CN109581664A - 光学装置和增强现实显示装置 - Google Patents
光学装置和增强现实显示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109581664A CN109581664A CN201811624222.5A CN201811624222A CN109581664A CN 109581664 A CN109581664 A CN 109581664A CN 201811624222 A CN201811624222 A CN 201811624222A CN 109581664 A CN109581664 A CN 109581664A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- input
- pupil
- quadrangle
- expanded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 65
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 173
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 17
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 2
- 235000008429 bread Nutrition 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光学装置和增强现实显示装置，涉及光学技术领域，光学装置包括输入耦合器、输入扩瞳器、输入扩瞳面、波导和输出耦合器，其中，输入耦合器，用于将光束耦入输入扩瞳器；输入扩瞳面为输入扩瞳器与波导之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器内传播至输入扩瞳面的光束，部分透射进入波导，部分反射回输入扩瞳器；波导，用于通过全反射方式进行光束传播；输出耦合器，用于将在波导中传播的光束耦出。本发明实施例公开的技术方案，实现了较大的视场角，保证了良好的成像质量，且结构简单，有效减小装置的体积和重量。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及增光学装置和增强现实显示装置。
背景技术
头戴式增强现实显示装置是将微显示器与成像目镜相结合，能够满足特定情况下人眼对光学现实信息的实时获取，并可将虚拟图像与现实场景相结合，为使用者带来诸多便利。作为头戴式显示装置，对装置的体积和重量有着极高的要求。
现有技术中，头戴式显示装置的体积和重量较大，导致使用者不便于佩戴，并且随着视场角的增大，边缘光线角度增大，为保证合适的视场角，导致头戴式显示装置的F数过小，成像质量较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种光学装置和增强现实显示装置。旨在解决现有技术中头戴式显示装置重量大，成像质量低的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种光学装置，包括输入耦合器、输入扩瞳器、输入扩瞳面、波导和输出耦合器，其中，
输入耦合器，用于将光束耦入输入扩瞳器；
输入扩瞳面为输入扩瞳器与波导之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器内传播至输入扩瞳面的光束，部分透射进入波导，部分反射回输入扩瞳器；
波导，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器，用于将在波导中传播的光束耦出。
可选的，输入扩瞳器包括四边形波导，四边形波导的第一条边与输入耦合器贴合，四边形波导的第二条边和波导的边缘对齐，输入扩瞳面为四边形波导的第三条边与波导之间的贴合面。
可选的，四边形波导为梯形波导，四边形波导的第一条边和第二条边分别为梯形波导的两腰，四边形波导的第三条边为梯形波导的底。
可选的，输入扩瞳面与光束在波导中的传播方向呈预设角度。
可选的，输入扩瞳面设置有半反半透膜。
可选的，输入扩瞳器包括第一四边形波导和第二四边形波导，输入扩瞳面包括第一输入扩瞳面和第二输入扩瞳面，其中，
第一四边形波导的第一条边与输入耦合器贴合，第一四边形波导的第二条边和波导的第一边缘对齐，第一输入扩瞳面为第一四边形波导的第三条边与波导之间的贴合面；
第二四边形波导的第一条边与输入耦合器贴合，第二四边形波导的第二条边和波导的第二边缘对齐，第二输入扩瞳面为第二四边形波导的第三条边与波导之间的贴合面。
可选的，
第一四边形波导为第一梯形波导，第一四边形波导的第一条边和第二条边分别为第一梯形波导的两腰，第一四边形波导的第三条边为第一梯形波导的底；
第二四边形波导为第二梯形波导，第二四边形波导的第一条边和第二条边分别为第二梯形波导的两腰，第二四边形波导的第三条边为第二梯形波导的底。
