CN112130332A - 增强现实显示结构及应用其的ar设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增强现实显示结构及应用其的AR设备，涉及AR设备显示技术领域，用于解决现有技术中的显示结构存在杂散光而影响画面显示效果的技术问题。增强现实显示结构包括：显示图像源，以及与显示图像源间隔设置的波导基底；波导基底远离显示图像源的一侧区域处设置有波导内反射面，波导基底上位于波导内反射面与显示图像源之间处设置有波导反射出射面；波导基底远离人眼的一侧设置有相位延迟器；其中，显示图像源发出的光线为第一种偏振状态的线偏振光；相位延迟器能够将第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光，波导内反射面能够反射第二种偏振状态的线偏振光，透射第一种偏振状态的线偏振光，实现对杂散光的消除。
Description
技术领域
本发明涉及AR设备显示技术领域，尤其涉及一种增强现实显示结构及应用其的AR设备。
背景技术
目前，增强现实技术(英文名称：Augmented Reality，缩写为AR)，是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。
其中，图1为现有技术提供的显示结构中正常光路的结构示意图；图2为现有技术提供的显示结构中杂散光路的结构示意图。
具体地，如图1所示，光线(正常光路)由显示图像源1发出后经过波导基底2全反射，并入射波导内反射面3，再经波导反射出射面4后进入人眼，也即正常光路总共经过三次反射；如图2所示，显示图像源1发出的大角度光线(杂散光路)不经过波导基底2全反射，而直接入射波导内反射面3，再经波导反射出射面4反射进入人眼，也即杂散光路总共经过两次反射。
然而，本申请发明人发现，由于正常光路总共经过三次反射进入人眼，杂散光路总共经过两次反射进入人眼，因此杂散光路相对于正常光路图像会成倒影，从而影响显示效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强现实显示结构及应用其的AR设备，用于解决现有技术中的显示结构会存在杂散光而影响画面显示效果的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种增强现实显示结构，包括：显示图像源，以及与所述显示图像源间隔设置的波导基底；所述波导基底远离所述显示图像源的一侧区域处设置有波导内反射面，所述波导基底上位于所述波导内反射面与所述显示图像源之间处设置有波导反射出射面；所述波导基底远离人眼的一侧设置有相位延迟器；
所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光入射至所述波导基底后，通过所述相位延迟器将第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光；
所述波导内反射面采用偏振分光面，所述波导内反射面能够反射第二种偏振状态的线偏振光，透射第一种偏振状态的线偏振光；所述第二种偏振状态的线偏振光依次经过所述波导内反射面、所述波导反射出射面的反射作用后进入人眼，同时，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光中的杂散光路透射所述波导内反射面。
进一步的，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过LCD或LCOS偏振光源获得。
进一步的，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过OLED或LED非偏振光源经第一吸收式偏振片获得；
所述第一吸收式偏振片能够吸收所述第二种偏振状态的线偏振光，透射所述第一种状态的线偏振光。
进一步的，所述波导基底靠近人眼的一侧设置有第二吸收式偏振片；
所述第二吸收式偏振片能够吸收第一种偏振状态的线偏振光，透射第二种偏振状态的线偏振光。
内反射面为普通镜面反射面，不进行偏振分光，可以为金属或者介质反射面。
进一步的，所述波导内反射面可替换为镜面反射面。
进一步的，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过LCD或LCOS偏振光源获得。
进一步的，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过OLED或LED非偏振光源经第一吸收式偏振片获得；
所述第一吸收式偏振片能够吸收所述第二种偏振状态的线偏振光，透射所述第一种状态的线偏振光。
进一步的，所述相位延迟器包括1/4波片，所述相位延迟器的材质采用聚合物波片、液晶波片或晶体波片。
进一步的，所述第一种偏振状态的线偏振光为P偏振光，所述第二种偏振状态的线偏振光为S偏振光；
或者，
所述第一种偏振状态的线偏振光为S偏振光，所述第二种偏振状态的线偏振光为P偏振光。
相对于现有技术，本发明所述的增强现实显示结构具有以下优势：
