AR眼镜

技术领域

本申请涉及显示领域，特别涉及一种AR眼镜。

背景技术

AR眼镜是增强现实(Augmented Reality)应用的一种新型眼镜，大多数AR眼镜都具有显示、拍照、视频通话、处理文字信息、电子邮件、游戏娱乐等多样化功能。AR眼镜可以在显示现实景象的基础上，同时显示虚拟场景，用户甚至可以与虚拟场景进行交互，是未来智能硬件产品的一种新形态。

然而，目前的AR眼镜大多体积较大，重量过重，不但外形显得笨重，而且当用户长时间佩戴时也会感觉非常不适，导致用户体验很差。

发明内容

本申请实施例提供一种AR眼镜，结构紧凑，重量较轻，可以实现长时间佩戴，用户体验较好。

本申请实施例提供一种AR眼镜，包括：

显示装置，所述显示装置包括多个显示屏，多个所述显示屏分别用于发出多种不同的单色光；

合色装置，多个所述显示屏分别设于所述合色装置的周围，所述合色装置用于将多个所述显示屏各自发出的单色光融合在一起形成图像；

投影镜头，设于所述合色装置的出光侧；

波导元件，设于所述投影镜头背离所述合色装置的一侧。

在一些实施例中，所述显示装置包括第一显示屏、第二显示屏以及第三显示屏，所述第一显示屏用于发出第一单色光，所述第二显示屏用于发出第二单色光，所述第三显示屏用于发出第三单色光。

在一些实施例中，所述合色装置包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜以及第四棱镜，所述第一棱镜、所述第二棱镜、所述第三棱镜以及所述第四棱镜均为等腰直角棱镜；

所述第一棱镜、所述第二棱镜、所述第三棱镜以及所述第四棱镜各自的顶点连接在一起，所述第一棱镜的底面为所述合色装置的出光面，所述第二棱镜的底面朝向所述第一显示屏设置，所述第三棱镜的底面朝向所述第二显示屏设置，所述第四棱镜的底面朝向所述第三显示屏设置；

所述第三棱镜与所述第二棱镜之间设有第一光学膜层，所述第一光学膜层用于反射所述第一显示屏发出的第一单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光；

所述第二棱镜与所述第一棱镜之间设有第二光学膜层，所述第二光学膜层用于反射所述第三显示屏发出的第三单色光以及透射所述第一显示屏发出的第一单色光和所述第二显示屏发出的第二单色光；

所述第一棱镜与所述第四棱镜之间设有第三光学膜层，所述第三光学膜层用于反射所述第一显示屏发出的第一单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光和所述第三显示屏发出的第三单色光；

所述第四棱镜与所述第三棱镜之间设有第四光学膜层，所述第四光学膜层用于反射所述第三显示屏发出的第三单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光。

在一些实施例中，所述第一光学膜层对所述第一单色光的反射率大于所述第一光学膜层对所述第一单色光的透射率，所述第一光学膜层对所述第二单色光的透射率大于所述第一光学膜层对所述第二单色光的反射率；

所述第二光学膜层对所述第三单色光的反射率大于所述第二光学膜层对所述第三单色光的透射率，所述第二光学膜层对所述第一单色光的透射率大于所述第二光学膜层对所述第一单色光的反射率，所述第二光学膜层对所述第二单色光的透射率大于所述第二光学膜层对所述第二单色光的反射率；

所述第三光学膜层对所述第一单色光的反射率大于所述第三光学膜层对所述第一单色光的透射率，所述第三光学膜层对所述第二单色光的透射率大于所述第三光学膜层对所述第二单色光的反射率，所述第三光学膜层对所述第三单色光的透射率大于所述第三光学膜层对所述第三单色光的反射率；

所述第四光学膜层对所述第三单色光的反射率大于所述第四光学膜层对所述第三单色光的透射率，所述第四光学膜层对所述第二单色光的透射率大于所述第四光学膜层对所述第二单色光的反射率。