可选的，输入耦合器包括棱镜或耦入光栅，输出耦合器包括阵列反射膜或耦出光栅。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种增强现实显示装置，包括图像源、中继光学系统和如前述的任一种光学装置，其中，
图像源，用于发射图像光束；
中继光学系统，用于将光束成像至无穷远处；
输入耦合器，用于将光束耦入输入扩瞳器；
输入扩瞳面为输入扩瞳器与波导之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器内传播至输入扩瞳面的光束，部分透射进入波导，部分反射回输入扩瞳器；
波导，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器，用于将在波导中传播的光束耦出。
可选的，
中继光学系统包括反射式目镜系统，包括反射镜，反射镜的镜面为自由曲面，用于将图像经反射后成像至无穷远处。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种增强现实显示装置，包括图像源、中继光学系统和如前述的任一种光学装置，其中，
图像源，用于发射图像光束；
中继光学系统，用于将光束成像至无穷远处；
输入耦合器，用于将光束耦入输入扩瞳器；
输入扩瞳器包括第一四边形波导和第二四边形波导，输入扩瞳面包括第一输入扩瞳面和第二输入扩瞳面，其中，
第一四边形波导的第一条边与输入耦合器贴合，第一四边形波导的第二条边和波导的第一边缘对齐，第一输入扩瞳面为第一四边形波导的第三条边与波导之间的贴合面；
第二四边形波导的第一条边与输入耦合器贴合，第二四边形波导的第二条边和波导的第二边缘对齐，第二输入扩瞳面为第二四边形波导的第三条边与波导之间的贴合面；
波导，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器，用于将在波导中传播的光束耦出。
可选的，
中继光学系统包括反射式目镜系统，包括反射镜，反射镜的镜面为自由曲面，用于将图像经反射后成像至无穷远处。
本发明实施例公开的技术方案，通过二维出瞳扩展，实现了较大的视场角，保证了良好的成像质量，且结构简单，有效减小装置的体积和重量，便于用于佩戴，提升用户体验。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例公开的一种光学装置的示意图；
图2是本发明实施例公开的另一种光学装置的示意图；
图3是本发明实施例公开的一种增强现实显示装置的示意图；
图4是本发明实施例公开的一种图像源的示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种增强现实显示装置的示意图；
图6是本发明实施例公开的另一种增强现实显示装置的示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何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。本文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。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明实施例公开了一种光学装置10，如图1所示，包括输入耦合器101、输入扩瞳器102、输入扩瞳面103、波导104和输出耦合器105，其中，
输入耦合器101，用于将光束耦入输入扩瞳器102；
输入扩瞳面103为输入扩瞳器102与波导104之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器102内传播至输入扩瞳面103的光束，部分透射进入波导104，部分反射回输入扩瞳器102；
波导104，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器105，用于将在波导104中传播的光束耦出。
输入耦合器101可以包括棱镜或耦入光栅，进一步的，棱镜可以包括三角形棱镜，耦入光栅可以包括面光栅、体全息光栅、表面浮雕光栅等。光束，如由图像源发出的图像光束等，射入输入耦合器101后，由输入耦合器101将光束耦入输入扩瞳器102，用于对光束进行扩瞳，典型的，光束可以包括平行光光束。
输入扩瞳器102可以包括多种形态，在具体实施过程中，本领域技术人员可以采用独立的输入扩瞳器102，也可以将输入扩瞳器102与输入耦合器101集成在一起，示例性的，当输入耦合器101和输入扩瞳器102均为棱镜时，可以将两者制作成一个能够同时实现耦入和扩瞳的组件，还可以将输入扩瞳器102与波导104集成在一起，制作成一个能够同时实现扩瞳和光束传播的组件，进一步的，还可以将输入耦合器101、输入扩瞳器102和波导104集成在一起。本发明实施例对光学装置10包括的各个组件的制作方式并不限定。
输入扩瞳面103将部分光束透射进入波导104，并将部分光束反射回输入扩瞳器102。进一步的，反射回输入扩瞳器102的光束，经过在输入扩瞳器102内部的反射后，可以再一次传播至输入扩瞳面103，输入扩瞳面103再一次将部分光束透射进入波导104，并将部分光束反射回输入扩瞳器102。经多次透射和反射后，进入波导104的光束相比射入输入耦合器101的光束，能够实现在垂直于光束传播方向上的出瞳扩展，即如图1所示的Y方向。
