CN110161686A - Ar显示装置和穿戴式ar设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有曲面折半反射镜，曲面折半反射镜包括曲面镜基片和半透半反膜，半透半反膜位于曲面镜基片背对分光镜的一侧，使原来只一次反射的曲面镜增加了折射和反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实成像技术领域，具体而言，涉及一种AR显示装置和穿戴式AR设备。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)也被称为混合现实，其原理是通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
目前，人们可以通过穿戴式设备，如AR眼镜或AR头盔等，与真实世界进行互动。如图1示出了现有的AR眼镜或AR头盔中的AR显示装置的结构示意图，如图1所示，现有的AR显示装置光学系统包括像源11、分光镜3、曲面半反射镜4和位于分光镜3上方的透镜12，像源11设置在光学系统的上部，且像源11与透镜12之间有一定距离，像源11的图像光线从上方向下射入透镜12。与此同时，环境光线从曲面半反射镜4的右侧向左侧(人眼方向)射入，干扰光线还同时从分光镜的下方向上射入。图像光线的部分光线经过分光镜3的反射射向曲面半反射镜4，部分光线再经过曲面半反射镜4的反射射向分光镜3。与此同时，环境光线的部分光线依次穿过曲面半反射镜4和分光镜3抵达人眼；干扰光线的部分光线经过分光镜3的反射抵达人眼。部分图像光线、部分环境光线和部分干扰光线最终同时抵达人眼，使得用户能够看到外界真实环境的同时还可以看到叠加在真实环境中的像源11的图像。
现有的AR显示装置存在以下缺陷：
系统的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种AR显示装置和穿戴式AR设备。
第一方面，本发明实施例提供了一种AR显示装置，包括图像投射装置和光路组件；
图像投射装置包括像源；
光路组件包括依次排列的分光镜和曲面折半反射镜，其中，曲面折半反射镜包括曲面镜基片和半透半反膜，半透半反膜位于曲面镜基片远离分光镜的一侧。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，曲面折半反射镜还包括增透膜，增透膜位于曲面镜基片临近分光镜的一侧。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，匹配镜的一侧与像源之间紧密贴合；另一侧与透镜紧密贴合。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源和透镜时，像源与透镜之间紧密贴合。
结合第一方面的第三种可能或第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，分光镜为偏振分光镜，光路组件还包括波片组件，波片组件位于偏振分光镜和曲面折半反射镜之间。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，偏振分光镜包括偏振分光膜；
偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；
第一方向和第二方向相互垂直。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，偏振分光镜还包括分光镜基片。
结合第一方面的第六种或第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，偏振分光镜的反射平面和曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，β为0°～90°。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，β为40°～50°。
结合第一方面的第九种或第十种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，当第一方向的偏振光和第二方向的偏振光在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0°～360°旋转时，偏振分光膜和波片组件也要改变相应的角度。
结合第一方面的第十一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十二种可能的实施方式，其中，波片组件为1/4波片。
结合第一方面的第十二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十三种可能的实施方式，其中，1/4波片设置于偏振分光镜和曲面折半反射镜之间。
结合第一方面的第十二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十四种可能的实施方式，其中，1/4波片贴合于曲面折半反射镜的内侧。
结合第一方面的第三种或第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十五种可能的实施方式，其中，匹配镜的折射率为1～2.7。
