CN108710209B - 光学系统及增强现实眼镜 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于光学系统及增强现实眼镜。该光学系统应用于增强现实眼镜，光学系统包括相配合的第一光结构以及第二光结构；增强现实眼镜的光源发射的出射光线由第一光结构分离出第一类型的偏振光，第一类型的偏振光由第二光结构合成为第二类型的偏振光并反射至第一光结构，第二类型的偏振光经第一光结构反射后出射；环境光线由第一光结构分离出第一类型的偏振光并出射。该光学系统中环境光线仅透过第一光结构，环境光线无需透过第二光结构，因此第二光结构在反射第二类型的偏振光时的反射率较高，可以确保进入人眼的第二类型的偏振光的亮度较高，使增强现实眼镜的成像效果较好，从而改善了用户体验。
Description
技术领域
本公开涉及光学技术领域，尤其涉及光学系统及增强现实眼镜。
背景技术
相关技术中，增强现实(Augmented Reality，AR)眼镜可以将计算机生成的虚拟图像信息与用户的真实视觉信息叠加，并由用户所感知，从而达到超越现实的感官体验。如此，可以连通真实世界与虚拟世界，带给用户全新的视觉体验。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开的实施例提供一种光学系统及增强现实眼镜。技术方案如下：
根据本公开的实施例的第一方面，提供一种光学系统，应用于增强现实眼镜，光学系统包括相配合的第一光结构以及第二光结构；
增强现实眼镜的光源发射的出射光线由第一光结构分离出第一类型的偏振光，第一类型的偏振光由第二光结构合成为第二类型的偏振光并反射至第一光结构，第二类型的偏振光经第一光结构反射后出射，第二类型的偏振光与第一类型的偏振光为偏振方向相互垂直的线偏振光；
环境光线由第一光结构分离出第一类型的偏振光并出射。
本公开中的光学系统采用偏振反射式光学设计，可以将环境光线与出射光线转换为射入人眼的偏振光，由于在该光学系统中环境光线仅透过第一光结构，环境光线无需透过第二光结构，因此第二光结构在反射第二类型的偏振光时的反射率较高，可以确保进入人眼的第二类型的偏振光的亮度较高，使增强现实眼镜的成像效果较好，从而改善了用户体验。
在一个实施例中，第二类型的偏振光与第一类型的偏振光中的任一方为P偏振光时，第二类型的偏振光与第一类型的偏振光中的另一方为S偏振光。
在一个实施例中，第一光结构包括第一光学平板以及位于第一光学平板上的偏振反射膜，偏振反射膜用于透射第一类型的偏振光以及反射第二类型的偏振光。
在一个实施例中，第二光结构包括菲涅尔全反射镜以及位于菲涅尔全反射镜上的第一波片，第一波片用于将由第一光结构分离出的第一类型的偏振光合成为第三类型的偏振光，以及将由菲涅尔全反射镜反射的第三类型的偏振光合成为第二类型的偏振光。
在一个实施例中，第一波片包括四分之一波片。
在一个实施例中，第三类型的偏振光包括圆偏振光。
在一个实施例中，光学系统还包括设置在光源与第一光结构间的第三光结构，第三光结构用于校正并均匀化来自光源的出射光线。
在一个实施例中，第三光结构包括菲涅尔透镜。
根据本公开的实施例的第二方面，提供一种增强现实眼镜，包括光源以及如本公开的实施例的第一方面中任一项光学系统。
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
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。
图1是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种增强现实眼镜的佩戴示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图。
具体实施方式
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。
图1是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图、图2是根据一示例性实施例示出的一种增强现实眼镜的佩戴示意图。如图1中所示光学系统100可以应用于图2中所述的增强现实眼镜200中，通过该光学系统100可以将朝向佩戴者的环境光线Light-E转换成从该光学系统100出射的第一类型的偏振光Light-A，并将位于增强现实眼镜200上光源201的出射光线Light-S转换成从该光学系统100出射的第二类型的偏振光Light-B，以此可以将虚拟环境信息与佩戴者的真实视觉信息结合，达到超越现实的感官体验。
如图1所示，该光学系统100可以包括相配合的第一光结构101以及第二光结构102，第一光结构101可以靠近于佩戴者300的面部设置，第二光结构102则可以与第一光结构101存在一定的夹角，例如，第二光结构102则与第一光结构101之间的夹角为45°。
如图1所示为出射光线的光学路径：自增强现实眼镜200的光源201发出的出射光线Light-S经过第一光结构101后由该第一光学结构101分离出第一类型的偏振光Light-A，第一类型的偏振光由第二光结构102合成为第二类型的偏振光Light-B并反射至第一光学结构101，第二类型的偏振光Light-B经第一光结构101反射后出射进入佩戴者300的眼睛，其中第二类型的偏振光与第一类型的偏振光为偏振方向相互垂直的线偏振光。
如图3所示为环境光线Light-E的光学路径：朝向佩戴者的环境光线Light-E由第一光结构101分离出第一类型的偏振光Light-A，该第一类型的偏振光Light-A出射进入佩戴者300的眼睛。
由上述实施例可知，本公开中的光学系统采用偏振反射式光学设计，可以将环境光线与出射光线转换为射入人眼的偏振光，由于在该光学系统中环境光线仅透过第一光结构，环境光线无需透过第二光结构，因此第二光结构在反射第二类型的偏振光时的反射率较高，可以确保进入人眼的第二类型的偏振光的亮度较高，使增强现实眼镜的成像效果较好，从而改善了用户体验。
