CN114740628A - 增强现实光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例属于增强现实技术领域，尤其涉及一种增强现实光学装置，包括显示组件、透镜组件、平板组件以及凹面反射组件；显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；透镜组件的第一端部被配置为将透镜组件接收到的部分光线反射至第二端部，透镜组件的第一端部第二端部被配置为将来自第一端部的部分光线反射至平板组件；平板组件被配置为将来自第二端部的光线反射至凹面反射组件；凹面反射组件被配置为将来自平板组件的部分光线反射至人眼前成像。通过设置第一端部和第二端部，可以使得光线在进入透镜组件后实现光路折叠，有利于减小了增强光学装置的体积，提高使用者的佩戴舒适性。

Description

增强现实光学装置

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种增强现实光学装置。

背景技术

目前，增强现实技术是指一种将真实世界东西与虚拟世界信息无缝连接展现呈现超现实的技术。相关技术中，增强现实技术中的光学装置通常包括显示组件、透镜组件，显示组件用于发出具有图像信息的光线，光线经透镜组件折射并在人眼前成像，使用户能够看到真实和虚拟组合的世界。

然而，相关技术中的光学装置体积较大，严重影响用户的舒适体验。

发明内容

本发明实施例提供一种增强现实光学装置，用以解决相关技术中光学装置体积较大，严重影响用户的舒适体验的技术问题。

本发明实施例提供一种增强现实光学装置，包括显示组件、透镜组件、平板组件以及凹面反射组件；

所述显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；

所述透镜组件被配置为接收来自所述显示组件的部分所述光线，所述透镜组件包括背离所述显示组件的第一端部和靠近所述显示组件的第二端部，所述第一端部被配置为将所述透镜组件接收到的部分光线反射至所述第二端部，所述第二端部被配置为将来自所述第一端部的部分光线反射至平板组件；

所述平板组件被配置为将来自所述第二端部的光线反射至所述凹面反射组件；

所述凹面反射组件被配置为将来自所述平板组件的部分光线反射至人眼前成像。

在一种可能的实施例中，所述透镜组件包括沿光轴方向依次排布的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一端部位于所述第三透镜背离所述显示组件的一侧，所述第二端部位于所述第一透镜靠近所述显示组件的一侧，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述第三透镜之间；

所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度。

在一种可能的实施例中，所述第一端部包括层叠设置的第一波片、第一偏振分光膜以及第二波片，所述第一波片覆盖在所述第三透镜表面，所述第一偏振分光膜设置在所述第一波片和所述第二波片之间。

在一种可能的实施例中，所述第二端部包括覆盖在所述第一透镜表面的半反半透膜。

在一种可能的实施例中，所述第一透镜的折射率范围为1.5-1.56，所述第二透镜的折射率范围为1.6-1.7，所述第三透镜的折射率范围为1.5-1.56。

在一种可能的实施例中，所述第一透镜的折射率与所述第三透镜的折射率相同。

在一种可能的实施例中，所述平板组件包括平板玻璃、第三波片和第二偏振分光膜，所述第二偏振分光膜覆盖在所述平板玻璃靠近所述透镜组件的一侧表面，所述第三波片覆盖在所述第二偏振分光膜上。

在一种可能的实施例中，还包括，所述平板组件还包括偏振吸收膜，所述偏振吸收膜位于所述平板玻璃背离所述透镜组件的一侧。

在一种可能的实施例中，所述显示组件与所述透镜组件之间设置有偏振片。

在一种可能的实施例中，所述第三透镜背离所述显示组件的一侧为平面，所述第三透镜靠近所述显示组件的一侧为曲面。

本发明实施例提供一种增强现实光学装置，包括显示组件、透镜组件、平板组件以及凹面反射组件；显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；透镜组件被配置为接收来自显示组件的部分光线，透镜组件包括背离显示组件的第一端部和靠近显示组件的第二端部，第一端部被配置为将透镜组件接收到的部分光线反射至第二端部，第二端部被配置为将来自第一端部的部分光线反射至平板组件；平板组件被配置为将来自第二端部的光线反射至凹面反射组件；凹面反射组件被配置为将来自平板组件的部分光线反射至人眼前成像。通过设置第一端部和第二端部，可以使得光线在进入透镜组件后实现光路折叠，有利于减小了增强光学装置的体积，提高使用者的佩戴舒适性。

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获得其他的附图。

图1为相关技术中光学装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种增强现实光学装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种增强现实光学装置的光路示意图；

