CN110161689A - Ar显示装置和穿戴式ar设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有延迟曲面折半反射镜，延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，半透半反膜位于延迟基片背对偏振分光镜的一侧，延迟基片使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射，延迟基片还能对图像光线的相位进行延迟。在***体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像***的清晰度更高，可视角度更大。

Description

AR显示装置和穿戴式AR设备

技术领域

本发明涉及增强现实成像技术领域，具体而言，涉及一种AR显示装置和穿戴式AR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。如图1示出了现有的AR眼镜或AR头盔中的AR显示装置的结构示意图，如图1所示，现有的AR显示装置光学***包括像源11、分光镜3、曲面半反射镜4和位于分光镜3上方的透镜12，像源11设置在光学***的上部，且像源11与透镜12之间有一定距离，像源11的图像光线从上方向下射入透镜12。与此同时，环境光线从曲面半反射镜4的右侧向左侧(人眼方向)射入，干扰光线还同时从分光镜的下方向上射入。图像光线的部分光线经过分光镜3的反射射向曲面半反射镜4，部分光线再经过曲面半反射镜4的反射射向分光镜3。与此同时，环境光线的部分光线依次穿过曲面半反射镜4和分光镜3抵达人眼；干扰光线的部分光线经过分光镜3的反射抵达人眼。部分图像光线、部分环境光线和部分干扰光线最终同时抵达人眼，使得用户能够看到外界真实环境的同时还可以看到叠加在真实环境中的像源11的图像。

现有的AR显示装置存在以下缺陷：

***的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种AR显示装置和穿戴式AR设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种AR显示装置，包括图像投射装置和光路组件；

所述图像投射装置包括像源；

所述光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，其中，所述曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述延迟基片远离所述偏振分光镜的一侧。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述延迟曲面折半反射镜还包括增透膜，所述增透膜位于所述延迟基片临近所述偏振分光镜的一侧。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，匹配镜的一侧与像源之间紧密贴合；另一侧与透镜紧密贴合。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当图像投射装置包括像源和透镜时，像源与透镜之间紧密贴合。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述偏振分光镜包括偏振分光膜；

所述偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；

所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，偏振分光镜还包括分光镜基片。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，偏振分光镜的反射平面和曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，β为0°～90°。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，β为40°～50°。

结合第一方面的第八种或第九种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，当第一方向的偏振光和第二方向的偏振光在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0°～360°旋转时，偏振分光膜也要改变相应的角度。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，所述延迟基片用于将偏振态为第二方向的偏振光转换为圆偏振光，并将所述圆偏振光转换为偏振态为第一方向的偏振光；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

结合第一方面的第十一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十二种可能的实施方式，其中，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为30o～60o。

结合第一方面的第十一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十三种可能的实施方式，其中，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为45o。

结合第一方面、第一方面的第十一种、第十二种或第十三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十四种可能的实施方式，其中，所述延迟基片所采用的材料为光学塑料、光学玻璃或光学晶体。

结合第一方面的第三种或第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十五种可能的实施方式，其中，匹配镜的折射率为1～2.7。

结合第一方面的第十五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十六种可能的实施方式，其中，匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。

结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十七种可能的实施方式，其中，当匹配镜为液体材质、液晶或半固态材质时，图像投射装置还包括密封结构，将匹配镜密封于像源与透镜之间。

结合第一方面的第十六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十八种可能的实施方式，其中，当匹配镜为固体材质时，像源、匹配镜和透镜相互直接连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第十九种可能的实施方式，其中，像源为集成光源的像源或单一像源。

