光学系统和增强现实设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010245688.5 (22)申请日 2020.03.31 (71)申请人 优奈柯恩 （北京） 科技有限公司 地址 100086 北京市海淀区北三环西路43 号院2号楼12层1201A、 1201B、 1202A、 1202B、 1203A、 1203B、 1204A、 1204B、 1205A、 1205B (72)发明人 肖冰 (74)专利代理机构 北京国昊天诚知识产权代理 有限公司 11315 代理人 许振新 (51)Int.Cl. G02B 27/01(2006.。

2、01) G02B 27/28(2006.01) (54)发明名称 光学系统和增强现实设备 (57)摘要 本发明公开了一种光学系统和增强现实设 备， 所述光学系统包括： 图像单元、 第一半反半透 元件、 分束器、 四分之一波片和第一偏光片， 所述 第一偏光片透射第二偏振态的光， 不透射第一偏 振态的光； 所述图像单元发出的图像光线依次经 第一半反半透元件部分反射、 分束器反射、 第一 半反半透元件部分透射、 四分之一波片透射、 第 一偏光片变换为第二偏振态的光并透射； 干扰光 线依次经所述第一偏光片变换偏振态、 经所述四 分之一波片变换偏振态、 经所述第一半反半透元 件变换偏振态、 经所述四分之。

3、一波片变换为第一 偏振态的光之后透射至第一偏光片。 由此， 可避 免将干扰光线透射至人眼， 提高了光学系统所成 图像的对比度。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 111308716 A 2020.06.19 CN 111308716 A 1.一种光学系统， 其特征在于， 包括： 图像单元、 第一半反半透元件、 分束器、 四分之一 波片和第一偏光片， 其中： 所述图像单元、 所述第一半反半透元件、 所述分束器、 所述四分之一波片和所述第一偏 光片沿第一光路依次设置， 所述第一偏光片透射第二偏振态的光； 在所述第一光路中， 图像光线由所述图像单元发出， 并依次经所述第一半反半透元件 部分。

4、反射， 经所述分束器反射， 经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波片透 射， 经所述第一偏光片变换为第二偏振态的光之后透射； 所述第一偏光片、 所述四分之一波片和所述第一半反半透元件沿第二光路依次设置， 所述第一偏光片不透射第一偏振态的光； 在所述第二光路中， 干扰光线经所述第一偏光片变换为第二偏振态的光， 所述第二偏 振态的光经所述四分之一波片变换为第一旋转方向的第三偏振态的光， 所述第一旋转方向 的第三偏振态的光经所述第一半反半透元件变换为第二旋转方向的第三偏振态的光， 所述 第二旋转方向的第三偏振态的光经所述四分之一波片变换为第一偏振态的光之后透射至 所述第一偏光片； 其中，。

5、 所述第一偏振态的光和所述第二偏振态的光的偏振方向正交， 所述第三偏振态 的光由所述第一偏振态的光和所述第二偏振态的光合成。 2.根据权利要求1所述的光学系统， 其特征在于， 所述分束器、 所述第一半反半透元件、 所述四分之一波片和所述第一偏光片沿第三光 路依次设置； 在第三光路中， 环境光线依次经所述分束器透射， 经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波片透射， 经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 3.根据权利要求2所述的光学系统， 其特征在于， 所述分束器为偏振分光膜； 所述偏振分光膜， 用于将所述环境光线变换为所述第二偏振态的光并透射； 所述第二偏振态的光依次经所。

6、述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波片变 换为所述第一旋转方向的第三偏振态的光， 所述第一旋转方向的第三偏振态的光经所述第 一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 4.根据权利要求3所述的光学系统， 其特征在于， 所述偏振分光膜， 用于将经所述第一半反半透元件部分反射的图像光线变换为所述第 一偏振态的光并反射； 所述第一偏振态的光依次经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波片变 换为所述第二旋转方向的第三偏振态的光并透射， 所述第二旋转方向的第三偏振态的光经 所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 5.根据权利要求2所述的光学系统， 其特征在于， 所述分束器为第二。

