几何光波导镜片及其切割装置的制作方法

1.本公开涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及一种几何光波导镜片及其切割装置。


背景技术：

2.随着虚拟现实和增强现实技术的发展，近眼式显示设备得到快速发展，增强现实的近眼式显示是一种将光场成像在现实空间的技术，并且可以同时兼顾虚拟和现实的操作。利用传统光学光波导元件耦合图像光进入人眼的方式已经被采用，包括使用棱镜、反射镜、半透半反光光波导、全息及衍射光栅。光波导显示系统是利用全反射原理实现光波传输，结合衍射元件，实现光线的定向传导，进而将图像光导向人眼，使用户可以看到投影的图像。
3.如今主要的波导技术分为两大类：阵列光波导和衍射光波导，由于阵列光波导对镀膜和平行度等要求较高，因此现有光波导基底材料均为玻璃材质，这就造成了光波导镜片的重量无法降低。使得整个阵列光波导模组整体质量无法降低。同时由于现有技术大多使用的是玻璃基底，波导片易碎，其佩戴安全性不高，需要加各种防护镜片。这些阵列光波导弊端问题严重影响消费级ar产品的发展。现有的技术方案都是将玻璃基底做薄，阵列分光膜数量增加等，这些方案更加增加了波导片的易碎性和加工成本。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种几何光波导镜片及其切割装置，几何光波导镜片可以减轻增强现实显示设备的重量，并且工艺难度和成本也会大幅降底。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供一种几何光波导镜片，用于增强现实显示设备，包括：光学元件和塑料材质的基底；
6.所述光学元件，位于所述几何光波导镜片的耦出区域，其中，所述光学元件由数片平板玻璃分别按照设计膜系镀分光膜，并通过光学胶进行胶合后，按照预设角度切割成目标大小，进行抛光处理得到；
7.所述塑料材质的基底，位于所述几何光波导镜片中除所述光学元件的其他区域。
8.在一个实施例中，优选地，最上面第一片平板玻璃的上表面所镀的分光膜的反射率为η，所述第一片平板玻璃的下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-η)。
9.在一个实施例中，优选地，第二片玻璃平板下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-2η)。
10.在一个实施例中，优选地，第n片玻璃平板下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-nη)。
11.在一个实施例中，优选地，每片平板玻璃的胶合的平行度均小于20”。
12.在一个实施例中，优选地，所述预设角度在20.5
°
～45
°
之间。
13.在一个实施例中，优选地，所述塑料材质的基底的折射率与所述光学元件的折射
率相匹配。
14.在一个实施例中，优选地，所述几何光波导镜片的耦入端的角度为θ，则所述预设角度为θ/2。
15.本实用新型还公开了一种切割装置，用于切割所述的几何光波导镜片，所述切割装置包括：
16.工作台，所述工作台上端安装有加工箱，所述加工箱下端及前端开口；
17.支撑块，固定连接在所述工作台上端，所述支撑块上端放置待切割的平板玻璃；
18.左右对称的两组固定装置，用于固定待切割的平板玻璃左部及右部，所述固定装置包括：上下对称的两组固定组件；
19.所述固定组件包括：
20.第一连接壳，固定连接在所述加工箱左侧或右侧内壁；
21.第二连接壳，固定连接在所述第一连接壳靠近待切割的平板玻璃的一侧；
22.水平压板，贯穿第一连接壳和第二连接壳连接的一侧，且水平压板左右两端分别与第一连接壳及第二连接壳上下滑动连接；
23.第一气囊，安装在所述第一连接壳内，且位于水平压板远离待切割的平板玻璃的一端；
24.第二弹簧，两端分别与所述第二连接壳内壁及所述水平压板固定连接；
25.第一压块，固定连接在所述水平压板靠近待切割的平板玻璃的一端，且沿着上下方向滑动贯穿第二连接壳下端；
26.连接块，固定连接在所述第一连接壳左侧或右侧内壁；
27.第三连接壳，固定连接在所述加工箱左侧或右侧内壁，且位于待切割的平板玻璃的左侧或右侧；
28.第一竖直活塞，左右滑动连接在所述第三连接壳内，所述第三连接壳内位于第一竖直活塞远离待切割的平板玻璃的一侧为填充腔，所述填充腔填充有气体，所述填充腔通过管道与所述第一气囊连通；
29.第一活塞杆，一端与所述第一竖直活塞固定连接，所述第一活塞杆另一端贯穿第三连接壳靠近待加工的平板玻璃的一侧；