第二方面，本发明实施例还提供了一种穿戴式设备，包括卡箍件和上述的AR显示装置。

本发明的基本工作原理：

本发明提供的AR显示装置和穿戴式AR设备，AR显示装置采用偏振光路组件，偏振光路组件包括在水平方向上依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，图像投射装置位于偏振分光镜的上方。从图像投射装置出射的图像光线投射到偏振分光镜上，图像光线中的第一方向的偏振光透过偏振分光镜射出至外界，图像光线中的第二方向的偏振光被反射到延迟曲面折半反射镜的增透膜的一侧，并在通过延迟基片时转变为圆偏振光，一部分光线射出至外界，另一部分被延迟曲面折半反射镜反射后再经过延迟基片，由圆偏振光转变成第一方向的偏振光，透过偏振分光镜进入人眼。最终部分图像光线被人眼接收到，使用户能够看到大可视角度的虚拟图像。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了AR显示装置和穿戴式AR设备，设置有延迟曲面折半反射镜，延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，半透半反膜位于延迟基片背对偏振分光镜的一侧，使原来只一次反射的曲面镜增加了折射和反射。在***体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像***的清晰度更高，可视角度更大。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的地和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种AR显示装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例所提供的AR显示装置的结构示意图；

图3为本发明第一实施例所提供的图像投射装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的延迟曲面折半反射镜的结构示意图；

图5为本发明第二实施例所提供的AR显示装置的结构示意图。

图标：

1-图像投射装置；11-像源；12-透镜；13-匹配镜；3-分光镜；4-曲面半反射镜；5-偏振分光镜；6-延迟曲面折半反射镜；61-增透膜；62-延迟基片；63-半透半反膜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的地、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

针对现有的AR显示装置的***的体积受限，难以通过增加透镜数量来提升成像质量和光学性能等问题，本发明实施例提供了一种AR显示装置和穿戴式AR设备，以下首先对本发明的AR显示装置进行详细介绍。

实施例一

本实施例提供了一种AR显示装置，如图2所示，该AR显示装置，包括图像投射装置1和光路组件；

图像投射装置1包括像源11、匹配镜13和透镜12。需要说明的是，图像投射装置也可以仅包括像源和匹配镜。其中，像源11的作用是显示需要投射到人眼中的图像，像源11可以采用平面像源，包括但不限于集成光源的像源或单一像源。例如，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电显示***)、DMD(Digital Micro-mirror Device，数字微镜元件)等显示原理的电子器件。其中，OLED和LCD为集成光源的像源；LCOS、MEMS和DMD为单一像源，需要另外增加辅助光源。

匹配镜13位于像源11和透镜12之间，匹配镜13的一侧与像源11贴合，另一侧与透镜12贴合。匹配镜13具备高透光率和一定的折射率，匹配镜13的折射率大于空气的折射率。匹配镜13可以由透明的液体材质制成，例如水、酒精等；也可以由透明的固体材质制成，例如玻璃、树脂等；还可以采用液晶或半固态材质制成。

当匹配镜13的材质是液体时，透镜12和像源11之间设置有外部密封结构，例如，密闭边框，使透镜12和像源11之间形成密闭的腔体，防止匹配镜材质流失。当匹配镜13的材质是固体时，像源11和透镜12间可以直接连接匹配镜13，而无需边框。即像源11和匹配镜13直接连接或通过胶水粘接，匹配镜13和透镜12直接连接或通过胶水粘接。

透镜12可以是一个透镜或多个透镜组成的透镜组。透镜或透镜组中每面透镜可以是凸透镜、凹透镜或凸透镜和凹透镜任意组合等，透镜的面型可以是球面、非球面、自由曲面等，透镜12将光线折射，配合偏振光路组件共同完成成像。

如图1所示，由于现有的AR显示装置的像源与透镜之间具有间隙且间隙过大，一方面会造成AR显示装置的尺寸偏大，元件的分布较分散，造成光学***结构尺寸偏大，装调困难并且容易损坏。另一方面，由于像源处于空气中，折射率低，数值孔径较难提高，***极限分辨率受限，设计难度高。而且由于空气与透镜交界面的折射率差距较大，使得该面的反射率较高，容易对后续***造成鬼像等杂散光。鬼像指由于透镜表面反射而在光学***焦面附近产生的附加像，该附加像亮度一般较暗，且与原像错开。

