一种AR光学系统及AR显示设备技术方案

本发明专利技术公开了一种AR光学系统及AR显示设备，涉及显示技术领域，以削弱外界杂散光的影响，提高虚拟画面的清晰度。AR光学系统，包括显示器、透明导光件、偏振分束光栅以及光波导，透明导光件位于显示器的出光侧，包括入光面、出光面、第一表面和第二表面；透明导光件被配置为使从显示器发出的光，从入光面进入透明导光件；偏振分束光栅设置在第一表面和第二表面，偏振分束光栅被配置为透射P偏振光以及反射S偏振光，使显示器发出的S偏振光在透明导光件内进行全反射，并从出光面耦出；光波导具有入光区和出光区，入光区用于接收从出光面耦出的光，光波导被配置为使从入光区耦入的光在其内进行全反射，并从出光区耦出至人眼。

【技术实现步骤摘要】
一种AR光学系统及AR显示设备
本专利技术涉及显示
，尤其涉及一种AR光学系统及AR显示设备。
技术介绍
增强现实(AugmentedReality，简称AR)技术通过计算机技术将虚拟信息混合到真实世界的场景中，使真实的环境和虚拟的画面实时地呈现到同一个画面中，可以实现真实世界信息和虚拟世界信息的相互补充和叠加，从而使用户具有身临其境的沉浸感。AR技术的目标就是把虚拟世界融合在现实世界场景并进行互动。目前，AR显示设备主要以头戴式为主，例如AR眼镜。为了满足长期佩戴的舒适性，AR显示装置需要足够的轻薄化。在多种AR显示技术中，全息光波导技术以结构简单且体积小的平板波导作为光的传播媒质，利于实现AR显示装置的轻薄化。然而，受外界杂散光的影响下，AR显示设备展示的虚拟画面可能会出现重影或模糊的现象。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种AR光学系统及AR显示设备，以削弱外界杂散光的影响，提高虚拟画面的清晰度。为达到上述目的，一方面，本专利技术实施例提供了一种AR光学系统，包括：显示器，显示器用于展示虚拟图像；透明导光件，位于显示器的出光侧，包括入光面、出光面、第一表面和第二表面；透明导光件被配置为使从显示器发出的光，从入光面进入透明导光件；偏振分束光栅，偏振分束光栅设置在第一表面和第二表面，偏振分束光栅被配置为透射P偏振光以及反射S偏振光，且偏振分束光栅可使显示器发出的S偏振光在透明导光件内进行全反射，并从出光面耦出；光波导，具有入光区和出光区，入光区用于接收从出光面耦出的光，光波导被配置为使从入光区耦入的光在其内进行全反射，并从出光区耦出至人眼。进一步地，显示器为透明显示器，AR光学系统还包括：偏振调制器，位于透明显示器的背光侧，背光侧与出光侧相对，偏振调制器被配置为阻止S偏振光以及透射P偏振光。进一步地，显示器为非透明显示器，AR光学系统还包括：偏振调制器，位于非透明显示器的出光侧，且沿非透明显示器发出的光的传播方向，偏振调制器位于透明导光件的前端，偏振调制器被配置为阻止P偏振光以及透射S偏振光。更进一步地，偏振分束光栅为金属偏振光栅。进一步地，偏振分束光栅的周期为40nm～240nm。更进一步地，第一表面的偏振分束光栅和第二表面的偏振分束光栅的周期相同。进一步的，偏振分束光栅的基底的透射率大于或等于92％。进一步地，光波导内设有透反膜，透反膜被配置为使从入光区耦入的光的至少一部分在透反膜处反射，并从出光区垂直耦出至人眼。进一步地，透反膜的数量为多个，多个在出光区并排分布，透反膜被配置为使从入光区耦入的光的一部分在透反膜处反射，并从出光区垂直耦出至人眼；以及，使从入光区耦入的光的一部分在透反膜处透射；其中，沿光的传播方向，多个透反膜的反射率依次变大，多个透反膜的透射率依次变小。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种AR显示设备，包括AR光学系统以及用于固定并使所述AR光学系统易于佩戴的光学系统框架。本专利技术实施例提供的AR光学系统及AR显示设备，透明导光件第一表面或第二表面上设有偏振分束光栅，偏振分束光栅可以对入射的光进行有效的筛选。基于此，外界的光中的P偏振光可以透明导光件穿过第一表面和第二表面射向人眼，保证用户可以看到真实世界的场景；显示器发出的光中的S偏振光可以从入光面进入透明导光件，并在其内进行全反射，从出光面耦出至光波导，然后在光波导内全反射，并从出光区耦出至人眼，保证用户可以看到显示器展示的虚拟画面。另外，外界的光中的S偏振光无法穿过第一表面或第二表面进入透明导光件内部，避免了外界的光中的S偏振光穿过第一表面或第二表面进入透明导光件并随显示器发出的光中的S偏振光经过多次反射耦出至人眼，削弱外界杂散光的影响，提高虚拟画面的清晰度。附图说明为了更清楚地说明本专利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专利技术的一些实施例，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获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种AR光学系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的透明显示器的AR光学系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的非透明显示器的AR光学系统的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的AR光学系统的偏振分束光栅的结构示意图；图5为如图2所示的AR光学系统在入射光垂直入射时的反射率仿真结果图；图6为如图2所示的AR光学系统在入射光垂直入射时的透射率仿真结果图；图7为如图2所示的AR光学系统在入射光以45度倾斜角入射时的反射率仿真结果图；图8为如图2所示的AR光学系统在入射光以45度倾斜角入射时的透射率仿真结果图。附图标记：1-显示器；11-透明显示器；12-非透明显示器；2-透明导光件；21-入光面；22-出光面；3-偏振分束光栅；4-光波导；41-透反膜；5-偏振调制器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1为本专利技术实施例提供的一种AR光学系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的透明显示器的AR光学系统的结构示意图，图3为本专利技术实施例提供的非透明显示器的AR光学系统的结构示意图。本专利技术实施例提供一种AR光学系统，如图1、图2和图3所示，包括显示器、透明导光件和光波导。如图1、图2和图3所示，在本专利技术实施例的AR光学系统中，显示器1用于展示虚拟图像。具体的，显示屏1可以是液晶显示(LiquidCrystalDisplay，简称LCD)屏、机发光二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AR光学系统，其特征在于，包括：/n显示器，所述显示器用于展示虚拟图像；/n透明导光件，位于所述显示器的出光侧，包括入光面、出光面、第一表面和第二表面；所述透明导光件被配置为使从所述显示器发出的光，从所述入光面进入所述透明导光件；/n偏振分束光栅，所述偏振分束光栅设置在所述第一表面和所述第二表面，所述偏振分束光栅被配置为透射P偏振光以及反射S偏振光，且所述偏振分束光栅可使所述显示器发出的所述S偏振光在所述透明导光件内进行全反射，并从所述出光面耦出；/n光波导，具有入光区和出光区，所述入光区用于接收从所述出光面耦出的光，所述光波导被配置为使从所述入光区耦入的光在其内进行全反射，并从所述出光区耦出至人眼。/n

