CN113885198A - 一种近眼显示光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的公开了一种近眼显示光学装置，属于增强现实技术领域，包括：背光组件，光调制器，设置于背光组件靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；透镜组件，透镜组件进一步包括：透镜本体，半反半透膜，半反半透膜朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面，第一偏振件，第一相位延迟件，有益效果是：不仅具备虚拟现实装置大视场角、体积小、重量轻等特点，同时还实现了增强现实的效果。

Description

一种近眼显示光学装置
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种近眼显示光学装置。
背景技术
增强现实(Augmented Reality)技术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。随着科技的不断发展，近眼增强现实显示逐渐变成一个重要的研究和应用领域。现有的增强现实显示装置由于属于头戴装置，因此要求其应当具备轻薄和结构紧凑的特点，从而提高用户佩戴的舒适度，同时较大视场角可以增加用户的沉浸感，使用户能最大程度的观察优质的动态图像。但是光学系统在视场、大入瞳直径、短焦距等结构参数上存在相互制约，同时满足上述条件存在较大的困难。
现有技术中，基于反射偏振折叠光路技术的虚拟现实(Virtual Reality)装置可以实现较大视场角、较小体积和较轻重量的技术效果，但由于虚拟现实装置的图像发生器与镜片的光轴在同一直线上，外界环境的光线因被图像发生器遮挡而无法进入人眼，因此无法达到增强现实的效果。
发明内容
根据现有技术中存在的上述不足，现提供一种近眼显示光学装置，通过采用光调制器调节控制光源发出的光线是否通过其表面，从而构造出可透视外界环境的近眼显示装置，不仅具备虚拟现实装置大视场角、体积小、重量轻等特点，同时还实现了增强现实的效果。
上述技术方案具体包括：
一种近眼显示光学装置，其中包括：
一背光组件，用于发出均匀的背光，其中所述背光为圆偏振光或椭圆偏振光；
一光调制器，设置于所述背光组件靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件，设置于所述光调制器靠近用户的一侧，所述透镜组件进一步包括：
一透镜本体，用于透射放大光线；
一半反半透膜，设置于所述透镜本体远离用户的一侧，其中，所述半反半透膜朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件，设置于所述透镜本体靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件，设置于所述透镜本体和所述第一偏振件之间，用于改变光线的偏振类型。
优选地，其中，所述背光组件进一步包括：
一光源；
一导光板，用于对所述光源发出的光线进行全反射，以生成所述均匀的背光。
优选地，其中，所述光调制器为透明液晶光阀。
优选地，其中，所述透镜本体的光焦度为正。
优选地，其中，所述第一偏振件为反射型偏振件，所述反射型偏振件具有一透射轴，所述反射型偏振件反射与所述透射轴垂直的光线，并透射与所述透射轴平行的光线。
优选地，其中，所述第一相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
优选地，其中，所述透镜组件还包括：
一平板，设置于所述第一偏振件靠近所述用户的一侧，其中所述第一偏振件粘贴于所述平板上。
优选地，其中，所述光调制器呈曲面设置。
一种近眼显示光学装置，其中包括：
一背光组件，用于发出均匀的背光，其中所述背光为线偏振光；
一光调制器，设置于所述背光组件靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件，设置于所述光调制器靠近用户的一侧，所述透镜组件进一步包括：
一透镜本体，用于透射放大光线；
一半反半透膜，设置于所述透镜本体远离用户的一侧，其中，所述半反半透膜朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件，设置于所述透镜本体靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件，设置于所述透镜本体和所述第一偏振件之间，用于改变光线的偏振类型；
一第二偏振件，设置于所述半反半透膜远离用户的一侧；
一第二相位延迟件，设置于所述半反半透膜和所述第二偏振件之间，用于改变光线的偏振类型。
优选地，其中，所述背光组件进一步包括：
一光源；
一导光板，用于对所述光源发出的光线进行全反射，以生成所述均匀的背光。
优选地，其中，所述光调制器为透明液晶光阀。
优选地，其中，所述透镜本体的光焦度为正。
优选地，其中，所述第一偏振件为反射型偏振件，所述反射型偏振件具有一透射轴，所述反射型偏振件反射与所述透射轴垂直的光线，并透射与所述透射轴平行的光线。。
