CN109387942B - 一种光学系统及增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增强现实技术领域，提供了一种光学系统及增强现实设备，光学系统包括沿光路依次设置的图像单元、第一偏振单元以及第二偏振单元，图像单元用于发射图像光线，第一偏振单元至少用于将图像光线反射，第二偏振单元用于反射图像光线以及透射外部光线；经第二偏振单元反射的图像光线和经第二偏振单元透射的外部光线到达第一偏振单元，并经第一偏振单元透射后进入使用者的眼睛；由于第二偏振单元反射图像光线以及透射外部光线，经第一偏振单元反射的图像光线到达第二偏振单元后并不能通过第二偏振单元传播到外部环境中，从而外界人员无法观看到图像单元产生的虚拟图像，确保了使用者的隐私能够得到很好地保护。

Description

一种光学系统及增强现实设备

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，更具体地说，是涉及一种光学系统及增强现实设备。

背景技术

随着科技的发展，越来越多的显示设备被广泛应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。其中增强现实(Augmented Reality,简称AR)技术作为一种由光学、电子学、软件交互等多种领域相结合的新型技术也得到了突飞猛进的发展。

增强现实(Augmented Reality,简称AR)是一种实时将虚拟图像与现实场景进行结合展现的技术，其基本的光学原理为向人眼同时入射携带真实世界景物信息和虚拟图像信息的光线，两个光学路径上传输的图像信息在人眼处融合，使得人眼同时获得真实世界景物信息和虚拟图像的混合图像，从而达到增强现实的效果。

现有的增强现实技术方案中,在与外界交互的同时，增强现实设备中的虚拟图像也可以出射到增强现实设备外部，从而外部的人员可以看到使用者观看的内容，无法保证使用者的隐私。

以上不足，有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学系统，以解决现有技术中存在的使用者的隐私无法得到保证的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光学系统，包括沿光路依次设置的：

图像单元，用于发射图像光线；

第一偏振单元，至少用于将所述图像光线反射；

第二偏振单元，用于反射所述图像光线以及透射外部光线；

经所述第二偏振单元反射的所述图像光线和经所述第二偏振单元透射的所述外部光线到达所述第一偏振单元，并经所述第一偏振单元透射后进入使用者的眼睛。

进一步地，所述第一偏振单元包括沿光路依次设置的：

第一偏振片，用于透射具有第一偏振态的光线；

第一半反半透膜，用于对光线进行部分反射和部分透射；

经所述第一半反半透膜反射的所述图像光线到达所述第二偏振单元，经所述第二偏振单元反射的所述图像光线和经所述第二偏振单元透射的所述外部光线到达所述第一半反半透膜，并经所述第一半反半透膜透射后进入使用者的眼睛。

