一种用于增强现实的平面波导光学装置及增强现实设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于增强现实的平面波导光学装置及增强现实设备，所述平面波导光学装置包括图像光源、准直透镜组、偏振分光棱镜、偏振转换波片、第一偏振反射棱镜、第二偏振反射棱镜、平面导光衬底、偏振转换导光衬底和耦合输出面。由于采用了通过平面导光衬底和偏振转换导光衬底来引导图像光线的技术方案，只需要增加偏振转换导光衬底中的耦合输出面的面积就能够增大视场，而无需增加光学装置的厚度，所以解决了现有技术中的增强现实设备存在因采用基于45°反射式结构或者离轴光学结构，而无法调节视场和重量之间的矛盾的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学现实领域，尤其涉及一种用于增强现实的平面波导光学装置及增强现实设备。
技术介绍
增强现实(英文：Augmented Reality；简称：AR)，是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术。增强现实技术通常基于摄像头等图像采集设备获得的真实物理环境影像，通过计算机系统识别分析及查询检索，将与之存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的扩展信息或虚拟场景显示在真实物理环境影像中，从而使用户能够获得身处的现实物理环境中的真实物体的标注、说明等相关扩展信息，或者体验到现实物理环境中真实物体的立体的、突出强调的增强视觉效果。目前，增强现实设备一般通过基于45°反射式结构或者离轴光学结构来实现，但这些结构在视场增大和整体重量这两方面存在矛盾，例如，采用基于45°反射式结构的增强现实设备，为了增大视场，只有通过增加45°反射面的面积来实现，即增加反射式结构的厚度，否则就会由于鬼影的出现而导致原始图像的对比度降低，而增加了反射式结构的厚度就意味着整体显示系统重量的增加，给佩戴者带来了很大的不舒适感。因此，现有技术中的增强现实设备存在因采用基于45°反射式结构或者离轴光学结构，而无法调节视场和重量之间的矛盾的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于增强现实的平面波导光学装置及增强现实设备，以解决增强现实设备的视场和重量之间的矛盾。为了实现上述技术目的，本技术提供了一种用于增强现实的平面波导光学装置，包括图像光源、准直透镜组、偏振分光棱镜、偏振转换波片、
第一偏振反射棱镜、第二偏振反射棱镜、平面导光衬底、偏振转换导光衬底和耦合输出面；其中，所述图像光源用于发出图像光线；所述准直透镜组设置于所述图像光源的出射光路上，用于对所述图像光线进行准直处理，获得准直光线；所述偏振分光棱镜设置于所述准直透镜组的出射光路上，用于对所述准直光线进行分光处理，将所述准直光线中的S光反射，且将所述准直光线中的P光透射；所述偏振转换波片设置于所述偏振分光棱镜的出射光路上，用于将所述准直光线中的P光转换为S光并透射；所述第一偏振反射棱镜设置于所述偏振转换波片的出射光路上，用于反射所述偏振转换波片透射的S光；所述第二偏振反射棱镜设置于所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜的反射光路上，用于反射所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜反射的S光；所述平面导光衬底设置于所述第二偏振反射棱镜的反射光路上，用于将所述第二偏振反射棱镜反射的S光进行全反射传播；所述偏振转换导光衬底与所述平面导光衬底相邻，用于对所述平面导光衬底传播的S光进行偏振态的转换；所述耦合输出面设置于所述偏振转换导光衬底中，用于将经过所述偏振转换导光衬底转换后的光线输出至人眼；环境光线依次通过所述偏振转换导光衬底和所述耦合输出面进入人眼。可选地，所述耦合输出面包括多个子输出面，所述多个子输出面按所述图像光线在所述偏振转换导光衬底中的传播方向，依次平行设置。可选地，每个子输出面涂覆有透射膜。可选地，主轴光线与所述偏振转换导光衬底上下表面法线的夹角β-surf与主轴光线与所述耦合输出面法线的夹角β-ref之间满足下述关系：β-ref＝0.5*β-surf。可选地，所述偏振转换导光衬底的厚度，所述平面导光衬底的厚度H-small，所述平面导光衬底的长度C-Length，以及主轴光线与所述平面导光衬底的上下表面法线的夹角β-surf满足下述关系：C-Length＞6*(H-small*tan(β-surf))。可选地，所述偏振转换波片具体为1/4波片。可选地，所述偏振分光棱镜具体为一对直角棱镜胶合而成，其中一个直角棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。本技术实施例第二方面还提供一种增强现实设备，包括如第一方面任一所述的平面波导光学装置。本技术实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：1、由于采用了通过平面导光衬底和偏振转换导光衬底来引导图像光线的技术方案，只需要增加偏振转换导光衬底中的耦合输出面的面积就能够增大视场，而无需增加光学装置的厚度，所以解决了现有技术中的增强现实设备存在因采用基于45°反射式结构或者离轴光学结构，而无法调节视场和重量之间的矛盾的技术问题。2、由于采用了通过偏振转换波片将图像光线中的P光转换为S光，并传输至平面导光衬底和偏振转换导光衬底的技术方案，所以图像光线中的能量能够几乎全部进入平面导光衬底和偏振转换导光衬底中，从而提高了能量的利用率，与现有技术中通过基于45°反射式结构或者离轴光学结构的增强现实设备相比，在向用户提供同样亮度的虚拟图像的情况下，本技术实施例提供的平面波导光学装置的能耗明显降低。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：图1为本技术实施例提供的用于增强现实的平面波导光学装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的耦合输出面109中一个子输出面的光路示意图；图3为本技术实施例提供的子输出面1091上透射膜的反射率随角度变化示意图；图4为本技术实施例提供的光线在偏振转化导光衬底108中的转化示意图；图5为本技术实施例提供的平面波导光学显示器件的结构参数
