本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上增強(qiáng)顯示設(shè)備多采用半反半透的自由曲面加補(bǔ)償鏡的方式，這種增強(qiáng)顯示設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)從人眼側(cè)依次包括透鏡和顯示屏，但是受限于離軸反射和人臉，鼻子的限制，增強(qiáng)顯示部分的垂直方向視場(chǎng)角很難做大，基本小于60度視場(chǎng)角，很難做到增強(qiáng)部分和現(xiàn)實(shí)部分的視場(chǎng)角度匹配，例如，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810167800.7的專(zhuān)利文獻(xiàn)中記載的光學(xué)系統(tǒng)，其最大視場(chǎng)角也僅有54度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人眼的視覺(jué)范圍。

市面上還有一種使用波導(dǎo)的方式增強(qiáng)顯示設(shè)備，例如，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410210221.1和CN201480036269.3的專(zhuān)利文獻(xiàn)中記載的光學(xué)系統(tǒng)，受限于波導(dǎo)本身的性質(zhì)，其增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角依然很難做大。

另外，對(duì)于以上第一種采用自由曲面棱鏡的方式的增強(qiáng)顯示設(shè)備，因?yàn)樽杂汕婕庸?fù)雜，而且需要在自由曲面上增加半反半透鍍膜，同時(shí)需要和后面補(bǔ)償鏡進(jìn)行膠合，自由曲面棱鏡加工復(fù)雜，檢測(cè)較難，同時(shí)在自由曲面上半反半透鍍膜要求較高，和補(bǔ)償鏡膠合精度要求也較高，同時(shí)光學(xué)系統(tǒng)中各部件相對(duì)位置公差敏感，安裝難度大。

對(duì)于以上使用第二種光波導(dǎo)原理的增強(qiáng)顯示設(shè)備，最大的問(wèn)題在于角度難以擴(kuò)大，視場(chǎng)極大的受限于波導(dǎo)的性質(zhì)和材料，同時(shí)因?yàn)轳詈掀骷鄶?shù)為微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件，加工難度大，精度要求高，成本也較高，同時(shí)因?yàn)槭褂昧斯鈻诺木壒?，在人眼?cè)受限于衍射級(jí)次的關(guān)系，需要考慮消除雜散光的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有的增強(qiáng)顯示設(shè)備的增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角難以做到與現(xiàn)實(shí)部分的視場(chǎng)角一樣大的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)單元，每個(gè)光學(xué)單元從人眼側(cè)開(kāi)始依次包括吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光鏡，其中，

所述吸收式偏振器件、顯示屏、1/8波片、1/4波片均為光學(xué)透明元件，所述顯示屏發(fā)出的光線為線性偏振光。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述人眼、吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光鏡的光軸都在同一條直線上。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述反射透射分光鏡的一面設(shè)置有預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜，另外一面設(shè)置有增透膜。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述吸收式偏振器件側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光被所述吸收式偏振器件吸收。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，外界自然光經(jīng)過(guò)所述反射透射分光鏡之后，一部分的光線被反射，另一部分的光線依次通過(guò)所述反射透射分光鏡、所述1/8或1/4波片、顯示屏后，繼續(xù)有部分光線被所述吸收式偏振器件吸收，另一部分的光線通過(guò)所述吸收式偏振器件后，射入人眼。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/8波片側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光在第一次經(jīng)過(guò)1/8所述波片時(shí)，第一線性偏振光被轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光后，所述橢圓偏振光被所述反射透射分光鏡反射后，再次經(jīng)過(guò)所述1/8波片時(shí)，再被轉(zhuǎn)化為圓偏振光，與所述吸收式偏振器件通光方向一致的圓偏振光的分量通過(guò)所述吸收式偏振器件后，射入人眼；與所述吸收式偏振器件通光方向不一致的圓偏振光的分量被所述吸收式偏振器件吸收。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/4波片側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光在第一次經(jīng)過(guò)1/4波片時(shí)，第一線性偏振光被轉(zhuǎn)化為圓偏振光，所述圓偏振光被所述反射透射分光鏡反射后，再次經(jīng)過(guò)所述1/4波片時(shí)，再被轉(zhuǎn)化為第二線性偏振光，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過(guò)所述吸收式偏振器件后，射入人眼。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述1/8和/或1/4波片為復(fù)合波片或零級(jí)波片。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述1/8和/或1/4波片為消除色差的波片。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述吸收式偏振器件貼合于所述顯示屏的靠近人眼側(cè)表面，所述1/8或1/4波片貼合于所述顯示屏的遠(yuǎn)離人眼側(cè)表面。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述反射透射分光鏡為球面鏡或非球面鏡。

