CN108873355A - 一种近眼显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种近眼显示装置。所述近眼显示装置包括依次固定的微显示屏、目镜组、第一偏振片、第一衍射光栅、第一波导层、第二偏振片、第二衍射光栅和第二波导层；微显示屏用于显示图像，微显示屏出射的光线经过目镜组准直为平行光束；第一衍射光栅用于将平行光束中的第一色光束分离；第一色光束在多个第一薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第一反射光束；第二衍射光栅用于将平行光束中的第二色光束分离；第二色光束在多个第二薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第二反射光束；多束第一反射光束和多束第二反射光束的入射位置均为人眼眼瞳位置。采用本发明的近眼显示装置，可以实现小像差成像，提高成像质量，且能使光学设计简单化。
Description
技术领域
本发明涉及光学设计领域，特别是涉及一种近眼显示装置。
背景技术
增强现实(AugmentedReality，简称AR)，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，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。头戴显示器(Head-mounted displays，简称HMD)被广泛应用于虚拟现实系统中，用以增强用户的视觉沉浸感。
用于增强现实的头戴显示器可以让人们在查看周围环境的同时，将虚拟的图像投射到人眼，在军事，工业，娱乐，医疗，交通运输等领域有着重要的意义。投影的虚拟图像可以叠加在用户感知的真实世界上。用于增强现实的透射型头戴显示器，现有技术中通常使用一片波导片进行光传输，但由于波导片基材对三色光的折射率略有不同且三原色光传输间容易发生串扰，造成严重的色散和鬼像等问题难以消除，因此增加了光学设计的困难性。
发明内容
本发明的目的是提供一种近眼显示装置，以解决透射型头戴显示器的色散和鬼像的问题，提高头戴显示器的成像质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种近眼显示装置，所述近眼显示装置包括依次固定的微显示屏、目镜组、第一偏振片、第一衍射光栅、第一波导层、第二偏振片、第二衍射光栅和第二波导层；
所述微显示屏用于显示图像，所述微显示屏的显示图像出射的光线经过所述目镜组后，被准直为平行光束；所述平行光束依次通过第一偏振片、第一衍射光栅、第一波导层、第二偏振片和第二衍射光栅，到达第二波导层；
所述第一衍射光栅用于将所述平行光束中的第一色光束分离至所述第一波导层的耦合入口；所述第一波导层包括多个第一薄膜分光斜面；所述第一色光束通过所述第一波导层的耦合入口进入所述第一波导层，并遵从折反射定律在所述第一波导层中传输，所述第一色光束在多个所述第一薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第一反射光束；
所述第二衍射光栅用于将所述平行光束中的第二色光束分离至所述第二波导层的耦合入口；所述第二波导层包括多个第二薄膜分光斜面；所述第二色光束通过所述第二波导层的耦合入口进入所述第二波导层，并遵从折反射定律在所述第二波导层中传输，所述第二色光束在多个所述第二薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第二反射光束；多束所述第一反射光束和多束所述第二反射光束的入射位置均为人眼眼瞳位置。
可选的，所述微显示屏为有机发光二极管或硅基液晶或具有发光功能的微显示芯片。
可选的，所述目镜组由单片或多片透镜组成；所述透镜的材质为光学玻璃或光学塑料。
可选的，所述第一波导层具体包括第一梯形棱镜、多个第一平行四角棱镜和第二梯形棱镜；多个所述第一平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成第二平行四角棱镜；所述第一梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第一斜面胶合，所述第二梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第二斜面胶合，形成所述第一波导层；所述第一梯形棱镜的顶面与所述第二平行四角棱镜的顶面和所述第二梯形的顶面形成所述第一波导层的顶面；所述第一梯形棱镜的底面与所述第二平行四角棱镜的底面和所述第二梯形的底面形成所述第一波导层的基面；所述第一波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第一薄膜分光斜面，所述胶合面包括第一梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面、多个所述第一平行四角棱镜之间的胶合面和所述第二梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面。
可选的，多个所述第一薄膜分光斜面的反射率按照所述第一光导层内光束传输方向依次递增，且多个所述第一薄膜分光斜面的反射率的范围为1～50％。
