CN112630971A - 增强现实显示装置 - Google Patents
增强现实显示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112630971A CN112630971A CN202011594710.3A CN202011594710A CN112630971A CN 112630971 A CN112630971 A CN 112630971A CN 202011594710 A CN202011594710 A CN 202011594710A CN 112630971 A CN112630971 A CN 112630971A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- band
- light
- narrow
- fixed
- notch filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 126
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 41
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 9
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明提供一种增强现实显示装置，包括微型显示器和光学模组，所述光学模组将所述微型显示器显示的图像光传导到用户观察侧，所述光学模组还将外界的环境光传导到用户观察侧；在所述光学模组的环境光入光侧设置有至少一个窄带陷波滤波器，所述窄带陷波滤波器反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种增强现实显示装置。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术也被称为扩增现实技术，增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。增强现实技术不仅能够有效体现出真实世界的内容，也能够促使虚拟的信息内容显示出来，这些细腻内容相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，用户需要在头盔显示器的基础上，促使真实世界能够和电脑图形之间重合在一起，在重合之后可以充分看到真实的世界围绕着它。增强现实技术中主要有多媒体和三维建模以及场景融合等新的技术和手段，增强现实所提供的信息内容和人类能够感知的信息内容之间存在着明显不同。
图1为现有技术中的一种增强现实显示装置的示意图，从显示面板44发出的光线通过第一光学镜片41后照射到第二光学镜片42上发生反射，反射到第三光学镜片43上，再被第三光学镜片43反射进入人眼。对于外界光线，透过第三光学镜片43和第二光学镜片42进入人眼，进而实现虚拟物体和真实环境的叠加。但是现有技术的增强现实显示装置存在虚拟物体显示亮度低以及光学利用率低的问题，具体地，为了实现显示光线的反射和环境光线的透射，在第二光学镜片42和第三光学镜片43上都要镀半反半透的膜层，以反射率透射率50％比50％算，从显示面板44发出的光线依次在第二光学镜片42上发生反射、在第三光学镜片43上发生反射、再透过第二光学镜片42后进入人眼，进入人眼的光线为显示面板44发出的光线的50％×50％×50％，只有12.5％，即进入人眼的光线为显示面板44发出的光线的12.5％；对于外界光线，透过第三光学镜片43和第二光学镜片42进入人眼，光线利用率为50％×50％为25％。因此对于增强现实显示装置，提高光学利用率是非常重要的问题。
发明内容
本发明提供一种增强现实显示装置，包括微型显示器和光学模组，所述光学模组将所述微型显示器显示的图像光传导到用户观察侧，所述光学模组还将外界的环境光传导到用户观察侧；在所述光学模组的环境光入光侧设置有至少一个窄带陷波滤波器，所述窄带陷波滤波器反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。
可选地，所述微型显示器显示的图像光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；所述环境光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器并传导到用户观察侧。
可选地，所述光学模组包括第一透镜组、第二平面镜和第三曲面镜；所述第一透镜组的第一侧设置有所述微型显示器，所述第一透镜组的第二侧和所述第二平面镜的第一侧相邻设置，并且所述第一透镜组和所述第二平面镜之间具有第一夹角，所述第二平面镜的第二侧为所述用户观察侧；所述第三曲面镜的第一侧和所述第二平面镜的第一侧相邻设置，并且所述第二平面镜和所述第三曲面镜之间具有第二夹角，所述第三曲面镜的第二侧为所述环境光入光侧。
可选地，所述窄带陷波滤波器设置于所述第三曲面镜的第二侧。
可选地，所述微型显示器显示的图像光透过所述第一透镜组后入射至所述第二平面镜，接着被所述第二平面镜反射并入射至所述第三曲面镜，所述入射至第三曲面镜的光线中的固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，所述入射至第三曲面镜的光线中的其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；被所述窄带陷波滤波器反射的固定波段的光线透过所述第二平面镜传导到所述用户观察侧；所述环境光中固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，所述环境光中其他波段的光线透过所述第三曲面和所述第二平面镜传导到所述用户观察侧。
可选地，所述第三曲面镜的第二侧设置有第四镜片，所述窄带陷波滤波器设置于所述第四镜片上。
可选地，所述光学模组包括至少一个光波导，所述光波导包括靠近所述用户观察侧的第一侧和靠近所述环境光入光侧的第二侧；在所述光波导的第一侧的第一端设置有所述微型显示器，在所述光波导的第一侧的第二端设置有所述用户观察侧；在所述光波导的第二侧的第一端设置有耦入光栅，在所述光波导的第二侧的第二端设置有耦出光栅；所述窄带陷波滤波器设置于所述耦出光栅远离所述光波导的一侧。
