一种AR光学设备的制作方法

一种ar光学设备
技术领域
1.本发明涉及光学器件领域，特别是涉及一种ar光学设备。


背景技术：

2.增强现实（augmented reality，ar）技术通过将虚拟信息叠加在真实场景上，给用户提供更丰富更直观的体验。而在使用ar光学设备的用户群体中，存在视力屈光异常的用户也占据相当大的比例。
3.目前多数情况下，是用户佩戴自己的屈光异常矫正的眼镜的基础上，再佩戴ar光学设备，也即屈光异常的矫正眼镜和ar光学设备共同叠加使用。这种方式尽管能够保证用户清楚观看虚拟图像和环境的真实场景，但也在一定程度上为用户使用ar光学设备带来不变，且大大降低ar光学设备佩戴使用的舒适度。
4.尽管目前部分ar光学设备中也存在通过增加菲涅尔透镜等光学器件的方式达到矫正视力的目的，但也会增大整个ar光学设备的体积，且增加设备成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种ar光学设备，能够在不增加新的光学元件的基础上针对佩戴者的屈光异常对光线进行矫正，并在一定程度上增大ar光学设备的眼盒，提升显示效果。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种ar光学设备，包括：光源组件和光学镜片，所述光学镜片上设置有hoe元件；其中，所述光学镜片为具有对佩戴者的屈光异常进行校正的光焦度的透光镜片；所述光源组件输出的投影光线经所述光学镜片的耦入端耦入到所述光学镜片内，并在所述光学镜片内传导后，经所述hoe元件衍射耦出至人眼；所述hoe元件包括基底，设置在基底上的第一电致伸缩材料、第二电致伸缩材料以及全息光栅；所述全息光栅和所述第一电致伸缩材料以及第二电致伸缩材料均贴合连接；当所述第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料通电时，所述第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料分别沿两个不同方向伸缩，以改变所述全息光栅的光栅倾斜角和厚度。
7.可选地，所述光学镜片的第一表面为凸表面，第二表面为凹表面，且所述第一表面的曲率半径大于所述第二表面的曲率半径；所述hoe元件为设置在所述光学镜片的第一表面上且具有光焦度的光学元件；当所述投影光线耦入到所述光学镜片后入射至所述第二表面，并在所述第二表面全反射后入射至所述hoe元件，经所述hoe元件衍射后并通过所述第二表面透射输出。
8.可选地，所述hoe元件至少包括依次呈阵列设置在所述光学镜片的第一表面上的多个hoe元件；所述投影光线耦入至所述光学镜片内并经过所述光学镜片的第二表面进行全反
射后，各个所述hoe元件依次对所述投影光线进行部分衍射部分反射；其中，从每个所述hoe元件衍射输出的光线经所述第二表面透射输出，从每个所述hoe元件反射输出的光线经所述第二表面再次全反射后入射至下一所述hoe元件；且最后一个所述hoe元件对入射的光线全部衍射并经所述第二表面透射输出。
9.可选地，所述hoe元件设置在所述光学镜片上偏离所述光学镜片的中心区域的位置。
10.可选地，所述hoe元件为嵌入所述光学镜片内部，并相对于所述光学镜片的第一表面和第二表面倾斜设置的元件。
11.可选地，所述光学镜片为变焦透镜。
12.可选地，所述光源组件包括沿光路依次设置的激光光源、第一反射镜、第二反射镜、准直透镜；所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一个反射镜为沿两个相互垂直的方向旋转运动的二维振镜；所述第一反射镜和所述第二反射镜中的另一个反射镜可旋转至多个不同的位置，和/或，所述准直透镜可沿光轴方向移动。
13.可选地，所述准直透镜可沿垂直于所述光轴的方向移动。
14.可选地，所述准直透镜和所述光学镜片的耦入端之间还设置有曲面反射镜。
15.可选地，所述光源组件包括沿光路依次设置的显示芯片、准直透镜以及曲面反射镜；其中，所述准直透镜和所述曲面反射镜中至少一个为可活动部件。