可选的，所述第二波导层具体包括第三梯形棱镜、多个第三平行四角棱镜和第四梯形棱镜；多个所述第三平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成第四平行四角棱镜；所述第三梯形棱镜的斜面与所述第四平行四角棱镜的第一斜面胶合，所述第四梯形棱镜的斜面与所述第四平行四角棱镜的第二斜面胶合，形成所述第二波导层；所述第三梯形棱镜的顶面与所述第四平行四角棱镜的顶面和所述第四梯形的顶面形成所述第二波导层的顶面；所述第三梯形棱镜的底面与所述第四平行四角棱镜的底面和所述第四梯形的底面形成所述第二波导层的基面；所述第二波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第二薄膜分光斜面，所述第二波导层的胶合面包括第三梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面、多个所述第三平行四角棱镜之间的胶合面、所述第四梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面。
可选的，多个所述第二薄膜分光斜面的反射率按照所述第二波导层内光束传输方向依次递增，且多个所述第二薄膜分光斜面的反射率的范围为1～50％。
可选的，所述第二平行四角棱镜的中心与所述第四平行四角棱镜的中心重合。
可选的，多个所述第一薄膜分光斜面之间的距离均为1～8mm；多个所述第二薄膜分光斜面之间的距离也均为1～8mm。
可选的，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅均为倾斜光栅或镀膜衍射光栅。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的基于衍射光栅的近眼显示光学装置是应用于增强现实领域中的一个重要器件，虚拟图像从微显示器发出，经过目镜系统后经由偏振片分光再经由二个或三个衍射光栅分色后耦合进入不同的波导层，虚拟图像经分光分色后的光线在个别波导器件的多个含分光薄膜的平行四角棱镜斜面反射后输出耦合，虚拟图像光线最终进入人眼，可以解决目前技术方案中单片波导片无法解决的色散鬼像等问题，最终实现小像差成像且能使光学设计简单化的光栅波导近眼显示光学装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明近眼显示装置的结构示意图；
图2为本发明第一衍射光栅实施例1的结构示意图；
图3为本发明第一衍射光栅实施例2的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明近眼显示装置的结构示意图。如图1所示，所述近眼显示装置包括依次固定的微显示屏001、目镜组002、第一偏振片003、第一衍射光栅004、第一波导层010、第二偏振片005、第二衍射光栅006和第二波导层020。
微显示屏001作为图像源用于显示图像，即属于成像光学系统里的物面，由物面任意一视场点出射的光线经过所述目镜组002后，被准直为平行光束；所述平行光束继续向前传播，进入第一偏振片003分光后，再进入第一衍射光栅(红光)004，经第一衍射光栅分出红光至所述第一波导层010的耦合入口后耦合进入第一波导层010，剩下入射光继续经由第二偏振片005和第二衍射光栅(蓝绿光)006分出蓝绿光至第二波导层020的耦合入口后耦合进入第二波导层020。第一波导层010包括多个第一薄膜分光斜面，红光光束在多个第一薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第一反射光束；第二波导层020包括多个第二薄膜分光斜面，蓝绿光光束在多个第二薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第二反射光束。多束第一反射光束和多束第二反射光束的入射位置均为人眼眼瞳位置。在第一波导层010和第二波导层020内，光线遵从折反射定律，在波导层基底内部进行传输，光束等效尺寸增大，然后从波导层的薄膜分光斜面反射，最终，进入人眼眼瞳，聚焦在视网膜上成微显示屏001的虚拟像，也即完成了虚拟现实。
微显示屏001作为光学系统的物图像，一般地，它可以是有机发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)，微发光二极管(Micro-Light-Emitting Diode，Micro-LED)，也可以是硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)，还可以是由其它材料构成的具有发光功能的微显示芯片。
目镜组002可由单片或多片透镜组成，属于旋转对称光学系统，透镜材质可用光学玻璃或光学塑料，光学玻璃有牌号如K9、BK7、ZF52等，光学塑料有聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)。目镜组002具有小像差，小畸变的特点。全视场范围畸变可小于1％。
第一波导层010由第一梯形棱镜、多个第一平行四角棱镜和第二梯形棱镜依次胶合而成；多个所述第一平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成第二平行四角棱镜；所述第一梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第一斜面胶合，所述第二梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第二斜面胶合，形成所述第一波导层；所述第一梯形棱镜的顶面与所述第二平行四角棱镜的顶面和所述第二梯形的顶面形成所述第一波导层的顶面；所述第一梯形棱镜的底面与所述第二平行四角棱镜的底面和所述第二梯形的底面形成所述第一波导层的基面；所述第一波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第一薄膜分光斜面，所述胶合面包括第一梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面、多个所述第一平行四角棱镜之间的胶合面和所述第二梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面。