本领域技术人员可以根据输入扩瞳器102和波导104的具体尺寸，以及出瞳扩展的实际设计指标，确定输入扩瞳面103的透射率和反射率。
输出耦合器105可以包括阵列反射膜或耦出光栅，用于实现沿光束传播方向上的出瞳扩展，即如图1所示的X方向。
本发明实施例提出的光学装置10，通过二维出瞳扩展，实现了较大的视场角，保证了良好的成像质量，且结构简单，有效减小装置的体积和重量，便于用于佩戴，提升用户体验。
可选的，输入扩瞳器102可以包括四边形波导1021，四边形波导1021的第一条边与输入耦合器101贴合，四边形波导1021的第二条边和波导104的边缘对齐，输入扩瞳面103为四边形波导1021的第三条边与波导104之间的贴合面。
进一步可选的，当四边形波导1021的第三条边和第四条边相互平行时，四边形波导1021为梯形波导1022，具体的，四边形波导1021的第一条边和第二条边分别为梯形波导1022的两腰，四边形波导1021的第三条边为梯形波导1022的底。
图1所示的光学装置10中，示例性的设置了梯形波导1022作为示意，第三条边和第四条边相互平行有利于光束在输入扩瞳器102内的多次反射传播，光束扩展的效果良好。
在具体实施过程中，四边形波导1021的第三条边也可以与第四条边不相互平行。示例性的，当四边形波导1021的折射率与波导104的折射率不同时，光束由四边形波导1021经输入扩瞳面103透射进入波导104时会发生折射，以不同的入射角度在输入扩瞳面103的不同位置发生折射的光线，折射后的偏转角度可能不同，导致在波导104中传播的光束发散或汇聚，不能保持为平行光束，影响最终的成像效果。因此，采用不与第三条边相互平行的第四条边，并根据四边形波导1021与波导104的折射率而特别设计的第三条边与第四条边之间的夹角，有利于保持在波导104中传播的光束为平行光束，保证成像质量。
可选的，输入扩瞳面103可以与光束在波导104中的传播方向呈预设角度，即输入扩瞳面103与如图1所示的X方向呈预设角度。
一般的，输入扩瞳面103可以为平面，且为了实现出瞳扩展的效果，使反射回输入扩瞳器102的光束在输入扩瞳器102中传播，应使输入扩瞳面103与光束在波导104中的传播方向不相互垂直，而倾斜呈特定角度。
特别的，输入扩瞳面103也可以为非平面，如球面、自由曲面等，与之相对应，本领域技术人员可以根据输入扩瞳面103的面型，确定输入扩瞳器102的形状。
进一步可选的，输入扩瞳面103可以设置有半反半透膜，用于将部分入射至半反半透膜的光束透射入波导104，其他部分光束反射回输入扩瞳器102中。
在具体实施过程中，输入扩瞳器102与输入耦合器101的贴合面可能存在不完全贴合的情况，如图1所示，可选的，光学装置10还可以包括保护层106，分别与输入扩瞳器102的第四条边和输入耦合器101贴合。
保护层106可以消除输入扩瞳器102与输入耦合器101之间的缝隙，避免输入耦合器101耦入输入扩瞳器102的光束被破坏，避免可能的外界环境光通过缝隙射入造成的干扰，提高图像显示质量。
保护层106还可以增强输入扩瞳器102的第四条边对光束的反射率，避免光束从输入扩瞳器102中漏出，提高成像的亮度。
应注意的是，本发明实施例包括的附图为平面图，本发明实施例所称的边，示例性的，如输入扩瞳器102包括的第一条边、第二条边等，在具体装置结构中，应具有相应的立体结构，即如附图中所示的输入扩瞳器102包括的第一条边，实际应为第一个面。本发明实施例中为了清楚简明的对光学装置10的结构进行描述，对二维图像中的“边”和三维结构中的“面”未做区分，本领域技术人员不应混淆。
本发明实施例公开的光学装置10，体积小，重量轻，结构简单，能够实现二维出瞳扩展，并获得良好的图像显示质量。
结合光学装置10，本发明实施例还公开了一种光学装置20，如图2所示，包括输入耦合器101、输入扩瞳器202、输入扩瞳面103、波导104和输出耦合器105，其中，
输入耦合器101，用于将光束耦入输入扩瞳器202；
输入扩瞳面103为输入扩瞳器202与波导104之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器202内传播至输入扩瞳面103的光束，部分透射进入波导104，部分反射回输入扩瞳器202；
输入扩瞳器202包括第一四边形波导2021和第二四边形波导2022，输入扩瞳面包括第一输入扩瞳面1031和第二输入扩瞳面1032，其中，
第一四边形波导2021的第一条边与输入耦合器101贴合，第一四边形波导2021的第二条边和波导104的第一边缘对齐，第一输入扩瞳面1031为第一四边形波导2021的第三条边与波导104之间的贴合面；
第二四边形波导2022的第一条边与输入耦合器101贴合，第二四边形波导2022的第二条边和波导104的第二边缘对齐，第二输入扩瞳面1032为第二四边形波导2022的第三条边与波导104之间的贴合面；
波导104，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器105，用于将在波导104中传播的光束耦出。
光学装置20在光学装置10的基础上，增大了输入扩瞳器202的出瞳扩展的范围，能够提供更大的视场角度，提高成像效果。
