[0001] 本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种增强现实装置。

[0002] 目前，随着增强现实技术的发展，增强现实装置的形态与种类也越来越多，应用领域也日渐广泛。增强现实技术(英文：Augmented Reality，简写：AR)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息融合集成的新技术，是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，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

[0003] 一种增强现实装置，包括多个镜片、显示组件以及壳体，多个镜片以及显示组件均与壳体固定连接。

[0004] 上述增强现实装置的适配性较低。

[0037] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

[0038] 增强现实装置可以包括头戴式增强现实显示器，也被称为扩增现实现显示器，增强现实技术将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的信息在电脑等科学技术的基础上，计算机生成的内容叠加在用户的真实世界的视场上，来实施模拟仿真处理，可以为用户生成沉浸式的增强环境，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。

[0039] 一种增强现实装置，包括一种显示组件、棱镜组件、透镜组件以及壳体，显示组件、棱镜组件和透镜组件均与壳体固定连接，增强现实装置不能进行屈光度调节。

[0040] 上述增强现实装置会用于不同的观看者，但是不同的观看者的视力情况可能不同，例如，观看者具有近视的情况，需要在佩戴近视眼镜的基础上佩戴增强现实装置，导致观看者在使用的过程中体验感较差，进而导致增强现实装置的适配性较低。

[0041] 并且，由于增强现实装置具有朝向观看者的出光口和朝向外界环境的进光口，显示组件发出的影像光束在增强现实装置中的各个光学元件中传输的过程中，可能会存在部分影像光束从该进光口进入外界，或者从出光口所在的一侧射出，并未进入到观看者的眼睛里，如此，将会导致观看者的观看内容较易被外界获取，导致该增强现实装置出现观看者的隐私被泄露的问题。

[0042] 本申请实施例提供的一种增强现实装置，能够解决上述相关技术中存在的问题。

[0043] 图1是本申请实施例提供的增强现实装置的应用场景的示意图，请参考图1，该应用场景可以包括观看者20、增强现实装置10以及数据源30。增强现实装置10可以为头戴式增强现实显示器，该头戴式增强现实显示器具有出光口，观看者20的眼睛可以位于头戴式增强现实显示器的出光口的一侧。

[0044] 数据源30可以为处理器，数据源30可以位于增强现实装置10中，也可以位于增强现实装置10外，即可以为一个场所内的多个增强现实装置10的集中数据源。数据源30和增强现实装置10可以通过有线或无线的方式连接，数据源30用于向增强现实装置10提供影像数据，增强现实装置10显示影像数据对应的影像画面，并将影像画面进行处理后将影像光束投射向观看者20，同时，观看者20还可以通过增强现实装置10获取外界环境40的场景(比如树木等物体)，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。

[0045] 图2是本申请实施例提供的一种增强现实装置的结构示意图，图3是图2所示的增强现实装置中第一透镜和第一棱镜的一种位置示意图，图4是图2所示的增强现实装置中第一透镜和第一棱镜的另一种位置示意图。请参考图2，图3和图4。增强现实装置10可以包括：调节组件11以及沿光路方向依次设置的显示组件12、棱镜组件13和透镜组件14。

[0046] 显示组件12可以用于发出影像光束S1，棱镜组件13可以包括偏振反射膜131和第一棱镜132，第一棱镜132可以具有第一面D1，第二面D2以及第三面D3。

[0047] 显示组件12可以位于第一棱镜132的第一面D1外，透镜组件14可以位于第一棱镜132的第三面D3外，偏振反射膜131可以与第一棱镜132的第二面D2贴合。显示组件11可以发出影像光束S1，棱镜组件13可以用于通过第一面D1接收显示组件12射入第一棱镜132的影像光束S1，并将影像光束S1导向第一棱镜132的第二面D2，再通过第一棱镜132的第二面D2外的偏振反射膜131将至少部分影像光束S1反射至第一棱镜132的第三面D3，并透过第一棱镜132的第三面D3以射向透镜组件14。

