光学组件及增强现实显示设备的制作方法

本申请属于增强现实显示，更具体地说，涉及光学组件及增强现实显示设备。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)技术是一种实时计算光引擎系统(也称为投影仪或光机)射出的影像的位置及角度并加上相应图像的技术。增强现实技术可以实现在屏幕上将虛拟世界套在现实世界，并进行互动，即可以将真实世界的时间空间范围内的很难体验到的实体信息(比如视觉信息、声音、或触觉等)通过电脑等模拟仿真后再叠加，将虛拟信息应用到真实世界。由于增强现实技术使虚拟世界与真实世界的互动可能，目前已广泛应用在增强现实显示设备中，比如ar眼镜，能够将虚拟图像投影到人眼之中，实现虚拟图像与真实图像的叠加。

2、其中，ar显示设备的核心部件主要包括微显示器和光学元件。光学元件包括棱镜、自由曲面和光波导等。但是，上述光学技术方案较为复杂，存在体积较大等问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供光学组件、增强现实显示设备及头戴式显示设备，可以解决现有技术中存在的光学路复杂、体积较大等问题，有效减小整体的尺寸。

2、为实现上述目的，第一方面，本申请采用的技术方案是：提供一种光学组件，应用于增强现实显示设备，包括：

3、一次反射镜，被配置成允许反射光线；

4、二次反射镜，间隔设置在一次反射镜的相对端，且朝向一次反射镜，二次反射镜被配置接收来自一次反射镜反射的光线；

5、入射窗，设置在二次反射镜的中心，且对准一次反射镜，入射窗被配置成允许光线入射至一次反射镜和二次反射镜形成的空间内；以及

6、出射窗，与入射窗平行设置，且环绕一次反射镜，出射窗被配置成允许光线由一次反射镜和二次反射镜形成的空间内出射；

7、其中，入射窗用于安装微显示器，微显示器的光线由入射窗入射至一次反射镜，由一次反射镜反射至二次反射镜后经由出射窗出射。

8、在一种可能的实现中，一次反射镜为倾斜面、球面、非球面或自由曲面中的任意一种；二次反射镜为倾斜面、球面、非球面或自由曲面中的任意一种，一次反射镜和二次反射镜设置有反射材料。

9、在一种可能的实现中，光学组件还包括侧壁，侧壁的一端连接出射窗，侧壁相对的另一端连接二次反射镜，其中，一次反射镜、出射窗、侧壁、二次反射镜、入射窗之间围设区域为实心的均一透光介质，一次反射镜和二次反射镜的反射材料设置于背离实心透光介质的一侧。

10、在一种可能的实现中，光学组件还包括侧壁，侧壁的一端连接出射窗，侧壁相对的另一端连接二次反射镜，其中，一次反射镜、出射窗、侧壁、二次反射镜、入射窗之间围设区域为空心，一次反射镜的反射材料涂覆于朝向空心区域的一侧，二次反射镜的反射材料设置于朝向或背离空心区域的一侧。

11、在一种可能的实现中，一次反射镜的横向尺寸大于等于入射窗横向尺寸，且一次反射镜和入射窗中心对齐，一次反射镜的横向尺寸大于等于微显示器的横向尺寸，一次反射镜、出射窗、侧壁、二次反射镜、入射窗之间围设尺寸在1立方毫米-1立方厘米之间。

12、在一种可能的实现中，光学组件还包括不允许光线通过的第一非透射层，第一非透射层覆盖侧壁，第一非透射层与二次反射镜、出射窗平齐，且允许入射窗、出射窗相对第一非透射层漏出，出射窗横向尺寸等于二次反射镜的横向尺寸。

13、为实现上述目的，第二方面，提供一种增强现实显示设备，其包括微显示器和如上所述的光学组件，其中，微显示器设于入射窗。

14、在一种可能的实现中，增强现实显示设备还包括中间层，中间层位于微显示器与入射窗之间以粘接微显示器于入射窗。

15、在一种可能的实现中，还包括背板，背板位于微显示器背离入射窗的一侧，且于微显示器电性连接，背板用于连接驱动电源，增强现实显示设备还包括通过的第二非透射层，第二非透射层填充微显示器、背板、中间层、二次反射镜之间的间隙，第二非透射层允许至少部分背板漏出。

16、在一种可能的实现中，还包括防护层，防护层设置在出射窗的端面，且防护层遮盖出射窗和一次反射镜。

17、本申请提供的有益效果在于，通过一次反射镜被配置成允许反射光线；二次反射镜间隔设置在一次反射镜的相对端，且朝向一次反射镜，二次反射镜被配置接收来自一次反射镜反射的光线；入射窗，设置在二次反射镜的中心，且对准一次反射镜，入射窗被配置成允许光线入射至一次反射镜和二次反射镜形成的空间内；以及出射窗与入射窗平行设置，且环绕一次反射镜，出射窗被配置成允许光线由一次反射镜和二次反射镜形成的空间内出射；入射窗用于安装微显示器，微显示器的光线由入射窗入射至一次反射镜，由一次反射镜反射至二次反射镜后经由出射窗出射。通过一次、二次反射镜实现光路折叠有效降低了整体的体积，同时此微小体积装配于其它设备上而不易对其它设备的造成过大影响。