16.本发明所提供的一种ar光学设备，包括：光源组件和光学镜片，光学镜片上设置有hoe元件；其中，光学镜片为具有对佩戴者的屈光异常进行校正的光焦度的透光镜片；光源组件输出的投影光线经光学镜片的耦入端耦入到光学镜片内，并在光学镜片内传导后，经hoe元件衍射耦出至人眼；hoe元件包括基底，设置在基底上的第一电致伸缩材料、第二电致伸缩材料以及全息光栅；全息光栅和第一电致伸缩材料以及第二电致伸缩材料均贴合连接；当第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料通电时，第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料分别沿两个不同方向伸缩，以改变全息光栅的光栅倾斜角和厚度。
17.本技术的ar光学设备中，直接将用于传导投影光线和允许环境光线透射至人眼的光学镜片设置成具有能够矫正佩戴者的屈光异常的光焦度的透光镜片；由此即可在无需另外增加其他光学器件的基础上，保证存在屈光异常的佩戴者能够清楚的看清投影的虚拟图像和环境中真实景物；在此基础上，设置在光学镜片上的hoe元件包括两个电致伸缩材料部分和一个全息光栅；且当两个电致伸缩材料通电后可分别沿不同方向伸缩，使得全息光栅的光栅倾斜角和厚度也相应地变化，针对不同的光栅倾斜角和厚度，在对投影光线进行衍射输出后，可以使得投影光线的视点在空间中的位置也不同；由此即可基于佩戴者实际的头部尺寸和瞳距，通过两个电致伸缩材料调节全息光栅的光栅倾斜角和厚度，从而保证视点位置可以移动至适合佩戴者观看的位置，提升投影画面的观看效果，在一定程度上提升ar光学设备的使用体验。
18.在本技术的一种可选地实施例中，光源组件可以进一步地包括由激光光源和二维振镜组成的lbs光源，可以扫描输出可在人眼视网膜成像的投影画面，由此即可使得无需另外配置针对佩戴者屈光异常对投影光线进行矫正的光学元件，也能保证佩戴者观看的清晰
的投影画面，从而在一定程度上简化整个ar光学设备的结构。
附图说明
19.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
20.图1为本技术实施例提供的ar光学设备的第一种光路结构示意图。
21.图2为本技术实施例提供的hoe元件的结构示意图。
22.图3为本技术实施例提供的ar光学设备的第二种光路结构示意图。
23.图4为本技术实施例提供的ar光学设备的第三种光路结构示意图。
24.图5为本技术实施例提供的ar光学设备的第四种光路结构示意图。
25.图6为本技术实施例提供的ar光学设备的第五种光路结构示意图。
26.图7为本技术实施例提供的ar光学设备的第六种光路结构示意图。
具体实施方式
27.视力屈光异常包括两种情况，一种是近视屈光异常，一种是远视屈光异常；无论是近视还是远视，在佩戴使用ar光学设备时，都会导致佩戴者无法清楚观看环境和投影图像。因为佩戴者同时需要接收环境光线和投影光线两种不同来源的光线，在进行视力矫正时，也就同时需要分别对两种不同来源的光线均进行矫正。而在ar光学设备中，环境光线进入人眼之前唯一经过的光学元件也即是波导镜片。
28.为此，本技术中为了在不增加额外的光学元件的基础上，实现屈光异常的矫正，将通常情况下呈平板结构的波导镜片设置成具有光焦度的透光镜片，从而保证佩戴者可以清楚观看环境中真实的物景。
29.在此基础上，本技术中还进一步地考虑到ar光学设备在实际佩戴过程中，因为佩戴者的自身情况不同，在佩戴该ar光学设备时，不同佩戴者的眼睛和波导镜片之间的相对位置也存在细微的差别，而这一差别就可能影响佩戴者看清投影画面的观看效果。
30.为此，本技术中进一步地在ar光学设备的光学镜片上设置带有电致伸缩材料的hoe元件，可以在一定程度上调节投影光线的视点在空间中的位置，进而在一定程度上满足不同佩戴者的佩戴使用需求，提升使用体验。
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
