[發明專利]AR顯示裝置和穿戴式AR設備

在審

• 申請號: 201810147332.0
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN110146978A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 肖冰;梁曉斌;徐馳
• 申請（專利權）人: 杭州太若科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王術蘭

本發明提供了一種AR顯示裝置和穿戴式AR設備，屬于增強現實成像技術領域，包括圖像投射裝置和偏振光路組件；圖像投射裝置包括像源；偏振光路組件包括依次排列的延遲偏振分光鏡和延遲曲面折半反射鏡，延遲偏振分光鏡包括：延遲波片、偏光膜、偏振分光膜；延遲波片位于遠離圖像投射裝置的一側；偏振分光膜位于臨近圖像投射裝置的一側；延遲曲面折半反射鏡包括：延遲基片和半透半反膜；延遲基片位于臨近延遲偏振分光鏡的一側；半透半反膜位于遠離延遲偏振分光鏡的一側。提高了設計自由度，為降低像差和提升光學性能提供了基礎。在減少體積的同時，使成像系統的清晰度更高，能夠去除干擾光線，大大提升圖像光線的能量效率，提升圖像的對比度。

技術領域

本發明涉及增強現實成像技術領域，尤其是涉及一種AR顯示裝置和穿戴式AR設備。

背景技術

AR(Augmented Reality，增強現實)也被稱為混合現實，其原理是通過電腦技術，將虛擬的信息應用到真實世界，真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

目前，人們可以通過穿戴式設備，如AR眼鏡或AR頭盔等，與真實世界進行互動。如圖1示出了現有的AR眼鏡或AR頭盔中的AR顯示裝置的結構示意圖，如圖1所示，現有的AR顯示裝置光學系統包括像源11、分光鏡3、曲面半反射鏡4和位于分光鏡3上方的透鏡19，像源11設置在光學系統的上部，且像源11與透鏡19之間有一定距離，像源11的圖像光線從上方向下射入透鏡19。與此同時，環境光線從曲面半反射鏡4的右側向左側(人眼方向)射入，干擾光線還同時從分光鏡的下方向上射入。圖像光線的部分光線經過分光鏡3的反射射向曲面半反射鏡4，部分光線再經過曲面半反射鏡4的反射射向分光鏡3。與此同時，環境光線的部分光線依次穿過曲面半反射鏡4和分光鏡3抵達人眼；干擾光線的部分光線經過分光鏡3的反射抵達人眼。部分圖像光線、部分環境光線和部分干擾光線最終同時抵達人眼，使得用戶能夠看到外界真實環境的同時還可以看到疊加在真實環境中的像源11的圖像。

現有的AR顯示裝置存在以下缺陷：由于使用了分光鏡，導致干擾光線大量進入人眼，降低了圖像光線的能量利用率，以及外部射入的干擾光線嚴重干擾圖像的對比度，使得圖像內容混亂，嚴重影響圖像的對比度。系統復雜，成本高，圖像光線和環境光線的透過率和效率低，產品結構分散、一體化程度差，產品重量大佩戴不舒適，穩定性差。同時，由于AR顯示裝置的體積有限，難以通過增加透鏡數量來提升成像質量和光學性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供AR顯示裝置和穿戴式AR設備，提高了設計自由度，為降低像差和提升光學性能提供了基礎。在減少體積的同時，使成像系統的清晰度更高，可視角度更大，同時，能夠去除干擾光線，大大提升圖像光線的能量效率，提升圖像的對比度。

第一方面，本發明實施例提供了一種AR顯示裝置，包括圖像投射裝置和偏振光路組件；所述圖像投射裝置包括像源；所述偏振光路組件包括依次排列的延遲偏振分光鏡和延遲曲面折半反射鏡，所述延遲偏振分光鏡包括：延遲波片、偏光膜、偏振分光膜；所述延遲曲面折半反射鏡包括：延遲基片和半透半反膜。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述延遲波片位于遠離所述圖像投射裝置的一側，用于改變偏振光的偏振方向；所述偏振分光膜位于臨近所述圖像投射裝置的一側，用于通過偏振態為第一方向的偏振光，反射偏振態為第二方向的偏振光；所述偏光膜位于所述延遲波片和所述偏振分光膜之間，用于通過偏振態為第一方向的偏振光，吸收偏振態為第二方向的偏振光。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，所述延遲基片位于臨近所述延遲偏振分光鏡的一側，用于將偏振態為第二方向的偏振光轉換為圓偏振光，并將所述圓偏振光轉換為偏振態為第一方向的偏振光；所述半透半反膜位于遠離所述延遲偏振分光鏡的一側；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。