与上述现有技术相比，如图3所示，本实施例的像源发出的图像光线首先进入到匹配镜，由于匹配镜材质具备高透光率和一定的折射率，与空气介质相比，减少了光线进入透镜时交界面的折射率差，提高了透镜上表面透过率，增加光效率，同时抑制杂散光和鬼像的产生。进一步地说，空气的折射率为1，匹配镜材质的折射率可以在1～2.7之间，根据R＝(0.61*λ)/(n*sinθ)计算公式(R为衍射斑半径，λ为光波长，n为像面折射率，θ为入射孔径角)，提高介质的折射率能够提供更小的衍射光斑，提高成像分辨率。通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度。

光路组件包括依次排列的偏振分光镜5和延迟曲面折半反射镜6，其中，结合图2和图3所示，延迟曲面折半反射镜6包括：延迟基片62和半透半反膜63；延迟基片62位于临近偏振分光镜5的一侧；半透半反膜63位于远离偏振分光镜5的一侧；延迟基片62用于将偏振态为第二方向的偏振光转换为圆偏振光，并将圆偏振光转换为偏振态为第一方向的偏振光。其中，延迟基片62的快慢轴分别与第一方向和第二方向的夹角均为30°～60°。进一步来说，延迟基片62的快慢轴分别与第一方向和第二方向的夹角均为45°。延迟基片62可以为1/4波片。

具体来说，延迟基片62所采用的材料为具有一定双折射性质的材料，例如：光学塑料、光学玻璃、光学晶体等等，这类材料制成的延迟基片62具有1/4波片的性质。延迟基片62的材料，对其不同偏振方向的光具有差异的相位延迟，延迟量为m*λ+n*λ(λ为测试波长，m为0～1，n为整数)，n可以为无限大，因为波长相对于宏观物体的尺度，是很小的量，而且对于不同波长都有这个性质，当然，现实情况可能只能接近不能完全做到，在可见光波段内越接近越好。上面说的只能接近不能做到是指，对于可见光所有波长都满足m*λ+n*λ(λ为测试波长，m为0～1，n为整数)。

由于延迟曲面折半反射镜6包括位于内侧的延迟基片62和位于外侧的半透半反膜63，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射和一次反射。在***体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像***的清晰度更高，可视角度更大。

进一步来说，如图4所示，延迟曲面折半反射镜还包括：增透膜61。增透膜61位于临近偏振分光镜5的一侧，增透膜61、延迟基片62、半透半反膜63之间依次紧密贴合。在延迟曲面折半反射镜6中增加增透膜61可以提高延迟曲面折半反射镜的透光率。

偏振分光镜5包括分光镜基片和偏振分光膜。偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光。偏振分光镜5倾斜设置。

其中，第一方向和第二方向相互垂直。例如，第一方向偏振光可以是偏振态为P方向的偏振光，第二方向偏振光可以是偏振态为S方向的偏振光。考虑到P偏振光和S偏振光可以在满足相互垂直的前提下绕光线传播方向旋转，因此，第一方向偏振光也可以是偏振态与P方向呈一定角度的偏振光，第二方向偏振光也可以是偏振态与S方向呈一定角度的偏振光，本发明实施例中，不进行限定。

可选地，偏振分光镜5也可以不包括分光镜基片，仅包括偏振分光膜。

如图2所示，偏振分光镜5的反射平面与延迟曲面折半反射镜6的光轴呈α角，所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。β为0°-90°之间，优选为40°-50°，此时，图像光线的视场最大，图像光线的可视范围最大。