在一些实施例中，所述第二棱镜的底面设有第一减反射膜，所述第一减反射膜用于增加所述第一单色光的透过率；

所述第三棱镜的底面设有第二减反射膜，所述第二减反射膜用于增加所述第二单色光的透过率；

所述第四棱镜的底面设有第三减反射膜，所述第三减反射膜用于增加所述第三单色光的透过率；

所述第一棱镜的底面设有第四减反射膜，所述第四减反射膜用于同时增加所述第一单色光、所述第二单色光以及所述第三单色光的透过率。

在一些实施例中，所述合色装置包括第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜以及第四平面镜，所述第一平面镜的一端、所述第二平面镜的一端、所述第三平面镜的一端以及所述第四平面镜的一端连接在一起；

所述第一平面镜的一侧与所述第二平面镜的一侧朝向所述第一显示屏设置，所述第二平面镜背离所述第一平面镜的一侧与所述第三平面镜的一侧朝向所述第二显示屏设置，所述第三平面镜背离所述第二平面镜的一侧与所述第四平面镜的一侧朝向所述第三显示屏设置，所述第一平面镜背离所述第二平面镜的一侧为出光侧，所述第四平面镜背离所述第三平面镜的一侧为出光侧；

所述第二平面镜包括第一透光板以及设于所述第一透光板表面的第一光学薄膜，所述第一光学薄膜用于反射所述第一显示屏发出的第一单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光；

所述第一平面镜包括第二透光板以及设于所述第二透光板表面的第二光学薄膜，所述第二光学薄膜用于反射所述第三显示屏发出的第三单色光以及透射所述第一显示屏发出的第一单色光和所述第二显示屏发出的第二单色光；

所述第四平面镜包括第三透光板以及设于所述第三透光板表面的第三光学薄膜，所述第三光学薄膜用于反射所述第一显示屏发出的第一单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光和所述第三显示屏发出的第三单色光；

所述第三平面镜包括第四透光板以及设于所述第四透光板表面的第四光学薄膜，所述第四光学薄膜用于反射所述第三显示屏发出的第三单色光以及透射所述第二显示屏发出的第二单色光。

在一些实施例中，所述第一光学薄膜对所述第一单色光的反射率大于所述第一光学薄膜对所述第一单色光的透射率，所述第一光学薄膜对所述第二单色光的透射率大于所述第一光学薄膜对所述第二单色光的反射率；

所述第二光学薄膜对所述第三单色光的反射率大于所述第二光学薄膜对所述第三单色光的透射率，所述第二光学薄膜对所述第一单色光的透射率大于所述第二光学薄膜对所述第一单色光的反射率，所述第二光学薄膜对所述第二单色光的透射率大于所述第二光学薄膜对所述第二单色光的反射率；

所述第三光学薄膜对所述第一单色光的反射率大于所述第三光学薄膜对所述第一单色光的透射率，所述第三光学薄膜对所述第二单色光的透射率大于所述第三光学薄膜对所述第二单色光的反射率，所述第三光学薄膜对所述第三单色光的透射率大于所述第三光学薄膜对所述第三单色光的反射率；

所述第四光学薄膜对所述第三单色光的反射率大于所述第四光学薄膜对所述第三单色光的透射率，所述第四光学薄膜对所述第二单色光的透射率大于所述第四光学薄膜对所述第二单色光的反射率。

在一些实施例中，所述波导元件包括耦入区域、转接区域以及耦出区域，所述耦入区域用于接收从所述投影镜头中透过的光线，所述转接区域用于连接所述耦入区域与所述耦出区域，所述合色装置发出的光线进入所述波导元件后，依次经过所述耦入区域、所述转接区域以及所述耦出区域，并且在穿过所述耦出区域后传递至用户眼中。

