CN115616774A - 分孔径式微投影装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种分孔径式微投影装置及其方法，其能够在实现大孔径的同时，仍保持较小的体积和重量，且能够避免大孔径导致的边缘视场照度低的情况，增大光瞳上的均匀性及亮度。该孔径式微投影装置，供与光波导相结合以形成增强现实设备，其中该分孔径式微投影装置包括：至少一图像源，用于发射多束图像光；和多个子孔径镜头，其中该多个子孔径镜头被并排地设置于该至少一图像源的发光侧，并且该多个子孔径镜头与经由该至少一图像源发射的该多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至该光波导的耦入区域。

Description

分孔径式微投影装置及其方法

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及分孔径式微投影装置及其方法。

背景技术

增强现实(AR)作为一种将虚拟世界信息与真实世界信息“无缝”集成的技术，是将微型投影仪上的像素通过光学组合器投射到人眼中，并同时透过光学组合器看到真实世界，即将通过微型投影仪提供的虚拟内容与真实环境实时地叠加到了同一个画面或空间以同时存在，使用户获得虚拟与现实融合的体验。因此，该光学组合器的设计要求之一就是不能遮挡前方视线，具有较高的透过率。

现有技术中存在多种增强现实系统的实现方案，主要由光机(包括照明系统、微显示屏、成像系统)和光学组合器(如分光棱镜、自由曲面、birdbath或光波导)组成。但从光学效果、外观形态和量产前景来说，光波导是目前最佳的增强现实方案，具有极好的发展潜力。众所周知，光波导的基础是轻薄透明的玻璃基底(其厚度一般在几毫米或亚毫米级别)，使得光通过在该玻璃基底的上下表面之间来回全反射以前进，即当传输介质的折射率大于周围介质的折射率且在波导中的入射角大于全反射临界角时，光可以在该光波导内发生全反射以进行无泄漏地传输。这样，来自投影仪的图像光被耦入该光波导后，图像光就在该光波导内继续无损地传播，直至被后续结构耦出。

目前，市面上的波导通常被分为几何阵列波导和衍射光波导。该几何光波导通常指的是阵列光波导，其通过阵列反射镜堆叠来实现图像的输出和动眼眶的扩大，以使图像质量和效率可以达到较高的水准。该衍射光波导则主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导，使得其具有极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，而具有明显的优势。

现有的光波导虽然可进行一维扩瞳，也可以进行二维扩瞳，但当光波导只进行一维扩瞳时，则需要使用光机进行另一个维度的扩瞳，以得到较大的eyebox。然而，当需要光机进行扩瞳以获得较大的eyebox时，该光机的光瞳(孔径)自然会大幅增大(甚至达到20mm以上)，这样在一定的视场角下，当投影系统所用的屏幕比较小时，系统的F数将减小至1以下，导致光机中的成像系统(即镜头)设计会变得比较困难，不仅会导致光机的尺寸大幅地增大，而且还会造成像质降低。例如，如图1所示，现有的光机1P包括像面半高为1.3mm的屏幕11P，光瞳大小为12mm的单孔径镜头12P，并且该光机1P的视场角为15°，此时该单孔径镜头12P的F数约为0.49，而要完成此镜头的设计至少需要十几片透镜，且设计难度非常大。以由十片透镜设计而成的该单孔径镜头12P为例，该光机1P的最大口径为23mm，总长达到26mm，并且由图2所示的该光机1P的MTF曲线图易知，该光机1P的像质非常差。

发明内容

本发明的一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其能够在实现大孔径的同时，仍保持较小的体积和重量。