图4为图2中第一端部的结构示意图；

图5为图2中第二端部的结构示意图；

图6为图2中平板组件的结构示意图。

附图标记说明：

10、偏振片；

20、透镜组件；

21、第一端部；

211、第一波片；

212、第一偏振分光膜；

213、第二波片；

22、第二端部；

221、半反半透膜；

231、第一透镜；

232、第二透镜；

233、第三透镜；

30、平板组件；

31、第三波片；

32、第二偏振分光膜；

33、偏振吸收膜；

34、平板玻璃；

40、凹面反射组件。

具体实施方式

为了清楚理解本申请的技术方案，首先对相关技术的方案进行详细介绍。

相关技术中，参照图1，增强现实技术中的光学装置通常包括显示组件、透镜组件20，显示组件用于发出具有图像信息的光线，光线经透镜组件20折射并在人眼前成像，使用户能够看到真实和虚拟组合的世界。透镜组件20包括沿光轴依次排布的多个透镜，导致光学装置体积较大，严重影响了使用者的佩戴舒适性。

有鉴于此，本发明实施例提供一种增强现实光学装置，包括显示组件和透镜组件；显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；透镜组件被配置为接收部分光线，透镜组件包括背离显示组件的第一端部和靠近显示组件的第二端部，第一端部被配置为将透镜组件接收到的部分光线反射至第二端部，第二端部被配置为将来自第一端部的部分光线反射至平板组件。通过第一端部和第二端部可以实现光路折叠，使得增强现实光学装置的体积减小，提高使用者的佩戴舒适性。

下面结合附图对本发明的几种可选地实现方式进行介绍，当本领域技术人员应当理解，下述实现方式仅是示意性的，并非是穷尽式的列举，在这些实现方式的基础上，本领域技术人员可以对某些特征或者某些示例进行替换、拼接或者组合，这些仍应视为本发明的公开内容。

结合图2和图3，本发明实施例提供的一种增强现实光学装置，包括显示组件、透镜组件20、平板组件30以及凹面反射组件40。其中，显示组件被配置为发出具有图像信息的光线，图中并未示出。透镜组件20位于图示位置中的顶端，平板组件30位于透镜组件20的下端，且平板组件30与透镜组件20的光轴呈一定角度。在一种具体的实施方式中，平板组件30与透镜组件20的光轴之间的夹角可以为锐角。凹面反射组件40与平板组件30相互对立设置，且凹面反射组件40的圆弧所在的圆心位于凹面反射组件40靠近平板组件30的一侧。

继续参照图2，显示组件与透镜组件20之间还可以设置有偏振片10。显示组件例如可以为LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示器，有机发光二极管等等，本实施例在此不做限制。显示组件发出的光线为线偏振光，该光线平行于入射光线于主光轴所在的平面，也即偏振态为P态。显示组件发出的光线经偏振片10以后，从线偏振光转换为圆偏振光，并进入透镜组件20内。

透镜组件20被配置为接收来自显示组件的部分光线，以便透镜组件20能够对光线进行矫正，以便提升光线的成像质量。透镜组件20包括背离显示组件的第一端部21和靠近显示组件的第二端部22，如图4所示，第一端部21位于图示位置中透镜组件20的底端，第二端部22位于图示位置中透镜组件20的顶端。第一端部21被配置为将透镜组件20接收到的部分光线反射至第二端部22，第二端部22被配置为将来自第一端部21的部分光线反射至平板组件30，可见，来自显示组件的光线在进入透镜组件20之后，先经过第一端部21的第一次反射实现第一次光路折叠，再经第二端部22的第二次反射实现第二次光路折叠，使得光线的光路增长，提高透镜组件20对光线的矫正次数，有利于进一步提高光线的成像质量。同时，通过在透镜组件20中设置第一端部21和第二端部22，可以实现光线在透镜组件20中进行光路折叠，从而缩小了透镜组件20与平板组件30之间的占用空间，进而减小了增强光学装置的体积，有利于提高使用者的佩戴舒适性。

参照图5，第二端部22可以包括覆盖在第一透镜231表面的半反半透膜221。来自显示组件的线偏振光经偏振片10转换为圆偏振光以后，部分圆偏振光经第二端部22的半反半透膜221进入透镜组件20内。例如，半反半透膜221可以将50％的光线反射出去，同时使得50％的光线进入透镜组件20内。

本实施例中，第一端部21可以包括沿光轴方向依次排布的第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233，第一端部21位于第三透镜233背离显示组件的一侧，第二端部22位于第一透镜231靠近显示组件的一侧，第二透镜232位于第一透镜231和第三透镜233之间。相比于相关技术中，使用单个透镜对来自显示组件的光线进行矫正，本实施例中使用三个透镜，有利于提高增强现实光学装置的成像清晰度，有利于获得较大的视场角。在一种具体的实施例中，使用三个透镜的透镜组件20时，单目视场角例如可以达到70度或者70度以上。

本实施例中，第一透镜231可以具有正光焦度，第二透镜232可以具有负光焦度，第三透镜233可以具有正光焦度。通过上述设置，来自显示组件的光线依次经第一透镜231会聚后进入第二透镜232，并经第二透镜232发散后进入第三透镜233，并经第三透镜233会聚，通过上述三个透镜的配合使用，可以减小色差或者消除色差，同时能够增强成像画面的质量。