优选地，其中，所述第一相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
优选地，其中，所述第二偏振件为透射型偏振件。
优选地，其中，所述第二相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，所述第二偏振件具有一透射轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
优选地，其中，所述透镜组件还包括：
一第一平板，设置于所述第一偏振件靠近所述用户的一侧，其中所述第一偏振件粘贴于所述第一平板上；
一第二平板，设置于所述第二偏振件和所述第二相位延迟件之间，所述第二偏振件和所述第二相位延迟件均粘贴于所述第二平板上。
优选地，其中，所述光调制器呈曲面设置。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种近眼显示光学装置，通过采用光调制器调节控制光源发出的光线是否通过其表面，从而构造出可透视外界环境的近眼显示装置，不仅具备虚拟现实装置大视场角、体积小、重量轻等特点，同时还实现了增强现实的效果。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例中，一种近眼显示光学装置的结构示意图；
图2是本发明的较佳实施例中，透镜组件的结构示意图。
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种近眼显示光学装置，如图1-2所示，其中包括：
一背光组件1，用于发出均匀的背光，其中背光为圆偏振光或椭圆偏振光；
一光调制器2，设置于背光组件1靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件3，设置于光调制器2靠近用户的一侧，透镜组件3进一步包括：
一透镜本体30，用于透射放大光线；
一半反半透膜31，设置于透镜本体30远离用户的一侧，其中，半反半透膜31朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件32，设置于透镜本体30靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件33，设置于透镜本体30和第一偏振件32之间，用于改变光线的偏振类型。
作为优选地实施方式，本发明公开了一种近眼显示光学装置，具有大视场，超轻薄等特点，其中，背光组件1用于构成可以均匀发光的面光源10背光板，光调制器2则位于背光组件1靠近用户眼睛的一侧，通过控制光调制器2的工作状态可以控制背光组件1产生的光线是否透射，因此，背光组件1和光调制器2共同构成了近眼显示光学装置的图像显示器。
透射通过光调制器2的光线还要经过透镜组件3放大后才能达到用户的眼睛，透镜组件3包括一透镜本体30，在本发明的一个具体实施例中，透镜本体30的光焦度为正，透镜本体30可以由单个透镜组成，也可以由多个透镜组合而成，具体可以根据实际需要进行设置。透镜本体30远离用户眼睛的一侧设置有一半反半透膜31，靠近用户眼睛的一侧设置有第一偏振件32，且在第一偏振件32与半反半透膜31之间设置有第一相位延迟件33。从透镜组件3远离用户的一侧入射的光线在透镜本体30、第一相位延迟件33和第一偏振件32之间会发生折返，最终会从第一偏振件32射出进入用户的眼睛，用户会因此观察到虚拟放大后的图像。在本实施例中，入射光线需要为圆偏振光或椭圆偏振光。
在本发明的较佳实施例中，如图1所示，背光组件1进一步包括：
一光源10；
一导光板11，用于对光源10发出的光线进行全反射，以生成均匀的背光。
具体的，在本实施例中，光源10发出的光线在导光板11内发生全反射，形成均匀发光的面光源10背光板，其中光源10可以为LED光源10或者激光，其位置可以设置在导光板11的侧面，也可以设置在导光板11的上边和下边，又或者光源10可以同时存在于导光板11的四周，光源10的具体设置位置可以根据需要具体设置，在此不做限定。
在本发明的一个具体实施例中，导光板11的材料可以采用玻璃或者塑料，其外形可以是平板或者是曲面板，光源10发出的光线则会在导光板11中进行全反射。
在本发明的较佳实施例中，光调制器2为透明液晶光阀。
在本发明的一个具体实施例中，光调制器2用来控制光线是否透过，具体光调制器2可以是透明液晶光阀，通过相应的电路控制液晶分子的转向来实现让需要的光线透过，不需要的光线则不能透过的功能。
在本发明的较佳实施例中，透镜本体30的光焦度为正。
在本发明的较佳实施例中，第一偏振件32为反射型偏振件，反射型偏振件具有一透射轴，反射型偏振件反射与透射轴垂直的光线，并透射与透射轴平行的光线。
具体的，在本实施例中，第一偏振件32为反射型偏振件，其作用在于反射偏振方向与其透射轴方向垂直的光线，透射偏振方向与其透射轴方向相同的光线。
在本发明的较佳实施例中，第一相位延迟件33为四分之一波片，四分之一波片具有一快轴，其中快轴所在的直线与透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
在本发明的较佳实施例中，透镜组件3还包括：
一平板，设置于第一偏振件32靠近用户的一侧，其中第一偏振件32粘贴于平板上。