可选地，所述微型显示器显示的图像光透过所述光波导，进入所述耦入光栅并被传导至所述耦出光栅，所述传导至所述耦出光栅的光线中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；所述环境光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器、所述耦出光栅和所述光波导，传导至所述用户观察侧。
可选地，在所述光学模组中靠近所述环境光入光侧的光学组件未设置半反半透膜层。
可选地，所述固定波段的包括多个固定波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段；所述固定波段为所述第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段中的一个波段或者多个波段。
可选地，在所述光学模组的环境光入光侧设置有多个所述窄带陷波滤波器，包括第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器和第三窄带陷波滤波器；所述固定波段的包括多个固定波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；所述第一窄带陷波滤波器对应所述第一固定波段，所述第二窄带陷波滤波器对应所述第二固定波段，所述第三窄带陷波滤波器对应所述第三固定波段；所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段；所述多个所述窄带陷波滤波器为所述第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器和第三窄带陷波滤波器中的至少两个窄带陷波滤波器。
可选地，所述微型显示器显示的图像光的波段范围和所述固定波段有重叠。
可选地，所述微型显示器显示的图像光的波段范围在所述固定波段范围内。
本发明实施例提供的增强现实显示装置，在光学模组的入光侧不设置半反半透膜层，而设置窄带陷波滤波器，从而从微型显示器发出的显示光线中属于固定波段的光线被窄带陷波滤波器所反射，全部进入后续光路，提高了光学利用率。本发明具体实施例提供的增强现实显示装置中，通过设置窄带陷波滤波器，微型显示器显示光线中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射进入后续光路，而环境光中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，则微型显示器显示的虚拟图像的亮度高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种增强现实显示装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种增强现实显示装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种增强现实显示装置中的窄带陷波滤波器的透过率示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种增强现实显示装置中的窄带陷波滤波器的透过率示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种增强现实显示装置的示意图；
图6为本发明实施例提供的再一种增强现实显示装置的示意图；
图7为本发明实施例提供的波导式增强现实显示装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
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面板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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，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；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。
图2为本发明实施例提供的一种增强现实显示装置的示意图，如图所示，增强现实显示装置包括微型显示器10和光学模组11，光学模组11将微型显示器10显示的图像放大并传导到用户观察侧，光学模组11还将外界环境光传导到用户观察侧16。在光学模组11的环境光入光侧设置有窄带陷波滤波器15，该窄带陷波滤波器15用于反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。
具体地，光学模组11包括第一透镜组12、第二平面镜13和第三曲面镜14。第一透镜组12的第一侧121设置的有上述的微型显示器10，第一透镜组12的第二侧122和第二平面镜13的第一侧131相邻设置，并且第一透镜组12和第二平面镜13之间具有第一夹角，第二平面镜13的第二侧132为用户观察侧。第三曲面镜14的第一侧141和第二平面镜13的第一侧131相邻设置，并且第二平面镜13和第三曲面镜14之间具有第二夹角，第三曲面镜14的第二侧142为环境光入光侧。在第三曲面镜14的第二侧142设置有窄带陷波滤波器15。
窄带陷波滤波器15的作用是反射固定波段的光线，透过除了固定波段以外的其他波段的光线。在图2所示的增强现实显示装置中，微型显示器10发出的图像光D1，照射至第二平面镜13并被第二平面镜13反射形成一次反射光D2。一次反射光D2向第三曲面镜14传播，一次反射光D2中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器15反射，形成二次反射光D3，二次反射光D3透过第二平面镜13并传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。一次反射光D2中除了固定波段以外的其他波段的光线D4透过窄带陷波滤波器15。
从环境光入光侧射向光学模组11的外界环境光E1中，固定波段的光线E3被窄带陷波滤波器15反射，除了固定波段以外的其他波段的光线E2透过窄带陷波滤波器15，接着透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。微型显示器10的光线中的固定波段的二次反射光D3和外界环境光中的其他波段的光线E2形成了显示光线和环境光线的叠加，形成了增强现实显示。
相比于图1所示的现有技术，在第三曲面镜14处未设置半反半透膜层，而是设置窄带陷波滤波器，不会因为在第三曲面镜处发生全部波段的光线的部分反射而损失光线。
