CN216248599U - 增强现实显示系统及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种增强现实显示系统包含图像显示器、线偏振分光器、相位延迟片、圆偏振光反射器及线偏振吸收元件，图像显示器用于提供具第一线性偏振方向的第一图像光束，第一图像光束被线偏振分光器反射至相位延迟片，相位延迟片将第一图像光束转换为具第一圆偏振方向的第二图像光束，且第二图像光束传递至圆偏振光反射器，圆偏振光反射器将第二图像光束转换为具第二圆偏振方向的第三图像光束，且反射回相位延迟片，相位延迟片并将第三图像光束转换为具第二线性偏振方向的第四影像光束，且第四影像光束透射过线偏振分光器及线偏振吸收元件，以形成一待显示影像。一种包含此增强现实显示系统的AR眼镜亦被提供。

Description

增强现实显示系统及AR眼镜

技术领域

本实用新型涉及一种增强现实(Augmented Reality,AR)技术领域，尤其涉及一种增强现实显示系统及AR眼镜。

背景技术

如图1所示，为一般AR眼镜常用的增强现实显示系统10，包括曲面反射镜12、分光器14及图像显示器16，从图像显示器16传递的图像光束L首先被分光器14反射至曲面反射镜12，被曲面反射镜12反射并放大，放大后的图像光束L透射分光器14后成为待显示图像光束L’被人眼18接收。

其中，在分光器14及曲面反射镜12的镜面上镀有对可见光的半反射半透射膜层(图中未示)，由于半反射半透射膜层对可见光的穿透率及反射率均为50％，因此图像光束L经过分光器14反射后只有50％的能量被传输至曲面反射镜12，经曲面反射镜12反射后也只有50％能量向分光器14传输，经分光器14透射后的待显示图像光束L’的能量更只有从曲面反射镜12反射传输能量的50％，因此，最终被人眼18接收的待显示图像光束L’的能量最多只有图像显示器16传递的图像光束L的能量的12.5％(由50％*50％*50计算获得)，可见现有的增强现实显示系统10在进行待显示图像显示时，光能量利用率较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种增强现实显示系统及AR眼镜，其中增强现实显示系统在进行待显示图像的显示时，具有很高的光能量利用率。

本实用新型所提供的增强现实显示系统包含图像显示器、线偏振分光器、相位延迟片、圆偏振光反射器及线偏振吸收元件，线偏振分光器设置于图像显示器的输出端，线偏振分光器适于反射具第一线性偏振方向的光及让具第二线性偏振方向的光透射，相位延迟片设置于线偏振分光器和圆偏振光反射器之间，线偏振吸收元件设置于线偏振分光器背离相位延迟片的一侧，线偏振吸收元件适于吸收具第一线性偏振方向的光及让具第二线性偏振方向的光透射。其中图像显示器用于提供具第一线性偏振方向的第一图像光束，第一图像光束被线偏振分光器反射至相位延迟片，相位延迟片将第一图像光束转换为具第一圆偏振方向的第二图像光束，且第二图像光束传递至圆偏振光反射器，圆偏振光反射器将第二图像光束反射为具第二圆偏振方向的第三图像光束，且反射回相位延迟片，相位延迟片并将第三图像光束转换为具第二线性偏振方向的第四影像光束，且第四影像光束透射过线偏振分光器及线偏振吸收元件，以形成一待显示影像，其中圆偏振光反射器将第二图像光束反射为第三图像光束的反射率介于55％到100％之间。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一线性偏振方向与第二线性偏振方向正交，第一线性偏振方向与第一圆偏振方向的相位相差45°，第二线性偏振方向与第二圆偏振方向的相位相差45°。

在本实用新型的一实施例中，上述的图像显示器及线偏振分光器沿第一方向设置，线偏振分光器、相位延迟片、及圆偏振光反射器沿第二方向设置。

在本实用新型的一实施例中，第一外界环境光自第一方向射入增强现实显示系统，其中具第一线性偏振方向的部分第一外界环境光被线偏振吸收元件吸收，具第二线性偏振方向的部分第一外界环境光透射过线偏振吸收元件及线偏振分光器，并被图像显示器反射回至线偏振分光器，并透射过线偏振分光器及线偏振吸收元件。

