[发明专利]基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统

说明书

本发明提供了一种基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，包括：图像源1：提供需要显示的图像；自由曲面光学部分2：将图像源1提供的图像进行放大；输入耦合部分3：将放大后的图像耦合入光波导部分4；光波导部分4：传输放大的图像；输出耦合部分5：输出光波导部分4中传输的图像。本申请提供的基于自由曲面和光波导结合的方式，可以做到体积小型化，重量轻便化，功耗也更低，并且外观美观，佩戴舒适。本申请的基于自由曲面和光波导的增强现实技术可广泛应用于娱乐、模拟仿真训练、外科手术等增强现实技术的各个领域。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体地，涉及基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统。

背景技术

随着人工智能的发展，增强现实显示装置作为一种人类智慧生活的一部分，将会越来越受到人民的重视。而作为人类的辅助工具，特别是一种头戴式工具，必须尽量做到体积小、重量轻、外观美观和视野大、成本低等一系列要求。

公开号CN106324841A的专利公开了一种增强现实显示装置及增强现实眼镜，该装置包括屈光可调模块、透明显示模块以及控制模块，屈光可调模块以及透明显示模块层叠设置且具有预设距离，所述控制模块分别电性连接于所述屈光可调模块以及所述透明显示模块。在第一显示时域内，控制模块用于控制所述透明显示模块，使透明显示模块处于全透光状态，控制屈光可调模块，使通过所述屈光可调模块的光线不产生折射；在第二显示时域内，控制模块控制所述透明显示模块，使所述透明显示模块显示图像，控制所述屈光可调模块，使所述屈光可调模块对显示的图像进行放大。

然而，现有的技术和产品，例如以谷歌眼镜为代表的棱镜技术，视野小厚度大；以ODG的R8和R9为代表的birdbath技术，体积大重量大；以Epson BT系列为代表的产品，厚度大成本高；以Digilens为代表的衍射波导技术，功耗高，色彩差；而已lumus为代表的阵列光波导方案，功耗特别高，发热严重。

因此，本领域需要改进的增强现实显示装置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统。

根据本发明提供的一种基于自由曲面和光波导的增强现实光学系统，包括：

图像源1：提供需要显示的图像；

自由曲面光学部分2：将图像源1提供的图像进行放大；

输入耦合部分3：将放大后的图像耦合入光波导部分4；

光波导部分4：传输放大的图像；

输出耦合部分5：输出光波导部分4中传输的图像。

优选地，自由曲面光学部分2包括：第一自由曲面21、第二自由曲面22和半透半反射面23，半透半反射面23位于第一自由曲面21和第二自由曲面22之间；

图像源1提供的图像经由第一自由曲面21引导，穿过半透半反射面23，经过第二自由曲面22放大反射后再次经过半透半反射面23反射出自由曲面光学部分2。

优选地，光波导部分4包括：第一外部层41、内部层42和第二外部层43，第一外部层41和第二外部层43分别设置于内部层42的两侧；

内部层42的折射率n2大于第一外部层41的折射率n1以及第二外部层43的折射率n3。

优选地，光波导部分4的光线入射角θ＞arcsin(n1/n2)，θ＞arcsin(n3/n2)。

优选地，输出耦合部分5包括多个半反半透斜面构成的半反半透斜面阵列，每个半反半透斜面的反射率不同。

优选地，所述半反半透斜面包括衍射面或菲涅尔面。