AR显示装置和穿戴式AR设备制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有延迟曲面折半反射镜，延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，半透半反膜位于延迟基片背对偏振分光镜的一侧，延迟基片使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射，延迟基片还能对图像光线的相位进行延迟。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。

AR Display Device and Wearable AR Device

【技术实现步骤摘要】
AR显示装置和穿戴式AR设备
本专利技术涉及增强现实成像
，具体而言，涉及一种AR显示装置和穿戴式AR设备。
技术介绍
AR(AugmentedReality，增强现实)也被称为混合现实，其原理是通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。目前，人们可以通过穿戴式设备，如AR眼镜或AR头盔等，与真实世界进行互动。如图1示出了现有的AR眼镜或AR头盔中的AR显示装置的结构示意图，如图1所示，现有的AR显示装置光学系统包括像源11、分光镜3、曲面半反射镜4和位于分光镜3上方的透镜12，像源11设置在光学系统的上部，且像源11与透镜12之间有一定距离，像源11的图像光线从上方向下射入透镜12。与此同时，环境光线从曲面半反射镜4的右侧向左侧(人眼方向)射入，干扰光线还同时从分光镜的下方向上射入。图像光线的部分光线经过分光镜3的反射射向曲面半反射镜4，部分光线再经过曲面半反射镜4的反射射向分光镜3。与此同时，环境光线的部分光线依次穿过曲面半反射镜4和分光镜3抵达人眼；干扰光线的部分光线经过分光镜3的反射抵达人眼。部分图像光线、部分环境光线和部分干扰光线最终同时抵达人眼，使得用户能够看到外界真实环境的同时还可以看到叠加在真实环境中的像源11的图像。现有的AR显示装置存在以下缺陷：系统的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种AR显示装置和穿戴式AR设备。第一方面，本专利技术实施例提供了一种AR显示装置，包括图像投射装置和光路组件；所述图像投射装置包括像源；所述光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，其中，所述曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述延迟基片远离所述偏振分光镜的一侧。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述延迟曲面折半反射镜还包括增透膜，所述增透膜位于所述延迟基片临近所述偏振分光镜的一侧。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，匹配镜的一侧与像源之间紧密贴合；另一侧与透镜紧密贴合。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源和透镜时，像源与透镜之间紧密贴合。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述偏振分光镜包括偏振分光膜；所述偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；所述第一方向和所述第二方向相互垂直。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，偏振分光镜还包括分光镜基片。结合第一方面的第六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，偏振分光镜的反射平面和曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。结合第一方面的第七种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，β为0°～90°。结合第一方面的第七种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，β为40°～50°。结合第一方面的第八种或第九种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，当第一方向的偏振光和第二方向的偏振光在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0°～360°旋转时，偏振分光膜也要改变相应的角度。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，所述延迟基片用于将偏振态为第二方向的偏振光转换为圆偏振光，并将所述圆偏振光转换为偏振态为第一方向的偏振光；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。结合第一方面的第十一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十二种可能的实施方式，其中，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为30o～60o。结合第一方面的第十一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十三种可能的实施方式，其中，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为45o。结合第一方面、第一方面的第十一种、第十二种或第十三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十四种可能的实施方式，其中，所述延迟基片所采用的材料为光学塑料、光学玻璃或光学晶体。结合第一方面的第三种或第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十五种可能的实施方式，其中，匹配镜的折射率为1～2.7。结合第一方面的第十五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十六种可能的实施方式，其中，匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十七种可能的实施方式，其中，当匹配镜为液体材质、液晶或半固态材质时，图像投射装置还包括密封结构，将匹配镜密封于像源与透镜之间。结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第十八种可能的实施方式，其中，当匹配镜为固体材质时，像源、匹配镜和透镜相互直接连接。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第十九种可能的实施方式，其中，像源为集成光源的像源或单一像源。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种穿戴式设备，包括卡箍件和上述的AR显示装置。本专利技术的基本工作原理：本专利技术提供的AR显示装置和穿戴式AR设备，AR显示装置采用偏振光路组件，偏振光路组件包括在水平方向上依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，图像投射装置位于偏振分光镜的上方。从图像投射装置出射的图像光线投射到偏振分光镜上，图像光线中的第一方向的偏振光透过偏振分光镜射出至外界，图像光线中的第二方向的偏振光被反射到延迟曲面折半反射镜的增透膜的一侧，并在通过延迟基片时转变为圆偏振光，一部分光线射出至外界，另一部分被延迟曲面折半反射镜反射后再经过延迟基片，由圆偏振光转变成第一方向的偏振光，透过偏振分光镜进入人眼。最终部分图像光线被人眼接收到，使用户能够看到大可视角度的虚拟图像。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有延迟曲面折半反射镜，延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，半透半反膜位于延迟基片背对偏振分光镜的一侧，使原来只一次反射的曲面镜增加了折射和反射。在系统体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像系统的清晰度更高，可视角度更大。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的地和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AR显示装置，其特征在于，包括图像投射装置和光路组件；所述图像投射装置包括像源；所述光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，其中，所述延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述延迟基片远离所述偏振分光镜的一侧。

【技术特征摘要】
1.一种AR显示装置，其特征在于，包括图像投射装置和光路组件；所述图像投射装置包括像源；所述光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，其中，所述延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述延迟基片远离所述偏振分光镜的一侧。2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟曲面折半反射镜还包括增透膜，所述增透膜位于所述延迟基片临近所述偏振分光镜的一侧。3.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。4.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，所述匹配镜的一侧与所述像源之间紧密贴合；另一侧与所述透镜紧密贴合。5.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源和透镜时，所述像源与所述透镜之间紧密贴合。6.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜包括偏振分光膜；所述偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；所述第一方向和所述第二方向相互垂直。7.根据权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜还包括分光镜基片。8.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜的反射平面和所述延迟曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。9.根据权利要求8所述的AR显示装置，其特征在于，β为0°～90°。10.根据权利要求8所述的AR显示装置，其特征在于，β为40°～50°。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖冰，梁晓斌，徐驰，
申请(专利权)人：杭州太若科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11