CN117369130A - 一种增强现实显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强现实显示系统，包括光信号注入模块、光波导模块和光信号取出模块；光信号注入模块调整光信号得到整型光信号；整型光信号在光波导模块进行全反射得到传输光信号；光信号取出模块包括至少微结构阵列和填充结构；微结构阵列中微结构采用本案所述设计，能够有效解决现有光波导增强显示系统出射光路因多重反射引起鬼影问题，另外，通过填充结构能够保证真实世界环境光以无畸变的方式透射进入人眼。本案所述增强现实显示装置结构简单，能够降低工艺难度，提高制作良率，降低制作成本。

Description

一种增强现实显示系统

技术领域

本发明实施例涉及增强显示技术领域，尤其涉及一种增强现实显示系统。

背景技术

随着科学技术的发展，增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术作为一种新型显示技术开始向大众普及，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看现实场景的同时还可以观看虚拟图像，为使用者提供更为丰富的信息，这也使得该项技术在安防、教育、医疗、工业、娱乐等行业得到了越来越广泛的应用。

目前实现增强现实显示的主要技术方案有离轴反射，共轴棱镜，自由曲面，光波导等。目前主要的研发热点方向为光波导显示技术，其为利用光波导将图像投射给观察者，并且能够提供一个较为轻便的装置，实现人们感知虚拟图像于现实世界当中的一种方式。衍射光波导为光波导显示技术的其中一种方式，能够以传统镜片的型态，提供人们于现实世界中观看虚拟图像。如专利US10114220所述方案，如图1所示，其光波导显示的手段是采用衍射光栅作为图像于波导当中注入与取出的光学结构。对于现有衍射光波导结构的方案中，一方面，衍射光波导方案的衍射光栅易发生多缝衍射效应使光分散形成光谱，在显示效果上容易产生比较难以解决的彩虹纹问题；另一方面，衍射光波导工艺一般由纳米压印制程来实现，在制作过程中需要晶圆级设备工艺，另外，纳米压印工序繁琐，导致单位面积晶圆产出成本极高，使用如此工艺来生产制造衍射光波导，即使良率提升也难以解决光波导在晶圆制程中的高成本问题。所以，衍射光栅制作良率和成本问题导致增强现实显示系统价格居高不下，难以进入消费者使用领域。

发明内容

本发明实施例提供了一种增强现实显示系统，一方面，采用简单的结构设计和成熟的工艺制程，避免了衍射光波导制备要求高、工序繁琐导致良率低、成本高的问题，另一方面，通过本案所述的结构设计方法，能够有效消除鬼影提升成像质量。

第一方面，本发明实施例提供了一种增强现实显示系统，增强现实显示系统至少包括一光信号注入模块、一光波导模块和一光信号取出模块；

所述光信号注入模块位于光信号的传播路径上，用于调整所述光信号得到一整型光信号；其中，所述光信号包括一图像信号，所述图像信号可藉由光信号发生模块产生；

所述光波导模块位于所述整型光信号的传播路径上，并用于全反射传输所述整型光信号得到一传输光信号；

所述光信号取出模块位于所述传输光信号的传播路径上，用于调整所述传输光信号得到一出射光信号，所述出射光信号可进入使用者眼睛并被使用者眼睛所感知。

可选的，所述光信号取出模块至少包括一微结构阵列，所述微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，所述微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

可选的，所述微结构阵列至少包括第一光学面和第二光学面；所述第一光学面位于所述传输光信号的传播路径上，用于反射所述传输光信号形成第一反射光信号，所述第一反射光信号进入使用者眼睛经由感知形成虚拟图像。