7、半反半透元件； 所述第二半反半透元件， 用于部分透射所述环境光线。 6.根据权利要求5所述的光学系统， 其特征在于， 所述第二半反半透元件， 用于部分反射经所述第一半反半透元件部分反射的图像光 线。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学系统， 其特征在于， 所述光学系统还包括： 第 二偏光片； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111308716 A 2 所述图像单元、 所述第二偏光片、 所述第一半反半透元件沿第四光路依次设置， 所述第 二偏光片透射所述第一偏振态的光； 在所述第四光路中， 所述图像单元发出的图像光线经依次所述第二偏光片变换为所述 第一偏振态的光， 经所述第一半反半透元件部。

8、分反射。 8.根据权利要求1至6中任一项所述的光学系统， 其特征在于， 所述图像单元包括显示 屏； 所述显示屏， 用于发出所述图像光线。 9.根据权利要求8所述的光学系统， 其特征在于， 所述图像单元还包括透镜组， 所述透 镜组包括至少一个透镜； 所述透镜组， 用于折射所述显示屏发出的所述图像光线。 10.一种增强现实设备， 其特征在于， 所述增强现实设备包括： 显示设备和权利要求1 9中任一项所述的光学系统； 所述显示设备用于接收所述光学系统发送的光线， 并生成投影图像。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111308716 A 3 光学系统和增强现实设备 技术领域 0001 本发明涉及终端。

9、领域， 尤其涉及一种光学系统和增强现实设备。 背景技术 0002 光学系统是指由透镜、 反射镜、 棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的 系统， 通常用来成像或做光学信息处理， 例如可以用于增强现实(Augmented Reality， AR) 设备的成像； 增强现实设备是一种将虚拟图像与现实场景结合展现的设备， 在通过光学系 统中的一条光路向人眼入射具有真实世界景物信息的环境光线的同时， 通过另一条光路向 人眼入射具有虚拟图像信息的图像光线， 并将两个光路上传输的信息在人眼处汇聚， 使得 人眼获得真实世界景物和虚拟图像的混合图像， 从而达到增强现实的效果。 0003 目前的增强现实设备中。

10、， 外部环境的干扰光线容易入射至人眼， 降低了射入人眼 的混合图像的对比度； 图像光线容易透射至外部环境， 泄露了用户的隐私。 0004 因此， 亟需一种能够提高图像对比度， 并确保用户隐私安全的光学系统。 发明内容 0005 本发明实施例的目的是提供一种光学系统和增强现实设备， 用以解决图像对比度 低和用户隐私泄露的问题。 0006 第一方面， 提供了一种光学系统， 该光学系统包括： 图像单元、 第一半反半透元件、 分束器、 四分之一波片和第一偏光片， 其中： 0007 所述图像单元、 所述第一半反半透元件、 所述分束器、 所述四分之一波片和所述第 一偏光片沿第一光路依次设置， 所述第一偏光。

11、片透射第二偏振态的光； 0008 在所述第一光路中， 图像光线由所述图像单元发出， 并依次经所述第一半反半透 元件部分反射， 经所述分束器反射， 经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波 片透射， 经所述第一偏光片变换为第二偏振态的光之后并透射； 0009 所述第一偏光片、 所述四分之一波片和所述第一半反半透元件沿第二光路依次设 置， 所述第一偏光片不透射第一偏振态的光； 0010 在所述第二光路中， 干扰光线经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光， 所 述第二偏振态的光经所述四分之一波片变换为第一旋转方向的第三偏振态的光， 所述第一 旋转方向的第三偏振态的光经所述第一半反半透元件。

12、变换为第二旋转方向的第三偏振态 的光， 所述第二旋转方向的第三偏振态的光经所述四分之一波片变换为所述第一偏振态的 光之后透射至所述第一偏光片； 0011 其中， 所述第一偏振态的光和所述第二偏振态的光的偏振方向正交， 所述第三偏 振态的光由所述第一偏振态的光和所述第二偏振态的光合成。 0012 可选的， 所述分束器、 所述第一半反半透元件、 所述四分之一波片和所述第一偏光 片沿第三光路依次设置； 0013 在第三光路中， 环境光线依次经所述分束器透射， 经所述第一半反半透元件部分 说明书 1/9 页 4 CN 111308716 A 4 透射， 经所述四分之一波片透射， 经所述第一偏光片变换为。

