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    • 专利摘要:
    本申请实施例提供一种增强现实光学系统和增强现实眼镜，增强现实光学系统包括：光波导、激光模组和振镜；光波导上设置有耦入区、耦出区和中转区，激光模组发射光束的方向与光波导所在的平面的夹角不小于60度，激光模组用于发射光束，中转区用于接收来自激光模组的光束并将光束衍射至振镜，振镜用于扫描和反射光束至耦入区，耦入区用于将光束耦入至光波导内以使光束在光波导内全反射传播，耦出区用于将经光波导全反射的光束耦出至人眼成像。本申请实施例提供一种增强现实光学系统和增强现实眼镜，可以提高AR眼镜的显示效果，节省内部空间。
    公开号:CN214335365U
    申请号:CN202023273467.3U
    申请日:2020-12-29
    公开日:2021-10-01
    发明作者:朱璐璐
    申请人:Huawei Technologies Co Ltd；
    IPC主号:G02B27-01
    专利说明:
    [n0001] 本申请涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种增强现实光学系统和增强现实眼镜。
    [n0002] 增强现实(augmented reality，AR)技术是一种实时计算光引擎系统(也称为投影仪或光机)射出的影像的位置及角度并加上相应图像的技术。由于增强现实技术使虚拟世界与真实世界实现互动，目前已广泛应用在增强现实装置中，例如AR眼镜，能够将虚拟图像投影到人眼中，实现虚拟图像与真实图像的叠加。
    [n0003] 相关技术中，增强现实眼镜的光学系统包括光波导和光引擎结合的方案，激光模组出射的激光束入射到反射镜，经反射镜反射后，入射到振镜上，由振镜扫描反射后的光束入射到光波导的耦入区，在光波导中传播后经耦出区出射，可达到人眼。
    [n0004] 然而反射镜可能会影响到AR眼镜的显示效果，且由于其需要占用一定空间，影响AR眼镜的结构设计。
    [n0005] 本申请实施例提供一种增强现实光学系统和增强现实眼镜，可以提高AR眼镜的显示效果，节省内部空间。
    [n0006] 本申请实施例一方面提供一种增强现实光学系统，包括：光波导、激光模组和振镜；光波导上设置有耦入区、耦出区和中转区，激光模组发射光束的方向与光波导所在的平面的夹角不小于60度，激光模组用于发射光束，中转区用于接收来自激光模组的光束并将光束衍射至振镜，振镜用于扫描和反射光束至耦入区，耦入区用于将光束耦入至光波导内以使光束在光波导内全反射传播，耦出区用于将经光波导全反射的光束耦出至人眼成像。
    [n0007] 本申请实施例提供的增强现实光学系统，通过在光波导上设置额外的中转区，使激光模组发出的光束可以首先经过额外的中转区进行衍射，再经振镜扫描反射，再经光波导上的耦入区耦入至光波导内，光波导上设置的额外的中转区，可以起到光线转折作用，避免增设反射镜导致的显示不佳和外观美观性不高的问题，使得激光模组和振镜的位置设置更加灵活。
    [n0008] 在一种可能的实施方式中，中转区包括第一中转区和第二中转区，第一中转区和第二中转区被配置为分别对不同的预设角度的光线进行衍射，第一中转区用于接收来自激光模组的光束并将光束衍射至第二中转区，第二中转区用于将光束衍射至振镜。
    [n0009] 设置两个中转区对光线进行转折，在避免增设反射镜导致的显示不佳和外观美观性不高的问题的基础上，还可以进一步提高激光模组和振镜的位置设置的灵活性。
    [n0010] 在一种可能的实施方式中，振镜为二维振镜。
    [n0011] 二维振镜可以同时对光束进行两个方向上的旋转振动，一个光波导可以对应设置一个二维振镜，此时，光学系统的光引擎的部件数量少，有利于结构设计和外观设计。
    [n0012] 在一种可能的实施方式中，中转区包括第一中转区和第二中转区，振镜包括第一振镜和第二振镜，第一振镜和第二振镜均为一维振镜且旋转振动方向互相垂直，第一中转区用于接收来自激光模组的光束并将光束衍射至第一振镜，第一振镜用于扫描和反射光束至第二中转区，第二中转区用于将光束衍射至第二振镜，第二振镜用于扫描和反射光束至耦入区。