可选的，所述传输光信号在所述光波导模块内进行全反射的入射角为α；所述第二光学面与基准平面之间的夹角为β，所述基准平面与所述传输光信号进行全反射时的入射面平行；

(90°-α-10°)≤β≤(90°-α+30°)；其中，30°＜α＜80°。

可选的，β＝90°-α；

所述第一光学面与所述基准平面之间的夹角为γ，γ＝α/2。

可选的，所述微结构阵列的微结构高度为H，所述微结构阵列的微结构宽度为P，满足：

可选的，所述微结构阵列包括一填充结构；所述填充结构为透明结构，所述填充结构的折射率与所述微结构阵列的折射率差异的绝对值在0.5以内。

可选的，所述增强现实显示系统还包括光学膜层，所述光学膜层包括出射光信号一、出射光信号二和出射光信号三：

所述光信号取出模块上设置有一光学膜层一，所述光学膜层一用于调整所述传输光信号得到一出射光信号一，所述出射光信号一可进入使用者眼睛并被使用者眼睛经由感知形成一虚拟图像一；同时，真实世界光信号也可经过所述光学膜层一穿透进入使用者眼睛而被使用者眼睛所感知；并且所述虚拟图像一可叠加于真实世界之感知；

所述光信号注入模块和所述光波导模块相接触时形成一接触面，在所述接触面上设置有一光学膜层二，所述光学膜层二用于实现对所述光信号增加透射，减少反射功能或对所述光信号进行角度和波长的选择功能；

当所述光信号注入模块和所述光波导模块一体设置，在所述光信号注入模块的光入射面上设置有一光学膜层三，所述光学膜层三用于实现对所述光信号增加透射，减少反射功能或对入射光线进行角度和波长的选择功能。

可选的，所述光信号注入模块和所述光波导模块相接触，所述光信号注入模块和所述光波导模块的接触面为一平面或者一曲面，所述接触面用于调整所述光信号得到所述整型光信号。

可选的，所述光信号注入模块和所述光波导模块一体设置，所述光信号注入模块的光入射面为一平面或者一曲面。

可选的，所述光信号注入模块至少包括一微结构阵列；所述微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，所述微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

可选的，所述增强现实显示系统包括一准直光学透镜；

所述准直光学透镜位于所述光信号的传播路径上，用于准直所述光信号进入所述光信号注入模块。

本发明实施例提供的增强现实显示系统，该系统包括信号发生模块、光信号注入模块、光波导模块和光信号取出模块；信号发生模块出射光信号；光信号注入模块调整光信号得到整型光信号，设置光波导模块全反射整型光信号得到传输光信号，可提高光束的能量利用率；进一步的，设置光信号取出模块替代现有技术中采用衍射光栅作为光波导取出结构，避免由于衍射效应引起的彩虹纹问题；同时，可减少传输光信号在光取出模块的重复反射或回圈反射次数，减少鬼影图像产生，使得出射光信号进入用户眼睛形成虚拟图像，提高了虚拟图像成像效果；环境光经过光信号取出模块进入用户眼睛形成真实图像，虚拟图像和真实图像的叠加形成增强显示效果，本发明提供的增强现实显示系统制备工艺简单、成本低、图像对比度高，虚拟图像和真实图像叠加可以达到增强现实的效果，提高用户的视觉体验感。

附图说明

图1为现有技术中提供的一种衍射光波导的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种增强现实显示系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光信号取出模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种增强现实显示系统的成像光路示意图；

图5为本发明所描述的重复反射光路示意图；

图6为本发明所描述的回圈反射光路示意图；

图7为本发明提供的一种微结构阵列的周期性排布的示意图；

图8为本发明提供的一种微结构阵列的准周期性排布的示意图；

图9为本发明提供的一种微结构阵列的非周期性排布的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种微结构的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图18为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图19为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图；

图20为本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图2为本发明实施例提供的一种增强现实显示系统的结构示意图；图3为本发明实施例提供的光信号取出模块的结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种增强现实显示系统的成像光路示意图；图5为为本发明所描述的重复反射光路示意图；图6为本发明所描述的回圈反射光路示意图。结合图2、图3和图4所示，本发明实施例提供的增强现实显示系统包括光信号注入模块2、光波导模块3和光信号取出模块4；光信号注入模块2位于光信号的传播路径上，用于调整光信号得到整型光信号；其中，光信号包括一图像信号，图像信号可藉由光信号发生模块1产生；光波导模块3位于整型光信号的传播路径上，用于全反射传输整型光信号得到一传输光信号A；光信号取出模块4位于传输光信号A的传播路径上，用于调整传输光信号A得到一出射光信号B，出射光信号B可进入使用者眼睛并被使用者眼睛所感知。