可选地，微型显示器显示的图像光的波段范围和该固定波段有重叠。可选地，进一步地，微型显示器显示的图像光的波段范围在该固定波段范围内。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm。增强现实显示装置有多种应用场景，如智能眼镜等，做时间、心率、天气等较为简单信息的提醒，这种应用场景下，不需要全彩显示，使用单色光的微型显示器10即可。本发明实施例中，微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm。在本具体实施方式中，窄带陷波滤波器15为第一窄带陷波滤波器。请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种增强现实显示装置中的窄带陷波滤波器的透过率示意图，横坐标为波长(Wavelength)，纵坐标为透过率(transmittance)，第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段为505nm～555nm，505nm～555nm波长范围的波段透过率基本为零，其他波段范围的光线95％以上透过。第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段和微型显示器10发出的图像光的波长范围有重叠，在515nm～545nm范围重叠。微型显示器10显示的绿色图像光中，515nm～545nm的光被第三曲面镜14第二侧142处设置的第一窄带陷波滤波器15反射，接着透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。515nm～545nm的光在第三曲面镜14第二侧142处不发生透过，全部进入后续的光路，从而提高了光学利用率。优选地，微型显示器10发出的显示图像图的波长范围在该第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm，小于第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段范围，则微型显示器10显示的绿光在第三曲面镜14第二侧142处全部被反射，没有发生透射，提高了光学利用率。本发明具体实施例，还可以提高图像光对环境光的亮度对比度，具体地，现有技术中，当外界的环境光的绿光特别强烈时，微型显示器显示的绿光的亮度的对比度将会降低，人眼会看不清楚微型显示器显示发出的绿光。本发明具体实施例提供的增强现实显示装置中，环境光中的505nm～555nm绿光被第一窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，即微型显示器的图像光中的绿光的亮度更明显，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的红色光，其波长范围为600nm～630nm，在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15为第二窄带陷波滤波器，第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段为590nm～640nm，和微型显示器10发出的图像光波长范围有重叠，在600nm～630nm范围重叠。微型显示器10发出的红色图像光中，600nm～630nm的光被第三曲面镜14第二侧142处设置的第二窄带陷波滤波器15反射，接着透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。600nm～630nm的图像光在第三曲面镜14第二侧142处不发生透过，全部进入后续的光路，从而提高了光学利用率。优选地，微型显示器10发出的图像光波长范围在该第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的红色光，其波长范围为600nm～630nm，小于第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段范围，则微型显示器10显示的红色图像光在第三曲面镜14第二侧142处全部被反射，没有发生透射，提高了光学利用率。本发明具体实施例，还可以提高图像光对环境光的亮度对比度，具体地，现有技术中，当外界的环境光的红光特别强烈时，微型显示器显示的红光的亮度的对比度将会降低，人眼会看不清楚微型显示器显示发出的红光。本发明具体实施例提供的增强现实显示装置中，环境光线中的590nm～640nm的红光被第二窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，即微型显示器的图像光中的红光的亮度更明显，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的蓝色光，其波长范围为440nm～470nm，在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15为第三窄带陷波滤波器，第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段为430nm～480nm，和微型显示器10发出的图像光波长范围有重叠，在440nm～470nm范围重叠。微型显示器10发出的蓝色光中，440nm～470nm的光被第三曲面镜14第二侧142处设置的第三窄带陷波滤波器15反射，接着透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。440nm～470nm的光在第三曲面镜14第二侧142处不发生透过，全部进入后续光路，从而提高了光学利用率。优选地，微型显示器10发出的图像光波长范围在该第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的蓝色光，其波长范围为440nm～470nm，小于第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段范围，则微型显示器10显示的蓝光在第三曲面镜14第二侧142处基本全部被反射，没有发生透射，提高了光学利用率。本发明具体实施例，还可以提高图像光对环境光的亮度对比度，具体地，现有技术中，当外界的环境光的蓝光特别强烈时，微型显示器显示的蓝光的亮度的对比度将会降低，人眼会看不清楚微型显示器显示发出的蓝光。