从透镜12出射的图像光线进入到偏振分光镜5上，图像光线首先接触到偏振分光膜，被偏振分光膜反射的S偏振光入射延迟曲面折半反射镜的增透膜61的一侧，并在通过延迟基片62时转变为圆偏振光，此时发生第一次折射，然后入射到延迟曲面折半反射镜的半透半反膜63一侧，此时图像光线分光，一部分射出到外界，另一部分被半透半反膜63反射。被反射的图像光线会再次穿过延迟曲面折半反射镜的延迟基片62时，发生第二次折射，由圆偏振光变成P偏振光，然后入射到增透膜61的一侧。出射后的P偏振光再次入射到偏振分光镜中，由于偏振方向为P方向，此时光线将穿过偏振分光膜和分光镜基片后进入到人眼中。使用户能看到大可视角度的虚拟图像。同时，当环境光线入射时，一部分环境光线透过延迟曲面折半反射镜和偏振分光镜，进入人眼。使用户能够看到真实的外界环境，通过虚拟图像与真实环境的叠加显示达到增强现实的效果。

第一偏振光和第二偏振光可以在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0～360°旋转，此时偏振分光膜也要改变相应的角度。因此，在生产时，可以根据第一方向偏振光和第二方向偏振光的角度，确定偏振分光镜的安装角度。

综上所述，本实施例提供的AR显示装置，具有如下优点：

第一，像源与透镜之间贴合或无间隙，使光学***结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、佩戴舒适；

第二，通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度；

第三，减少了透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，并增强亮度；

第四，元件排列紧凑，便于装调，***强度高；

第五，提升图像光线的能量效率至约25％，亮度明显提升；

第六，简化***，降低成本，提高图像光和环境光的透过率和效率，提高产品一体化程度，产品更轻更稳定。

第七，通过设计延迟曲面折半反射镜两面的面型、厚度、材料等参数，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射一次反射。在***体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像***的清晰度更高，可视角度更大。

实施例二

本实施例提供了一种AR显示装置，如图5所示，该AR显示装置，包括图像投射装置1和光路组件。

与上述实施例一的区别在于：该实施例的图像投射装置1包括像源11和透镜12。像源11与透镜12紧密贴合。

由于像源11与透镜12紧密贴合，像源11发出的图像光线将直接进入到透镜12中，减少了光线进入透镜时交界面的折射率差，提高了透镜上表面透过率，增加了光效率，也可以抑制杂散光和鬼像的产生。

本实施例提供的AR显示装置，像源与透镜之间紧密贴合，使光学***结构更加紧凑、体积更小、重量更轻、佩戴舒适。

为了节约篇幅，实施例二与实施例一相同的内容，可以参见上述实施例一，在此不再赘述。

实施例三

本发明实施例还提供了一种穿戴式AR设备，包括卡箍件和上述实施例一或实施例二所记载的AR显示装置。

该穿戴式AR设备可以是但不限于AR眼镜、AR头盔或AR面罩。当穿戴式AR设备为AR眼镜时，卡箍件为镜框，AR显示装置安装在镜框上，相当于两个镜片的位置。当穿戴式AR设备为AR头盔时，卡箍件可以是头盔壳体，AR显示装置安装于头盔壳体前侧的面窗部。

本实施例的穿戴式AR设备设置有上述的AR显示装置，AR显示装置采用偏振光路组件，偏振光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，图像投射装置位于偏振分光镜的上方。从图像投射装置出射的图像光线投射到偏振分光镜上，图像光线中偏振态为第一方向的光透过偏振分光镜进入外界环境，图像光线中的部分偏振态为第二方向的光被反射到延迟曲面折半反射镜上；通过延迟基片转变为圆偏振光，此时发生第一次折射，然后入射到延迟曲面折半反射镜的半透半反膜一侧，此时图像光线分光，一部分射出到外界，另一部分被半透半反膜反射。被反射的图像光线会再次穿过延迟曲面折半反射镜的延迟基片时，发生第二次折射，由圆偏振光变成P偏振光，然后入射到增透膜的一侧。出射后的P偏振光再次入射到偏振分光镜中，由于偏振方向为P方向，此时光线将穿过偏振分光膜和分光镜基片后进入到人眼中。使用户能够看到大可视角度的虚拟图像，提高了光能利用率，提高了图像光线亮度。在同等图像光线亮度需求的情况下，该AR显示装置可以节约能耗，降低设备发热量。

