光学系统及增强现实眼镜的制作方法

本公开涉及终端技术领域，尤其涉及一种光学系统及增强现实眼镜。

背景技术：

AR(Augmented Reality)眼镜可以将计算机生成的虚拟图像信息与用户的真实视觉信息叠加，并由用户所感知，从而达到超越现实的感官体验。如此，可以连通真实世界与虚拟世界，带给用户全新的视觉体验。

技术实现要素：

本公开提供一种光学系统及增强现实眼镜，以解决相关技术中的不足。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种光学系统，应用于增强现实眼镜，所述光学系统包括相配合的第一光结构、第二光结构以及第三光结构；

所述增强现实眼镜的光源发射的出射光线由所述第一光结构分离出第一类型的偏振光，所述第一类型的偏振光由所述第二光结构合成为第三类型的偏振光，所述第三类型的偏振光经所述第三光结构反射后由所述第二光结构合成为第二类型的偏振光，所述第二类型的偏振光经所述第一光结构出射；

环境光线透过所述第三光结构和所述第二光结构后由所述第一光结构分离出第二类型的偏振光，所述第二类型的偏振光经所述第一光结构出射；

其中，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光为偏振方向垂直的线偏振光。

可选的，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光中的任一方为P偏振光时，所述第二类型的偏振光与所述第一类型的偏振光中的另一方为S偏振光。

可选的，所述第三类型的偏振光包括圆偏振光。

可选的，所述第一光结构包括第一光学平板以及位于所述第一光学平板上的偏振反射膜，所述偏振反射膜用于反射所述第一类型的偏振光以及透射所述第二类型的偏振光。

可选的，所述第一光结构还包括吸收所述第一类型的偏振光的第一偏光片，所述第一偏光片相对于所述偏振反射膜靠近于佩戴者。

可选的，所述第二光结构包括第二光学平板以及位于所述第二光学平板上的第一波片，所述第一波片用于将由所述第一光结构分离出的第一类型的偏振光合成为所述第三类型的偏振光。

可选的，所述第一波片包括四分之一波片。

可选的，所述第三光结构包括第三光学平板以及位于所述第三光学平板上的光学薄膜，所述光学薄膜用于反射和透射光线。

可选的，还包括第四光结构，所述第四光结构包括层叠排布的第二波片以及第二偏光片，所述第二波片靠近于所述光源设置；

其中，所述第二偏光片用于吸收所述第二类型的偏振光，所述第二波片用于将经所述第二偏光片透射的所述第一类型的偏振光转换成第二类型的偏振光，以由所述第二偏光片吸收。

可选的，所述第二波片包括四分之一波片。

可选的，所述第四光结构位于所述光源上。

可选的，还包括第五光结构，所述第五光结构用于校正并均匀化来自所述光源的出射光线。

可选的，所述第五光结构包括场镜。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实眼镜，包括显示器以及如上述任一项实施例所述的光学系统。

可选的，所述显示器用于发射所述出射光线。

由上述实施例可知，本公开中的光学系统采用偏振反射式光学设计可以将环境光线与出射光线转换为射入人眼的偏振光，并且能在得到较大的视角的同时增大瞳孔的移动范围，以适用于具有不同瞳距的佩戴者；并且，该光学系统采用多重反射构架，有利于减轻增强现实眼镜的重量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种增强现实眼镜的佩戴示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的另一种光学系统的结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的另一种光学系统的结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的另一种光学系统的结构示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的另一种光学系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光学系统的结构示意图、图2是根据一示例性实施例示出的一种增强现实眼镜的佩戴示意图。如图1中所示光学系统100可以应用于图2中所述的增强现实眼镜200中，通过该光学系统100可以将朝向佩戴者的环境光线以及位于增强现实眼镜200上光源的出射光线转换成从该光学系统200出射的第二类型的偏振光，以此可以将虚拟环境信息与佩戴者的真实视觉信息结合，达到超越现实的感官体验。如图1所示，该光学系统100可以包括相配合的第一光结构1、第二光结构2以及第三光结构3，第一光结构1可以靠近于佩戴者的面部设置，第三光结构3则可以靠近于相对的另一侧设置。其中，环境光线与出射光线可以通过下述光学路径转换为从第一光结构1出射的第二类型的偏振光：

