一种增强现实系统和增强现实装置的制作方法

1.本实用新型涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种增强现实系统和增强现实装置。


背景技术：

2.随着科技发展，增强现实技术已经被广泛应用于城市规划、手术诊疗、娱乐等领域，并在一定程度上改变了消费者、企业与数字世界的互动方式。
3.增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。
4.目前，增强现实系统存在显示内容对外可视的问题，从而会造成隐私外泄。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种增强现实系统和增强现实装置，在保证实现增强显示的正常功能的前提下可以保护增强现实系统内部光线不外泄，从而保护使用者隐私。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种增强现实系统，包括显示结构、第一透反结构和第二透反结构；
7.所述显示结构用于出射显示光线；
8.所述第一透反结构包括第一λ/4波片和偏振反射单元，所述显示光线依次经所述第一λ/4波片、所述偏振反射单元和所述第一λ/4波片后形成圆偏振光线；
9.所述第二透反结构包括透反单元、第二λ/4波片和第一偏振吸收单元，部分所述圆偏振光线经所述第二透反结构反射后经所述第一透反结构入射至用户视野；部分所述圆偏振光线经所述透反单元透射后经所述第二λ/4波片后形成第一线偏振光线，所述第一线偏振光线的偏振方向与所述第一偏振吸收单元的吸收轴方向平行；
10.外界光线依次经所述第二透反结构和所述第一透反结构后入射至所述用户视野。
11.可选的，沿用户视角观测，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为α，所述第一偏振吸收单元的吸收轴与所述第二λ/4波片的慢轴之间的夹角为β；
12.其中，|α-β|＝90
°
。
13.可选的，沿所述用户视角观测，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
，所述第一偏振吸收单元的吸收轴与所述第二λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
。
14.可选的，沿所述用户视角观测，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
，所述第一偏振吸收单元的吸收轴与所述第二λ/4波片的慢轴之间
的夹角为 45
°
。
15.可选的，所述增强现实系统还包括反射优化结构；
16.所述反射优化结构包括第二偏振吸收单元和第三λ/4波片，所述显示光线依次经所述第二偏振吸收单元和所述第三λ/4波片后入射至所述第一透反结构；
17.沿所述用户视角观测，所述第二偏振吸收单元的吸收轴和所述第三λ/4波片的慢轴之间的夹角为δ，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为α；
18.其中，δ＝α。
19.可选的，沿所述用户视角观测，所述第二偏振吸收单元的吸收轴与所述第三λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
。
20.可选的，沿所述用户视角观测，所述第二偏振吸收单元的吸收轴与所述第三λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
，所述偏振反射单元的反射轴与所述第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
。
21.可选的，所述第一透反结构还包括第三偏振吸收单元，所述第三偏振吸收单元位于所述偏振反射单元与用户视野之间的光路中；
22.所述第三偏振吸收单元的吸收轴与所述偏振反射单元的反射轴平行。
23.可选的，所述透反单元设置于所述第一透反结构与所述第二λ/4波片之间的光路中。
24.可选的，所述第一透反结构还包括承载单元；
25.所述第一λ/4波片和所述偏振反射单元设置于所述承载单元的同一侧，或者，所述第一λ/4波片和所述偏振反射单元分别设置于所述承载单元的不同侧。
26.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种增强现实装置，包括第一方面任一项所述的增强现实系统。
27.本实用新型实施例提供的增强现实系统，通过设置第一透反结构包括第一λ/4波片和偏振反射单元，第二透反结构包括透反单元、第二λ/4波片和第一偏振吸收单元，经第一透反结构形成的圆偏振光线，部分可以经第二透反结构反射后经第一透反结构入射至用户视野，保证用户可以正常观看到显示结构的显示内容，部分可以经透反单元透射后经第二λ/4波片后形成第一线偏振光线，第一线偏振光线被第一偏振吸收单元吸收后不会从第二透反结构侧出射，保证显示内容不会外泄，保护用户的隐私。同时外界光线可以依次经第二透反结构和第一透反结构后入射至用户视野，如此用户可以同时接收到显示内容以及外界光线，实现增强显示。
附图说明
28.图1是根据本实用新型实施例提供的一种增强现实系统的结构示意图；
29.图2是根据本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统的结构示意图；
30.图3是根据本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统的结构示意图；
31.图4是根据本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统的结构示意图；
32.图5是根据本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统的结构示意图；
