CN111158150A - 镜片组件及头戴显示设备 - Google Patents

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CN111158150A CN202010083564.1A CN202010083564A CN111158150A CN 111158150 A CN111158150 A CN 111158150A CN 202010083564 A CN202010083564 A CN 202010083564A CN 111158150 A CN111158150 A CN 111158150A
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Abstract

本发明公开了一种镜片组件及头戴显示设备，镜片组件应用于头戴显示装置，镜片组件包括：半反半透镜、偏转件和偏光片，所述半反半透镜接收线偏振状态的入射光线，所述入射光线经所述半反半透镜产生第一反射光线和第一透射光线；所述偏转件设置于所述第一透射光线的传播方向中；所述偏光片设置于所述偏转件背向所述半反半透镜一端，所述第一透射光线射入所述偏转件后，线偏振状态的所述第一透射光线的偏振方向发生转动，所述第一透射光线的偏振方向和所述偏光片的偏振透射方向产生夹角。本发明的技术方案能够减少第三人观看到镜片组件内的画面，保护用户的隐私。

Description

镜片组件及头戴显示设备
技术领域
本发明涉及可穿戴电子产品技术领域，尤其涉及一种镜片组件及头戴显示设备。
背景技术
在AR(Augmented Reality，增强现实)显示中，一般通过设置半反半透膜的方式，使光线经过透射和反射再射入人眼，而由于半反半透膜自身具有一定透射性，因此，用户在使用AR显示设备时，光线会透射出相应设备，如此第三人能够观察到AR显示设备中显示的画面内容，如此不利于保护用户的隐私。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
基于此，针对光线会透射出显示设备，导致第三人观察到显示画面内容的问题，有必要提供一种镜片组件及头戴显示设备，旨在有效减少光线透射出，使第三人无法看清显示的画面内容，保护用户的隐私。
为实现上述目的，本发明提出的一种镜片组件，应用于头戴显示装置，所述镜片组件包括：
半反半透镜，所述半反半透镜接收线偏振状态的入射光线，所述入射光线经所述半反半透镜产生第一反射光线和第一透射光线；
偏转件，所述偏转件设置于所述第一透射光线的传播方向中；和
偏光片，所述偏光片设置于所述偏转件背向所述半反半透镜一端，所述第一透射光线射入所述偏转件后，线偏振状态的所述第一透射光线的偏振方向发生转动，所述第一透射光线的偏振方向和所述偏光片的偏振透射方向产生夹角。
可选地，所述第一透射光线射入所述偏转件后，所述第一透射光线的偏振方向和所述偏光片的偏振透射方向成90°夹角。
可选地，所述偏转件包括液晶和电极，所述电极包括正电极和负电极，所述正电极和所述负电极分设于所述液晶相对的两侧。
可选地，所述正电极和所述负电极均包括透明导电膜，所述透明导电膜设置于所述第一透射光线的传播方向。
可选地，所述偏转件包括透明液晶盒，所述透明导电膜设置于所述透明液晶盒的内壁，所述液晶设置于所述透明液晶盒内。
可选地，所述偏转件还包括第一定向结构和第二定向结构，所述第一定向结构和所述第二定向结构分设于所述液晶相对两侧，以使所述液晶中的液晶分子同向排列。
可选地，所述镜片组件还包括图像源和分光镜，所述图像源发射成像光线，所述分光镜设置于所述成像光线的光路中，所述成像光线经过所述分光镜反射产生射向所述半反半透镜的所述入射光线、以及经所述分光镜透射产生透射光线。
可选地，所述图像源包括发射照明光线的光源，所述照明光线的传播方向依次设置滤光器和聚光镜，所述滤光器滤除不可见光，所述聚光镜会聚所述照明光线。
可选地，所述图像源还包括偏振分光器和投影显示面板，所述偏振分光器设置于所述聚光镜背离所述滤光器的光路中，所述偏振分光器将所述照明光线分束为反射的第二反射光线和透射的第二透射光线，所述第二透射光线射向所述投影显示面板，所述投影显示面板接收所述第二反射光线并反射出所述成像光线。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供一种头戴显示设备，包括：控制开关和如上文所述镜片组件，所述控制开关连接所述偏转件，所述控制开关控制所述第一透射光线的偏振方向与所述偏光片的偏振透射方向的角度。