    [n0013] 经过第一振镜和第二振镜的两次扫描后得到的图像，显示效果较佳，此时，两个中转区对应于两个振镜设置，以实现两次光线转折。
    [n0014] 在一种可能的实施方式中，第一中转区被配置为对预设角度的光线进行衍射，第二中转区被配置为预设角度范围内的光线进行衍射，其中第一中转区的尺寸小于第二中转区的尺寸。
    [n0015] 第一中转区用来对来自激光模组的角度固定的光线进行衍射，经过第一振镜扫描后的光束尺寸变大，角度范围增大，第二中转区的尺寸设置和衍射特性设置，可以适应经过第一振镜扫描后的光线。
    [n0016] 在一种可能的实施方式中，耦入区和耦出区上分别设置有光栅，耦入区和耦出区被配置为对任意角度的光线进行衍射。
    [n0017] 耦入区用来将任意角度的光线耦入光波导内，耦出区用来将任意角度的光线耦出，通过光栅的衍射可以方便地实现耦入区和耦出区的功能。
    [n0018] 在一种可能的实施方式中，中转区紧邻耦入区设置，中转区的尺寸不小于激光模组发射光束的光斑尺寸。
    [n0019] 中转区可以紧邻耦入区设置，以缩短光线的传播路径，使得光波导上的光栅布局更加紧凑，有利于光波导的小型化设计，中转区的尺寸可以不小于激光模组发出的激光束的光斑尺寸，以使中转区可以将激光模组发射的光束全部反射到振镜上。
    [n0020] 在一种可能的实施方式中，中转区为全息光栅或超表面结构。
    [n0021] 使用全息光栅或者超表面结构作为中转区，均可以实现使光线发生衍射以转折路径的功能。
    [n0022] 本申请实施例另一方面提供一种增强现实眼镜，包括镜片、镜架、镜腿和如上的增强现实光学系统，镜片安装在镜架内，镜腿连接在镜架的两侧。
    [n0023] 将上述增强现实光学系统应用在增强现实眼镜中时，由于光波导上额外的中转区的设置，可以起到光线转折作用，因此激光模组和振镜的位置设置更加灵活，可以降低结构设计的难度和提高外观的美观性。
    [n0024] 在一种可能的实施方式中，镜片包括光波导，激光模组设置在镜腿上，振镜设置在镜腿上或者镜架上。
    [n0025] 将激光模组设置在镜腿上，将振镜设置在镜腿或者镜架上，可以使得光引擎的结构更加紧凑，体积更小，有利于AR眼镜的小型化设计和外观美观性。
    [n0026] 本申请实施例提供的增强现实光学系统和增强现实眼镜，通过在光波导上设置额外的中转区，使激光模组发出的光束可以首先经过额外的中转区进行衍射，再经振镜扫描反射，再经光波导上的耦入区耦入至光波导内，光波导上设置的额外的中转区，可以起到光线转折作用，避免增设反射镜导致的显示不佳和外观美观性不高的问题，使得激光模组和振镜的位置设置更加灵活，可以设置在镜腿上，提高AR眼镜的显示效果，节省内部空间。
    [n0027] 图1为本申请一实施例提供的AR眼镜的俯视示意图；
    [n0028] 图2为本申请一实施例提供的AR眼镜的正视示意图；
    [n0029] 图3为本申请一实施例提供的AR光学系统的原理示意图；
    [n0030] 图4为本申请一实施例提供的光波导的结构示意图；
    [n0031] 图5为相关技术提供的AR光学系统的俯视示意图；
    [n0032] 图6为相关技术提供的AR光学系统的另一种俯视示意图；
    [n0033] 图7为相关技术提供的AR光学系统的又一种俯视示意图；
    [n0034] 图8为相关技术提供的AR光学系统的再一种俯视示意图；
    [n0035] 图9为本申请一实施例提供的AR光学系统的俯视示意图；
    [n0036] 图10为本申请一实施例提供的光波导的正视示意图；
    [n0037] 图11a、图11b为本申请一实施例提供的中转区的结构示意图；
    [n0038] 图12为本申请一实施例提供的AR光学系统的另一种俯视示意图；
    [n0039] 图13为本申请一实施例提供的光波导的另一种正视示意图；
    [n0040] 图14为本申请一实施例提供的AR光学系统的又一种侧视示意图；
    [n0041] 图15为本申请一实施例提供的光波导的又一种正视示意图。
    [n0042] 附图标记说明：
