一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备技术方案

本申请提供一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备，涉及光学技术领域，包括沿图像光束传输方向依次设置的超表面器件、偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件，图像光束经超表面器件后出射为第一偏振方向的偏振光束，偏振光束经偏振体光栅器件组衍射后以预设夹角入射全息体光栅组合器件，偏振光束经全息体光栅组合器件后，衍射光束转换为与第一偏振方向成镜像的第二偏振方向，透过偏振体光栅器件组出射；环境光依次透过全息体光栅组合器件和偏振体光栅器件组出射，能够有效的提高数字影像以及外界景象的透过率，提高增强现实显示效果，并且能够使得模组的结构紧凑小巧。小巧。小巧。

【技术实现步骤摘要】
一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备


[0001]本申请涉及光学
，具体涉及一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备。

技术介绍

[0002]增强现实技术（Augmented Reality，英文简称AR）是一种对使用者所看到的真实世界中的各类信息进行数字化景象增强的技术，它实时地将真实的世界和虚拟的世界结合在一起，在展示真实场景的同时，通过图像、视频、3D模型等技术为用户提供虚拟信息，实现虚拟信息与现实世界的相互融合，为人们带来与数字信息的真正交互体验。
[0003]随着增强现实技术的发展，以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起，尤其在安防和工业领域，增强现实技术体现了无与伦比的优势，大大改进了信息交互方式。
[0004]目前增强现实技术中的光学显示方案最常用的是Birdbath方案（后称BB方案）。传统BB方案中的光学设计是把来自显示源的光线投射至45
°
放置的分光镜上，分光镜具有固定反射率和透射率之比，能将入射的光线部分反射，而使其余部分透射通过。被分光镜反射的光线入射到合成器上，合成器一般为一个凹面镜，同样具有固定反射率和透射率之比，可以把光线重新反射进入人眼成像。具有固定反射率和透射率之比的分光镜和合成器在光路中能够使得用户同时看到由显示源生成的数字影像以及外界的景象，实现虚拟信息和现实世界的相互融合。
[0005]但传统BB方案存在以下缺点：显示源发出的成像光线和外界的自然光线均需通过分光镜和合成器进入人眼，分光镜和合成器所具有的固定反射率和透射率之比导致系统光效低和环境光透过率低，为使虚拟图像达到足够的亮度，需要增加光机的功率，会使光学系统的体积变大；同时，部分成像光线会经由合成器透射到系统外部，产生反向漏光问题。而且，光机内各元件基本都是共轴设置，其中分光镜至少需要和显示源宽度接近以便显示源出射的图像能够完全入射分光镜，如此一来也会导致模组整体结构较厚。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种全息偏振光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备，能够有效的提高数字影像以及外界景象的透过率，提高增强现实显示效果，并且能够使得模组的结构紧凑小巧。
[0007]本申请实施例的一方面，提供了一种全息偏振光学模组，包括沿图像光束传输方向依次设置的超表面器件、偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件，全息体光栅组合器件设置在偏振体光栅器件组的衍射光路上，图像光束经超表面器件后出射为第一偏振方向的偏振光束，偏振光束经偏振体光栅器件组衍射后以预设夹角入射全息体光栅组合器件，偏振光束经全息体光栅组合器件后，衍射光束转换为与第一偏振方向成镜像的第二偏振方向，透过偏振体光栅器件组出射；全息体光栅组合器件背离偏振体光栅器件组一侧的环境
光依次透过全息体光栅组合器件和偏振体光栅器件组出射。
[0008]在本申请的一种可行的实施方式中，偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件之间呈预设夹角设置，以使由偏振体光栅器件组衍射的第一偏振方向的偏振光束入射全息体光栅组合器件。
[0009]在本申请的一种可行的实施方式中，超表面器件至少包括第一光学超表面，第一光学超表面用于调制透过光束的偏振状态，以使透过的图像光束出射为第一偏振方向的偏振光束。
[0010]在本申请的一种可行的实施方式中，超表面器件还包括第二光学超表面，第二光学超表面位于第一光学超表面的出光侧，第二光学超表面具有预设光焦度，用于对透过的偏振光束准直出射。
[0011]在本申请的一种可行的实施方式中，全息体光栅组合器件包括贴合设置的全息体光栅和第三光学超表面，第三光学超表面位于全息体光栅靠近偏振体光栅器件组的一侧，偏振光束入射至全息体光栅并衍射，两次经过第三光学超表面的偏振光束由第一偏振方向转换为与第一偏振方向成镜像的第二偏振方向。