進(jìn)一步的，上述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括對(duì)稱(chēng)的左右眼兩個(gè)所述光學(xué)單元，每個(gè)光學(xué)單元的吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光鏡的光軸重合，作為每個(gè)光學(xué)單元的光軸，所述左右眼光學(xué)單元的光軸分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的方向偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)將透明顯示屏設(shè)置在反射透射分光鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側(cè)分別設(shè)置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設(shè)置為透明，能使增強(qiáng)的內(nèi)容經(jīng)反射后成虛像被人眼所看到，另外，現(xiàn)實(shí)中的光線也能透過(guò)顯示屏，讓人眼看到現(xiàn)實(shí)，顯示屏于人眼側(cè)的一面(顯示屏的正面)發(fā)出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進(jìn)入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠(yuǎn)離人眼側(cè)的一面(顯示屏的背面)發(fā)出的線性偏振光依次經(jīng)過(guò)1/8或1/4波片透射、反射透射分光鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進(jìn)入人眼，從而擴(kuò)大了增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角度，包括擴(kuò)大增強(qiáng)部分的垂直和水平方向視場(chǎng)角，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)部分和現(xiàn)實(shí)部分的視場(chǎng)角度匹配。同時(shí)，因?yàn)榉瓷涫皆O(shè)計(jì)，不同波長(zhǎng)的光線在反射鏡表面反射，光學(xué)系統(tǒng)的色差小。另外，本實(shí)施例因?yàn)闆](méi)有使用光柵，所以沒(méi)有因?yàn)檠苌浯渭?jí)帶來(lái)的雜散光，不會(huì)有使用光波導(dǎo)原理的增強(qiáng)顯示設(shè)備類(lèi)似的雜散光問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的增強(qiáng)部分光路示意圖；

圖2示出圖1的現(xiàn)實(shí)部分的光路示意圖；

圖3示出圖1和圖2組合成的復(fù)合光路示意圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的增強(qiáng)部分光路示意圖；

圖5示出圖4的現(xiàn)實(shí)部分的光路示意圖；

圖6示出圖4和圖5組合成的復(fù)合光路示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1～6所示，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)單元，每個(gè)光學(xué)單元從人眼1側(cè)開(kāi)始依次包括吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8或1/4波片4和反射透射分光鏡5，其中，

所述吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8波片、1/4波片4(相位延遲片)均為光學(xué)透明元件，所述顯示屏3發(fā)出的光線為線性偏振光。在此，本實(shí)施例通過(guò)將透明顯示屏設(shè)置在反射透射分光鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側(cè)分別設(shè)置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設(shè)置為透明，能使增強(qiáng)的內(nèi)容經(jīng)反射后成虛像被人眼所看到，另外，現(xiàn)實(shí)中的光線也能透過(guò)顯示屏，讓人眼看到現(xiàn)實(shí)，顯示屏于人眼側(cè)的一面(顯示屏的正面)發(fā)出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進(jìn)入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠(yuǎn)離人眼側(cè)的一面(顯示屏的背面)發(fā)出的線性偏振光依次經(jīng)過(guò)1/8或1/4波片透射、反射透射分光鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進(jìn)入人眼，從而擴(kuò)大了增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角度，包括擴(kuò)大增強(qiáng)部分的垂直和水平方向視場(chǎng)角，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)部分和現(xiàn)實(shí)部分的視場(chǎng)角度匹配。同時(shí)，因?yàn)榉瓷涫皆O(shè)計(jì)，不同波長(zhǎng)的光線在反射鏡表面反射，光學(xué)系統(tǒng)的色差小。另外，本實(shí)施例因?yàn)闆](méi)有使用光柵，所以沒(méi)有因?yàn)檠苌浯渭?jí)帶來(lái)的雜散光，不會(huì)有使用光波導(dǎo)原理的增強(qiáng)顯示設(shè)備類(lèi)似的雜散光問(wèn)題。

