[發明專利]一種增強現實顯示光學系統

在審

• 申請號: 201910107342.6
• 申請日: 2019-02-02
• 公開（公告）號: CN110058409A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 夏人杰;王長順;潘雨佳;陳天宇;呂子瑤;孫麗麗
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G03B21/00;G02F1/1335
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發明提供一種新型的增強現實顯示光學系統。該光學系統主要包括光線偏轉器，耦合輸入光柵，波導層以及耦合輸出光柵。光線偏轉器和耦合輸入光柵都是利用了偏振光柵的衍射特性而設計，耦合輸出光柵為常用的布拉格反射光柵。該AR光學系統與其他的AR方案對比，不僅將所需微型投影儀的數目從2個減少到1個，同時由于其耦合輸入結構利用了偏振光柵單級衍射的特性，提高了光線耦合進入光波導中的效率，減少了能量損失。其光線偏轉器利用了偏振光柵的偏振選擇性以及TN型液晶層來實現光束偏轉。整個系統結構簡單，厚度可以控制在很薄的范圍內，有利于將該光學系統應用于實際。

技術領域

本發明屬于增強現實顯示技術領域，特別是涉及一種增強現實顯示的光學系統。

背景技術

增強現實技術作為目前的一個熱點，受到很多研究人員的關注。它是一種利用特殊設計的光學系統，將計算產生的圖像輸出投向人眼，使得觀察者在看到現實事物的同時能看到計算機生成的虛擬影像，從而增強人視覺體驗的技術。這種技術通過連接現實世界和虛擬世界，打通了它們之間的壁壘，極大地加強了人與計算機的互動，使得它在醫療，通訊，檢修，娛樂很多方面都有著很多顯著的應用前景。目前這種技術一般以穿戴式頭盔即智能眼鏡的形式存在?？茖W家們想了很多硬件方案，設計出各種光學系統來將這種技術帶入實踐中。其中包括反射棱鏡，自由曲面，全息光柵波導，指向光源，以及光場技術等。但這些方案都有著亮度低，能量利用率低等缺點。

因此，如何提供一種增強現實顯示系統，以解決現有技術所存在不易集成，且光能利用率低，視野中圖像亮度低等缺陷，實已成為本領域從業人員亟待解決的技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種增強現實顯示光學系統，用于解決現有技術中所存在不易集成，且光能利用率低，視野中圖像亮度低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種增強現實顯示光學系統，包括左右眼兩部分系統，其中左右眼兩部分系統共用一個微型投影儀和一個光線偏轉器結構，光線偏轉器結構包括：第一TN型液晶層、第一消色散四分之一波片、第一偏振光柵板；第一TN型液晶層、第一消色散四分之一波片板、第一偏振光柵板相互平行，且依次貼合；第一TN型液晶層為兩側分別設置有透明電極層的TN型液晶層，第一TN型液晶層設置有透明電極層的第一側平行于微型投影儀的出光側，第一TN型液晶層設置有透明電極層的第二側貼合于第一消色散四分之一波片的第一側，第一消色散四分之一波片的第二側貼合于第一偏振光柵板的第一側；左眼系統另外還包括：第一光波導、第二光波導、第三光波導；其中第一光波導包括第二偏振光柵板，第一平面波導層和第一布拉格光柵板；第二光波導包括第三偏振光柵板，第二平面波導層和第二布拉格光柵板；第三光波導包括第四偏振光柵板，第三平面波導層和第三布拉格光柵板；右眼系統結構與左眼系統結構對稱分布，右眼系統另外還包括：第四光波導、第五光波導、第六光波導；其中第四光波導包括第五偏振光柵板、第四平面波導層和第四布拉格光柵板，第五光波導包括第六偏振光柵板、第五平面波導層和第五布拉格光柵板，第六光波導包括第七偏振光柵板、第六平面波導層和第六布拉格光柵板；光波導中的平面波導層包括包層和導波層，其中光波導中的偏振光柵板材料的折射率大于其包層材料的折射率，包層材料的折射率小于其導波層材料的折射率；所有光波導都為三層結構，偏振光柵板和包層相連作為第一層，包層和導波層相連作為第二層，包層作為第三層，布拉格光柵板處于第二層中的導波層中，三層相互平行，且依次貼合；右眼系統和左眼系統采用時分復用的方式一起工作，即通過第一偏振光柵板的第二側出射的光會周期性地射向第一、第二、第三光波導或第四、第五、第六光波導；其中，第一TN型液晶層與控制電路電性連接，由控制電路控制其兩側透明電極層上的電壓；微型投影儀與控制電路電性連接，微型投影儀上加載的左右眼畫面的切換頻率與第一TN型液晶層兩側透明電極層上加載的電壓周期頻率一致。