    [n0043] A-镜片；B-镜腿；C-镜架；100-光波导；10-基板；11-耦入区；12-耦出区；13-中转区；131、133-第一中转区；132、134-第二中转区；200-激光模组；300-振镜；31-第一振镜；32-第二振镜；400-反射镜。
    [n0044] 本申请实施例提供一种增强现实AR眼镜，AR眼镜可以具有光学显示、摄像、音频、交互等功能。AR眼镜的结构形式可以以普通眼镜的结构作为载体，通过增加光学系统，可以将虚拟图像投影到人眼中，实现虚拟图像与真实图像的叠加，实现光学显示的功能。
    [n0045] 需要说明的是，本申请实施例的各附图中，可以定义X轴为AR眼镜的长度方向，即用户佩戴AR眼镜时左眼至右眼的方向，定义Y轴为AR眼镜的厚度方向，即镜腿的延伸方向，定义Z轴为AR眼镜的宽度方向，即用户佩戴AR眼镜时眼睛至额头的方向。
    [n0046] 图1为本申请一实施例提供的AR眼镜的俯视示意图，图2为本申请一实施例提供的AR眼镜的正视示意图。参考图1和图2所示，AR眼镜包括镜片A、镜腿B和镜架C，镜架C可以连接在镜片A的上方，镜腿B的延伸方向接近垂直于镜片A所在的平面，例如镜腿B的延伸方向与镜片A所在的平面不小于60度，不难理解，用户佩戴AR眼镜时，镜片A位于用户眼睛的前方，镜腿B架设在用户的耳朵上方。
    [n0047] AR眼镜上还设置有光学系统，光学系统的实现方式有多种，例如把来自显示源的光线投射至45度角的分光镜，分光镜反射的光线经合成器导向眼睛的Birdbath光学设计；将针孔效应应用到微型镜子上，利用微小镜面反射来自微型显示器的光线，将其导入眼睛的Pin Mirror方案；利用棱镜的偏振和反射的光学设计；用于生成图像的光引擎和用于将光引擎生成的图像传输至人眼成像的光波导结合的方案等。
    [n0048] 对于光引擎和光波导结合的方案，光引擎可以是DLP(Digital LightProcessing，数字光处理)光引擎、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)光引擎、LBS(LaserBean Scanning，激光扫描显示投影)光引擎、Micro LED(微型发光二极管)光引擎等，光波导可以是衍射光波导、全息光波导、阵列光波导等。本申请实施例提供一种AR光学系统，采用光波导加上LBS光引擎的方案，以下参考附图描述其工作原理。
    [n0049] 图3为本申请一实施例提供的AR光学系统的原理示意图，图4为本申请一实施例提供的光波导的结构示意图。参考图3和图4所示，本申请实施例提供一种AR光学系统，包括光波导100和光引擎，光引擎包括激光模组200和振镜300，光引擎的工作原理为，激光模组200出射的激光束入射到振镜300上，由振镜300旋转振动将一束激光扫描成一幅图像。
    [n0050] 光波导100包括基板10和设置在基板10上的耦入区11和耦出区12，耦入区11和耦出区12设置在基板10的一侧表面上，经LBS光引擎出射的光束入射到耦入区11，在光波导100经过全反射传播后经耦出区12出射，最终可由人眼接收。
    [n0051] 其中，激光模组包含一个或多个激光光源，以及一个或多个光学镜组，光学镜组的作用是对激光器发出的激光进行整形，使激光束成为具有圆形光斑的平行光束，或具有其他光斑形状和发散角的光束。激光光源可以是同一种颜色，也可以是多种颜色。光学镜组包括但不限于聚光镜、准直镜、合束棱镜、合束波导。此外，激光模组可能还包含激光功率探测器等其他相关器件。
    [n0052] 振镜300可以为MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)振镜，MEMS振镜是一种微机电系统器件，通过外加电压的方式使振镜绕中心轴旋转振动，在不同的时刻对入射激光束的反射角度不同，利用人眼的视觉暂留效应形成一幅图像。MEMS振镜可以是一维振镜，也可以是二维振镜。一维振镜只有一个旋转轴，二维振镜有两个互相垂直的旋转轴。
    [n0053] 将图3所示的AR光学系统直接应用到AR眼镜中时，光波导100作为镜片A，激光模组200和振镜300位于光波导100的同侧，激光模组200的发射光束的方向平行于光波导100所在的平面，此时，需要在镜片A的面向人眼的一侧增设结构件以安装激光模组200和振镜300，不难理解，该结构件会增加AR眼镜的结构设计的难度，并且可能会遮挡眼镜的视线、增加人眼与镜片A的距离、影响用户的使用体验和降低AR眼镜的外观美观性。