具體來(lái)說(shuō)，如圖1和4所示，對(duì)于增強(qiáng)部分而言，從顯示屏3發(fā)出的光線不會(huì)直接傳播入人眼，但需要讓顯示屏3發(fā)出的并從反射透射分光鏡5反射回來(lái)的光可以透過(guò)顯示屏4，進(jìn)入人眼1，即，需要把從顯示屏直接射向人眼的光吸收，因?yàn)檫@一部分為雜散光，另外，需要讓被反射透射分光鏡反射回來(lái)的光線透過(guò)，這樣人眼才可觀察到顯示屏上內(nèi)容成的放大的虛像，而不會(huì)直接看到屏上的內(nèi)容，為此在屏的前側(cè)加了吸收式偏振光2，這樣顯示屏3直接發(fā)出的朝人眼側(cè)的光線就會(huì)被吸收，而被反射回來(lái)的光線因?yàn)橛胁ㄆ?的緣故，偏振方向發(fā)生了改變，偏振方向發(fā)生改變的光可以透過(guò)該吸收式偏振片2，從而擴(kuò)大了增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角。

另外，如圖2和5所示，對(duì)于現(xiàn)實(shí)部分而言，從現(xiàn)實(shí)中發(fā)出的自然光為自由偏振態(tài)，光線經(jīng)過(guò)反射透射分光鏡5之后，一部分的光線被反射，另一部分的光線會(huì)通過(guò)反射透射分光鏡，入射至1/8或者1/4波片4，因?yàn)槿肷涔馐亲匀还猓ㄆ粫?huì)改變光線的偏振態(tài)，光線繼續(xù)通過(guò)透明顯示屏3和吸收式偏振片2，進(jìn)入人眼1，產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)圖像。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8波片4、1/4波片4的外形可為長(zhǎng)方體或者立方體，在面型上可為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，但外形可以不是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。反射透射分光鏡5的面型可為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)比較好加工，當(dāng)然非旋轉(zhuǎn)的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)也可以?，F(xiàn)有技術(shù)的自由曲面棱鏡的每個(gè)面都是光學(xué)系統(tǒng)的有效面，而且是非對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，各元件空間位置要求高，所以對(duì)于傾斜，旋轉(zhuǎn)等都會(huì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)造成影響。本實(shí)施例各元件在面型上都是對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，加工簡(jiǎn)單、精度要求低，安裝要求低。另外，本發(fā)明的顯示屏的實(shí)際外形可以是任意形狀，如矩形、圓形、異形等。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述人眼、吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光鏡的光軸都在同一條直線上，更加容易平衡光學(xué)像差，加工簡(jiǎn)單、精度要求低，安裝要求低。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述反射透射分光鏡的一面設(shè)置有預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜，所述分光膜可以讓部分光線透過(guò)，部分光線反射；所述反射透射分光鏡的另外一面設(shè)置有增透膜。在此，因?yàn)橐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的光路和現(xiàn)實(shí)的光路，缺一不可，所以所述反射透射分光鏡的一面設(shè)置有預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜；另外，為了確保足夠多的光線可以透過(guò)，所以在另外一面設(shè)置有增透膜。所述分光膜和增透膜可鍍或貼附于所述反射透射分光鏡表面。如圖1至3所示，可將預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜設(shè)置于反射透射分光鏡的靠近顯示屏側(cè)(前表面51)，另外將增透膜設(shè)置于反射透射分光鏡的遠(yuǎn)離顯示屏側(cè)(后表面52)；如圖4至6所示，也可以將預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜設(shè)置于反射透射分光鏡的遠(yuǎn)離顯示屏側(cè)(后表面52)，另外將增透膜設(shè)置于反射透射分光鏡的靠近顯示屏側(cè)(前表面51)。對(duì)于反射透射分光鏡只要一個(gè)面有預(yù)設(shè)反射率和透射率的分光膜即可，至于在哪個(gè)面有分光膜，使用效果上無(wú)太大差別，但是選擇不同的鍍膜面，光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)不一樣。