在具体实施过程中，输入扩瞳器202可以由两片输入扩瞳器102组合而成，但需要注意的是，用于组成输入扩瞳器202的两片输入扩瞳器102，可以拥有不同的参数，如形状、折射率等，且相对于光束在波导104中的传播方向，第一输入扩瞳面1031和第二输入扩瞳面1032可以拥有不同的倾斜角度。
输入扩瞳器202还可以包括多种形态，在具体实施过程中，本领域技术人员可以采用独立的输入扩瞳器202，也可以将输入扩瞳器202与输入耦合器101集成在一起，示例性的，当输入耦合器101和输入扩瞳器202均为棱镜时，可以将两者制作成一个能够同时实现耦入和扩瞳的组件，还可以将输入扩瞳器202与波导104集成在一起，制作成一个能够同时实现扩瞳和光束传播的组件，进一步的，还可以将输入耦合器101、输入扩瞳器202和波导104集成在一起。本发明实施例对光学装置20包括的各个组件的制作方式并不限定。
可选的，第一四边形波导2021可以为第一梯形波导2023，第一四边形波导2021的第一条边和第二条边分别为第一梯形波导2023的两腰，第一四边形波导2021的第三条边为第一梯形波导2023的底；
第二四边形波导2022可以为第二梯形波导2024，第二四边形波导2022的第一条边和第二条边分别为第二梯形波导2024的两腰，第二四边形波导2022的第三条边为第二梯形波导2024的底。
可选的，光学装置20还可以包括保护层106，分别与输入扩瞳器202和输入耦合器101贴合，如图2所示。
本发明实施例公开的光学装置20，能够在不显著增加装置重量和体积的情况下，提供二维出瞳扩展，增大视场角度，提升成像质量。
本发明实施例还提供了一种增强现实显示装置30，如图3所示，包括图像源301、中继光学系统302和光学装置10，其中
图像源301，用于发射图像光束；
中继光学系统302，用于将光束成像至无穷远处；
输入耦合器101，用于将光束耦入输入扩瞳器；
输入扩瞳面103为输入扩瞳器102与波导104之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器102内传播至输入扩瞳面的光束，部分透射进入波导104，部分反射回输入扩瞳器102；
波导104，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器102，用于将在波导104中传播的光束耦出。
可选的，图像源301可以包括透射式图像源、反射式图像源或自发光式图像源。具体的，反射式图像源可以包括硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)显示器等，自发光式图像源可以包括有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示器、微型发光二极管(Micro Light-Emitting Diode，Micro LED)显示器等。本发明实施例公开的增强现实显示装置30，可以适用于多种类型的图像源301，本发明对此并不限定。
示例性的，图像源301可以包括LCOS显示器，作为反射式图像源，需要使用可以发射偏振光的光源进行照明，并通过偏振分光棱镜(Polarizing Beam Splitter，PBS)将偏振光照射在LCOS上，由LCOS进行反射从而成像，LCOS显示器的结构如图4所示。
示例性的，图像源301还可以包括OLED显示器，作为自发光式图像源，无需额外配置光源和偏振分光棱镜，可以进一步减小体积，减轻重量。
中继光学系统302可以包括至少一个光学器件，如透镜、棱镜、反射镜等或其组合，用于将图像源301发射的光束成像至无穷远处，即，将图像源301发射的光束变换为平行光束后射入输入耦合器102。
可选的，中继光学系统302可以包括反射式目镜系统3021，包括反射镜，反射镜的镜面为自由曲面，用于将图像经反射后成像至无穷远处。
反射式目镜系统3021包括的反射镜，面型为自由曲面面型，可以优化离轴像差。图像源301发出的光经由反射式目镜系统302的反射，成像至无穷远处，之后由输入耦合器102耦入波导104。图像源301的每个像素点发出的光对应于在波导104中传播的某一个方向的平行光，不同像素点对应于在波导104中传播的不同方向的平行光，在波导104中传播的平行光可以由输出耦合器105耦出，从而使观察者可以观察到图像。
可选的，如图5所示，反射式目镜系统302还可以包括：
多个反射镜，多个反射镜的镜面为自由曲面，用于将图像经多次反射后成像至无穷远处。
其中，多个自由曲面反射镜可以提供更多的优化变量，进一步优化系统成像质量。
一般的，增强现实显示装置30可以包括两套光学装置10，分别对应于左眼的显示和右眼的显示，因此，增强现实显示装置30可以包括如图6所示的两套光学装置10，其中，左眼和右眼对应的光学装置10中耦入扩瞳器102的倾斜角度相互对称，便于增强现实显示装置30的安装，使用者在佩戴时也更加平衡和美观。
在一些特别的情况下，如使用者要求左眼和右眼的显示效果不完全对称时，对应于左眼和右眼的两套光学装置10可以具有不同的参数，本发明实施例公开的增强现实显示装置30，包括的对应于左眼和右眼的两套光学装置10可以相互独立的进行参数设计、制作装配。