本发明的一优势在于提供了增强现实设备，其能够避免大孔径导致的边缘视场照度低的情况，有助于增大光瞳上的均匀性及亮度。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置能够利用多个孔径较小的子孔径镜头来替代一个孔径较大的单孔径镜头，不仅能够减小装置的体积和重量，而且还能够降低镜头的设计难度，提高像质。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置能够沿着不同于光波导的扩瞳方向排布所述多个子孔径镜头，以进行另一维度方向的扩瞳，从而实现较大的eyebox。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置中所述多个子孔径镜头的排布方向垂直于所述光波导的扩瞳方向，以最大限度地增大eyebox。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置中多个子孔径镜头的视场存在部分重叠，以便保证eyebox范围的连续性。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置的所述多个子孔径镜头的视场交叠处设置光波导，以在实现连续的eyebox范围的同时，最大限度地减小设备尺寸。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置可以包括与所述多个子孔径镜头一一对应的多个子图像源，有助于在降低设计难度的同时，增大整个光瞳上的照度均匀性。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述分孔径式微投影装置也可以包括与所述多个子孔径镜头对应的一个单图像源，有助于降低成本，减小装调难度。

本发明的另一优势在于提供了分孔径式微投影装置及其方法，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供分孔径式微投影装置及其方法，同时还增加了所述分孔径式微投影装置及其方法的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了分孔径式微投影装置，供与光波导相结合以形成增强现实设备，其中所述分孔径式微投影装置包括：

至少一图像源，用于发射多束图像光；和

多个子孔径镜头，其中所述多个子孔径镜头被并排地设置于所述至少一图像源的发光侧，并且所述多个子孔径镜头与经由所述至少一图像源发射的该多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至该光波导的耦入区域。

根据本申请的一实施例，所述多个子孔径镜头的排布方向不平行于该光波导的扩瞳方向。

根据本申请的一实施例，所述多个子孔径镜头的排布方向垂直于该光波导的扩瞳方向。

根据本申请的一实施例，每个所述子孔径镜头包括透镜组和光阑，其中所述光阑被设置于所述透镜组的光轴方向，并且所述透镜组位于所述光阑和所述图像源之间。

根据本申请的一实施例，相邻的所述子孔径镜头的视场交叠位置适于设置该光波导。

根据本申请的一实施例，所述多孔径式微投影装置中的各个指标满足以下公式：

(2*p*tanω+d)*n≥D (1)

其中：p为该光波导与所述光阑之间的距离；ω为所述多孔径式微透镜装置的半视场角；d为所述子孔径镜头的所述光阑的口径；n为所述子孔径镜头的数量；D为所述多孔径式微透镜装置所需的光瞳；L为相邻的所述子孔径镜头的子孔径距离。

根据本申请的一实施例，所述多孔径式微投影装置所需的光瞳D在10mm至30mm之间。

根据本申请的一实施例，所述多孔径式微投影装置的半视场角ω在5°至90°之间。

根据本申请的一实施例，所述至少一图像源为被并排设置的多个子图像源，其中所述多个子图像源与所述多个子孔径镜头一一对应，并且所述子孔径镜头用于调制经由对应的所述子图像源发射的图像光以投射至该光波导。

根据本申请的一实施例，所述子图像源是对角线半长度为1.3mm的屏幕。

根据本申请的一实施例，所述至少一图像源为一个单图像源，其中所述单图像源对应于所述多个子孔径镜头，并且所述单图像源用于发射与所述多个子孔径镜头一一对应的多束图像光。

根据本申请的一实施例，所述单图像源是对角线半长度为5.9mm的屏幕。

根据本申请的一实施例，所述至少一图像源为Micro-LED屏幕或OLED屏幕。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了分孔径式微投影装置的制造方法，包括步骤：

提供至少一图像源；和

并排地设置多个子孔径镜头于该至少一图像源的发光侧，其中该多个子孔径镜头与经由该至少一图像源发射的多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至光波导的耦入区域。

根据本申请的一实施例，在所述提供至少一图像源的步骤中：并排设置多个子图像源以形成该至少一图像源，其中该多个子图像源与该多个子孔径镜头一一对应，并且该子孔径镜头用于调制经由对应的该子图像源发射的图像光以投射至该光波导。

根据本申请的一实施例，在所述提供至少一图像源的步骤中：该至少一图像源为一个单图像源，其中该单图像源对应于该多个子孔径镜头，并且该单图像源用于发射与该多个子孔径镜头一一对应的多束图像光。

根据本申请的一实施例，在所述并排地设置多个子孔径镜头于该至少一图像源的发光侧，其中该多个子孔径镜头与经由该至少一图像源发射的多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至光波导的耦入区域的步骤中：沿着垂直于该光波导的扩瞳方向的方向排布该多个子孔径镜头。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了现有的一种光机的结构示意图。