在一些实施例中，所述波导元件的耦入区域设有耦入光栅，所述耦入光栅设于所述波导元件朝向所述投影镜头的一侧，或者所述耦入光栅设于所述波导元件背离所述投影镜头的一侧。

在一些实施例中，所述第二显示屏的中心、所述合色装置的对称轴、所述投影镜头的对称轴以及所述耦入光栅的中心位于同一直线上。

本申请实施例提供的AR眼镜包括显示装置、合色装置、投影镜头以及波导元件，其中，显示装置包括多个显示屏，多个显示屏分别设置于合色装置的周围，合色装置可以将多个显示屏各自发出的单色光融合在一起形成图像，构成该图像的光线经过投影镜头和波导元件的传递后进入用户眼中，该AR眼镜的结构紧凑，重量较轻，可以实现长时间佩戴，从而使用户获得较好的体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请实施例提供的AR眼镜的第一种结构示意图。

图2为本申请实施例提供的合色装置的第一种结构示意图。

图3为本申请实施例提供的合色装置的第二种结构示意图。

图4为本申请实施例提供的合色装置的第三种结构示意图。

图5为本申请实施例提供的波导元件的结构示意图。

图6为本申请实施例提供的AR眼镜的第二种结构示意图。

图7为本申请实施例提供的AR眼镜的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的AR眼镜的第一种结构示意图。本申请实施例提供一种AR眼镜100，包括显示装置、合色装置20、投影镜头50以及波导元件60，显示装置包括多个显示屏，多个显示屏分别用于发出多种不同的单色光，多个显示屏分别设于合色装置20的周围，合色装置20用于将多个显示屏各自发出的单色光融合在一起形成图像；投影镜头50设于合色装置20的出光侧，波导元件60设于投影镜头50背离合色装置20的一侧。

需要说明的是，本申请实施例提供的AR眼镜100除了可以包含显示装置、合色装置20、投影镜头50以及波导元件60之外，还可以包含镜片部分、镜架部分和镜腿部分(图1未示出)。其中镜片部分安装于镜架部分，镜架部分连接镜腿部分。镜片部分可以包含一个或多个镜片。例如，镜片部分可以是一个完整的镜片，也可以是分别对应于双眼的两个镜片。镜架部分可以包含鼻托架。镜架部分和镜腿部分整体能够使AR眼镜100稳定在用户的眼部。波导元件60可以设置于镜片部分，显示装置、合色装置20以及投影镜头50可以设置于镜腿的位置或者设置于镜架位置。

示例性地，AR眼镜100可以包括两个镜片、鼻托架、两条镜腿，鼻托架设于两个镜片之间并连接两个镜片，两条镜腿分别设于两个镜片远离鼻托架的一侧，波导元件60可以设置于镜片的位置，显示装置、合色装置20以及投影镜头50可以设置于镜腿的位置或者设置于鼻托架的位置。

请结合图1，显示装置可以包括第一显示屏11、第二显示屏12以及第三显示屏13，第一显示屏11用于发出第一单色光，第二显示屏12用于发出第二单色光，第三显示屏13用于发出第三单色光。

示例性地，第一显示屏11、第二显示屏12以及第三显示屏13均为Micro LED显示屏。

示例性地，第一单色光、第二单色光、第三单色光可以为红光、绿光、蓝光的任意排列组合，即，当第一单色光、第二单色光、第三单色光中的一种光为红光时，另外两种光分别为绿光和蓝光。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的合色装置的第一种结构示意图。合色装置20可以包括第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24，第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24均为等腰直角棱镜；

第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24各自的顶点连接在一起，第一棱镜21的底面为合色装置20的出光面，第二棱镜22的底面朝向第一显示屏11设置，第三棱镜23的底面朝向第二显示屏12设置，第四棱镜24的底面朝向第三显示屏13设置；

第三棱镜23与第二棱镜22之间设有第一光学膜层31，第一光学膜层31用于反射第一显示屏11发出的第一单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光；