本发明具体实施例提供的增强现实显示装置中，环境光线中的430nm～480nm的蓝光被第三窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，即微型显示器的图像光中的蓝光的亮度更明显，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为全彩光，不同颜色的图像光其波长范围分别为440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm。请参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种增强现实显示装置中的窄带陷波滤波器的透过率示意图，横坐标为波长(Wavelength)，纵坐标为透过率(transmittance)，在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15对应的固定波段包括多个波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段。如图4所示，在该上述三个波段，光线基本被反射无透过，其他波段范围的光线95％以上透过。窄带陷波滤波器15对应的固定波段和微型显示器10发出的图像波长范围有重叠，分别在430nm～480nm波段、505nm～555nm波段、590nm～640nm波段范围重叠。微型显示器10发出的图像光中，430nm～480nm波段、505nm～555nm波段、590nm～640nm波段的光被第三曲面镜14第二侧142处设置的窄带陷波滤波器15反射，接着透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。430nm～480nm波段、505nm～555nm波段、590nm～640nm波段的图像光在第三曲面镜14第二侧142处不发生透过，从而提高了光学利用率。优选地，微型显示器10发出的图相光波长范围在所述窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光的不同颜色的波长分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围内，小于窄带陷波滤波器15对应的各固定波段的范围，则微型显示器10显示的彩色图像光在第三曲面镜14第二侧142处全部被反射，没有发生透射，全部进入后续光学路径，提高了光学利用率。
请参考图5，图5为本发明实施例提供的又一种增强现实显示装置的示意图，在光学模组11的环境光入光侧设置有多个窄带陷波滤波器，包括第一窄带陷波滤波器151、第二窄带陷波滤波器152和第三窄带陷波滤波器153。第一窄带陷波滤波器151对应的第一固定波段为505nm～555nm波段，第二窄带陷波滤波器152对应的第二固定波段为590nm～640nm波段，第三窄带陷波滤波器153对应的第三固定波段为430nm～480nm波段。微型显示器10显示的图像光为全彩光D1，不同颜色的光其波长范围分别为440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm，窄带陷波滤波器15对应的各固定波段和微型显示器10发出的显示光光线波长范围有重叠，分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围重叠。微型显示器10发出显示全彩光D1，向第二平面镜13传播并被第二平面镜13反射形成一次反射光D2。
一次反射光D2中440nm～470nm的光线被第三窄带陷波滤波器153所反射，形成第二反射光D33进入后续光学系统；515nm～545nm的光线被第一窄带陷波滤波器151所反射形成第二反射光D31，进入后续光学系统；600nm～630nm光线被第二窄带陷波滤波器152所反射形成第二反射光D32，进入后续光学系统，接着上述二次反射光线D31、D32、D33透过第三曲面镜14和第二平面镜13传输到用户观察侧132，进而被人眼16感知。
在上述实施方式中，微型显示器10显示的图像光中，440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm的光在第三曲面镜14第二侧142处不发生透过，全部发生反射进入后续光学系统，从而提高了光学利用率。
优选地，微型显示器10发出的彩色显示光波长范围在所述各窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光的不同颜色的波长分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围内，分别在第三窄带陷波滤波器153、第一窄带陷波滤波器151、第二窄带陷波滤波器152对应的各固定波段范围内，则微型显示器10的彩色图像光在第三曲面镜14第二侧142处全部被反射，没有发生透射，提高了光学利用率。
对于外界环境光，因为环境光为自然光，自然光E1的光谱是连续光谱，只有和窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围一致的部分光线E3被窄带陷波滤波器15反射，其余部分E2都可以透过窄带陷波滤波器15，不会影响人眼感知周围环境。
请参考图6，为本发明实施例提供的再一种增强现实显示装置的示意图，如图所示，第三曲面镜14的第二侧142设置有第四镜片17，窄带陷波滤波器15设置于第四镜片17上。第四镜片17为平面镜，在平面镜17上贴附窄带陷波滤波器15可降低贴附难度，提高贴附的良品率。窄带陷波滤波器15还可以为镀膜形式形成在第三曲面镜14的第二侧142上，或者以镀膜形式形成在第四镜片17上。
本发明实施例提供的增强现实显示装置，在光学模组的入光侧不设置半反半透膜层，而设置窄带陷波滤波器，从而从微型显示器发出的图像光中属于该固定波段的光线被窄带陷波滤波器所反射，全部进入后续光路，提高了光学利用率。再者，本发明具体实施例，还可以提高图像光对环境光线的亮度对比度，具体地，现有技术中，当外界的环境光特别强烈时，微型显示器的图像光的亮度对比度将会降低，人眼会看不清楚微型显示器显示发出的光。本发明具体实施例提供的增强现实显示装置中，通过设置窄带陷波滤波器，微型显示器显示光线中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射进入后续光路，而环境光中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，则微型显示器的图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
