一种增强现实成像装置及可穿戴设备的制作方法

本实用新型涉及增强现实领域，具体而言，涉及一种增强现实成像装置。

背景技术：

目前，增强现实技术在与智能设备相结合的过程中，通常会通过头盔显示器等设备作为显示的载体，其中，上述的头盔显示器中通常包括图像处理系统和与图像处理系统相连接的图像显示系统。可见，现有的虚拟现实显示技术在实现的过程中，通常是由多系统之间的结合实现的，这就使得现有的虚拟现实设备重量较重，结构较为繁琐；同时现有的虚拟显示设备通常需要较多的精密部件，这就使得虚拟显示设备会因精密部件的空间限制而导致视场角的限制，从而减小了视场角。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型提供了一种增强现实成像装置，能够分离多个系统，改变原有的固态连接为光路连接，从而减轻质量；并且通过该种装置还能够实现视场角的扩大。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种增强现实成像装置，所述增强现实成像装置设置于可穿戴设备中并包括照明组件和成像组件，其中，所述照明组件包括光源、显示元件以及线光栅元件，

所述光源用于发射第一偏振光；

所述线光栅元件设置于所述光源的出射光路上，用于接收所述第一偏振光，并将所述第一偏振光反射至所述显示元件；

所述显示元件设置于所述线光栅元件的反射光路上，用于接收所述第一偏振光，通过改变所述第一偏振光的偏振态得到第二偏振光，并将所述第二偏振光发射至所述线光栅元件；

所述线光栅元件，用于接收所述第二偏振光并将所述第二偏振光传输至所述成像组件；

所述成像组件设置在所述线光栅元件的出射光路上，用于接收所述第二偏振光，将所述第二偏振光进行处理后和自然光进行组合而得到图像。

作为一种可选的实施方式，所述成像组件包括偏振分光棱镜、四分之一波片以及反射镜，其中，

所述偏振分光棱镜用于接收所述第二偏振光并将所述第二偏振光传输至四分之一波片；

所述四分之一波片与所述偏振分光棱镜相连接，位于所述偏振分光棱镜的出射光路上，用于接收所述第二偏振光，通过改变所述第二偏振光的偏振态得到第三偏振光，并将所述第三偏振光发射至所述反射镜；

所述反射镜与所述四分之一波片相连接，位于所述四分之一波片的出射光路上，用于接收所述第三偏振光并将所述第三偏振光反射至所述四分之一波片；

所述四分之一波片，还用于接收所述第三偏振光，通过改变所述第三偏振光的偏振态得到第四偏振光，并将所述第四偏振光发射至所述偏振分光棱镜；

所述偏振分光棱镜，还用于接收所述第四偏振光和自然光，以及将所述第四偏振光反射后和所述自然光进行组合而得到图像。

作为一种可选的实施方式，所述反射镜为凹面反射镜，所述凹面反射镜用于汇聚及反射所述第三偏振光。

作为一种可选的实施方式，所述线光栅元件为曲面线光栅元件，所述曲面线光栅元件用于汇聚所述第一偏振光并将所述第一偏振光反射至所述显示元件。

作为一种可选的实施方式，所述曲面线光栅元件的曲率半径大于10毫米。

作为一种可选的实施方式，所述曲面线光栅元件与所述成像组件的底面之间的夹角范围为20°～70°。

作为一种可选的实施方式，所述光源设置于背光板中，所述显示元件包括LCOS显示面板，其中，

所述背光板用于限制所述第一偏振光的出光范围；

所述LCOS显示面板呈板状，并且与所述背光板相垂直，用于通过板面接收所述第一偏振光。

作为一种可选的实施方式，所述四分之一波片与所述偏振分光棱镜相互粘接；所述反射镜与所述四分之一波片相互粘接。

作为一种可选的实施方式，所述线光栅元件为片状线光栅元件。

第二方面，本实用新型提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括本实用新型内容第一发面所述的增强现实成像装置以及用于承载及固定所述增强显示成像装置的承载件。

根据本实用新型提供的增强现实成像装置，能够通过光源发光，并通过线光栅元件的作用减轻系统重量，增大视场角，并且通过显示元件调整光源发射的偏振光的偏振状态，以使成像组件可以接收到第二偏振光进而成像。可见，实施这种实施方式，可以解决以往多系统固态连接导致的系统重量较重的问题，以及视场角受限的问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对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实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对本实用新型范围的限定。