第二波导层020与第一波导层010的结构构成相同，所不同的是梯形棱镜的大小、梯形棱镜和平行四角棱镜的角度，以及平行四角棱镜的个数。图1中示例的第一波导层010和第二波导层020均由两个梯形棱镜和四个平行四角棱镜组成。以第二波导层020为例，对第一波导层010和第二波导层020的结构进行详细说明。
第二波导层包括第三梯形棱镜(位于光线入射位置)、多个第三平行四角棱镜(图中以4个平行四角棱镜为例，位于中间位置)和第四梯形棱镜(位于光纤传输的末端位置)。多个第三平行四角棱镜的斜面完全相同，且平行四角棱镜的锐角相等，所有的第三平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成大的第四平行四角棱镜，第四平行四角棱镜包括第一斜面021、胶合面022、胶合面023、胶合面024和第二斜面025。所述第四平行四角棱镜的第一斜面与第三梯形棱镜的斜面胶合，胶合面为021；所述第四平行四角棱镜的第二斜面与所述第四梯形棱镜的斜面胶合，胶合面为025；第三梯形棱镜、多个第三平行四角棱镜、第四梯形棱镜依次胶合后，形成第二波导层020。所述第三梯形棱镜的顶面与所述第四平行四角棱镜的顶面和所述第四梯形的顶面形成所述第二波导层的顶面；所述第三梯形棱镜的底面与所述第四平行四角棱镜的底面和所述第四梯形的底面形成所述第二波导层的基面；所述第二波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第二薄膜分光斜面，所述第二波导层的胶合面包括第三梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面021、胶合面022、胶合面023、胶合面024、所述第四梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面025。
本发明的第一波导层010和第二波导层020也可由2个或以上平行四角棱镜和1个或以上梯形棱镜胶合而成，梯形棱镜位于光纤入射段，多个平行四角棱镜位于光线传输中段位置，通过胶合面将光线反射。每个平行四角棱镜的锐角角度相等，每个梯形棱镜与平行四角棱镜胶合的斜面的锐角角度相等。一般地，平行四角棱镜的锐角角度范围可在10°～80°，梯形棱镜的锐角角度范围可在10°～80°。当每个平行四角棱镜的其中一个锐角角度确定后，其它平行四角棱镜的锐角角度取值与它相等，梯形棱镜的锐角也与平行四角棱镜锐角角度相等。这样由4个平行四角棱镜和2个梯形棱镜胶合而成的每个波导层构成一个长方体，此时两个波导层(第一波导层010和第二波导层020)具有两个相互平行的大平面。
微显示屏001输出的源图像光线通过目镜组002后被准直，准直后的光线为平行光束，为方便分析，选择零视场的平行光束其中1根，命名为平行光线100。以下以入射光线100进行示意说明。
平行光线100向前传播，进入第一偏振片003分光后，通过第一衍射光栅(红色)004分出红光101至所述第一波导层010的耦合入口后耦合进入第一波导层010，剩下入射光继续经由第二偏振片005和第二衍射光栅(蓝绿光)006分出蓝绿光201至第二波导层020的耦合入口后耦合进入第二波导层020。根据折射定律n1*sinI＝n2*sinθ，n1指入射介质的折射率；n2指出射介质的折射率；I是入射角，指入射光与入射面法线的夹角；θ是出射角，指出射光与入射面法线的夹角。衍射光栅工作原理为入射光经过衍射光栅后可由光栅的刻画深度和周期进行分离角度的控制以达到分离光线的效果。存在一定角度Δθ的入射光入射进入光栅周期为d的光栅，则出射的衍射角度为
平行光线101和201传播到第一波导层010和第二波导层020内，入射角大于全反射角即满足全反射定律，平行光线101在第一波导层010内部进行全反射传播，平行光线201将在第二波导层020内部进行全反射传播。全反射角θ＝arcsin(1/n2)，假如入射基底材质为LaK3，则n2＝1.75，θ＝34.8°，只要在基底内部2个相互平行的大平面上入射角大于34.8°，则光线满足全反射定律。
在第一波导层010和第二波导层020中，基底材质为光学玻璃或光学塑料，光学玻璃有牌号如K9、BK7、ZF52等，光学塑料有PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)，为方便举例，可设置基底材质为光学玻璃LaK3，则0视场光线(即平行光线100)在基底大平面的入射角为45°，大于LaK3全反射角34.8°，满足全反射原理，平行光线101(201)在第一波导层010(第二波导层020)基底内进行全反射传播。以全视场角对角线40°为例，则水平X垂直角度＝35.2°*20.2°，则水平半角为17.6°。只要a-arcsin(sin(17.6°)/n2)＞arcsin(sin(1/n2))，则全视场光线均满足全反射原理，光线可在第一波导层010(第二波导层020)基底内部进行有效传播，其中n2为第一波导层010(第二波导层020)基底折射率。