如图1所示为出射光线B的光学路径：自增强现实眼镜200的光源201发出的出射光线B经过第一光结构1后由该第一光学结构1分离出第一类型的偏振光，该第一类型的偏振光经第二光结构2后由其合成为第三类型的偏振光，该第三类型的偏振光再与第三光结构3接触后反射，从而由第二光结构2合成为第二类型的偏振光，并进一步由第一光结构1透射进入人眼。

如图3所示为环境光线A的光学路径：朝向佩戴者的环境光线A透过第三光学结构3以及第二光结构2后由第一光结构1分离出第二类型的偏振光，该第二类型的偏振光透射至人眼。

由上述实施例可知，本公开中的光学系统采用偏振反射式光学设计可以将环境光线与出射光线转换为射入人眼的偏振光，并且能在得到较大的视角的同时增大瞳孔的移动范围，以适用于具有不同瞳距的佩戴者；并且，该光学系统采用多重反射构架，有利于减轻增强现实眼镜的重量。

在上述各个实施例中，第二类型的偏振光与第一类型的偏振光可以为偏振方向相互垂直的线偏振光。举例而言，第二类型的偏振光可以为S偏振光，那么相对应的第一类型的偏振光可以为P偏振光；或者，第二类型的偏振光为P光，相对应的第一类型的偏振光为S光，如此，可以使得最终射入人眼的偏振光为P偏振光，亦即光学系统100是允许P偏振光透射，从而使得用户佩戴具有该光学系统100的增强现实眼镜200后可以观看液晶屏幕，拓宽应用场景，提升用户体验。

为便于描述，下述实施例均以第二类型的偏振光为P偏振光、第一类型的偏振光为S偏振光为例进行说明。

基于本公开的技术方案，仍以图1、图3所示实施例为例，第一光结构1可以包括第一光学平板11以及位于第一光学平板11上的偏振反射膜12，偏振反射膜12可以反射S偏振光并且能够透射P偏振光，所以通过偏振反射膜12可以将出射光线B分离为P偏振光和S偏振光，并且，S偏振光被反射、P偏振光被透射。其中，偏振反射膜12可以是通过胶体固定连接于第一光学平板11上；也可以是通过压印或者镀膜等工艺固定至第一光学平板11上，本公开并不对此进行限制。

在本实施例中，第二光结构2可以包括第二光学平板21以及位于第二光学平板21上的第一波片22，该第一波片22可以用于将由第一光结构1上的偏振反射膜12分离并反射的S偏振光合成为第三类型的偏振光。举例而言，第一波片22可以包括四分之一波片，从而在S偏振光的振动平面与四分之一波片的光轴之间呈45°夹角时，可以将S偏振光合成为圆偏振光，该圆偏振光可以透过第二光结构2并朝向第三光结构3运动。其中，第一波片22可以是通过胶体固定连接于第二光学平板21上；也可以是通过压印或者镀膜等工艺固定至第二光学平板21上，本公开并不对此进行限制。

进一步地，第三光结构3可以包括第三光学平板31以及位于第三光学平板31上的光学薄膜32，该光学薄膜32可以用于反射和透射光线。举例而言，在上一实施例中，由第二光结构2合成并透过的圆偏振光可以由该光学薄膜32进行反射，在被该光学薄膜32反射后圆偏振光可以改变旋向，例如，由反射前的左旋圆偏振光转换为右旋圆偏振光，而该右旋偏振光再一次经过第二光结构2后可以由第二波片22合成为P偏振光，该P偏振光则透过第一光学平板11、偏振反射膜12后抵达人眼。其中，光学薄膜32可以是通过胶体固定连接于第三光学平板31上；也可以是通过压印或者镀膜等工艺固定至第二光学平板31上；此外，该光学薄膜32可以为半透半反膜，即光学薄膜32的透射率和反射率分别为50％，当然，该光学薄膜32的反射率和透射率也可以遵循其他比例，本公开并不对此进行限制。其中，该第三光结构3朝向环境光线A的表面可以为球面或者非球面或者自由曲面等，本公开并不对此进行限制。