示例性的，本发明实施例提供的增强现实显示系统包括光信号注入模块2、光波导模块3和光信号取出模块4。采用信号发生模块1发射光信号，信号发生模块1为光信号发生器，光信号包括图像信号，例如图4中的虚线圆柱体，可以在用户眼睛(如图4中EE所示)的感知下形成虚拟图像。信号发生模块1可以选用微发光二极管显示面板(Micro LightEmitting Diode Display，Micro LED)、有机发光显示面板(Organic Light EmittingDiode Display，OLED)、液晶显示面板(Liquid Crystal Display，LCD)、发光二极管显示面板(Light Emitting Diode Display，LED)、硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)、数字光处理显示面板(Digital Light Processing，DLP)、激光光源等发光显示器，这里不做具体限制。

光信号注入模块2为光信号注入区，设置光信号注入模块2位于光信号的传播路径上，光信号注入模块2是与信号发生模块1对准的光学结构，可以将光信号汇聚耦合到光波导模块3内得到整型光信号，光波导模块3可以为透明光波导，整型光信号在光波导模块3内发生全反射形成传输光信号A，光波导模块包括平板结构或者弧形曲面结构，光信号能够满足TIR(全反射)的条件在光波导模块3介质中传输。如图2和图3是以光波导模块为平板结构为例进行说明，传输光信号A可以在平板结构的相对侧面发生多次全反射，在传输光信号A的传播路径上设置光信号取出模块4，光信号取出模块4为具有反射/透射功能镀膜平面，本案所述设计中，当传输光信号A达到光信号取出模块4后经一次反射，可有效减少传输光信号在光取出模块的重复反射或回圈反射次数，减少鬼影图像产生，光信号取出模块4调整传输光信号A得到一出射光信号B，出射光信号B可进入使用者眼睛并被使用者眼睛所感知，形成虚拟图像，提高了虚拟图像成像效果。环境光透过光信号取出模块4以及光波导模块3后进入用户眼睛形成真实图像，例如图4中实线表示的正方体图像光线，经过光信号取出模块4以及光波导模块3后进入用户眼睛，在用户眼睛的感知下形成真实图像，正方体图像和圆柱体图像叠加形成增强显示效果。

综上，本发明实施例提供的增强现实显示系统，包括信号发生模块、光信号注入模块、光波导模块和光信号取出模块；信号发生模块出射光信号；光信号注入模块调整光信号得到整型光信号，设置光波导模块全反射整型光信号得到传输光信号，可提高光束的能量利用率；进一步的，设置光信号取出模块替代现有技术中采用衍射光栅作为光波导取出结构，避免由于衍射效应引起的彩虹纹问题；同时，可减少传输光信号在光取出模块的重复反射或回圈反射次数，减少鬼影图像产生，使得出射光信号进入用户眼睛形成虚拟图像，提高了虚拟图像成像效果；环境光经过光信号取出模块进入用户眼睛形成真实图像，虚拟图像和真实图像的叠加形成增强显示效果，本发明提供的增强现实显示系统制备工艺简单、成本低，虚拟图像和真实图像叠加可以达到增强现实的效果，提高用户的视觉体验感。