    [n0054] 可以理解，将上述光波导加LBS光引擎的方案应用在AR眼镜中时，可以将激光模组200和振镜300安装在镜腿B上，以降低结构设计的难度和提高外观的美观性。
    [n0055] 以下参考附图描述相关技术中提供的AR光学系统和AR眼镜的结构。
    [n0056] 图5为相关技术提供的AR光学系统的俯视示意图。参考图5所示，相关技术提供的AR光学系统，包括光波导100、激光模组200、振镜300和反射镜400，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面，反射镜400和激光模组200、振镜300均设置在光波导100的面向人眼的一侧。激光模组200出射的激光束入射到反射镜400，经反射镜400反射后，入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0057] 增加设置的反射镜400，改变了激光模组200和振镜300之间的光束的传播方向，可以使激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面，即使激光模组200的发射光束的方向与镜腿B的延伸方向一致，从而使激光模组200和振镜300可以安装在镜腿B上。
    [n0058] 然而，反射镜400自身有一定的尺寸，并且需要装调固定的空间，使得振镜300与光波导100之间的距离较远，从而经振镜300扫描出射的光斑在到达光波导100时较大，就需要较大面积的耦入区11，这对于最终显示画面的均匀性非常不利。
    [n0059] 另外，参考图5中的虚线所示，在振镜300和反射镜400的角度一定的情况下，振镜300与反射镜400的距离若过于接近，则经振镜300扫描后出射的光斑可能会无法到达耦入区11，而是到达反射镜400上，因此会导致显示画面不完整。
    [n0060] 通过改变振镜300和反射镜400的角度，增大反射镜400反射的光线在振镜300上的入射角，可以降低反射镜400和振镜300之间的距离。但是对于同一个振镜300来说，旋转振动的最大机械角度是固定的，光线入射角度为0°，即垂直入射时，扫描出来的视场角是最大的，光线入射角度越大，扫描出来的视场角越小。因此反射镜400和振镜300的距离较近时，光线在振镜300上的入射角比较大，会导致振镜300扫描出来的视场角较小，影响用户的视野。
    [n0061] 图6为相关技术提供的AR光学系统的另一种俯视示意图。参考图6所示，另一种相关技术中，AR光学系统包括光波导100、激光模组200、振镜300和反射镜400，反射镜400设置在光波导100的背离人眼的一侧，激光模组200、振镜300均设置在光波导100的面向人眼的一侧，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面。激光模组200出射的激光束透过光波导100上的非耦入区区域，再入射到反射镜400，经反射镜400反射后，再透过光波导100的非耦入区区域入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0062] 相比于图5中的方案，图6提供的方案，由于反射镜400和振镜300、激光模组200设置在不同侧，因此反射镜400的尺寸和装调空间不会使振镜300与光波导100之间的距离增大，并可以增加反射镜400和振镜300之间的距离，从而不会影响到显示画面的均匀性、完整性及振镜300的视场角。但是，反射镜400位于光波导100的背离人眼的一侧，该部件在结构上无法集成到镜腿B上，需要设置单独的结构件进行安装，导致AR眼镜的结构复杂，并且，会导致AR眼镜的镜片A的外侧凸出一部分结构，对AR眼镜的外观美观性有着较大的影响。