30.第二压块，固定连接在所述第一活塞杆另一端；
31.第一弹簧，套接在所述第一活塞杆上，所述第一弹簧两端分别与所述第二压块及所述第三连接壳固定连接。
32.在一个实施例中，优选地，所述连接块上端设置第一导电体，所述水平压板靠近第一导电体的一侧设置第二导电体，所有的第一导电体和第二导电体接触导通后，电源给所述第一目标器件供电，所述第一目标器件包括切割器件，所述切割器件连接在所述加工箱内壁。
33.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
34.现有技术的阵列光波导均是采用全玻璃材质，其总重量很难降低，同时玻璃材质的平板易碎，安全性低。而本实用新型实施例中，制备而成的镜片只有阵列部分是玻璃，其余部分均为注塑件，总重量大幅降低，树脂包裹光学元件，起到保护作用，波导不易破碎，安全性能大幅提高。并且，现有技术的阵列光波导制备工艺较难，为保证角度和平行性，胶合
件每增加一件，工艺难度和成本都会大幅增加。同样的四层分光膜，现有技术需要胶合6件，而本实用新型只需要胶合3件加注塑即可，其工艺难度和成本均会大幅降低。
35.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
36.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
37.图1是根据一示例性实施例示出的一种几何光波导镜片示意图。
38.图2a是根据一示例性实施例示出的平板玻璃的示意图。
39.图2b是根据一示例性实施例示出的玻璃切割的示意图。
40.图3是根据一示例性实施例示出的几何光波导镜片光路示意图。
41.图4为本实用新型的切割装置的一种实施例的结构示意图。
42.图5为图4中a处结构放大示意图。
43.图6为图4中b处结构放大示意图。
44.其中：1、切割装置；101、工作台；12、加工箱；13、第一连接壳；14、第二连接壳；15、水平压板；16、第一气囊；17、第一压块；18、第二弹簧；19、连接块；110、第二导电体；111、第一导电体；112、第三连接壳；113、第一竖直活塞；114、第一活塞杆；115、第二压块；116、第一弹簧；117、支撑块；118、第一辅助组件；1181、辅助腔；1182、压杆；1183、移动块；1184、配合壳；1185、第二活塞杆；1186、第二竖直活塞；1187、第三导电体；1188、第四导电体；2、待切割的平板玻璃。
具体实施方式
45.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
46.图1是根据一示例性实施例示出的一种几何光波导镜片示意图。
47.如图1所示，根据本公开实施例的第一方面，提供一种几何光波导镜片，用于增强现实显示设备，包括：光学元件和塑料材质的基底；
48.所述光学元件10，位于所述几何光波导镜片的耦出区域，其中，所述光学元件由数片平板玻璃分别按照设计膜系镀分光膜，并通过光学胶进行胶合后，按照预设角度切割成目标大小，进行抛光处理得到；
49.所述塑料材质的基底11，位于所述几何光波导镜片中除所述光学元件的其他区域。
50.在一个实施例中，优选地，最上面第一片平板玻璃的上表面所镀的分光膜的反射
率为η，所述第一片平板玻璃的下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-η)。
51.在一个实施例中，优选地，第二片玻璃平板下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-2η)。
52.在一个实施例中，优选地，第n片玻璃平板下表面所镀的分光膜的反射率为η/(1-nη)。
53.在一个实施例中，优选地，每片平板玻璃的胶合的平行度均小于20”。
54.具体地，胶合后的平板玻璃如图2a所示，图中以三片平板玻璃为例进行说明。第一块平板玻璃上表面镀膜反射率为η，下表面为η/(1-η)；第二块玻璃平板下表面反射率为η/(1-2η)；第三块玻璃平板下表面反射率为η/(1-3η)，这样做的目的是为了让每一层分光膜反射出的光线亮度均匀，同时为了控制整体的透过率较高(＞50％)，最后一块玻璃平板下表面的分光膜反射率应该在50％以下，即η/(1-3η)≤50％，(玻璃平板不限于3层)。等镀好膜之后按顺序把三块玻璃平板胶合起来，每一层的平行度要求在20”以内，否则每个分光膜反射出来的光线即不同的出瞳会造成重影。
55.在一个实施例中，优选地，所述预设角度的范围包括：[arcsin(1/平板玻璃折射率)+发散角度]/2＜预设角度＜(90-发散角度)/2。