图2示出了上述现有的一种光机的MTF曲线示意图。

图3是根据本发明的一实施例的多孔径式微投影装置的应用示意图。

图4示出了根据本发明的上述实施例的所述多孔径式微投影装置的子孔径镜头的第一示例。

图5示出了根据本发明的上述第一示例的所述多孔径式微投影装置的MTF曲线示意图。

图6示出了根据本发明的上述第一示例的所述多孔径式微投影装置的畸变曲线示意图。

图7示出了根据本发明的上述第一示例的所述多孔径式微投影装置的场曲曲线示意图。

图8示出了根据本发明的上述第一示例的所述多孔径式微投影装置的相对照度示意图。

图9示出了现有的另一种光机的结构示意图。

图10示出了上述现有的另一种光机的MTF曲线示意图。

图11示出了根据本发明的上述实施例的所述多孔径式微投影装置的子孔径镜头的第二示例。

图12是根据本申请的一实施例的一增强现实设备的结构示意图，其被实施为配置有光波导的AR眼镜。

图13是根据本申请的一实施例的多孔径式微投影装置的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

近年来，随着增强现实技术的飞速发展，能够实现增强现实的设备或装置也越来越受到人们的欢迎和使用。然而，现有的一维扩瞳的光波导(包括几何光波导和衍射光波导)只能在一个方向(如X方向)上对出瞳进行扩展，此时就需要光机(即投影装置)来负责完成另一个方向(如Y方向)的扩瞳。但当需要较大的eyebox时，则光机的光瞳尺寸会增大，甚至高达20mm以上。这样，在一定的视场角下，如果光机采用的屏幕比较小，焦距较短，则光机的F数将减小至1一下，使光机的设计难度变得比较困难；而如果采用较大的屏幕来使F数增大，必然会使得焦距增大，导致光机的总长增大，进而导致设备的整体体积增大，这与当下电子设备的小型化的发展趋势相违背。因此，为了解决上述问题，本发明提供了一种分孔径式微投影装置及其方法和设备，其能够在实现大孔径的同时，仍保持较小的体积和重量。

参考附图3至图4所示，根据本申请的一实施例的分孔径式微投影装置被阐明，其中所述分孔径式微投影装置1能够与光波导2相结合以形成增强现实设备，用于投射图像光至所述光波导2中，以通过所述光波导2将该图像光传输至用户眼中，并且外部环境光线能够透过所述光波导1以入射至该用户眼中，使得用户获得增强现实体验。

具体地，如图3和图4所示，所述分孔径式微投影装置1可以包括用于发射多束图像光的至少一图像源10和多个子孔径镜头20，其中所述多个子孔径镜头20被并排地设置于所述至少一图像源10的发光侧，并且所述多个子孔径镜头20与经由所述至少一图像源10发射的该多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至所述光波导2的耦入区域，从而通过所述光波导2将该图像光传输至用户眼中以成像。

值得注意的是，由于所述分孔径式微投影装置1的所述多个子孔径镜头20被并排地设置，使得所述子孔径镜头20的孔径虽然较小，但所述分孔径式微投影装置1却可以实现较大的光瞳(孔径)，因此本发明的所述分孔径式微投影装置1能够将所需的较大光瞳(孔径)分为多个较小的子孔径，有助于减小设计难度。与此同时，在对应于大孔径系统(即单孔径系统)的视场边缘部分也存在相对独立的小孔径镜头(即所述子孔径镜头20)，有助于避免因单孔径系统的NA角太大而导致光瞳边缘产生暗角的问题，有助于增大光瞳上的均匀性。此外，与相同指标下的单孔径系统相比，本申请的所述多孔径式微投影装置1的体积更小，更易于产品化。