可选的，光信号取出模块至少包括一微结构阵列，微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。其中，微结构阵列排列为周期性指的是结构排布有周期性规律，相对位置关系可重复呈现，如图7所示；准周期性指的是结构排布介于周期与非周期之间，局部相对位置为重复呈现，全局相对位置为不可重复出现，如图8所示；非周期性指的是结构排布无周期性规律，相对位置关系不可重复呈现，如图9所示；通过设置光信号取出模块包括至少一个微结构阵列，替代现有技术中采用衍射光栅作为光波导取出结构，避免由于衍射效应引起的彩虹纹问题作用。可选的，微结构阵列41包括第一光学面411和第二光学面412；第一光学面411位于传输光信号A的传播路径上，用于反射传输光信号A形成第一反射光信号，第一反射光信号进入使用者眼睛经由感知形成虚拟图像。

示例性的，如图3所示，光信号取出模块4至少包括一微结构阵列41，多个微结构阵列41沿图3中X方向紧密或间隔阵列排布为微结构阵列区，形成光信号取出结构，可实现对光信号发生器产生的图像光进行偏折、反射、聚焦等。进一步的，设置微结构阵列41包括第一光学面411和第二光学面412，第一光学面411含有镀膜层，镀膜层为可实现对传输光信号A一定反射和透射功能的膜层，同时，满足环境光可以透过。设置第一光学面411位于传输光信号A的传播路径上，用于一次反射传输光信号A形成出射第一反射光信号，其中，第一反射光信号也可称之为出射光信号B，出射光信号B进入用户眼睛经由感知形成虚拟图像；环境光经过波导镜片5进入用户眼睛形成真实环境图像，虚拟图像和真实环境图像叠加增强视觉成像。本发明采用反射/透射型光学面，可以有效避免采用衍射光栅作为图像波导注入和取出的光学结构时存在的衍射彩虹纹的问题。

可选的，传输光信号在光波导模块3内进行全反射的入射角为α；第二光学面412与基准平面P₁之间的夹角为β，基准平面P1与传输光信号A进行全反射时的入射面P₀平行；(90°-α-10°)≤β≤(90°-α+30°)；

其中，30°＜α＜80°。

示例性的，传输光信号在光波导模块3内进行全反射的的入射角为α，满足30°＜α＜80°，通过合理设置每个微结构阵列41的第二光学面412与基准平面P₁之间的夹角β满足：(90°-α-10°)≤β≤(90°-α+30°)，使得传输光信号A仅仅入射到第一光学面411发生一次反射后形成出射光信号B出射，出射光信号B用户眼睛形成虚拟图像，通过对第二光学面412与基准平面P₁之间的夹角β设定合理的范围内，可以有效避免由于夹角β过大，传输光信号A在相邻多个第一光学面411上发生重复反射，如图5所示；或者，由于夹角β过小，传输光信号A在第二光学面412和第一光学面411之间发生回圈反射，如图6所示，这两种情况都会引起的鬼影图像，造成图像模糊，最终影响视觉成像效果。通过合理设置第二光学面与基准平面之间的夹角为β在合理的范围内，可减少传输光信号在光取出模块的重复反射或回圈反射次数，减少鬼影图像产生，使得出射光信号进入用户眼睛形成虚拟图像，提高了虚拟图像成像效果。

采用本实施例提供的微结构阵列41，可有效减少光波导模块3内传输光信号A在光信号取出模块4内的反射次数，减少鬼影图像，提高虚拟图像的成像效果；同时，满足环境光经过光信号取出模块4进入用户眼睛形成真实图像，最终虚拟图像和真实图像增强叠加，形成增强现实体验。其中，如图3所示，基准平面P₁与整型光信号发生全反射时的入射面P₀平行；

其中，本实施例提供的微结构阵列可以采用UV成型，注塑成型，刀具雕刻成型，热压成型等工艺制备，相对衍射光波导制造工艺，制备工艺简单、低成本，具有较高良率，可实现普及型的增强现实显示设备制备需求。