结合第一方面的第十五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十六种可能的实施方式，其中，匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。
结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十七种可能的实施方式，其中，当匹配镜为液体材质、液晶或半固态材质时，图像投射装置还包括密封结构，将匹配镜密封于像源与透镜之间。
结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十八种可能的实施方式，其中，当匹配镜为固体材质时，像源、匹配镜和透镜相互直接连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第十九种可能的实施方式，其中，像源为集成光源的像源或单一像源。
第二方面，本发明实施例还提供了一种穿戴式设备，包括卡箍件和上述的AR显示装置。
本发明的基本工作原理：
本发明提供的AR显示装置和穿戴式AR设备，AR显示装置采用偏振光路组件，偏振光路组件包括在水平方向上依次排列的偏振分光镜、波片组件和曲面折半反射镜，图像投射装置位于偏振分光镜的上方。从图像投射装置出射的图像光线投射到偏振分光镜上，图像光线中的第一方向的偏振光透过偏振分光镜射出至外界，图像光线中的第二方向的偏振光被反射到波片组件上；通过波片组件转变为圆偏振光，入射至曲面折半反射镜，一部分光线射出至外界，另一部分被曲面折半反射镜反射后再经过波片组件，由圆偏振光转变成第一方向的偏振光，透过偏振分光镜进入人眼。最终部分图像光线被人眼接收到，使用户能够看到大可视角度的虚拟图像。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有曲面折半反射镜，曲面折半反射镜包括曲面镜基片和半透半反膜，半透半反膜位于曲面镜基片背对分光镜的一侧，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的地和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为现有技术的一种AR显示装置的结构示意图；
图2为本发明第一实施例所提供的AR显示装置的结构示意图；
图3为本发明第一实施例所提供的图像投射装置的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的图像投射装置的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的曲面折半反射镜的结构示意图；
图6为本发明第二实施例所提供的AR显示装置的结构示意图。
图标：
1-图像投射装置；11-像源；12-透镜；13-匹配镜；3-分光镜；4-曲面半反射镜；5-偏振分光镜；6-波片组件；7-曲面折半反射镜；71-增透膜；72-曲面镜基片；73-半透半反膜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的地、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有的AR显示装置的系统的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能等问题，本发明实施例提供了一种AR显示装置和穿戴式AR设备，以下首先对本发明的AR显示装置进行详细介绍。
实施例一
本实施例提供了一种AR显示装置，如图2所示，该AR显示装置，包括图像投射装置1和光路组件；
图像投射装置1包括像源11，其中，像源11的作用是显示需要投射到人眼中的图像，像源11可以采用平面像源，包括但不限于集成光源的像源或单一像源。例如，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、MEMS(MicroelectromechanicalSystems，微机电显示系统)、DMD(Digital Micro-mirror Device，数字微镜元件)等显示原理的电子器件。其中，OLED和LCD为集成光源的像源；LCOS、MEMS和DMD为单一像源，需要另外增加辅助光源。
光路组件包括依次排列的分光镜3和曲面折半反射镜7，其中，所述曲面折半反射镜7包括曲面镜基片72和半透半反膜73，所述半透半反膜73位于所述曲面镜基片72远离所述分光镜的一侧。半透半反膜73可以将入射光线的一部分反射回分光镜3。
如果曲面折半反射镜7包括增透膜71、曲面镜基片72和半透半反膜73，增透膜71位于临近分光镜3的一侧，半透半反膜73位于远离分光镜3的一侧。即增透膜、曲面镜基片和半透半反膜沿厚度方向的排列顺序，可以是如图5所示的，从内向外依次为增透膜、曲面镜基片和半透半反膜。此处，以临近分光镜3的一侧为内侧，远离分光镜3的一侧为外侧。由于曲面折半反射镜包括位于内侧的增透膜和位于外侧的半透半反膜，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
实施例二
本实施例提供了一种AR显示装置，如图3所示，该AR显示装置，包括图像投射装置1和光路组件；
