CN111025638A - 一种ar光学显示模组及增强现实设备 - Google Patents

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左惟涵
周知星
张韦韪
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Abstract

本发明公开一种AR光学显示模组及增强现实显示设备，包括：沿光路依次设置的偏振组件和第一透反部件；所述偏振组件用于将入射的图像光线反射至所述第一透反部件，所述第一透反部件用于反射所述图像光线和透射外界有效光线；经所述第一透反部件反射的所述图像光线和透射的所述外界有效光线到达所述偏振组件，经所述偏振组件透射后进入人眼；所述偏振组件还用于吸收入射的外界杂散光线。本发明利用偏振组件消除外界杂散光，达到提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验。

Description

一种AR光学显示模组及增强现实设备
技术领域
本发明涉及一种显示设备，尤其涉及一种AR光学显示模组及增强现实设备。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等)通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。即将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。
如图1示出了现有的AR眼镜或AR显示设备中的AR光学显示模组的结构示意图。现有的AR显示装置的光学系统包括像源11、分光镜3、曲面半反射镜4和位于分光镜3上方的透镜19。像源11发出的图像光线向下射入透镜19。经透镜19准直后的图像光线入射至分光镜3。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(外界有效光线)从曲面半反射镜4的右侧向左侧(人眼方向)射入，部分图像光线和部分环境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图像光线。
然而，在部分图像光线和部分环境光线进入人眼的同时，干扰光线(外界杂散光线)还同时从分光镜3的下方向上射入，干扰光线的部分光线经过分光镜3的反射抵达人眼。也即是，用户在观看到图像光线和外界环境光线的同时，还会看到同时从外界入射的干扰光线，从而降低了用户的观看体验。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种AR光学显示模组及增强现实设备，以解决外界杂散光线入射至人眼影响用户观看体验的问题。
本发明的目的还在于提供一种增强现实显示设备，以解决现有的增强现实显示设备中由于外界杂散光线存在影响用户观看体验的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供一种AR光学显示模组，包括：沿光路依次设置的偏振组件和第一透反部件；所述偏振组件用于将入射的图像光线反射至所述第一透反部件，所述第一透反部件用于反射所述图像光线和透射外界有效光线；经所述第一透反部件反射的所述图像光线和透射的所述外界有效光线到达所述偏振组件，经所述偏振组件透射后进入人眼；所述偏振组件还用于吸收入射的外界杂散光线。
进一步地，所述偏振组件包括依次设置的：吸收型偏振件，延迟件以及第二透反部件；所述第二透反部件位于临近所述第一透反部件一侧，所述吸收性偏振片位于远离所述第一透反部件一侧。
进一步地，所述延迟件用于将入射的线性偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光。
进一步地，所述延迟件为1/4波片。
进一步地，所述吸收型偏振件和所述延迟件均贴合在所述第二透反部件上。
进一步地，所述第一透反部件和所述第二透反部件均包括：衬底，并在所述衬底的一面镀有透反膜，在所述衬底的另一面镀有增透膜。
进一步地，所述第一透反部件为曲面透反镜。
进一步地，所述AR光学显示模组还包括：图像单元，用于产生所述图像光线；所述图像单元与所述偏振组件呈一锐角。
进一步地，所述AR光学显示模组还包括：设于所述图像单元和所述偏振组件之间的透镜单元，用于矫正所述图像单元产生的所述图像光线的像差，所述透镜单元与所述图像单元同轴设置。
本发明还提供一种增强现实设备，包括上述任一项所述的AR光学显示模组。
本发明提供本发明提供的一种AR光学显示模组及增强现实显示设备，通过对外界杂散光特性的分析，利用吸收型偏振片、延迟件以及透反镜的巧妙光路设计，达到了消除外界杂散光线，提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验的目的。
附图说明
图1为现有技术中AR光学显示模组的结构示意图。
图2为现有技术中光栅存在多个衍射级的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明提供一种AR光学显示模组及包括该AR光学显示模组的增强现实设备。如图2所示，AR光学显示模组包括：
沿光路依次设置偏振组件2和透反部件3。偏振组件2用于将入射的图像光线L1反射至透反部件3。透反部件3用于反射该图像光线L1和透射来自外部真实环境的环境光线(该环境光线为用户所需的光线，在本发明实施例中称为外界有效光线L2)；经透反部件3反射的图像光线L1和透射的外界有效光线L2到达偏振组件2，经偏振组件2透射后同时进入人眼，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图像光线,从而实现增强现实效果。此时，从偏振组件2下方入射的环境光线(该环境光线为用户不需要的光线，在本发明实施例中称为干扰光线L3或外界杂散光L2)到达偏振组件2之后，被偏振组件2吸收，从而可以有效消除外界杂散光，提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验。