在上述各个实施例中，当佩戴者佩戴该增强现实眼镜200处于环境空间内时，必然存在区别于环境光线A以外的其他光线照射至光学系统100中。下述实施例仍以第二类型的偏振光为P偏振光、第一类型的偏振光为S偏振光为例进行说明。

在一实施例中，如图4所示，第一光结构1还可以包括第一偏光片13，当外部环境中存在环境光线C朝向第一光结构1运动时，该第一偏光片13可以将其分离成P偏振光以及S偏振光，而且S偏振光可由该第一偏光片13进行吸收，从而避免该S偏振光被偏振反射膜12反射至人眼，造成视觉干扰。其中，第一偏光片13相对于偏振反射膜11更加靠近于佩戴者的面部，从而避免由偏振反射膜11分离并反射出的S偏振光被该第一偏光片13吸收，有利于保证光路的畅通，同时，保证由环境光线C分离出的S偏振光不会被偏振反射膜12反射至人眼。举例而言，偏振反射膜12与第一偏光片13可以如图4所示分别位于第一光学平板11的两侧，当然，在其他可选实施例中，偏振反射膜12与第一偏光片13可以位于第一光学平板11的同一侧，本公开并不对此进行限制。

在本实施例中，为例避免由环境光线C分离出的并且透过第一光结构1的P偏振光干扰光源201，造成光学系统100内部杂光反射，仍以图4所示实施例为例，光学系统100还可以包括第四光结构4，该第四光结构4可以包括第二偏光片41，该第二偏光片41可用于吸收P偏振光，防止光学系统100内部杂散发射，提高成像质量。其中，第四光结构4可以独立设置也可以贴附在光源201上，本公开并不对此进行限制。

进一步地，该第四光结构4还可以包括第二波片42，该第二波片42相对于第二偏光片41更加靠近于光源201设置，且可以用于将经第二偏光片41透射的S偏振光转换成P偏振光，并由第二偏光片41进行吸收，第二波片42可以包括四分之一波片。具体而言，如图5所示，环境光线A经第一光结构1是可由偏振反射膜12分离出P偏振光和S偏振光，其中，P偏振光透过第一光结构1入射至人眼，S偏振光则由偏振反射膜11进行反射，被偏振反射膜11反射的S偏振光朝向第四光学结构4运动，并透过第二偏光片41，经过第二波片42后转换为圆偏振光，该圆偏振光遇到光源后被反射在此经过第二波片42转换为P偏振光，进一步由第二偏光片41吸收。

在上述各个实施例中，如图6所示，该光学系统100还可以包括第五光结构5，该第五光结构5可以用于校正并均匀化来自光源201的出射光线B，以提高成像质量。其中，该第五光结构5可以包括场镜，该场镜可以由单片或者多片透镜组合而成，本公开并不对此进行限制。

基于本公开中的技术方案，增强现实眼镜200的光源201可以为内置显示器，该内置显示器与第一光结构1、第二光结构2、第三光结构3、第四光结构4以及第五光结构5可以封装于眼镜框架内，进一步地，内置显示器可以位于光学系统100的焦平面，从而用户可以观看到位于无穷远处的成像；或者，该内置显示器也可以位于焦平面以内，从而用户可以观看到位于预设距离处的成像，该预设距离可以根据实际需求进行设计，例如1m、2m等，本公开并不对此进行限制。其中，第一光结构1、第二光结构2、第三光结构3、第四光结构4以及第五光结构5中的镜片可以是树脂镜片也可以是玻璃镜片；且镜片的曲度、相邻结构之间的间隔距离以及处于倾斜状态的结构的倾斜角度等参数都可以根据实际目的进行设计，本公开对此并不进行限制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。