图像投射装置1包括像源11、匹配镜13和透镜12。需要说明的是，图像投射装置也可以仅包括像源和匹配镜。其中，像源11的作用是显示需要投射到人眼中的图像，像源11可以采用平面像源，包括但不限于集成光源的像源或单一像源。例如，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)、LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)、MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电显示系统)、DMD(Digital Micro-mirror Device，数字微镜元件)等显示原理的电子器件。其中，OLED和LCD为集成光源的像源；LCOS、MEMS和DMD为单一像源，需要另外增加辅助光源。
匹配镜13位于像源11和透镜12之间，匹配镜13的一侧与像源11贴合，另一侧与透镜12贴合。匹配镜13具备高透光率和一定的折射率，匹配镜13的折射率大于空气的折射率。匹配镜13可以由透明的液体材质制成，例如水、酒精等；也可以由透明的固体材质制成，例如玻璃、树脂等；还可以采用液晶或半固态材质制成。
当匹配镜13的材质是液体时，透镜12和像源11之间设置有外部密封结构，例如，密闭边框，使透镜12和像源11之间形成密闭的腔体，防止匹配镜材质流失。当匹配镜13的材质是固体时，像源11和透镜12间可以直接连接匹配镜13，而无需边框。即像源11和匹配镜13直接连接或通过胶水粘接，匹配镜13和透镜12直接连接或通过胶水粘接。
透镜12可以是一个透镜或多个透镜组成的透镜组。透镜或透镜组中每面透镜可以是凸透镜、凹透镜或凸透镜和凹透镜任意组合等，透镜的面型可以是球面、非球面、自由曲面等，透镜12将光线折射，配合偏振光路组件共同完成成像。
如图1所示，由于现有的AR显示装置的像源与透镜之间具有间隙且间隙过大，一方面会造成AR显示装置的尺寸偏大，元件的分布较分散，造成光学系统结构尺寸偏大，装调困难并且容易损坏。另一方面，由于像源处于空气中，折射率低，数值孔径较难提高，系统极限分辨率受限，设计难度高。而且由于空气与透镜交界面的折射率差距较大，使得该面的反射率较高，容易对后续系统造成鬼像等杂散光。鬼像指由于透镜表面反射而在光学系统焦面附近产生的附加像，该附加像亮度一般较暗，且与原像错开。
与上述现有技术相比，如图4所示，本实施例的像源发出的图像光线首先进入到匹配镜，由于匹配镜材质具备高透光率和一定的折射率，与空气介质相比，减少了光线进入透镜时交界面的折射率差，提高了透镜上表面透过率，增加光效率，同时抑制杂散光和鬼像的产生。进一步地说，空气的折射率为1，匹配镜材质的折射率可以在1～2.7之间，根据R＝(0.61*λ)/(n*sinθ)计算公式(R为衍射斑半径，λ为光波长，n为像面折射率，θ为入射孔径角)，提高介质的折射率能够提供更小的衍射光斑，提高成像分辨率。通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度。
光路组件包括依次排列的分光镜和曲面折半反射镜7，其中，所述曲面折半反射镜7包括曲面镜基片72和半透半反膜73，所述半透半反膜73位于所述曲面镜基片72远离所述分光镜的一侧。半透半反膜73可以将入射光线的一部分反射回波片组件6。
如果曲面折半反射镜7包括增透膜71、曲面镜基片72和半透半反膜73，增透膜71位于临近波片组件6的一侧，半透半反膜73位于远离波片组件6的一侧。即增透膜、曲面镜基片和半透半反膜沿厚度方向的排列顺序，可以是如图5所示的，从内向外依次为增透膜、曲面镜基片和半透半反膜。此处，以临近波片组件6的一侧为内侧，远离波片组件6的一侧为外侧。由于曲面折半反射镜包括位于内侧的增透膜和位于外侧的半透半反膜，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
可选地，本实施例中分光镜可以采用普通分光镜，也可以采用偏振分光镜5。当分光镜为偏振分光镜5时，光路组件包括在水平方向上依次排列的偏振分光镜5、波片组件6和曲面折半反射镜7。偏振分光镜5位于图像投射装置1的下方或上方。波片组件6位于偏振分光镜5和曲面折半反射镜7之间。
偏振分光镜5包括分光镜基片和偏振分光膜。偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光。偏振分光镜5倾斜设置。
其中，第一方向和第二方向相互垂直。例如，第一方向偏振光可以是偏振态为P方向的偏振光，第二方向偏振光可以是偏振态为S方向的偏振光。考虑到P偏振光和S偏振光可以在满足相互垂直的前提下绕光线传播方向旋转，因此，第一方向偏振光也可以是偏振态与P方向呈一定角度的偏振光，第二方向偏振光也可以是偏振态与S方向呈一定角度的偏振光，本发明实施例中，不进行限定。
可选地，偏振分光镜5也可以不包括分光镜基片，仅包括偏振分光膜。
偏振分光镜5的反射平面和曲面折半反射镜7的光轴之间的夹角，与透镜12的光轴和偏振分光镜5的反射平面之间的夹角相等。如图3所示，偏振分光镜5的反射平面与曲面折半反射镜7的光轴呈α角，所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。β为0°-90°之间，优选为40°-50°，此时，图像光线的视场最大，图像光线的可视范围最大。