第二棱镜22与第一棱镜21之间设有第二光学膜层32，第二光学膜层32用于反射第三显示屏13发出的第三单色光以及透射第一显示屏11发出的第一单色光和第二显示屏12发出的第二单色光；

第一棱镜21与第四棱镜24之间设有第三光学膜层33，第三光学膜层33用于反射第一显示屏11发出的第一单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光和第三显示屏13发出的第三单色光；

第四棱镜24与第三棱镜23之间设有第四光学膜层34，第四光学膜层34用于反射第三显示屏13发出的第三单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光。

需要说明的是，第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24各自的顶点分别指的是第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24的横截面的等腰直角三角形中的直角的顶点，第一棱镜21的底面、第二棱镜22的底面、第三棱镜23的底面以及第四棱镜24的底面分别指的是第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24的横截面的等腰直角三角形的底边。

示例性地，第一棱镜21、第二棱镜22、第三棱镜23以及第四棱镜24为四块相同的等腰直角棱镜。

示例性地，第一光学膜层31对第一单色光的反射率大于第一光学膜层31对第一单色光的透射率，第一光学膜层31对第二单色光的透射率大于第一光学膜层31对第二单色光的反射率；

第二光学膜层32对第三单色光的反射率大于第二光学膜层32对第三单色光的透射率，第二光学膜层32对第一单色光的透射率大于第二光学膜层32对第一单色光的反射率，第二光学膜层32对第二单色光的透射率大于第二光学膜层32对第二单色光的反射率；

第三光学膜层33对第一单色光的反射率大于第三光学膜层33对第一单色光的透射率，第三光学膜层33对第二单色光的透射率大于第三光学膜层33对第二单色光的反射率，第三光学膜层33对第三单色光的透射率大于第三光学膜层33对第三单色光的反射率；

第四光学膜层34对第三单色光的反射率大于第四光学膜层34对第三单色光的透射率，第四光学膜层34对第二单色光的透射率大于第四光学膜层34对第二单色光的反射率。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的合色装置的第二种结构示意图。第二棱镜22的底面可以设置第一减反射膜41，第一减反射膜41用于增加第一单色光的透过率；

第三棱镜23的底面可以设置第二减反射膜42，第二减反射膜42用于增加第二单色光的透过率；

第四棱镜24的底面可以设置第三减反射膜43，第三减反射膜43用于增加第三单色光的透过率；

第一棱镜21的底面可以设置第四减反射膜44，第四减反射膜44用于同时增加第一单色光、第二单色光以及第三单色光的透过率。

可以理解的是，第一减反射膜41、第二减反射膜42、第三减反射膜43以及第四减反射膜44的作用均为减少棱镜表面的反射光，从而增加棱镜的透光量。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的合色装置的第三种结构示意图。合色装置20可以包括第一平面镜210、第二平面镜220、第三平面镜230以及第四平面镜240，第一平面镜210的一端、第二平面镜220的一端、第三平面镜230的一端以及第四平面镜240的一端连接在一起；

第一平面镜210的一侧与第二平面镜220的一侧朝向第一显示屏11设置，第二平面镜220背离第一平面镜210的一侧与第三平面镜230的一侧朝向第二显示屏12设置，第三平面镜230背离第二平面镜220的一侧与第四平面镜240的一侧朝向第三显示屏13设置，第一平面镜210背离第二平面镜220的一侧为出光侧，第四平面镜240背离第三平面镜230的一侧为出光侧；

第二平面镜220包括第一透光板201以及设于第一透光板201表面的第一光学薄膜301，第一光学薄膜301用于反射第一显示屏11发出的第一单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光；

第一平面镜210包括第二透光板202以及设于第二透光板202表面的第二光学薄膜302，第二光学薄膜302用于反射第三显示屏13发出的第三单色光以及透射第一显示屏11发出的第一单色光和第二显示屏12发出的第二单色光；