图10为本发明实施例提供的一种微结构阵列的结构示意图。结合图3和图10所示，可选的，β＝90°-α；第一光学面411与基准平面P₁之间的夹角为γ，γ＝α/2。

在上述实施例的基础上，结合图3和图10所示，可选的，微结构阵列的微结构41的高度为H，微结构阵列41的微结构宽度为D，满足： 具有最佳成像显示效果。

示例性的，为了避免传输光信号A经过微结构阵列41的镀膜层后，透射光线持续传播进入到下一个微结构阵列41出现重复反射形成的鬼影，设置微结构阵列41的微结构高度为H，微结构阵列41的宽度为D。其中，微结构阵列41的微结构高度H为第一光学面411与第二光学面412的夹角与基准平面P₀之间的距离，微结构阵列41的微结构宽度D为第一光学面411远离第二光学面412的端点与第二光学面412远离第一光学面411的端点之间的距离。设置：确保传输光信号A在微结构阵列41内仅发生一次反射形成出射光信号B，即可实现无重复反射的消鬼影的光学结构设计。

在上述实施例的基础上，结合图3、图4和图10所示，微结构阵列41包括一填充结构413；填充结构413为透明结构；填充结构413的折射率与微结构阵列41的折射率差异的绝对值在0.5以内。

示例性的，结合图3、图4和图10所示，微结构阵列41包括一填充结构413，填充结构413采用透明结构的材料，例如，塑料、树脂、光学玻璃等。在第一光学面411和第二光学面412限定的区域填充折射率尽可能相同的透明材料，设置填充结构413的折射率与微结构阵列41的折射率差异的绝对值在0.5以内，可以实现光补偿，保证现实场景的环境光经过光补偿层后能够无畸变的进入人眼，在视网膜上形成清晰图像。

考虑到增强现实显示系统的信号发生模块出射光的光利用率，信号发生模块与光信号注入模块存在多种位置关系。图11-图20是本发明实施例提供的又一种增强现实显示系统的结构示意图。如图11-图20所示，光波导模块3为平板结构，可以透明光学玻璃，图中P₀所示指的平面为基准平面。信号发生模块1可以设置在光波导模块3的正上方，如图11-14所示；侧方，如图15-16示；或存在一定夹角，如图18-20所示，结合增强现实显示系统的尺寸、设计感以及佩戴舒适度等，信号发生模块1的位置可灵活调整，使得系统结构紧凑轻量化，提高佩戴者的舒适感。

其中，增强现实显示系统的光信号注入模块和光波导模块存在多种连接方式，继续参考图11-20所示，可选的，增强现实显示系统还包括光学膜层，光学膜层包括光学膜层号一、光学膜层二和光学膜层三；

光信号取出模块4上设置有一光学膜层一，光学膜层一用于调整传输光信号得到一出射光信号一，出射光信号一可进入使用者眼睛并被使用者眼睛经由感知形成一虚拟图像一；同时，真实世界光信号也可经过光学膜层一穿透进入使用者眼睛而被使用者眼睛所感知；并且虚拟图像一可叠加于真实世界之感知；

光信号注入模块2和光波导模块3相接触时形成一接触面，在接触面上设置有一光学膜层二，光学膜层二用于实现对光信号增加透射，减少反射功能或对光信号进行角度和波长的选择功能；当光信号注入模块2和光波导模块3一体设置，在光信号注入模块2的光入射面上设置有一光学膜层三，光学膜层三用于实现对光信号增加透射，减少反射功能或对入射光线进行角度和波长的选择功能。

示例性的，继续参考图11-20所示，增强现实显示系统还包括光学膜层，光学膜层也可称之为镀膜层，可以采用波长镀膜的方式限定光信号在光学膜层表面部分透射或反射，部分透射或反射的线束光束进入光波导模块内形成满足全反射入射条件的整型光信号，即约束光束的波长范围满足虚拟图像成像要求，例如，可见光范围的光信号被透射或反射。也可以采用角度镀膜的方式限定特定入射角的光信号进入光波导模块内发生全反射，例如，光信号在光学镀膜层的入射角范围可以满足45-90°，仅为示例，非具体限定。