[0048] 偏振反射膜131的设置的方式可以是贴覆的设置方式，也可以是镀膜的设置方式。偏振反射膜131也可以称为偏振分光膜，可以用于偏振分光，即可以透过一束光束中偏振方向为第一偏振方向的部分光束，反射偏振方向为第二偏振方向的部分光束，其中，第一偏振方向和第二偏振方向不同。示例性的，偏振反射膜131可以反射S偏振光，透射P偏振光，被偏振反射膜131反射的S偏振光可以照射至第一棱镜132的第三面D3，并透过第一棱镜132的第三面D3。

[0049] 透镜组件14可以包括第一透镜141、四分之一波长的相位膜142以及半反半透膜143。第一透镜141可以位于第一棱镜132的第三面D3外，半反半透膜143可以贴合于第一透镜141远离第一棱镜132的第三面D3的一面，四分之一波长的相位膜142可以位于半反半透膜143靠近第一棱镜132的第三面D3的一侧。

[0050] 半反半透膜143可以透射照射至半反半透膜143的部分影像光束，并反射照射至半反半透膜143的部分影像光束；示例性的，半反半透膜143可以透射照射至半反半透膜143的50％的影像光束，并反射照射至半反半透膜143的50％的影像光束，或者，半反半透膜143还可以透射照射至半反半透膜143的60％影像光束，并反射照射至半反半透膜143的40％影像光束，半反半透膜143的反射和透射的比例可以根据增强现实装置的参数需求具体设置，本申请实施例对此不做限制，并且，需要说明的是，半反半透膜143不改变影像光束S1的偏振特性。

[0051] 半反半透膜143可以通过真空镀膜方式直接镀于第一透镜141远离第一棱镜132的第三面D3的一面上，以使得半反半透膜143的附着性较好。或者，半反半透膜143的设置方式也可以是贴覆在第一透镜141远离第一棱镜132的第三面D3的一面上。

[0052] 四分之一波长的相位膜142可以为独立的光学元件，可以位于偏振反射膜131和半反半透膜143之间，也可以设置在第一棱镜132靠近第一透镜141一侧的第三面D3上，或者设置在第一透镜141靠近第一棱镜132的一侧的一面上，四分之一波长的相位膜142的设置的方式可以是贴覆的设置方式，也可以是镀膜的设置方式。四分之一波长的相位膜142可以将圆偏振的影像光束变为线偏振的影像光束，也可以将线偏振的影像光束变为圆偏振的影像光束。

[0053] 示例性的，请参考图2中的本申请实施例示出的增强现实装置的光路的示意图，显示组件12发出的影像光束S1射向第一棱镜132的第一面D1，影像光束S1透过第一棱镜132的第一面D1，进入第一棱镜132的内部，并在第一棱镜132的内部发生至少一次全反射，第一棱镜132将发生全反射后的影像光束S1导向第二面D2，位于第一棱镜132的第二面D2外的偏振反射膜131接收透过第一棱镜132的第二面D2的影像光束S1，并反射至少部分影像光束S1至第一棱镜132的第三面D3，该至少部分影像光束S1的偏振方向可以为同一方向，可以称为线偏光，第一棱镜132的第三面D3透过接收到的偏振态为线偏光的影像光束S1，并将该影像光束S1导向四分之一波长的相位膜142，四分之一波长的相位膜142接收影像光束S1并透过影像光束S1，影像光束S1的偏振状态由线偏振状态转化为圆偏振状态，圆偏振状态的影像光束S1射向半反半透膜143，半反半透膜143使得一部分影像光束S1反射，另一部分影像光束S1透射；即一部分影像光束S1被半反半透膜143反射回四分之一波长的相位膜142；四分之一波长的相位膜142再次透过圆偏振状态的影像光束S1，影像光束S1的偏振状态转变为线偏振状态，并将线偏状态的影像光束S1导向第一棱镜132的第三面D3，第一棱镜132的第三面D3再次透过影像光束S1，并将影像光束S1导向第一棱镜132的第二面D2，第一棱镜132的第二面D2再次透射影像光束S1至偏振反射膜131(此时影像光束S1的偏振方向不同于第一次照射至偏振反射膜131时的偏振状态)，至少部分影像光束S1的一部分影像光束透射偏振反射膜131至观看者20。

