AR光机和AR显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种AR光机和AR显示装置。AR光机沿光路传播方向包括像源、透镜组和耦出口，其中，透镜组的视场角大于等于20

【技术实现步骤摘要】
AR光机和AR显示装置


[0001]本技术涉及光学成像设备
，具体而言，涉及一种AR光机和AR显示装置。

技术介绍

[0002]视觉辐辏调节冲突(Vergence
‑
accommodation conflict，VAC)，是AR头戴式设备影响用户体验的重大问题，AR头戴式设备所成虚像通常为固定像距的虚像，通常经光波导耦出到人眼呈的虚像像距为无穷远。人的大脑习惯了视线和焦点处于同一位置，若虚像跟与实景物距相差较大，人眼辐辏与调焦功能会发生冲突，从而导致用于长时间佩戴AR头戴式设备容易出现眼疲劳或眩晕的情况。
[0003]AR头戴式设备通常包括AR光机和光波导，为缓解VAC，现有技术中的一些方案在光波导与人眼之间加入一片凹面镜，把虚像从无限远拉近，减小虚像距与实景物距的差，减轻VAC引起的不适。更有甚者，光波导与人眼之间的凹面镜设计为可变焦透镜，在人眼观察实景中不同物距时，凹面镜的光焦度同步变化，使虚像距与实景物距达到距一致，此时人眼可毫无压力将虚像与实景融合，达到最佳使用体验。但是该两个方案均增加了AR头戴式设备的整体厚度、重量，使得AR头戴式设备整体较为厚重，影响用户体验。
[0004]也就是说，现有技术中的AR头戴式设备存在视觉辐辏调节冲突和整体较为厚重的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种AR光机和AR显示装置，以解决现有技术中的AR头戴式设备存在视觉辐辏调节冲突和整体较为厚重的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种AR光机，沿光路传播方向包括像源、透镜组和耦出口，其中，透镜组的视场角大于等于20
°
且小于等于50
°
，AR光机还包括至少一片变焦透镜，变焦透镜位于像源与耦出口之间，变焦透镜的最大有效直径DT与耦出口的高度H之间满足：0.9<DT/H<2。
[0007]进一步地，透镜组的输出口的直径大于等于2mm且小于等于6mm。
[0008]进一步地，变焦透镜的最大有效直径DT大于等于2mm且小于等于10mm。
[0009]进一步地，变焦透镜的屈光度调节范围大于等于
‑
5D且小于等于0D。
[0010]进一步地，变焦透镜的入光面和出光面中的至少一面为球面。
[0011]进一步地，变焦透镜独立设置，且变焦透镜位于透镜组与耦出口之间，变焦透镜与透镜组中靠近耦出口的透镜之间的距离T1大于等于0.1mm且小于等于2mm。
[0012]进一步地，变焦透镜的入光面为平面，变焦透镜的出光面为凹面，且变焦透镜的出光面为变焦面。
[0013]进一步地，透镜组的焦距f满足：5mm<f<15mm；和/或变焦透镜的最大有效直径DT满足：4mm<DT<10mm。
[0014]进一步地，变焦透镜与透镜组中靠近耦出口的透镜之间的距离T1与耦出口的高度H之间满足：0.001<T1/H<0.5。
[0015]进一步地，变焦透镜位于透镜组中，且变焦透镜位于透镜组中靠近耦出口的位置，变焦透镜的变焦面朝向耦出口设置。
[0016]进一步地，变焦透镜的有效焦距fz与变焦透镜的最大有效直径DT之间满足：fz/DT<
‑
20。
[0017]进一步地，变焦面为凸面。
[0018]根据本技术的另一方面，提供了一种AR显示装置，AR显示装置包括光波导和上述的AR光机。
[0019]应用本技术的技术方案，AR光机沿光路传播方向包括像源、透镜组和耦出口，其中，透镜组的视场角大于等于20
°
且小于等于50
°
，AR光机还包括至少一片变焦透镜，变焦透镜位于像源与耦出口之间，变焦透镜的最大有效直径DT与耦出口的高度H之间满足：0.9<DT/H<2。
[0020]通过将透镜组的视场角设置在20
°
到50
°
的范围内、设置变焦透镜且约束变焦透镜的最大有效直径DT与耦出口的高度H之间的比值，这样设置通过调整变焦透镜的屈光度，改变传输至耦出口的光束发散角，从而在人眼得到目标像距的虚像。结合眼动追踪及信号控制模块，可实现将虚像距与实景物距完美重合，缓解甚至解决VAC的问题，降低了用户长时间使用导致用眼疲劳的风险，提升用户体验。通过变焦透镜，让原本平行出射的光束以一定角度发散出射，从而拉近虚像距，以缓解视觉辐辏调节冲突。同时本申请是针对AR光机的具体结构的设计，而未在外部设置另外的光学器件，由于AR光机本身尺寸较小，因此不会增加后续AR显示装置的重量和厚度。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0022]图1示出了现有技术中的AR眼镜的光路图；
[0023]图2示出了本技术的一个可选实施例的AR显示装置的光路图；
[0024]图3示出了本技术的实施例一的AR显示装置的光路图；
[0025]图4示出了本技术的实施例二的AR显示装置的光路图；
[0026]图5示出了正常电压时变焦透镜的材料变化；
[0027]图6示出了电压改变后变焦透镜的材料变化；
[0028]图7示出了正常电压时变焦透镜的形状及出射光路；
[0029]图8示出了电压改变后变焦透镜的形状及出射光路。
[0030]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0031]10、AR光机；11、像源；12、透镜组；13、变焦透镜；20、光波导；21、耦入口；30、人眼；40、光机；50、凸透镜；60、凹透镜。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0033]需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本技术。
[0035]如图1所示，为现有技术中的AR眼镜的结构示意图。从图1中可以看出，现有技术中的AR眼镜通常包括光机40和光波导20，光机40发射的光进入光波导20中，进而经过光波导20的衍射传输，最终耦出在人眼30中成像。现有技术中的AR眼镜为解决视觉辐辏调节冲突，在光波导20与人眼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AR光机，其特征在于，沿光路传播方向包括像源（11）、透镜组（12）和耦出口，其中，所述透镜组（12）的视场角大于等于20
°
且小于等于50
°
，所述AR光机还包括至少一片变焦透镜（13），所述变焦透镜（13）位于所述像源（11）与所述耦出口之间，所述变焦透镜（13）的最大有效直径DT与所述耦出口的高度H之间满足：0.9<DT/H<2。2.根据权利要求1所述的AR光机，其特征在于，所述透镜组（12）的输出口的直径大于等于2mm且小于等于6mm。3.根据权利要求1所述的AR光机，其特征在于，所述变焦透镜（13）的最大有效直径DT大于等于2mm且小于等于10mm。4.根据权利要求1所述的AR光机，其特征在于，所述变焦透镜（13）的屈光度调节范围大于等于
‑
5 D且小于等于0D。5.根据权利要求1所述的AR光机，其特征在于，所述变焦透镜（13）的入光面和出光面中的至少一面为球面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的AR光机，其特征在于，所述变焦透镜（13）独立设置，且所述变焦透镜（13）位于所述透镜组（12）与所述耦出口之间，所述变焦透镜（13）与所述透镜组（12）中靠近所述耦出口的透镜之间的距离T1大于等于0.1mm且小于等于2mm。7.根据权利要求6所述的AR光机...

【专利技术属性】
技术研发人员：程治明，王聪，贾敏，谢检来，明玉生，汪杰，陈远，
申请(专利权)人：宁波舜宇奥来技术有限公司，
类型：新型
国别省市：