[0056]
如图2b所示，根据投射源设计波导内传播角度：假设波导基底材料为h-k9l玻璃、光源在波导内传播设计的发散角度为
±
10
°
，那么平板的切割角度要保证在arcsin(1/平板玻璃折射率)+发散角度]/2～(90-发散角度)/2(h-k9l的折射率为1.52，所以波导基底的全反射条件为:反射角＞arcsin(1/1.52)≈41
°
，根据本实用新型耦入部分的设计，斜切角度为耦入部分角度的一半，也就是斜切角度θ/2＞20.5
°
，而最大的话就是光线水平入射情况，即90
°
，所以斜切角度θ/2＜45
°
。当然这只是中心视场的光线，同时为了满足一定的角度，如上文中的
±
10
°
的光线，那么相应的全反射角要arcsin(1/玻璃折射率)＜θ
±
发散角度＜90，具体为41
°
＜θ
±
10
°
＜90，所以斜切角度(arcsin(1/玻璃折射率)+发散角度)/2＜θ/2＜(90-发散角度)/2，具体为：25.5
°
＜θ/2＜40
°
。
[0057]
在一个实施例中，优选地，所述塑料材质的基底的折射率与所述光学元件的折射率相匹配。
[0058]
在一个实施例中，优选地，所述几何光波导镜片的耦入端的角度为θ，则所述预设角度为θ/2。中心光线垂直入射到耦入段斜面，进入波导后将以θ的反射角往耦出区域传播。经过玻璃阵列元件后发生分光，往人眼耦出。
[0059]
如图3所示，几何光波导镜片耦入部分角度设置为θ，则内嵌玻璃平行四边形棱镜的锐角为固定的θ/2。同时光机中的光进入波导后要满足全反射定律(如图3所示，图中波导内传播的光线的反射角也为θ，为满足全反射定律，需要满足sin(θ
±
μ)＞1/n，μ为光机发出的平行光的最大角度，即刚刚提到的
±
10
°
，n为注塑材料的折射率)。
[0060]
本实用新型还公开了一种切割装置1，用于切割所述的几何光波导镜片，所述切割装置1包括：
[0061]
工作台101，所述工作台101上端安装有加工箱12，所述加工箱12下端及前端开口；
[0062]
支撑块117，固定连接在所述工作台101上端，所述支撑块117上端放置待切割的平板玻璃2；
[0063]
左右对称的两组固定装置，用于固定待切割的平板玻璃2左部及右部，所述固定装
置包括：上下对称的两组固定组件；
[0064]
所述固定组件包括：
[0065]
第一连接壳13，固定连接在所述加工箱12左侧或右侧内壁(或者只是第三连接壳固定在工作台上，第一连接壳固定连接在第三连接壳上，不与加工箱内壁固定连接)；
[0066]
第二连接壳14，固定连接在所述第一连接壳13靠近待切割的平板玻璃的一侧；
[0067]
水平压板15，贯穿第一连接壳13和第二连接壳14连接的一侧，且水平压板15左右两端分别与第一连接壳13及第二连接壳14上下滑动连接；
[0068]
第一气囊16，安装在所述第一连接壳13内，且位于水平压板15远离待切割的平板玻璃2的一端；
[0069]
第二弹簧18，两端分别与所述第二连接壳14内壁及所述水平压板15固定连接；
[0070]
第一压块17，固定连接在所述水平压板15靠近待切割的平板玻璃2的一端，且沿着上下方向滑动贯穿第二连接壳14下端；
[0071]
连接块19，固定连接在所述第一连接壳13左侧或右侧内壁；
[0072]
第三连接壳112，固定连接在所述加工箱12左侧或右侧内壁，且位于待切割的平板玻璃2的左侧或右侧；
[0073]
第一竖直活塞113，左右滑动连接在所述第三连接壳112内，所述第三连接壳112内位于第一竖直活塞113远离待切割的平板玻璃2的一侧为填充腔，所述填充腔填充有气体，所述填充腔通过管道与所述第一气囊16连通；
[0074]
第一活塞杆114，一端与所述第一竖直活塞113固定连接，所述第一活塞杆114另一端贯穿第三连接壳112靠近待加工的平板玻璃2的一侧；
[0075]
第二压块115，固定连接在所述第一活塞杆114另一端；
[0076]
第一弹簧116，套接在所述第一活塞杆114上，所述第一弹簧116两端分别与所述第二压块115及所述第三连接壳112固定连接。
[0077]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：
[0078]
上述固定组件中，当将待切割的玻璃左右两端分别放置在对应的第一压块17处时，分别压对应的第一压块17相互远离，从而使得对应的第一活塞杆114及第一竖直活塞113相互远离，从而分别将左右两侧的填充腔内的气体压至对应的第一气囊16内，使得对应的第一气囊16膨胀，压对应的水平压板15朝向待切割的平板玻璃2运动，从而带动对应的第二压块115朝向待切割的平板玻璃2运动，将平板玻璃的左侧及右侧分别上下夹紧，实现左右的侧的方便上下限位，且两个第一压块17可进一步对待切割的平板玻璃2进行左右限位。