具体的，在本实施例中，平板为透明材质，具体材料可以是玻璃或者塑料，第一偏振件32通过粘贴的方式固定于平板上。
在本发明的较佳实施例中，光调制器2呈曲面设置。
具体的，在本实施例中，光调制器2设置为曲面可以进一步的增大视场角，提升用户的使用体验。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，光线的具体路径为：光源10发出的光线从导光板11的侧面入射，在导光板11中发生全反射，形成亮度均匀的透明面板光源10，在本实施例中，设定光源10发出的光线为圆偏振光或椭圆偏振光。光调制器2控制背光光线是否透过，透过的光线入射至透镜组件3，首先穿过透镜组件3的半反半透膜31，其中透射的光线穿过第一相位延迟件33后，光线偏振方向由圆偏振光或椭圆偏振光转变为线偏振光，将第一次转变后的线偏振光设定为S线偏振光。由于第一相位延迟件33为四分之一波片且第一偏振件32为反射型偏光片，即第一偏振件32反射S偏振光，透射P偏振光，S偏振光与P偏振光的偏振方向垂直。经第一次转变后得到的S线偏振光在第一偏振件32的表面被反射，反射后的光线第二次经过第一相位延迟件33，进行第二次转变后，重新转变为圆偏光，然后经过半反半透膜31的反射之后第三次经过第一相位延迟件33。由于S线偏振光连续两次经过第一相位延迟件33，光线最终转变为P偏振光，P偏振光则透射第一偏振件32，最终入射至用户眼睛。
一种近眼显示光学装置，如图1-2所示，其中包括：
一背光组件1，用于发出均匀的背光，其中背光为线偏振光；
一光调制器2，设置于背光组件1靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件3，设置于光调制器2靠近用户的一侧，透镜组件3进一步包括：
一透镜本体30，用于透射放大光线；
一半反半透膜31，设置于透镜本体30远离用户的一侧，其中，半反半透膜31朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件32，设置于透镜本体30靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件33，设置于透镜本体30和第一偏振件32之间，用于改变光线的偏振类型；
一第二偏振件，设置于半反半透膜31远离用户的一侧；
一第二相位延迟件，设置于半反半透膜31和第二偏振件之间，用于改变光线的偏振类型。
具体的，在本实施例中，当从背光组件1发出的光线为线偏振光时，在透镜组件3的半反半透膜31与光调制器2之间，即远离半反半透膜31用户的一侧设置有第二偏振件，且在第二偏振件与半反半透膜31之间设置有第二相位延迟件，其中第二偏振件为透射型偏光片，第二相位延迟件同样为四分之一波片。在本实施例中，光线的传递路径及原理与上述实施例相类似，在此不再赘述。
在本发明的较佳实施例中，背光组件1进一步包括：
一光源10；
一导光板11，用于对光源10发出的光线进行全反射，以生成均匀的背光。
在本发明的较佳实施例中，光调制器2为透明液晶光阀。
在本发明的较佳实施例中，透镜本体30的光焦度为正。
在本发明的较佳实施例中，第一偏振件32为反射型偏振件，反射型偏振件具有一透射轴，反射型偏振件反射与透射轴垂直的光线，并透射与透射轴平行的光线。。
在本发明的较佳实施例中，第一相位延迟件33为四分之一波片，四分之一波片具有一快轴，其中快轴所在的直线与透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
在本发明的较佳实施例中，第二偏振件为透射型偏振件。
在本发明的较佳实施例中，第二相位延迟件为四分之一波片，四分之一波片具有一快轴，第二偏振件具有一透射轴，其中快轴所在的直线与透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
在本发明的较佳实施例中，透镜组件3还包括：
一第一平板，设置于第一偏振件32靠近用户的一侧，其中第一偏振件32粘贴于第一平板上；
一第二平板，设置于第二偏振件和第二相位延迟件之间，第二偏振件和第二相位延迟件均粘贴于第二平板上。
具体的，在本实施例中，第一平板和第二平板均为透明材质，其材料可以是玻璃或者塑料。
在本发明的较佳实施例中，光调制器2呈曲面设置。
上述技术方案的有益效果在于：
提供一种近眼显示光学装置，通过采用光调制器调节控制光源发出的光线是否通过其表面，从而构造出可透视外界环境的近眼显示装置，不仅具备虚拟现实装置大视场角、体积小、重量轻等特点，同时还实现了增强现实的效果。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种近眼显示光学装置，其特征在于，包括：
一背光组件，用于发出均匀的背光，其中所述背光为圆偏振光或椭圆偏振光；
一光调制器，设置于所述背光组件靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件，设置于所述光调制器靠近用户的一侧，所述透镜组件进一步包括：
一透镜本体，用于透射放大光线；