在光信号取出模块4上设置有一光学膜层一，在上述实施例的基础上，可以将光学膜层一设置在第一光学面上，设置光学膜层一为兼具透射和反射功能的膜层，第一光学面调整传输光信号得到一出射光信号一，出射光信号一可进入使用者眼睛并被使用者眼睛经由感知形成一虚拟图像一；同时，真实世界光信号也可经过光学膜层一穿透进入使用者眼睛而被使用者眼睛所感知；并且虚拟图像一可叠加于真实世界之感知，采用反射/透射型光学面，可以有效避免采用衍射光栅作为图像波导注入和取出的光学结构时存在的衍射彩虹纹的问题。

结合图11-17和图19所示，当光信号注入模块2和光波导模块3相接触时形成一接触面21时，在接触面21上设置有一光学膜层二，光学膜层二可以设置在光信号注入模块2和光波导模块3的接触面21上，也可以镀膜在光波导模块3的接触面21上，光学膜层二用于实现对光信号增加透射，减少反射功能或对光信号进行角度和波长的选择功能。

如图18和图20所示，当光信号注入模块2和光波导模块3一体设置，在光信号注入模块2的光入射面上设置有一光学膜层三，光学膜层三用于实现对光信号增加透射，减少反射功能或对入射光线进行角度和波长的选择功能；同时，通过增镀光学膜层三可以减少杂散光的入射，提高虚拟图像的视觉成像效果

示例性的，结合图11-20所示，当光信号注入模块2和光波导模块3相接触，设置光信号注入模块2和光波导模块3为折射率不同的曲面互补结构。优选的，设置光波导模块3的折射率n2与光信号注入模块2的折射率n1具有一定的折射率差，当信号发生模块1出射的光信号由光信号注入模块2进入光波导模块3时发生折射，起到调整光信号方向的作用。

在上述实施例的基础上，结合图11-17和图19所示，可选的，光信号注入模块2和光波导模块3相接触，光信号注入模块2和光波导模块3的接触面为一平面或者一曲面，接触面用于调整光信号得到整型光信号。

示例性的，继续结合图11-17和图19所示，当光信号注入模块2和光波导模块3相接触存在接触面21，同时该接触面也是光信号注入模块2与信号发生模块1的对准面21，可以通过镀膜制备，与上述实施例提供的光学膜层21具有相同的效果。该对准面21可以是规则的平面，也可以是曲面，该对准面21还可以是微曲面阵列结构，可以实现与对应曲面结构相同的功能，对准面21需满足光学级洁净要求。其中，曲面包含且不限于球面、非球面、自由曲面中的任意一种，曲面形态既可以是向信号发生模块1凸起，也可以向背离信号发生模块1凹陷，起到调整光信号方向得到满足光波导模块3内全反射条件的整型光信号，减少杂散光，提高光束能量利用率。

在上述实施例的基础上，结合图18和图20所示，可选的，光信号注入模块2和光波导模块3一体设置，光信号注入模块2的光入射面为一平面或者一曲面。

示例性的，结合图18和图20所示，光信号注入模块2和光波导模块3可以一体制备得到，考虑到信号发生模块1的出光方向与基准平面P₀存在一定的夹角，示例性的，设置光信号发生模块1的出光方向与基准平面P₀呈Ω角度，为了进一提高收光效果，设置光信号注入模块2的光入射面采用平面或者曲面，其中，当光入射面采用平面时，入射面与基准平面P₀呈Ω角度成斜面形式，当光入射面采用曲面时，曲面包含且不限于球面、非球面、自由曲面中的任意一种，曲面形态向信号发生模块1凸起，通过平面或曲面设置，提高光信号注入模块2对光信号的收光效率。

在上述实施例的基础上，结合图12、14、17和19所示，可选的，光信号注入模块至少包括一微结构阵列；微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