32.如图1至图7所示，图1为本技术实施例提供的ar光学设备的第一种光路结构示意图；图2为本技术实施例提供的hoe元件的结构示意图；图3为本技术实施例提供的ar光学设备的第二种光路结构示意图；图4为本技术实施例提供的ar光学设备的第三种光路结构示意图；图5为本技术实施例提供的ar光学设备的第四种光路结构示意图；图6为本技术实施例提供的ar光学设备的第五种光路结构示意图；图7为本技术实施例提供的ar光学设备的
第六种光路结构示意图。
33.在本技术的一种具体实施例种，该ar光学设备可以包括：光源组件2和光学镜片1，光学镜片1上设置有hoe元件3；其中，光学镜片1为具有对佩戴者的屈光异常进行校正的光焦度的透光镜片；光源组件2输出的投影光线经光学镜片1的耦入端耦入到光学镜片1内，并在光学镜片1内传导后，经hoe元件3衍射耦出至人眼；hoe元件3包括基底301，设置在基底301上的第一电致伸缩材料302、第二电致伸缩材料303以及全息光栅304；全息光栅304和第一电致伸缩材料302以及第二电致伸缩材料303均贴合连接；当第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303分别通电时，第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303可分别沿两个不同方向伸缩，以改变全息光栅304的光栅倾斜角和厚度。
34.如图1所示，光源组件2向光学镜片1内输出的投影光线之后，投影光线通过在光学镜片1内全反射传导之后，入射至hoe元件3所在的界面，该hoe元件3相当于耦出元件，可以对投影光线进行衍射并使得衍射输出的投影光线可以从光学镜片1内耦出，进而入射至人眼。而对于环境光线而言，则直接依次经过光学镜片1上相对的两个表面透射后入射至人眼。因为该光学镜片1具有能够矫正佩戴者屈光异常的光焦度，由此环境光线经过该光学镜片1透射至人眼，即保证佩戴者能够清楚观看到环境景物。
35.此外，对于佩戴者而言，除了要看清楚环境光线对应的真实物景，也需要清楚观看投影光线所成的投影画面，但和环境光线不同的是，投影光线从光源组件2中的光源输出之后，一般都需要经过一系列的光学元件，由此要保证投影画面在人眼中清晰成像，可以按照人眼的屈光异常情况设置投影光线对应的光路结构中的光学元件，也可以利用光学镜片1的光焦度对投影光线进行屈光异常的矫正，只要保证最终人眼能够接收到清晰的投影画面即可，例如，可以将hoe元件3采用具有光焦度的光学元件，通过hoe元件3和光学镜片1的光焦度对投影光线共同的调制作用，保证投影光线在人眼视网膜上清晰成像。
36.以佩戴者的屈光异常为近视为例，在本技术的一种可选地实施例中，还可以进一步地包括：光学镜片1的第一表面101为凸表面，第二表面102为凹表面，且第一表面101的曲率半径大于第二表面102的曲率半径；hoe元件3为设置在光学镜片1的第一表面101上且具有光焦度的光学元件；当投影光线耦入到光学镜片1后入射至第二表面102，并在第二表面102全反射后入射至hoe元件3，经hoe元件3衍射后并通过第二表面102透射输出。
37.如图1所示，本实施例中光学镜片1的第一表面101为ar光学设备被佩戴时，该光学镜片1上背离人眼一侧的表面，而第二表面102则为靠近人眼一侧的表面；由此投影光线一般从光学镜片1的第二表面102输出至人眼。
38.在此基础上，光源组件2输出的投影光线在入射到光学镜片1的耦入端之后，先入射至该光学镜片1的第二表面102，尽管在本实施例中该第二表面102为曲面表面，但只要保证投影光线入射的角度合适，仍然能够保证投影光线在该第二表面102发生全反射，并在全反射之后入射至第一表面101上设置有hoe元件3的区域，该hoe元件3可以对投影光线进行反射式衍射后，即可使得该投影光线重新向第二表面102一侧输出并经过该第二表面102透
射输出至人眼。
39.在本实施例中因为针对佩戴者为近视的情况为例进行说明，因此所采用的光学镜片1为凹透镜镜片。对于环境光线而言，经过该光学镜片1的屈光矫正作用即可保证环境光线在佩戴者眼中清晰成像。