波片组件6可以采用1/4波片。1/4波片用于将入射的第二偏振光转变为圆偏振光。1/4波片可为平面结构或曲面结构；1/4波片还可为柱面结构；1/4波片还可为球面或非球面结构。1/4波片可以设置于偏振分光镜5和曲面折半反射镜7之间,如图3所示。1/4波片也可以贴合于曲面折半反射镜7的内侧，即临近偏振分光镜5的一侧。
从透镜12出射的图像光线进入到偏振分光镜5上，图像光线首先接触到偏振分光膜53，此时图像光线中的部分偏振方向为第二方向的偏振光会被反射至波片组件6。偏振方向为第二方向的偏振光经过波片组件6，转变为圆偏振光，然后入射到曲面折半反射镜7的增透膜71一侧，该光线发生第一次折射；然后入射到曲面折半反射镜的半透半反膜73一侧，此时图像光线分光，一部分射出到外界，另一部分被半透半反膜73反射。被反射的图像光线会再次入射到增透膜71的一侧，发生第二次折射，然后再次入射1/4波片，由圆偏振光变成第一偏振光，即偏振态为第一方向的偏振光。转变后的第一偏振光再次入射到偏振分光镜5，由于偏振方向为第一方向，此时光线将穿过偏振分光膜、分光镜基片进入到人眼中，使用户能看到大可视角度的虚拟图像。
第一偏振光和第二偏振光可以在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0～360°旋转，此时偏振分光膜和1/4波片也要改变相应的角度。因此，在生产时，可以根据第一方向偏振光和第二方向偏振光的角度，确定偏振分光镜和波片组件的安装角度。
考虑到现有技术的AR装置的图像光线的理论能量效率只有约12.5％，图像光线的亮度严重受限；而且系统的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能。
与现有技术相比，本发明实施例采用偏振光路组件能够提高光能利用率1倍以上，图像光线的能量效率可提升至约25％，提高图像光线亮度，节省功耗，降低系统发热量。
当环境光线入射曲面折半反射镜7时，一部分环境光线透过曲面折半反射镜7、波片组件6和偏振分光镜5，进入人眼，使用户能够看到真实的外界环境，通过虚拟图像与真实环境的叠加显示达到增强现实的效果。
综上所述，本实施例提供的AR显示装置，具有如下优点：
第一，像源与透镜之间贴合或无间隙，使光学系统结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、佩戴舒适；
第二，通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度；
第三，减少了透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，并增强亮度；
第四，元件排列紧凑，便于装调，系统强度高；
第五，偏振分光镜去除干扰光线，提高图像光线和环境光线的对比度；
第六，提升图像光线的能量效率至约25％，亮度明显提升；
第七，在同等图像光线亮度需求的情况下，该AR显示装置可以节约能耗，降低设备发热量；
第八，通过设计曲面折半反射镜两面的面型、厚度、材料等参数，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射一次反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
实施例三
本实施例提供了一种AR显示装置，如图6所示，该AR显示装置，包括图像投射装置1和光路组件。
与上述实施例二的区别在于：该实施例的图像投射装置1包括像源11和透镜12。像源11与透镜12紧密贴合。
由于像源11与透镜12紧密贴合，像源11发出的图像光线将直接进入到透镜12中，减少了光线进入透镜时交界面的折射率差，提高了透镜上表面透过率，增加了光效率，也可以抑制杂散光和鬼像的产生。
本实施例提供的AR显示装置，像源与透镜之间紧密贴合，使光学系统结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、佩戴舒适。
为了节约篇幅，实施例三与实施例二相同的内容，可以参见上述实施例二，在此不再赘述。
实施例四
本发明实施例还提供了一种穿戴式AR设备，包括卡箍件和上述实施例一、实施例二或实施例三所记载的AR显示装置。
该穿戴式AR设备可以是但不限于AR眼镜、AR头盔或AR面罩。当穿戴式AR设备为AR眼镜时，卡箍件为镜框，AR显示装置安装在镜框上，相当于两个镜片的位置。当穿戴式AR设备为AR头盔时，卡箍件可以是头盔壳体，AR显示装置安装于头盔壳体前侧的面窗部。
本实施例的穿戴式AR设备设置有上述的AR显示装置，AR显示装置采用偏振光路组件，偏振光路组件包括依次排列的偏振分光镜、波片组件和曲面折半反射镜，图像投射装置位于偏振分光镜的上方。从图像投射装置出射的图像光线投射到偏振分光镜上，图像光线中偏振态为第一方向的光透过偏振分光镜进入人眼，图像光线中的部分偏振态为第二方向的光被反射到波片组件上；通过波片组件转变为圆偏振光，入射至曲面折半反射镜，一部分光线射出至外界，另一部分被曲面折半反射镜反射后再经过波片组件，由圆偏振光转变成偏振态为第一方向的光，透过偏振分光镜进入人眼。使用户能够看到大可视角度的虚拟图像，提高了光能利用率，提高了图像光线亮度。在同等图像光线亮度需求的情况下，该AR显示装置可以节约能耗，降低设备发热量。
