[实用新型]一种扩瞳装置及AR设备

说明书

本实用新型公开了一种扩瞳装置及AR设备，属于光学显示技术领域。扩瞳装置包括第一扩瞳单元、第二扩瞳单元及第三扩瞳单元，第一扩瞳单元包括沿第一方向排列的N个第一分束镜，且第一分束镜与第一方向呈第一夹角设置；第二扩瞳单元包括沿第一方向排列的M个第二分束镜，且第二分束镜与第一方向呈第二夹角设置，第一扩瞳单元和第二扩瞳单元沿第一方向设置，出瞳设置于第一扩瞳单元和第二扩瞳单元之间；第三扩瞳单元包括沿第二方向排列的P个第三分束镜，且第三分束镜与基片呈第三夹角设置，第三扩瞳单元沿第二方向设置于第一扩瞳单元和第二扩瞳单元的一侧。本实用新型的扩瞳装置及AR设备，结构简单，降低了加工难度和成本，提高了光能利用率。

技术领域

本实用新型涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种扩瞳装置及AR设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，这种利用增强现实技术的头戴显示器可以让人们在查看周围环境的同时，将虚拟的图像投射到人眼，在军事，工业，娱乐，医疗，交通运输等领域有着重要的意义。目前用于增强现实的透射型头戴显示器中，主要技术包括：Birdbath、棱镜、自由曲面及光波导技术，相比于其他技术，采用光波导技术的头戴显示器体积更小。

现有技术的AR系统中，一种是采用一维扩瞳技术，如图1所示为一维阵列光波导100＇，其往往难以同时满足耦入光机体积小、大视场角、大出瞳距离、大眼盒这几个条件，难以实现人们的日常佩戴AR眼镜的需求。另一种方式是采用二维出瞳扩展技术，如图2和图3所示为二维阵列光波导100〞，包括上结构波导片101〞和下结构波导片102〞，二维阵列光波导100〞和一维阵列光波导100＇的主要区别在于上结构波导片101〞，而下结构波导片102〞和一维阵列光波导100＇类似。具体地，上结构波导片101〞主要包括两个相互平行表面，还有一系列平行的分束镜103〞嵌入在两个表面之间。

使用时，如图4所示，耦入光机的出瞳200〞位于上结构波导片101〞的一侧，其描述了从出瞳200〞出射的平行光进入人眼的光线路径，图中仅画出了眼盒边缘处最远端光线302〞和眼盒边缘处最近端光线，其他光线均在这两束光线之间；上述的过程可以等效为，耦入光机的出瞳200〞经过一系列分束镜103〞形成一系列的虚像，这些虚像中的每一个虚像都相当于出瞳200〞的一个复制品，即复制瞳303〞，复制瞳303〞发出的光线的角度以及宽度都与耦入光机的出瞳200〞完全一致，这一系列复制瞳303〞一同发出光线经过等效下结构波导片102〞后进入人眼，实现了水平扩瞳。该结构的主要作用是将耦入光机出射的光束进行转折，且每个分束镜103〞都会对出瞳200〞成一次像，通过水平以及竖直两次扩瞳实现了在大视场角情况下，还可以实现较大的出瞳距和眼盒，较小的耦入光机的体积。通过上述的分析可以发现，上结构波导片101〞利用11片分束镜103〞，对耦入光机出瞳200〞进行了11次复制，11个复制瞳303〞同时发光，因此增大了人眼移动的范围。

在实际中，为了达到良好的成像效果，这一系列的分束镜103〞需要经过光学加工然后胶合，其平行度以及疏密程度都有很高的要求，这不仅使得光线经过多次分光以及胶层后产生能量损失，还增大加工难度，使得成本变高。二维阵列光波导100〞的结构及加工工艺会更加复杂，导致成本增加。此外，如图4所示，以眼盒边缘处远端光线302〞为例，其到达眼盒时需要穿过三到四个分束镜103〞，在水平扩瞳中采用的多层分束镜103〞会降低光能利用率，使得系统出射的亮度降低。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种扩瞳装置，简化结构，降低加工难度和成本，提高光能利用率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种扩瞳装置，包括间隔设置的两个基片，两个所述基片之间设置有：

第一扩瞳单元，其包括沿第一方向排列的N个第一分束镜，且所述第一分束镜与所述第一方向呈第一夹角设置，其中，N≥2；