本发明提供的增强现实显示结构中，由于显示图像源发出的光线为第一种偏振状态的线偏振光，且波导内反射面反射第二种偏振状态的线偏振光、透射第一种偏振状态的线偏振光，因此正常光路在相位延迟器的外表面发生全反射后，入射波导内反射面，且光线先后两次通过相位延迟器，由第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光，并经由波导内反射面反射后，由波导反射出射面再次反射进入人眼；并且，由于显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光中的杂散光路，会透射波导内反射面，而无法经由波导反射出射面反射进入人眼，从而有效地实现了杂散光的消除，提高了成像的清晰度。
本申请还提供了一种AR设备，该AR设备包括：如上述的增强现实显示结构。
所述AR设备与上述增强现实显示结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为现有技术提供的显示结构中正常光路的结构示意图；
图2为现有技术提供的显示结构中杂散光路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的增强现实显示结构的第一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的增强现实显示结构的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的增强现实显示结构的第三种结构示意图。
附图标记：
1-显示图像源；2-波导基底；3-波导内反射面；4-波导反射出射面；5-相位延迟器；6-第二吸收式偏振片；7-第一吸收式偏振片；
其中，图中的箭头为光线的传播路径。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的增强现实显示结构进行详细描述。
如图3所示，本发明实施例提供的一种增强现实显示结构，包括：显示图像源1，以及与显示图像源1间隔设置的波导基底2；波导基底2远离显示图像源1的一侧区域处设置有波导内反射面3，波导基底1上位于波导内反射面3与显示图像源1之间处设置有波导反射出射面4；波导基底1位于显示图像源1与波导内反射面3之间、且远离人眼的一侧设置有相位延迟器5；
并且，显示图像源1用于发出第一种偏振状态的线偏振光；第一种偏振状态的线偏振光入射至波导基底2，通过相位延迟器5将第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光；
波导内反射面3采用偏振分光面，波导内反射面3能够反射第二种偏振状态的线偏振光，透射第一种偏振状态的线偏振光；上述的第二种偏振状态的线偏振光经过所述波导内反射面3反射后，再经过波导反射出射面4的反射作用后进入人眼，同时，显示图像源1发出的第一种偏振状态的线偏振光中的杂散光路则直接透射波导内反射面3。
需要说明的是，本申请实施例中，第一种偏振状态的线偏振光可以采用P偏振光，此时，第二种偏振状态的线偏振光为S偏振光；
或者，
第一种偏振状态的线偏振光采用S偏振光，此时，第二种偏振状态的线偏振光为P偏振光。
相对于现有技术，本发明实施例所述的增强现实显示结构具有以下优势：
由于显示图像源发出的光线为第一种偏振状态的线偏振光，且波导内反射面反射第二种偏振状态的线偏振光、透射第一种偏振状态的线偏振光，因此正常光路在相位延迟器的外表面发生全反射后，入射波导内反射面，且光线先后两次通过相位延迟器，由第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光，并经由波导内反射面反射后，由波导反射出射面再次反射进入人眼；并且，由于显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光中的杂散光路，会透射波导内反射面，而无法经由波导反射出射面反射进入人眼，从而有效地实现了杂散光的消除，提高了成像的清晰度。
一个优选实施方案中，本实施例中的显示图像源1发出的第一种偏振状态的线偏振光，可以通过LCD或LCOS偏振光源获得。
具体地，LCD(Liquid Crystal Display的简称)，液晶显示。LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管)，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。
具体地，LCOS(Liquid Crystal on Silicon)，即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。
由于LCD或LCOS偏振光源的发光原理属于现有技术，因此，本实施例中不再对其原理进行说明。
一个优选实施方案中，参照图5，显示图像源1发出的第一种偏振状态的线偏振光，可以通过OLED或LED非偏振光源经第一吸收式偏振片7获得；