接上一實(shí)施例，具體來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣饩€有反射和透射，對(duì)于分光膜在前表面的情形，虛擬部分可以在只作為一個(gè)面來(lái)考慮，但現(xiàn)實(shí)部分要作為一個(gè)整體透鏡來(lái)考慮，所以對(duì)于后表面的面型有要求,它要保證自然光透過(guò)之后，光線角度不發(fā)生變化，這樣才能保證在人戴和不戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備所看到現(xiàn)實(shí)或者自然界沒(méi)有發(fā)生變形；另外，對(duì)于反射透射分光鏡5的材料,那就必須是透明光學(xué)材料，要讓自然光透過(guò)，還要滿足其他的一些光學(xué)特性,例如另外一個(gè)面的鍍膜、透過(guò)率、成型精度和信耐性等；

對(duì)于分光膜在后表面的情形，虛擬部分光線也要經(jīng)過(guò)反射透射分光鏡5內(nèi)部,所以對(duì)于前表面也是虛擬部分光路的一部分，在設(shè)計(jì)的時(shí)候它也是一個(gè)透鏡整體，要滿足虛擬顯示的光學(xué)要求，例如色差、畸變、解像力和材料等.對(duì)于現(xiàn)實(shí)部分，則同樣要看作一個(gè)透鏡整體來(lái)看.它要滿足現(xiàn)實(shí)光路的一些要求，例如上面所說(shuō)的變形、材料等等；

