一种基于全息光栅系统的视场角可调节AR装置的制作方法

本发明属于ar设备技术领域；具体是一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置。

背景技术：

目前市场上的ar显示系统都存在视场角有局限性这一缺点，如果想通过光学设计逐渐扩大这一参数，那么光学系统部分将会变得越来越笨重，复杂，离ar系统对于小巧，紧凑的要求越来越远，且不利于这一系统的实际应用。针对上述缺点，本专利提出一种新的方法，即一种基于mems二维扫描与全息光栅技术相结合ar显示系统。在这一系统中，mems激光扫描组件不仅结构紧凑且功耗低，能降低整个显示装置的功耗，减小显示装置的体积和重量采用激光作为参考光源，通过改变微型镜扫描的角度以及mems二维扫描的扫描频率即可对视场角进行调整，以实现更大的视场角，全息光栅技术实现光学系统部分与普通眼镜镜片一样轻薄透明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置，以解决目前市场上的ar显示系统都存在视场角有局限性这一缺点，如果想通过光学设计逐渐扩大这一参数，那么光学系统部分将会变得越来越笨重，复杂，离ar系统对于小巧，紧凑的要求越来越远，且不利于这一系统的实际应用的技术问题。

为实现上述目的，一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置，包括可调节mems二维扫描器(6)，其特征在于，所述可调节mems二维扫描器(6)包括rgb三色激光装置(62)、可调节外壳(63)、mems二维扫描元件(64)、透明保护罩(65)；所述mems二维扫描元件(64)包括控制器以及mems扫描镜，所述控制器与rgb三色激光装置(62)电气连接；所述mems扫描镜包括反射镜面，驱动控制器，反射镜面固定于驱动控制器上，所述驱动控制器与被控制器电气连接，凹面反射镜将由经过mems反射镜的激光反射到高分子聚合物薄膜上。

进一步，所述rgb三色激光装置(62)三色光是通过中继透镜整合，中继透镜整合后形成混合光入射到mems二维扫描元件(64)进行扫描。

进一步，所述控制器能够控制rgb三色激光装置(62)发出的混合光的颜色和亮度，所述反射镜面以及凹面反射镜能够反射所述rgb三色激光装置(62)发出的出射光束，所述rgb三色激光装置(62)选用波长为455nm-770nm的可入眼激光作为光源。

进一步，所述可调节mems二维扫描元件包括横向调节装置以及转动调节装置，控制器可对驱动控制器进行控制，从而驱动反射镜面按照特定的频率沿x轴和y轴高速摆动，使mems扫描镜能够在慢扫描与快扫描之间自由切换。

进一步，所述mems二维扫描元件设于透明保护罩一侧，且与rgb三色激光装置的激光头共线,所述横向调节装置内嵌于可调节外壳内，且横向调节装置与mems二维扫描元件固定连接。

进一步，显示镜片包括第二薄膜、薄膜基板以及光敏材料，所述光敏材料为一层具有光栅结构的高分子聚合物的光敏材料，所述第二薄膜固定覆盖于薄膜基板前端面上，所述光敏材料固定覆盖于玻璃基板后端面上。

进一步，所述视场角的调节是由mems自动控制。

进一步，所述光敏材料选用高分子聚合polymer材料。

另一方面，所述全息光栅系统工作原理步骤在于：

s1.经过一个物体的光会照射到透明眼镜片与显示镜片组合的材料上，此时的光线称为物光；

s2.由激光发出的光作为参考光也会照射到到透明眼镜片与显示镜片组合的材料上；

s3.此时，物光和参考光在透明眼镜片与显示镜片组合的材料上发生干涉，光场所产生的变化被透明眼镜片与显示镜片组合的材料全部记录，形成光栅结构；

s4.随后移开物体，以参考光作为光源再次照射透明眼镜片与显示镜片组合的材料，参考光会在透明眼镜片与显示镜片组合的材料上发生衍射，此时，衍射的光场会和物体散射的光场相同，这样处于透明眼镜片与显示镜片末端面的眼镜看到物体与激光重叠的图像。

进一步地，显示装置中，渐变式衍射波导组件包括：基板、转折光栅、所述入射光栅和所述渐变式出射光栅；其中，所述入射光栅和所述渐变式出射光栅间隔分开设在所述基板的表面上；所述转折光栅设在所述基本内，所述入射光栅与所述转折光栅和所述渐变式出射光栅构成衍射波导光路；该渐变式衍射波导组件中的转折光栅、所述入射光栅、转折光栅和出射光栅之间满足。

进一步地，本发明的工作步骤及原理：

1)将本发明佩戴在脸上；

2)启动本发明，rgb三色激光装置发射激光束至中继透镜上，经过棱镜调节后作为参考光从同一角度入射到mems二维扫描元件上，经过mems二维扫描元件反射后照射在透明眼镜片与显示镜片的组合镜片上。含有光敏材料的薄膜基板通过一种和塑料薄膜折射率一致的胶水粘合在玻璃基板上；

3)由此，根据全息记录原理，物体会被复现呈现在眼球前面，同时通过透明眼镜片人眼可以看到周围环境，并将激光图像叠加在周围环境的图像上；

4)需要调节视场角时，通过微型步进电机控制电机驱动，从而控制扫描元件固定件在螺纹杆上水平移动，从而带动mems二维扫描元件水平移动，之后转动转动调节转辊，转动调节转辊带动转动，从而带动转动调节第一齿轮带动mems二维扫描元件转动一定角度，从而改变了扫描角度，此时视场角改变；