更具体地，根据本申请的上述实施例，所述分孔径式微投影装置1中所述多个子孔径镜头20的排布方向不平行于所述光波导2的扩瞳方向，也就是说，所述分孔径式微投影装置1的扩瞳方向与所述光波导2的扩瞳方向不同，使得所述增强现实设备能够获得足够大的eyebox，有助于满足用户的使用需求，获得舒适的佩戴体验。可以理解的是，当所述增强现实设备被实施为AR眼镜时，动眼眶(即eyebox)范围的增大，能够使用户在佩戴上该AR眼镜后，用户的眼睛能够在镜片中心点的周围移动较大的范围，仍能够清晰地看到图像，更加容易使产品适应所有人群。

优选地，所述多个子孔径镜头20的排布方向垂直于所述光波导2的扩瞳方向。示例性地，当所述光波导2的扩瞳方向被实施为X轴方向(如图3所示的垂直于纸面的方向)时，所述多个子孔径镜头20优选地沿着Y轴方向(如图3所示的竖直方向)进行排布，从而使得当所述光波导2沿着水平方向对出瞳进行扩展的同时，所述分孔径式微投影装置1能够沿着竖直方向对出瞳进行扩展，有助于确保所述增强现实设备获得足够大的eyebox。

值得注意的是，所述光波导2可以被实施为一维扩瞳的光波导。例如，所述光波导2能够被实施为能够进行一维扩瞳的几何光波导，或者所述光波导2也可以被实施为仅设有一维光栅的衍射光波导，只要能够进行一维扩瞳即可，本申请对此不再赘述。

此外，所述分孔径式微投影装置1中的所述图像源10可以但不限于被实施为诸如Micro-LED或OLED等自发光屏幕。

根据本申请的上述实施例，如图3和图4所示，每个所述子孔径镜头20可以包括透镜组21和光阑22，其中所述光阑22被设置于所述透镜组21的光轴方向，并且所述透镜组21位于所述光阑22和所述图像源10之间，使得经由所述图像源10发射的该图像光先穿过所述透镜组21，再穿过所述光阑22后以传播至所述光波导2的耦入区域。换言之，本申请的所述光阑22被前置，以通过所述光阑22来限定所述子孔径镜头20的光瞳大小。可以理解的是，所述子孔径镜头20的所述透镜组21中透镜的材质可以被实施为玻璃，也可以被实施为透明树脂。

值得注意的是，由于所述子孔径镜头20的光阑前置特性，使得所述透镜组21中靠前(即靠近所述光阑22)的透镜的口径大于所述光阑22的口径(即子光瞳的尺寸)，因此为了避免相邻的所述子孔径镜头20之间产生相碰撞的情况，所述分孔径式微投影装置1中相邻的所述子孔径透镜20的子光瞳无法相接，只能使所述光波导2远离所述子孔径镜头20的所述光阑22。与此同时，为了不遗漏任何视场的光线信息，所述光波导2优选地位于相邻的所述子孔径镜头20的视场交叠位置，以便在确保实现连续的eyebox范围的同时，最大限度地减小设备的长度尺寸。可以理解的是，在本申请的其他示例中，所述光波导2也可以被设置于距离所述光阑22更远的位置，此时仍可以确保eyebox范围的连续性。

示例性地，所述增强现实设备中所述多孔径式微投影装置1中的各个指标需满足以下公式(1)和(2)：

(2*p*tanω+d)*n≥D (1)

其中：p为所述光波导2与所述光阑22之间的距离；ω为所述多孔径式微透镜装置1的半视场角；d为所述子孔径镜头20的所述光阑22的口径；n为所述子孔径镜头20的数量；D为所述多孔径式微透镜装置1所需的光瞳；L为相邻的所述子孔径镜头20的子孔径距离。

在本申请的一示例中，所述多孔径式微透镜装置1所需的光瞳D可以但不限于被实施为10mm至30mm。优选地，所述多孔径式微透镜装置1所需的光瞳D被实施为20mm。

在本申请的一示例中，所述多孔径式微透镜装置1的半视场角ω可以但不限于被实施为5°至90°。优选地，所述多孔径式微透镜装置1的半视场角ω被实施为15°。

值得注意的是，为了尽可能减小系统体积，相邻的所述子孔径镜头20的子孔径距离L越小越好；为了减小系统重量和体积，所述子孔径镜头20的数量也是越小越好，但所述子孔径镜头20的数量应大于或等于两个。为了尽可能简化系统，所述子孔径镜头20的所述光阑22的口径d则越大越好。为了尽可能地缩短系统长度，所述光波导2与所述光阑22之间的距离p则越小越好。