此外，對(duì)于在反射透射分光鏡5的另外一個(gè)面可以增加增透膜,也可以不加增透膜。對(duì)于光學(xué)性能來(lái)說(shuō)增透膜可以提高能量利用率，同時(shí)考慮到信耐性,畢竟有一個(gè)面直接暴露在空氣中，而且考慮到塑膠材料本身的硬度和穩(wěn)定性，另外，還可以在反射透射分光鏡5增加硬化膜、防指紋膜和防霧膜等。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，反射率和透射率各為50％。在此，當(dāng)反射率和透射率各為50％時(shí)，所述反射透射分光鏡即成為半反半透鏡。當(dāng)然，反射率和透射率也可以為其他比例，只是現(xiàn)實(shí)部分和增強(qiáng)部分的能量利用率會(huì)稍有改變，但一定要是有部分反射和部分透射的效果，因?yàn)橐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的光路和現(xiàn)實(shí)的光路，缺一不可。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交。在此，當(dāng)所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交，從顯示屏正面發(fā)出的第一線性偏振光可以被所述吸收式偏振器件全部吸收，從顯示屏正面發(fā)出的全部光線都不會(huì)射入人眼，這樣的吸收效果最好。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，如圖1和4所示，對(duì)于增強(qiáng)部分而言，所述顯示屏3發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏3于所述吸收式偏振器件2側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光被所述吸收式偏振器件3吸收。在此，為了不讓顯示屏發(fā)出的光直接進(jìn)入人眼，這里利用不同入射角度帶來(lái)的相位延遲差而產(chǎn)生的與吸收式偏振器件通光方向不一致的光線，可以被顯示屏前側(cè)的吸收式偏振器件吸收的原理，讓所述吸收式偏振器件吸收由顯示屏正面發(fā)出的光線，大大降低了雜光的影響，以便后續(xù)讓顯示屏背面的光線經(jīng)反射擴(kuò)大角度后，再進(jìn)入人眼，避免如果沒(méi)有所述吸收式偏振器件，人眼將直接看到顯示屏的圖像的問(wèn)題，如果人眼直接看到顯示屏的圖像，首先由于人眼與顯示屏離得太近，人眼無(wú)法看清顯示屏的圖像，其次，顯示屏的圖像沒(méi)有進(jìn)行放大，根本不會(huì)有增強(qiáng)的效果，所以本發(fā)明采用顯示屏背面的光線經(jīng)反射擴(kuò)大角度后的反射像，人眼可以看到由顯示屏被反射回來(lái)的放大的虛像。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，如圖2和5所示，從現(xiàn)實(shí)即自然界中發(fā)出的自然光經(jīng)過(guò)所述反射透射分光鏡5之后，一部分的光線被反射，另一部分的光線依次通過(guò)所述反射透射分光鏡5、所述1/8或1/4波片4、顯示屏3后，繼續(xù)有部分光線被所述吸收式偏振器件2吸收，另一部分的光線通過(guò)所述吸收式偏振器件2后，射入人眼，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)部分的光路。在此，從現(xiàn)實(shí)中發(fā)出的自然光為自由偏振態(tài)，光線經(jīng)過(guò)反射透射分光鏡之后，一部分的光線被反射，另外一部分的光線會(huì)通過(guò)反射透射分光鏡，入射至1/8或者1/4波片，因?yàn)槿肷涔馐亲匀还猓?/8或者1/4波片不會(huì)改變光線的偏振態(tài)，光線繼續(xù)通過(guò)顯示屏，在吸收式偏振片上部分的光線會(huì)被吸收，剩余部分的光線通過(guò)，進(jìn)入人眼，產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)圖像。圖1和圖2組合成的復(fù)合光路如圖3所示，圖4和圖5組合成的復(fù)合光路如圖6所示。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)采用1/8波片時(shí)，對(duì)增強(qiáng)部分而言，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/8波片側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光在第一次經(jīng)過(guò)1/8所述波片時(shí)，第一線性偏振光被轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光后，所述橢圓偏振光被所述反射透射分光鏡反射后，再次經(jīng)過(guò)所述1/8波片時(shí)，再被轉(zhuǎn)化為圓偏振光，與所述吸收式偏振器件通光方向一致的圓偏振光的分量通過(guò)所述吸收式偏振器件后，射入人眼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角的擴(kuò)大；與所述吸收式偏振器件通光方向不一致的圓偏振光的分量被所述吸收式偏振器件吸收，消除人眼雜光。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)采用1/4波片時(shí)，對(duì)增強(qiáng)部分而言，所述顯示屏發(fā)出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/4波片側(cè)發(fā)出的第一線性偏振光在第一次經(jīng)過(guò)1/4波片時(shí)，第一線性偏振光被轉(zhuǎn)化為圓偏振光，所述圓偏振光被所述反射透射分光鏡反射后，再次經(jīng)過(guò)所述1/4波片時(shí)，再被轉(zhuǎn)化為第二線性偏振光，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過(guò)所述吸收式偏振器件后，射入人眼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角的擴(kuò)大。在此，為了區(qū)分不同的線性偏振光的偏振方向，將兩種不同的偏振方向的線性偏振光分別稱(chēng)為第一線性偏振光和第二線性偏振光，第一線性偏振光的偏振方向與第二線性偏振光的偏振方向正交，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件的通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過(guò)所述吸收式偏振器件，不會(huì)有部分被吸收式偏振器件吸收的情況，所以相比于上一實(shí)施例的1/8波片，本實(shí)例采用1/4波片，能量利用率會(huì)更高。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述1/8波片可為復(fù)合波片或零級(jí)波片，所述1/4波片可為復(fù)合波片或零級(jí)波片，從而滿足各種應(yīng)用需求。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述1/8和/或1/4波片為消除色差的波片，從而能夠在擴(kuò)大增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角的同時(shí)，更好地消除色差。所述消除色差的波片可以是復(fù)合波片或零級(jí)波片。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，如圖1至6所示，所述吸收式偏振器件2貼合于所述顯示屏3的靠近人眼側(cè)表面，所述1/8或1/4波片4貼合于所述顯示屏3的遠(yuǎn)離人眼側(cè)表面，因?yàn)?，所述吸收式偏振器件和所?/8或1/4波片很薄，采用貼合的方式，可以方便安裝。當(dāng)然，所述吸收式偏振器件也可不貼合而是緊鄰于所述顯示屏的靠近人眼側(cè)表面，所述1/8或1/4波片也可不貼合而是緊鄰于所述顯示屏的遠(yuǎn)離人眼側(cè)表面。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述反射透射分光鏡的作用是將從顯示屏上發(fā)出的光線反射，同時(shí)使現(xiàn)實(shí)中的光可以透射進(jìn)入人眼，如圖1至6所示，所述反射透射分光鏡為可為曲面反射透射分光鏡，例如，可以是球面鏡或非球面鏡。其中，非球面鏡相差矯正效果更好，采用哪種面型的反射透射分光鏡可取決于具體光學(xué)設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括對(duì)稱(chēng)的左右眼兩個(gè)所述光學(xué)單元，每個(gè)光學(xué)單元的吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光鏡的光軸重合即都在同一條直線上，作為每個(gè)光學(xué)單元的光軸，所述左右眼光學(xué)單元的光軸分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的方向偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度。本實(shí)施例中，使用兩塊分離的光學(xué)單元，而且光學(xué)單元之間成一定的角度，顯光學(xué)單元分別向兩側(cè)傾斜，由于所述左右眼光學(xué)單元的光軸分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的方向偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，可以讓光學(xué)系統(tǒng)的整體視場(chǎng)角變大，左眼左側(cè)可以看到更寬的角度，右眼右側(cè)同樣可以看到更寬的角度，同時(shí)會(huì)避免鏡片與人鼻子的干涉，實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備具有更寬的整體視場(chǎng)角，用戶(hù)使用時(shí)，左右眼可以感覺(jué)到余光視覺(jué)的存在，提升了用戶(hù)使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備時(shí)的沉浸感，另外，所述左右眼光學(xué)單元的光軸分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的方向偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度時(shí)，需要對(duì)圖像作分塊處理。