,该第一吸收式偏振片7设置在非偏振光源和波导基底2之间，第一吸收式偏振片7能够吸收第二种偏振状态的线偏振光，透射第一种状态的线偏振光，当需要入射光为P偏振态光线时，则偏振片7吸收S偏振光线，透射P偏振光线；当需要入射光为S偏振态光线时，则偏振片7吸收P偏振光线，透射S偏振光线。
其中，OLED(OrganicLight-Emitting Diode)，又称为有机电激光显示、有机发光半导体(OrganicElectroluminesence Display，OLED)。OLED属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。
其中，LED为发光二极管。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
由于OLED或LED的发光原理属于现有技术，因此，本实施例中不再对其原理进行说明。
一个优选实施方案中，波导基底2靠近人眼的一侧设置有第二吸收式偏振片6；第二吸收式偏振片6能够吸收第一种偏振状态的线偏振光，透射第二种偏振状态的线偏振光。
需要说明的是，本实施例中采用第二吸收式偏振片6时，由于第二吸收式偏振片6能够吸收第一种偏振状态的线偏振光，透射第二种状态的线偏振光，因此，波导内反射面3可以替换为普通镜面反射面，不再进行偏振分光，该镜面反射面可以采用金属或者其他介质反射面。
一个优选实施方案中，本实施例中的相位延迟器5可以采用1/4波片，该相位延迟器5的材质可以采用聚合物波片、液晶波片或晶体波片等。
具体地，1/4波片为一定厚度的双折射单晶波片。当光从法向入射透过波片时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差等于π/2或其奇数倍，这样的晶片称为四分之一波片或1/4波片。当线偏振光垂直入射1/4波片,并且光的偏振和波片的光轴面(垂直自然裂开面)成θ角，出射后成椭圆偏振光。特别当θ＝45°时，出射光为圆偏振光。
本实施例中，第一种偏振状态的线偏振光先后两次通过1/4波片，可以将偏振状态转换为第二种偏振状态的线偏振光，例如，P偏振光先后两次通过1/4波片，可以转换为S偏振光；或者，S偏振光先后两次通过1/4波片，可以转换为P偏振光。
下面，结合具体的应用实施例，对本申请技术方案进行展开说明。
实施例一：
如图3所示，显示图像源1发出P偏振光，波导内反射面3反射S偏振光，透射P偏振光；正常光路(P偏振光)在相位延迟器5的外表面发生全反射后，入射波导内反射面3，由于P偏振光先后两次通过相位延迟器5，因此P偏振光的偏振状态转换为S偏振光，S偏振光经由波导内反射面3反射后，由波导反射出射面4反射进入人眼；关于杂散光路，由于显示图像源1发出的光线为P线偏振光，因此，P偏振光中的杂散光路可以直接透射波导内反射面3，而无法经由波导反射出射面4反射进入人眼，从而实现了杂散光的消除。
上述过程中，P偏振光即为第一种偏振状态的线偏振光，S偏振光即为第二种偏振状态的线偏振光。
实施例二：
继续参照图3，显示图像源1发出S线偏振光，波导内反射面3反射P偏振光，透射S偏振光；正常光路(S偏振光)在相位延迟器5的外表面发生全反射后，入射波导内反射面3，由于S偏振光先后两次通过相位延迟器5，因此S偏振光的偏振状态转换为P偏振光，P偏振光经由波导内反射面3反射后，由波导反射出射面4反射进入人眼；关于杂散光路，由于显示图像源1发出的光线为S偏振光，因此，S偏振光中的杂散光路可以直接透射波导内反射面3，而无法经由波导反射出射面4反射进入人眼，从而实现了杂散光的消除。
上述过程中，S偏振光即为第一种偏振状态的线偏振光，P偏振光即为第二种偏振状态的线偏振光。
实施例三：
如图4所示，显示图像源1发出P偏振光，P偏振光经过相位延迟器5的外表面发生全反射后，入射波导内反射面3，由于P偏振光先后两次通过相位延迟器5，因此偏振状态由P偏振光转换为S偏振光，S偏振光经由波导内反射面3反射后，由波导反射出射面4反射进入吸收式偏振片6，吸收式偏振片6吸收P线偏振光，透射S偏振光，从而S偏振光可以透射吸收式偏振片6进入人眼；关于P偏振光的杂散光路，由于显示图像源1发出的光线为P偏振光，因此经由波导内反射面3反射，再经由波导反射出射面4反射进入吸收式偏振片6后被吸收，而无法进入人眼，从而实现了杂散光的消除。
上述过程中，P偏振光即为第一种偏振状态的线偏振光，S偏振光即为第二种偏振状态的线偏振光。
这里需要说明的是，本实施例中，波导内反射面3可以采用镜面反射面，不需要采用偏振分光面就可以达到对杂散光的消除。当然，为了更好的达到对对杂散光的消除的消除效果，波导内反射面3也可以采用偏振分光面，该偏振分光面可以投射P偏振光，反射S偏振光。
实施例四：
继续参照图4，显示图像源1发出S偏振光，S偏振光经过相位延迟器5的外表面发生全反射后，入射波导内反射面3，由于S偏振光先后两次通过相位延迟器5，因此S偏振光的偏振状态转换为P偏振光，P偏振光经由波导内反射面3反射后，由波导反射出射面4反射进入吸收式偏振片6，吸收式偏振片6吸收S偏振光，透过P偏振光，从而光路可以透过吸收式偏振片6进入人眼；关于杂散光路，由于显示图像源1发出的光线为S偏振光，因此经由波导内反射面3反射，再经由波导反射出射面4反射进入吸收式偏振片6后被吸收，而无法进入人眼，从而实现了杂散光的消除。