此外，在本申请的一示例中，所述子孔径镜头20的焦距f可以但不限于被实施为3mm至90mm。优选地，所述子孔径镜头20的焦距f被实施为9.8mm。

在本申请的一示例中，所述子孔径镜头20的F数可以但不限于被实施为0.3至3.5。优选地，所述子孔径镜头20的F数被实施为2。

值得注意的是，在本申请的第一示例中，如图3所示，所述多孔径式微透镜装置1中的所述至少一图像源10可以被实施为被并排设置的多个子图像源11，其中所述多个子图像源11与所述多个子孔径镜头20一一对应，并且所述子孔径镜头20用于调制经由对应的所述子图像源11发射的该图像光，以投射至所述光波导2的耦入区域。可以理解的是，由于所述多孔径式微透镜装置1包括多个所述子图像源11，且所述子图像源11与所述子孔径镜头20一一对应，因此每个所述子图像源11的尺寸较小，即在本申请的这一示例中，所述多孔径式微透镜装置1中所需屏幕的像高较小，如对角线半长度为1.3mm的屏幕。

示例性地，为了设计光瞳大小为20mm且视场角为15°的微投影系统，本申请的所述多孔径式微透镜装置1可以包括四个所述子图像源11和四个所述子孔径镜头20，其中所述子图像源11为对角线半长度为1.3mm的屏幕，并且所述子孔径镜头20的光阑口径为4mm。则所述多孔径式微透镜装置1的所述子孔径镜头20的焦距为9.8mm，F数为2.47，有助于减小其设计难度，并且能够增大整个光瞳上的照度均匀性。

这样，由上式(1)和(2)计算可得：所述光波导2与所述光阑22之间的最小距离p为3.8mm；相邻的所述子孔径镜头20的子孔径距离L为1mm；则所述多孔径式微透镜装置1的整体总长为11.8mm，最大口径为12.2mm。因此，相比于如图1所示的单孔径系统的体积，本申请的所述多孔径式微投影装置1的整体系统体积得以大幅地减小。

值得注意的是，由于本申请的这一示例中所述子孔径镜头20的F数为2.47，使得所述子孔径镜头20的设计难度得以降低，因此如图5所示，本申请的所述子孔径镜头20仅需要四片透镜就能够获得较好的成像像质。

此外，根据本申请的这一示例中所述多孔径式微投影装置1的MTF曲线图如图5所示，其畸变曲线图如图6所示，其场曲曲线图如图7所示，其相对照度图如图8所示。因此由上述像质评价曲线可得所述多孔径式微投影装置1的成像质量良好，且相对照度大于85％，以具备较好的投影质量。

值得注意的是，由于根据本申请的上述示例中所述多孔径式微透镜装置1采用了多个自发光屏幕(即所述子图像源11)，因此所述多孔径式微透镜装置1的成本较大，且装调不易。而类似于如图1所示的传统单孔径成像方案，在保持设计指标(即光瞳大小为20mm，且视场角为15°)不变的情况下，如图9所示的另一单孔径成像方案，该光机2P中屏幕21P的半像高被增大至5.9mm，且该光机2P中单孔径镜头22P的F数被增大至2.24。此时，经计算可知该单孔径镜头22P的焦距约为45mm，则该光机2P的整体长度高达41mm，最大口径为21mm，畸变达到2％，导致该光机2P的总长较长，体积较大。此外，由图10所示的该光机2P的MTF曲线图易知，该光机2P的像质也较差。

为了解决上述问题，在本申请的第二示例中，如图11所示，所述多孔径式微透镜装置1中的所述至少一图像源10也可以被实施为一个单图像源12，其中所述单图像源12对应于所述多个子孔径镜头20，并且所述单图像源12用于发射与所述多个子孔径镜头20一一对应的多束图像光，使得每个所述子孔径镜头20调制经由所述单图像源12发射的对应的图像光。可以理解的是，由于所述多孔径式微透镜装置1仅包括一个所述单图像源12，且一个所述单图像源12需要与多个所述子孔径镜头20同时对应，因此在本申请的这一示例中，所述多孔径式微透镜装置1只需要采用一个较大的屏幕来替代多个尺寸较小的屏幕，有助于降低成本，且减小装调难度。