在上述实施例中，第二类型的偏振光与第一类型的偏振光可以为偏振方向相互垂直的线偏振光。举例而言，第二类型的偏振光可以为S偏振光，那么相对应的第一类型的偏振光可以为P偏振光；或者，第二类型的偏振光为P光，相对应的第一类型的偏振光为S光。
为便于描述，下述实施例均以第二类型的偏振光为P偏振光、第一类型的偏振光为S偏振光为例进行说明。
在一个实施例中，如图4所示，第一光结构101可以包括第一光学平板1011以及位于第一光学平板1011上的偏振反射膜1012，偏振反射膜1012可以反射S偏振光并且能够透射P偏振光，所以，由该偏振反射膜1012可以将出射光线分离出P偏振光和S偏振光，以确保S偏振光被透射、P偏振光被反射。其中，偏振反射膜1012可以是通过胶体固定连接于第一光学平板1011上，也可以是通过压印或者镀膜等工艺固定至第一光学平板1011上，本公开并不对此进行限制。
在一个实施例中，如图5所示，第二光结构102包括菲涅尔全反射镜1021以及位于菲涅尔全反射镜1021上的第一波片1022，第一波片1022用于将由第一光结构101分离出的第一类型的偏振光Light-A合成为第三类型的偏振光，以及将由菲涅尔全反射镜1021反射的第三类型的偏振光合成为第二类型的偏振光Light-B。例如，第一波片可1022以为四分之一波片，当第一类型的偏振光Light-A为S偏振光，该S偏振光的振动平面与四分之一波片的光轴之间呈45°夹角时，四分之一波片可以将由第一光结构101分离出的S偏振光合成为圆偏振光即第三类型的偏振光，该圆偏振光经过菲涅尔全反射镜1021反射后再次通过四分之一波片膜，四分之一波片膜将该圆偏振光合成为P偏振光即第二类型的偏振光Light-B，该P偏振光经过第一光结构101反射后出射。
其中，菲涅尔全反射镜与由球形面型或者接近球形的非球面甚至自由曲面面型组成的光学元件相比其体积更小，更节省空间，因此减小了光学系统的体积，并且由于菲涅尔全反射镜的一面可以设计为平面，因此降低了在菲涅尔全反射镜的表面设置四分之一波片膜的难度，从而降低了光学系统的制造成本。
在一个实施例中，如图6所示，该光学系统100还可以包括设置在光源201与第一光结构间101间的第三光结构103，该第三光结构103可以用于校正并均匀化来自光源201的出射光线，以提高成像质量。例如，该第三光结构103可以为菲涅尔透镜。
基于本公开中的技术方案，增强现实眼镜的光源可以为显示器，该显示器与上述实施例中提供的光学系统可以封装于眼镜框架内，进一步地，显示器可以位于光学系统的焦平面，从而使用户可以观看到位于无穷远处的成像；或者，该显示器也可以位于焦平面以内，从而用户可以观看到位于预设距离处的成像，该预设距离可以根据实际需求进行设计，例如1m、2m等，本公开并不对此进行限制。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请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。
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。
Claims (9)
1.一种光学系统，其特征在于，应用于增强现实眼镜，所述光学系统包括相配合的第一光结构以及第二光结构；
所述增强现实眼镜的光源发射的出射光线由所述第一光结构分离出第一类型的偏振光，所述第一类型的偏振光由所述第二光结构合成为第二类型的偏振光并反射至所述第一光结构，所述第二类型的偏振光经所述第一光结构反射后出射，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光为偏振方向相互垂直的线偏振光；
环境光线由所述第一光结构分离出第一类型的偏振光并出射；
所述第一光结构靠近于佩戴者的面部设置，所述第二光结构与所述第一光结构之间的夹角为45°。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光中的任一方为P偏振光时，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光中的另一方为S偏振光。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光结构包括第一光学平板以及位于所述第一光学平板上的偏振反射膜，所述偏振反射膜用于透射所述第一类型的偏振光以及反射所述第二类型的偏振光。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二光结构包括菲涅尔全反射镜以及位于所述菲涅尔全反射镜上的第一波片，所述第一波片用于将由所述第一光结构分离出的第一类型的偏振光合成为第三类型的偏振光，以及将由所述菲涅尔全反射镜反射的第三类型的偏振光合成为所述第二类型的偏振光。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一波片包括四分之一波片。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第三类型的偏振光包括圆偏振光。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括设置在所述光源与所述第一光结构间的第三光结构，所述第三光结构用于校正并均匀化来自所述光源的出射光线。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述第三光结构包括菲涅尔透镜。
9.一种增强现实眼镜，其特征在于，包括光源以及如权利要求1-8中任一项所述光学系统。
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