图1是本实用新型第一实施例提供的一种增强现实成像装置的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的一种增强现实成像装置的结构示意图；

图3是本实用新型第二实施例提供的一种增强现实成像装置的照明组件的结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例提供的另一种增强现实成像装置的照明组件的结构示意图。

主要元件符号说明：

11-光源；12-线光栅元件；13-显示元件；20-成像组件；21-偏振分光棱镜；22-四分之一波片；23-反射镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常情况下，附图中所示出和描述的本实用新型实施例所包括的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中所提供的本实用新型实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以使固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以使直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种增强现实成像装置，能够通过光源发光，并通过线光栅元件的作用减轻系统重量，增大视场角，并且通过显示元件调整光源发射的偏振光的偏振状态，以使成像组件可以接收到第二偏振光进而成像。可见，实施这种实施方式，可以解决以往多系统固态连接导致的系统重量较重的问题，以及视场角受限的问题。下面通过实施例进行描述。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

实施例1

请参阅图1，是本实施例提供的一种增强现实成像装置的结构示意图，该增强现实成像装置设置于可穿戴设备中并包括照明组件和成像组件20，其中，照明组件包括光源11、显示元件13以及线光栅元件12，

上述光源11用于发射第一偏振光；

线光栅元件12设置于光源11的出射光路上，用于接收第一偏振光，并将第一偏振光反射至显示元件13；

显示元件13设置于线光栅元件12的反射光路上，用于接收第一偏振光，通过改变第一偏振光的偏振态得到第二偏振光，并将第二偏振光发射至线光栅元件12；

线光栅元件12，还用于接收第二偏振光并将第二偏振光传输至成像组件20；

成像组件20设置在线光栅元件12的出射光路上，用于接收第二偏振光，将第二偏振光进行处理后和自然光进行组合而得到图像。

本实施例中，光源11可以为点光源。

在本实施例中，光源11为发射偏振光的光源11。

在本实施例中，光源11发射的偏振光为S态偏振光。

本实施例中，第二偏振光为P态偏振光。

本实施例中，线光栅元件12为具有线光栅的光学元件，其中线光栅用于透射P态偏振光，反射S态偏振光。

本实施例中，线光栅元件12具有入射光路，出射光路以及反射光路，其中，光源11设置在线光栅元件12的入射光路上，显示元件13设置在线光栅元件12的反射光路上，成像组件20设置在线光栅元件12的出射光路上。

在本实施例中，线光栅元件12的入射光路可以垂直于出射光路和反射光路，出射光路可以平行于反射光路。

本实施例中，显示元件13可以调整接收到的光线的偏振态。具体来说，显示元件13在接收到光源11发射的第一偏振光时被点亮，并改变第一偏振光为第二偏振光，再发射第二偏振光。

本实施例中，成像组件20用于接收第二偏振光，并调整第二偏振光为第四偏振光，并组合第四偏振光和自然光形成图像，以使用户可以观看到啊图像。

请参阅图3，图3是本实施例提供的一种增强现实成像装置的照明组件的结构示意图；图3是线光栅元件12为曲面元件时的结构示意图。

请参阅图4，图4是本实施例提供的另一种增强现实成像装置的照明组件的结构示意图；图4是线光栅元件12为平面元件时的结构示意图。

可见，图3对光线的汇聚能力要好于图4对光线的汇聚能力，因此，可知弯曲的线光栅元件12的弯曲度有很好聚光效果，能使更多的光线进入显示元件13，从而有效增强系统的亮度；线光栅元件12的弯曲度能让首尾两端的光线能够进入显示元件13，使得边缘接收的光线数量增多，进而提高系统的均匀性。

同时，该种照明组件可以实现短焦距大广角的增强现实系统，缩短后工作距离；并且，弯曲的线光栅元件12，比平直的线光栅高度短，适合于后工作距离较短的场合，能有效地增大系统的视场角。

可见，实施图1所示的增强现实成像装置，可以通过光源11发光，并通过线光栅元件12的作用减轻系统重量，增大视场角，并且通过显示元件 13调整光源11发射的偏振光的偏振状态，以使成像组件20可以接收到第二偏振光进而成像。可见，实施这种实施方式，可以解决以往多系统固态连接导致的系统重量较重的问题，以及视场角受限的问题。