13、所述第二偏振态的光并透射。 0014 可选的， 所述分束器为偏振分光膜； 0015 所述偏振分光膜， 用于将所述环境光线变换为所述第二偏振态的光并透射； 0016 所述第二偏振态的光依次经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波 片变换为所述第一旋转方向的第三偏振态的光， 所述第一旋转方向的第三偏振态的光经所 述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 0017 可选的， 所述偏振分光膜， 用于将经所述第一半反半透元件部分反射的图像光线 变换为所述第一偏振态的光并反射； 0018 所述第一偏振态的光依次经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波 片变换为所述第二旋转方向的第三。

14、偏振态的光并透射， 所述第二旋转方向的第三偏振态的 光经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 0019 可选的， 所述分束器为第二半反半透元件； 0020 所述第二半反半透元件， 用于部分透射所述环境光线。 0021 可选的， 所述第二半反半透元件， 用于部分反射经所述第一半反半透元件部分反 射的图像光线。 0022 可选的， 所述光学系统还包括： 第二偏光片； 0023 所述图像单元、 所述第二偏光片、 所述第一半反半透元件沿第四光路依次设置， 所 述第二偏光片透射所述第一偏振态的光； 0024 在所述第四光路中， 所述图像单元发出的图像光线依次经所述第二偏光片变换为 所述第一偏振。

15、态的光， 经所述第一半反半透元件部分反射。 0025 可选的， 所述图像单元包括显示屏； 0026 所述显示屏， 用于发出所述图像光线。 0027 可选的， 所述图像单元还包括透镜组， 所述透镜组包括至少一个透镜； 0028 所述透镜组， 用于折射所述显示屏发出的所述图像光线。 0029 第二方面， 提供了一种增强现实设备， 该增强现实设备包括显示设备和上述任一 项所述的光学系统； 0030 所述显示设备用于接收所述光学系统发送的光线， 并生成投影图像。 0031 在本发明实施例中， 通过利用光的偏振原理， 在光学系统中增加半反半透元件、 分 束器、 偏光片等元件对不同光线进行偏振处理， 由此。

16、， 一方面， 可将干扰光线反射至外部环 境或吸收， 避免干扰光线透射至人眼， 从而提高光学系统所成图像的对比度； 另一方面， 可 避免图像单元发出的图像光线透射至外部环境， 从而确保用户隐私得到保护。 附图说明 0032 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分， 本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 0033 图1是本发明的一实施例提供的一种光学系统的结构示意图； 0034 图2是本发明的另一实施例提供的一种光学系统的结构示意图； 0035 图3是本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图； 0036 图4是。

17、本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图； 说明书 2/9 页 5 CN 111308716 A 5 0037 图5是本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图。 0038 其中， 附图1-5中包括下述附图标记： 0039 图像单元-1； 第一半反半透元件-2； 分束器-3； 偏振分光膜-31； 第二半反半透元 件-32； 四分之一波片-4； 第一偏光片-5； 第二偏光片-6。 具体实施方式 0040 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， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发 明中的实施例，。

18、 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。 0041 下面结合附图对本发明的各个实施例进行详细说明： 0042 如图1所示， 为本发明的第一个实施例提供的一种光学系统， 所述光学系统包括： 图像单元1、 第一半反半透元件2、 分束器3、 四分之一波片4和第一偏光片5， 其中： 0043 图像单元包括显示屏， 用于显示图像(即发出图像光线)， 所述显示屏可以是OLED (OrganicLight-Emitting Diode， 有机发光半导体)、 LCD(Liquid Crystal Display， 液晶 显示器)等； 优选的， 所述图像。

19、单元还包括透镜组， 所述透镜组包括至少一个透镜； 所述透镜 组， 用于折射所述显示屏发出的所述图像光线。 0044 第一半反半透元件用于反射和透射入射光线， 其透反比可以根据需要设置， 所述 第一半反半透元件的表面可以为平面、 球面、 非球面或自由曲面等； 而且， 所述第一半反半 透元件以为独立设置的镜片结构， 也可以为贴在其他基材上的膜结构。 0045 分束器是可以将一束光线分为几部分的光学元件， 其可以是半反半透元件， 也可 以是偏振分光元件， 前者的特性是按照光线的透反比将光线分为两部分， 透射一部分光线， 反射另一部分光线； 后者的特性是按照光线的偏振态可以将光线分为两种偏振方向正交的。