本发明提出的技术方案中，入射光线射向镜片组件，镜片组件包括半反半透膜，入射光线在半反半透镜表面产生第一反射光线和第一透射光线。镜片组件还包括偏转件和偏光片，偏转件和偏光片沿第一透射光线的传播方向依次设置，第一透射光线射向偏转件和偏光片，第一透射光线透过偏转件后，第一透射光线的偏振方向发生偏转，第一透射光线的偏振方向和偏光片的透射方向产生夹角，由此第一透射光线通过偏光片的光线减少，成像的图像亮度减弱，使第三人看不清头戴显示设备内的显示内容，进而保护用户的隐私。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明镜片组件一实施例的结构示意图；
图2为图1中镜片组件带有分光镜的结构示意图；
图3为本发明实施例中图像源的结构示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0002381607870000031
Figure BDA0002381607870000041
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1所示，本实施例提出的一种镜片组件，镜片组件一般用头戴显示装置，头戴显示装置包括AR显示装置，也可以用在MR(Mixed Reality，混合现实)显示或者XR(Extended Reality，扩展现实)显示中。通常AR显示装置包括Birdbath AR显示装置。镜片组件包括：半反半透镜10、偏转件20和偏光片30。偏光片30设置于偏转件20远离半反半透镜10一端。
半反半透镜10接收线偏振状态的入射光线110，入射光线110经半反半透镜10产生第一反射光线111和第一透射光线112。具体地，半反半透镜10可以为设置有半反半透膜的透镜，也可以说，半反半透镜10自身具有半反半透作用。其中，半反半透的作用是指光线在经过半反半透镜10时，既发生光线的反射现象，又发生光线的透射现象。就是说部分光线会反射，另一部分光线会透射，一般来说，反射光线和透射光线的比例各占据入射光线的50％，当然也可以根据镜片组件的使用要求调整反射光线和透射光线的占比。
例如，在玻璃透镜的表面镀制或贴制的方式设置半反半透膜。通过半反半透膜调整入射到半反半透镜10表面光线的反射与透射比例，既能够保证光线透过又能够反射部分光线。一般半反半透膜设置在玻璃透镜的入光面。
另外，第一反射光线111经过半反半透镜10的反射后射向人眼，人眼接收第一反射光线111，获得成像画面。
再者，半反半透镜10还可以为凹面镜，即其凹陷方向背离偏振件20，半反半透镜10可以为单片镜面，也可以是镜片组。
偏转件20设置于第一透射光线112的传播方向中；具体地，入射光线110为线偏振光，同样可知，第一反射光线111和第一透射光线112均为线偏振光，线偏振光的偏振状态中，光线在一个方向上进行偏振。通过限制第一透射光线112的出射方向，能够减少透射到外界的光线，进而减少第三人接收到的光线。
偏光片30设置于偏转件20背向半反半透镜10一端，第一透射光线112射入偏转件20后，线偏振状态的第一透射光线112的偏振方向发生转动，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向产生夹角。
具体地，偏光片30全称为偏振光片，也称为偏振片。偏光片30有二向色性材料制成，也就是说，偏光片30具有二向色性，偏光片30具有一偏振透射方向，当第一透射光线112射入偏光片30后，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的透射方向相同时，第一透射光线112完整透过，当第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向具有夹角时，第一透射光线112被偏光片30部分吸收，第一透射光线112部分透过偏光片30。当第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向夹角为90°时，第一透射光线112被偏光片30吸收，第一透射光线112无法穿透偏光片30。
本实施例提出的技术方案中，入射光线110射向镜片组件，镜片组件包括半反半透膜10，入射光线110在半反半透镜10表面产生第一反射光线111和第一透射光线112。镜片组件还包括偏转件20和偏光片30，偏转件20和偏光片30沿第一透射光线112的传播方向依次设置，第一透射光线112射向偏转件20和偏光片30，第一透射光线112透过偏转件20后，第一透射光线112的偏振方向发生偏转，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的透射方向产生夹角，由此第一透射光线112通过偏光片30的光线减少，成像的图像亮度减弱，使第三人看不清头戴显示设备内的显示内容，进而保护用户的隐私。