第一衍射光栅004和第二衍射光栅006的材质可以是材质为光学玻璃或光学塑料的抛光平面，也可以是一种浮雕光栅，浮雕光栅的种类可以是亚波长的闪耀光栅，或者倾斜光栅，或者任意结构的非对称亚波长光栅，或者沉积TiO2的或镀多层膜的对称光栅。当为光学玻璃或光学塑料的抛光平面时，光线传播规律按照折射定律n1*sinI＝n2*sinθ。当为浮雕光栅时，光线传播规律按照光栅方程d*(n1*sinI+n2*sinθ)＝m*λ，n1指入射介质的折射率，n2指出射介质的折射率，I是入射角，指入射光与入射面法线的夹角，θ是出射角，指出射光与入射面法线的夹角，d是指对应的光栅常数，m指衍射级次，λ指对应光线波长。
平行光线101传播到第一个胶合面时，会分裂出两根光线，其中反射的是平行光线111，按照反射定律进行反射传播，另一根仍为平行光线101，只是携带的能量衰减。同理，平行光线101经过多个胶合面后会分别分裂出反射的平行光线112、平行光线113、平行光线114和平行光线115。
多个胶合面上镀有不同反射率的介质膜层，也可在斜面上刻蚀金属线栅，最终斜面反射率在1～50％之间，更优选地可选择使反射率在10～30％之间。多个第一薄膜分光斜面的反射率按照所述第一光导层内光束传输方向依次递增，多个第二薄膜分光斜面的反射率也按照所述第二波导层内光束传输方向依次递增，以实现反射光线的均匀分布。相邻胶合面间距可设置在1～8mm之间，更优选地可设置相邻斜面间隔在3～5mm。
同理，平行光线201传播到胶合面021时，会分裂出两根光线，其中反射的是平行光线211，按照反射定律进行反射传播，另一根仍为平行光线201，只是携带的能量衰减，经过胶合面022、胶合面023、胶合面024和胶合面025会分别分裂出反射的平行光线212、平行光线213、平行光线214和平行光线215。胶合面021、胶合面022、胶合面023、胶合面024和胶合面025上镀有不同反射率的介质膜层，也可在胶合面上刻蚀金属线栅，最终胶合面反射率在1～50％之间，更优选地可选择使反射率在10～30％之间。胶合面021、胶合面022、胶合面023、胶合面024和胶合面025相邻两个斜面之间的间距可设置在1～8mm之间，更优选地可设置相邻斜面间隔在3～5mm。
当两个波导层的结构不同时，需要满足第二平行四角棱镜的中心与所述第四平行四角棱镜的中心重合，以实现反射光线的重合；当两个波导层的结构完全相同时，两个波导层内的胶合面均匀错开ΔL的距离，如图所示，上下对应的两个胶合面错开距离为ΔL，ΔL可设置在0.01至1mm之间，满足大视场角的扩展。
最终，出射平行光线111、出射平行光线112、出射平行光线113、出射平行光线114、出射平行光线115、出射平行光线211、出射平行光线212、出射平行光线213、出射平行光线214、出射平行光线215，进入人眼瞳孔，成虚拟像。
同理，也可使用第一衍射光栅(蓝光)004和第二衍射光栅(红绿光)006进行上述分色，或者使用第一衍射光栅(绿光)004和第二衍射光栅(红蓝光)006进行分色，更可使用三个衍射光栅(红/蓝/绿)和三个波导层进行分色和光传输，实现小像差成像。
图2为本发明第一衍射光栅实施例1的结构示意图，图3为本发明第一衍射光栅实施例2的结构示意图。如图2和图3所示，图2为常规衍射光栅，图3为倾斜光栅，也可以是镀膜衍射光栅，图中表示具有两个波长的入射光10和11由下方入射进入衍射光栅，其入射方向的最大角度与光栅法线分别为θ1和θ2。衍射光栅的占空比设置为w/d，其中w为台阶宽度，d为光栅周期，台阶高度为h，倾斜光栅夹角θ3。经衍射光栅分色后，发射出射光21和22。在光栅设计时必需保证在一定的入射角度范围内衍射效率是均匀的，可以设置入射角范围在-10°～+10°之间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示装置包括依次固定的微显示屏、目镜组、第一偏振片、第一衍射光栅、第一波导层、第二偏振片、第二衍射光栅和第二波导层；
所述微显示屏用于显示图像，所述微显示屏的显示图像出射的光线经过所述目镜组后，被准直为平行光束；所述平行光束依次通过第一偏振片、第一衍射光栅、第一波导层、第二偏振片和第二衍射光栅，到达第二波导层；
所述第一衍射光栅用于将所述平行光束中的第一色光束分离至所述第一波导层的耦合入口；所述第一波导层包括多个第一薄膜分光斜面；所述第一色光束通过所述第一波导层的耦合入口进入所述第一波导层，并遵从折反射定律在所述第一波导层中传输，所述第一色光束在多个所述第一薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第一反射光束；
所述第二衍射光栅用于将所述平行光束中的第二色光束分离至所述第二波导层的耦合入口；所述第二波导层包括多个第二薄膜分光斜面；所述第二色光束通过所述第二波导层的耦合入口进入所述第二波导层，并遵从折反射定律在所述第二波导层中传输，所述第二色光束在多个所述第二薄膜分光斜面处反射，形成多束平行的第二反射光束；多束所述第一反射光束和多束所述第二反射光束的入射位置均为人眼眼瞳位置。
2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述微显示屏为有机发光二极管或硅基液晶或具有发光功能的微显示芯片。
3.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述目镜组由单片或多片透镜组成；所述透镜的材质为光学玻璃或光学塑料。