[0054] 第一透镜141可以安装于调节组件11上，调节组件11可以用于带动第一透镜141沿第一透镜141的光轴g1的方向移动。

[0055] 由于不同的观看者20的视力情况不同，部分观看者20存在近视或者远视的现象，在预设的观看者20的眼睛所处的位置处，近视或者远视的观看者会出现无法观察到清晰的显示画面的现象。第一透镜141与第一棱镜132之间的距离为可变距离，可以通过改变第一透镜141与第一棱镜132之间的距离改变增强现实装置10的屈光度。

[0056] 示例性的，请参考图3，当第一透镜141位于图3所示的位置处时，第一透镜141与第一棱镜132的第三面D3之间的距离(也可以认为是空气间隙)为0.35毫米，此时，增强现实装置10的虚像距为0.15米，虚像距可以指观看者20的眼睛到增强现实装置10通过调节显示组件11发出的光束所形成的虚像的距离。请参考图4，当第一透镜141位于图4所示的位置处时，第一透镜141与第一棱镜132的第三面D3之间的距离(也可以认为是空气间隙)为1.37毫米，此时，增强现实装置10的虚像距为2米，该增强现实装置10可以满足50度～700度近视调节范围。

[0057] 即就是，可以通过调节组件11改变第一透镜141与第一棱镜132之间的距离，从而可以对增强现实装置10的屈光度进行调节，即可以实现校正观看者近视或者校正观看者远视的效果。

[0058] 综上所述，本申请实施例提供了一种增强现实装置，包括：调节组件、显示组件、棱镜组件以及透镜组件，其中，棱镜组件包括偏振反射膜和第一棱镜，透镜组件包括第一透镜、四分之一波长的相位膜以及半反半透膜。该增强现实装置通过调节组件带动第一透镜沿第一透镜的光轴的方向来回移动，以改变第一透镜与第一棱镜之间的距离，从而可以对增强现实装置的屈光度进行调节，即可以实现校正观看者近视或者校正观看者远视的效果，满足不同观看者对增强现实装置的屈光度的要求，进而可以提高该增强现实装置的适配性。

[0059] 另外，该增强显示装置通过相位膜、偏振反射膜以及半反半透膜的配合，可以使显示组件发出的影像光能够在多个棱镜组件和透镜组件之间多次反射和折射，以便于棱镜组件和透镜组件能够调节显示组件发出的影像光束，保证了该增强现实装置的显示效果。

[0060] 可选地，如图5所示，图5是本申请实施例提供的另一种增强现实装置的结构示意图。增强现实装置10还可以包括壳体15，调节组件11可以固定安装在壳体15中，棱镜组件13也可以固定安装于壳体15中。壳体15也可以为支架，以使得增强现实装置10较为轻便。调节组件11可以带动第一透镜141朝着远离棱镜组件13的方向移动，调节组件11还可以带动第一透镜141朝着靠近棱镜组件13的方向移动，以调节增强现实装置10的屈光度，如此，可以通过调节多个光学元件中的一个光学元件来改变增强现实装置10的屈光度，使得增强现实装置10的屈光度的调节方式较为简单。

[0061] 示例性的，壳体15上可以设置调节旋钮，该调节旋钮可以与调节组件12活动连接，可以手动旋转调节旋钮来带动调节组件12移动，从而带动第一透镜141沿着自身的光轴在显示组件12和双胶合透镜13移动，进而可以实现第一透镜141的位置的调节。在第一透镜141移动过程中，显示组件12发出的影像光束的聚焦位置可以发生改变，从而可以依据观看者的视力情况进行调节影像光束的聚焦位置。

[0062] 或者，该调节旋钮也可以为电动旋钮，与增强现实装置10上的其他检测电器元件连接，可以根据观看者20的视力情况自动调节第一透镜141的位置，以使得观看者20获得较好的观看体验。