示例性的，结合图12、14、17和19所示，光信号注入模块2至少包括一微结构阵列，微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构。其中，微结构阵列排列为周期性指的是结构排布有周期性规律，相对位置关系可重复呈现，继续参考图7所示；准周期性指的是结构排布介于周期与非周期之间，局部相对位置为重复呈现，全局相对位置为不可重复出现。继续参考图8所示；非周期性指的是结构排布无周期性规律，相对位置关系不可重复呈现，继续参考图9所示；通过此结构设置可以实现与光信号注入模块2和光波导模块3的接触面结构相同的功能，起到调整光信号方向得到满足光波导模块3内全反射条件的整型光信号，减少杂散光，提高光束能量利用率的作用。

在上述实施例的基础上，结合图20所示，可选的，增强现实显示系统还包括一准直光学透镜22；准直光学透镜22位于光信号的传播路径上，用于准直光信号进入光信号注入模块2。

示例性的，结合图20所示，增强现实显示系统还包括一准直光学透镜22，其中，准直光学透镜22可以是普通球面透镜，也可以是非球面透镜或自由曲面透镜。例如，选用中继光学系统。将准直光学透22设置在光信号的传播路径上，将光信号准直汇聚进入光信号注入模块2，进一步提高光信号入射光效率。

需要说明的是，本发明实施例提供的增强现实显示系统的结构不限于此，上述实施例提供的实施例可以任意组合，实现本发明实施例提供的增强现实显示系统虚拟图像和真实图像增强叠加的视觉成像效果，在上述说明的基础上，本领域技术人员能够想到采用上述实施例提供的结构，其均属于本发明实施例的保护范围，在此不再一一列举。

继续结合图11-图20所示，下面详细介绍下一些本发明实施例提供的增强现实显示系统的结构。

如图11所示，在本实施例中，光信号发生器1位于Y方向上，光波导3为平板结构，位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2与光波导3为折射率不同的曲面互补结构，图像光在光信号注入区2与光波导3的接触面发生折射进入到光波导3中，互补曲面表面镀膜处理；进入光波导3的图像光在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图12所示，在本实施例中，光信号发生器1位于Y方向上，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2的对准面21为与实施例一提供的一种曲面接触面等效的微结构阵列，图像光在光信号注入区2与波导区3的表面发生折射进入到光波导3中，微结构阵列表面进行镀膜处理，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本案所述的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图13所示，在本实施例中，光信号发生器1位于Y方向上，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2与光波导3为曲面互补结构，图像光在光信号注入区2与波导3的接触面发生反射进入到光波导3中，互补曲面表面进行镀膜处理，镀膜层21允许设计角度范围内光线反射进入光波导3，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图14所示，在本实施例中，光信号发生器1位于Y方向上，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2与光波导3为与实施例三提供的一种曲面接触面等效的微结构阵列，图像光在光信号注入区2与波导区3的表面发生反射进入到光波导3中，互补微结构表面进行镀膜处理；进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图15和图16所示，在本实施例中，光信号发生器1位于X方向上，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2与光波导3为折射率不同的曲面互补结构。图像光在光信号注入区2与波导区3的接触面发生折射进入到光波导3中，互补曲面表面进行镀膜处理，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图17所示，在本实施例中，光信号发生器1位于X方向上，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2与实施例五提供的一种曲面接触面等效的微结构阵列。图像光在光信号注入区2与波导区3的表面发生折射进入到光波导3中，微结构表面进行镀膜处理；进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图18所示，在本实施例中，光信号发生器1的出射光束方向与X方向的夹角为Ω，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2的对准面21为曲面，图像光在光信号注入区的对准面21发生折射进入到光波导中，对准面21表面还可以进行镀膜处理，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图19所示，在本实施例中，光信号发生器1的出射光束方向与X方向的夹角为Ω，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2的对准面为与实施例七提供的一种曲面等效的菲涅尔光学面，图像光在光信号注入区2的表面发生折射进入到光波导3中，菲涅尔结构表面进行镀膜处理，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

