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CN111338081A - Ar光学系统和ar显示设备 - Google Patents

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CN111338081A
CN111338081A CN202010172569.1A CN202010172569A CN111338081A CN 111338081 A CN111338081 A CN 111338081A CN 202010172569 A CN202010172569 A CN 202010172569A CN 111338081 A CN111338081 A CN 111338081A
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CN
China
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light
mirror
optical system
condensing lens
mirror unit
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Application number
CN202010172569.1A
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栗可
武玉龙
董瑞君
刘亚丽
王晨如
张�浩
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BOE Technology Group Co Ltd
Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
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Publication date
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Priority to US17/424,506 priority patent/US12099187B2/en
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Abstract

本申请提供了一种AR光学系统和AR显示设备，其中，AR光学系统包括：对应于图像源的景深分离结构，景深分离结构用于将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束；会聚透镜，位于景深分离结构的出射光路上，用于接收多条不同景深的光束并整形；第一半透半反镜，位于会聚透镜远离景深分离结构的一侧，用于将整形后的多条不同景深的光束向一设定方向进行反射；具有预设透反比的凹面镜，位于第一半透半反镜的反射出光方向的一侧，凹面镜的凹面朝向第一半透半反镜，用于将多条不同景深的光束，反射并会聚后透过第一半透半反镜射入设定的观测位置。本申请将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，从而产生不同深度的图像，提升用户体验。

Description

AR光学系统和AR显示设备
技术领域
本申请涉及增强现实技术领域，具体而言，本申请涉及一种AR光学系统和AR显示设备。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)也被称为混合现实，其原理是通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。目前，人们可以通过穿戴式设备，如AR眼镜或AR头盔等，与真实世界进行互动。
正常人眼在进行视物时，双眼视线的夹角与单眼的对焦深度成一定比例关系，当打破这种关系时，人眼会感觉不舒适，甚至出现头晕恶心的症状，这种现象被作辐辏冲突。
由于在传统的AR眼镜或AR头盔中，显示屏通过双眼视差来营造立体的感觉，但是由于双眼对应的显示屏与人眼的距离相同，因此在观看不同深度的立体图像时，单眼的聚焦深度始终为一个平面，与双眼的旋转角度不相符，导致长时间使用出现头晕的症状，严重时更能导致双眼的斜视及弱视等症状。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种AR光学系统和AR显示设备，以解决现有AR设备通过调节双眼视差来实现立体图像而产生辐辏冲突的问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种AR光学系统，包括：