20、 线偏振光， 透射一种线偏振光， 反射另一种线偏振光。 0046 所述四分之一波片用于将线偏振光转换为椭圆偏振光或圆偏振光， 或者将椭圆偏 振光或圆偏振光转换为线偏振光， 所述四分之一波片可以为平面或曲面结构， 还可以为柱 面、 球面或非球面结构等， 其中， 所述圆偏振光为所述椭圆偏振光的特殊情形。 0047 偏光片又称偏振光片， 用于控制入射光线的偏振状态， 可以将无偏振特性的光变 换为特定偏振方向的光， 所述偏光片的表面可以为平面、 球面、 非球面或自由曲面等。 0048 参见图1， 所述图像单元、 所述第一半反半透元件、 所述分束器、 所述四分之一波片 和所述第一偏光片沿第一光路依次设置。

21、， 所述第一偏光片透射第二偏振态的光， 所述第一 光路是指由图像单元发出的光线， 依次经由所述第一半反半透元件、 所述分束器、 所述四分 之一波片和所述第一偏光片透射或反射的传播路径。 0049 在所述第一光路中， 图像光线由所述图像单元发出， 依次经所述第一半反半透元 件部分反射后， 一部分被反射至分束器， 被所述分束器反射后， 再经所述第一半反半透元件 部分透射； 然后， 经所述四分之一波片透射至所述偏光片， 由所述第一偏光片变换为所述第 二偏振态的光并透射， 以进入人眼。 0050 其中， 所述图像光线包括第一偏振态的光和第二偏振态的光， 两者的偏振方向正 交。 为便于区别， 附图中将第。

22、一偏振态的光标记为 “” ， 将第二偏振态的光标记为左右方向 说明书 3/9 页 6 CN 111308716 A 6 的箭头或者上下方向的箭头。 0051 同样参见图1， 所述第一偏光片、 所述四分之一波片和所述第一半反半透元件沿第 二光路依次设置， 所述第一偏光片不透射第一偏振态的光， 所述第二光路是指干扰光线依 次经由所述第一偏光片、 所述四分之一波片和所述第一半反半透元件透射或反射的传播路 径。 0052 在所述第二光路中， 干扰光线经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光， 所 述第二偏振态的光经所述四分之一波片变换为第一旋转方向的第三偏振态的光， 记为 所述第一旋转方向的第三偏振态。

23、的光经所述第一半反半透元件变换为第二旋转方 向的第三偏振态的光， 记为所述第二旋转方向的第三偏振态的光经所述四分之一 波片变换为所述第一偏振态的光之后透射至所述第一偏光片， 而不会透射。 0053 不难理解的是， 为实现不透射的目的， 本领域技术人员可基于实际所需及市面上 可能出现的偏光片特性， 来配置所述第一偏光片， 如配置所述第一偏光片可反射所述第一 偏振态的光， 又如， 所述第一偏光片可吸收所述第一偏振态的光， 至于其他能够达到不透射 目的的配置方式此处不做限定。 0054 其中， 干扰光线是指真实环境中除环境光线之外的光线， 所述环境光线是指真实 环境中与图像光线对应的虚拟环境(基于A。

24、R或VR技术生成的仿真虚拟场景)发生融合的光 线， 简而言之， 环境光线为预期的融入虚拟环境的光线， 干扰光线为非预期进入虚拟环境的 光线； 所述第三偏振态的光由所述第一偏振态的光和所述第二偏振态的光合成， 所述第一 旋转方向和所述第二旋转方向中一个为左旋， 另一个为右旋。 0055 所述第一偏振态的光为第一偏振方向的线偏振光， 所述第二偏振态的光为第二偏 振方向的线偏振光， 所述第一偏振方向可以为A方向， 所述第二偏振方向可以为B方向， 由于 第一偏振态的光和第二偏振态的光可以在满足相互正交的前提下绕光线传播方向旋转， 因 此， 第一偏振态的光也可以是与A方向呈一定角度的线偏振光， 第二偏振。