一半反半透膜，设置于所述透镜本体远离用户的一侧，其中，所述半反半透膜朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件，设置于所述透镜本体靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件，设置于所述透镜本体和所述第一偏振件之间，用于改变光线的偏振类型。
2.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述背光组件进一步包括：
一光源；
一导光板，用于对所述光源发出的光线进行全反射，以生成所述均匀的背光。
3.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述光调制器为透明液晶光阀。
4.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述透镜本体的光焦度为正。
5.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第一偏振件为反射型偏振件，所述反射型偏振件具有一透射轴，所述反射型偏振件反射与所述透射轴垂直的光线，并透射与所述透射轴平行的光线。
6.根据权利要求5所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第一相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
7.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述透镜组件还包括：
一平板，设置于所述第一偏振件靠近所述用户的一侧，其中所述第一偏振件粘贴于所述平板上。
8.根据权利要求1所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述光调制器呈曲面设置。
9.一种近眼显示光学装置，其特征在于，包括：
一背光组件，用于发出均匀的背光，其中所述背光为线偏振光；
一光调制器，设置于所述背光组件靠近用户的一侧，用于控制光线的通过；
一透镜组件，设置于所述光调制器靠近用户的一侧，所述透镜组件进一步包括：
一透镜本体，用于透射放大光线；
一半反半透膜，设置于所述透镜本体远离用户的一侧，其中，所述半反半透膜朝向用户的一侧为反射面，背向用户的一侧为投射面；
一第一偏振件，设置于所述透镜本体靠近用户的一侧，用于对不同偏振方向的光线进行反射和透射；
一第一相位延迟件，设置于所述透镜本体和所述第一偏振件之间，用于改变光线的偏振类型；
一第二偏振件，设置于所述半反半透膜远离用户的一侧；
一第二相位延迟件，设置于所述半反半透膜和所述第二偏振件之间，用于改变光线的偏振类型。
10.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述背光组件进一步包括：
一光源；
一导光板，用于对所述光源发出的光线进行全反射，以生成所述均匀的背光。
11.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述光调制器为透明液晶光阀。
12.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述透镜本体的光焦度为正。
13.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第一偏振件为反射型偏振件，所述反射型偏振件具有一透射轴，所述反射型偏振件反射与所述透射轴垂直的光线，并透射与所述透射轴平行的光线。。
14.根据权利要求13所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第一相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
15.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第二偏振件为透射型偏振件。
16.根据权利要求15所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述第二相位延迟件为四分之一波片，所述四分之一波片具有一快轴，所述第二偏振件具有一透射轴，其中所述快轴所在的直线与所述透射轴所在的直线之间存在45度的夹角。
17.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述透镜组件还包括：
一第一平板，设置于所述第一偏振件靠近所述用户的一侧，其中所述第一偏振件粘贴于所述第一平板上；
一第二平板，设置于所述第二偏振件和所述第二相位延迟件之间，所述第二偏振件和所述第二相位延迟件均粘贴于所述第二平板上。
18.根据权利要求9所述的近眼显示光学装置，其特征在于，所述光调制器呈曲面设置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114815385A (zh) * 2022-03-23 2022-07-29 惠科股份有限公司 显示装置及其背光模组

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