本发明实施例还公开了一种增强现实显示装置40，包括图像源301、中继光学系统302和光学装置20，其中
图像源301，用于发射图像光束；
中继光学系统302，用于将光束成像至无穷远处；
输入耦合器101，用于将光束耦入输入扩瞳器202；
输入扩瞳面103为输入扩瞳器202与波导104之间的贴合面，用于将在输入扩瞳器202内传播至输入扩瞳面103的光束，部分透射进入波导104，部分反射回输入扩瞳器202；
输入扩瞳器202包括第一四边形波导2021和第二四边形波导2022，输入扩瞳面包括第一输入扩瞳面1031和第二输入扩瞳面1032，其中，
第一四边形波导2021的第一条边与输入耦合器101贴合，第一四边形波导2021的第二条边和波导104的第一边缘对齐，第一输入扩瞳面1031为第一四边形波导2021的第三条边与波导104之间的贴合面；
第二四边形波导2022的第一条边与输入耦合器101贴合，第二四边形波导2022的第二条边和波导104的第二边缘对齐，第二输入扩瞳面1032为第二四边形波导2022的第三条边与波导104之间的贴合面；
波导104，用于通过全反射方式进行光束传播；
输出耦合器105，用于将在波导104中传播的光束耦出。
在增强现实显示装置40中，输入扩瞳器202具有更大的出瞳扩展的范围，能够提供更大的视场角度，提高成像效果。
一般的，增强现实显示装置40可以包括两套光学装置20，分别对应于左眼的显示和右眼的显示，增强现实显示装置40可以包括两套相同的光学装置20，便于增强现实显示装置40的安装，使用者在佩戴时也更加平衡和美观。
在一些特别的情况下，如使用者要求左眼和右眼的显示效果不完全对称时，对应于左眼和右眼的两套光学装置20可以具有不同的参数，本发明实施例公开的增强现实显示装置40，包括的对应于左眼和右眼的两套光学装置20可以相互独立的进行参数设计、制作装配。
本发明实施例公开的技术方案，通过二维出瞳扩展，实现了较大的视场角，保证了良好的成像质量，且结构简单，有效减小装置的体积和重量，便于用于佩戴，提升用户体验。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种光学装置，包括输入耦合器、输入扩瞳器、输入扩瞳面、波导和输出耦合器，其中，
所述输入耦合器，用于将光束耦入所述输入扩瞳器；
所述输入扩瞳面为所述输入扩瞳器与所述波导之间的贴合面，用于将在所述输入扩瞳器内传播至所述输入扩瞳面的光束，部分透射进入所述波导，部分反射回所述输入扩瞳器；
所述波导，用于通过全反射方式进行光束传播；
所述输出耦合器，用于将在所述波导中传播的光束耦出。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述输入扩瞳器包括四边形波导，所述四边形波导的第一条边与所述输入耦合器贴合，所述四边形波导的第二条边和所述波导的边缘对齐，所述输入扩瞳面为所述四边形波导的第三条边与所述波导之间的贴合面。
3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述四边形波导为梯形波导，所述四边形波导的第一条边和第二条边分别为所述梯形波导的两腰，所述四边形波导的第三条边为所述梯形波导的底。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述输入扩瞳面与光束在所述波导中的传播方向呈预设角度。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述输入扩瞳面设置有半反半透膜。
6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述输入扩瞳器包括第一四边形波导和第二四边形波导，所述输入扩瞳面包括第一输入扩瞳面和第二输入扩瞳面，其中，
所述第一四边形波导的第一条边与所述输入耦合器贴合，所述第一四边形波导的第二条边和所述波导的第一边缘对齐，所述第一输入扩瞳面为所述第一四边形波导的第三条边与所述波导之间的贴合面；
所述第二四边形波导的第一条边与所述输入耦合器贴合，所述第二四边形波导的第二条边和所述波导的第二边缘对齐，所述第二输入扩瞳面为所述第二四边形波导的第三条边与所述波导之间的贴合面。
7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，
所述第一四边形波导为第一梯形波导，所述第一四边形波导的第一条边和第二条边分别为所述第一梯形波导的两腰，所述第一四边形波导的第三条边为所述第一梯形波导的底；
所述第二四边形波导为第二梯形波导，所述第二四边形波导的第一条边和第二条边分别为所述第二梯形波导的两腰，所述第二四边形波导的第三条边为所述第二梯形波导的底。
8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述输入耦合器包括棱镜或耦入光栅，所述输出耦合器包括阵列反射膜或耦出光栅。
9.一种增强现实显示装置，包括图像源、中继光学系统和如权利要求1-8所述的任一种光学装置，其中，
所述图像源，用于发射图像光束；
所述中继光学系统，用于将光束成像至无穷远处；
所述输入耦合器，用于将光束耦入所述输入扩瞳器；