如图20所示，在本实施例中，光信号发生器1的出射光束方向与X方向的夹角为Ω，光波导3位于X方向上，光信号发生器1产生的图像光经过光信号注入区2进入光波导3，光信号注入区2的对准面21为平面光学面，中继光学系统22位于光信号发生器1与光信号注入区2中间，信号发生器1产生的图像光经过中继光学系统22后形成准直光线，准直光线经光信号注入区2进入光波导3，进入光波导3的光线在光波导3内部经过全反射到达光信号取出结构4，光信号取出结构4为本发明实施例提供的消除鬼影的微结构(结合图3和图10所示)，图像光信号经光信号取出结构4后进去用户眼睛形成虚拟图像。

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 (12)

1.一种增强现实显示系统，其至少包括一光信号注入模块、一光波导模块和一光信号取出模块；

所述光信号注入模块位于光信号的传播路径上，用于调整所述光信号得到一整型光信号；其中，所述光信号包括一图像信号，所述图像信号可藉由光信号发生模块产生；

所述光波导模块位于所述整型光信号的传播路径上，并用于全反射传输所述整型光信号得到一传输光信号；

所述光信号取出模块位于所述传输光信号的传播路径上，用于调整所述传输光信号得到一出射光信号，所述出射光信号可进入使用者眼睛并被使用者眼睛所感知。

2.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述光信号取出模块至少包括一微结构阵列，所述微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，所述微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述微结构阵列至少包括第一光学面和第二光学面；所述第一光学面位于所述传输光信号的传播路径上，用于反射所述传输光信号形成第一反射光信号，所述第一反射光信号进入使用者眼睛经由感知形成虚拟图像。

4.根据权利要求3所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述传输光信号在所述光波导模块内进行全反射的入射角为α；所述第二光学面与基准平面之间的夹角为β，所述基准平面与所述传输光信号进行全反射时的入射面平行；

(90°-α-10°)≤β≤(90°-α+30°)；其中，30°＜α＜80°。

5.根据权利要求4所述的增强现实显示系统，其特征在于，β＝90°-α；

所述第一光学面与所述基准平面之间的夹角为γ，γ＝α/2。

6.根据权利要求4所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述微结构阵列的微结构高度为H，所述微结构阵列的微结构宽度为P，满足：

7.根据权利要求2所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述微结构阵列包括一填充结构；所述填充结构为透明结构，所述填充结构的折射率与所述微结构阵列的折射率差异的绝对值在0.5以内。

8.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统还包括光学膜层，所述光学膜层包括光学膜层一、光学膜层二和光学膜层三：

所述光信号取出模块上设置有一光学膜层一，所述光学膜层一用于调整所述传输光信号得到一出射光信号一，所述出射光信号一可进入使用者眼睛并被使用者眼睛经由感知形成一虚拟图像一；同时，真实世界光信号也可经过所述光学膜层一穿透进入使用者眼睛而被使用者眼睛所感知；并且所述虚拟图像一可叠加于真实世界之感知；

所述光信号注入模块和所述光波导模块相接触时形成一接触面，在所述接触面上设置有一光学膜层二，所述光学膜层二用于实现对所述光信号增加透射，减少反射功能或对所述光信号进行角度和波长的选择功能；

当所述光信号注入模块和所述光波导模块一体设置，在所述光信号注入模块的光入射面上设置有一光学膜层三，所述光学膜层三用于实现对所述光信号增加透射，减少反射功能或对入射光线进行角度和波长的选择功能。

9.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述光信号注入模块和所述光波导模块相接触，所述光信号注入模块和所述光波导模块的接触面为一平面或者一曲面，所述接触面用于调整所述光信号得到所述整型光信号。

10.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述光信号注入模块和所述光波导模块一体设置，所述光信号注入模块的光入射面为一平面或者一曲面。

11.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述光信号注入模块至少包括一微结构阵列；所述微结构阵列为一微透镜阵列结构、一微棱镜阵列结构、一微反射镜阵列结构，所述微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

12.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统包括一准直光学透镜；

所述准直光学透镜位于所述光信号的传播路径上，用于准直所述光信号进入所述光信号注入模块。