上述过程中，S偏振光即为第一种偏振状态的线偏振光，P偏振光即为第二种偏振状态的线偏振光。
这里需要说明的是，本实施例中，波导内反射面3采用镜面反射面，不需要采用偏振分光面就可以达到对杂散光的消除。当然，为了更好的达到对对杂散光的消除的消除效果，波导内反射面3也可以采用偏振分光面，该偏振分光面可以投射S偏振光，反射P偏振光。
另外，本申请实施例还提供了一种AR设备，该AR设备包括上述实施例一至实施例四中任一个实施例所提供的增强现实显示结构。
综上所述，本申请实施例提供的增强现实显示结构及应用其的AR设备，利用偏振原理对杂散光进行了消除，从而有效实现无鬼像显示。
此外，需要补充说明的是，本申请实施例所涉及的AR设备可以是：手持式控制器、头戴式虚拟现实设备、虚拟现实手柄图形空间定位装置、头戴式显示器、信号增强器、虚拟现实眼镜盒、虚拟现实头盔、无线操控式数据处理设备、声频交互式信息处理设备、5G眼镜；混合虚拟现实显示装置及显示系统、远程全景图像实时传输和显示系统、声频交互式信息处理系统、远程全景图像全方位实时传输和显示系统、虚拟现实特征定位系统、用于增强和虚拟现实的系统、三维虚拟和增强现实显示系统、用于从波导中输出不同波长光的架构和系统、由可穿戴设备进行面部模型捕获系统、具有主动中央凹能力的宽视场(FOV)成像设备及成像系统、整合虚拟现实场景参数的装置及系统等等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种增强现实显示结构，其特征在于，包括：显示图像源，以及与所述显示图像源间隔设置的波导基底；所述波导基底远离所述显示图像源的一侧区域处设置有波导内反射面，所述波导基底上位于所述波导内反射面与所述显示图像源之间处设置有波导反射出射面；所述波导基底远离人眼的一侧设置有相位延迟器；
所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光入射至所述波导基底后，通过所述相位延迟器将第一种偏振状态的线偏振光转换为第二种偏振状态的线偏振光；
所述波导内反射面采用偏振分光面，所述波导内反射面能够反射第二种偏振状态的线偏振光，透射第一种偏振状态的线偏振光；所述第二种偏振状态的线偏振光依次经过所述波导内反射面、所述波导反射出射面的反射作用后进入人眼，同时，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光中的杂散光路透射所述波导内反射面。
2.根据权利要求1所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过LCD或LCOS偏振光源获得。
3.根据权利要求1所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过OLED或LED非偏振光源经第一吸收式偏振片获得；
所述第一吸收式偏振片能够吸收所述第二种偏振状态的线偏振光，透射所述第一种状态的线偏振光。
4.根据权利要求1所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述波导基底靠近人眼的一侧设置有第二吸收式偏振片；
所述第二吸收式偏振片能够吸收第一种偏振状态的线偏振光，透射第二种偏振状态的线偏振光。
5.根据权利要求4所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述波导内反射面可替换为镜面反射面。
6.根据权利要求4所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过LCD或LCOS偏振光源获得。
7.根据权利要求4所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述显示图像源发出的第一种偏振状态的线偏振光，通过OLED或LED非偏振光源经第一吸收式偏振片获得；
所述第一吸收式偏振片能够吸收所述第二种偏振状态的线偏振光，透射所述第一种状态的线偏振光。
8.根据权利要求1-7任一项所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述相位延迟器包括1/4波片，所述相位延迟器的材质采用聚合物波片、液晶波片或晶体波片。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的增强现实显示结构，其特征在于，所述第一种偏振状态的线偏振光为P偏振光，所述第二种偏振状态的线偏振光为S偏振光；
或者，
所述第一种偏振状态的线偏振光为S偏振光，所述第二种偏振状态的线偏振光为P偏振光。
10.一种AR设备，其特征在于，包括：如上述权利要求1-9中任一项所述的增强现实显示结构。
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