[0063] 如图6和图7所示，图6是本申请实施例提供的一种调制传递函数曲线示意图，图7是本申请实施例提供的另一种调制传递函数曲线示意图。其中，横坐标用于表示空间每毫米线对数，纵坐标用于表示调制传递函数。调制传递函数曲线(英文：Modulation Transfer Function；简写：MTF)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价光学元件对景物细部还原能力。

[0064] 图6中的调制传递函数曲线可以对应图3中的第一透镜141与第一棱镜132的第三面D3之间的距离为0.35毫米的状态下增强现实装置10的光学性能，此时，增强现实装置10对应的MTF值大于0.5，即在30线对/毫米的频率处，MTF的值大于0.5。图7中的调制传递函数曲线可以对应图4中的第一透镜141与第一棱镜132的第三面D3之间的距离为1.37毫米的状态下增强现实装置10的光学性能，此时，增强现实装置10对应的MTF值大于0.3，即在30线对/毫米的频率处，MTF的值大于0.3。由此可知，该增强现实装置10的成像质量较好。

[0065] 可选地，如图2或者图5所示，四分之一波长的相位膜142可以贴合于第一棱镜132靠近第三面D3的一面。四分之一波长的相位膜142的设置的方式可以是贴覆的设置方式，也可以是镀膜的设置方式。

[0066] 可选地，第一透镜141可以为凸透镜，第一透镜141靠近第三面D3的一面可以为平面，第一透镜141远离第三面D3的一面可以为凸非球面。

[0067] 第一透镜141的材质可以是玻璃，玻璃可以有效控制应力双折射以及色散，提高光学效果。玻璃具有更好的光学折反射特性。应力双折射又称光弹性效应。透明的各向同性的介质在压力或张力的作用下，折射率特性会发生改变，从而使得透镜的光学属性变得各向异性和不均匀，进而会使透镜产生波前差或偏振误差。第一透镜141的材质也可以是塑料(示例性的，材质为COC塑料)，塑料具有较好的可塑性，可以依据需要注塑成型，从而可以使得第一透镜141的制造难度较低。

[0068] 第一透镜141可以对棱镜组件13出射的影像光束S1进行汇聚，第一透镜141的凸非球面可以调整影像光束S1的聚焦位置与出射角度，以使得显示组件11出射的影像光束S1可以按照预设的角度入射观看者20的眼睛。从而可以避免影像光束发生畸变和场曲的问题，进而可以避免进入观看者20的眼睛的图像变形，可以降低观看者20在使用增强现实装置时的眩晕感。

[0069] 并且，当第一透镜141靠近第三面D3的一面为平面时，一方面，可以降低四分之一波长的相位膜142贴合在该平面上的难度，另一方面可以减小第一透镜141在第一透镜12的光轴g1方向上的尺寸。

[0070] 可选地，如图5所示，透镜组件14还可以包括第二透镜144，第二透镜144可以位于第一透镜141远离棱镜组件13的一侧，第二透镜144可以为凹透镜，第一透镜141的凸面朝向第二透镜144，第二透镜144的凹面朝向第一透镜141，第二透镜144可以与半反半透膜143远离第一透镜141的一侧胶合。即第二透镜144、半反半透膜143、第一透镜141以及四分之一波长的相位膜142依次两两之间胶合连接。

[0071] 由于增强现实装置10还可以用于透过外界光束S2至观看者20的眼睛，因此，第一透镜141有可能会改变外界光束S2进入观看者20的眼睛的光线的特性，第二透镜144可以和第一透镜141的形状互补，以补偿第一透镜141对外界光束的改变，从而可以避免外界光束S2发生畸变的问题，进而可以避免进入观看者20的眼睛的外界场景变形，可以降低观看者20在使用增强现实装置时的眩晕感。

[0072] 可选地，如图8所示，图8是本申请实施例提供的一种液体镜片的形状变化示意图。第二透镜144可以包括液体镜片1441以及第一电控组件，液体镜片1441可以安装于第一电控组件上，以使得液体镜片1441与第一电控组件电连接，第一电控组件可以用于控制液体镜片1441的屈光度。