第四平面镜240包括第三透光板203以及设于第三透光板203表面的第三光学薄膜303，第三光学薄膜303用于反射第一显示屏11发出的第一单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光和第三显示屏13发出的第三单色光；

第三平面镜230包括第四透光板204以及设于第四透光板204表面的第四光学薄膜304，第四光学薄膜304用于反射第三显示屏13发出的第三单色光以及透射第二显示屏12发出的第二单色光。

需要说明的是，第一光学薄膜301可以设置于第一透光板201朝向第一平面镜210的一侧，也可以设置于第一透光板201朝向第三平面镜230的一侧；

第二光学薄膜302可以设置于第二透光板202朝向第二平面镜220的一侧，也可以设置于第二透光板202朝向第四平面镜240的一侧；

第三光学薄膜303可以设置于第三透光板203朝向第一平面镜210的一侧，也可以设置于第三透光板203朝向第三平面镜230的一侧；

第四光学薄膜304可以设置于第四透光板204朝向第四平面镜240的一侧，也可以设置于第四透光板204朝向第二平面镜220的一侧。

示例性地，第一透光板201、第二透光板202、第三透光板203、第四透光板204各自的材质可以为玻璃或树脂。

请结合图4，第一平面镜210与第三平面镜230可以位于一条直线上，第二平面镜220与第四平面镜240可以位于另一条直线上，两条直线相互垂直。也即是说，第一平面镜210、第二平面镜220、第三平面镜230以及第四平面镜240中，任意相邻的两个平面镜相互垂直。

示例性地，第一光学薄膜301对第一单色光的反射率大于第一光学薄膜301对第一单色光的透射率，第一光学薄膜301对第二单色光的透射率大于第一光学薄膜301对第二单色光的反射率；

第二光学薄膜302对第三单色光的反射率大于第二光学薄膜302对第三单色光的透射率，第二光学薄膜302对第一单色光的透射率大于第二光学薄膜302对第一单色光的反射率，第二光学薄膜302对第二单色光的透射率大于第二光学薄膜302对第二单色光的反射率；

第三光学薄膜303对第一单色光的反射率大于第三光学薄膜303对第一单色光的透射率，第三光学薄膜303对第二单色光的透射率大于第三光学薄膜303对第二单色光的反射率，第三光学薄膜303对第三单色光的透射率大于第三光学薄膜303对第三单色光的反射率；

第四光学薄膜304对第三单色光的反射率大于第四光学薄膜304对第三单色光的透射率，第四光学薄膜304对第二单色光的透射率大于第四光学薄膜304对第二单色光的反射率。

本申请实施例中，波导元件60可以为衍射光波导(例如全息衍射波导)或阵列光波导。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的波导元件的结构示意图。当波导元件60为衍射光波导时，波导元件60可以包括耦入区域61、转接区域62以及耦出区域63，耦入区域61用于接收从投影镜头50中透过的光线，转接区域62用于连接耦入区域61与耦出区域63，合色装置20发出的光线进入波导元件60后，依次经过耦入区域61、转接区域62以及耦出区域63，并且在穿过耦出区域63后传递至用户眼中。

当波导元件60为衍射光波导时，波导元件60的工作原理可以为：从投影镜头50中射出的光线在进入耦入区域61后发生第一次衍射，衍射后的光线在波导元件60内以全反射的方式进行传播，到达转接区域62后发生第二次衍射，衍射后的光线在波导元件60内以全反射的方式进行传播，到达耦出区域63后发生第三次衍射，衍射后的光线传递进入用户眼中。

示例性地，波导元件60可以包括玻璃平板或者树脂平板。

请参阅图6和图7，图6为本申请实施例提供的AR眼镜的第二种结构示意图，图7为本申请实施例提供的AR眼镜的第三种结构示意图。波导元件60的耦入区域61可以设置耦入光栅64，耦入光栅64可以设置于波导元件60朝向投影镜头50的一侧(如图6所示)，或者设置于波导元件60背离投影镜头50的一侧(如图7所示)。

