光学系统及增强现实设备的制作方法

本发明涉及成像
技术领域：
，尤其涉及一种光学系统及增强现实设备。
背景技术：
：现有的增强现实设备，由于需要同时接收设备内显示屏的光线以及外部环境的光线，为了避免显示屏对用户观察外部环境时造成遮挡，通常会使用分光片对显示屏发出的光线进行反射，并对外部环境进入的光线进行透射，而这种情况导致显示屏发出的光线以及外部环境的光线在传输至人眼的过程中，有较多部分的光线被光学系统阻挡，从而降低光线传输效率，使人眼观察到的图像亮度降低。技术实现要素：本申请提出一种光学系统及增强现实设备，旨在解决现有技术中增强现实设备的光线传输效率低的问题。为实现上述目的，本发明提出了一种光学系统，所述光学系统包括显示屏、第一镜组以及第二透镜，所述第一镜组包括第一透镜；所述第一透镜包括靠近所述显示屏的第一表面以及远离所述显示屏的第二表面，所述第一表面相对所述显示屏倾斜设置；所述第二透镜包括靠近所述第一表面的第三表面以及远离所述第一表面的第四表面；所述第一表面上设有第一偏振反射膜，所述第三表面设有第二偏振反射膜，所述第二偏振反射膜靠近所述第一透镜的一侧还设有第一相位延迟器，所述第二偏振反射膜用于反射所述显示屏发出后，并经过所述第一相位延迟器的椭圆偏振光或圆偏振光。可选的，所述第一偏振反射膜的反射方向与所述第二偏振反射膜的反射方向相垂直。可选的，所述第一表面为平面结构，所述第一表面与所述显示屏呈45度夹角。可选的，所述光学系统还包括第二相位延迟片，所述第二相位延迟片设于所述显示屏与所述第一透镜之间。可选的，所述第二表面为凸球面结构或凹球面结构或菲涅尔面结构或自由曲面结构或液晶透镜结构。可选的，所述第三表面为球面或非球面或自由曲面，所述第四表面为球面或非球面或自由曲面。可选的，所述第四表面镀有减反射膜。可选的，所述显示屏为液晶附硅显示单元或液晶显示器显示单元或有机发光二极管显示单元或微型有机发光二极管显示单元。可选的，所述第一镜组还包括第三透镜，所述第三透镜设于所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧，所述第三透镜的至少一侧工作表面为曲面结构。为实现上述目的，本申请提出一种增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备包括壳体与如上述任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。本申请提出的技术方案中，所述显示屏发出的光线传输至所述第一表面，所述显示屏发出的光线为第一线偏振光，由于所述第一线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜的反射方向相垂直，因此所述第一线偏振光在所述第一表面发生反射，并反射至所述第二透镜的第三表面，由于所述第一透镜与所述第二透镜之间设有所述第一相位延迟器，所述第一线偏振光在经过所述第一相位延迟器后，从所述第一线偏振光转变为第一椭圆偏振光，所述第一椭圆偏振光在所述第二偏振反射膜发生反射，所述第一椭圆偏振光转变为第二椭圆偏振光，所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反。所述第二椭圆偏振光在被所述第二偏振反射膜反射后，再次经过所述第二相位延迟片，并且在所述第二相位延迟器片的作用下转变为所第二线偏振光，所述第二线偏振光的偏振方向与所述的一线偏振光的偏振方向相垂直，所述第二线偏振光在传输至所述第一表面的所述第一偏振反射膜时，有俗语所述第二偏线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜的透射方向相同，因此所述第二线偏振光透过所述第一表面以及所述第二表面后传输至人眼，通过在所述第一表面与所述第三表面之间设置偏振反射膜以及相位延迟器对光线的偏振方向进行改变，从而减小光线在通过所述光学系统的损耗，提高增强现实设备中的光线传输效率，解决了现有技术中增强现实设备的光线传输效率低的问题。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1是本发明光学系统的结构示意图；图2是本发明光学系统一实施例的光路示意图；图3是本发明光学系统另一实施例的光路示意图；图4是本发明光学系统另一实施例的光路示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100显示屏310第三表面200第一镜组320第四表面210第一透镜400第一偏振反射膜211第一表面500第一相位延迟器212第二表面600第二偏振反射膜220第三透镜700第二相位延迟片300第二透镜本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提供一种光学系统及增强现实设备。请参照图1与图2，所述光学系统包括显示屏100、第一镜组200以及第二透镜300，所述第一镜组200包括第一透镜210；所述第一透镜210包括靠近所述显示屏100的第一表面211以及远离所述显示屏100的第二表面212，所述第一表面211相对所述显示屏100倾斜设置；所述第二透镜300包括靠近所述第一透镜210的第三表面310以及远离所述第一透镜210的第四表面320；优选实施方式中，所述第三表面310为曲面结构。