示例性地，所述多孔径式微透镜装置1的所述单图像源12可以被实施为对角线半长度为5.9mm的屏幕，并且其具有并排分布的多个图像区域120，并且所述图像区域120与所述子孔径镜头20一一对应，使得所述子孔径镜头20能够调制经由对应的所述图像区域120发射的图像光，以将该图像光投射至所述光波导2的耦入区域的对应位置。

根据本申请的另一方面，如图12所示，本申请进一步提供了一种增强现实设备4，其中所述增强现实设备4可以包括多孔径式微投影装置1、光波导2以及设备主体3，其中所述多孔径式微投影装置1和所述光波导2被对应地设置于所述设备主体3，使得经由所述多孔径式微投影装置1投射的图像光被所述光波导2传播至用户眼睛而被接收以看到对应的图像。

在本申请的一示例中，如图12所示，所述增强现实设备4的所述设备主体3可以被实施为一眼镜架31，其包括一横梁部311和一对镜腿部312，其中所述镜腿部312分别从所述横梁部311的左右两侧向后延伸，以形成具有眼镜架结构的所述设备主体3。所述光波导2被设置于所述横梁部311，以作为用于近眼显示的眼镜镜片。

示例性地，如图12所示，所述光波导2中的耦入区域可以对应于所述眼镜架31的所述横梁部311；此时，所述多孔径式微投影装置1被安装于所述眼镜架31的所述横梁部311，使得当用户佩戴所述增强现实设备4时，所述多孔径式微投影装置1对应地位于用户的额头附近，有助于为所述多孔径式微投影装置1预留更大的安装空间。

值得注意的是，所述增强现实设备4除了被实施为AR眼镜之外，所述增强现实设备4还可以被实施为平视显示器(HUD)。众所周知，HUD是光波导的另外一个极具前景的应用，特别是车载HUD能够使车主在驾驶行车时，无需低头就能够查看汽车相关信息，眼睛视线不需要在路况和显示器之间来回切换，以保证驾驶的安全性和舒适性。而AR-HUD是通过内部特殊设计的光学系统将图像信息精确地结合于实际交通路况中，将胎压、速度、转速等信息投射到前挡风玻璃后反射形成远处的虚像以进入人眼，使得用户通过前挡风玻璃的显示区域就可以观察到与实际路况融合的提示信息。此外，与目前市场上通用的W-HUD相比，由于AR-HUD的结构紧凑轻薄，能够大幅地节省车内安装空间，因此AR-HUD对于用户而言，具有更大的直观性，并通过结合现实路况信息，实时地出现一些虚拟箭头等信息来直观地引导驾驶员前进，从而避免在驾驶中出现开过路口和分散驾驶员注意力的情况。

根据本申请的另一方面，如图13所示，本申请的一实施例进一步提供了一种多孔径式微投影装置的制造方法，可以包括步骤：

S100：提供至少一图像源10；和

S200：并排地设置多个子孔径镜头20于该至少一图像源10的发光侧，其中该多个子孔径镜头20与经由该至少一图像源10发射的多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至光波导2的耦入区域。

值得注意的是，在本申请的一示例中，在所述步骤S100中：并排设置多个子图像源11以形成该至少一图像源10，其中该多个子图像源11与该多个子孔径镜头20一一对应，并且该子孔径镜头20用于调制经由对应的该子图像源11发射的图像光以投射至该光波导2。

在本申请的另一示例中，在所述步骤S100中：该至少一图像源10为一个单图像源12，其中该单图像源12对应于该多个子孔径镜头20，并且该单图像源12用于发射与该多个子孔径镜头20一一对应的多束图像光。

在本申请的一示例中，在所述步骤S200中：沿着垂直于该光波导2的扩瞳方向的方向排布该多个子孔径镜头20。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (17)