40.而投影光线在入射到光学镜片1之后，先后在第二表面102进行了一次全反射和一次透射，第二表面102对投影光线的发散角的影响并不能实现对投影光线进行屈光度的矫正；为此本实施例中进一步地采用具有光焦度的hoe元件3。可以理解的是，本实施例中hoe元件3的光焦度并不等同于光学镜片1的光焦度。该光焦度的大小应当具体基于光学镜片1的第二表面102的光焦度而定，具体是投影光线在依次经过第二表面102的全反射、hoe元件3的衍射以及第二表面102透射过程中，对投影光线的发散度的影响而定，只要最终保证投影光线能够在人眼内清晰成像即可。
41.以上是本技术的一种可选地实施例，在实际应用中，hoe元件3并不必然设置在光学镜片1的第一表面101，而光学镜片1也并不必然是第一表面101为凸表面而第二表面102为凹表面。例如，对于hoe元件3而言，也可以考虑直接设置在光学镜片1的第二表面102，投影光线入射至光学镜片1中之后直接入射至第二表面102上设置hoe元件3的位置，hoe元件3对投影光线进行透射式衍射耦出光学镜片1入射至人眼；此时光学镜片1的两个表面的光焦度并不会对投影光线进行影响，hoe元件3的光焦度即可针对佩戴者的屈光异常进行调节，当然，若是光源组件2中输出的投影光线本身就可以在佩戴者的视网膜上清晰成像，hoe元件3则可以仅仅用于调节投影光线的像差或者缩放投影图像的大小即可。还例如，如果佩戴者为远视，显然，此时的光学镜片1应当采用凸透镜。此外，不论光学镜片1是凸透镜还是凹透镜，均可以将光学镜片1的第一表面101和第二表面102中的一个设置为平面表面，以第二表面102为平面表面为例，则投影光线即便在第二表面102进行了一次全反射和一次透射，对投影光线的发散度也并不产生影响，此时hoe元件3的光焦度同样可以仅仅用于针对佩戴者的屈光异常进行调节，或对缩放投影画面的大小以及矫正像差。
42.另外，该hoe元件3也并不仅限于设置在光学镜片1的第一表面101和第二表面102上，如图3所示，在本技术的另一可选地实施例中，hoe元件3还可以是倾斜插入光学镜片1内部，即hoe元件3与光学镜片1的第一表面101和第二表面102之间保持相互倾斜。
43.如图3所示，在图3所示的实施例中，光源组件2输出的投影光线入射到光学镜片1之后，先在光学镜片1的第一表面101发生一次全反射，之后即直接入射至hoe元件3上，并在该hoe元件3上发生反射式衍射，并入射至光学镜片1的第二表面102后透射输出至人眼。
44.需要说明的是，在图3所示的实施例中，该hoe元件3也同样可以是具有光焦度的光学元件，用于矫正投影光线的发散角基础上，保证投影光线在人眼中清晰成像。
45.可以理解的是，无论hoe元件3是设置在光学镜片1的第一表面101或第二表面102，还是嵌入光学镜片1的内部，光学镜片1上设置hoe元件3的区域或多或少都会在一定程度上影响环境光线进入人眼，且当投影画面位于人眼正前方时会影响人眼观看正常外界环境，当用户前方有阻碍物时，由于投影画面的遮挡会具有一定的危险性。为此，在本技术的另一可选地实施例中，该hoe元件3可以设置在光学镜片1上的非中心区域。例如，该hoe元件3所衍射的光线汇聚在在人眼入瞳的两侧，由此，佩戴者需要观看投影图像可以向两侧转动眼球观看即可。当然hoe元件3也可以设置在靠近双眼之间的位置，或者是光学镜片1上偏上或
偏下的位置等等，都不影响本技术技术方案的实现。
46.基于上述论述，对于针对佩戴者个人定制的ar光学设备而言，显然，该ar光学设备的光学镜片1仅仅具有固定不变的光焦度即可。但在实际应用中，同一ar光学设备经常供多人轮流使用，而不同佩戴者的屈光异常情况并不相同，对光学镜片1的光焦度需求也就不同。为此，为了满足不同佩戴者可以使用同一ar光学设备的应用需求，可以考虑将该ar光学设备中的光学镜片1采用变焦透镜。例如可以采用通过挤压改变镜片厚度的液体透镜。由此，在实际应用中，可以基于佩戴者的屈光异常的程度不同，改变对液体透镜的挤压力大小，进而改变液体透镜的光焦度，以适应不同佩戴者佩戴使用。
47.基于上述各个实施例，本技术中还进一步地设置有带有第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303的hoe元件3。