4.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一波导层具体包括第一梯形棱镜、多个第一平行四角棱镜和第二梯形棱镜；多个所述第一平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成第二平行四角棱镜；所述第一梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第一斜面胶合，所述第二梯形棱镜的斜面与所述第二平行四角棱镜的第二斜面胶合，形成所述第一波导层；所述第一梯形棱镜的顶面与所述第二平行四角棱镜的顶面和所述第二梯形的顶面形成所述第一波导层的顶面；所述第一梯形棱镜的底面与所述第二平行四角棱镜的底面和所述第二梯形的底面形成所述第一波导层的基面；所述第一波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第一薄膜分光斜面，所述胶合面包括第一梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面、多个所述第一平行四角棱镜之间的胶合面和所述第二梯形棱镜与所述第二平行四角棱镜的胶合面。
5.根据权利要求4所述的近眼显示装置，其特征在于，多个所述第一薄膜分光斜面的反射率按照所述第一光导层内光束传输方向依次递增，且多个所述第一薄膜分光斜面的反射率的范围为1～50％。
6.根据权利要求4所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二波导层具体包括第三梯形棱镜、多个第三平行四角棱镜和第四梯形棱镜；多个所述第三平行四角棱镜通过斜面依次胶合，形成第四平行四角棱镜；所述第三梯形棱镜的斜面与所述第四平行四角棱镜的第一斜面胶合，所述第四梯形棱镜的斜面与所述第四平行四角棱镜的第二斜面胶合，形成所述第二波导层；所述第三梯形棱镜的顶面与所述第四平行四角棱镜的顶面和所述第四梯形的顶面形成所述第二波导层的顶面；所述第三梯形棱镜的底面与所述第四平行四角棱镜的底面和所述第四梯形的底面形成所述第二波导层的基面；所述第二波导层的所有胶合面上镀有介质基层形成多个第二薄膜分光斜面，所述第二波导层的胶合面包括第三梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面、多个所述第三平行四角棱镜之间的胶合面、所述第四梯形棱镜与所述第四平行四角棱镜的胶合面。
7.根据权利要求5所述的近眼显示装置，其特征在于，多个所述第二薄膜分光斜面的反射率按照所述第二波导层内光束传输方向依次递增，且多个所述第二薄膜分光斜面的反射率的范围为1～50％。
8.根据权利要求6所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二平行四角棱镜的中心与所述第四平行四角棱镜的中心重合。
9.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，多个所述第一薄膜分光斜面之间的距离均为1～8mm；多个所述第二薄膜分光斜面之间的距离也均为1～8mm。
10.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅均为倾斜光栅或镀膜衍射光栅。
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109555998A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-02 | 珠海博明视觉科技有限公司 | 一种平面同轴光源 |
| CN110146986A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-08-20 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种增强现实显示光学系统 |
| WO2020042636A1 (zh) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种近眼显示装置 |
| CN111025661A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-17 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种光纤耦合波导近眼显示光学装置 |
| CN111983811A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-11-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种近眼显示装置 |
| CN112346252A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 近眼显示装置 |
| WO2021035482A1 (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学显示系统和方法、显示装置 |
| CN112505821A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 立景光电股份有限公司 | 导光模块及扩增实境装置 |
| CN112925117A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-08 | 艾普偏光科技(厦门)有限公司 | 一种rgb三色导膜可见光变色的眼镜镜片及制备方法 |
| CN113933997A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-14 | 上海交通大学 | 基于双通道波导的近眼显示装置 |
