一种双焦面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双焦面AR光学系统及AR显示设备。该光学系统包括第一微显示器、第二微显示器、偏振单元、放大透镜组及成像镜组；第一微显示器的出光面与第二微显示器的出光面垂直；第一微显示器出射第一显示图像的图像光束；偏振单元透射其中的第一偏振态光线至放大透镜组；第二微显示器出射第二显示图像的图像光束；偏振单元还反射其中的第二偏振态光线至放大透镜组；放大透镜组放大第一及第二偏振态光线，并将放大的第一及第二偏振态光线分别作为第一及第二成像光束入射至成像镜组；成像镜组透射第一及第二成像光束以在观测位置分别形成第一及第二虚拟图像，还透射外界光线以在观测位置形成实物图像；放大透镜组与第一微显示器的垂直距离可调。示器的垂直距离可调。示器的垂直距离可调。

【技术实现步骤摘要】
一种双焦面AR光学系统及AR显示设备


[0001]本专利技术实施例涉及AR技术，尤其涉及一种双焦面AR光学系统及AR显示设备。

技术介绍

[0002]对于增强现实系统，大视场能让一定距离内显示的虚像区域更大，充分增加使用者的沉浸感。
[0003]现有技术中，常规的AR光学系统的单个虚像都有其固定的虚像距，而外界的实物的距离不确定，虚像与实物不在一个焦平面上，容易出现当观察显示虚画面是清晰的，但附近的实物是模糊的，当观察实物是清晰的时候，显示的画面是模糊的，难以获得良好的虚实融合体验，即虚像和实物距离人眼的距离不同，人眼需不断的调节焦距使得观察实物是清晰的，同时显示的画面也是清晰，这样会导致人眼不断调焦，如此增加人的眩晕感，导致辐辏聚焦矛盾。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种双焦面AR光学系统及AR显示设备，以缓解人的眩晕感，解决辐辏聚焦矛盾。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种双焦面AR光学系统，该双焦面AR光学系统包括：第一微显示器、第二微显示器、偏振单元、放大透镜组及成像镜组；
[0006]所述第一微显示器的出光面与所述第二微显示器的出光面垂直；
[0007]所述第一微显示器用于出射第一显示图像的图像光束；
[0008]所述第二微显示器用于出射第二显示图像的图像光束；
[0009]所述偏振单元用于将所述第一显示图像的图像光束中第一偏振态光线传输至所述放大透镜组，并将所述第二显示图像的图像光束中第二偏振态光线传输至所述放大透镜组；
[0010]所述放大透镜组用于放大所述第一偏振态光线，并将放大的所述第一偏振态光线作为第一成像光束入射至所述成像镜组内，以及放大所述第二偏振态光线；并将放大的所述第二偏振态光线作为第二成像光束入射至所述成像镜组内；
[0011]所述成像镜组用于透射所述第一成像光束以在观测位置形成第一虚拟图像，以及透射所述第二成像光束以在观测位置形成第二虚拟图像；
[0012]所述成像镜组还用于透射外界光线以在观测位置形成实物图像；
[0013]其中，所述放大透镜组与所述第一微显示器的垂直距离可调。
[0014]可选的，还包括变焦单元：
[0015]所述变焦单元用于带动所述放大透镜组运动，以调节所述放大透镜组与所述第一微显示器之间的垂直距离。
[0016]可选的，所述成像镜组包括平面反射镜组及曲面反射镜组；
[0017]所述平面反射镜组用于将所述放大透镜组出射的所述第一成像光束和所述第二
成像光束反射至所述曲面反射镜组；
[0018]所述曲面反射镜组用于反射所述第一成像光束和所述第二成像光束至所述平面反射镜组，以使所述第一成像光束和所述第二成像光束透过所述平面反射镜组到达观测位置，分别形成所述第一虚拟图像和所述第二虚拟图像；
[0019]所述曲面反射镜组还用于透射外界光线到达观测位置形成实物图像。
[0020]可选的，所述曲面反射镜组的光轴与所述平面反射镜组的透射面的夹角可调；
[0021]其中，所述曲面反射镜组的光轴与所述平面反射镜组的透射面的夹角θ满足：35
°
≤θ≤45
°
。
[0022]可选的，所述曲面反射镜组的中心与所述平面反射镜组的中心之间的垂直距离L可调；
[0023]其中，L满足：10mm≤L≤20mm。
[0024]可选的，所述成像镜组的光轴与所述放大透镜组的光轴垂直；
[0025]所双焦面AR光学系统还包括：反射片；
[0026]所述反射片用于将所述放大透镜组出射的所述第一成像光束和所述第二成像光束反射至所述成像镜组。
[0027]可选的，所述反射片与所述第一微显示器的出光面的夹角可调；
[0028]所述反射片与所述第一微显示器的出光面的夹角α满足：30
°
≤α≤60
°
。
[0029]可选的，所述放大透镜组包括沿光路依次设置的第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜和第四非球面透镜。