对应于图像源的景深分离结构，所述景深分离结构用于将所述图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束；
会聚透镜，位于所述景深分离结构的出射光路上，用于接收所述多条不同景深的光束并进行整形；
第一半透半反镜，位于所述会聚透镜远离所述景深分离结构的一侧，用于将整形后的多条所述不同景深的光束向一设定方向进行反射；
具有预设透反比的凹面镜，位于所述第一半透半反镜的反射出光方向的一侧，所述凹面镜的凹面朝向所述第一半透半反镜，用于将多条所述不同景深的光束，反射并会聚后透过所述第一半透半反镜射入设定的观测位置。
在一个可能的实现方式中，所述景深分离结构为透反镜组件，所述透反镜组件包括：多个具有预设透反比的半透半反镜单元；多个所述半透半反镜单元间隔布置，用于分别对应不同物距的所述图像源；
多个所述半透半反镜单元中，至少部分的所述半透半反镜单元的出射光路朝向所述会聚透镜的入光面；朝向所述会聚透镜的入光面之外的那一部分所述半透半反镜单元的出射光路，经其他的所述半透半反镜单元的透射和/或反射后朝向所述会聚透镜的入光面；多个所述半透半反镜单元用于分别将各自对应的所述图像源射出的光线经反射和/或透射后形成多条所述不同景深的光束并射向述会聚透镜。
在一个可能的实现方式中，距离所述会聚透镜最近的所述半透半反镜单元为第一半透半反镜单元，距离所述会聚透镜最远的所述半透半反镜单元为第二半透半反镜单元；位于所述第一半透半反镜单元与所述第二半透半反镜单元之间的所述半透半反镜单元均为第三半透半反镜单元；
所述第二半透半反镜单元用于反射对应的第二图像源的第二光线，使得所述第二光线透过各所述第三半透半反镜单元后，被所述第一半透半反镜单元反射至所述会聚透镜的入光面；
第N个所述第三半透半反镜单元还用于反射对应的第三图像源的第三光线，使得所述第三光线被所述第一半透半反镜单元反射至所述会聚透镜的入光面；或者，使得所述第三光线透过第N-1至第1个所述第三半透半反镜单元后，被所述第一半透半反镜单元反射至所述会聚透镜的入光面；N为正整数；最靠近所述第一半透半反镜单元的所述第三半透半反镜单元为第1个所述第三半透半反镜单元；
所述第一半透半反镜单元还用于将对应的第一图像源的第一光线透射至所述会聚透镜的入光面。
在一个可能的实现方式中，靠近所述会聚透镜的所述半透半反镜单元为第一半透半反镜单元，远离所述会聚透镜的所述半透半反镜单元为第二半透半反镜单元；
所述第二半透半反镜单元用于反射对应的第二图像源的第二光线，使得所述第二光线被所述第一半透半反镜单元反射至所述会聚透镜的入光面；所述第一半透半反镜单元还用于将对应的第一图像源的第一光线透射至所述会聚透镜的入光面。
在一个可能的实现方式中，多个所述半透半反镜单元为平面镜、凹面镜或凸形面镜中的至少一种；
和/或，所述第一半透半反镜为平面镜、凹形面镜或凸形面镜中的一种。
在一个可能的实现方式中，所述半透半反镜单元的数量为三个。
在一个可能的实现方式中，所述景深分离结构为微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述会聚透镜平行布置；
所述微透镜阵列用于接收所述图像源射出的光线并形成多条所述不同景深的光束射出。
在一个可能的实现方式中，所述会聚透镜至少包括非球面透镜；
和/或，所述会聚透镜的表面镀有增透膜。
在一个可能的实现方式中，所述凹面镜的主光轴与所述会聚透镜的主光轴相交于所述第一半透半反镜。
第二个方面，本申请实施例还提供了一种AR显示设备，包括：图像源以及第一个方面所述的AR光学系统，所述AR光学系统中的景深分离结构与所述图像源对应设置。