[0079]
在一个实施例中，所述连接块19上端设置第一导电体111，所述水平压板15靠近第一导电体111的一侧设置第二导电体110，所有的第一导电体111和第二导电体110接触导通后，电源给所述第一目标器件供电，所述第一目标器件包括切割器件，所述切割器件连接在所述加工箱12内壁。
[0080]
可选地，该实施例中器件可用现有的玻璃切割器件，如cn208829544u的激光切割装置1，将其安装在工作台101上，或者加工箱12内壁；
[0081]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：
[0082]
水平压板15还带动对应的第二导电体110与第一导电体111接触导通，使得电源给第一目标器件供电，如第一目标器件包括切割器件，即实现安装完毕后才给切割器件通电，
避免其误操作容易对安装人员造成伤害。
[0083]
在一个实施例中，可选地，还包括：第一辅助组件118，所述第一辅助组件118包括：辅助腔1181，开设在所述支撑块117内；压杆1182，下端位于所述辅助腔1181内，上端滑动贯穿至所述支撑块117上方；移动块1183，固定连接在所述压杆1182下端；第一复位弹簧，两端分别与所述辅助腔1181内壁及所述移动块1183固定连接，所述移动块1183左右两侧为第一配合面，所述第一配合面为弧形面或斜面；两组配合组件，左右对称的设置在所述辅助腔1181内，所述配合组件包括：配合壳1184，所述配合壳1184内滑动连接有第二竖直活塞1186，所述第二竖直活塞1186上连接有第二活塞杆1185，所述第二活塞杆1185沿左右水平方向布置，两个所述第二活塞杆1185相互靠近的一侧设置第二配合面，所述第二配合面与对应的第一配合面接触配合，所述第二配合面为弧形面或斜面；第二复位弹簧，套接在所述第二活塞杆1185上，所述第二复位弹簧两端分别与所述第二竖直活塞1186及所述配合壳1184内壁固定连接；第三导电体1187，设置在所述配合壳1184内壁；第四导电体1188，设置在所述第二竖直活塞1186上，所述第三导电体1187和第四导电体1188接触导通，使得电源给第二目标器件供电，所述第二目标器件包括：除尘器件(如可为现有玻璃切割装置的吸尘装置)和/或检测器件(可同为除尘器件，或如左边的第三导电体1187导通后给除尘器件供电，右边的第三导电体1187导通后给检测器件供电)，所述除尘器件设置在所述加工箱12内，用于对加工箱12内的待切割玻璃处进行除尘；所述检测器件设置在所述加工箱12内，用于检测待切割的平板玻璃的信息，如包括：平板玻璃的厚度或其他尺寸等，也可为给摄像头通电，采集切割视频等，便于通过与检测器件电连接的显示器显示，从而便于设置切割器件。
[0084]
可选地，该实施例中器件可用现有的玻璃切割器件，如cn208829544u的激光切割装置1，将其安装在工作台101上，或者加工箱12内壁；
[0085]
上述技术方案的有益效果为：
[0086]
上述第一辅助组件118中，当未安装待切割的平板玻璃2时，压杆1182在第一复位弹簧的作用下，上端位于所述支撑块117上方，当安装待切割的平板玻璃2时，压杆1182在待切割的平板玻璃2的重力作用下，向下移动，压杆1182带动移动块1183向下移动，移动块1183向下移动通过第一配合面和第二配合面的作用推动两个第二活塞杆1185相互远离，至对应的第四导电体1188与第三导电体1187导通，给对应的第二目标器件供电，可实现对应的除尘或检测功能。
[0087]
进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0088]
进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
[0089]
进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但
是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
[0090]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0091]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。