一种光波导片与透镜集成镜片、集成方法及AR显示模组

摘要

本发明公开了一种光波导片与透镜集成镜片、集成方法及AR显示模组，该集成镜片包括透镜和包裹于所述透镜内的光波导模块；其中，所述光波导模块包括：用于图像传导的光波导片；分别镀射于所述光波导片的前后两侧的第一增透膜；分别胶合设置于两个所述第一增透膜的外侧的覆盖玻璃；分别镀射于两个所述覆盖玻璃的外侧的第二增透膜；所述透镜包括靠近人眼的负透镜和远离人眼的正透镜，用于补偿人眼的屈光不正并纠正图像的位置。本发明利用正透镜和负透镜不同的的光焦度补偿人眼的屈光不正，并纠正投影图像的位置，达到匹配双目辅辏的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及AR显示技术领域，特别涉及一种光波导片与透镜集成镜片、集成方法及AR显示模组。

背景技术

在当前的AR(augmentedreality增强现实)，MR(mixed reality混合现实)技术中，对于佩戴者眼睛有屈光度的情况下的矫正一直是一个比较难于解决的问题。通常需要佩戴眼镜或在AR/MR设备上增加额外的屈光度矫正镜片，而这会给产品的结构设计以及佩戴体验带来影响。例如现有技术中通过后置平凹透镜与波导片胶合在一起，来补偿近视患者的屈光度，然而这种方法直接后置镜片会使AR眼镜厚度增加。又例如通过透镜组的横向调节来改变光焦度，以适应不同人眼的屈光度，但这种方式容易引起佩戴者的不适，因为该方式中的调焦方式仅在有限的视场角下生效，而人眼的视场角会覆盖到其他的焦段，从而引起头晕。

发明内容

本发明实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片、集成方法及AR显示模组，旨在改善双目显示中辅辏不匹配的问题，同时能适配屈光不正人群的佩戴。

本发明实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片，包括包括透镜和包裹于所述透镜内的光波导模块；

其中，所述光波导模块包括：

用于图像传导的光波导片；

分别镀射于所述光波导片的前后两侧的第一增透膜；

分别胶合设置于两个所述第一增透膜的外侧的覆盖玻璃；

分别镀射于两个所述覆盖玻璃的外侧的第二增透膜；

所述透镜包括靠近人眼的负透镜和远离人眼的正透镜，用于补偿人眼的屈光不正并纠正图像的位置。

进一步的，所述正透镜的屈光度为+10～+500度，所述负透镜的屈光度为-10-M～-500-M度，其中，-M为人眼近视度数。

进一步的，所述光波导片的折射率为1.8～1.9。

进一步的，所述第一增透膜的折射率与其同侧的所述覆盖玻璃的折射率以及所述光波导片的折射率的关系如下所示：

其中，n

进一步的，所述第一增透膜和第二增透膜均由多层增透膜叠加而成，且每一层增透膜的厚度均为λ/4或λ/2，其中，光在所述增透膜中的波长为λ。

进一步的，所述正透镜为球面透镜或者非球面透镜且所述负透镜为球面透镜或者非球面透镜，所述正透镜和负透镜的中心厚度均大于等于1mm。

进一步的，所述覆盖玻璃的折射率为1.4～1.7。

本发明实施例还提供了一种光波导片与透镜集成方法，适用于制作如上任一项所述的光波导片与透镜集成镜片，该集成方法包括：

对用于图像传导的光波导片的前后两侧分别镀射第一增透膜；

在两个所述第一增透膜的外侧分别胶合设置覆盖玻璃；

对两个所述覆盖玻璃的外侧分别镀射第二增透膜，以此得到光波导模块；

对所述光波导模块与预先设置的透镜进行集成，其中，所述透镜包括靠近人眼的负透镜和远离人眼的正透镜。

进一步的，采用3D打印、注塑或胶合方式对所述光波导模块与预先设置的透镜进行集成。

本发明实施例还提供了一种AR显示模组，包括如上任一项所述的光波导片与透镜集成镜片，所述AR显示模组还包括一用于投影图像的投影仪模组，且所投影的图像耦合于所述光波导片中。

本发明实施例提供了一种光波导片与透镜集成镜片、集成方法及AR显示模组，该集成镜片包括透镜和包裹于所述透镜内的光波导模块；其中，所述光波导模块包括：用于图像传导的光波导片；分别镀射于所述光波导片的前后两侧的第一增透膜；分别胶合设置于两个所述第一增透膜的外侧的覆盖玻璃；分别镀射于两个所述覆盖玻璃的外侧的第二增透膜；所述透镜包括靠近人眼的负透镜和远离人眼的正透镜，用于补偿人眼的屈光不正并纠正图像的位置。本发明实施例利用正透镜和负透镜不同的的光焦度补偿人眼的屈光不正，并纠正投影图像的位置，达到匹配双目辅辏的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片中光波导模块的结构示意图；