上述实施例的光学模组为birdbath型光学模组，本发明的技术方案还可以用于波导型光学模组。
本发明提供一种增强现实显示装置，包括微型显示器和光学模组，所述光学模组将所述微型显示器显示的图像光传导到用户观察侧，所述光学模组还将外界环境光传导到用户观察侧；在所述光学模组的环境光入光侧设置有至少一个窄带陷波滤波器，所述窄带陷波滤波器反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。所述微型显示器发出的图像光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；所述环境光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器并传导到用户观察侧。进一步地，请参考图7，图7为本发明实施例提供的波导式增强现实显示装置的示意图，包括微型显示器10和光学模组，光学模组将微型显示器10显示的图像光传导到用户观察侧，光学模组还将外界环境光传导到用户观察侧。在光学模组的环境光入光侧设置有至少一个窄带陷波滤波器15，该窄带陷波滤波器15反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。微型显示器10发出的图像光中，固定波段的光线被窄带陷波滤波器15反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过窄带陷波滤波器15；环境光中，固定波段的光线被窄带陷波滤波器15反射，其他波段的光线透过窄带陷波滤波器15并传导到用户观察侧。
具体地，如图7所示，光学模组包括至少一个光波导13，光波导13包括靠近用户观察侧的第一侧133和靠近环境光入射侧的第二侧134。在光波导13的第一侧133的第一端131设置有微型显示器10，在光波导13的第一侧133的第二端132设置有用户观察侧。在光波导13的第二侧134的第一端131设置有耦入光栅141，在光波导13的第二侧134的第二端132设置有耦出光栅142。窄带陷波滤波器15设置于耦出光栅142远离光波导13的一侧。
微型显示器10显示的图像光D1透过第一透镜12和光波导13，进入耦入光栅141并被传导至耦出光栅142。图像光D1中，固定波段的光线D3被窄带陷波滤波器15反射并传导到用户观察侧，进而被人眼16感知，其他波段的光线D2透过窄带陷波滤波器15。环境光E1中，固定波段的光线E2被窄带陷波滤波器15反射，其他波段的光线E3透过窄带陷波滤波器15、耦出光栅142和光波导13，传导至所述用户观察侧，进而被人眼16感知。
可选地，微型显示器显示的图像光的波段范围和该固定波段有重叠。可选地，进一步地，微型显示器显示的图像光的波段范围在该固定波段范围内。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm。增强现实显示装置有多种应用场景，如智能眼镜等，做时间、心率、天气等较为简单信息的提醒，这种应用场景下，不需要全彩显示，使用单色光的微型显示器10即可。本发明实施例中，微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm。本在具体实施方式中，窄带陷波滤波器15为第一窄带陷波滤波器。第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段为505nm～555nm。第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段和微型显示器10发出的图像光的波长范围有重叠，在515nm～545nm范围重叠。微型显示器10显示的绿色图像光中，515nm～545nm的光被耦出光栅142远离光波导13的一侧处设置的第一窄带陷波滤波器15反射，最后被人眼16感知。环境光线中的505nm～555nm光线被窄带陷波滤波器15反射不能进入光学模组。优选地，微型显示器10发出的显示图像图的波长范围在该第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的绿色光，其波长范围为515nm～545nm，小于第一窄带陷波滤波器15对应的第一固定波段范围，则微型显示器10显示的绿光全部被反射进入光学模组，而环境光线中515nm～545nm的光全部被反射不能进入光学模组。微型显示器的绿色图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的红色光，其波长范围为600nm～630nm，在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15为第二窄带陷波滤波器，第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段为590nm～640nm，和微型显示器10发出的图像光波长范围有重叠，在600nm～630nm范围重叠。微型显示器10发出的红色光中，600nm～630nm的光被第二窄带陷波滤波器15反射，最后被人眼16感知。环境光线中的590nm～640nm光线被窄带陷波滤波器15反射不能进入光学模组。优选地，微型显示器10发出的图像光波长范围在该第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的红色光，其波长范围为600nm～630nm，小于第二窄带陷波滤波器15对应的第二固定波段范围，则微型显示器10显示的红光全部被反射进入光学模组，而环境光线中590nm～640nm的光全部被反射不能进入光学模组。微型显示器的红色图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为单色的蓝色光，其波长范围为440nm～470nm，在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15为第三窄带陷波滤波器，第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段为430nm～480nm，和微型显示器10发出的显示光波长范围有重叠，在440nm～470nm范围重叠。微型显示器10发出的蓝色光中，440nm～470nm的光被第三窄带陷波滤波器15反射，最后被人眼16感知。环境光线中的440nm～470nm光线被窄带陷波滤波器15反射不能进入光学模组。优选地，微型显示器10发出的显示光光线波长范围在该第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光为单色的蓝色光，其波长范围为440nm～470nm，小于第三窄带陷波滤波器15对应的第三固定波段范围，则微型显示器10显示的蓝光全部被反射进入光学模组，而环境光线中430nm～480nm的光全部被反射不能进入光学模组。微型显示器的蓝色图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