进一步地，所述第二偏振单元包括：

第二偏振片，用于透射具有第二偏振态的光线以及反射具有第一偏振态的光线；

经所述第二偏振片反射的所述图像光线和经所述第二偏振片透射的所述外部光线到达所述第一半反半透膜，并经所述第一半反半透膜透射后进入使用者的眼睛。

进一步地，所述第二偏振单元还包括：

第三偏振片，设于所述第二偏振片与所述第一半反半透膜相对的一侧，用于透射具有第一偏振态的光线；

第一偏振态控制器，设于所述第二偏振片和所述第三偏振片之间，用于对光线的偏振态进行控制。

进一步地，所述第一偏振态控制器包括：

液晶层，设于所述第二偏振片和所述第三偏振片之间；

第一控制器，与所述液晶层连接，用于控制所述液晶层的工作状态。

进一步地，所述第二偏振单元包括：

第四偏振片，用于透射具有第一偏振态的光线；

偏振态调整部，设于所述第一半反半透膜和所述第四偏振片之间，用于调整光线的偏振态以及对光线进行部分反射和部分透射。

进一步地，所述偏振态调整部包括：

第二半反半透膜，设于所述第一半反半透膜和所述第四偏振片之间；

第一波片，设于所述第一半反半透膜和所述第二半反半透膜之间；

第二波片，设于所述第二半反半透膜和所述第四偏振片之间；

所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片。

进一步地，所述第一偏振单元包括沿光路依次设置的：

第三波片，所述第三波片为四分之一波片；

第五偏振片，用于反射具有第一偏振态的光线和透射具有第二偏振态的光线；

经所述第五偏振片反射的所述图像光线经过所述第三波片后到达所述第二偏振单元。

进一步地，所述第二偏振单元包括：

第六偏振片，用于透射具有第一偏振态的光线；

第七偏振片，设于所述第六偏振片和所述第三波片之间，用于反射具有第一偏振态的光线和透射具有第二偏振态的光线；

第二偏振态控制器，设于所述第六偏振片和所述第七偏振片之间，用于对光线的偏振态进行控制。

本发明的目的还在于提供一种增强现实设备，包括上述的光学系统。

本发明提供的一种光学系统的有益效果在于：由于第二偏振单元可用于反射图像光线以及透射外部光线，从而经第一偏振单元反射的图像光线到达第二偏振单元后并不能通过第二偏振单元传播到外部环境中，同时外部光线可以通过第二偏振单元透射后进入到光学系统中，从而使得使用者可以观看到外部环境图像，而外界人员无法观看到图像单元产生的虚拟图像，确保了使用者的隐私能够得到很好地保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光学系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的光学系统的光路结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的光学系统的第一偏振态控制器不工作时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光学系统的第一偏振态控制器工作时的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光学系统的光路结构示意图三；

图6为本发明实施例提供的光学系统的一种第二偏振单元的结构示意图三；

图7为本发明实施例提供的光学系统的第二偏振态控制器不工作时的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光学系统的第二偏振态控制器工作时的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-图像单元； 101-图像光线；

102-外部光线； 2-第一偏振单元；

21-第一偏振片； 22-第一半反半透膜；

23-第三波片； 24-第五偏振片；

3-第二偏振单元； 31-第二偏振片；

32-第三偏振片； 33-第一偏振态控制器；

34-第四偏振片； 35-偏振态调整部；

351-第一波片； 352-第二半反半透膜；

353-第二波片； 36-第六偏振片；

37-第二偏振态控制器； 38-第七偏振片；

4-眼睛。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，一种光学系统，包括沿光路依次设置的图像单元1、第一偏振单元2以及第二偏振单元3，图像单元1用于发射图像光线101，第一偏振单元2至少用于将图像光线101反射，第二偏振单元3用于反射图像光线101以及透射外部光线102；经第二偏振单元3反射的图像光线101和经第二偏振单元3透射的外部光线102到达第一偏振单元2，并经第一偏振单元2透射后进入使用者的眼睛4。

本实施例提供的一种光学系统的工作原理如下：

一方面，图像单元1产生并发射图像光线101，图像光线101到达第一偏振单元2并经第一偏振单元2反射后到达第二偏振单元3，第二偏振单元3对图像光线101进行反射，经第二偏振单元3反射的图像光线101回到第一偏振单元2，并经第一偏振单元2透射后进入使用者的眼睛4，从而使得使用者能够观看到图像单元1产生的虚拟图像。

另一方面，外部光线102经第二偏振单元3透射后进入光学系统中，并到达第一偏振单元2，经第一偏振单元2透射后进入使用者的眼睛4，从而使得使用者能够观看到外部环境图像。

当图像单元1产生的图像光线101和外部光线102均到达使用者的眼睛4时，使用者可以看到虚拟图像和外部环境图像相互叠加的图像。

本实施例提供的一种光学系统的有益效果在于：由于第二偏振单元3可用于反射图像光线101以及透射外部光线102，从而经第一偏振单元2反射的图像光线101到达第二偏振单元3后并不能通过第二偏振单元3传播到外部环境中，同时外部光线102可以通过第二偏振单元3透射后进入到光学系统中，从而使得使用者可以观看到外部环境图像，而外界人员无法观看到图像单元1产生的虚拟图像，确保了使用者的隐私能够得到很好地保护。

在本实施例中，第一偏振态与第二偏振态不同，入射到偏振片上的光线均可以分解为具有第一偏振态的光线和具有第二偏振态的光线。优选地，具有第一偏振态的光线为S偏振光，具有第二偏振态的光线为P偏振光；或者具有第一偏振态的光线为P偏振光，具有第二偏振态的光线为S偏振光。