    [n0063] 图7为相关技术提供的AR光学系统的又一种俯视示意图。参考图7所示，又一种相关技术中，AR光学系统包括光波导100、激光模组200和振镜300反射镜400，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面，振镜300设置在光波导100的背离人眼的一侧，激光模组200设置在光波导100的面向人眼的一侧。激光模组200出射的激光束透过光波导100上的非耦入区区域，再入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0064] 图8为相关技术提供的AR光学系统的再一种俯视示意图。参考图8所示，再一种相关技术中，AR光学系统包括光波导100、激光模组200和振镜300反射镜400，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面，激光模组200设置在光波导100的背离人眼的一侧，振镜300设置在光波导100的面向人眼的一侧。激光模组200出射的激光束透过光波导100上的非耦入区，再入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0065] 图7和图8提供的方案，LBS光引擎的部分组件位于光波导100的背离人眼的一侧，该部件在结构上无法集成到镜腿B上，需要设置单独的结构件进行安装，导致AR眼镜的结构复杂，并且，会导致AR眼镜的镜片A的外侧凸出一部分结构，对AR眼镜的外观美观性有着较大的影响。
    [n0066] 基于上述问题，本申请实施例提供一种增强现实光学系统和增强现实眼镜，通过在光波导上设置额外的中转区，使激光模组发出的光束可以首先经过额外的中转区进行衍射，再经振镜扫描反射，再经光波导上的耦入区耦入至光波导内，光波导上设置的额外的中转区，可以起到光线转折作用，避免增设反射镜导致的显示不佳和外观美观性不高的问题，使得激光模组和振镜的位置设置更加灵活，可以设置在镜腿上，提高AR眼镜的显示效果和外观美观性。
    [n0067] 以下参考附图和具体的实施例来描述本申请提供的AR光学系统和AR眼镜。
    [n0068] 实施例一
    [n0069] 图9为本申请一实施例提供的AR光学系统的俯视示意图，图10为本申请一实施例提供的光波导的正视示意图。参考图9和图10所示，本申请一实施例提供的AR光学系统，可以包括光波导100、激光模组200和振镜300，光波导100包括基板10和设置在基板10上的耦入区11、耦出区12、中转区13，激光模组200和振镜300设置在光波导100的面向人眼的一侧，激光模组200用于发射光束，且发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面，中转区13用于将入射光束反射至振镜300，振镜300用于扫描和反射光束至耦入区11，耦入区11用于将光束耦入至光波导100内，耦出区11用于将光束耦出至人眼成像。
    [n0070] 本申请实施例提供的AR光学系统的光束传播路径为，激光模组200出射的激光束先入射到中转区13，经中转区13衍射后，入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到光波导100的耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0071] 其中，振镜300为二维振镜，具有两个相互垂直的旋转轴，可以同时对光束进行两个方向上的旋转振动，以扫描形成图像。一个光波导100可以对应设置一个二维振镜，中转区13的数量可以为一个，对应于一个振镜300设置。此时，AR光学系统的光引擎的部件数量少，有利于AR光学系统的结构设计和外观设计。
    [n0072] 耦入区11、耦出区12和中转区13均可以为设置在基板10上的光栅区域，但是，耦入区11和耦出区12可以对任意角度的光线进行衍射，中转区13仅对来自激光模组200的角度固定的光线进行衍射，即中转区13与耦入区11、耦出区12的光栅实现方式不一致。
    [n0073] 中转区13除了可以是全息光栅等多种类型的光栅，也可以是超表面结构等可以实现使光线发生转折的功能。图11a、图11b为本申请一实施例提供的中转区的结构示意图。具体地，中转区13可以为图11a所示的全息光栅，或者图11b所示的超表面结构。