所述第一表面211上设有第一偏振反射膜400，所述第三表面310设有第二偏振反射膜600，所述第二偏振反射膜600靠近所述第一透镜210的一侧还设有第一相位延迟器500，所述第二偏振反射膜600用于反射所述显示屏100发出后，并经过所述第一相位延迟器500的椭圆偏振光或圆偏振光。具体的，光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转，如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，那么光线为椭圆偏振光，如果光矢量的端点轨迹是一个圆，那么该光线为圆偏振光。本申请提出的技术方案中，所述光学系统包括显示屏100、第一镜组200以及第二透镜300，所述第一镜组200包括第一透镜210；所述第一透镜210相对所述显示屏100倾斜设置，所述第一透镜210的第一表面211上设有第一偏振反射膜400，所述第三表面310设有第二偏振反射膜600，所述第二偏振反射膜600靠近所述第一透镜210的一侧还设有第一相位延迟器500；所述第一偏振反射膜400的反射方向与所述第二偏振反射膜600的反射方向相垂直。所述显示屏100发出的光线传输至所述第一表面211，所述显示屏100发出的光线为第一线偏振光，由于所述第一线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的反射方向相垂直，因此所述第一线偏振光在所述第一表面211发生反射，并反射至所述第二透镜300的第三表面310，由于所述第一透镜210与所述第二透镜300之间设有所述第一相位延迟器500，所述第一线偏振光在经过所述第一相位延迟器500后，从所述第一线偏振光转变为第一椭圆偏振光，所述第一椭圆偏振光在所述第二偏振反射膜600发生反射，所述第一椭圆偏振光转变为第二椭圆偏振光，所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反。所述第二椭圆偏振光在被所述第二偏振反射膜600反射后，再次经过所述第二相位延迟片700，并且在所述第二相位延迟片700的作用下转变为第二线偏振光。所述第二线偏振光在传输至所述第一表面211的所述第一偏振反射膜400时，由于所述第二偏线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的透射方向相同，因此所述第二线偏振光透过所述第一表面211以及所述第二表面212后传输至人眼，通过在所述第一表面211与所述第三表面310之间设置偏振反射膜以及相位延迟器对光线的偏振方向进行改变，从而能够使更多的从显示屏100发出的光线进入人眼，减小显示屏100发出的光线在进入人眼过程中的光能损耗，提高光线的传输效率，解决了现有技术中增强现实设备的光线传输效率低的问题。在另一具体实施方式中，当所述第一相位延迟器500的快轴方向与所述第二偏振反射膜600的反射方向呈45度夹角时，所述第一线偏振光在经过所述第一相位延迟器500后转变为第一圆偏振光，所述第一圆偏振光在所述第二偏振反射膜600发生反射，所述第一圆偏振光转变为第二圆偏振光，所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反。所述第二圆偏振光在被所述第二偏振反射膜600反射后，再次经过所述第二相位延迟片700，并且在所述第二相位延迟片700的作用下转变为第二线偏振光。具体的，当所述第一椭圆偏振光的长轴与所述第二偏振反射膜600的反射方向的夹角越小时，所述第一椭圆偏振光在经过所述第二偏振反射膜600具有越高的反射率，因此能够提高光线在所述光学系统中的传输效率。优选实施方式中，所述第一偏振反射膜400的反射方向与所述第二偏振反射膜600的反射方向相垂直，从而提高经过所述第二偏振反射膜600反射回的所述第二线偏振光在经过所述第一偏振反射膜400时，所述第二线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的透射方向相同，从而提高所述光线的传输效率。请参照图1至图3，在可选的实施方式中，所述第一表面211为平面结构，所述第一表面211与所述显示屏100呈45度夹角。具体的，由于所述显示屏100发出的光线在所述第一表面211发生反射后传输至所述第三表面310，并在所述第三表面310再次发生反射后返回至所述第一表面211，为了保证从所述第三表面310反射的光线能够返回所述第一表面211，并透过所述第二表面212后传输至人眼，可以设置经过所述第一表面211反射后的光线与所述第三表面310呈90度夹角，从而保证被所述第三表面310反射的光线能够沿着原光路返回，使光线返回所述第一表面211。优选实施方式中，所述第一表面211与所述显示屏100呈45度角，从而保证所述第一表面211的入射光线与出射光线的相互垂直。在一具体实施方式中，所述第一透镜210与所述显示屏100倾斜设置，于另一具体实施方式中，所述第一透镜210设于所述显示屏100的出光侧，并且只有所述第一表面211与所述显示屏100倾斜设置。