在本实用新型的一实施例中，第二外界环境光自第二方向射入增强现实显示系统，其中具第二圆偏振方向的部分第二外界环境光通过圆偏振光反射器且传递至相位延迟片，并经相位延迟片转换为具第二线性偏振方向，而透射过线偏振分光器及线偏振吸收元件。

在本实用新型的一实施例中，第二外界环境光通过圆偏振光反射器的穿透率介于50％到75％之间。

在本实用新型的一实施例中，第二图像光束以100％的反射率反射为第三图像光束，第二外界环境光通过圆偏振光反射器的穿透率为50％。

在本实用新型的一实施例中，上述的增强现实显示系统更包含透光镜片，设置于圆偏振光反射器背离相位延迟片的一侧。

在本实用新型的一实施例中，上述的圆偏振光反射器包含胆固醇液晶层，借由胆固醇液晶层调整反射率。

本实用新型所提供的AR眼镜包括上述的增强现实显示系统。

本实用新型增强现实显示系统因采用圆偏振光反射器，使待显示图像的能量最终可有55％到100％被人眼所接收，进而提高了待显示图像的光能量利用率；同时圆偏振光反射器的设置亦提高了待显示图像相对环境光线的对比度，进而让使用者具有更佳的观看品质。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为现有的增强现实显示系统的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例增强现实显示系统的结构示意图。

具体实施方式

图2是本实用新型一实施例增强现实显示系统的结构示意图，如图2所示，增强现实显示系统20包括图像显示器22、线偏振分光器24、相位延迟片26、圆偏振光反射器28及线偏振吸收元件30。图像显示器22用于输出具第一线性偏振方向的第一图像光束L1，于一实施例中，图像显示器22例如是由透射式或反射式LOCS显示源和能够输出准直平行光照明的照明光源组件共同组成，亦或者图像显示器22是由光纤扫描成像系统和准直系统共同组成。

线偏振分光器24设置于图像显示器22的输出端，于一实施例中，图像显示器22及线偏振分光器24沿第一方向D1设置，线偏振分光器24例如位于图像显示器22下方，线偏振分光器24适于反射具第一线性偏振方向的光及让具第二线性偏振方向的光透射，其中，第一线性偏振方向与第二线性偏振方向正交。又线偏振分光器24、相位延迟片26、及圆偏振光反射器28沿第二方向D2设置，第二方向D2例如为人眼32的直视方向，其中相位延迟片26设置于线偏振分光器24和圆偏振光反射器28之间，线偏振吸收元件30设置于线偏振分光器24背离相位延迟片26的一侧，线偏振吸收元件30适于吸收具第一线性偏振方向的光及让具第二线性偏振方向的光透射，于一实施例中，线偏振吸收元件30例如为片状或膜状。

于一实施例中，增强现实显示系统20更包含一透光镜片34，设置于圆偏振光反射器28背离相位延迟片26的一侧。又圆偏振光反射器28可包含胆固醇液晶层，圆偏振光反射器28可以为膜、板或涂层的形态。

请继续参阅图2所示，图像显示器20输出的具第一线性偏振方向的第一图像光束L1被线偏振分光器24反射至相位延迟片26，相位延迟片26例如为四分之一波片，具第一线性偏振方向的第一图像光束L1被相位延迟片26转换为具第一圆偏振方向的第二图像光束L2，于一实施例中，第一线性偏振方向与第一圆偏振方向的相位相差45°；第二图像光束L2并传递至圆偏振光反射器28，圆偏振光射器28将第二图像光束L2反射为具第二圆偏振方向的第三图像光束L3，并将其反射回至相位延迟片26，相位延迟片26将由圆偏振光射器28反射回的第三图像光束L3转换为具第二线性偏振方向的第四影像光束L4，于一实施例中，第二线性偏振方向与第二圆偏振方向的相位相差45°；第四影像光束L4并透射过线偏振分光器24及线偏振吸收元件30，以形成一待显示影像Li被人眼32所接收。