1.分孔径式微投影装置，供与光波导相结合以形成增强现实设备，其特征在于，其中所述分孔径式微投影装置包括：

至少一图像源，用于发射多束图像光；和

多个子孔径镜头，其中所述多个子孔径镜头被并排地设置于所述至少一图像源的发光侧，并且所述多个子孔径镜头与经由所述至少一图像源发射的该多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至该光波导的耦入区域。

2.如权利要求1所述的分孔径式微投影装置，其中，所述多个子孔径镜头的排布方向不平行于该光波导的扩瞳方向。

3.如权利要求2所述的分孔径式微投影装置，其中，所述多个子孔径镜头的排布方向垂直于该光波导的扩瞳方向。

4.如权利要求3所述的分孔径式微投影装置，其中，每个所述子孔径镜头包括透镜组和光阑，其中所述光阑被设置于所述透镜组的光轴方向，并且所述透镜组位于所述光阑和所述图像源之间。

5.如权利要求4所述的分孔径式微投影装置，其中，相邻的所述子孔径镜头的视场交叠位置适于设置该光波导。

6.如权利要求5所述的分孔径式微投影装置，其中，所述多孔径式微投影装置中的各个指标满足以下公式：

(2*p*tanω+d)*n≥D (1)

其中：p为该光波导与所述光阑之间的距离；ω为所述多孔径式微透镜装置的半视场角；d为所述子孔径镜头的所述光阑的口径；n为所述子孔径镜头的数量；D为所述多孔径式微透镜装置所需的光瞳；L为相邻的所述子孔径镜头的子孔径距离。

7.如权利要求6所述的分孔径式微投影装置，其中，所述多孔径式微投影装置所需的光瞳D在10mm至30mm之间。

8.如权利要求6所述的分孔径式微投影装置，其中，所述多孔径式微投影装置的半视场角ω在5°至90°之间。

9.如权利要求1至8中任一所述的分孔径式微投影装置，其中，所述至少一图像源为被并排设置的多个子图像源，其中所述多个子图像源与所述多个子孔径镜头一一对应，并且所述子孔径镜头用于调制经由对应的所述子图像源发射的图像光以投射至该光波导。

10.如权利要求9所述的分孔径式微投影装置，其中，所述子图像源是对角线半长度为1.3mm的屏幕。

11.如权利要求1至8中任一所述的分孔径式微投影装置，其中，所述至少一图像源为一个单图像源，其中所述单图像源对应于所述多个子孔径镜头，并且所述单图像源用于发射与所述多个子孔径镜头一一对应的多束图像光。

12.如权利要求11所述的分孔径式微投影装置，其中，所述单图像源是对角线半长度为5.9mm的屏幕。

13.如权利要求1至8中任一所述的分孔径式微投影装置，其中，所述至少一图像源为Micro-LED屏幕或OLED屏幕。

14.分孔径式微投影装置的制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供至少一图像源；和

并排地设置多个子孔径镜头于该至少一图像源的发光侧，其中该多个子孔径镜头与经由该至少一图像源发射的多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至光波导的耦入区域。

15.如权利要求14所述的分孔径式微投影装置的制造方法，其中，在所述提供至少一图像源的步骤中：并排设置多个子图像源以形成该至少一图像源，其中该多个子图像源与该多个子孔径镜头一一对应，并且该子孔径镜头用于调制经由对应的该子图像源发射的图像光以投射至该光波导。

16.如权利要求14所述的分孔径式微投影装置的制造方法，其中，在所述提供至少一图像源的步骤中：该至少一图像源为一个单图像源，其中该单图像源对应于该多个子孔径镜头，并且该单图像源用于发射与该多个子孔径镜头一一对应的多束图像光。

17.如权利要求14至16中任一所述的分孔径式微投影装置的制造方法，其中，在所述并排地设置多个子孔径镜头于该至少一图像源的发光侧，其中该多个子孔径镜头与经由该至少一图像源发射的多束图像光一一对应，用于调制对应的该图像光以投射至光波导的耦入区域的步骤中：沿着垂直于该光波导的扩瞳方向的方向排布该多个子孔径镜头。

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