示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术实施例第一方面提供一种用于增强现实的平面波导光学装置，请参考图1，图1为本技术实施例提供的用于增强现实的平面波导光学装置的结构示意图，如图1所示，该平面波导光学装置包括图像光源101、准直透镜组102、偏振分光棱镜组103、偏振转换波片104、第一偏振反射棱镜105、第二偏振反射棱镜106、平面导光衬底107、偏振转换导光衬底108和耦合输出面109；请参考图1，如图1所示，图像光源101用于发出图像光线；准直透镜组102设置于图像光源101的出射光路上，用于对图像光线进行准直处理，获得准直光线；偏振分光棱镜组103设置于准直透镜组102的出射光路上，用于对准直光线进行分光处理，将准直光线中的S光反射，且将准直光线中的P光透射；偏振转换波片104设置于偏振分光棱镜组103的出射光路上，用于将准直光线中的P光转换为S光并透射；第一偏振反射棱镜105设置于偏振转换波片104的出射光路上，用于反射偏振转换波片104透射的S光；第二偏振反射棱镜106设置于偏振分光棱镜组103和第一偏振反射棱镜105的反射光路上，用于反射偏振分光棱镜组103和第一偏振反射棱镜105反射的S光；平面导光衬底107设置于第二偏振反射棱镜106的反射光路上，用于将第二偏振反射棱镜106反射的S光进行全反射传播；偏振转换导光衬底108与平面导光衬底107相邻，用于对平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增强现实的平面波导光学装置，其特征在于，包括图像光源、准直透镜组、偏振分光棱镜、偏振转换波片、第一偏振反射棱镜、第二偏振反射棱镜、平面导光衬底、偏振转换导光衬底和耦合输出面；其中，所述图像光源用于发出图像光线；所述准直透镜组设置于所述图像光源的出射光路上，用于对所述图像光线进行准直处理，获得准直光线；所述偏振分光棱镜设置于所述准直透镜组的出射光路上，用于对所述准直光线进行分光处理，将所述准直光线中的S光反射，且将所述准直光线中的P光透射；所述偏振转换波片设置于所述偏振分光棱镜的出射光路上，用于将所述准直光线中的P光转换为S光并透射；所述第一偏振反射棱镜设置于所述偏振转换波片的出射光路上，用于反射所述偏振转换波片透射的S光；所述第二偏振反射棱镜设置于所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜的反射光路上，用于反射所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜反射的S光；所述平面导光衬底设置于所述第二偏振反射棱镜的反射光路上，用于将所述第二偏振反射棱镜反射的S光进行全反射传播；所述偏振转换导光衬底与所述平面导光衬底相邻，用于对所述平面导光衬底传播的S光进行偏振态的转换；所述耦合输出面设置于所述偏振转换导光衬底中，用于将经过所述偏振转换导光衬底转换后的光线输出至人眼；环境光线依次通过所述偏振转换导光衬底和所述耦合输出面进入人眼。...

【技术特征摘要】
1.一种用于增强现实的平面波导光学装置，其特征在于，包括图像光源、准直透镜组、偏振分光棱镜、偏振转换波片、第一偏振反射棱镜、第二偏振反射棱镜、平面导光衬底、偏振转换导光衬底和耦合输出面；其中，所述图像光源用于发出图像光线；所述准直透镜组设置于所述图像光源的出射光路上，用于对所述图像光线进行准直处理，获得准直光线；所述偏振分光棱镜设置于所述准直透镜组的出射光路上，用于对所述准直光线进行分光处理，将所述准直光线中的S光反射，且将所述准直光线中的P光透射；所述偏振转换波片设置于所述偏振分光棱镜的出射光路上，用于将所述准直光线中的P光转换为S光并透射；所述第一偏振反射棱镜设置于所述偏振转换波片的出射光路上，用于反射所述偏振转换波片透射的S光；所述第二偏振反射棱镜设置于所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜的反射光路上，用于反射所述偏振分光棱镜和所述第一偏振反射棱镜反射的S光；所述平面导光衬底设置于所述第二偏振反射棱镜的反射光路上，用于将所述第二偏振反射棱镜反射的S光进行全反射传播；所述偏振转换导光衬底与所述平面导光衬底相邻，用于对所述平面导光衬底传播的S光进行偏振态的转换；所述耦合输出面设置于所述偏振转换导光衬底中，用于将经过所述偏振转换导光衬底转换后的光线输出至人眼；环境光线依次通过所述偏振转换导光...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琴华，周旭东，喻秀英，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51