25、态的光也可以是与 B方向呈一定角度的线偏振光； 所述第三偏振态的光为所述第一偏振态的线偏振光和第二 偏振态的线偏振光合成的椭圆偏振光或圆偏振光， 由于第一偏振态的线偏振光和第二偏振 态的线偏振光的相位差的不同， 导致所合成的第三偏振态的光可以为左旋椭圆偏振光， 可 以为右旋椭圆偏振光， 也可以为左旋圆偏振光， 还可以为右旋圆偏振光。 0056 优选地， 所述第一偏光片的中心轴可以与所述第一半反半透元件的中心轴重合； 所述四分之一波片可以设置于所述第一偏光片和所述第一半反半透元件之间， 还可以贴合 于所述第一半反半透元件邻近所述第一偏光片的一侧， 所述四分之一波片的中心轴可以与 所述第一半反半透。

26、元件的中心轴重合。 0057 同样参见图1， 所述分束器、 所述第一半反半透元件、 所述四分之一波片和所述第 一偏光片沿第三光路依次设置， 所述第三光路是指环境光线依次经由所述分束器、 所述第 一半反半透元件、 所述四分之一波片和所述第一偏光片透射或反射的传播路径； 0058 在第三光路中， 环境光线依次经所述分束器透射， 经所述第一半反半透元件部分 透射， 经所述四分之一波片透射， 经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 0059 下面对本实施例提供的一种光学系统的工作原理进行详细说明： 0060 一方面， 图像单元的显示屏发射出图像光线， 图像单元的透镜组折射所述图像光 说明书 。

27、4/9 页 7 CN 111308716 A 7 线(图像光线传播至第一半反半透元件)； 第一半反半透元件将所述图像光线部分透射(该 部分图像光线传播至四分之一波片)、 另一部分反射(此部分图像光线传播至分束器)； 分束 器将图像光线部分透射(图像光线传播至外部环境)、 另一部分反射(图像光线传播至第一 半反半透元件)； 第一半反半透元件将图像光线部分透射(图像光线传播至四分之一波片)， 另一部分反射； 四分之一波片将所述图像光线透射(图像光线传播至第一偏光片)， 第一偏 光片将所述图像光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人眼)， 从而使人眼看 到图像单元所显示的虚拟图像。 0061。

28、 另一方面， 分束器将环境光线部分透射(环境光线传播至第一半反半透元件)， 另 一部分反射(环境光线传播至外部环境)； 第一半反半透元件将环境光线部分反射， 另一部 分透射(环境光线传播至四分之一波片)， 四分之一波片将环境光线透射(环境光线传播至 第一偏光片)， 第一偏光片将环境光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人 眼)， 从而使人眼看到真实景物图像。 0062 又一方面， 第一偏光片将干扰光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方向的第三偏振态的 光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 第一。

29、半反半透元件将第一 旋转方向的第三偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三 偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二旋转方向的第三偏振态的光变换 为第一偏振态的光(第一偏振态的光传播至第一偏光片)并透射至所述第一偏光片。 而由于 第一偏光片不透射第一偏振态的光， 因此， 可避免干扰光线射入人眼。 0063 基于上述实施例， 当虚拟图像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到叠加的 混合图像， 从而达到增强现实的效果； 由于干扰光线被第一偏光片反射或吸收而无法进入 人眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度。 0064 图2是本发明的另一实施例提供的一。

30、种光学系统的结构示意图， 参见图2， 所述光 学系统包括： 图像单元1、 第一半反半透元件2、 偏振分光膜31、 四分之一波片4和第一偏光片 5； 其中： 0065 在上述第二光路中， 所述偏振分光膜， 用于将所述环境光线变换为所述第二偏振 态的光并透射， 以便所述第二偏振态的光依次经所述第一半反半透元件部分透射， 经所述 四分之一波片变换为所述第一旋转方向的第三偏振态的光， 所述第一旋转方向的第三偏振 态的光经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的光并透射。 0066 在上述第一光路中， 所述偏振分光膜， 用于将经所述第一半反半透元件部分反射 的图像光线变换为所述第一偏振态的光并反射， 以便所。

31、述第一偏振态的光依次经所述第一 半反半透元件部分透射， 经所述四分之一波片变换为所述第二旋转方向的第三偏振态的光 并透射， 所述第二旋转方向的第三偏振态的光经所述第一偏光片变换为所述第二偏振态的 光并透射。 0067 不难理解的是， 相对于图1对应的实施例， 本实施例进一步限定了使用偏振分光膜 作为分束器。 因此， 此处仅对偏振分光膜进行说明， 其他光学元件的作用不再赘述， 相似之 处可参见图1对应的实施例中的相关描述。 0068 下面对图2对应的实施例提供的一种光学系统的工作原理进行详细说明： 0069 一方面， 图像单元的显示屏发射出图像光线， 图像单元的透镜组折射所述图像光 说明书 5/。