48.如图2所示，当第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303分别通电的过程中，第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303可以分别沿不同方向伸缩；同时和第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303相连接的全息光栅304也就随着第一电致伸缩材料302以及第二电致伸缩材料303的伸缩相应地被拉伸形变，进而在一定程度上使得全息光栅304的厚度以及光栅倾斜角等发生变化。
49.当全息光栅304的光栅倾斜角发生变化时，相应地，全息光栅304的光栅矢量也必然发生变化，投影光线经过hoe元件3衍射输出的方向也必然发生变化。由此，当hoe元件3的光栅矢量变化的过程中，投影光线经过hoe元件3衍射并从光学镜片1内输出所形成的视点位置也必然在空间中一定区域内变化。
50.在实际应用中，对于不同的佩戴者而言，双眼之间的瞳距并不完全相同，由此，当佩戴者佩戴该ar光学设备时，可以基于佩戴者具体的瞳距信息，分别针对双眼的两个光学镜片1上的hoe元件3进行光栅矢量的独立调节，从而在一定程度上满足不同佩戴者的佩戴需求。
51.此外，当全息光栅304的光栅厚度发生变化时，投影光线经过该hoe元件3之后所形成的视点沿垂直于光学镜片1的方向上，距离光学镜片1的距离会相应不同，也即是投影光线的视点深度不同。
52.显然，当佩戴者佩戴ar显示设备时，应当要求投影光线的视点刚好可以被人眼所接收到。而对于不同的佩戴者而言，其眼睛和光学镜片1之间的距离可能略有不同。由此也即可分别对第一电致伸缩材料302和第二电致伸缩材料303通电，进而将投影光线的视点深度调制适合当前佩戴者观看的位置，由此即可保证投影画面的显示效果。
53.基于上述论述，本技术中的ar光学设备在实际应用中，可以基于佩戴者的瞳距以及眼睛距离光学镜片1之间的距离的不同，利用hoe元件3中的两个电致伸缩材料对投影光线的视点位置进行调节，从而在一定程度上满足不同佩戴者的佩戴需求，进而提升佩戴者的使用体验。
54.当然，要满足具有不同的瞳距的佩戴者均能够清楚观看投影画面，也并不仅限于上述改变hoe元件3中的倾斜角的方式。在本技术的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：hoe元件3至少包括依次呈阵列设置在光学镜片1的第一表面101上的多个hoe元件3；
投影光线耦入至光学镜片1内并经过光学镜片1的第二表面102进行全反射后，依次经过各个hoe元件3的部分衍射部分反射，其中，每个hoe元件3衍射输出的光线经第二表面102透射输出，每个hoe元件3反射输出的光线经第二表面102再次全反射后入射至下一hoe元件3；且最后一个hoe元件3对入射的光线全部衍射并经第二表面102透射输出。
55.参照图4，在图4所示的实施例中，光学镜片1的第一表面101上依次设置有第一hoe元件31、第二hoe元件32以及第三hoe元件33，其中，第一hoe元件31和第二hoe元件32对投影光线均是进行部分衍射部分反射，而第三hoe元件33则是对投影光线进行完全衍射；由此，当投影光线入射到光学镜片1内，先入射到光学镜片1的第二表面102上，在第二表面102进行全反射后入射至第一hoe元件31，被第一hoe元件31部分反射部分衍射，其中，衍射输出的光线直接通过第二表面102透射输出，而反射输出的光线则再次经过第二表面102进行一次全反射之后，入射至至第二hoe元件32，并同样被第二hoe元件32进行部分反射部分衍射，且衍射输出的光线同样经过第二表面102输出至人眼，而反射输出的光线则再一次经过第二表面102的全反射后入射至第三hoe元件33，第三hoe元件33则对入射的光线进行完全衍射，使得该部分光线完全衍射耦出光学镜片1。