在一个实施例中，第一偏振单元2包括沿光路依次设置的第一偏振片21和第一半反半透膜22，第一偏振片21用于透射具有第一偏振态(例如参见图2中标记“P”)的光线，第一半反半透膜22用于对光线进行部分反射和部分透射；图像光线101经过第一偏振片21后到达第一半反半透膜22，并经第一半反半透膜22反射后到达第二偏振单元3。

第一偏振片21可透射具有第一偏振态的光线，同时可反射具有第二偏振态的光线。当图像单元1产生并发射的图像光线101到达第一偏振片21后，具有第一偏振态的图像光线101经第一偏振片21透射后到达第一半反半透膜22；经第一半反半透膜22反射的图像光线101到达第二偏振单元3，并经第二偏振单元3反射后回到第一半反半透膜22；然后再经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4，此时到达使用者的眼睛4的图像光线101中仅包含具有第一偏振态的图像光线101。外部光线102经第二偏振单元3透射后进入到光学系统并到达第一半反半透膜22，然后再经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4。第一半反半透膜22的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制；第一半反半透膜22的透反比可以根据需要进行设置，此处不做限制。

请参阅图1和图2，在一个实施例中，第一偏振单元2包括沿光路依次设置的第一偏振片21和第一半反半透膜22，第一偏振片21用于透射具有第一偏振态的光线；第二偏振单元3包括第二偏振片31，第二偏振片31用于透射具有第二偏振态(例如参见图2中标记“S”)的光线以及反射具有第一偏振态的光线；经第二偏振片31反射的图像光线101和经第二偏振片31透射的外部光线102到达第一半反半透膜22，并经第一半反半透膜22透射后进入使用者的眼睛。第二偏振片31的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制。

图像单元1发射的图像光线101到达第一偏振片21后，具有第一偏振态的图像光线101经第一偏振片21透射后到达第一半反半透膜22；经第一半反半透膜22反射的图像光线101到达第二偏振片31，由于第二偏振片31可以反射具有第一偏振态的光线，因此图像光线101经第二偏振单元3反射后回到第一半反半透膜22；然后再经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4，此时到达使用者的眼睛4的图像光线101中仅包含具有第一偏振态的图像光线101。

外部光线102经过第二偏振片31时，由于第二偏振片31可以透射具有第二偏振态的光线以及反射具有第一偏振态的光线，因此外部光线102中具有第一偏振态的外部光线102被反射，而具有第二偏振态的外部光线102经过透射后进入到光学系统并到达第一半反半透膜22，然后再经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4，此时到达使用者的眼睛4的外部光线102中仅包含具有第二偏振态的外部光线102。

通过在第一偏振单元2中设置第一偏振片21，同时在第二偏振单元3中设置第二偏振片31，使得图像光线101到达第二偏振片31时只能发生反射，而无法发生透射，因而无法出射到外部环境中，避免了外部人员观看到图像单元1产生的虚拟图像，有力保护了使用者的隐私。

进一步地，第一偏振片21的中心轴与图像单元1的中心轴重合，第一偏振片21的中心轴与第一半反半透膜22的中心轴成第一预设夹角，第一偏振片21的中心轴与第二偏振片31的中心轴成第二预设夹角，第一预设夹角和第二预设夹角可以根据需要进行设置，只要确保经第一半反半透膜22反射的图像光线101能够到达第二偏振片31，且经过第二偏振片31反射的图像光线101能够到达第一半反半透膜22即可，此处不做限制。优选地，第一预设夹角为45°，第二预设夹角为90°，即第一偏振片21和第二偏振片31相互垂直，此时经第一半反半透膜22反射的图像光线101垂直入射到第二偏振片31上。