【技术特征摘要】
1.一种AR光学系统，其特征在于，包括：
显示器，所述显示器用于展示虚拟图像；
透明导光件，位于所述显示器的出光侧，包括入光面、出光面、第一表面和第二表面；所述透明导光件被配置为使从所述显示器发出的光，从所述入光面进入所述透明导光件；
偏振分束光栅，所述偏振分束光栅设置在所述第一表面和所述第二表面，所述偏振分束光栅被配置为透射P偏振光以及反射S偏振光，且所述偏振分束光栅可使所述显示器发出的所述S偏振光在所述透明导光件内进行全反射，并从所述出光面耦出；
光波导，具有入光区和出光区，所述入光区用于接收从所述出光面耦出的光，所述光波导被配置为使从所述入光区耦入的光在其内进行全反射，并从所述出光区耦出至人眼。


2.根据权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述显示器为透明显示器，所述AR光学系统还包括：
偏振调制器，位于所述透明显示器的背光侧，所述背光侧与所述出光侧相对，所述偏振调制器被配置为阻止S偏振光以及透射P偏振光。


3.根据权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述显示器为非透明显示器，所述AR光学系统还包括：
偏振调制器，位于所述非透明显示器的出光侧，且沿所述非透明显示器发出的光的传播方向，所述偏振调制器位于所述透明导光件的前端，所述偏振调制器被配置为阻止P偏振光以及透射S偏振光。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩娜，董瑞君，武玉龙，王晨如，栗可，白家荣，张浩，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，北京京东方光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11