[发明专利]图像投射装置和AR显示设备

说明书

本发明提供了一种图像投射装置和AR显示设备，属于增强现实成像技术领域。本发明的图像投射装置，包括像源和透镜组件；透镜组件与像源紧密贴合，减少了光线进入透镜时交界面的折射率差，提高了透镜上表面的透过率，增加了光效率，也可以抑制杂散光和鬼像的产生。具有如下优点：第一，像源与透镜之间贴合或无间隙，使光学系统结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、佩戴舒适；第二，通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度；第三，减少了透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，并增强亮度；第四，元件排列紧凑，便于装调，系统强度高。

技术领域

本发明涉及增强现实成像技术领域，具体而言，涉及一种图像投射装置和AR显示设备。

背景技术

AR(Augmented Reality，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显示设备的结构示意图，如图1所示，现有的AR显示设备光学系统包括像源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设备至少存在以下缺陷：

1.像源与透镜之间具有间隙且间隙过大，造成光学系统结构尺寸偏大；

2.像源和透镜之间存在空气，折射率低，数值孔径较难提高，系统极限分辨率受限，设计难度高；

3.由于空气与透镜交界面的折射率差距较大，使得该面的反射率较高，容易对后续系统造成鬼像等杂散光；

4.元件的分布较分散，造成装调困难并且容易损坏。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种图像投射装置和AR显示设备，像源和透镜组件紧密贴合，可以减少透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，增强亮度。

第一方面，本发明实施例提供了一种图像投射装置，包括像源和透镜组件；所述透镜组件与所述像源紧密贴合。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述透镜组件包括匹配镜和/或透镜。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当所述透镜组件仅包括透镜时，所述像源与所述透镜之间紧密贴合。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当所述透镜组件包括匹配镜和透镜时，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。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述匹配镜的折射率为1～2.7。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。