[发明专利]增强现实设备的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种增强现实设备的光学系统。

背景技术

目前市场上增强显示设备多采用半反半透的自由曲面加补偿镜的方式，这种增强显示设备的光学系统从人眼侧依次包括透镜和显示屏，但是受限于离轴反射和人脸，鼻子的限制，增强显示部分的垂直方向视场角很难做大，基本小于60度视场角，很难做到增强部分和现实部分的视场角度匹配，例如，申请号为CN200810167800.7的专利文献中记载的光学系统，其最大视场角也仅有54度，远远小于人眼的视觉范围。

市面上还有一种使用波导的方式增强显示设备，例如，申请号为CN201410210221.1和CN201480036269.3的专利文献中记载的光学系统，受限于波导本身的性质，其增强部分的视场角依然很难做大。

另外，对于以上第一种采用自由曲面棱镜的方式的增强显示设备，因为自由曲面加工复杂，而且需要在自由曲面上增加半反半透镀膜，同时需要和后面补偿镜进行胶合，自由曲面棱镜加工复杂，检测较难，同时在自由曲面上半反半透镀膜要求较高，和补偿镜胶合精度要求也较高，同时光学系统中各部件相对位置公差敏感，安装难度大。

对于以上使用第二种光波导原理的增强显示设备，最大的问题在于角度难以扩大，视场极大的受限于波导的性质和材料，同时因为耦合器件多数为微结构光学元件，加工难度大，精度要求高，成本也较高，同时因为使用了光栅的缘故，在人眼侧受限于衍射级次的关系，需要考虑消除杂散光的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种增强现实设备的光学系统，能够解决现有的增强显示设备的增强部分的视场角难以做到与现实部分的视场角一样大的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种增强现实设备的光学系统，该增强现实设备的光学系统包括光学单元，每个光学单元从人眼侧开始依次包括吸收式偏振器件、显示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光镜，其中，

所述吸收式偏振器件、显示屏、1/8波片、1/4波片均为光学透明元件，所述显示屏发出的光线为线性偏振光。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述人眼、吸收式偏振器件、显示屏、1/8或1/4波片和反射透射分光镜的光轴都在同一条直线上。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述反射透射分光镜的一面设置有预设反射率和透射率的分光膜，另外一面设置有增透膜。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向与所述第一线性偏振光的偏振方向正交。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述显示屏于所述吸收式偏振器件侧发出的第一线性偏振光被所述吸收式偏振器件吸收。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，外界自然光经过所述反射透射分光镜之后，一部分的光线被反射，另一部分的光线依次通过所述反射透射分光镜、所述1/8或1/4波片、显示屏后，继续有部分光线被所述吸收式偏振器件吸收，另一部分的光线通过所述吸收式偏振器件后，射入人眼。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述显示屏于所述1/8波片侧发出的第一线性偏振光在第一次经过1/8所述波片时，第一线性偏振光被转化为椭圆偏振光后，所述椭圆偏振光被所述反射透射分光镜反射后，再次经过所述1/8波片时，再被转化为圆偏振光，与所述吸收式偏振器件通光方向一致的圆偏振光的分量通过所述吸收式偏振器件后，射入人眼；与所述吸收式偏振器件通光方向不一致的圆偏振光的分量被所述吸收式偏振器件吸收。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述显示屏于所述1/4波片侧发出的第一线性偏振光在第一次经过1/4波片时，第一线性偏振光被转化为圆偏振光，所述圆偏振光被所述反射透射分光镜反射后，再次经过所述1/4波片时，再被转化为第二线性偏振光，所述第二线性偏振光与所述吸收式偏振器件通光方向一致，所述第二线性偏振光完全通过所述吸收式偏振器件后，射入人眼。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述1/8和/或1/4波片为复合波片或零级波片。

进一步的，上述增强现实设备的光学系统中，所述1/8和/或1/4波片为消除色差的波片。