需要说明的是，当耦入光栅64设置于波导元件60朝向投影镜头50的一侧时，耦入光栅64可以为透射光栅，透射光栅可以对光线进行衍射，并且使衍射后的光线从其中透出，也即是说，从投影镜头50射出的光线进入耦入光栅64后，发生衍射，衍射后的光线从耦入光栅64中透过并进入波导元件60的内部进行传播；

当耦入光栅64设置于波导元件60背离投影镜头50的一侧时，耦入光栅64可以为反射光栅，反射光栅可以对光线进行衍射，并且将衍射后的光线反射至入射光线所在的一侧，也即是说，从投影镜头50射出的光线在透过波导元件60后进入耦入光栅64，在耦入光栅64内发生衍射，衍射后的光线被耦入光栅64反射至波导元件60的内部进行传播。

请结合图6和图7，第二显示屏12的中心、合色装置20的对称轴、投影镜头50的对称轴以及耦入光栅64的中心位于同一直线上。

本申请实施例中，投影镜头50可以起到对合色装置20合成的图像进行成像以及对图像进行放大的作用。

示例性地，投影镜头50可以包括多片透镜51，多片透镜51的数量可以为2～10，在从合色装置20至波导元件60的方向上，多片透镜51依次排列。在一些实施例中，多片透镜51的数量可以为2、3、4、5、6、7、8、9或10。多片透镜51可以选自双凹透镜、平凹透镜、凸凹透镜、双凸透镜、平凸透镜中的一种或多种。

示例性地，透镜51的材质可以为树脂或玻璃。

请结合图1，波导元件60与投影镜头50可以为相互垂直的关系，也可以为非垂直的关系，示例性地，波导元件60所在平面与投影镜头50的延伸方向之间的夹角可以为75°～105°，例如75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°等。需要说明的是，投影镜头50的延伸方向指的是投影镜头50中多个透镜51的排列方向，即从合色装置20至波导元件60的方向。

本申请实施例中，当某一光学膜层或者光学薄膜对某一单色光的反射率大于透射率时，光学膜层或者光学薄膜对该单色光的反射率可以为60％～100％，例如60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％等，光学膜层或者光学薄膜对该单色光的透射率可以为0～40％，例如0、15％、20％、25％、30％、35％、40％等。当某一光学膜层或者光学薄膜对某一单色光的透射率大于反射率时，光学膜层或者光学薄膜对该单色光的透射率可以为60％～100％，例如60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％等，光学膜层或者光学薄膜对该单色光的反射率可以为0～40％，例如0、15％、20％、25％、30％、35％、40％等。

请结合图1至图5，综上所述，本申请实施例的AR眼镜100的工作原理为：第一显示屏11、第二显示屏12以及第三显示屏13发出的光分别传播至合色装置20，其中第一显示屏11和第三显示屏13发出的光会被反射至投影镜头50，而第二显示屏12的光会透过合色装置20传播至投影镜头50，最终第一显示屏11、第二显示屏12以及第三显示屏13的光会融合透射穿过投影镜头50，通过波导元件60的耦入区域61进入波导元件60，并向波导元件60的转接区域62传播，到达转接区域62后，传播方向发生改变，向耦出区域63传播，到达耦出区域63后，传播方向会再次发生改变，最终从波导元件60中射出，最终进入人眼，在人眼视网膜上成像，使得人可以看到放大的虚像。

本申请实施例提供的AR眼镜100可以采用小尺寸显示屏，进而合色装置20和投影镜头50都设置为较小尺寸，实现紧凑结构、小体积的显示模块，再配合光波导技术，可以实现接近近视眼镜形态的AR眼镜100，该AR眼镜100具有轻便、低功耗、户外使用等突出优势。

以上对本申请实施例提供的AR眼镜进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请。同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。