请参阅图3和图4，在一个实施例中,第二偏振单元3包括第二偏振片31，还包括第三偏振片32和第一偏振态控制器33，第三偏振片32设于第二偏振片31的与第一半反半透膜22相对的一侧，第一偏振态控制器33设于第二偏振片31和第三偏振片32之间。第三偏振片32可以透射具有第一偏振态的光线，同时可以吸收或反射具有第二偏振态的光线。第一偏振态控制器33用于对光线的偏振态进行控制，当第一偏振态控制器33不工作时，光线经过第一偏振态控制器33后其偏振态并不发生变化；当第一偏振态控制器33工作时，具有第一偏振态的光线经过第一偏振态控制器33后变成具有第二偏振态的光线，具有第二偏振态的光线经过第一偏振态控制器33后变成具有第一偏振态的光线。第三偏振片32的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制。

请参阅图3，当第一偏振态控制器33不工作时：外部光线102经过第三偏振片32时，由于第三偏振片32可以透射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102经过透射后进入到光学系统并到达第一偏振态控制器33，经过第一偏振态控制器33后外部光线102仍然具有第一偏振态，具有第一偏振态的外部光线102继续传播到达第二偏振片31；由于第二偏振片31可以透射具有第二偏振态的光线以及反射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102会被第二偏振片31反射，从而无法到达使用者的眼睛4，此时使用者无法观看到外部环境图像。

请参阅图4，当第一偏振态控制器33工作时：外部光线102经过第三偏振片32时，由于第三偏振片32可以透射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102经过透射后进入到光学系统并到达第一偏振态控制器33，经过第一偏振态控制器33后转变为具有第二偏振态的外部光线102，具有第二偏振态的外部光线102继续传播到达第二偏振片31；由于第二偏振片31可以透射具有第二偏振态的光线以及反射具有第一偏振态的光线，因此具有第二偏振态的外部光线102会经第二偏振片31透射后到达第一半反半透膜22，然后再经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4，此时到达使用者的眼睛4的外部光线102中仅包含具有第二偏振态的外部光线102。

因此，当图像单元1工作、第一偏振态控制器33不工作时，使用者只能看到虚拟图像而看不到外部环境图像；当图像单元1工作、第一偏振态控制器33工作时，使用者可以同时看到虚拟图像和外部环境图像。设置第一偏振态控制器33和第三偏振片32，通过对第一偏振态控制器33的工作状态进行调整，可以控制外部光线102是否可以进入使用者的眼睛4，从而可以根据需要控制使用者何时能看到虚拟图像，何时能够看到虚拟图像和外部环境图像叠加的图像，使用状态可以控制，使用方式和使用场景更加灵活。

进一步地，第一偏振态控制器33包括设于第二偏振片31和第三偏振片32之间液晶层和与液晶层连接的第一控制器，第一控制器用于控制液晶层的工作状态。当液晶层不工作时，光线经过液晶层后其偏振态并不发生变化；当第一控制器控制液晶层工作时，具有第一偏振态的光线经过液晶层后变成具有第二偏振态的光线，具有第二偏振态的光线经过液晶层后变成具有第一偏振态的光线。第一控制器控制液晶层在不同工作状态间交替变换的响应时间小于20毫秒，因此人眼不会感觉到有延迟，提高用户体验。

应当理解的是，第一偏振态控制器33也可以为其他类型的控制器，并不仅限于上述的情形，此处不做限制。

请参阅图5，在一个实施例中，第二偏振单元3包括第四偏振片34和偏振态调整部35，偏振态调整部35设于第一半反半透膜22和第四偏振片34之间。第四偏振片34用于透射具有第一偏振态的光线，同时可以吸收或反射具有第二偏振态的光线；偏振态调整部35用于调整光线的偏振态以及对光线进行部分反射和部分透射，其中调整光线的偏振态可以是具有第一偏振态的光线经过偏振态调整部35后变成具有第二偏振态的光线，或者具有第二偏振态的光线经过偏振态调整部35后变成具有第一偏振态的光线。第四偏振片34的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制。