在可选的实施方式中，为了保证所述显示屏100发出的光线能够被所述第一偏振反射膜400反射，保证所述显示屏100发出并传输至所述第一偏振反射膜400的光线为线偏振光，并且线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的反射方向相同，具体的，当所述显示屏100发出的光线为圆偏振光时，为了调整所述显示屏100发出的光线的偏振方向，可以在所述显示屏100与所述狄偏振反射膜之间设置所述第二相位延迟器，当所述显示屏100发出的光线为圆偏振光时，该圆偏振光经过所述第二相位延迟器后转变为线偏振光，通过设置所述第二相位延迟器的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的反射方向呈45度，可以保证所述圆偏振光在经过所述第二相位延迟器后形成的线偏振光的偏振方向与所述第一偏振反射膜400的反射方向相同。在可选的实施方式中，所述第二表面212为凸球面结构或凹球面结构或菲涅尔面结构或自由曲面结构或液晶透镜结构。具体的，当用户存在近视或远视的问题，用户进行观察时，会因为人眼结构问题影响用户观察到的图像，通常为了弥补用户的近视或远视或其他眼部问题，通常需要用户佩戴眼镜对人眼结构的问题进行弥补，而佩戴眼镜的用户在使用增强现实设备时，眼睛会阻碍用户对所述增强现实设备的佩戴，而用户在未佩戴眼睛使用所述增强现实设备时，也会出现无法看清图像的问题，为了对这一问题进行弥补，可以通过所述第二表面212进行加工，根据用户的眼部结构对所述第一透镜210的所述第二表面212进行加工，从而使所述显示屏100发出的光线能够在用户的眼部进行聚焦，从而方便用户能够清楚的查看所述显示屏100发出的光线。可以理解的是，所述第二表面212不限于凹球面结构或凸球面结构，还可以为菲涅尔面结构或自由曲面结构或液晶透镜结构。在可选的实施方式中，所述第三表面310为球面或非球面或自由曲面，所述第四表面320为球面或非球面或自由曲面。具体的，所述显示屏100发出的光线在所述第一表面211反射后传输至所述第三表面310，并被所述第三表面310反射后透过所述第一透镜210后传输至人眼，外部环境的光线从所述第四表面320进入所述光学系统，并在依次经过所述第三表面310、所述第一表面211以及所述第二表面212后传输至人眼。为了方便对所述第一表面211反射的光线进行聚焦成像，所述第三表面310与所述第四表面320设置为曲面结构，所述曲面结构可以为球面或非球面，可以理解的是，所述曲面结构还可以为自由曲面或其他根据能够有助于成像的面型结构。在可选的实施方式中，所述第一相位延迟器500为四分之一波片，具体的，波片是能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差的光学器件，其中，常用的波片包括四分之一波片与二分之一波片。当线偏振光经过四分之一波片时，若线偏振光的偏振方向与四分之一波片的快轴呈0度或90度，那么线偏振光经过四分之一波片后仍为线偏振光，若线偏振光的偏振方向与四分之一波片的快轴呈45度，那么线偏振光转变为圆偏振光，若线偏振光的偏振方向与四分之一波片的快轴呈其他角度，那么线偏振光转变为椭圆偏振光；当线偏振光经过二分之一波片时，若线偏振光的偏振方向与二分之一波片的快轴呈θ度那么线偏振光经过二分之一波片后仍为线偏振光，并且经过二分之一波片后的线偏振光的偏振方向与经过二分之一波片钱的线偏振光的偏振方向的夹角呈2θ度。在可选的实施方式中，所述第四表面320镀有减反射膜，在使用增强显示设备时，用户除了对所述显示屏100的显示内容进行观察，还可以对外部环境进行观察，具体的，为了提高外部环境的光线透过所述光学系统进入人眼的传输效率，在所述第四表面320设置减反射膜，从而减小光线在所述第四表面320发生的反射。提高光线在所述第四表面320的透过率。在可选的实施方式中，所述显示屏100为液晶附硅显示单元或液晶显示单元或有光发光二极管显示单元或微型有机发光二极管显示单元，可以理解的是，所述显示屏100不限于此，于其他实施例中，所述显示屏100还可以为其他种类的小型显示装置。请参照图4，在可选的实施方式中，所述第一镜组200还包括第三透镜220，所述第三透镜220舍与所述第一透镜210远离所述第二透镜300的一侧，所述第三透镜220的至少一侧工作表面为曲面结构，具体的，当用户的近视或远视程度较高时，只通过所述第一透明对光焦度进行调节会导致所述第一透镜210的中心厚度较厚，并且所述第一透镜210的尺寸较大，不方便对所述第一透镜210进行加工及更换，因此可以在所述第一透镜210远离所述第二透镜300的一侧设置所述第三透镜220，用户在观察所述显示屏100发出的光线时，可以通过所述第一透镜210与所述第三透镜220的组合作用对光焦度进行调节，从而匹配用户的近视或远视需求。优选实施方式中，所述第三透镜220的至少一个工作表面为曲面结构，具体的，所述第三透镜220的工作表面为入光面或出光面。本发明还提出一种增强现实设备，所述增强现实设备包括如上述任一实施方式所述的光学系统，该光学系统的具体结构参照上述实施例，由于该光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12