图3a、图3b和图3c为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的示例示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的另一示例示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种AR显示模组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成镜片的结构示意图，该集成镜片包括透镜1和包裹于所述透镜1内的光波导模块2；

结合图2，其中，所述光波导模块2包括：

用于图像传导的光波导片21；

分别镀射于所述光波导片21的前后两侧的第一增透膜22；

分别胶合设置于两个所述第一增透膜21的外侧的覆盖玻璃23；

分别镀射于两个所述覆盖玻璃23的外侧的第二增透膜24；

所述透镜1包括靠近人眼的负透镜12和远离人眼的正透镜11，用于补偿人眼的屈光不正并纠正图像的位置。

本实施例，所述集成镜片包括所述透镜1和光波导模块2，所述透镜1包括正透镜11和负透镜12。所述光波导模块2包括光波导片21、第一增透膜22、覆盖玻璃23和第二增透膜24，且所述第一增透膜22、覆盖玻璃23和第二增透膜24均设置有两个，分别设置于所述光波导片21的两侧，即所述光波导片21的每一侧依次设置有第一增透膜22、覆盖玻璃23和第二增透膜24。其中，所述第一增透膜22和第二增透膜24用于增加光线的透过率，所述覆盖玻璃23用于对所述光波导片21进行保护，所述负透镜12用于纠正出瞳光束和适配人眼屈光度，所述正透镜11用于补偿负透镜12对外部环境光的影响。

本实施例在所述光波导片21上集成透镜1，对用户眼睛的屈光度进行矫正，同时改善成像效果，将成像于无限远处的光学系统进行矫正，可以有效解决双目辅辏不匹配的问题，提高用户的观看体验。

现有技术主要通过在光波导片上直接安装透镜的方法来改善屈光不正人群的观看体验，这种方法集成度小，体积较大。而本实施例则将透镜1与光波导片21高度集成在一起，使集成镜片整体上更加轻薄，且不仅能够补偿人眼屈光度，还能纠正图像位置，去除重影，改善佩戴者的观看体验。

在一具体实施例中，所述透镜1和光波导模块2通过3D打印、注塑工艺或者胶合方式集成为所述集成镜片。通过3D打印或注塑工艺等方式处理透镜1，使所述光波导模块2包裹于所述透镜1内，从而得到一个更加牢固的一体化结构。

如图3a所示的人眼双目成像原理，由于人眼瞳距较短，观察距离L与聚焦距离d近似为相等，即L≈d，而当用户佩戴AR眼镜后，如图3b所示，光线平行出射进入人眼，此时成像在无穷远处，即L＜＜d，这种现象即为双目辅辏不匹配，会引起人眼不适，观看疲劳。为了改善这种情况，本实施例在出瞳区域的eye box(是指近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，也是显示内容最清晰的区域)内集成一枚负透镜12，如图3c所示，虚线h为出瞳光束，其经负透镜12扩散后，便能使物体成像在特定位置上，调节负透镜12的屈光度，使L≈d，便可解决双目辅辏不匹配的问题。

而负透镜12能够解决双目辅辏不匹配的问题，但也会对外部环境产生影响，因此本实施例通过需要引入正透镜11对负透镜12进行补偿。如图4所示，其中，路线m为光波导片21内传播的光束，路线n为外部环境的光束。对于路线m，图像从投影光机出来，经入瞳-扩瞳-出瞳，以平行光束出射，然后经负透镜12扩散后在前方特定位置上成像；对于路线n，其先经过正透镜11收缩，再由负透镜12扩散，最后成像在原本的位置上，两块透镜对外部光束的影响相互抵消，从而不会对外部环境产生影响。其中，正透镜11与负透镜12的屈光度之和为零。因此，对于屈光不正人群，可通过调节负透镜12的屈光度，使正透镜11和负透镜12的屈光度之和等于用户的屈光不正度数，即可满足佩戴需求。

在一实施例中，所述正透镜11的屈光度为+10～+500度，所述负透镜12的屈光度为-10-M～-500-M度，其中，-M为人眼近视度数。

本实施例中，设置虚像的成像距离为L，那么按照下式即可确定所述正透镜11的屈光度F：

若人眼近视度数为-M度(近视表示为负数)，那么所述负透镜12的屈光度即为-F-M度，也就是说，所述正透镜11和负透镜12的屈光度之和等于用户的屈光不正度数-M，如此便可以实现了对于屈光不正的屈光纠正，并且还可以解决双目辐辏匹配及近视屈光度问题。同时，在未来生产过程中，可以根据用户的近视度数-M度定制处方度数(即所述正透镜11和负透镜12的屈光度)。

例如对于成像距离L＝0.2m～10m范围的系统，所述正透镜11的屈光度F为+10～+500度，所述负透镜12的屈光度为-10-M～-500-M度。在一具体实施例中，所述正透镜11的屈光度为200度，所述负透镜12的屈光度为-200-M度。