同时，还具有如下优点：通过提高像方折射率，用相对小的孔径角实现了较大的数值孔径，减少了边缘光线的偏折角，降低了设计难度；减少了透镜交界面的折射率差，提高边缘光线的透过率，减少鬼像，并增强亮度；元件排列紧凑，便于装调，***强度高，重量更轻，佩戴舒适；偏振分光镜去除干扰光线，图像无杂光，对比度高；提升图像光线的能量效率至约25％，亮度明显提升；通过设计延迟曲面折半反射镜两面的面型、厚度、材料等参数，使原来只一次反射的曲面镜增加为两次折射一次反射。在***体积没有变化的前提下增加了折射面的数量，提高了设计自由度，为降低像差和提升光学性能提供了基础，在减少体积的同时，使成像***的清晰度更高，可视角度更大。

本发明实施例提供的AR显示装置和穿戴式AR设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种AR显示装置，其特征在于，包括图像投射装置和光路组件；

所述图像投射装置包括像源；

所述光路组件包括依次排列的偏振分光镜和延迟曲面折半反射镜，其中，所述延迟曲面折半反射镜包括延迟基片和半透半反膜，所述半透半反膜位于所述延迟基片远离所述偏振分光镜的一侧。

2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟曲面折半反射镜还包括增透膜，所述增透膜位于所述延迟基片临近所述偏振分光镜的一侧。

3.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述图像投射装置还包括匹配镜和/或透镜。

4.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源、匹配镜和透镜时，所述匹配镜的一侧与所述像源之间紧密贴合；另一侧与所述透镜紧密贴合。

5.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，当所述图像投射装置包括像源和透镜时，所述像源与所述透镜之间紧密贴合。

6.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜包括偏振分光膜；

所述偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光，反射偏振态为第二方向的偏振光；

所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

7.根据权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜还包括分光镜基片。

8.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述偏振分光镜的反射平面和所述延迟曲面折半反射镜的光轴之间的夹角为α；所述像源的法线和所述偏振分光镜的反射平面之间的夹角为β；α取值范围为β-10°至β+10°之间，且90°≥α≥0°。

9.根据权利要求8所述的AR显示装置，其特征在于，β为0°～90°。

10.根据权利要求8所述的AR显示装置，其特征在于，β为40°～50°。

11.根据权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，当所述第一方向的偏振光和所述第二方向的偏振光在满足相互垂直的前提下绕光线传播的方向0°～360°旋转时，所述偏振分光膜也要改变相应的角度。

12.根据权利要求6所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟基片用于将偏振态为第二方向的偏振光转换为圆偏振光，并将所述圆偏振光转换为偏振态为第一方向的偏振光；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

13.根据权利要求12所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为30°～60°。

14.根据权利要求12所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟基片的快慢轴分别与所述第一方向和所述第二方向的夹角均为45°。

15.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述延迟基片所采用的材料为光学塑料、光学玻璃或光学晶体。

16.根据权利要求4所述的AR显示装置，其特征在于，所述匹配镜的折射率为1～2.7。

17.根据权利要求16所述的AR显示装置，其特征在于，所述匹配镜由液体材质、液晶、半固态材质或固体材质构成。

18.根据权利要求17所述的AR显示装置，其特征在于，当所述匹配镜为液体材质、液晶或半固态材质时，所述图像投射装置还包括密封结构，将所述匹配镜密封于所述像源与所述透镜之间。

19.根据权利要求17所述的AR显示装置，其特征在于，当所述匹配镜为固体材质时，所述像源、匹配镜和所述透镜相互直接连接。

20.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述像源为集成光源的像源或单一像源。

21.一种穿戴式AR设备，其特征在于，包括卡箍件和上述权利要求1～20中任一项所述的AR显示装置。