在一个可能的实现方式中，AR显示设备还包括光学系统框架；所述AR光学系统固定在所述光学系统框架上；或者，所述AR光学系统和所述图像源均固定在所述光学系统框架上。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例提供的AR光学系统及AR显示设备，利用景深分离结构将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，由于不同景深的光束对应不同的物距，导致不同像的像距不同，从而形成不同距离的焦面，使得用于能够看到不同深度的图像，以减弱用户在使用时的辐辏冲突，提升用户体验。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种AR光学系统和对应图像源的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种AR光学系统和对应图像源的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种AR光学系统和对应图像源的结构以及该结构所对应的图像深度示意图。
其中：
1-第一图像源；
2-第三图像源；
3-第一半透半反镜单元；
4-第三半透半反镜单元；
5-会聚透镜；
6-凹面镜；
7-第一半透半反镜；
8-第二图像源；
9-第二半透半反镜单元；
10-景深分离结构。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
如图1所示，本申请实施例提供了一种AR光学系统，包括：景深分离结构10、会聚透镜5、第一半透半反镜7和具有预设透反比的凹面镜6。
其中，景深分离结构10与图像源对应设置，景深分离结构10用于将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束。
会聚透镜5位于景深分离结构10的出射光路上，用于接收多条不同景深的光束并进行整形。
第一半透半反镜7位于会聚透镜5远离景深分离结构10的一侧，用于将整形后的多条不同景深的光束向一设定方向进行反射。
凹面镜6位于第一半透半反镜7的反射出光方向的一侧，凹面镜6的凹面朝向第一半透半反镜7，用于将多条不同景深的光束，反射并会聚后透过第一半透半反镜7射入设定的观测位置。
本实施例提供的AR光学系统，利用景深分离结构10将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，由于不同景深的光束对应不同的物距，导致不同像的像距不同，从而形成不同距离的焦面，使得用于能够看到不同深度的图像，以减弱用户在使用时的辐辏冲突，提升用户体验。
可选地，根据景深分离结构10的具体实现结构，图像源根据实际需要可以设置为多个，也可以设置为单个。以图1为例，本实施例中的图像源至包括图中第一图像源1、第二图像源8或者第一图像源1中的至少一个，以下各实施例中可同样参考。
本实施例中，不同景深的光束是指光束在整个光学系统中的光路距离不同，且每一条光束指代同一景深的所有光线的集合，将所有光线抽象为一条光束以便于对整个光路系统的描述。
具体地，对于单个图像源(一般为面光源，由多个点光源组成)而言，代表同一景深的一条光束可以表示该图像源的所有射出光线的集合，当然也可以是部分射出光线的集合，每一条光束即可产生对应深度的图像效果。其中，光束的数量可根据景深分离结构10的具体实现结构确定，此处可不作具体限定。
在本实施例中，对于多条不同景深的光束，各条光束中的光线是由图像源中的多个点光源发散射出，导致光束中的部分光线呈发散状态，降低了成像效果。因此，需要对光线进行会聚整形以提高出光效果。具体地，将会聚透镜5布置在景深分离结构10的出射光路上，由于会聚透镜5是中央较厚、边缘较薄的透镜，具有会聚光线的作用，从而将景深分离结构10射出的多条不同景深的光束进行会聚整形，提高出光效果。
可以理解的是，由会聚透镜5射出的整形后的多条不同景深的光束，其中有部分无效光线直接经第一半透半反镜7透射出去，但对整个有效光线的传播基本无影响，因此，可以将第一半透半反镜7反射至凹面镜6的光束数量看作是没有变化，仅光束中的部分无效的光线直接透射射出，即凹面镜6接收到的多条不同景深的光束的数量与经会聚透镜5整形后的多条不同景深的光束的数量保持一致。
本实施例中，具有预设的透反比凹面镜6可以是全反射的凹面镜6(即透射率为零)，凹面镜6对第一半透半反镜7反射过来的光束进行会聚，凹面镜6的凹面朝向第一半透半反镜7，将多条不同景深的光束中的光线反射至凹面镜6的镜前焦点，多条不同景深的光束中的光线均在该焦点处会聚，然后透过第一半透半反镜7射入设定的观测位置。
可选地，凹面镜6还可以是同时具有透射和反射效果的透镜，保证部分环境光进入AR光学系统射入设定的观测位置，以提高与现实场景的融合效果。对于具有透射和反射效果的凹面镜6而言，凹面镜6的整体厚度需要均匀设置，以保证成像效果。其中，设定的观测位置一般是指人眼所在的位置。