可选地，在本发明一个具体实施方式中，微型显示器10显示的图像光为全彩光，不同颜色的光其波长范围分别为440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm。在本具体实施例中，窄带陷波滤波器15对应的固定波段包括多个波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段。窄带陷波滤波器15对应的固定波段和微型显示器10发出的图像光波长范围有重叠，分别在440nm～470nm波段、515nm～545nm波段、600nm～630nm波段范围重叠。微型显示器10的图像光中，440nm～470nm波段、515nm～545nm波段、600nm～630nm波段的光被窄带陷波滤波器15反射，最后被人眼16感知。环境光线中的430nm～480nm波段、505nm～555nm波段、590nm～640nm光线被窄带陷波滤波器15反射不能进入光学模组。优选地，微型显示器10发出的显示光光线波长范围在所述窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光的不同颜色的波长分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围内，小于窄带陷波滤波器15对应的各固定波段的范围，微型显示器10显示的蓝光全部被反射进入光学模组，而环境光线中430nm～480nm、505nm～555nm、590nm～640nm的光全部被反射不能进入光学模组。微型显示器的全彩图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
本发明实施例还提供另一种光波导式增强现实显示装置的示意图，请参考图7，在光学模组的环境光入光侧设置窄带陷波滤波器15为多个窄带陷波滤波器，包括第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器和第三窄带陷波滤波器。第一窄带陷波滤波器对应的第一固定波段为505nm～555nm波段，第二窄带陷波滤波器对应的第二固定波段为590nm～640nm波段，第三窄带陷波滤波器对应的第三固定波段为430nm～480nm波段。微型显示器显示的图像光为全彩光，不同颜色的光其波长范围分别为440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm，窄带陷波滤波器对应的各固定波段和微型显示器发出的图像光波长范围有重叠，分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围重叠。微型显示器10发出图像光D1，透过第一透镜12和光波导13，进入耦入光栅141并被传导至耦出光栅142。图像光D1中，440nm～470nm的固定波段的光线被第三窄带陷波滤波器所反射，进入后续光学系统；515nm～545nm的固定波段的光线被第一窄带陷波滤波器所反射，进入后续光学系统；600nm～630nm的固定波段的光线被第二窄带陷波滤波器所反射，进入后续光学系统，上述各固定波段的光线传导到用户观察侧，进而被人眼16感知。环境光E1中，固定波段的光线E2被窄带陷波滤波器15反射，其他波段的光线E3透过窄带陷波滤波器15、耦出光栅142和光波导13，传导至所述用户观察侧，进而被人眼16感知。
优选地，微型显示器10发出的彩色显示光波长范围在所述各窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围内，如微型显示器10显示的图像光的不同颜色的波长分别在440nm～470nm、515nm～545nm、600nm～630nm范围内，分别小于第三窄带陷波滤波器、第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器对应的各固定波段范围，则微型显示器10显示的全彩光全部被反射进入光学模组，而环境光线中430nm～480nm、505nm～555nm、590nm～640nm的光全部被反射不能进入光学模组。微型显示器的彩色的图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
对于外界环境光，因为环境光为自然光，自然光E1的光谱是连续光谱，只有和窄带陷波滤波器15对应的固定波段范围一致的部分光线E3被窄带陷波滤波器15反射，其余部分E2都可以透过窄带陷波滤波器15，不会影响人眼感知周围环境。
现有技术中，当外界的环境光特别强烈时，微型显示器显示光线的亮度对比度将会降低，人眼会看不清楚微型显示器显示发出的光。本发明提供的增强现实显示装置中，通过设置窄带陷波滤波器，微型显示器显示光线中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射进入后续光路，而环境光中的固定波段的光线被窄带陷波滤波器反射不能进入光学模组内，则微型显示器的图像光的亮度对比度提高，可以清楚的被人眼所感知，提高显示效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (13)
1.一种增强现实显示装置，其特征在于，包括微型显示器和光学模组，所述光学模组将所述微型显示器显示的图像光传导到用户观察侧，所述光学模组还将外界的环境光传导到用户观察侧；在所述光学模组的环境光入光侧设置有至少一个窄带陷波滤波器，所述窄带陷波滤波器反射固定波段的光线，透过其他波段的光线。
2.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述微型显示器显示的图像光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；所述环境光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器并传导到用户观察侧。