同时，还具有如下优点：通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度；减少了透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，并增强亮度；元件排列紧凑，便于装调，系统强度高，重量更轻，佩戴舒适；偏振分光镜去除干扰光线，图像无杂光，对比度高；提升图像光线的能量效率至约25％，亮度明显提升；通过设计曲面折半反射镜两面的面型、厚度、材料等参数，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射一次反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。
本发明实施例提供的AR显示装置和穿戴式AR设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (21)
1.一种AR显示装置，其特征在于，包括图像投射装置和光路组件；
所述图像投射装置包括像源；
所述光路组件包括依次排列的分光镜和曲面折半反射镜，其中，所述曲面折半反射镜包括曲面镜基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述曲面镜基片远离所述分光镜的一侧。
2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述曲面折半反射镜还包括增透膜，所述增透膜位于所述曲面镜基片临近所述分光镜的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的AR显示装置，其特征在于，所述图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。
4.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，所述匹配镜的一侧与所述像源之间紧密贴合；另一侧与所述透镜紧密贴合。
5.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源和透镜时，所述像源与所述透镜之间紧密贴合。
6.根据权利要求4或5所述的AR显示装置，其特征在于，所述分光镜为偏振分光镜，所述光路组件还包括波片组件，所述波片组件位于所述偏振分光镜和所述曲面折半反射镜之间。
7.根据权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜包括偏振分光膜；
所述偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；
所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
8.根据权利要求7所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜还包括分光镜基片。
9.根据权利要求7或8所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜的反射平面和所述曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。
10.根据权利要求9所述的AR显示装置，其特征在于，β为0°～90°。
11.根据权利要求9所述的AR显示装置，其特征在于，β为40°～50°。
12.根据权利要求10或11所述的AR显示装置，其特征在于，当所述第一方向的偏振光和所述第二方向的偏振光在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0°～360°旋转时，所述偏振分光膜和所述波片组件也要改变相应的角度。
13.根据权利要求12所述的AR显示装置，其特征在于，所述波片组件为1/4波片。
14.根据权利要求13所述的AR显示装置，其特征在于，所述1/4波片设置于所述偏振分光镜和所述曲面折半反射镜之间。
15.根据权利要求13所述的AR显示装置，其特征在于，所述1/4波片贴合于所述曲面折半反射镜的内侧。
16.根据权利要求4或5所述的AR显示装置，其特征在于，所述匹配镜的折射率为1～2.7。
17.根据权利要求16所述的AR显示装置，其特征在于，所述匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。
18.根据权利要求17所述的AR显示装置，其特征在于，当所述匹配镜为液体材质、液晶或半固态材质时，所述图像投射装置还包括密封结构，将所述匹配镜密封于所述像源与所述透镜之间。
19.根据权利要求17所述的AR显示装置，其特征在于，当所述匹配镜为固体材质时，所述像源、匹配镜和所述透镜相互直接连接。
20.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述像源为集成光源的像源或单一像源。
21.一种穿戴式AR设备，其特征在于，包括卡箍件和上述权利要求1～20中任一项所述的AR显示装置。
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