实施例2

请参阅图2，是本实施例提供的一种增强现实成像装置的结构示意图。其中，图2所示的增强现实成像装置是由图1所示的增强现实成像装置优化得到的。

如图2所示，成像组件20包括偏振分光棱镜21、四分之一波片22以及反射镜23，其中，

偏振分光棱镜21用于接收第二偏振光并将第二偏振光传输至四分之一波片22；

四分之一波片22与偏振分光棱镜21相连接，位于偏振分光棱镜21的出射光路上，用于接收第二偏振光，通过改变第二偏振光的偏振态得到第三偏振光，并将第三偏振光发射至反射镜23；

反射镜23与四分之一波片22相连接，位于四分之一波片22的出射光路上，用于接收第三偏振光并将第三偏振光反射至四分之一波片22；

四分之一波片22，还用于接收第三偏振光，通过改变第三偏振光的偏振态得到第四偏振光，并将第四偏振光发射至偏振分光棱镜21；

偏振分光棱镜21，还用于接收第四偏振光和自然光，以及将第四偏振光反射后和和自然光进行组合而得到图像。

本实施例中，第四偏振光为S态偏振光。

本实施例中，偏振分光棱镜21的特性为P态偏振光透射，S态偏振光反射。

本实施例中，偏振分光棱镜21的材质可以为塑料材料，如APEL。塑料材料的密度小，可以进一步减轻系统的重量。

作为一种可选的实施方式，反射镜23为凹面反射镜23，凹面反射镜 23用于汇聚及反射第三偏振光。

作为一种可选的实施方式，线光栅元件12为曲面线光栅元件12，曲面线光栅元件12用于汇聚第一偏振光并将第一偏振光反射至显示元件13。

作为一种可选的实施方式，曲面线光栅元件12的曲率半径大于10毫米。

作为一种可选的实施方式，曲面线光栅元件12与成像组件20的底面之间的夹角范围为20°～70°。

作为一种可选的实施方式，光源11设置于背光板中，显示元件13包括LCOS显示面板，其中，

背光板用于限制第一偏振光的出光范围；

LCOS显示面板呈板状，并且与背光板相垂直，用于通过板面接收第一偏振光。

本实施例中，LCOS显示面板是LCD与CMOS集成电路有机结合的反射型新型显示面板。

作为一种可选的实施方式，四分之一波片22与偏振分光棱镜21相互粘连；反射镜23与四分之一波片22相互粘连。

作为一种可选的实施方式，线光栅元件12为片状线光栅元件12，用于减轻增强现实成像装置的重量。

实施这种实施方式，能够增强亮度和提高均匀性，可以在短焦距、短后工作距离下使用，使得系统的结构更加紧凑，增加系统的视场角。

实施这种实施方式，可以在增强现实智能眼镜中使用可弯曲的线光栅元件12，达到减轻重量、增加视场角的目的；并且通过控制偏振分光棱镜21的材质为塑料材料，如APEL，进一步减轻系统的重量；同时，使用可弯曲的线光栅元件12可以增强亮度和提高均匀性；另外，使用可弯曲的线光栅元件12可以在短焦距、短后工作距离下使用，使得系统的结构更加紧凑，增加系统的视场角。

本实用新型提供了一种使用可弯曲的线光栅增强现实成像装置的结构，并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述。故凡依本实用新型申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

可见，实施图2所示的增强现实成像装置，可以通过光源11发光，并通过线光栅元件12的作用减轻系统重量，增大视场角，并且通过显示元件 13调整光源11发射的偏振光的偏振状态，以使成像组件20可以接收到第二偏振光进而成像。可见，实施这种实施方式，可以解决以往多系统固态连接导致的系统重量较重的问题，以及视场角受限的问题。

实施例3

本实施例提供一种可穿戴设备，该种可穿戴设备包括实施例1或实施例2所描述的增强现实成像装置以及用于承载及固定增强显示成像装置的承载件。

可见，本实施例中所描述的可穿戴设备可以解决以往多系统固态连接导致的系统重量较重的问题，以及视场角受限的问题。

应理解，说明书通篇中提到的“本实施例中”、“本实用新型实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的多个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“本实施例中”、“本实用新型实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

在本实用新型的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应与权利要求的保护范围为准。