[0012]在本申请的一种可行的实施方式中，图像光束为复色光，偏振体光栅器件组包括第一偏振体光栅、第二偏振体光栅和第三偏振体光栅，第一偏振体光栅、第二偏振体光栅和第三偏振体光栅分别响应复色光中各波段光束向全息体光栅组合器件衍射。
[0013]在本申请的一种可行的实施方式中，全息体光栅组合器件包括第一全息体光栅、第二全息体光栅和第三全息体光栅，第一全息体光栅、第二全息体光栅和第三全息体光栅的光焦度不同，用于分别对应各波段光束以呈现多深度图像显示。
[0014]本申请实施例的另一方面，提供了一种近眼显示系统，包括显示器件以及如前述任意一项的全息偏振光学模组，全息偏振光学模组设置于显示器件的出光侧。
[0015]本申请实施例的再一方面，提供了一种增强现实穿戴设备，包括穿戴设备主体，以及设置在穿戴设备主体上的如前述的近眼显示系统，近眼显示系统的显示器件为激光束扫描器件，激光束扫描器件包括激光源以及沿激光源的出光方向依次设置的整形模组和微机电振镜，激光源出射的激光束经整形模组整形后通过微机电振镜扫描出射，穿戴设备主体包括目视镜，扫描出射的扫描激光束呈预设夹角入射目视镜，以与由目视镜像侧透过的外界景象叠加呈现增强现实显示。
[0016]本申请实施例的又一方面，提供了又一种增强现实穿戴设备，包括穿戴设备主体，以及设置在穿戴设备主体上的如前述的近眼显示系统，近眼显示系统的显示器件包括光源、偏振分光器件和空间光调制器，光源出射的光束经偏振分光器件反射至空间光调制器，反射的光束经空间光调制器调制为图像光束并反射，反射后的图像光束透过偏振分光器件透射。
[0017]本申请实施例提供的全息偏振光学模组，包括沿图像光束传输方向依次设置的超表面器件、偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件，全息体光栅组合器件设置在偏振体光栅器件组的衍射光路上，图像光束经超表面器件后出射为第一偏振方向的偏振光束，偏振光束经偏振体光栅器件组衍射后以预设夹角入射全息体光栅组合器件，偏振光束经全息体光栅组合器件后，衍射光束转换为与第一偏振方向成镜像的第二偏振方向，透过偏振体光栅器件组出射；全息体光栅组合器件背离偏振体光栅器件组一侧的环境光依次透过全息
体光栅组合器件和偏振体光栅器件组出射。由于超表面器件自身厚度较小，可直接贴合设置在玻璃等透明基材上，而且偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件均具有较小的厚度，使得全息偏振光学模组的整体结构紧凑，而且，还能够通过偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件的相应参数设置实现彩色显示和深度图像的呈现。利用偏振体光栅对于光束的偏振选择性，衍射元件的波长选择性，以及超表面器件的高能量利用率和超薄的结构特点，能够对图像光束和外界环境光束进行区分，降低光学系统的能量损耗，实现较佳的增强现实显示效果，且有利于实现近眼显示器件的小型化和轻薄化。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全息偏振光学模组，其特征在于，包括沿图像光束传输方向依次设置的超表面器件、偏振体光栅器件组和全息体光栅组合器件，所述全息体光栅组合器件设置在所述偏振体光栅器件组的衍射光路上，图像光束经所述超表面器件后出射为第一偏振方向的偏振光束，所述偏振光束经所述偏振体光栅器件组衍射后以预设夹角入射所述全息体光栅组合器件，所述偏振光束经所述全息体光栅组合器件后，衍射光束转换为与所述第一偏振方向成镜像的第二偏振方向，透过所述偏振体光栅器件组出射；所述全息体光栅组合器件背离所述偏振体光栅器件组一侧的环境光依次透过所述全息体光栅组合器件和所述偏振体光栅器件组出射。2.根据权利要求1所述的全息偏振光学模组，其特征在于，所述偏振体光栅器件组和所述全息体光栅组合器件之间呈预设夹角设置，以使由所述偏振体光栅器件组衍射的第一偏振方向的偏振光束入射所述全息体光栅组合器件。3.根据权利要求1或2所述的全息偏振光学模组，其特征在于，所述超表面器件至少包括第一光学超表面，所述第一光学超表面用于调制透过光束的偏振状态，以使透过的图像光束出射为第一偏振方向的偏振光束。4.根据权利要求3所述的全息偏振光学模组，其特征在于，所述超表面器件还包括第二光学超表面，所述第二光学超表面位于所述第一光学超表面的出光侧，所述第二光学超表面具有预设光焦度，用于对透过的所述偏振光束准直出射。5.根据权利要求1或2所述的全息偏振光学模组，其特征在于，所述全息体光栅组合器件包括贴合设置的全息体光栅和第三光学超表面，所述第三光学超表面位于所述全息体光栅靠近所述偏振体光栅器件组的一侧，所述偏振光束入射至所述全息体光栅并衍射，两次经过所述第三光学超表面的所述偏振光束由所述第一偏振方向转换为与所述第一偏振方向成镜像的第二偏振方向。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓鹏，魏一振，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：