增强现实投影系统及头戴显示设备技术方案

本实用新型专利技术公开了一种增强现实投影系统及头戴显示设备，其中增强现实投影系统包括显示模块、波导结构和光阑，显示模块用于显示成像，并发射显示成像的成像光束；波导结构显示模块发射的成像光束射向波导结构，成像光束在波导结构内部传递时具有非扩瞳方向和扩瞳方向；光阑设置于显示模块至波导结构之间的光路中，光阑用于限制成像光束在非扩瞳方向的出瞳位置，光阑包括沿非扩瞳方向的第一开口尺寸，在非扩瞳方向调节设置第一开口尺寸使出瞳位置在目视暂留位置。本实用新型专利技术提供一种增强现实投影系统及头戴显示设备，有效避免一维扩瞳波导系统出现视场缺失或者出瞳直径过大，保证整体系统的成像质量。

Augmented Reality Projection System and Head-mounted Display Equipment

【技术实现步骤摘要】
增强现实投影系统及头戴显示设备
本技术涉及增强现实
，尤其涉及一种增强现实投影系统及头戴显示设备。
技术介绍
增强现实(AugmentedReality)，简称AR，是一种实时地计算摄影机摄像的位置及角度并加上相应的图像技术，在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。在目前的AR头戴显示设备中，波导式AR系统具有结构紧凑，重量轻等优点是AR头戴显示的重要发展方向，在其中的一维扩瞳的波导模组中，扩瞳方向和非扩瞳方向对应的出瞳不一致，在投影系统设计时，按照非扩瞳方向设计易出现渐晕，即视场变暗，甚至出现视场缺失，人眼观察不到，按照扩瞳方向设计易出现出瞳直径过大，导致整体系统的成像质量降低。
技术实现思路
基于此，针对一维扩瞳的波导模组，按照非扩瞳方向设计易出现视场缺失，按照扩瞳方向设计易出现出瞳直径过大的问题，有必要提供一种增强现实投影系统，能够避免出现视场缺失或者出瞳直径过大，保证整体系统的成像质量。为实现上述目的，本技术提出的增强现实投影系统，包括：显示模块，用于显示成像，并发射显示成像的成像光束；波导结构，所述显示模块发射的所述成像光束射向所述波导结构，所述成像光束在所述波导结构内部传递时具有非扩瞳方向和扩瞳方向；光阑，设置于所述显示模块至所述波导结构之间的光路中，所述光阑用于限制所述成像光束在所述非扩瞳方向的出瞳位置，所述光阑包括沿非扩瞳方向的第一开口尺寸，在非扩瞳方向调节设置所述第一开口尺寸使出瞳位置在目视暂留位置。优选地，所述波导结构沿所述成像光束的长度为Dw，所述非扩瞳方向成像有第一出瞳，所述第一出瞳距离所述波导结构的所述成像光束出射面的出瞳距为De，所述非扩瞳方向出瞳孔径为DA，所述非扩瞳方向视场角α，则所述第一开口尺寸为L1＝DA+2(Dw+De)×tan(α÷2)。优选地，所述显示模块至所述光阑的光路系统中设置有透镜组件，所述透镜组件用于成像显示。优选地，所述透镜组件包括沿所述成像光束传播方向依次设置的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜。优选地，所述第一正透镜为凹凸透镜，所述第一负透镜为平凹透镜，所述第二正透镜和所述第三正透镜均为平凸透镜，所述第一正透镜的凸起面朝向所述第一负透镜，所述第一负透镜的凹面朝向所述第一正透镜，所述第二正透镜的凸起面和所述第三正透镜的凸起面相对设置。优选地，所述第一正透镜和所述第一负透镜的折射率大于等于所述第二正透镜的折射率，所述第一正透镜和所述第一负透镜的阿贝数小于等于所述第二正透镜的阿贝数。优选地，所述透镜组件包括沿成像光束传播方向依次设置的第二负透镜、第四正透镜和第五正透镜。优选地，所述第二负透镜为平凹透镜，所述第四正透镜和所述第五正透镜为平凸透镜，所述第二负透镜的凹陷面朝向所述成像光束的入射方向，所述第四正透镜和所述第五正透镜的凸起面相对设置。优选地，所述第二负透镜和所述第五正透镜的折射率大于等于所述第四正透镜折射率，所述第二负透镜和所述第五正透镜的阿贝数小于等于所述第四正透镜的阿贝数。优选地，所述透镜组件的每一光学元件于光轴对称设置。本技术还提供一种头戴显示设备，上面所述的增强现实投影系统，包括外壳，其中所述显示模块、所述波导结构以及所述光阑均设置于所述外壳内。本技术提出的技术方案中，光阑在非扩瞳方向的第一开口尺寸可调节设置，显示模块发射的成像光束通过光阑，并通过调节设定第一开口尺寸使非扩瞳方向的出瞳处于目视暂留位置，即此时观察者能够清晰看到整个视场的像，本技术通过光阑调整非扩瞳方向的开口尺寸，实现出瞳成像在目视暂留位置，避免了出现视场缺失或者出瞳成像直径过大，有效保证整体系统的成像质量。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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本技术增强现实投影系统一实施例的非扩瞳方向光路结构示意图；图2为图1中本技术增强现实投影系统的扩瞳方向光路结构示意图；图3为图1本技术增强现实投影系统非扩瞳方向光路的部分结构尺寸标记示意图；图4为本技术增强现实投影系统第二实施例非扩瞳方向光路结构示意图；图5为图3中本技术增强现实投影系统的扩瞳方向光路结构示意图；图6为图1和图3本技术增强现实投影系统中的光阑结构示意图。附图标号说明：本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。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的一部分实施例，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。需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。请参阅图1和图6，本技术提出的增强现实投影系统，包括：显示模块100、波导结构200和光阑300。显示模块100用于显示成像，并发射显示成像的成像光束110；显示模块100发射的成像光束射向波导结构200，成像光束110在波导结构200内部传递时具有非扩瞳方向310和扩瞳方向320；光阑300设置于显示模块100至波导结构200之间的光路中，光阑300用于限制成像光束110在非扩瞳方向310的出瞳位置，光阑300包括沿非扩瞳方向310的第一开口尺寸，在非扩瞳方向310调节设置第一开口尺寸使出瞳位置在目视暂留位置。具体地，显示模块100为LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶显示或者OLED(OrganicLight本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强现实投影系统，其特征在于，包括：显示模块，用于显示成像，并发射显示成像的成像光束；波导结构，所述显示模块发射的所述成像光束射向所述波导结构，所述成像光束在所述波导结构内部传递时具有非扩瞳方向和扩瞳方向；光阑，设置于所述显示模块至所述波导结构之间的光路中，所述光阑用于限制所述成像光束在所述非扩瞳方向的出瞳位置，所述光阑包括沿非扩瞳方向的第一开口尺寸，在非扩瞳方向调节设置所述第一开口尺寸使出瞳位置在目视暂留位置。