图像单元1发射的图像光线101到达第一偏振片21后，只有具有第一偏振态的图像光线101经第一偏振片21透射后到达第一半反半透膜22；经第一半反半透膜22反射的图像光线101到达偏振态调整部35，由于偏振态调整部35可以调整光线的偏振态以及对光线进行部分反射和部分透射，因此一部分图像光线101在偏振态调整部35发生反射回到第一半反半透膜22，一部分图像光线101在偏振态调整部35发生透射到达第四偏振片34，且图像光线101的偏振态变成具有第二偏振态；由于第四偏振片34可以吸收或反射具有第二偏振态的光线，因此图像光线101无法通过第四偏振片34出射到外部环境中，避免了外部人员观看到图像单元1产生的虚拟图像，保护了使用者的隐私。

外部光线102经过第四偏振片34时，由于第四偏振片34可以透射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102经第四偏振片34透射后进入到光学系统中且到达偏振态调整部35，并经过偏振态调整部35透射后到达第一半反半透膜22，外部光线102的偏振态由第一偏振态变成第二偏振态；然后具有第二偏振态的外部光线102经第一半反半透膜22透射后进入使用者的眼睛4中，此时到达使用者的眼睛4的外部光线102中仅包含具有第二偏振态的外部光线102。

进一步地，偏振态调整部35包括依次设置的第一波片351、第二半反半透膜352以及第二波片353，第一波片351位于靠近第一半反半透膜22的一侧，第二波片353位于靠近第四偏振片34的一侧。第二半反半透膜352用于对光线进行部分反射和部分透射，其表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制；第二半反半透膜352的透反比可以根据需要进行设置，此处不做限制。第一波片351和第二波片353均为四分之一波片，具有第一偏振态的光线经过四分之一波片后会变成椭圆偏振光，椭圆偏振光再次经过四分之一波片后会变成具有第二偏振态的光线；或者具有第二偏振态的光线经过四分之一波片后会变成椭圆偏振光，椭圆偏振光再次经过四分之一波片后会变成具有第一偏振态的光线。

图像单元1发射的图像光线101到达第一偏振片21后，只有具有第一偏振态的图像光线101经第一偏振片21透射后到达第一半反半透膜22；经第一半反半透膜22反射的图像光线101到达第一波片351，然后经过第一波片351后转变为椭圆偏振光后到达第二半反半透膜352；此时一部分图像光线101发生反射，一部分图像光线101发生透射，发生反射的图像光线101回到第一波片351且经过第一波片351后转变为具有第二偏振态的图像光线101，具有第二偏振态的图像光线101继续传播至第一半反半透膜22并经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4中；发生透射的图像光线101到达第二波片353，经过第二波片353后转变为具有第二偏振态的图像光线101，具有第二偏振态的图像光线101继续传播至第四偏振片34；由于第四偏振片34可以吸收或反射具有第二偏振态的光线，因此具有第二偏振态的图像光线101无法通过第四偏振片34出射到外部环境中，避免了外部人员观看到图像单元1产生的虚拟图像，保护了使用者的隐私。

外部光线102经过第四偏振片34时，由于第四偏振片34可以透射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102经第四偏振片34透射后进入到光学系统中且到达第二波片353，并经过第二波片353后转变为椭圆偏振光；外部光线102继续传播至第二半反半透膜352，并经第二半反半透膜352透射后到达第一波片351，并经过第一波片351后其偏振态转变为第二偏振态；具有第二偏振态的外部光线102继续传播至第一半反半透膜22并经第一半反半透膜22透射后到达使用者的眼睛4中。

请参阅图6，在一个实施例中，可以在玻璃基底354的一个表面上依次设置第二半反半透膜352和第一波片351，在玻璃基底354的另一个表面上依次设置第二波片353和第四偏振片34，从而获得第二偏振单元3，制作简单方便，且结构紧凑。应当理解的是，第二偏振单元3也可以通过其他方式制作，并不仅限于上述的情形。

请参阅图7和图8，在一个实施例中，第一偏振单元2包括沿光路依次设置的第三波片23和第五偏振片24，第三波片23为四分之一波片，第五偏振片24可以反射具有第一偏振态的光线和透射具有第二偏振态的光线；经第五偏振片24反射的图像光线101经过第三波片23后到达第二偏振单元3。第三波片23与第五偏振片24相平行且第三波片23的中心轴与图像单元1的中心轴成第三预设夹角，第三预设夹角优选为45°。第五偏振片24的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制。