在一具体实施例中，所述正透镜11和负透镜12的材料为光学玻璃或者光学树脂，所述正透镜11和负透镜12的折射率为1.4～1.7。

在一实施例中，所述光波导片21的折射率为1.8～1.9。

本实施例中，将所述光波导片21的折射率设置为1.8～1.9，以使光线具有较好的传播效果。

在一实施例中，所述第一增透膜22的折射率与其同侧的所述覆盖玻璃23的折射率以及所述光波导片21的折射率的关系如下所示：

其中，n

本实施例中，基于增透膜的零反射要求，所述第一增透膜22的折射率需要在两种介质的折射率之间之间，即在与其同侧的所述覆盖玻璃23的折射率以及所述光波导片21的折射率之间。同样的，对于所述第二增透膜24，其折射率同样需要在与其同侧的所述覆盖玻璃23的折射率以及与其同侧的所述正透镜11或者负透镜12的折射率之间。可以理解的是，本实施例所说的同侧即是指位于所述光波导片21的同一侧。

在一具体应用场景中，为了达到零反射效果，所述第一增透膜22和/或所述第二增透膜24分别可以为多层增透膜。

在一实施例中，所述第一增透膜22和第二增透膜23均由多层增透膜叠加而成，且每一层增透膜的厚度均为λ/4或λ/2，其中，光在所述增透膜中的波长为λ。

本实施例中，通过将多层的增透膜叠加设置，得到所述第一增透膜22和第二增透膜23，并且每层增透膜都只能增透特定的波长。考虑到在采用本实施例提供的光波导片与透镜集成镜片制成AR显示模组过程中，可能会采用多种不同波长的投影光机，因此本实施例使投影光机的每个波长均可以对应多层增透膜来进行增透，且虽然每层增透膜的材料不一致，但厚度则是对应波长的一半或四分之一，即λ/4或λ/2。

在一实施例中，所述正透镜11为球面透镜或者非球面透镜且所述负透镜12为球面透镜或者非球面透镜，所述正透镜11和负透镜12的中心厚度均大于等于1mm。

本实施例中，所述透镜由前后两个光焦度不同的球面透镜或者非球面透镜组成，也就是说，远离人眼的正透镜11和靠近人眼的负透镜2可以是球面透镜或者非球面透镜，且所述正透镜11和负透镜12的中心厚度不小于1mm，而所述正透镜11和负透镜12的边缘厚度则取决于具体的屈光度。

在一实施例中，所述覆盖玻璃23的折射率为1.4～1.7。

本实施例中，由于加工集成镜片过程中，无论是3D打印还是注塑等，均会与所述光波导片21直接接触，因此采用所述覆盖玻璃23以保护所述光波导片21的微结构在制作集成镜片时不被破坏。

在一具体实施例中，所述覆盖玻璃23为光学玻璃或者光学树脂，如K9玻璃、BK7玻璃(二者为不同品质的光学玻璃)，同时所述覆盖玻璃23的折射率为1.4～1.7。

图5为本发明实施例提供的一种光波导片与透镜集成方法的流程示意图，该集成方法适用于制作如上所述的光波导片与透镜集成镜片，该集成方法包括：步骤S501～S504。

S501、对用于图像传导的光波导片21的前后两侧分别镀射第一增透膜22；

S502、在两个所述第一增透膜22的外侧分别胶合设置覆盖玻璃23；

S503、对两个所述覆盖玻璃23的外侧分别镀射第二增透膜24，以此得到光波导模块2；

S504、对所述光波导模块2与预先设置的透镜1进行集成，其中，所述透镜1包括靠近人眼的负透镜12和远离人眼的正透镜11。

本实施例中，首先在所述光波导片21的两侧镀设所述第一增透膜22，为了避免出现所述光波导片21在后续集成过程中被破坏损伤等情况，在所述第一增透膜22上胶合设置所述覆盖玻璃23，并在所述覆盖玻璃23的另一侧同样镀设所述第二增透膜24(所述第一增透膜和22第二增透膜24为相同的增透膜)，从而得到所述光波导模块2。然后将所述光波导模块2和所述正透镜11、负透镜12集成在一起，得到所述集成镜片。

进一步的，在一实施例中，采用3D打印、注塑或胶合方式对所述光波导模块2与预先设置的透镜1进行集成。

本实施例中，利用3D打印、注塑或胶合方式等技术方式将所述光波导模块2集成于所述透镜1内，使所述透镜1与所述光波导模块2高度集成化，从而使所述集成镜片更坚固。

图6为本发明实施例提供的一种AR显示模组的结构示意图，包括如上任一项所述的光波导片与透镜集成镜片，所述AR显示模组还包括一用于投影图像的投影仪模组3，且所投影的图像耦合于所述光波导片21中。

说明书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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种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、物品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，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。