技术特征：

1.一种光学组件(10)，应用于增强现实显示设备，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光学组件(10)，其特征在于，所述一次反射镜(2)为倾斜面、球面、非球面或自由曲面中的任意一种；所述二次反射镜(4)为倾斜面、球面、非球面或自由曲面中的任意一种，所述一次反射镜(2)和所述二次反射镜(4)设置有反射材料，所述反射材料包括金属。

3.如权利要求2所述的光学组件(10)，其特征在于，所述光学组件(10)还包括侧壁(1)，所述侧壁(1)的一端连接所述出射窗(3)，所述侧壁(1)相对的另一端连接所述二次反射镜(4)，其中，所述一次反射镜(2)、所述出射窗(3)、所述侧壁(1)、所述二次反射镜(4)、所述入射窗(5)之间围设区域为实心的均一透光介质，所述一次反射镜(2)和所述二次反射镜(4)的反射材料设置于背离实心透光介质的一侧。

4.如权利要求2所述的光学组件(10)，其特征在于，所述光学组件(10)还包括侧壁(1)，所述侧壁(1)的一端连接所述出射窗(3)，所述侧壁(1)相对的另一端连接所述二次反射镜(4)，其中，所述一次反射镜(2)、所述出射窗(3)、所述侧壁(1)、所述二次反射镜(4)、所述入射窗(5)之间围设区域为空心，所述一次反射镜(2)的反射材料涂覆于朝向空心区域的一侧，所述二次反射镜(4)的反射材料设置于朝向或背离空心区域的一侧。

5.如权利要求3或4所述的光学组件(10)，其特征在于，所述一次反射镜(2)的横向尺寸大于等于所述入射窗(5)横向尺寸，且所述一次反射镜(2)和所述入射窗(5)中心对齐，所述一次反射镜(2)的横向尺寸大于等于所述微显示器(6)的横向尺寸，所述一次反射镜(2)、所述出射窗(3)、所述侧壁(1)、所述二次反射镜(4)、所述入射窗(5)之间围设尺寸在1立方毫米-1立方厘米之间。

6.如权利要求3或4所述的光学组件(10)，其特征在于，所述光学组件还包括不允许光线通过的第一非透射层(71)，所述第一非透射层(71)覆盖所述侧壁(1)，所述第一非透射层(71)与所述二次反射镜(4)、所述出射窗(3)平齐，且允许所述入射窗(5)、所述出射窗(3)相对所述第一非透射层(71)漏出，所述出射窗(3)横向尺寸等于所述二次反射镜(4)的横向尺寸。

7.如权利要求6所述的光学组件(10)，其特征在于，所述第一非透射层(71)包括黑色环氧树脂、黑色硅橡胶、碳黑、镍黑、黑铬或梵塔黑涂层中的任一种。

8.一种增强现实显示设备(100)，其特征在于，包括微显示器(6)和如权利要求1至7任一项所述的光学组件(10)，其中，所述微显示器(6)设于所述入射窗(5)用于投射图像。

9.如权利要求8所述的增强现实显示设备(100)，其特征在于，所述增强现实显示设备还包括中间层(62)，所述中间层(62)位于所述微显示器(6)与所述入射窗(5)之间，以连接所述微显示器(6)与所述入射窗(5)。

10.如权利要求9所述的增强现实显示设备(100)，其特征在于，还包括背板(61)，所述背板(61)位于所述微显示器(6)背离所述入射窗(5)的一侧，且于所述微显示器(6)电性连接，所述背板(61)用于连接驱动电源，所述增强现实显示设备还包括第二非透射层(72)，所述第二非透射层(72)填充所述微显示器(6)、所述背板(61)、所述中间层(62)、所述二次反射镜(4)之间的间隙，所述第二非透射层(72)允许至少部分所述背板(61)漏出。

11.如权利要求8所述的增强现实显示设备(100)，其特征在于，还包括防护层(8)，所述防护层(8)设置在所述出射窗(3)的端面，且所述防护层(8)遮盖所述出射窗(3)和所述一次反射镜(2)。

12.如权利要求8所述的增强现实显示设备(100)，其特征在于，所述微显示器(6)具有每像素不低于佩戴者视野的2弧分的分辨率，所述微显示器的像素到像素间距不超过5微米。

13.如权利要求8所述的增强现实显示设备(100)，其特征在于，所述微显示器(6)的投射图像覆盖佩戴者的至少8°视场角，所述投射图像的放大倍数不小于2.5。

技术总结本申请提供光学组件及增强现实显示设备，包括一次反射镜被配置成允许反射光线；二次反射镜间隔设置在一次反射镜的相对端，且朝向一次反射镜，二次反射镜被配置接收来自一次反射镜反射的光线；入射窗设置在二次反射镜的中心，且对准一次反射镜，入射窗被配置成允许光线入射至一次反射镜和二次反射镜形成的空间内；以及出射窗与入射窗平行设置，且环绕一次反射镜，出射窗被配置成允许光线由一次反射镜和二次反射镜形成的空间内出射；入射窗用于安装微显示器，微显示器的光线由入射窗入射至一次反射镜，由一次反射镜反射至二次反射镜后经由出射窗出射，通过一次、二次反射镜实现光路折叠有效降低了整体的体积。技术研发人员：贾捷阳,邓旭东受保护的技术使用者：深圳市仙瞬科技有限公司技术研发日：20230913技术公布日：2024/6/5