请继续参考图2，在另一种具体的实施例中，偏振组件2可以包括：
依次设置的：吸收型偏振件201，延迟件202以及透反部件203；透反部件203位于临近透反部件3一侧，吸收性偏振片201位于远离透反部件3这一侧。
吸收型偏振件201的作用是：透射第一偏振态的光线，吸收第二偏振态的光线。第一偏振态的光线与第二偏振态的光线互为正交方向。当第一偏振态的光线为P线性偏振光时，第二偏振态的光线可以为S线性偏振光。当第一偏振态的光线为S线性偏振光时，第二偏振态的光线可以为P线性偏振光。
延迟件202的作用是将入射的线性偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，例如，将P线性偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，或者，也可以将S线性偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，其中，延迟件202具体可以为1/4波长的波片。一种实施例中，吸收型偏振件201和延迟件202均可以贴合在透反部件203上，这样可以在一定程度上减小AR光线显示模组的厚度。
透反部件3和透反部件203可以为透反镜。透反镜的具体结构可以为：衬底，并在衬底的一面镀有功能性膜系，使其具有一定透反作用，以及在衬底的另一面镀增透膜，目的是减少由界面反射带来的杂散光。
具体实现时，透反部件3具体可以为曲面透镜，选用曲面的目的是：可以提升视场角和矫正像差，从而提升图像成像质量和显示效果。
假定以吸收型偏振件201透射第一偏振态的光线，吸收第二偏振态的光线为例，对本发明实施例的AR光学显示模组工作过程进行详细描述。
入射的图像光线L1入射至具有一定透反比的透反部件203后，部分光线被反射至透反部件3，而后被反射回透反部件203，此时会有部分光线从透反部件203透射出去，并且依次经过延迟件202、吸收型偏振片201后进入人眼，使人眼可以看到图像光线L1。同时，来自外部环境的外界有效光线L2依次经过透反部件3、透反部件203、延迟件202以及吸收型偏振片201后，进入人眼。此时，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图像光线，实现增强现实效果。
此时，由于从偏振组件2下方入射的外界杂散光线L3为自然光，自然光依次经过偏振组件2的吸收型偏振片201，延迟件202以及具有一定透反比的透反部件203，当经过吸收型偏振片201时，只有第一偏振态的光线可以透过，具有第二偏振态的光线被吸收，此时具有第一偏振态的光线经过延迟件202后，变成圆偏振光或椭圆偏振光，并经过具有一定透反比的透反部件203，部分光线被反射后再次经过延迟件202，此时圆偏振光或椭圆偏振光变为第二偏振态的光线，变为第二偏振态的光线再次经过吸收型偏振片201时被吸收，从而消除外界杂散光线，进而达到提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验。
请继续参考图2，在本发明的另一实施例中，AR光学显示模组进一步包括：用于产生图像光线的图像单元1。图像单元1设置于偏振组件2上方，且与偏振组件2呈一锐角。这样，图像单元1产生的图像光线L1方可到达偏振组件2。本发明中的图像单元1为能够提供图像信息的显示装置，可以为LCD、OLED、micro-LED、LCoS等显示单元。优选地，AR光学显示模组还可以包括：设于图像单元1和偏振组件2之间的透镜单元(未示出)，其作用是用于矫正图像单元1产生的所述图像光线的像差，透镜单元与图像单元1同轴设置，经矫正后的图像单元1入射至偏振组件2。
本发明实施例的AR光学显示模组工作时，图像单元1产生的图像光线L1经透镜单元折射后入射至偏振组件2。图像光线L1入射至透反部件203后，部分光线被反射至透反部件3，而后被透反部件3反射回透反部件203，此时会有部分光线从透反部件203透射出去，并且依次经过延迟件202、吸收型偏振片201后进入人眼，使人眼可以看到图像光线L1。同时，来自外部环境的外界有效光线L2依次经过透反部件3、透反部件203、延迟件202、吸收型偏振片201后，进入人眼。此时，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图像光线，实现增强现实效果。
与此同时，由于从偏振组件2下方入射的外界杂散光L3为自然光，自然光依次经过偏振组件2的吸收型偏振片201，延迟件202以及具有一定透反比的透反部件203，当经过吸收型偏振片201时，只有第一偏振态的光线可以透过，具有第二偏振态的光线被吸收，此时具有第一偏振态的光线经过延迟件202后，变成圆偏振光或椭圆偏振光，并经过具有一定透反比的透反部件203，部分光线被反射后再次经过延迟件202，此时圆偏振光或椭圆偏振光变为第二偏振态的光线，变为第二偏振态的光线再次经过吸收型偏振片201时被吸收，从而消除外界杂散光，进而达到提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验。
综上所述，本发明提供的一种AR光学显示模组及增强现实显示设备，通过对外界杂散光特性的分析，利用吸收型偏振片、延迟件以及透反镜的巧妙光路设计，达到了消除外界杂散光，提升用户所需的光线(图像光线和外界有效光线)与外界杂散光线的对比度，进而提升用户使用AR光学显示模组时候的观看体验的目的。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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 (10)