56.本实施例中通过在光学镜片1上设置多个hoe元件3，实现投影光线的扩瞳，进而保证佩戴者可以在更大的区域范围内均能够接收观看到投影画面，也就能够满足不同佩戴者的瞳距要求。
57.此外，在图4所示的实施例中，第一hoe元件31可以对投影光线进行三分之一的衍射三分之二反射，而第二hoe元件32则对入射的投影光线进行二分之一反射二分之一衍射，第三hoe元件33则对入射的光线全部衍射，由此在实现投影光线扩瞳的基础上，保证投影画面的亮度均匀性。
58.当然，图4也仅仅是本技术中通过设置多个hoe元件3实现投影画面扩瞳的一种具体的实施例。在实际应用中hoe元件3还可以包括更多个hoe元件3，且各个hoe元件3也并不必然设置在光学镜片1的第一表面101，也可以设置在光学镜片1的第二表面102，或者嵌入到光学镜片1内倾斜设置。
59.此外，每个hoe元件3也同样可以是具有光焦度的光学元件，还可以是包含有电致伸缩材料的元件，具体可以参照上述类似实施例，对此本技术中不重复赘述。
60.以上各个实施例中主要针对ar光学设备中针对hoe元件3的各种不同的可选地实现方式进行说明，基于上述任意实施例，要满足不同佩戴者的佩戴需求，除了通过hoe元件3来实现之外，也可以通过光源组件2来实现。在本技术的一种可选的实施例中，光源组件2可以包括：沿光路依次设置的激光光源21、第一反射镜22、第二反射镜23、准直透镜24；第一反射镜22和第二反射镜23中的一个反射镜为沿两个相互垂直的方向旋转运动的二维振镜；第一反射镜22和第二反射镜23中的另一个反射镜可旋转至多个不同的位置，和/或，准直透镜24可沿光轴方向移动。
61.本实施例中的光源组件2中，当第一反射镜22和第二反射镜23中的一个为二维振镜，由此，该二维振镜和激光光源21之间即可形成lbs光源，进而实现投影光线的扫描输出。
62.如前所述，ar光学设备在实际应用中，佩戴者可能存在屈光异常；但对于lbs光源
而言，其以扫描的方式输出投影光线，可以实现视网膜成像；由此，对于本实施例中的lbs光源输出的激光光线也就无需专门配置对投影光线进行屈光异常矫正的光学元件。相应地，在光源组件2包含有lbs光源的实施例中，设置在hoe元件3也同样可以具有光焦度，但该hoe元件3的光焦度作用可以主要为是激光光束在人眼瞳孔位置会聚形成视点，或对投影光线所成像视场大小或者成像像差等进行调制即可。
63.为了便于说明，下面以第二反射镜23为二维振镜而第一反射镜22为非二维振镜为例进行说明。
64.如图5所示，在图5所示的实施例中，随着准直透镜24沿光轴方向的移动，扫描输出的投影光线的发散和会聚的角度也必然随之变化，最终在经过光学镜片1输出后，在空间所成的视点位置和光学镜片1的远近距离也必然可以发生变化。由此当针对不同的佩戴者佩戴该ar光学设备时，则可以根据佩戴者实际的头部尺寸及瞳孔信息调整视点深度，从而更好的适应不同佩戴者的佩戴需求，从而提升佩戴者的适用体验。
65.如图6所示，在图6所示的实施例中，第一反射镜22可以旋转至不同的位置状态，由此即可在一定程度上使得经过第一反射镜22反射输出的投影光线在垂直于准直透镜24的光轴方向移动，由此使得后续整个光路也必然存在沿垂直于光轴的方向平移，最终经过光学镜片1输出的投影光线所形成视点即可在人眼的上下左右方向移动至不同位置点；当佩戴者的瞳孔位置偏向左方，即可通过旋转第一反射镜22将视点适当向左偏移，而瞳孔位置偏上，则将视点适当向上移动，从而保证佩戴者可根据自身情况准确设置合适的视点位置，能够清楚完整地观看到投影画面；由此，当不同佩戴者佩戴该ar光学设备时，即可基于佩戴者的眼睛位置对每个光学镜片1中的投影光线所形成的视点进行调节，进而满足不同佩戴者的佩戴需求。
66.在此基础上，对于本实施例中的ar光学设备，还可以通过控制该第一反射镜22的旋转位置，满足佩戴者在不同角度上均可以观看到投影画面的需求。例如。当佩戴者向左看，即可通过旋转第一反射镜22将视点适当向左偏移，而向上看，则将视点适当向上看，从而保证佩戴者在各个不同方向上均可观看到投影画面。