本实施例中的图像源可以是液晶附硅(LCOS，Liquid Crystal on Silicon)显示面板，也可以是有机发光半导体(OLED，Organic LightEmitting Diode)显示面板，还可以是液晶显示面板(LCD，Liquid Crystal Display)。
需要说明的是，本实施例中的第一半透半反镜7以及后续各实施例中的半透半反镜单元中，透射和反射的比例(简称透反比)可以有多种组合，并不局限表示一半为透射和一半为反射(即透反比为50％比50％)的情况，还可以包括：透反比为30％比70％或者60％与90％等其它透反比的情况，具体的透反比根据光学系统的实际需求进行设定，此处不作具体限定。
此外，本实施例及以下各实施例中的“多个”指两个或者两个以上，“多条”指两条或者两条以上，依此类推。
在上述实施例的基础上，本申请的发明人考虑到，对于多个图像源而言，需要设置对应的透反镜，并利用透反镜的组合实现才能实现不同图像源与会聚透镜5的光路距离不同，从而形成对应不同图像源的具有不同景深的光束。为此，本申请实施例为景深分离结构10提供如下一种可能的实现方式：
景深分离结构10为透反镜组件，透反镜组件包括：多个具有预设透反比的半透半反镜单元；多个半透半反镜单元间隔布置，用于分别对应不同物距的图像源。
多个半透半反镜单元中，至少部分的半透半反镜单元的出射光路朝向会聚透镜5的入光面；朝向会聚透镜5的入光面之外的那一部分半透半反镜单元的出射光路，经其他的半透半反镜单元的透射和/或反射后直接朝向会聚透镜5的入光面。
多个半透半反镜单元用于分别将各自对应的图像源射出的光线经反射或者透射、或者反射与透射相结合的方式射出，从而形成多条不同景深的光束并射向会聚透镜5。
具体地，多个半透半反镜单元中，可以是全部的半透半反镜单元的出射光路朝向会聚透镜5的入光面，例如：多个半透半反镜单元在均通过反射后使对应的反射光路朝向会聚透镜5的入光面，只不过不同位置的半透半反镜单元可能需要经过其他的半透半反镜单元透射之后才能直接射向会聚透镜5的入光面，但是各半透半反镜单元的反射出射光路的方向是一致的。
需要指出的是，本实施例中的直接朝向会聚透镜5的入光面仅表示出光方向，不表示半透半反镜单元的出射光路直接射向会聚透镜5的入光面，中间可能会经过其他半透半反镜单元的透射或者反射才能直接射向聚透镜的入光面。
当然，也可能会存在仅有部分的半透半反镜单元的出射光路朝向会聚透镜5的入光面之外的情况，这一部分半透半反镜单元(指朝向会聚透镜5的入光面之外的半透半反镜单元)的出射光路可借助多个半透半反镜单元中其它的半透半反镜单元的透射或者反射之后朝向会聚透镜5的入光面，或者通过透射与反射的组合之后朝向会聚透镜5的入光面。
各自对应的图像源射出的光线，经多个半透半反镜单元的反射或者透射、或者反射与透射(反射和透射的次数可以根据实际结构需要具体设定)相结合的方式射出，由于图像源的物距不同，到达会聚透镜5的入光面时即可形成多条不同景深的光束。
需要说明的是，本实施例中不同物距的图像源是指图像源的发光面发射的光线距离会聚透镜5的入光面或者人眼观测位置的传播距离不相同，以便于通过反射或者透射形成多条不同景深的光束。
此外，本实施例中的朝向会聚透镜5的入光面的光路是指能够从会聚透镜5射入并会聚整形后射向第一半透半反镜7。
在上述实施例的基础上，继续参阅1，当透反镜组件中的半透半反镜单元的数量为三个或者三个以上时，首先对多个半透半反镜单元进行分类，具体分类如下：
距离会聚透镜5最近的半透半反镜单元为第一半透半反镜单元3，距离会聚透镜5最远的半透半反镜单元为第二半透半反镜单元9；位于第一半透半反镜单元3与第二半透半反镜单元9之间的半透半反镜单元均为第三半透半反镜单元4。
其中，第二半透半反镜单元9用于反射对应的第二图像源8的第二光线，使得第二光线透过各第三半透半反镜单元4后，被第一半透半反镜单元3反射至会聚透镜5的入光面。
第三半透半反镜单元4的个数为N，N为正整数。第N个第三半透半反镜单元4还用于反射对应的第三图像源2的第三光线，使得第三光线被第一半透半反镜单元3反射至会聚透镜5的入光面；或者，使得第三光线透过第N-1至第1个第三半透半反镜单元4后，被第一半透半反镜单元3反射至会聚透镜5的入光面。需要说明的是，最靠近第一半透半反镜单元3的第三半透半反镜单元4为第1个第三半透半反镜单元4。
第一半透半反镜单元3还用于将对应的第一图像源1的第一光线透射至会聚透镜5的入光面。
本实施例中，第三半透半反镜单元4的数量N可以是1个，也可以是多个，根据实际需要进行设置，每个第三半透半反镜单元4均对应一个第三图像源2。本实施例和附图中以一个第三半透半反镜单元4为例进行说明。