    [n0074] 中转区13可以紧邻耦入区11设置，以缩短光线的传播路径，使得光波导100上的光栅布局更加紧凑，有利于光波导100的小型化设计。中转区13可以设置在光波导100上全反射光路所在区域之外，以避免中转区13影响到光束在耦入区11和耦出区12之间的全反射传播。其中，需要说明的是，全反射光路所在区域即光波导100上耦入区11耦入的光束经全反射至耦出区12所经过的区域，可以位于耦入区11和耦出区12之间，参考图10所示，全发射光路所在区域例如可以在耦入区11的左侧、下侧及耦出区12的右侧、上侧区域范围内，此时，中转区13可以设置在耦入区11的右侧或上侧。
    [n0075] 中转区13的形状和尺寸在本申请实施例中不做具体限制，中转区13可以是圆形、方形、椭圆形或其它任意形状，中转区13的尺寸可以不小于或者接近于激光模组200发出的激光束的光斑尺寸，以使中转区13可以将激光模组200发射的光束全部反射到振镜300上。并且，不难理解，中转区13的尺寸还受到光波导100的尺寸的制约，中转区13的尺寸不大于光波导100可以容纳的最大尺寸。
    [n0076] 本申请实施例提供的AR光学系统，中转区13可以设置在光波导100的边缘区域，且面对激光模组200设置，激光模组200发射至中转区13的光束与光波导100所在的平面可以接近垂直，例如不小于60度。对应的AR光学眼镜中，激光模组200和振镜300可以设置在镜腿B中，此时，中转区13可以面对镜腿B上的激光模组200，位于镜片A上靠近镜腿B的边缘区域。
    [n0077] 相比于图5中相关技术中设置反射镜400的方案，本申请实施例中在光波导100上设置中转区13作为光线转折器件，可以减小振镜300与光波导100之间的距离，从而减小耦入区11的面积，提升显示画面的均匀性；并且，可以减小激光束到振镜300上的入射角，使得同样的振镜300机械转动角度可以得到更大的视场角；以及，可以使得光引擎的结构更加紧凑，体积更小，光引擎可以集成在AR眼镜的镜腿上，有利于AR眼镜的小型化设计和外观美观性。
    [n0078] 实施例二
    [n0079] 图12为本申请一实施例提供的AR光学系统的另一种俯视示意图，图13为本申请一实施例提供的光波导的另一种正视示意图。参考图12和图13所示，本申请一实施例提供的AR光学系统，可以包括光波导100、激光模组200和振镜300，光波导100包括基板10和设置在基板10上的耦入区11、耦出区12、第一中转区131及第二中转区132，激光模组200和振镜300设置在光波导100的面向人眼的一侧，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面。
    [n0080] 本申请实施例提供的AR光学系统的光束传播路径为，激光模组200出射的激光束先入射到第一中转区131，经过衍射后到达第二中转区132，经第二中转区132衍射后，入射到振镜300上，由振镜300扫描反射后的光束入射到光波导100的耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0081] 其中，第一中转区131为激光模组200发射光束的入射区域，第一中转区131的尺寸可以不小于激光模组200发出的激光束的光斑尺寸，以将激光模组200发射的光束全部衍射到第二中转区132中，且第一中转区131的尺寸不大于光波导100可以容纳的最大尺寸。
    [n0082] 第一中转区131和第二中转区132均可以设置在光波导100上全反射光路所在区域之外，第一中转区131的尺寸和形状可以与第二中转区132的尺寸和形状不一致，第二中转区132可以紧邻耦入区11设置，第二中转区132可以设置在耦入区11的接近第一中转区131的一侧，以使经第一中转区131进入光波导100内的光束，可以以最短的路径进入第二中转区132并衍射至耦入区11。
    [n0083] 第一中转区131和第二中转区132均可以设置为光栅或超表面结构，第一中转区131用来对来自激光模组200的角度固定的光线进行衍射，第二中转区132用来对来自第一中转区131的角度固定的光线进行衍射，这两个角度不同。
    [n0084] 本申请实施例提供的AR光学系统，第一中转区131可以设置在光波导100的边缘区域，且面对激光模组200设置，激光模组200发射至第一中转区131的光束与光波导100所在的平面可以接近垂直，例如不小于60度，第二中转区132可以与第一中转区131之间具有一定的间隔。对应的AR光学眼镜中，激光模组200可以设置在镜腿B中，第一中转区131可以面对激光模组200设置，振镜300的位置则可以不局限在镜腿B上，而是可以根据第二中转区132和耦入区11的位置排布，例如可以设置在镜片A上方的镜架C等位置。