33.图6是根据本实用新型实施例提供的一种增强现实装置的结构示意图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“等”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.图1是本实用新型实施例提供的一种增强现实系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的增强现实系统，包括显示结构1、第一透反结构2和第二透反结构3；显示结构1用于出射显示光线110；第一透反结构2包括第一λ/4波片21和偏振反射单元22，显示光线110依次经第一λ/4波片21、偏振反射单元22和第一λ/4波片21后形成圆偏振光线140；第二透反结构3包括透反单元31、第二λ/4波片32和第一偏振吸收单元33，部分圆偏振光线经第二透反结构3反射后经第一透反结构2入射至用户视野；部分圆偏振光线经透反单元31透射后经第二λ/4波片32后形成第一线偏振光线160，第一线偏振光线160的偏振方向与第一偏振吸收单元33的吸收轴方向平行；外界光线依次经第二透反结构3和第一透反结构2后入射至用户视野。
37.示例性的，显示结构1可以是led显示屏、lcd显示屏或者oled显示屏等可以用于出射显示光线的屏幕设备，本实用新型实施例对显示结构1的具体类型不进行限定。当显示结构1工作时，其出射的光线先经过第一λ/4波片21的作用产生附加光程差，即出射的显示光线110分解为垂直于光轴和平行于光轴的两个光分量，使两个光分量的相位差增加π/2，形成第一透射光线120。第一透射光线120再经过偏振反射单元22，其中，偏振反射单元22可以是反射型偏振片，可以将第一透射光线120进行反射偏振，获得第一反射光线130，第一反射光线130再经过第一λ/4波片21，形成圆偏振光线140，即在任一时刻，显示光线110依次经过第一λ/4波片21、偏振反射单元22及第一λ/4波片21，光线振动矢量的大小不变，振动方向匀速转动，进而获得圆偏振光线140。
38.进一步的，该圆偏振光线140中的一部分被第二透反结构3中的透反单元31透过，形成第二透射光线150，另外一部分被透反单元31反射，形成第二反射光线170。示例性的，透反单元31可以是半透半反镜，半透半反镜可以将入射光的光线进行分解，其中一部分光线进行反射，另外一部分光线进行透射。具体的，被透反单元31反射的第二反射光线170可以经过第一透反结构2，形成第三透射光线180入射至用户视野，从而使用户看见显示结构1中显示的内容。被透反单元31透射的部分圆偏振光，即第二透射光线150，入射至第二λ/4波片32后形成第一线偏振光线160。示例性的，第一偏振吸收单元33可以是吸收型偏振片，由于第一线偏振光线160的偏振方向与第一偏振吸收单元33的吸收轴方向平行，如此第一偏
振吸收单元33可以吸收第一线偏振光，因此，当第一线偏振光线160经过第一偏振吸收单元33后被吸收截止，从而使外界中的非使用者看不到显示结构1中显示的内容。
39.图2是本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统结构示意图，如图2所示，外界光线210依次经过第二透反结构3和第一透反结构2后，形成第四透射光线220可以入射至用户视野中，能够使用户能看到外界的光线。
40.综上所述，本实用新型实施例提供的增强现实系统，通过设置第一透反结构包括第一λ/4波片和偏振反射单元，第二透反结构包括透反单元、第二λ/4波片和第一偏振吸收单元，经第一透反结构形成的圆偏振光线，部分可以经第二透反结构反射后经第一透反结构入射至用户视野，保证用户可以正常观看到显示结构的显示内容，部分可以经透反单元透射后经第二λ/4波片后形成第一线偏振光线，第一线偏振光线被第一偏振吸收单元吸收后不会从第二透反结构侧出射，保证显示内容不会外泄，保护用户的隐私。同时外界光线可以依次经第二透反结构和第一透反结构后入射至用户视野，如此用户可以同时接收到显示内容以及外界光线，实现增强显示。
41.可选的，沿用户视角观测，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为α，第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为β；其中，|α-β|＝90
°
。
42.具体的，沿用户视角观测，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为α，可以理解为偏振反射单元22的反射轴沿设定方向旋转α角度后与第一λ/4波片21的慢轴重合。第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为β，可以理解为第一偏振吸收单元33的吸收轴沿上述设定方向旋转β角度后与第二λ/4波片32的慢轴重合。其中设定方向可以为顺时针方向或者逆时针方向，本实用新型实施例对此不进行限定。
43.进一步的，圆偏振光线140的旋向由反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角决定，第一线偏振光线160的偏振方向与第一偏振吸收单元33的吸收方向之间的对应关系由第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角决定。通过设置偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角α与第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角β满足|α-β|＝90
°
，可以保证第一线偏振光线160被第一偏振吸收单元33吸收，从而可以实现显示结构1中的显示内容不被外界所看到，可以保护用户的隐私。
44.接下来，对如何实现偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角α与第一偏振吸收单元的吸收轴与第二λ/4波片的慢轴之间的夹角β满足|α-β|＝90
°
进行说明。
45.作为一种可行的实施方式，可选的，沿用户视角观测，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为 45
°