3.如权利要求2所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述光学模组包括第一透镜组、第二平面镜和第三曲面镜；
所述第一透镜组的第一侧设置有所述微型显示器，所述第一透镜组的第二侧和所述第二平面镜的第一侧相邻设置，并且所述第一透镜组和所述第二平面镜之间具有第一夹角，所述第二平面镜的第二侧为所述用户观察侧；
所述第三曲面镜的第一侧和所述第二平面镜的第一侧相邻设置，并且所述第二平面镜和所述第三曲面镜之间具有第二夹角，所述第三曲面镜的第二侧为所述环境光入光侧。
4.如权利要求3所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述窄带陷波滤波器设置于所述第三曲面镜的第二侧。
5.如权利要求3所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述微型显示器显示的图像光透过所述第一透镜组后入射至所述第二平面镜，接着被所述第二平面镜反射并入射至所述第三曲面镜，所述入射至第三曲面镜的光线中的固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，所述入射至第三曲面镜的光线中的其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；被所述窄带陷波滤波器反射的固定波段的光线透过所述第二平面镜传导到所述用户观察侧；
所述环境光中固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，所述环境光中其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器、所述第三曲面和所述第二平面镜传导到所述用户观察侧。
6.如权利要求3所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第三曲面镜的第二侧设置有第四镜片，所述窄带陷波滤波器设置于所述第四镜片上。
7.如权利要求2所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述光学模组包括至少一个光波导，所述光波导包括靠近所述用户观察侧的第一侧和靠近所述环境光入光侧的第二侧；
在所述光波导的第一侧的第一端设置有所述微型显示器，在所述光波导的第一侧的第二端设置有所述用户观察侧；
在所述光波导的第二侧的第一端设置有耦入光栅，在所述光波导的第二侧的第二端设置有耦出光栅；
所述窄带陷波滤波器设置于所述耦出光栅远离所述光波导的一侧。
8.如权利要求7所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述微型显示器显示的图像光透过所述光波导，进入所述耦入光栅并被传导至所述耦出光栅；所述传导至所述耦出光栅的光线中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射并传导到用户观察侧，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器；所述环境光中，所述固定波段的光线被所述窄带陷波滤波器反射，其他波段的光线透过所述窄带陷波滤波器、所述耦出光栅和所述光波导，传导至所述用户观察侧。
9.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，在所述光学模组中靠近所述环境光入光侧的光学组件未设置半反半透膜层。
10.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述固定波段的包括多个固定波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段；
所述固定波段为所述第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段中的一个波段或者多个波段。
11.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，在所述光学模组的环境光入光侧设置有多个所述窄带陷波滤波器，包括第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器和第三窄带陷波滤波器；所述固定波段的包括多个固定波段，分别为第一固定波段、第二固定波段、第三固定波段；
所述第一窄带陷波滤波器对应所述第一固定波段，所述第二窄带陷波滤波器对应所述第二固定波段，所述第三窄带陷波滤波器对应所述第三固定波段；
所述第一固定波段为505nm～555nm波段，所述第二固定波段为590nm～640nm波段，所述第三固定波段为430nm～480nm波段；
所述多个窄带陷波滤波器为所述第一窄带陷波滤波器、第二窄带陷波滤波器和第三窄带陷波滤波器中的至少两个。
12.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述微型显示器显示的图像光的波段范围和所述固定波段有重叠。
13.如权利要求12所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述微型显示器显示的图像光的波段范围在所述固定波段范围内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011594710.3A CN112630971A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 增强现实显示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011594710.3A CN112630971A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 增强现实显示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112630971A true CN112630971A (zh) | 2021-04-09 |
Family
