[实用新型]一种增强现实显示光学系统

说明书

本实用新型提供一种新型的增强现实显示光学系统。该光学系统主要包括光线偏转器，耦合输入光栅，波导层以及耦合输出光栅。光线偏转器和耦合输入光栅都是利用了偏振光栅的衍射特性而设计，耦合输出光栅为常用的布拉格反射光栅。该AR光学系统与其他的AR方案对比，不仅将所需微型投影仪的数目从2个减少到1个，同时由于其耦合输入结构利用了偏振光栅单级衍射的特性，提高了光线耦合进入光波导中的效率，减少了能量损失。其光线偏转器利用了偏振光栅的偏振选择性以及TN型液晶层来实现光束偏转。整个系统结构简单，厚度可以控制在很薄的范围内，有利于将该光学系统应用于实际。

技术领域

本实用新型属于增强现实显示技术领域，特别是涉及一种增强现实显示的光学系统。

背景技术

增强现实技术作为目前的一个热点，受到很多研究人员的关注。它是一种利用特殊设计的光学系统，将计算产生的图像输出投向人眼，使得观察者在看到现实事物的同时能看到计算机生成的虚拟影像，从而增强人视觉体验的技术。这种技术通过连接现实世界和虚拟世界，打通了它们之间的壁垒，极大地加强了人与计算机的互动，使得它在医疗，通讯，检修，娱乐很多方面都有着很多显著的应用前景。目前这种技术一般以穿戴式头盔即智能眼镜的形式存在。科学家们想了很多硬件方案，设计出各种光学系统来将这种技术带入实践中。其中包括反射棱镜，自由曲面，全息光栅波导，指向光源，以及光场技术等。但这些方案都有着亮度低，能量利用率低等缺点。

因此，如何提供一种增强现实显示系统，以解决现有技术所存在不易集成，且光能利用率低，视野中图像亮度低等缺陷，实已成为本领域从业人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种增强现实显示光学系统，用于解决现有技术中所存在不易集成，且光能利用率低，视野中图像亮度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种增强现实显示光学系统，包括左右眼两部分系统，其中左右眼两部分系统共用一个微型投影仪和一个光线偏转器结构，光线偏转器结构包括：第一TN型液晶层、第一消色散四分之一波片、第一偏振光栅板；第一TN型液晶层、第一消色散四分之一波片板、第一偏振光栅板相互平行，且依次贴合；第一TN型液晶层为两侧分别设置有透明电极层的TN型液晶层，第一TN型液晶层设置有透明电极层的第一侧平行于微型投影仪的出光侧，第一TN型液晶层设置有透明电极层的第二侧贴合于第一消色散四分之一波片的第一侧，第一消色散四分之一波片的第二侧贴合于第一偏振光栅板的第一侧；左眼系统另外还包括：第一光波导、第二光波导、第三光波导；其中第一光波导包括第二偏振光栅板，第一平面波导层和第一布拉格光栅板；第二光波导包括第三偏振光栅板，第二平面波导层和第二布拉格光栅板；第三光波导包括第四偏振光栅板，第三平面波导层和第三布拉格光栅板；右眼系统结构与左眼系统结构对称分布，右眼系统另外还包括：第四光波导、第五光波导、第六光波导；其中第四光波导包括第五偏振光栅板、第四平面波导层和第四布拉格光栅板，第五光波导包括第六偏振光栅板、第五平面波导层和第五布拉格光栅板，第六光波导包括第七偏振光栅板、第六平面波导层和第六布拉格光栅板；光波导中的平面波导层包括包层和导波层，其中光波导中的偏振光栅板材料的折射率大于其包层材料的折射率，包层材料的折射率小于其导波层材料的折射率；所有光波导都为三层结构，偏振光栅板和包层相连作为第一层，包层和导波层相连作为第二层，包层作为第三层，布拉格光栅板处于第二层中的导波层中，三层相互平行，且依次贴合；右眼系统和左眼系统采用时分复用的方式一起工作，即通过第一偏振光栅板的第二侧出射的光会周期性地射向第一、第二、第三光波导或第四、第五、第六光波导；其中，第一TN型液晶层与控制电路电性连接，由控制电路控制其两侧透明电极层上的电压；微型投影仪与控制电路电性连接，微型投影仪上加载的左右眼画面的切换频率与第一TN型液晶层两侧透明电极层上加载的电压周期频率一致。