【技术特征摘要】
1.一种增强现实投影系统，其特征在于，包括：显示模块，用于显示成像，并发射显示成像的成像光束；波导结构，所述显示模块发射的所述成像光束射向所述波导结构，所述成像光束在所述波导结构内部传递时具有非扩瞳方向和扩瞳方向；光阑，设置于所述显示模块至所述波导结构之间的光路中，所述光阑用于限制所述成像光束在所述非扩瞳方向的出瞳位置，所述光阑包括沿非扩瞳方向的第一开口尺寸，在非扩瞳方向调节设置所述第一开口尺寸使出瞳位置在目视暂留位置。2.如权利要求1所述的增强现实投影系统，其特征在于，所述波导结构沿所述成像光束的长度为Dw，所述非扩瞳方向成像有第一出瞳，所述第一出瞳距离所述波导结构的所述成像光束出射面的出瞳距为De，所述非扩瞳方向出瞳孔径为DA，所述非扩瞳方向视场角α，所述第一开口尺寸为L1则L1＝DA+2(Dw+De)×tan(α÷2)。3.如权利要求1或2所述的增强现实投影系统，其特征在于，所述显示模块至所述光阑的光路系统中设置有透镜组件，所述透镜组件用于成像显示。4.如权利要求3所述的增强现实投影系统，其特征在于，所述透镜组件包括沿所述成像光束传播方向依次设置的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜。5.如权利要求4所述的增强现实投影系统，其特征在于，所述第一正透镜为凹凸透镜，所述第一负透镜为平凹透镜，所述第二正透镜和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高震宇，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37