继续参照图2，第三透镜233背离显示组件的一侧为平面，第三透镜233靠近显示组件的一侧为曲面。通过将第三透镜233背离显示组件的一侧设置为平面，有利于第一端部21贴附在该平面上，降低制作难度，缩短制作时间。

参照图4，第一端部21可以包括层叠设置的第一波片211、第一偏振分光膜212以及第二波片213，其中，第一波片211覆盖在第三透镜233表面，第一偏振分光膜212设置在第一波片211和第二波片213之间。值得说明的是，本实施例中，第一波片211于第二波片213可以均为四分之一波片。四分之一波片可以实现特定波长的线偏振光与圆偏振光之间的相互转换。其中，第一偏振分光膜212的透光轴与s态偏振光的振动方向垂直，第一偏振分光膜212的作用为透过入射光中的p态偏振光，反射入射光中的s态偏振光。

下面参照图2和图3，简要描述光路在透镜组件20内的传播过程：

在来自显示组件的部分圆偏振光经过第一波片211以后，被第一波片211转换为线偏转光，并且线偏振光的偏振方向相对于自显示组件发出时旋转了90度，线偏振光垂直于入射光线于主光轴所在的平面，也即偏振态为s态。s态偏振光入射至第一偏振分光膜212以后被反射出去，光线再次经过第一波片211，并经第一波片211将线偏振光转换为圆偏振光。光线透过第一波片211以后依次经第三透镜233、第二透镜232以及第一透镜231再次到达第二端部22，从而实现第一次光路折叠。

光线第二次到达第二端部22以后，第二次经第二端部22的半反半透膜221反射，使得部分光线透过第二端部22射出，不再进入透镜组件20，同时使得部分光线经半反半透膜221反射回透镜组件20内，并依次经第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233，第二次到达第一端部21，从而实现第二次光路折叠。例如，半反半透膜221可以将50％的光线透过第二端部22射出，同时使得50％的光线反射回透镜组件20内。

光线第二次到达第一端部21以后，被第一波片211转换为线偏转光，并且线偏振光平行于入射光线于主光轴所在的平面，也即偏振态为p态。p态偏振光入射至第一偏振分光膜212以后能够透过第一偏振分光膜212，并进入第二波片213。光线被第二波片213转换为圆偏振光后，从透镜组件20中射至平板组件30。

在一些实施例中，第一透镜231的折射率范围可以为1.5-1.56，第二透镜232的折射率范围可以为1.6-1.7，第三透镜233的折射率范围可以为1.5-1.56。第一透镜231的折射率例如可以为1.5、1.53或者1.56；第二透镜232的折射率例如可以为1.5、1.54或者1.56；第二透镜232的折射率例如可以为1.6、1.65或者1.7。

通过设置第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233的折射率范围，有利于合理分配色差与球差之间的关系，减小色差或消除色差，同时能够增强成像画面的质量。在一种具体的实现方式中，第一透镜231和/或第三透镜233的材料可以为低应力双折射材料，例如APL5013VH，本实施例在此不做限定。

本实施例中，第一透镜231的折射率可以与第三透镜233的折射率相同。例如，第一透镜231与第三透镜233的折射率可以均为1.5、1.52或者1.55，进而有利于进一步合理分配色差与球差之间的关系，进一步减小色差或消除色差。

在一些实施例中，增强现实光学装置的有效焦距为第一焦距F，第三透镜233的有效焦距为第二焦距f,第二焦距f与第一焦距F的比值范围为-5至0，例如可以为-5、-3或者0，通过合理的调节第三透镜233的焦距，可以调节第三透镜233的曲率半径，进而调整光线角度，减小大角度的入射光线，有利于改善轴外像差。

参照图2和图3，平板组件30被配置为将来自第二端部22的光线反射至凹面反射组件40。示例性的，平板组件30在一种具体的实施方式中，平板组件30与透镜组件20的光轴之间的夹角可以为锐角，例如角度可以为30°、60°或者45°，本实施例在此不做限制。通过设置平板组件30有利于进一步多光线进行反射，从而进一步增加光线的光程，有利于减小增强现实光学装置的体积，进而提高用户的佩戴舒适性。

参照图6，平板组件30包括平板玻璃34、第三波片31和第二偏振分光膜32，第二偏振分光膜32覆盖在平板玻璃34靠近透镜组件20的一侧表面，第三波片31覆盖在第二偏振分光膜32上。本实施例中，第三波片31也为四分之一波片，以实现特定波长的线偏振光与圆偏振光之间的相互转换。其中，第二偏振分光膜32的透光轴与s态偏振光的振动方向垂直，第二偏振分光膜32作用为透过入射光中的p态偏振光，反射入射光中的s态偏振光。