在上述实施例增强现实显示系统20中，线偏振分光器24最佳可在无能量损耗下将第一图像光束L1能量的100％传递至相位延迟片26转换为第二图像光束L2且传递至圆偏振光反射器28。圆偏振光反射器28借其胆固醇液晶层的设计可调整反射率，于一实施例中，圆偏振光反射器28将第二图像光束L2反射为第三图像光束的反射率介于55到100％之间，反射率例如为55％、60％、70％、80％、90％及100％。其中较佳者，圆偏振光反射器28的反射率为100％，意即可在无能量损耗下将第二图像光束L2能量的100％转换为第三图像光束L3，第三图像光束L3经相位延迟片26转换为第四影像光束L4，第四影像光束L4最佳可在无能量损耗下100％透射过线偏振分光器24及线偏振吸收元件30而抵达人眼32。因此最终被人眼32所接收的待显示图像Li的能量最多可达图像显示器22输出的第一图像光束能量L1的100％，因此本实施例增强现实显示系统20在进行待显示图像Li的显示时，具有很高的光能量利用率。

请继续参阅图2所示，自第一方向D1射入增强现实显示系统20的第一外界环境光WL1中，具第一线性偏振方向的部分第一外界环境光WL1被线偏振吸收元件30所吸收，而具第二线性偏振方向的部分第一外界环境光WL1’则透射过线偏振吸收元件30及线偏振分光器24，并被图像显示器22反射回至线偏振分光器24且透射出线偏振分光器24及线偏振吸收元件30，并不会进入人眼32。因此，增强现实显示系统20能够有效阻止来自第一方向D1的第一外界环境光WL1干扰人眼32观看待显示影像Li。

又，自第二方向D2射入增强现实显示系统20的第二外界环境光WL2经透光镜片34传递至圆偏振光反射器28，圆偏振光反射器28让具第二圆偏振方向的部份第二外界环境光WL2’透射至相位延迟片26，并经相位延迟片26转换为具第二线性偏振方向，进而透射过线偏振分光器24及线偏振吸收元件30并被人眼32所接受。于一实施例中，借由圆偏振光反射器28的胆固醇液晶层的设计，第二外界环境光WL2通过圆偏振光反射器28的穿透率介于50％到75％之间。其中较佳者，来自第二方向D2的第二外界环境光WL2会有50％能量通过圆偏振光反射器28，通过圆偏振光反射器28的第二外界环境光WL2’最佳可有100％的能量再通过相位延迟片26、线偏振分光器24及线偏振吸收元件30而被人眼32所接收，因此经增强现实显示系统20后最终被人眼32所接收的第二外界环境光WL2’的能量为自第二方向D2射入的第二外界环境光WL2能量的50％。因此，本实施例入增强现实显示系统20可提高待显示图像Li相对环境光线的对比度。

在本实用新型实施例增强现实显示系统20中，当第二图像光束L2以100％的反射率反射为第三图像光束L3时，最终被人眼32所接收的待显示图像Li的能量可达图像显示器22输出的第一图像光束能量L1的100％，与传统增强现实显示系统10的光能量利用率(例如12.5％)相较，在输出相同图像光束能量的前提下，使用本实用新型实施例增强现实显示系统20而被人眼所接收的待显示图像Li较亮，因此具有较高的对比度；对应地，本实用新型实施例增强现实显示系统20由于光能量利用率较高，因此图像显示器22所输出的第一图像光束L1可在输出较小能量的前提下，获得与传统增强现实显示系统10相同亮度的待显示图像，进而使得本实用新型实施例增强现实显示系统20具有低耗电的优势。又，本实用新型一实施例还提供一种AR眼镜，包括上述的增强现实显示系统20。在实际实施时，AR眼镜还可包括一些具连接、固定、装配、佩戴增强现实显示系统的元件，在此不作限制。由于本实用新型实施例提供的AR眼镜包括上述的增强现实显示系统，因而具有与上述的增强现实显示系统的有益效果，在此不作赘述。