[0030]可选的，所述第一非球面透镜的焦距f1、所述第二非球面透镜的焦距f2、所述第三非球面透镜的焦距f3和所述第四非球面透镜的焦距f4满足：
‑
10mm≤f1/f2/f3/f4≤30mm。
[0031]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种AR显示设备，该AR显示设备包括上述第一方面所述的双焦面AR光学系统。
[0032]本专利技术实施例，当观测位置观测远近不同的实物图像时，通过调节放大透镜组与第一微显示器的垂直距离，整个双焦面AR光学系统的焦距变化，第一虚拟图像由清晰显示到模糊显示，对应第二虚拟图像由模糊显示到清晰显示，这样各虚拟图像的清晰图像根据观测位置需观测的远近不同的实物图像的需求可以相互切换，满足各清晰图像的虚拟图像对应的虚像距与远近不同的实物图像的实物距相同，各清晰图像的虚拟图像与远近不同的实物图像在同一焦面上，避免了人眼不断调焦，解决辐辏聚焦矛盾，缓解了人眼的眩晕感，并同时通过虚拟图像与实物图像的结合增强了虚实融合的体验感。解决了现有技术单个虚拟图像本身无层次感，导致人眼不断调焦使得单一虚拟图像与远近不同的实物图像均变清晰实现虚实融合，如此增加人眼的眩晕感。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例提供的一种双焦面AR光学系统的结构示意图；
[0034]图2是本专利技术实施例提供的各虚像面的结构示意图；
[0035]图3是本专利技术实施例提供的另一种双焦面AR光学系统的结构示意图；
[0036]图4是本专利技术实施例提供的另一种双焦面AR光学系统的结构示意图；
[0037]图5是图4中的一种双焦面AR光学系统的侧视结构示意图；
[0038]图6是本专利技术实施例提供的另一种双焦面AR光学系统的结构示意图；
[0039]图7是图6中一种双焦面AR光学系统的侧视结构示意图；
[0040]图8是本专利技术实施例提供的另一种双焦面AR光学系统的结构示意图；
[0041]图9是本申请实施例提供的一种AR显示设备的结构示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0043]图1是本专利技术实施例提供的一种双焦面AR光学系统的结构示意图，如图1所示，该双焦面AR光学系统包括第一微显示器10、第二微显示器20、偏振单元30、放大透镜组40及成像镜组50；第一微显示器10的出光面与第二微显示器20的出光面垂直；第一微显示器10用于出射第一显示图像的图像光束；第二微显示器20用于出射第二显示图像的图像光束；偏振单元30用于将第一显示图像的图像光束中第一偏振态光线传输至放大透镜组40，并将第二显示图像的图像光束中第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双焦面AR光学系统，其特征在于，包括：第一微显示器、第二微显示器、偏振单元、放大透镜组及成像镜组；所述第一微显示器的出光面与所述第二微显示器的出光面垂直；所述第一微显示器用于出射第一显示图像的图像光束；所述第二微显示器用于出射第二显示图像的图像光束；所述偏振单元用于将所述第一显示图像的图像光束中第一偏振态光线传输至所述放大透镜组，并将所述第二显示图像的图像光束中第二偏振态光线传输至所述放大透镜组；所述放大透镜组用于放大所述第一偏振态光线，并将放大的所述第一偏振态光线作为第一成像光束入射至所述成像镜组内，以及放大所述第二偏振态光线；并将放大的所述第二偏振态光线作为第二成像光束入射至所述成像镜组内；所述成像镜组用于透射所述第一成像光束以在观测位置形成第一虚拟图像，以及透射所述第二成像光束以在观测位置形成第二虚拟图像；所述成像镜组还用于透射外界光线以在观测位置形成实物图像；其中，所述放大透镜组与所述第一微显示器的垂直距离可调。2.根据权利要求1所述的双焦面AR光学系统，其特征在于，还包括变焦单元：所述变焦单元用于带动所述放大透镜组运动，以调节所述放大透镜组与所述第一微显示器之间的垂直距离。3.根据权利要求1所述的双焦面AR光学系统，其特征在于，所述成像镜组包括平面反射镜组及曲面反射镜组；所述平面反射镜组用于将所述放大透镜组出射的所述第一成像光束和所述第二成像光束反射至所述曲面反射镜组；所述曲面反射镜组用于反射所述第一成像光束和所述第二成像光束至所述平面反射镜组，以使所述第一成像光束和所述第二成像光束透过所述平面反射镜组到达观测位置，分别形成所述第一虚拟图像和所述第二虚拟图像；所述曲面反射镜组还用于透射外界光线到达观测位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，刘威，
申请(专利权)人：极瞳科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：