中，λ为光在对应膜层中传播的波长。

9.根据权利要求1所述的光波导片与透镜集成镜片，其特征在于，所述正透镜和负透镜均为菲涅尔透镜。

10.一种AR眼镜，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的光波导片与透镜集成镜片。