67.需要说明的是，要达到ar光学设备眼盒扩大的显示效果，也并不必然旋转第一反射镜22。因为准直透镜24和第一反射镜22之间的移动是相对的，由此，也可以控制准直透镜24沿垂直于光轴方向平移，由此也即可实现投影光线整体沿垂直于光轴方向的移动，进而改变投影光线最终成像视点位置的变化。
68.并且，当准直透镜24沿垂直于光轴方向移动运动时，第一反射镜22也可以同时发生旋转，通过二者相互配合共同改变投影光线的视点位置，也同样能够实现本技术的技术方案。
69.另外，对于本技术中的ar光学设备，可以仅仅只具有准直透镜24和第一反射镜22中的一个可移动的功能，也可以使得两者均可以移动，具体可以根据实际需求设定，对此本技术中不做具体限制。
70.在此基础上，如上所示，对于带有电致伸缩材料的hoe元件3同样也具有能够通过改变光栅倾斜角以及厚度进而使得投影光线在空间中视点位置改变的功能。而在实际应用中，可以将光源组件2中的准直透镜24和第一反射镜22的运动以及hoe元件3的光栅矢量变化相互配合，从而实现视点在空间中更大范围的移动，进一步提升ar光学设备的显示效果。
71.可选地，在本技术的另一可选地实施例中，该光源组件2还可以进一步地包括准直透镜24和光学镜片1的耦入端之间还设置有曲面反射镜25。通过该曲面反射镜25的偏转反射的作用，使得准直透镜24输出的投影光线从光学镜片1的端部入射。
72.基于上述实施例，对于光源组件2中也并不必然是包括由激光光源21和二维振镜组成的lbs光源。在本技术的另一可选地实施例中，该光源组件2还可以包括：光源组件2包括沿光路依次设置的显示芯片20、准直透镜24以及曲面反射镜25；其中，准直透镜24和曲面反射镜25中至少一个为可活动部件。
73.如图7所示，本实施例中输出投影光线的为面发光的显示芯片20，由此可见，该显示芯片20输出的投影光线并不具有视网膜显示的功能，因此在实际应用中，即可利用hoe元件3上设置光焦度，并配合光学镜片1的光焦度，实现对投影光线的调节，保证存在屈光异常的佩戴者也能够看清投影画面。
74.并且，对于本实施例中的准直透镜24同样可以通过沿光轴的方向移动，改变最终的投影光线的视点深度，以及通过沿垂直于光轴方向平移，在左右上下方向移动视点位置，其原理和上述lbs光源对应的实施例近似，对此本实施例中不重复赘述。
75.另外，也可以考虑移动或旋转曲面反射镜25改变投影光线的光路，从而在一定程度上实现视点位置的变化，具体位置可以参照上述实施例中准直透镜24以及第一反射镜23的运动，本实施例中不再详细赘述。
76.当然，本实施例中不论是准直透镜24还是曲面反射镜25的移动，均可以和带有电致伸缩材料的hoe元件3相互配合，从而实现视点位置在更大空间内移动调节，提升ar光学设备显示效果。
77.综上所述，本技术的ar光学设备中，直接将用于传导投影光线和允许环境光线透射至人眼的光学镜片设置成具有能够矫正佩戴者的屈光异常的光焦度的透光镜片；由此即可在无需另外增加其他光学器件的基础上，保证存在屈光异常的佩戴者能够清楚的看清投影的虚拟图像和环境中真实景物；在此基础上，设置在光学镜片上的hoe元件包括两个电致伸缩材料部分和一个全息光栅；且当两个电致伸缩材料通电后可分别沿不同方向伸缩，使得全息光栅的光栅倾斜角和厚度也相应的变化，针对不同的光栅倾斜角和厚度，在对投影光线进行衍射输出后，投影光线的视点在空间中的位置也不同；由此即可基于佩戴者实际的头部尺寸和瞳距，调节全息光栅的光栅倾斜角和厚度，从而保证视点位置可以移动至适合佩戴者观看的位置，提升投影画面的观看效果，在一定程度上提升ar光学设备的使用体验。
78.需要说明的是，在本文中，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，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。另外，本技术实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