在其中一实施例中，第一透射光线112射入偏转件20后，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向成90°夹角。通过偏转件20对第一透射光线112的偏振方向的偏转控制，使第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向成90°夹角。即，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振方向垂直，第一透射光线112被完全遮挡，偏光片30吸收了全部的第一透射光线112，外界第三人接收不到第一透射光线112，因此能够更好的保护用户隐私。但是外界的光线依然可以依次透过偏光片30、偏转件20和半反半透膜10，也就说，用户在半反半透膜10背向偏转件20端依然能够看清外界画面。
在其中一实施例中，偏转件20包括液晶210和电极220，电极包括正电极221和负电极222，正电极221和负电极222分设于液晶210相对的两侧。具体的，液晶210包括有液晶分子，光线在透过液晶分子时，光线会围绕液晶分子发生转动，通过控制液晶分子的旋转，进而使光线随之旋转。在第一透射光线112射向偏转件20后，通过对正电极221和负电极222施加电压，液晶分子在电压的作用下发生旋转，第一透射光线112随着液晶分子一同旋转，由此使第一透射光线112的偏振方向发生变化。通过控制正电极221和负电极222施加电压的大小，控制液晶分子的旋转角度，进而控制第一透射光线112的旋转角度，避免第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向同向。
在其中一实施例中，正电极221和负电极222均包括透明导电膜，透明导电膜设置于第一透射光线112的传播方向，且透明导电膜的膜层表面与第一透射光线112的传播方向垂直。透明导电膜包括铟锡氧化膜，即ITO(Indium Tin Oxides)导电膜，ITO导电膜厚度较薄，能够保证光线顺利通过，同时ITO自身属于半导体材料，具有一定的导电性，在透明导电膜两端施加电压，液晶分子受到电压影响进而产生旋转。另外，透明导电膜设置于第一透射光线112的传播方向上，液晶分子受到电压影响产生旋转，第一透射光线112会随液晶分子的旋转也产生旋转，控制液晶分子的旋转角度，进而便于第一透射光线112的偏振方向旋转，使第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的透射方向垂直，进而达到遮挡光线的目的。
在其中一实施例中，偏转件20包括透明液晶盒230，透明导电膜设置于透明液晶盒230的内壁，液晶210设置于透明液晶盒230内。具体的，透明液晶盒230可以为玻璃材质，透明液晶盒230能够顺利保证光线射入到其内部，确保液晶分子能够对第一透射光线112产生旋转作用。将透明导电膜设置在透明液晶盒230内壁面上，使透明导电膜直接接触到液晶分子，或者说，使透明导电膜距离液晶分子较近，从而保证在透明导电膜上施加的电压能够有效作用到液晶分子上。另外，透明液晶盒230的材质也不限于玻璃，还可以包括透明树脂材料。
在其中一实施例中，偏转件20还包括第一定向结构(图未示)和第二定向结构(图未示)，第一定向结构和第二定向结构分设于液晶210相对两侧，以使液晶210中的液晶分子同向排列。通常，液晶分子聚集在一起时杂乱无序的，如此时改变液晶分子的旋转方向，则液晶分子的旋转方向也是杂乱无序的，难以控制通过液晶分子的第一透射光线112的偏振方向。在液晶210相对两侧设置第一定向结构和第二定向结构，使液晶分子的排列方向同向，进而在改变液晶分子的旋转方向时，能够保证液晶分子的旋转方向一致，由此便于控制第一透射光线112的偏振方向。进一步地，第一定向结构和第二定向结构为定向层，定向层在面向液晶210一侧的表面设置有定向槽，液晶分子沿定向槽排列设置。
参阅图2所示，镜片组件还包括图像源40和分光镜50，图像源40发射成像光线410，分光镜50设置于成像光线410的光路中，成像光线410经过分光镜50反射产生射向半反半透镜10的入射光线110、以及经过分光镜50透射产生透射光线411。具体地，分光镜50具有朝向成像光线410的第一表面510和背向成像光线410的第二表面520，成像光线410在第一表面510产生反射的入射光线110，入射光线110射向半反半透镜10。成像光线410还在第一表面510产生透射于分光镜50的透射光线411，透射光线411在经过第一表面510时，光线的前进方向发生偏转，透射光线411射向第二表面520，透射光线411在第二表面520透射，并且透射光线411的前进方向再次发生偏转，透射光线411经过第二表面520后，射向用户，用户人眼接收到透射光线411，获得成像画面。可以理解的是分光镜50在第一表面510设置有半反半透的膜层。