32、9 页 8 CN 111308716 A 8 线(图像光线传播至第一半反半透元件)； 第一半反半透元件将图像光线部分透射(该部分 的图像光线传播至四分之一波片)、 另一部分反射(此部分的图像光线传播至偏振分光膜)； 偏振分光膜一方面将图像光线变换为第一偏振态的光并反射(第一偏振态的光传播至第一 半反半透元件)， 另一方面将图像光线变换为第二偏振态的光并透射(第二偏振态的光传播 至外部环境)； 第一半反半透元件将第一偏振态的光部分透射(第一偏振态的光传播至四分 之一波片)， 另一部分反射； 四分之一波片将第一偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏 振态的光(第二旋转方向的第三偏振态的光传播至第一偏。

33、光片)， 第一偏光片将第二旋转方 向的第三偏振态的光变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人眼)， 从而使人眼看 到图像单元所显示的虚拟图像。 0070 另一方面， 偏振分光膜将环境光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第二偏振态的光部分反射， 另一部分透射(第 二偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方 向的第三偏振态的光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一偏光片)， 第一偏光片将 第一旋转方向的第三偏振态的光变换为所述第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人 眼)， 从而使人眼看到真实景物图像。 。

34、0071 又一方面， 第一偏光片将干扰光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方向的第三偏振态的 光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第一 旋转方向的第三偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三 偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二旋转方向的第三偏振态的光变换 为第一偏振态的光(第一偏振态的光传播至第一偏光片)并透射至所述第一偏光片。 而由于 第一偏光片不透射第一偏振态的光， 因此， 可避免干扰光线射入人眼。 0072 基于上述实施例， 当虚拟图。

35、像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到叠加的 混合图像， 从而达到增强现实的效果； 由于干扰光线被第一偏光片反射或吸收而无法进入 人眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度。 0073 图3是本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图， 参见图3， 所述光 学系统包括： 图像单元1、 第一半反半透元件2、 第二半反半透元件32、 四分之一波片4和第一 偏光片5； 其中， 0074 在第二光路中， 所述第二半反半透元件， 用于部分透射所述环境光线。 0075 在第一光路中， 所述第二半反半透元件， 用于部分反射经所述第一半反半透元件 部分反射的图像光线。 0076 不难理解的是。

36、， 相对于图1对应的实施例， 本实施例进一步限定了使用第二半反半 透元件作为分束器。 因此， 此处仅对第二半反半透元件进行说明， 其他光学元件的作用不再 赘述， 相似之处可参见图1对应的实施例中的相关描述。 0077 下面对图3对应的实施例提供的一种光学系统的工作原理进行详细说明： 0078 一方面， 图像单元的显示屏发射出图像光线， 图像单元的透镜组折射所述图像光 线(图像光线传播至第一半反半透元件)； 第一半反半透元件将所述图像光线部分透射(该 部分图像光线传播至四分之一波片)、 另一部分反射(此部分图像光线传播至第二半反半透 元件)； 第二半反半透元件将图像光线部分透射(图像光线传播至外。

37、部环境)、 另一部分反射 说明书 6/9 页 9 CN 111308716 A 9 (图像光线传播至第一半反半透元件)； 第一半反半透元件将图像光线部分透射(图像光线 传播至四分之一波片)， 另一部分反射； 四分之一波片将所述图像光线透射(图像光线传播 至第一偏光片)， 第一偏光片将所述图像光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至人眼)， 从而使人眼看到图像单元所显示的虚拟图像。 0079 另一方面， 第二半反半透元件将环境光线部分透射(环境光线传播至第一半反半 透元件)， 另一部分反射(环境光线传播至外部环境)； 第一半反半透元件将环境光线部分反 射， 另一部分透射(环境光线传播至四。