    [n0085] 实施例三
    [n0086] 图14为本申请一实施例提供的AR光学系统的又一种侧视示意图，图15为本申请一实施例提供的光波导的又一种正视示意图。参考图14和图15所示，本申请实施例提供的AR光学系统，可以包括光波导100、激光模组200、第一振镜31和第二振镜32，光波导100上设置有耦入区11、耦出区12、第一中转区133和第二中转区134，激光模组200、第一振镜31和第二振镜32设置在光波导100的面向人眼的一侧，激光模组200发射光束的方向垂直于光波导100所在的平面。
    [n0087] 本申请实施例提供的AR光学系统的光束传播路径为，激光模组200出射的激光束先入射到第一中转区133，经第一中转区133衍射后，入射到第一振镜31上，由第一振镜31扫描反射后的光束入射到第二中转区134，经第二中转区134衍射后，入射到第二振镜32上，由第二振镜32扫描反射后的光束入射到光波导100的耦入区11，在光波导100中传播后经耦出区12出射，最终可到达人眼。
    [n0088] 其中，第二中转区134与耦入区11之间的距离小于第一中转区133与耦入区11之间的距离，第一中转区133、第二中转区134、耦入区11可以在一个方向上依次排布且紧邻设置，以缩短光线的传播路径，使得光波导100上的光栅布局更加紧凑，有利于光波导100的小型化设计。
    [n0089] 第一中转区133与第二中转区134均可以为全息光栅或超表面结构，第一中转区133与第二中转区134的接收光线方向不同，第一中转区133被配置为对预设固定角度的光线进行衍射，即来自激光模组200的光束，第二中转区134被配置为对预设角度范围内的光线进行衍射，即经过第一振镜31扫描反射后的光束。经过第一振镜31扫描反射后的光束的光斑尺寸大于激光模组200出射的光束的光斑尺寸，因此第一中转区133的尺寸小于第二中转区134的尺寸。
    [n0090] 本申请实施例中，第一振镜31和第二振镜32均可以为一维振镜，且第一振镜31与第二振镜32的旋转振动的方向互相垂直。中转区13的数量为两个，对应于两个振镜设置，以实现两次光线转折。经过第一振镜31和第二振镜32的两次扫描后得到的图像，显示效果较佳。
    [n0091] 本申请实施例提供的AR光学系统，第一中转区133可以设置在光波导100的边缘区域，且面对激光模组200设置，激光模组200发射至第一中转区133的光束与光波导100所在的平面可以接近垂直，例如不小于60度。对应的AR光学眼镜中，激光模组200可以设置在镜腿B中，第一振镜31和第二振镜32的位置可以根据第一中转区133、第二中转区134和耦入区11的位置排布，第一振镜31和第二振镜32可以设置在镜腿B上，也可以设置在镜架C上。
    [n0092] 需要说明的是，光波导100的具体架构有多种，光波导100上可以包含耦入区11和耦出区12，经耦入区11耦入至光波导100内的光线经全反射后传播至耦出区12，再自耦出区12出射。或者，在另一种光波导100的架构中，光波导100上除了设置耦入区11和耦出区12，还可以设置中继区(图中未示出)，经耦入区11耦入至光波导100内部的光线，可以经全反射传播至中继区，再自中继区传播至耦出区12，自耦出区12出射。光波导100还可以为其它架构，在本申请实施例中不做具体限定。
    [n0093] 本申请实施例提供的增强现实光学系统和增强现实眼镜，通过在光波导上设置额外的中转区，使激光模组发出的光束可以首先经过额外的中转区进行衍射，再经振镜扫描反射，再经光波导上的耦入区耦入至光波导内，光波导上设置的额外的中转区，可以起到光线转折作用，避免增设反射镜导致的显示不佳和外观美观性不高的问题，使得激光模组和振镜的位置设置更加灵活，可以设置在镜腿或镜架上，提高AR眼镜的显示效果和外观美观性。
    [n0094] 本申请实施例中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。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申请实施例中的具体含义。本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