[0073] 液体镜片1441可以具有腔体14411以及位于腔体14411内的液体14412，液体14411可以根据第一电控组件的电压值调整形状，该腔体14411可以为弹性腔体，腔体14411可以根据内部液体14412的形状，而改变形状，以调节液体镜片1441的屈光度。示例性的，如图8所示，液体镜片1441可以变形为屈光度不同的凸透镜或者凹透镜。在本申请实施例中，可以通过调节第一透镜141与第一棱镜132的距离，以满足不同屈光度人群对显示组件12发出的影像光束S1对应的虚拟图像的屈光度需求。液体镜片1441可以调节为凸透镜和凹透镜，以使得液体镜片1441与第一透镜141共同作用，从而实现增强现实装置10对外界光束S2对应的外界图像的屈光度的调节，进而可以使得近视人群或者远视人群既可以看清虚拟图像，也可以看清外界图像。

[0074] 可选地，第二透镜144可以包括电致变色透镜以及第二电控组件，电致变色透镜可以安装于第二电控组件上，以使得电致变色透镜与第二电控组件电连接，第二电控组件可以用于控制电致变色透镜变色。即电致变色透镜具有显色模式，第二透镜144用于在显色模式下吸光。示例性的，当观看者20位于阳光较强的外界环境中时，第二透镜144的颜色可以为深灰色，电致变色透镜可以起到以下两方面的作用：一方面，电致变色透镜可以吸收成像光束S1，避免观看者的隐私泄露，另一方面，电致变色透镜可以吸收外界光束S2，提高成像光束S1对比度，可以避免外界光束S2的亮度较高而导致观看者20接收到的成像光束形成的显示图像不清楚的现象。

[0075] 可选地，第一棱镜132还可以包括第四面D4，第一棱镜132由第一面D1、第二面D2、第三面D3以及第四面D4围成，第一棱镜132可以用于使从第一面D1入射的影像光束S1依次在第四面D4和第三面D3全反射后，射向第二面D2。如此，影像光束S1可以经过第一棱镜132的多个面发生全反射，以增加影像光束S1光路长度，使得影像光束S1进行扩散，以便于在后续的光学元件中优化像差，使得增强现实装置10具有较好的成像效果。

[0076] 第一棱镜132的第一面D1和第一棱镜132的第四面D4之间的夹角范围可以为45°～60°，第一棱镜132的第二面D2和第一棱镜132的第三面D3之间的夹角范围可以为20°～30°。

[0077] 可选地，如图5所示，增强现实装置10还可以包括偏振片组件16，偏振片组件16可以位于第一棱镜132的第四面D4的外侧，偏振片组件16朝向第一棱镜132的一面可以与第一棱镜132的第四面D4平行。偏振片组件16与第一棱镜132的第四面D4之间具有空气间隙。

[0078] 偏振片组件16可以包括第一偏振片161和第二偏振片162，第一偏振片161和第二偏振片162的偏振方向垂直，第二偏振片162可以位于第一偏振片161远离第一棱镜132的一侧。由于，影像光束S1在第一棱镜132的第四面D4上发生全反射时，可能存在部分影像光束透射第一棱镜132的第四面D4，如此，该透射的部分影像光束将不能进入观看者20的眼睛，并且有可能导致观看者20的观看内容被外界获取。因此，偏振片组件16接收光束的位置可以与影像光束S1在第一棱镜132的第四面D4上发生全反射的位置相同，偏振片组件16可以避免影像光束透射第一棱镜132的第四面D4，如此，可以避免观看者的隐私被泄露的问题。并且，偏振片组件16在平行于第一棱镜132的第四面D4所在平面上的尺寸，可以小于第一棱镜132的第四面D4的尺寸，以避免偏振片组件16对需要入射观看者20的眼睛的光束进行遮挡。

[0079] 或者，偏振片组件16可以与第一棱镜132的第四面D4通过在光路外围或者两侧点胶的方式粘合，以使得偏振片组件16可以与第一棱镜132的第四面D4之间在可能有影像光束通过的区域具有空气间隙。