38、分之一波片)， 四分之一波片将环境光线透射(环境光 线传播至第一偏光片)， 第一偏光片将环境光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传 播至人眼)， 从而使人眼看到真实景物图像。 0080 又一方面， 第一偏光片将干扰光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方向的第三偏振态的 光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第一 旋转方向的第三偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三 偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二旋转方向的第三偏振态的光变换 为第一偏。

39、振态的光(第一偏振态的光传播至第一偏光片)之后透射至所述第一偏光片。 而由 于第一偏光片不透射第一偏振态的光， 因此， 可避免干扰光线射入人眼。 0081 基于上述实施例， 当虚拟图像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到叠加的 混合图像， 从而达到增强现实的效果； 由于干扰光线被第一偏光片反射或吸收而无法进入 人眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度。 0082 图4是本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图， 参见图4， 所述光 学系统包括： 图像单元1、 第一半反半透元件2、 第二半反半透元件32、 四分之一波片4、 第一 偏光片5和第二偏光片6； 0083 所述图像。

40、单元、 所述第二偏光片、 所述第一半反半透元件沿第四光路依次设置， 所 述第二偏光片透射所述第一偏振态的光， 所述第四光路是指图像光线依次经由所述图像单 元、 所述第二偏光片、 所述第一半反半透元件透射或反射的传播路径； 0084 在所述第四光路中， 所述图像单元发出的图像光线经所述第二偏光片变换为所述 第一偏振态的光， 经所述第一半反半透元件部分反射。 0085 其中， 所述第二偏光片可以与所述图像单元贴合在一起， 也可以通过机构件与所 述图像单元固定， 所述第二偏光片的中心轴可以与所述图像单元的中心轴重合； 所述第二 偏光片的中心轴可以与所述第一半反半透元件的中心轴成第一预设角度， 优选地。

41、， 所述第 一预设角度可以为45 ； 所述第二偏光片的中心轴可以与所述分束器的中心轴成第二预设 角度， 优选地， 所述第二预设角度可以为90 。 0086 不难理解的是， 相对于图1对应的实施例， 本实施例进一步引入了第二偏光片。 因 此， 此处仅对第二偏光片的作用进行简要说明， 其他光学元件的作用不再赘述， 相似之处可 参见图1对应的实施例中的相关描述。 0087 下面对图4对应的实施例提供的一种光学系统的工作原理进行详细说明： 0088 一方面， 图像单元的显示屏发射出图像光线， 图像单元的透镜组折射所述图像光 线(图像光线传播至第二偏光片)； 第二偏光片将所述图像光线变换为第一偏振态的光。

42、； 第 一半反半透元件将第一偏振态的光部分透射(第一偏振态的光传播至四分之一波片)、 另一 说明书 7/9 页 10 CN 111308716 A 10 部分反射(第一偏振态的光传播至第二半反半透元件)； 第二半反半透元件将第一偏振态的 光部分反射(第一偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 另一部分透射(第一偏振态的光 传播至外部环境)； 第一半反半透元件将第一偏振态的光部分透射(第一偏振态的光传播至 四分之一波片)、 另一部分反射； 四分之一波片将第一偏振态的光变换为第二旋转方向的第 三偏振态的光(第二旋转方向的第三偏振态的光传播至第二偏光片)； 第二偏光片将所述第 二旋转方向的第三偏振态的。

43、光变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人眼)， 从而 使人眼看到图像单元所显示的虚拟图像。 0089 另一方面， 第二半反半透元件将环境光线部分透射(环境光线传播至第一半反半 透元件)， 另一部分反射(环境光线传播至外部环境)； 第一半反半透元件将环境光线部分反 射， 另一部分透射(环境光线传播至四分之一波片)， 四分之一波片将环境光线透射(环境光 线传播至第一偏光片)， 第一偏光片将环境光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传 播至人眼)， 从而使人眼看到真实景物图像。 0090 又一方面， 第一偏光片将干扰光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至四分之一波片)， 四分之一波。

44、片将第二偏振态的光变换为第一旋转方向的第三偏振态的 光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第一 旋转方向的第三偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三 偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二旋转方向的第三偏振态的光变换 为第一偏振态的光(第一偏振态的光传播至第一偏光片)之后透射至所述第一偏光片。 而由 于第一偏光片不透射第一偏振态的光， 因此， 可避免干扰光线射入人眼。 0091 基于上述实施例， 当虚拟图像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到叠加的 混合图像， 从而达到增强现实的效果； 由于干扰光线被第一偏光片。