所述输入扩瞳面为所述输入扩瞳器与所述波导之间的贴合面，用于将在所述输入扩瞳器内传播至所述输入扩瞳面的光束，部分透射进入所述波导，部分反射回所述输入扩瞳器；
所述波导，用于通过全反射方式进行光束传播；
所述输出耦合器，用于将在所述波导中传播的光束耦出。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述中继光学系统包括反射式目镜系统，包括反射镜，反射镜的镜面为自由曲面，用于将图像经反射后成像至无穷远处。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811624222.5A CN109581664A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 光学装置和增强现实显示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811624222.5A CN109581664A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 光学装置和增强现实显示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109581664A true CN109581664A (zh) | 2019-04-05 |
Family
ID=65932201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811624222.5A Pending CN109581664A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 光学装置和增强现实显示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109581664A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110780449A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-02-11 | 平行现实（杭州）科技有限公司 | 一种适配vr设备的波导显示装置 |
| CN112904566A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-04 | 深圳珑璟光电科技有限公司 | 照明光学系统及光学显示设备 |
| CN112987166A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-18 | 深圳珑璟光电科技有限公司 | 光波导组件和头戴显示设备 |
| CN113568178A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-29 | 深圳市光舟半导体技术有限公司 | 一种波导片模型及ar眼镜 |
| CN113885212A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-01-04 | 北京灵犀微光科技有限公司 | 一种扩瞳装置 |
| WO2022267610A1 (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-29 | 华为技术有限公司 | 光学设备及电子设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8830588B1 (en) * | 2012-03-28 | 2014-09-09 | Rockwell Collins, Inc. | Reflector and cover glass for substrate guided HUD |
| CN105629474A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-06-01 | 成都理想境界科技有限公司 | 一种近眼显示系统及头戴显示设备 |
| CN108983425A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种二维出瞳扩展波导近眼光学显示装置 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811624222.5A patent/CN109581664A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8830588B1 (en) * | 2012-03-28 | 2014-09-09 | Rockwell Collins, Inc. | Reflector and cover glass for substrate guided HUD |
| CN105629474A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-06-01 | 成都理想境界科技有限公司 | 一种近眼显示系统及头戴显示设备 |