另外，还可以理解的是，经过半反半透镜10的反射的第一反射光线111射向分光镜50，第一反射光线111依次透射于第一表面510和第二表面520，并且第一反射光线111依次于第一表面510和第二表面520发生偏转，第一反射光线111经过分光镜50后，射向用户，用户人眼接收到，第一反射光线111，获得成像画面。
另外通过设置分光镜50的第一表面510和成像光线410的角度，能够对成像光路中光线的传播方向作出调整，进而适应不同的用户观看角度需求。成像光线410和第一表面510的入射角范围在40°～50°之间，例如入射角为45°。
参阅图3所示，图像源40包括发射照明光线430的光源420，照明光线430的传播方向依次设置滤光器440和聚光镜450，滤光器440滤除不可见光，聚光镜450会聚照明光线430。具体的，照明光线430为白光，由于人眼对光波长的反应范围在可见光波长范围内，即光波长在380nm～780nm之间的光波，为了避免其他波长范围的光波对成像显示图像的影响，通过滤光器440滤除掉不可见光，通常滤光器440可以为带通滤光片，带通滤光片的光波透射范围在380nm～780nm。照明光线430经过滤光和光路的传播后，光线通常会发散，通过设置聚光镜450将照明光线430向光轴方向会聚，同时还能够减小镜片组件的安装体积。
在其中一实施例中，图像源40还包括偏振分光器460和投影显示面板470，偏振分光器460设置于聚光镜450背离滤光器440的光路中，偏振分光器460将照明光线430分束为反射的第二反射光线471和透射的第二透射光线472，第二透射光线472射向投影显示面板470，投影显示面板470接收第二反射光线471并反射出成像光线410。
具体的，通常图像源40发射的光线为自然光，自然光为圆偏振光或理解为椭圆偏振光，照明光线430在经过偏振分光器460后，照明光线430被分成振动方向相互垂直的两束线偏振光，即反射的第二反射光线471和透射的第二透射光线472，通常，第二反射光线471为S偏振光，第二透射光线472为P偏振光。S偏振光的偏振矢量为垂直于照明光线430和法线组成的入射面，P偏振光的偏振矢量是沿照明光线430和法线组成的入射面，即S偏振光和P偏振光的振动方向相互垂直。S偏振光反射向投影显示面板470，投影显示面板470依据需要显示的画面，接收S偏振光后，反射出成像光线410，可知，成像光线410同样为S偏振光。
其中，投影显示面板470包括LCOS(Liquid Crystal on Silicon，反射式投影)显示。另外，镜片组件还包括若干其它用于显示成像的透镜。
本实施例还提供一种头戴显示设备，包括：控制开关和镜片组件，控制开关连接偏转件，控制开关控制第一透射光线的偏振方向与偏光片的偏振透射方向的角度。
镜片组件包括半反半透镜10、偏转件20和偏光片30。偏光片30设置于偏转件20远离半反半透镜10一端。
半反半透镜10接收线偏振状态的入射光线110，入射光线110经半反半透镜10产生第一反射光线111和第一透射光线112。具体地，半反半透镜10可以为设置有半反半透膜的透镜，也可以说，半反半透镜10自身具有半反半透作用。
例如，在玻璃透镜的表面镀制或贴制的方式设置半反半透膜。通过半反半透膜调整入射到半反半透镜10表面光线的反射与透射比例，既能够保证光线透过又能够反射部分光线。一般半反半透膜设置在玻璃透镜的入光面。
另外，第一反射光线111经过半反半透镜10的反射后射向人眼，人眼接收第一反射光线111，获得成像画面。
再者，半反半透镜10还可以为凹面镜，即其凹陷方向背离偏振件20，半反半透镜10可以为单片镜面，也可以是镜片组。
偏转件20设置于第一透射光线112的传播方向中；具体地，入射光线110为线偏振光，同样可知，第一反射光线111和第一透射光线112均为线偏振光，线偏振光的偏振状态中，光线在一个方向上进行偏振。通过限制第一透射光线112的出射方向，能够减少透射到外界的光线，进而减少第三人接收到的光线。
偏光片30设置于偏转件20背向半反半透镜10一端，第一透射光线112射入偏转件20后，线偏振状态的第一透射光线112的偏振方向发生转动，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向产生夹角。