图像单元1发射的图像光线101首先到达第三波片23，当图像光线101为自然光时，经过第三波片23后仍然为自然光，当图像光线101只具有第一偏振态时，经过第三波片23后转变为椭圆偏振光；图像光线101经过第三波片23后到达第五偏振片24，由于第五偏振片24可以反射具有第一偏振态的光线，因此第一偏振态的图像光线101经第五偏振片24反射后到达第三波片23，并经第三波片23后到达第二偏振单元3，由于第二偏振单元3可以反射图像光线101，因此到达第二偏振单元3的图像光线101经第二偏振单元3反射后回到第三波片23处，并经过第三波片23后到达第五偏振片24；由于第五偏振片24可以透射具有第二偏振态的光线，因此图像光线101中具有第二偏振态的部分经第五偏振片24透射后进入使用者的眼睛4，从而使用者能够观看到图像单元1发射的虚拟图像。

外部光线102经第二偏振单元3透射后进入光学系统中，并到达第三波片23处，经第三波片23后到达第五偏振片24，外部光线102中具有第二偏振态的部分经第五偏振片24透射后进入使用者的眼睛4，从而使用者能够观看到外界的外部环境图像。

进一步地，第二偏振单元3包括依次设置的第六偏振片36、第二偏振态控制器37以及第七偏振片38，第七偏振片38设于靠近第三波片23的一侧；第六偏振片36可以透射具有第一偏振态的光线，同时可以吸收或反射具有第二偏振态的光线。第二偏振态控制器37用于对光线的偏振态进行控制，当第二偏振态控制器37不工作时，光线经过第二偏振态控制器37后其偏振态并不发生变化；当第二偏振态控制器37工作时，具有第一偏振态的光线经过第二偏振态控制器37后变成具有第二偏振态的光线，具有第二偏振态的光线经过第二偏振态控制器37后变成具有第一偏振态的光线。第七偏振片38可以反射具有第一偏振态的光线，同时可以透射具有第二偏振态的光线。第六偏振片36和第七偏振片38的表面可以为平面、球面、非球面或自由曲面，可以根据需要进行设置，此处不做限制。

图像单元1发射的图像光线101首先到达第三波片23，并经第三波片23后到达第五偏振片24，由于第五偏振片24可以反射具有第一偏振态的光线，因此第一偏振态的图像光线101经第五偏振片24反射后到达第三波片23，经过第三波片23后转变为椭圆偏振光；椭圆偏振光传播至第七偏振片38，由于第七偏振片38可以反射具有第一偏振态的光线，因此图像光线101中具有第一偏振态的部分发生反射并回到第三波片23，经过第三波片23后转变为椭圆偏振光；圆偏振光传播至第五偏振片24，由于第五偏振片24可以透射具有第二偏振态的光线，因此图像光线101中具有第二偏振态的部分发生透射并到达使用者的眼睛4，从而使用者能够观看到图像单元1发射的虚拟图像。由于第七偏振片38可以透射具有第二偏振态的光线，因此图像光线101中具有第二偏振态的部分发生透射并到达第二偏振态控制器37；当第二偏振态控制器37不工作时，具有第二偏振态的图像光线101经过第二偏振态控制器37后偏振态不发生改变，因而具有第二偏振态的图像光线101继续传播至第六偏振片36处，由于第六偏振片36可以吸收或反射具有第二偏振态的光线，因此具有第二偏振态的图像光线101无法通过第六偏振片36处出射到外部环境中，避免了外部人员观看到图像单元1产生的虚拟图像，保护了使用者的隐私。

请参阅图7，当第二偏振态控制器37不工作时：外部光线102经过第六偏振片36时，由于第六偏振片36可以透射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102经过透射后进入到光学系统并到达第二偏振态控制器37，经过第二偏振态控制器37后外部光线102仍然具有第一偏振态，具有第一偏振态的外部光线102继续传播至第七偏振片38；由于第七偏振片38反射具有第一偏振态的光线，因此具有第一偏振态的外部光线102会被第七偏振片38反射，从而无法到达使用者的眼睛4，此时使用者无法观看到外部环境图像。