    [n0095] 此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
    [n0096] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请实施例进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请实施例技术方案的范围。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种增强现实光学系统，其特征在于，包括：光波导、激光模组和振镜；
    所述光波导上设置有耦入区、耦出区和中转区，所述激光模组发射光束的方向与所述光波导所在的平面的夹角不小于60度，所述激光模组用于发射光束，所述中转区用于接收来自所述激光模组的光束并将光束衍射至所述振镜，所述振镜用于扫描和反射光束至所述耦入区，所述耦入区用于将光束耦入至所述光波导内以使光束在所述光波导内全反射传播，所述耦出区用于将经所述光波导全反射的光束耦出至人眼成像。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述中转区包括第一中转区和第二中转区，所述第一中转区和所述第二中转区被配置为分别对不同的预设角度的光线进行衍射，所述第一中转区用于接收来自所述激光模组的光束并将光束衍射至所述第二中转区，所述第二中转区用于将光束衍射至所述振镜。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述振镜为二维振镜。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述中转区包括第一中转区和第二中转区，所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述第一振镜和所述第二振镜均为一维振镜且旋转振动方向互相垂直，所述第一中转区用于接收来自所述激光模组的光束并将光束衍射至所述第一振镜，所述第一振镜用于扫描和反射光束至所述第二中转区，所述第二中转区用于将光束衍射至所述第二振镜，所述第二振镜用于扫描和反射光束至所述耦入区。
    [0005] 5.根据权利要求4所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述第一中转区被配置为对预设角度的光线进行衍射，所述第二中转区被配置为预设角度范围内的光线进行衍射，其中所述第一中转区的尺寸小于所述第二中转区的尺寸。
    [0006] 6.根据权利要求1-5任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述耦入区和所述耦出区上分别设置有光栅，所述耦入区和所述耦出区被配置为对任意角度的光线进行衍射。
    [0007] 7.根据权利要求1-5任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述中转区紧邻所述耦入区设置，所述中转区的尺寸不小于所述激光模组发射光束的光斑尺寸。
    [0008] 8.根据权利要求1-5任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述中转区为全息光栅或超表面结构。
    [0009] 9.一种增强现实眼镜，其特征在于，包括镜片、镜架、镜腿和权利要求1-8任一项所述的增强现实光学系统，所述镜片安装在所述镜架内，所述镜腿连接在所述镜架的两侧。
    [0010] 10.根据权利要求9所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述镜片包括所述光波导，所述激光模组设置在所述镜腿上，所述振镜设置在所述镜腿上或者所述镜架上。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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