第一半透半反镜单元3的反射出光方向和透射出光方向平行，且均朝向会聚透镜5的入光面，第一半透半反镜单元3将第一图像源1射出的光线透射射出或者反射后形成一条具有同一景深的光束射向会聚透镜5。本实施例中的第一半透半反镜单元3将第一图像源1射出的第一光线以透射射出为例进行说明。
第二半透半反镜单元9将第二图像源8射出的第二光线经透射或者反射后射出，本实施例中以第二半透半反镜单元9的反射为例进行说明。经第二半透半反镜单元9反射后的光束射向第三半透半反镜单元4，作为第三半透半反镜单元4的入射光路(可以为透射或者反射)，本实施例中将第二半透半反镜单元9反射出的光束作为第三半透半反镜单元4的透射入射光路为例进行说明。
同时，第三半透半反镜单元4将第三图像源8射出的第三光线经透射或者反射后，本实施例中以第三半透半反镜单元4的反射为例进行说明。第三半透半反镜单元4的反射出射光路与第三半透半反镜单元4的透射出射光路的出射方向一致，均射向第一半透半反镜单元3的反射面，以作为第一半透半反镜单元3的反射入光光线。经第一半透半反镜单元3反射后，第三半透半反镜单元4的反射出射光路以及第三半透半反镜单元4的透射出射光路(相当于第二半透半反镜单元9的反射出射光路)形成两条不同景深的光束，并且与第一半透半反镜单元3透射出的一条同一景深的光束汇合，并全部射向会聚透镜5。
可选地，参考图2，半透半反镜单元的数量仅为两个时，靠近会聚透镜5的半透半反镜单元为第一半透半反镜单元3，远离会聚透镜5的半透半反镜单元为第二半透半反镜单元9；第二半透半反镜单元9用于反射对应的第二图像源8的第二光线，使得第二光线被第一半透半反镜单元3反射至会聚透镜5的入光面；第一半透半反镜单元3还用于将对应的第一图像源1的第一光线透射至会聚透镜5的入光面。
具体地，第一半透半反镜单元3直接将第一图像源1射出的光线经透射后射向会聚透镜5，第二半透半反镜单元9将第二图像源8射出的光线经反射后作为第一半透半反镜单元3的反射入射光路，经第一半透半反镜单元3反射后的反射出光光线与第一半透半反镜单元3的透射出光光线平行或者重合，以形成两条不同景深的光束并射向会聚透镜5。
在上述各实施例的基础上，多个半透半反镜单元为平面镜、凹形面镜或凸形面镜中的至少一种，即可以全部为平面镜、凹形面镜或者凸形面镜，还可以是仅其中一个半透半反镜单元为平面镜，其余的半透半反镜为凹形面镜。可选地，第一半透半反镜7为平面镜、凹形面镜或凸形面镜中的一种，保证同时具有透射和反射效果即可。需要说明是，本实施例中的凹形面镜或凸形面镜是指具有透射和反射效果的透镜，凹形和凸形均相对于平面而言，指代半透半反镜单元或者第一半透半反镜7表面的形状。
需要说明的是，上述不同面型的半透半反镜均可以根据需要设置各自对应的透反比。此外，以上关于各半透半反镜单元和第一半透半反镜7的具体面型示例仅为部分可选方式，不代表全部情况的列举。
在上述各实施例中，本申请的发明人发现，基于AR光学系统设计难度和成像质量的综合考虑，半透半反镜单元的数量设置一般设置为三个，可用于对应的图像源的数量也为三个，即图1中所示例的AR光学系统。
在上述各实施例的基础上，本实施例还提供了另外一种景深分离结构10，如图3所示，该景深分离结构10为微透镜阵列，微透镜阵列与会聚透镜5平行布置；微透镜阵列用于接收图像源射出的光线并形成多条不同景深的光束射出。
本实施例提供的AR光学系统，采用微透镜阵列作为景深分离结构10，利用微透镜阵列的多个微透镜单元，利用多个微透镜单元可将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，从而形成不同距离的焦面，使得用于能够看到不同深度的图像，以减弱用户在使用时的辐辏冲突，提升用户体验；而且微透镜阵列使得整个AR设备的结构紧凑，便于佩戴或携带。
具体地，微透镜阵列可由多个微透镜单元按照设定维度以及设定排列间距组成，每个微透镜单元可达到微米级。微透镜阵列对应单个图像源设置(图3中为第一图像源1)，通过多个微透镜单元可将第一图像源1发出的光波在空间上分成许多微小的部分，每一部分都被相应的微透镜单元聚焦在焦平面上，一系列微透镜单元就可以得到由一系列焦点组成的平面，从而形成多条不同景深的光束。
如图3所示，多条不同景深的光束依次经过会聚透镜5的整形、第一半透半反镜7的反射、凹面镜6的反射和会聚以及第一半透半反镜7的透射之后射入设定的观测位置，以便人眼能够观察到不同深度d的图像画面。