下面简要描述光路在平板组件30的传播过程：

当来自透镜组件20的光线到达平板组件30时，光线经第三波片31将圆偏振光转换为线偏振光，线偏振光垂直于入射光线于主光轴所在的平面，也即偏振态为s态。光线透过第三波片31以后进入第二偏振分光膜32，s态偏振光被第二偏振分光膜32反射出去，并再次经过第三波片31。第三波片31将线偏转光转换为圆偏振光以后，光线透过第三波片31到达凹面反射组件40，从而实现光路的第三次折叠。

可选地，平板组件30还包括偏振吸收膜33，偏振吸收膜33位于平板玻璃34背离透镜组件20的一侧。偏振吸收膜33可以减少来自增强现实光学装置下方的光线透过平板组件30，从而有利于避免出现杂光和平移鬼像，进一步提高增强现实光学装置的成像质量。

凹面反射组件40被配置为将来自平板组件30的部分光线反射至人眼前成像。凹面反射组件40包括凹面玻璃和设置在凹面玻璃上的半反半透镜，半反半透镜位于凹面玻璃靠近平板组件30的一侧。示例性的，凹面玻璃具有一弧形面，且该弧形面所在的圆心位于凹面玻璃靠近平板组件30的一侧。

下面简要描述光路在凹面反射组件40的传播过程：

来自平板组件30的光线经半反半透镜后，部分光线被反射至人眼前成像，以使人眼能够同时观察到显示组件发出的信号光线所呈的虚拟图像和现实世界的真实图像。例如，半反半透镜可以将50％的光线透过凹面反射组件40射出，同时使得50％的光线反射至人眼前成像。

本发明实施例提供一种增强现实光学装置，包括显示组件、透镜组件20、平板组件30以及凹面反射组件40；显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；透镜组件20被配置为接收来自显示组件的部分光线，透镜组件20包括背离显示组件的第一端部21和靠近显示组件的第二端部22，第一端部21被配置为将透镜组件20接收到的部分光线反射至第二端部22，第二端部22被配置为将来自第一端部21的部分光线反射至平板组件30；平板组件30被配置为将来自第二端部22的光线反射至凹面反射组件40；凹面反射组件40被配置为将来自平板组件30的部分光线反射至人眼前成像。通过设置第一端部21和第二端部22，可以使得光线在进入透镜组件20后实现光路折叠，有利于减小了增强光学装置的体积，提高使用者的佩戴舒适性。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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。在本发明实施例的描述中，“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。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种增强现实光学装置，其特征在于，包括显示组件、透镜组件、平板组件以及凹面反射组件；

所述显示组件被配置为发出具有图像信息的光线；

所述透镜组件被配置为接收来自所述显示组件的部分所述光线，所述透镜组件包括背离所述显示组件的第一端部和靠近所述显示组件的第二端部，所述第一端部被配置为将所述透镜组件接收到的部分光线反射至所述第二端部，所述第二端部被配置为将来自所述第一端部的部分光线反射至平板组件；

所述平板组件被配置为将来自所述第二端部的光线反射至所述凹面反射组件；

所述凹面反射组件被配置为将来自所述平板组件的部分光线反射至人眼前成像。

2.根据权利要求1所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述透镜组件包括沿光轴方向依次排布的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一端部位于所述第三透镜背离所述显示组件的一侧，所述第二端部位于所述第一透镜靠近所述显示组件的一侧，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述第三透镜之间；

所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度。

3.根据权利要求2所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述第一端部包括层叠设置的第一波片、第一偏振分光膜以及第二波片，所述第一波片覆盖在所述第三透镜表面，所述第一偏振分光膜设置在所述第一波片和所述第二波片之间。

4.根据权利要求2所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述第二端部包括覆盖在所述第一透镜表面的半反半透膜。

5.根据权利要求2-4任一项所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述第一透镜的折射率范围为1.5-1.56，所述第二透镜的折射率范围为1.6-1.7，所述第三透镜的折射率范围为1.5-1.56。

6.根据权利要求5所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述第一透镜的折射率与所述第三透镜的折射率相同。

7.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述平板组件包括平板玻璃、第三波片和第二偏振分光膜，所述第二偏振分光膜覆盖在所述平板玻璃靠近所述透镜组件的一侧表面，所述第三波片覆盖在所述第二偏振分光膜上。

8.根据权利要求7所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述平板组件还包括偏振吸收膜，所述偏振吸收膜位于所述平板玻璃背离所述透镜组件的一侧。

9.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述显示组件与所述透镜组件之间设置有偏振片。

10.根据权利要求3所述的增强现实光学装置，其特征在于，所述第三透镜背离所述显示组件的一侧为平面，所述第三透镜靠近所述显示组件的一侧为曲面。

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