79.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种ar光学设备，其特征在于，包括：光源组件和光学镜片，所述光学镜片上设置有hoe元件；其中，所述光学镜片为具有对佩戴者的屈光异常进行校正的光焦度的透光镜片；所述光源组件输出的投影光线经所述光学镜片的耦入端耦入到所述光学镜片内，并在所述光学镜片内传导后，经所述hoe元件衍射耦出至人眼；所述hoe元件包括基底，设置在基底上的第一电致伸缩材料、第二电致伸缩材料以及全息光栅；所述全息光栅和所述第一电致伸缩材料以及第二电致伸缩材料均贴合连接；当所述第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料通电时，所述第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料分别沿两个不同方向伸缩，以改变所述全息光栅的光栅倾斜角和厚度。2.如权利要求1所述的ar光学设备，其特征在于，所述光学镜片的第一表面为凸表面，第二表面为凹表面，且所述第一表面的曲率半径大于所述第二表面的曲率半径；所述hoe元件为设置在所述光学镜片的第一表面上且具有光焦度的光学元件；当所述投影光线耦入到所述光学镜片后入射至所述第二表面，并在所述第二表面全反射后入射至所述hoe元件，经所述hoe元件衍射后并通过所述第二表面透射输出。3.如权利要求1所述的ar光学设备，其特征在于，所述hoe元件至少包括依次呈阵列设置在所述光学镜片的第一表面上的多个hoe元件；所述投影光线耦入至所述光学镜片内并经过所述光学镜片的第二表面进行全反射后，各个所述hoe元件依次对所述投影光线进行部分衍射部分反射；其中，从每个所述hoe元件反射输出的光线经所述第二表面再次全反射后入射至下一所述hoe元件，从每个所述hoe元件衍射输出的光线经所述第二表面透射输出；且最后一个所述hoe元件对入射的光线全部衍射并经所述第二表面透射输出。4.如权利要求1所述的ar光学设备，其特征在于，所述hoe元件设置在所述光学镜片上偏离所述光学镜片的中心区域的位置。5.如权利要求1所述的ar光学设备，其特征在于，所述hoe元件为嵌入所述光学镜片内部，并相对于所述光学镜片的第一表面和第二表面倾斜设置的元件。6.如权利要求1所述的ar光学设备，其特征在于，所述光学镜片为变焦透镜。7.如权利要求1至6任一项所述的ar光学设备，其特征在于，所述光源组件包括沿光路依次设置的激光光源、第一反射镜、第二反射镜、准直透镜；所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一个反射镜为沿两个相互垂直的方向旋转运动的二维振镜；所述第一反射镜和所述第二反射镜中的另一个反射镜可旋转至多个不同的位置，和/或，所述准直透镜可沿光轴方向移动。8.如权利要求7所述的ar光学设备，其特征在于，所述准直透镜可沿垂直于所述光轴的方向移动。9.如权利要求7所述的ar光学设备，其特征在于，所述准直透镜和所述光学镜片的耦入端之间还设置有曲面反射镜。10.如权利要求1至6任一项所述的ar光学设备，其特征在于，所述光源组件包括沿光路依次设置的显示芯片、准直透镜以及曲面反射镜；其中，所述准直透镜和所述曲面反射镜中
至少一个为可活动部件。

技术总结
本发明涉及光学器件领域，公开了一种种AR光学设备，包括：光源组件，光学镜片，HOE元件；光学镜片为具有对佩戴者的屈光异常进行校正的光焦度的透光镜片；光源组件输出的投影光线经光学镜片的耦入端耦入到光学镜片内，并在光学镜片内传导后，经HOE元件衍射耦出至人眼；HOE元件包括基底，设置在基底上的第一电致伸缩材料、第二电致伸缩材料以及全息光栅；当第一电致伸缩材料和第二电致伸缩材料通电时，分别用于带动全息光栅沿两个不同方向伸缩。本申请中光学镜片能够佩戴者能够清楚的看清投影的虚拟图像和环境中真实景物；且HOE元件可改变投影光线形成的视点位置，从而满足不同佩戴者的佩戴需求，有利于设备使用体验。有利于设备使用体验。有利于设备使用体验。


技术研发人员：丁毅 魏海明 李瑶 魏一振 张卓鹏
受保护的技术使用者：杭州光粒科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/7/12