在上述各实施例的基础上，本申请实施例提供的会聚透镜5至少包括非球面透镜，非球面透镜的曲率半径从中心到边缘之曲率连续发生变化，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能。非球面透镜的应用，带来出色的锐度和更高的分辨率，同时镜头的小型化设计成为了可能。
可选地，非球面透镜的表面镀有增透膜，用于增大会聚透镜5的透光率，提高图像的成像效果。
在上述各实施例中，为了使图像源射出的光线尽可能地射入人眼，将凹面镜6的主光轴与会聚透镜5的主光轴设置成相交的状态，且相交的交点位于第一半透半反镜7上。
本实施例中，通过上述结构设置，能够保证从会聚透镜5射出的光线尽可能地反射到凹面镜6靠近主光轴的反射面位置，从而提高了图像亮度。
可选地，凹面镜6的主光轴与会聚透镜5的主光轴的交点位于第一半透半反镜7的光心，此时第一半透半反镜7用于反射的表面积和用于透射的表面积均最大，进一步提高图像亮度。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种AR显示设备，包括：图像源以及前述各实施例中的AR光学系统，AR光学系统中的景深分离结构10与图像源对应设置。
本实施例提供的AR显示设备，包括具有景深分离结构10的AR光学系统，利用景深分离结构10将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，由于不同景深的光束对应不同的物距，导致不同像的像距不同，从而形成不同距离的焦面，使得用于能够看到不同深度的图像，以减弱用户在使用时的辐辏冲突，提升用户体验。
可选地，景深分离结构10为透反镜组件，透反镜组件包括的多个半透半反镜单元分别对应多个图像源，可分别将各自图像源射出的光线经反射或者透射或者反射和透射的组合后汇合并射向会聚透镜5，形成多条不同景深的光束。此外，景深分离结构10还可以是微透镜阵列，微透镜阵列可将单个图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束。关于AR光学系统的其它结构可参照前述各实施例的内容，此处不再详细赘述。
在上述实施例的基础上，本实施例提供的AR显示设备还包括：光学系统框架。AR光学系统可单独固定在光学系统框架上，如：形成AR眼镜，通过AR眼镜观看前方的图像源所射出的光线。本实施例中，对光学系统框架的具体结构可不作具体限定，保证能够将AR光学系统中的各部件按照预先设定的位置安装即可。
可选地，也可以将AR光学系统和图像源均固定在光学系统框架上，如：形成AR头盔或者能够直接观测的AR设备，直接通过人眼在该AR设备中观看相应的图像画面。本实施例中，对光学系统框架的具体结构可不作具体限定，保证能够将AR光学系统中的各部件以及图像源按照预先设定的位置安装即可。
本申请各实施例至少具有以下技术效果：
1、利用景深分离结构将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束，由于不同景深的光束对应不同的物距，导致不同像的像距不同，从而形成不同距离的焦面，使得用于能够看到不同深度的图像，以减弱用户在使用时的辐辏冲突，提升用户体验。
2、利用透反组件将不同像距的图像源射出的光线经投射或者反射或者透射与反射的结合后分别形成不同景深的光束，使不同画面的具有不同的深度。
3、采用微透镜阵列作为景深分离结构，利用微透镜阵列的多个微透镜单元，利用多个微透镜单元可将图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束；而且微透镜阵列使得整个AR设备的结构紧凑，便于佩戴或携带。
4、通过将凹面镜的主光轴与会聚透镜的主光轴设置成相交的状态，且交点位于第一半透半反镜上，能够保证从会聚透镜射出的光线尽可能地反射到凹面镜靠近主光轴的反射面位置，从而提高了图像亮度。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种AR光学系统，其特征在于，包括：
对应于图像源的景深分离结构(10)，所述景深分离结构(10)用于将所述图像源射出的光线转换为多条不同景深的光束；
会聚透镜(5)，位于所述景深分离结构(10)的出射光路上，用于接收多条所述不同景深的光束并进行整形；
第一半透半反镜(7)，位于所述会聚透镜(5)远离所述景深分离结构(10)的一侧，用于将整形后的多条所述不同景深的光束向一设定方向进行反射；