[0080] 在一种可选地实施方式中，增强现实装置还可以包括挡光片，该挡光片可以位于第一棱镜的第四面的外侧，该挡光片的材料可以包括不透光的材料或者深色吸光材料。挡光片可以与第一棱镜132的第四面D4通过在光路外围或者两侧点胶的方式粘合，以使得挡光片可以与第一棱镜132的第四面D4之间在可能有影像光束通过的区域具有空气间隙。如此，挡光片可以避免影像光束透射第一棱镜132的第四面D4，如此，可以避免观看者的隐私被泄露的问题。

[0081] 可选地，如图5所示，棱镜组件13还可以包括第二棱镜133，第二棱镜133具有第五面D5和第六面D6，第五面D5与偏振反射膜131远离第一棱镜132的一面胶合，第六面D6与第一棱镜132的第三面D3平行，第一棱镜132的第四面D4与第三面D3平行。如此，第二棱镜133可以用于补偿从第一棱镜132的第二面D2出射的光束的像差。并且，第二棱镜133还可以使得棱镜组件13的形状较为规整，以便于组装棱镜组件13。

[0082] 在一种可选地实施例中，第一棱镜132的第四面D4和第二棱镜133的第六面D6还可以为非球面，如此，第一棱镜132可以用于使从第一面D1入射的影像光束S1在第三面D3全反射后，射向第二面D2。第一棱镜132的第四面D4和第二棱镜133的第六面D6可以用于调整增强现实装置10中的影像光束S1和外界光束S2的像差。

[0083] 第一棱镜132的第三面D3与第一透镜132的光轴g1垂直，第一棱镜132的第三面D3与第四面D4之间的尺寸范围为4毫米～5.5毫米，即第一棱镜132的厚度可以为4毫米～5.5毫米。

[0084] 第一透镜141的中心厚度范围为1毫米～2.5毫米，第二透镜144的中心厚度范围为0.4毫米～0.6毫米。

[0085] 第一透镜141远离棱镜组件13的凸面的非球面半径范围为40毫米～60毫米，第二透镜144靠近棱镜组件13的凹面的非球面半径范围为40毫米～60毫米。需要说明的是，上述凸面的非球面半径均指的是与该凸面的中心点(透镜的光轴与凸面的交点)的曲率半径值。同理，凹面的非球面半径均指的是与该凹面的中心点(透镜的光轴与凸面的交点)的曲率半径值。

[0086] 第一透镜141的焦距范围可以为10～20毫米(mm)，折射率范围可以为1.5～1.6，色散系数范围可以为50～60；第二透镜144的光焦度范围可以为‑10～‑20mm，折射率可以为1.5～1.6，色散系数范围可以为50～60。在上述的范围内设置多个光学镜片的参数，可以使观看者20获得较为清晰的显示图像。

[0087] 可选地，第一透镜141和第一棱镜132之间的距离范围可以为0.1毫米～1.5毫米。如此，第一透镜141相对于第一棱镜132调节所处的位置时，对整增强现实装置10在第一透镜141的光轴所在的方向上的尺寸的影响较小，同时，可以使得调节增强现实装置10的屈光度的灵敏度较高。

[0088] 综上所述，本申请实施例提供了一种增强现实装置，包括：调节组件、显示组件、棱镜组件以及透镜组件，其中，棱镜组件包括偏振反射膜和第一棱镜，透镜组件包括第一透镜、四分之一波长的相位膜以及半反半透膜。该增强现实装置通过调节组件带动第一透镜沿第一透镜的光轴的方向来回移动，以改变第一透镜与第一棱镜之间的距离，从而可以对增强现实装置的屈光度进行调节，即可以实现校正观看者近视或者校正观看者远视的效果，满足不同观看者对增强现实装置的屈光度的要求，进而可以提高该增强现实装置的适配性。

[0089] 另外，该增强显示装置通过相位膜、偏振反射膜以及半反半透膜的配合，可以使显示组件发出的影像光能够在多个棱镜组件和透镜组件之间多次反射和折射，以便于棱镜组件和透镜组件能够调节显示组件发出的影像光束，保证了该增强现实装置的显示效果。

[0090] 在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

[0091] 以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。