请参阅图8，当第二偏振态控制器37工作时：外部光线102中具有第一偏振态的部分经过透射后进入到光学系统并到达第二偏振态控制器37，经过第二偏振态控制器37后转变为具有第二偏振态的外部光线102，具有第二偏振态的外部光线102继续传播至第七偏振片38；由于第七偏振片38可以透射具有第二偏振态的光线，因此具有第二偏振态的外部光线102会经第七偏振片38透射后到达第三波片23，经过第三波片23后转变为椭圆偏振光，椭圆偏振光传播至第五偏振片24，由于第五偏振片24可以透射具有第二偏振态的光线，因此外部光线102中具有第二偏振态的部分发生透射并到达使用者的眼睛4，从而使用者能够观看到外部环境的外部环境图像。

因此，当图像单元1工作、第二偏振态控制器37不工作时，使用者只能看到虚拟图像而看不到外部环境图像；当图像单元1不工作、第二偏振态控制器37工作时，使用者可以同时看到外部环境图像而看不到虚拟图像。设置第二偏振态控制器37和第六偏振片36，通过对第二偏振态控制器37的工作状态进行调整，可以控制外部光线102是否可以进入使用者的眼睛4，从而可以根据需要控制使用者何时能看到虚拟图像，何时能够看到外部环境图像，使用状态可以控制，使用方式和使用场景更加灵活。

进一步地，第二偏振态控制器37包括设于第六偏振片36和第七偏振片38之间的液晶层以及与液晶层连接的第二控制器，第二控制器用于控制液晶层的工作状态。当液晶层不工作时，光线经过液晶层后其偏振态并不发生变化；当第二控制器控制液晶层工作时，具有第一偏振态的光线经过液晶层后变成具有第二偏振态的光线，具有第二偏振态的光线经过液晶层后变成具有第一偏振态的光线。第二控制器控制液晶层在不同工作状态间交替变换的响应时间小于20毫秒，因此人眼不会感觉到有延迟，提高用户体验。

应当理解的是，第二偏振态控制器37也可以为其他类型的控制器，并不仅限于上述的情形，此处不做限制。

本实施例的目的还在于提供一种增强现实设备，包括上述的光学系统。由于第二偏振单元3可用于反射图像光线101以及透射外部光线102，从而经第一偏振单元2反射的图像光线101到达第二偏振单元3后并不能通过第二偏振单元3传播到外部环境中，同时外部光线102可以通过第二偏振单元3透射后进入到光学系统中，从而使得使用者可以观看到外部环境图像，而外界人员无法观看到图像单元1产生的虚拟图像，确保了使用者的隐私能够得到很好地保护。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光学系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的：

图像单元，用于发射图像光线；

第一偏振单元，至少用于将所述图像光线反射；

第二偏振单元，用于反射所述图像光线以及透射外部光线；

经所述第二偏振单元反射的所述图像光线和经所述第二偏振单元透射的所述外部光线到达所述第一偏振单元，并经所述第一偏振单元透射后进入使用者的眼睛；

所述第一偏振单元包括沿光路依次设置的：第一偏振片，用于透射具有第一偏振态的光线和反射具有第二偏振态的光线；第一半反半透膜，用于对光线进行部分反射和部分透射；经所述第一半反半透膜反射的所述图像光线到达所述第二偏振单元，经所述第二偏振单元反射的所述图像光线和经所述第二偏振单元透射的所述外部光线到达所述第一半反半透膜，并经所述第一半反半透膜透射后进入使用者的眼睛；

所述第二偏振单元包括：第四偏振片，用于透射具有第一偏振态的光线和吸收或反射具有第二偏振态的光线；偏振态调整部，设于所述第一半反半透膜和所述第四偏振片之间，用于调整光线的偏振态以及对光线进行部分反射和部分透射；

所述偏振态调整部包括：

第二半反半透膜，设于所述第一半反半透膜和所述第四偏振片之间；

第一波片，设于所述第一半反半透膜和所述第二半反半透膜之间；

第二波片，设于所述第二半反半透膜和所述第四偏振片之间；

所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片。

2.一种增强现实设备，其特征在于：包括权利要求1所述的光学系统。