| CN108983425A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种二维出瞳扩展波导近眼光学显示装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110780449A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-02-11 | 平行现实（杭州）科技有限公司 | 一种适配vr设备的波导显示装置 |
| CN112904566A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-04 | 深圳珑璟光电科技有限公司 | 照明光学系统及光学显示设备 |
| CN112987166A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-18 | 深圳珑璟光电科技有限公司 | 光波导组件和头戴显示设备 |
| WO2022267610A1 (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-29 | 华为技术有限公司 | 光学设备及电子设备 |
| CN113568178A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-29 | 深圳市光舟半导体技术有限公司 | 一种波导片模型及ar眼镜 |
| CN113885212A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-01-04 | 北京灵犀微光科技有限公司 | 一种扩瞳装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109581664A (zh) | 光学装置和增强现实显示装置 | |
| AU2020205208B2 (en) | Multiple depth plane three-dimensional display using a wave guide reflector array projector | |
| CN107238928B (zh) | 一种阵列波导 | |
| US10386642B2 (en) | Holographic see-through optical device, stereoscopic imaging system, and multimedia head mounted system | |
| US10247942B2 (en) | Device for extending the exit pupil and head up display comprising said device | |
| CN110543022B (zh) | 一种增强现实装置及穿戴设备 | |
| CN104503087B (zh) | 偏振导光的平面波导光学显示器件 | |
| CN104536138B (zh) | 带有锯齿夹层结构的平面波导双目光学显示器件 | |
| CN109683317A (zh) | 增强现实目镜装置和增强现实显示装置 | |
| US20170315346A1 (en) | Robust Architecture for Large Field of View Components | |
| WO2019157987A1 (zh) | 单眼大视场近眼显示设备及双目大视场近眼显示设备 | |
| CN107329273A (zh) | 一种近眼显示装置 | |
| CN110161697B (zh) | 近眼显示装置及近眼显示方法 | |
| CN105259605A (zh) | 光导结构和光学器件 | |
| IL160902A (en) | Flat-panel projection display | |
| CN109073909A (zh) | 具有反射转向阵列的成像光导 | |
| US10962782B2 (en) | Exit pupil expansion via curved waveguide | |
| CN108415162A (zh) | 近眼显示设备 | |
| CN109343222A (zh) | 增强现实光学装置 | |
| KR20080044040A (ko) | 헤드 마운트 디스플레이용 광학계 | |
| CN103513422A (zh) | 透视显示器件 | |
| JP2023549313A (ja) | インターモーダル結合によるスラブ導波路およびプロジェクタ | |
| CN116400502A (zh) | 光传输结构和头戴显示设备 | |
| CN116400501A (zh) | 光传输结构和头戴显示设备 | |
| CN112882229A (zh) | 一种增强现实显示系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190405 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |