一种可实现显示遮挡的透视光学系统及设备技术方案

本发明专利技术涉及光学设备技术领域，具体涉及一种可实现显示遮挡的透视光学系统及设备，包括包括沿成像光线的传播方向依次间隔设置的成像子系统、显示子系统及光学放大子系统。本发明专利技术中的当液晶处于第一状态时，不会对入射该液晶的光线的偏振方向进行调节，由此，该液晶的出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直，进而使得该液晶对应的第一图像中的像素无法透过，进而形成黑色遮挡，可以实现对外界物体成像光线的完全遮挡。可以实现对外界物体成像光线的完全遮挡。可以实现对外界物体成像光线的完全遮挡。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现显示遮挡的透视光学系统及设备


[0001]本专利技术涉及光学设备
，具体涉及一种可实现显示遮挡的透视光学系统及设备。

技术介绍

[0002]增强现实技术（AR）的显示设备，可以将虚拟信息与人眼可见的真实世界巧妙融合。虚拟现实技术（VR）的显示设备，可以虚拟信息模拟环境给人以沉浸感体验。AR显示设备的光学模组可以通过透镜系统或棱镜光学系统，将显示器件（LCD、OLED、LCOS等）上的图像放大投射到人眼的视网膜上，最终给观看者呈现出一种有一定距离感的大屏图像。
[0003]在现有的AR显示设备中，如图1所示，通过波导4来实现将显示屏形成的AR虚拟图像5传送至人眼的功能。同时，再通过波导4将对应的外界物体的光线6传送至人眼处。通过将AR虚拟图像5与外界物体的光线6进行叠加后形成最终的AR图像。但是，现有技术中当需要在AR图像中形成完全黑色的图像时，由于在黑色图像部分依然有外界物体的成像光线射入。所以，用户在该黑色图像部分仍可以观察到外界物体，进而不能真正实现对外界物体成像光线的完全遮挡。最终影响到AR图像的实际成像效果。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种可实现显示遮挡的透视光学系统及设备，该装置可以正实现对外界物体成像光线的完全遮挡，提高AR图像的实际成像效果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种可实现显示遮挡的透视光学系统，包括：沿成像光线的传播方向依次间隔设置的成像子系统、显示子系统及光学放大子系统；成像子系统用于获取外界物体的第一图像，并将第一图像投射至显示子系统的第一成像面上；显示子系统用于对第一图像进行遮挡处理以生成第二图像，光学放大子系统用于对第二图像进行调整生成第三图像；第三图像的像距大于第二图像的像距，第三图像的画幅面积大于第二图像的画幅面积；显示子系统包括处理器、液晶开关显示器、第一偏振片及第二偏振片；第一偏振片、液晶开关显示器及第二偏振片沿成像光线的传播方向依次排列设置；第一图像投射至第一偏振片上；第一偏振片允许透过的光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直；处理器与液晶开关显示器电性连接；液晶开关显示器包括多个液晶，每一液晶具有第一状态及第二状态，当液晶处于第一状态时，不会对入射光线的偏振方向进行调整，以使出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直；当液晶处于第二状态时，会对光线的偏振方向进行调整，以使出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相同；处理器
控制任一液晶处于第一状态或第二状态。
[0006]进一步的，显示子系统还包括：透明的自发光OLED显示屏，设置于第二偏振片与液晶开关显示器之间；透明的自发光OLED显示屏有多个显示单元构成，当显示单元处于激活状态时，显示对应的图像；当显示单元处于关闭状态时，为一透明结构。
[0007]进一步的，光学放大子系统包括：沿成像光线的传播方向依次设置的第一1/4相位片、半透半反膜、放大透镜、第二1/4相位片及反射式偏振片；放大透镜具有第一透射面及第二透射面，第一透射面位于靠近半透半反膜的一侧，第二透射面位于靠近第二1/4相位片的一侧，第一透射面及第二透射面均为向显示子系统一侧凸起的面，第一透射面的曲率大于第二透射面的曲率。
[0008]进一步的，成像子系统包括：微透镜矩阵，微透镜矩阵由多个子微透镜构成；每一子微透镜具有靠近液晶开关显示器设置的第一微透射面，及相对于第一微透射面设置的第二微透射面。
[0009]进一步的，成像子系统包括：成像透镜，设置于靠近外界物体的一端，用于获取第一图像；成像透镜具有相对设置的第一成像面及第二成像面，第一成像面为靠近液晶开关显示器设置的面，第二成像面为靠近外界物体设置的面；矫正透镜，设置于靠近第一成像面的一侧；矫正透镜具有相对设置的第一矫正面及第二矫正面，第一矫正面为靠近液晶开关显示器一侧的面，第二矫正面为靠近第一成像面一侧的面；第三1/4相位片，设置于靠近第二成像面的一侧；半透半反膜，设置在第二矫正面上；第四1/4相位片，设置于第一矫正面上；以及反射式偏振片，设置于第四1/4相位片远离第一矫正面的一侧。
[0010]进一步的，光学放大子系统还包括：补偿透镜，补偿透镜沿成像光线的传播方向依次具有第一补偿面及第二补偿面，第二补偿面与第一透射面胶合设置，半透半反膜夹设于第二补偿面与第一透射面之间，第一1/4相位片设置于靠近第一补偿面的一侧。
[0011]进一步的，成像子系统还包括：线性偏振片，设置于第三1/4相位片靠近外界物体的一侧，线性偏振片用于滤除杂光。
[0012]进一步的，液晶开关显示器为空间光调制器或LCD的液晶层。
[0013]进一步的，放大透镜及微透镜矩阵的材质为PMMA。
[0014]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种可实现显示遮挡的透视光学设备，包括上述的可实现显示遮挡的透视光学系统。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中的显示子系统包括液晶开关显示器、第一偏振片及第二偏振片。第一偏振片及第二偏振片分别设置在该液晶的光线入射侧及光线出射侧，且允许透过第一偏振片
及第二偏振片的光线的偏振方向相互垂直。当液晶处于第一状态时，不会对入射该液晶的光线的偏振方向进行调节，由此，该液晶的出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直，进而使得该液晶对应的第一图像中的像素无法透过，进而形成黑色遮挡，可以实现对外界物体成像光线的完全遮挡。
[0016]另外，当液晶处于第一状态时，会对入射该液晶的光线的偏振方向进行调节，该液晶的出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相同，由此，该液晶对应的第一图像中的像素可以顺利透过，以提高AR图像的实际成像效果。
附图说明
[0017]图1为现有技术中的AR光学系统的结构示意图。
[0018]图2为实施例1中可实现显示遮挡的透视光学系统的结构示意图。
[0019]图3为实施例1中液晶开关显示器的多个液晶阵列排列的示意图。
[0020]图4为实施例2中的可实现显示遮挡的透视光学系统的结构示意图。
[0021]图5为实施例3中的可实现显示遮挡的透视光学系统的结构示意图。
[0022]图6为实施例2中光线在光学放大子系统中传播路径示意图。
[0023]图7为实施例2中的可实现显示遮挡的透视光学系统的OTF图。
[0024]图8为实施例3中的可实现显示遮挡的透视光学系统的OTF图。
[0025]附图中： 1、放大透镜；11、第一透射面；12、第二透射面；13、补偿透镜；2、显示子系统；21、液晶开关显示器；22、透明的自发光OLED显示屏；3、微透镜矩阵；31、矫正透镜；32、成像透镜；4、波导；5、AR虚拟图像；6、外界物体的光线；71、第一1/4相位片；72、半透半反膜；73、第二1/4相位片；74、反射式偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现显示遮挡的透视光学系统，其特征在于，包括：沿成像光线的传播方向依次间隔设置的成像子系统、显示子系统及光学放大子系统；所述成像子系统用于获取外界物体的第一图像，并将所述第一图像投射至所述显示子系统的第一成像面上；所述显示子系统用于对第一图像进行遮挡处理以生成第二图像，所述光学放大子系统用于对所述第二图像进行调整生成第三图像；所述第三图像的像距大于所述第二图像的像距，所述第三图像的画幅面积大于所述第二图像的画幅面积；所述显示子系统包括处理器、液晶开关显示器、第一偏振片及第二偏振片；所述第一偏振片、液晶开关显示器及第二偏振片沿成像光线的传播方向依次排列设置；所述第一图像投射至第一偏振片上；所述第一偏振片允许透过的光线的偏振方向与所述第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直；所述处理器与液晶开关显示器电性连接；所述液晶开关显示器包括多个液晶，每一所述液晶具有第一状态及第二状态，当所述液晶处于第一状态时，不会对入射光线的偏振方向进行调整，以使出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相互垂直；当所述液晶处于第二状态时，会对光线的偏振方向进行调整，以使出射光线的偏振方向与第二偏振片允许透过的光线的偏振方向相同；所述处理器控制任一所述液晶处于第一状态或第二状态。2.根据权利要求1所述的一种可实现显示遮挡的透视光学系统，其特征在于，所述显示子系统还包括：透明的自发光OLED显示屏，设置于所述第二偏振片与液晶开关显示器之间；所述透明的自发光OLED显示屏有多个显示单元构成，当所述显示单元处于激活状态时，显示对应的图像；当所述显示单元处于关闭状态时，为一透明结构。3.根据权利要求1所述的一种可实现显示遮挡的透视光学系统，其特征在于，所述光学放大子系统包括：沿成像光线的传播方向依次设置的第一1/4相位片、半透半反膜、放大透镜、第二1/4相位片及反射式偏振片；所述放大透镜具有第一透射面及第二透射面，所述第一透射面位于靠近所述半透半反膜的一侧，所述第二透射面位于靠近所述第二1/4相位片的一侧，所述第一透射面及第二透射面均为向所述显示子系统一侧凸起的面，所述第一透射面的曲率大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫冠屹，靳云峰，
申请(专利权)人：北京极溯光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：