具有预设透反比的凹面镜(6)，位于所述第一半透半反镜(7)的反射出光方向的一侧，所述凹面镜(6)的凹面朝向所述第一半透半反镜(7)，用于将多条所述不同景深的光束，反射并会聚后透过所述第一半透半反镜(7)射入设定的观测位置。
2.根据权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述景深分离结构(10)为透反镜组件，所述透反镜组件包括：多个具有预设透反比的半透半反镜单元；多个所述半透半反镜单元间隔布置，用于分别对应不同物距的所述图像源；
多个所述半透半反镜单元中，至少部分的所述半透半反镜单元的出射光路朝向所述会聚透镜(5)的入光面；朝向所述会聚透镜(5)的入光面之外的那一部分所述半透半反镜单元的出射光路，经除自身之外的其它所述半透半反镜单元的透射和/或反射后朝向所述会聚透镜(5)的入光面；
多个所述半透半反镜单元用于分别将各自对应的所述图像源射出的光线经反射和/或透射后形成多条所述不同景深的光束并射向述会聚透镜(5)。
3.根据权利要求2所述的AR光学系统，其特征在于，距离所述会聚透镜(5)最近的所述半透半反镜单元为第一半透半反镜单元(3)，距离所述会聚透镜(5)最远的所述半透半反镜单元为第二半透半反镜单元(9)；
位于所述第一半透半反镜单元(3)与所述第二半透半反镜单元(9)之间的所述半透半反镜单元均为第三半透半反镜单元(4)；所述第二半透半反镜单元(9)用于反射对应的第二图像源(8)的第二光线，使得所述第二光线透过各所述第三半透半反镜单元(4)后，被所述第一半透半反镜单元(3)反射至所述会聚透镜(5)的入光面；
第N个所述第三半透半反镜单元(4)还用于反射对应的第三图像源(2)的第三光线，使得所述第三光线被所述第一半透半反镜单元(3)反射至所述会聚透镜(5)的入光面；或者，使得所述第三光线透过第N-1至第1个所述第三半透半反镜单元(4)后，被所述第一半透半反镜单元(3)反射至所述会聚透镜(5)的入光面；N为正整数；最靠近所述第一半透半反镜单元(3)的所述第三半透半反镜单元(4)为第1个所述第三半透半反镜单元(4)；
所述第一半透半反镜单元(3)还用于将对应的第一图像源(1)的第一光线透射至所述会聚透镜(5)的入光面。
4.根据权利要求2所述的AR光学系统，其特征在于，靠近所述会聚透镜(5)的所述半透半反镜单元为第一半透半反镜单元(3)，远离所述会聚透镜(5)的所述半透半反镜单元为第二半透半反镜单元(9)；
所述第二半透半反镜单元(9)用于反射对应的第二图像源(8)的第二光线，使得所述第二光线被所述第一半透半反镜单元(3)反射至所述会聚透镜(5)的入光面；
所述第一半透半反镜单元(3)还用于将对应的第一图像源的第一光线透射至所述会聚透镜(5)的入光面。
5.根据权利要求2所述的AR光学系统，其特征在于，多个所述半透半反镜单元为平面镜、凹形面镜或凸形面镜中的至少一种；
和/或，所述第一半透半反镜(7)为平面镜、凹形面镜或凸形面镜中的一种。
6.根据权利要求3所述的AR光学系统，其特征在于，所述半透半反镜单元的数量为三个。
7.根据权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述景深分离结构(10)为微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述会聚透镜(5)平行布置；
所述微透镜阵列用于接收所述图像源射出的光线并形成多条所述不同景深的光束射出。
8.根据权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述会聚透镜(5)至少包括非球面透镜；
和/或，所述会聚透镜(5)的表面镀有增透膜。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的AR光学系统，其特征在于，所述凹面镜(6)的主光轴与所述会聚透镜(5)的主光轴相交于所述第一半透半反镜(7)。
10.一种AR显示设备，其特征在于，包括：图像源以及如权利要求1至8中任一项所述的AR光学系统，所述AR光学系统中的景深分离结构(10)与所述图像源对应设置。
11.根据权利要求10所述的AR显示设备，其特征在于，还包括光学系统框架；
所述AR光学系统固定在所述光学系统框架上；
或者，所述AR光学系统和所述图像源均固定在所述光学系统框架上。
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