，第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为-45
°
。
46.示例性的，结合图1，圆偏振光线140的旋向由偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角决定，当偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为 45
°
时，也就是α＝ 45
°
，即偏振反射单元22的反射轴沿顺时针方向旋转45
°
到达第一λ/4波片21的慢轴方向，此时圆偏振光线140的旋向可以定义为第一旋向。进一步的，第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为-45
°
，也就是β＝-45
°
时，即第一偏振吸收单元33的吸收轴沿顺时针方向旋转-45
°
到达第二λ/4波片32的慢轴方向。此时α与β满足|α-β|＝90
°
，保证第一线偏振光线160被第一偏振吸收单元33吸收，从而可以实现显示结构1中的显示内容不被外界所看到，可以保护用户的隐私。
47.需要说明的是，上述实施例中，设定方向可以理解为顺时针方向。
48.作为另一种可行的实施方式，可选的，沿用户视角观测，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为-45
°
，第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为 45
°
。
49.示例性的，结合图1，圆偏振光线140的旋向由偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角决定，当偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为-45
°
时，也就是α＝-45
°
，即偏振反射单元22的反射轴沿顺时针方向旋转-45
°
到达第一λ/4波片21的慢轴方向，此时圆偏振光线140的旋向可以定义为第二旋向。进一步的，第一偏振吸收单元33的吸收轴与第二λ/4波片32的慢轴之间的夹角为 45
°
，也就是β＝ 45
°
时，即第一偏振吸收单元33的吸收轴沿顺时针方向旋转 45
°
到达第二λ/4波片32的慢轴方向。此时，α与β满足|α-β|＝90
°
，保证第一线偏振光线160被第一偏振吸收单元33吸收，从而使得光线被截止，可以避免传播至非使用者眼中。
50.需要说明的是，上述实施例中，设定方向可以理解为顺时针方向。
51.综上所述，通过设置偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角α与第一偏振吸收单元的吸收轴与第二λ/4波片的慢轴之间的夹角β满足|α-β|＝90
°
，进一步设置沿用户视角观测，偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
，第一偏振吸收单元的吸收轴与第二λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
；或者，设置沿用户视角观测，偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
，第一偏振吸收单元的吸收轴与第二λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
，保证第一线偏振光线的偏振方向与第一偏振吸收单元吸收轴方向相同，保证第一线偏振光线在第一偏振吸收单元处截止，不会从第二透反结构处出射，保证显示结构中的显示内容不被外界所看到，可以保护用户的隐私。
52.图3是本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统结构示意图，增强现实系统还包括反射优化结构4；反射优化结构4包括第二偏振吸收单元41和第三λ/4波片42，显示光线310经第二偏振吸收单元41后，形成第三透射光线320，第三透射光线320经过第三λ/4波片42后，形成第四透射光线110，第四透射光线110入射至第一透反结构2，沿用户视角观测，第二偏振吸收单元41的吸收轴和第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为δ，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为α；其中，δ＝α。
53.具体的，沿用户视角观测，第二偏振吸收单元41的吸收轴和第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为δ，可以理解为第二偏振吸收单元41的吸收轴沿设定方向旋转δ角度后与第三λ/4波片42的慢轴重合。偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为α，可以理解为偏振反射单元22的反射轴沿上述设定方向旋转α角度后与第一λ/4波片21的慢轴重合。其中设定方向可以为顺时针方向或者逆时针方向，本实用新型实施例对此不进行限定。通过设置第二偏振吸收单元41的吸收轴和第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角δ与偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角α满足δ＝α，可以保证被第二偏振吸收单元41吸收后出射的光线320依次经过第三λ/4波片42和第一λ/4波片21后被偏振反射单元22完全反射，从而不会存在杂散光进入用户视野，可以有效提高进入用户视野的光线
质量。
54.接下来，对如何实现第二偏振吸收单元41的吸收轴和第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角δ与偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角α满足δ＝α进行说明。