根据上述，本实用新型实施例的增强现实显示系统利用圆偏振光反射器取代一般AR眼镜中的半穿透半反射的曲面反射镜面，使待显示图像的能量最终可有55％到100％被人眼所接收，进而提高了待显示图像的光能量利用率；同时圆偏振光反射器的设置亦提高了待显示图像相对环境光线的对比度，进而让使用者具有更佳的观看品质。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种增强现实显示系统，其特征在于，包括：一图像显示器、一线偏振分光器、一相位延迟片、一圆偏振光反射器及一线偏振吸收元件，所述线偏振分光器设置于所述图像显示器的输出端，所述线偏振分光器适于反射具一第一线性偏振方向的光及让具一第二线性偏振方向的光透射，所述相位延迟片设置于所述线偏振分光器和圆偏振光反射器之间，所述线偏振吸收元件设置于所述线偏振分光器背离所述相位延迟片的一侧，所述线偏振吸收元件适于吸收具所述第一线性偏振方向的光及让具所述第二线性偏振方向的光透射，其中

所述图像显示器用于提供具所述第一线性偏振方向的一第一图像光束，所述第一图像光束被所述线偏振分光器反射至所述相位延迟片，

所述相位延迟片将所述第一图像光束转换为具一第一圆偏振方向的第二图像光束，且所述第二图像光束传递至所述圆偏振光反射器，

所述圆偏振光反射器将所述第二图像光束反射为具一第二圆偏振方向的第三图像光束，且反射回所述相位延迟片，所述相位延迟片并将所述第三图像光束转换为具所述第二线性偏振方向的第四影像光束，且所述第四影像光束透射过所述线偏振分光器及所述线偏振吸收元件，以形成一待显示影像，其中所述圆偏振光反射器将所述第二图像光束反射为所述第三图像光束的反射率介于55到100％之间。

2.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一线性偏振方向与所述第二线性偏振方向正交，所述第一线性偏振方向与所述第一圆偏振方向的相位相差45°，所述第二线性偏振方向与所述第二圆偏振方向的相位相差45°。

3.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述图像显示器及所述线偏振分光器沿一第一方向设置，所述线偏振分光器、所述相位延迟片、及所述圆偏振光反射器沿一第二方向设置。

4.如权利要求3所述的增强现实显示系统，其特征在于，一第一外界环境光自所述第一方向射入所述增强现实显示系统，其中具所述第一线性偏振方向的部分所述第一外界环境光被所述线偏振吸收元件吸收，具所述第二线性偏振方向的部分所述第一外界环境光透射过所述线偏振吸收元件及所述线偏振分光器，并被所述图像显示器反射回至所述线偏振分光器，并透射过所述线偏振分光器及所述线偏振吸收元件。

5.如权利要求3所述的增强现实显示系统，其特征在于，一第二外界环境光自所述第二方向射入所述增强现实显示系统，其中具所述第二圆偏振方向的部分所述第二外界环境光通过所述圆偏振光反射器且传递至所述相位延迟片，并经所述相位延迟片转换为具所述第二线性偏振方向，而透射过所述线偏振分光器及所述线偏振吸收元件。

6.如权利要求5所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第二外界环境光通过所述圆偏振光反射器的穿透率介于50％到75％之间。

7.如权利要求6所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第二图像光束以100％的反射率反射为所述第三图像光束，所述第二外界环境光通过所述圆偏振光反射器的穿透率为50％。

8.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统更包含一透光镜片，设置于所述圆偏振光反射器背离所述相位延迟片的一侧。

9.如权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述圆偏振光反射器包含一胆固醇液晶层，借由所述胆固醇液晶层调整所述反射率。

10.一种AR眼镜，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的增强现实显示系统。

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