具体地，偏光片30全称为偏振光片，也称为偏振片。偏光片30有二向色性材料制成，也就是说，偏光片30具有二向色性，偏光片30具有一偏振透射方向，当第一透射光线112射入偏光片30后，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的透射方向相同时，第一透射光线112完整透过，当第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向具有夹角时，第一透射光线112被偏光片30部分吸收，第一透射光线112部分透过偏光片30。当第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的偏振透射方向夹角为90°时，第一透射光线112被偏光片30吸收，第一透射光线112无法穿透偏光片30。
本实施例提出的技术方案中，入射光线110射向镜片组件，镜片组件包括半反半透膜10，入射光线110在半反半透镜10表面产生第一反射光线111和第一透射光线112。镜片组件还包括偏转件20和偏光片30，偏转件20和偏光片30沿第一透射光线112的传播方向依次设置，第一透射光线112射向偏转件20和偏光片30，第一透射光线112透过偏转件20后，第一透射光线112的偏振方向发生偏转，第一透射光线112的偏振方向和偏光片30的透射方向产生夹角，由此第一透射光线112通过偏光片30的光线减少，成像的图像亮度减弱，使第三人看不清头戴显示设备内的显示内容，进而保护用户的隐私。
另外，通过控制开关控制第一透射光线的偏振方向与偏光片的偏振透射方向的角度，能够使用户根据需要将头戴显示设备内部画面显示到外部。也就是说，通过控制开关，将第一透射光线的偏振方向与偏光片的偏振透射方向调整为同向时，第一透射光线可以透射到头戴显示设备外部，即将头戴显示设备内部画面共享给外部人员。也可以控制第一透射光线的偏振方向与偏光片的偏振透射方向的角度为90°，使第三人接收不到第一透射光线。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种镜片组件，应用于头戴显示装置，其特征在于，所述镜片组件包括：
半反半透镜，所述半反半透镜接收线偏振状态的入射光线，所述入射光线经所述半反半透镜产生第一反射光线和第一透射光线；
偏转件，所述偏转件设置于所述第一透射光线的传播方向中；和
偏光片，所述偏光片设置于所述偏转件背向所述半反半透镜一端，所述第一透射光线射入所述偏转件后，线偏振状态的所述第一透射光线的偏振方向发生转动，所述第一透射光线的偏振方向和所述偏光片的偏振透射方向产生夹角。
2.如权利要求1所述的镜片组件，其特征在于，所述第一透射光线射入所述偏转件后，所述第一透射光线的偏振方向和所述偏光片的偏振透射方向成90°夹角。
3.如权利要求2所述的镜片组件，其特征在于，所述偏转件包括液晶和电极，所述电极包括正电极和负电极，所述正电极和所述负电极分设于所述液晶相对的两侧。
4.如权利要求3所述的镜片组件，其特征在于，所述正电极和所述负电极均包括透明导电膜，所述透明导电膜设置于所述第一透射光线的传播方向。
5.如权利要求4所述的镜片组件，其特征在于，所述偏转件包括透明液晶盒，所述透明导电膜设置于所述透明液晶盒的内壁，所述液晶设置于所述透明液晶盒内。
6.如权利要求3所述的镜片组件，其特征在于，所述偏转件还包括第一定向结构和第二定向结构，所述第一定向结构和所述第二定向结构分设于所述液晶相对两侧，以使所述液晶中的液晶分子同向排列。
7.如权利要求1至6任一项所述的镜片组件，其特征在于，所述镜片组件还包括图像源和分光镜，所述图像源发射成像光线，所述分光镜设置于所述成像光线的光路中，所述成像光线经过所述分光镜反射产生射向所述半反半透镜的所述入射光线、以及经过所述分光镜透射产生透射光线。
8.如权利要求7所述的镜片组件，其特征在于，所述图像源包括发射照明光线的光源，所述照明光线的传播方向依次设置滤光器和聚光镜，所述滤光器滤除不可见光，所述聚光镜会聚所述照明光线。
9.如权利要求8所述的镜片组件，其特征在于，所述图像源还包括偏振分光器和投影显示面板，所述偏振分光器设置于所述聚光镜背离所述滤光器的光路中，所述偏振分光器将所述照明光线分束为反射的第二反射光线和透射的第二透射光线，所述第二透射光线射向所述投影显示面板，所述投影显示面板接收所述第二反射光线并反射出所述成像光线。
10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：控制开关和如权利要求1至9任一项所述镜片组件，所述控制开关连接所述偏转件，所述控制开关控制所述第一透射光线的偏振方向与所述偏光片的偏振透射方向的角度。
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