本發(fā)明一實(shí)施例的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)中，所述預(yù)設(shè)角度小于等于30度，在此，將所述左右眼光學(xué)單元的光軸由原來(lái)的與人眼正視方向平行的方向分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的方向偏轉(zhuǎn)小于等于30度，即左眼視場(chǎng)中心即左眼光軸由人眼正視方向向左側(cè)偏轉(zhuǎn)小于等于30度，右眼視場(chǎng)中心即右眼光軸由人眼正視方向向右側(cè)偏轉(zhuǎn)小于等于30度，從而能夠滿足用戶(hù)左右眼感覺(jué)到余光視覺(jué)的存在的需求。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將透明顯示屏設(shè)置在反射透射分光鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側(cè)分別設(shè)置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設(shè)置為透明，能使增強(qiáng)的內(nèi)容經(jīng)反射后成虛像被人眼所看到，另外，現(xiàn)實(shí)中的光線也能透過(guò)顯示屏，讓人眼看到現(xiàn)實(shí)，顯示屏于人眼側(cè)的一面(顯示屏的正面)發(fā)出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進(jìn)入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠(yuǎn)離人眼側(cè)的一面(顯示屏的背面)發(fā)出的線性偏振光依次經(jīng)過(guò)1/8或1/4波片透射、反射透射分光鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進(jìn)入人眼，從而擴(kuò)大了增強(qiáng)部分的視場(chǎng)角度，包括擴(kuò)大增強(qiáng)部分的垂直和水平方向視場(chǎng)角，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)部分和現(xiàn)實(shí)部分的視場(chǎng)角度匹配。同時(shí)，因?yàn)榉瓷涫皆O(shè)計(jì)，不同波長(zhǎng)的光線在反射鏡表面反射，光學(xué)系統(tǒng)的色差小。另外，本實(shí)施例因?yàn)闆](méi)有使用光柵，所以沒(méi)有因?yàn)檠苌浯渭?jí)帶來(lái)的雜散光，不會(huì)有使用光波導(dǎo)原理的增強(qiáng)顯示設(shè)備類(lèi)似的雜散光問(wèn)題。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍。這樣，倘若本申請(qǐng)的這些修改和變型屬于本申請(qǐng)權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請(qǐng)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過(guò)軟件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語(yǔ)用來(lái)表示名稱(chēng)，而并不表示任何特定的順序。