1.一种AR光学显示模组，其特征在于，包括：沿光路依次设置的偏振组件和第一透反部件；所述偏振组件用于将入射的图像光线反射至所述第一透反部件，所述第一透反部件用于反射所述图像光线和透射外界有效光线；经所述第一透反部件反射的所述图像光线和透射的所述外界有效光线到达所述偏振组件，经所述偏振组件透射后进入人眼；所述偏振组件还用于吸收入射的外界杂散光线。
2.根据权利要求1所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述偏振组件包括依次设置的：吸收型偏振件，延迟件以及第二透反部件；所述第二透反部件位于临近所述第一透反部件一侧，所述吸收性偏振片位于远离所述第一透反部件一侧。
3.根据权利要求2所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述延迟件用于将入射的线性偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光。
4.根据权利要求3所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述延迟件为1/4波片。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述吸收型偏振件和所述延迟件均贴合在所述第二透反部件上。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述第一透反部件和所述第二透反部件均包括：衬底，并在所述衬底的一面镀有透反膜，在所述衬底的另一面镀有增透膜。
7.根据权利要求6所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述第一透反部件为曲面透反镜。
8.根据权利要求1至4中任一项所述AR光学显示模组，其特征在于，所述AR光学显示模组还包括：图像单元，用于产生所述图像光线；所述图像单元设置于所述上方偏振组件上方，且与所述偏振组件呈一锐角。
9.根据权利要求8所述的AR光学显示模组，其特征在于，所述AR光学显示模组还包括：设于所述图像单元和所述偏振组件之间的透镜单元，用于矫正所述图像单元产生的所述图像光线的像差，所述透镜单元与所述图像单元同轴设置，经矫正后的所述图像单元入射至所述偏振组件。
10.一种增强现实设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的AR光学显示模组。
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