45、反射或吸收而无法进入 人眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度。 0092 图5是本发明的又一实施例提供的一种光学系统的结构示意图， 参见图5， 所述光 学系统包括： 图像单元1、 第一半反半透元件2、 偏振分光膜31、 四分之一波片4、 第一偏光片5 和第二偏光片6， 该光学系统的工作原理如下： 0093 一方面， 图像单元的显示屏发射出图像光线， 图像单元的透镜组折射所述图像光 线(图像光线传播至第二偏光片)； 第二偏光片将所述图像光线变换为第一偏振态的光； 第 一半反半透元件将第一偏振态的光部分透射(第一偏振态的光传播至四分之一波片)、 另一 部分反射(第一偏振态的光传播至偏振。

46、分光膜)； 由于偏振分光膜反射第一偏振态的光， 透 射第二偏振态的光， 并且此时偏振分光膜的入射光线只有第一偏振态的光， 因此， 偏振分光 膜只将第一偏振态的光反射(第一偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 并未将任何光线 透射， 因而图像光线无法射入外部环境； 第一半反半透元件将第一偏振态的光部分透射(第 一偏振态的光传播至四分之一波片)、 另一部分反射； 四分之一波片将第一线偏振光变换为 第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三偏振态的光传播至第一偏光片)； 第 一偏光片将所述第二旋转方向的第三偏振态的光变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光 传播至人眼)， 从而使人眼看到图像单元所。

47、显示的虚拟图像。 0094 另一方面， 偏振分光膜将环境光线变换为第二偏振态的光(第二偏振态的光传播 至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第二偏振态的光部分反射， 另一部分透射(第 二偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方 说明书 8/9 页 11 CN 111308716 A 11 向的第三偏振态的光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一偏光片)， 第一偏光片将 第一旋转方向的第三偏振态的光变换为所述第二偏振态的光(第二偏振态的光传播至人 眼)， 从而使人眼看到真实景物图像。 0095 又一方面， 第一偏光片将干扰光线变换为第二偏振态的光(第二。

48、偏振态的光传播 至四分之一波片)， 四分之一波片将第二偏振态的光变换为第一旋转方向的第三偏振态的 光(第一旋转方向的第三偏振态的光传播至第一半反半透元件)， 第一半反半透元件将第一 旋转方向的第三偏振态的光变换为第二旋转方向的第三偏振态的光(第二旋转方向的第三 偏振态的光传播至四分之一波片)， 四分之一波片将第二旋转方向的第三偏振态的光变换 为第一偏振态的光(第一偏振态的光传播至第一偏光片)之后透射至所述第一偏光片。 而由 于第一偏光片不透射第一偏振态的光， 因此， 可避免干扰光线射入人眼。 0096 基于上述实施例， 当虚拟图像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到叠加的 混合图像， 从而。

49、达到增强现实的效果； 由于干扰光线被第一偏光片反射或吸收而无法进入 人眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度； 由于偏振分光膜并未将图像光线 透射至外部环境， 从而可以确保用户的隐私。 0097 本发明的一个实施例还提供一种增强现实设备， 所述增强现实设备包括显示设备 和上述任一实施例所述的光学系统， 所述显示设备用于接收所述光学系统发送的光线， 并 生成投影图像。 所述光学系统利用光的偏振原理， 通过在光学系统中增加偏光片、 偏振分光 膜和波片等来实现所述偏振原理； 当虚拟图像和真实景物图像均到达人眼时， 用户可看到 叠加的混合图像， 从而达到增强现实的效果； 由于干扰光线不被偏光。

50、片透射而无法进入人 眼， 因此可以提高光学系统所成的混合图像的对比度。 0098 需要说明的是， 在本文中， 术语 “包括” 、“包含” 或者其任何其他变体意在涵盖非排 他性的包含， 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 物品或者装置不仅包括那些要素， 而 且还包括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者装置所固有 的要素。 在没有更多限制的情况下， 由语句 “包括一个” 限定的要素， 并不排除在包括该 要素的过程、 方法、 物品或者装置中还存在另外的相同要素。 0099 通过以上的实施方式的描述， 本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方 法可借助软件加必需。