5)同时控制器可对驱动控制器进行控制，从而驱动反射镜面按照特定的频率沿x轴和y轴高速摆动，使mems扫描镜能够在慢扫描与快扫描之间自由切换，从而进一步扩大视场角。

本发明的有益效果：本发明通过将mems激光二维扫描与全息光栅相结合，利用全息光栅效果使得ar装置在成像时无需利用较厚的棱镜镜片，从而大大缩小眼镜片的厚度，从而减轻眼镜的重量，大大提高佩戴舒适度，利用mems激光二维扫描，增大了本发明的视场角，同时结合横向调节装置与转动调节装置的结构，实现对mems激光二维扫描的扫描角度的改变，从而对本发明的视场角进行改变，从而使本发明能够在不同环境中自由调节mems激光二维扫描元件角度，从而扩大视场角，另一方面，本发明可调节mems二维扫描元件的上端固定有夹持架,同时由于薄膜基板的灵活性，它可以被粘合在具有任意曲率的玻璃基板上。因此，这种具有光敏介质的薄膜可贴合在眼镜镜片，夹持架可拆卸，使得可调节mems二维扫描元件能够安装在普通眼镜眼镜腿上，从而本发明能够与实际眼镜相结合，集多种便利性与一身，打破了ar显示系统在设计过程中视场角的大小受限于材料的折射率等问题，本发明入眼激光采用入眼激光波长455nm-770nm安全性高，能耗低，大大提高了本发明的安全性能，同时减小本发明的能耗，节约了资源。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的总体结构示意图；

图2是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的透明眼镜片的结构示意图；

图3是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的显示镜片的结构示意图；

图4是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的夹持架的结构示意图；

图5是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的工作原理示意图。

图6是本发明一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置的可调节mems二维扫描元件示意图。

具体实施方式

请参阅图1-5所示，一种基于全息光栅系统的视场角可调节ar装置，包括可调节mems二维扫描元件6，其特征在于，所述可调节mems二维扫描元件6包括横向调节装置61、rgb三色激光装置62、可调节外壳63、mems二维扫描元件64、透明保护罩65以及转动调节装置66，所述mems二维扫描元件64包括控制器以及mems扫描镜，所述控制器与rgb三色激光装置62电气连接，所述mems扫描镜包括反射镜面、驱动控制器以及凹面反射镜，所述反射镜面以及凹面反射镜皆固定于驱动控制器上，所述驱动控制器与被控制器电气连接。

所述控制器能够控制rgb三色激光装置62发出的混合光的颜色和亮度，所述反射镜面以及凹面反射镜能够反射所述rgb三色激光装置62发出的出射光束，所述控制器可对驱动控制器进行控制，从而驱动反射镜面按照特定的频率沿x轴和y轴高速摆动，使mems扫描镜能够在慢扫描与快扫描之间自由切换，所述rgb三色激光装置62选用波长为455nm-770nm的入眼激光。

mems二维扫描元件64包括控制器以及mems扫描镜，控制器与rgb三色激光装置62电气连接，mems扫描镜包括反射镜面、驱动控制器以及凹面反射镜，反射镜面以及凹面反射镜皆固定于驱动控制器上，驱动控制器与被控制器电气连接。

控制器能够控制rgb三色激光装置62发出的混合光的颜色和亮度，反射镜面以及凹面反射镜能够反射rgb三色激光装置62发出的出射光束，控制器可对驱动控制器进行控制，从而驱动反射镜面按照特定的频率沿x轴和y轴高速摆动，使mems扫描镜能够在慢扫描与快扫描之间自由切换。

如图1所示，可调节mems二维扫描元件6固定安装于ar眼镜上，ar眼镜包括鼻梁架1、透明眼镜片2、显示镜片3、夹持架4、眼镜腿5以及眼镜架7，其特征在于，眼镜架7固定于透明眼镜片2两侧，且透明眼镜片2中间下端固定有鼻梁架1，显示镜片3通过胶水固定于透明眼镜片2后侧面上，眼镜腿5与眼镜架7转动连接，可调节mems二维扫描元件6固定于夹持架4下端面上，夹持架4固定于透明眼镜片2一侧的眼镜腿5上。

如图2所示，透明眼镜片2包括ar增透膜21、玻璃基板22、第一薄膜23，ar增透膜21固定覆盖于玻璃基板22前端面上，第一薄膜23固定覆盖于玻璃基板22后端面上。

如图3所示，显示镜片3包括第二薄膜31、薄膜基板32以及光敏材料33，光敏材料33为一层具有光栅结构的高分子聚合物的光敏材料，第二薄膜31固定覆盖于薄膜基板32前端面上，光敏材料33固定覆盖于玻璃基板22后端面上。

另外，所述激光光源和mems扫描元件以及电气部分固定连接。

全息光栅系统工作原理步骤在于：

s1.经过一个物体的光会照射到透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料上，此时的光线称为物光。

s2.由激光发出的光作为参考光也会照射到到透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料上。

s3.此时，物光和参考光在透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料上发生干涉，光场所产生的变化被透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料全部记录，形成光栅结构。

s4.随后移开物体，以参考光作为光源再次照射透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料，参考光会在透明眼镜片2与显示镜片3组合的材料上发生衍射，此时，衍射的光场会和物体散射的光场相同，这样处于透明眼镜片2与显示镜片3末端面的眼镜看到物体与激光重叠的图像。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。