ID=75286142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011594710.3A Pending CN112630971A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 增强现实显示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112630971A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108897136A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-11-27 | 太若科技(北京)有限公司 | Ar光学装置和穿戴式ar设备 |
| CN110764260A (zh) * | 2018-07-28 | 2020-02-07 | 华为技术有限公司 | 一种增强现实装置 |
| CN110865460A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-06 | 深圳惠牛科技有限公司 | 一种具有防窃功能的光学模组、显示装置及增强现实设备 |
| GB2579370A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-24 | Bae Systems Plc | Display device |
| CN210894855U (zh) * | 2019-12-16 | 2020-06-30 | 上海视欧光电科技有限公司 | 一种增强现实光学模组及增强现实设备 |
| CN111427153A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-17 | Oppo广东移动通信有限公司 | 增强现实眼镜 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011594710.3A patent/CN112630971A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110764260A (zh) * | 2018-07-28 | 2020-02-07 | 华为技术有限公司 | 一种增强现实装置 |
| CN108897136A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-11-27 | 太若科技(北京)有限公司 | Ar光学装置和穿戴式ar设备 |
| GB2579370A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-24 | Bae Systems Plc | Display device |
| CN210894855U (zh) * | 2019-12-16 | 2020-06-30 | 上海视欧光电科技有限公司 | 一种增强现实光学模组及增强现实设备 |
| CN110865460A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-06 | 深圳惠牛科技有限公司 | 一种具有防窃功能的光学模组、显示装置及增强现实设备 |
| CN111427153A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-17 | Oppo广东移动通信有限公司 | 增强现实眼镜 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1664898B1 (en) | Substrate-guided optical devices | |
| CN103941398B (zh) | 透过式眼镜显示器 | |
| CN210720888U (zh) | 一种ar显示装置及ar显示系统 | |
| WO2018031634A1 (en) | Volume phase holographic waveguide for display | |
| US20060126179A1 (en) | Method and system for beam expansion in a display device | |
| JP2023120251A (ja) | ダイクロイックフィルタを使用した導波管における色分離 | |
| CN108885310A (zh) | 具有二向色性反射器的双通道成像光导 | |
| US20090128911A1 (en) | Diffraction Grating With a Spatially Varying Duty-Cycle | |
| CN104678555B (zh) | 屈光度矫正的齿形镶嵌平面波导光学器件 | |
| CN112817152B (zh) | 一种全息波导及ar显示装置 | |
| CN109725426A (zh) | 一种体全息波导显示装置 | |
| CN209728327U (zh) | 增强现实或虚拟现实显示装置 | |
| CN109445108A (zh) | 一种大视场衍射波导元件及显示装置 | |
| CN205643869U (zh) | 一种用于增强现实的平面波导光学装置及增强现实设备 | |
| WO2023226142A1 (zh) | 一种光波导结构、光学模组以及头戴显示设备 | |
| EP4058838A1 (en) | High-index waveguide for conveying images with low period outcoupling grating | |
| TWI737156B (zh) | 用於擴增實境或虛擬實境之顯示器 | |
| JP2012168425A (ja) | 虚像表示装置 | |
| CN220323577U (zh) | 一种衍射光波导及显示设备 | |
| CN210639353U (zh) | 一种用于增强现实的光栅波导 | |
| CN112630971A (zh) | 增强现实显示装置 | |
| CN218956925U (zh) | 一种曲面光波导及其近眼显示设备 | |
| CN209086561U (zh) | 一种大视场衍射波导元件及显示装置 | |
| CN114779397B (zh) | 实现彩色显示的单层光栅波导器件及近眼显示装置 | |
| JPH0418588A (ja) | 両方向認識ヘッドアップディスプレイ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210409 |