[发明专利]一种扩瞳装置

说明书

本发明公开了一种扩瞳装置，在现有技术的二维波导片的上波导结构中增加第二结构分部，将入瞳光束水平方向一次扩瞳后分束成左右视场后再一次水平方向扩瞳后到达下波导结构出射，使得光束在上波导结构中实现二次水平方向扩瞳，下波导结构进行竖直方向扩瞳，在采用常见低折射率材料下，可在保持视场角、眼盒以及出瞳距不变，有效减小二维波导片的尺寸，实现全视场的图像显示，更加适合人眼视觉最佳位置，同时降低机加工难度的，提高光能量利用率。

技术领域

本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种扩瞳装置。

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，可以将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐及视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，补充真实世界中的真实信息，实现对真实世界的“增强”。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，更像一幅眼镜。光波导技术中，主要包括阵列光波导、表面浮雕光栅波导以及体全息波导，其中，阵列光波导在色彩表现以及光能利用率都要优于衍射光波导以及体全息波导，特别的，采用二维出瞳扩展技术的阵列光波导还有着耦入光机体积小，出瞳距离大、眼盒大等优点。

随着人们对沉浸式体验以及AR眼镜的外观要求越来越高，技术人员需要在增大显示系统的视场角时，还要求显示系统的形状体积类似于普通眼镜。现有的二维出瞳扩展技术由于本身的非对称性，若采用常见较低折射率材料(例H-BAK5，n＝1.56)传输较大视场角(例如对角线55°)，二维波导片的体积将会增加，且有效的显示区域中心与人眼最佳位置偏差较大；若采用高折射率的材料，则二维波导片的加工难度以及成本将会大大增加，且并不能改变本身结构的非对称性，在传输更大视场角时，同样面临体积增大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种扩瞳装置，在现有技术的二维波导片的上波导结构中增加第二结构分部，将入瞳光束水平方向一次扩瞳后分束成左右视场后再一次水平方向扩瞳后到达下波导结构出射，使得光束在上波导结构中实现二次水平方向扩瞳，下波导结构进行竖直方向扩瞳，在采用常见低折射率材料下，可在保持视场角、眼盒以及出瞳距不变，有效减小二维波导片的尺寸，实现全视场的图像显示，更加适合人眼视觉最佳位置，同时降低机加工难度的，提高光能量利用率。

第一方面，本发明实施例提供了一种扩瞳装置，包括平行设置的第一平面、第二平面以及设置于所述第一平面和所述第二平面之间的第一波导结构和第二波导结构，所述第一波导结构和所述第二波导结构沿第一方向依次设置；所述第一波导结构包括沿第二方向依次设置的第一结构分部、第二结构分部和第三结构分部，所述第一方向与所述第一平面平行；所述第二方向与所述第一方向相交；

所述第二结构分部包括多个第二甲分束镜和多个第二乙分束镜，其中，多个所述第二甲分束镜沿第三方向依次设置，多个所述第二甲分束镜沿第四方向延伸，多个所述第二乙分束镜沿所述第四方向依次设置，多个所述第二乙分束镜沿所述第三方向延伸，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向以及所述第四方向两两相交；

入射至所述第二结构分部中的一部分光线经多个所述第二甲分束镜实现第一扩瞳后，依次进入所述第一结构分部和所述第二波导结构以完成第二次扩瞳和第三次扩瞳；

入射至所述第二结构分部中的另一部分光线经多个所述第二乙分束镜实现第一扩瞳后，依次进入所述第三结构分部和所述第二波导结构以完成第二次扩瞳和第三次扩瞳。

可选的，所述第一结构分部包括多个第一分束镜，多个所述第一分束镜沿所述第二方向依次平行设置，且多个所述第一分束镜沿所述第四方向延伸。