55.作为一种可行的实施方式，可选的，沿用户视角观测，第二偏振吸收单元41的吸收轴与第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为 45
°
，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为 45
°
，即δ＝α＝45
°
。
56.示例性的，结合图3，第二偏振吸收单元41的吸收轴与第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为 45
°
时，也就是δ＝45
°
，即第二偏振吸收单元41的吸收轴沿顺时针方向旋转45
°
后到达第三λ/4波片42的慢轴方向。进一步的，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为 45
°
时，也就是α＝ 45
°
，即偏振反射单元22的反射轴沿顺时针方向旋转45
°
到达第一λ/4波片21的慢轴方向，此时α与δ满足δ＝α＝45
°
，可以保证第一透射光线120完全被偏振反射单元22反射为第一反射光线130，没有光线从偏振反射单元22的透光轴中透出，能够有效减少光线照到用户脸部，从而避免光线反射进入使用者眼中，影响观看体验。
57.需要说明的是，上述实施例中，设定方向可以理解为顺时针方向。
58.作为另一种可行的实施方式，可选的，沿用户视角观测，第二偏振吸收单元41的吸收轴与第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为-45
°
，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为-45
°
，即δ＝α＝-45
°
，
59.示例性的，结合图3，第二偏振吸收单元41的吸收轴与第三λ/4波片42的慢轴之间的夹角为-45
°
时，也就是δ＝-45
°
，即第二偏振吸收单元41的吸收轴沿顺时针方向旋转-45
°
后到达第三λ/4波片42的慢轴方向。进一步的，偏振反射单元22的反射轴与第一λ/4波片21的慢轴之间的夹角为-45
°
，也就是α＝-45
°
，即偏振反射单元22的反射轴沿顺时针方向旋转-45
°
到达第一λ/4波片21的慢轴方向，此时α与δ满足δ＝α＝-45
°
，此时可以保证第一透射光线120完全被偏振反射单元22反射为第一反射光线130，没有光线从偏振反射单元22的透光轴中透出，能够有效减少光线照到用户脸部，从而避免光线反射进入使用者眼中，影响观看体验。
60.需要说明的是，上述实施例中，设定方向可以理解为顺时针方向。
61.综上所述，通过设置第二偏振吸收单元的吸收轴和第三λ/4波片的慢轴之间的夹角δ与偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角α满足δ＝α，进一步设置沿用户视角观测，第二偏振吸收单元的吸收轴与第三λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
，偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为 45
°
；或者，第二偏振吸收单元的吸收轴与第三λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
，偏振反射单元的反射轴与第一λ/4波片的慢轴之间的夹角为-45
°
，保证第一透射光线完全被偏振反射单元反射为第一反射光线，没有光线从偏振反射单元的透光轴中透出，能够有效减少光线照到用户脸部，从而避免光线反射进入使用者眼中，影响观看体验。
62.图4是本实用新型实施例提供的另一种增强现实系统结构示意图，第一透反结构2还包括第三偏振吸收单元23，第三偏振吸收单元23位于偏振反射单元22与用户视野之间的光路中；第三偏振吸收单元23的吸收轴与偏振反射单元22的反射轴平行。
63.具体的，由于偏振反射单元22的反射率不能达到100％，因此，在偏振反射单元22之后的光路中增设第三偏振吸收单元23，用于吸收未被偏振反射单元22反射的光线，可以减少杂散光进入用户视野，从而提高观看效果。
64.可选的，透反单元31设置于第一透反结构2与第二λ/4波片32之间的光路中。
65.示例性的，结合图1，当第一反射光线130经过第一λ/4波片21后形成的圆偏振光线140的旋向为第一旋向时，圆偏振光线140经过透反单元31反射后形成第二反射光线170，此时第二反射光线170的旋向与圆偏振光线140的旋向相反，即第二反射光线170的旋向为第二旋向，从而使第二反射光线170经过第一λ/4波片21后，光线的偏振方向与第一反射光线130的偏振方向不同，即该光线不会被偏振反射单元22反射，而是经偏振反射单元22形成第三透射光线180入射至用户视野，能够保证经透反单元31反射的光线可以较多的进入用户视野。作为对比例，在透反单元31位于第二λ/4波片32与第一偏振吸收单元33之间的情况下，第一反射光线130依次经过第一λ/4波片21和第二λ/4波片32后的光线相位延迟π，此光线再经透反单元31反射后的光线旋向与第一反射光线130的旋向相同，即此光线会被偏振反射单元22反射，从而进入用户视野的光线较少。
66.进一步的，如图4所示，第一透反结构2还包括承载单元24；第一λ/4波片21和偏振反射单元22设置于承载单元24的同一侧，或者，如图5所示，第一λ/4波片21和偏振反射单元22分别设置于承载单元24的不同侧。承载单元24可以作为第一λ/4波片21和偏振反射单元22的承载基板，保证第一透反结构2正常设置。
67.基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种增强现实装置，图6是本实用新型实施例提供的一种增强现实装置的结构示意图。如图6所示，增强现实装置包括上述实施例中的增强现实系统，因此本实用新型实施例提供的增强现实装置也具备上述实施例所描述的有益效果，此处不再赘述。
68.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
69.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。