| CN115151844A (zh) * | 2020-02-25 | 2022-10-04 | 华为技术有限公司 | 用于电子设备的成像系统 |
| US11914148B2 (en) * | 2018-09-07 | 2024-02-27 | Adeia Semiconductor Inc. | Stacked optical waveguides |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012088478A1 (en) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | Chunyu Gao | An ergonomic head mounted display device and optical system |
| CN104503087A (zh) * | 2015-01-25 | 2015-04-08 | 上海理湃光晶技术有限公司 | 偏振导光的平面波导光学显示器件 |
| CN104656259A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-05-27 | 上海理湃光晶技术有限公司 | 共轭窄带三基色交错的体全息光栅波导近眼光学显示器件 |
| CN105929545A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 东莞市长资实业有限公司 | 波导式的头戴显示器的光学装置 |
| CN106019586A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-10-12 | 上海理鑫光学科技有限公司 | 双光波导片式增强现实眼镜 |
| CN106471428A (zh) * | 2014-07-15 | 2017-03-01 | 三星电子株式会社 | 全息穿透式光学设备、立体成像系统及多媒体头戴式系统 |
| CN107797177A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-13 | 杭州光粒科技有限公司 | 一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用 |
| US9958684B1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-05-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Compact display engine with MEMS scanners |
| CN207516641U (zh) * | 2017-11-01 | 2018-06-19 | 深圳市柔宇科技有限公司 | 一种膜阵列波导光学系统 |
| CN208721896U (zh) * | 2018-08-29 | 2019-04-09 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种近眼显示装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL163361A (en) * | 2004-08-05 | 2011-06-30 | Lumus Ltd | Optical device for light coupling into a guiding substrate |
| US8189263B1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-05-29 | Google Inc. | Image waveguide with mirror arrays |
| CN206020813U (zh) * | 2016-06-20 | 2017-03-15 | 东莞市长资实业有限公司 | 波导式的头戴显示器的光学装置 |
| CN107797287A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-03-13 | 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 | 光波导镜片及显示装置 |
| CN108873355A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-23 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种近眼显示装置 |
-
2018
- 2018-08-29 CN CN201810994225.1A patent/CN108873355A/zh active Pending
-
2019
- 2019-04-23 WO PCT/CN2019/083926 patent/WO2020042636A1/zh active Application Filing
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012088478A1 (en) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | Chunyu Gao | An ergonomic head mounted display device and optical system |
| CN106471428A (zh) * | 2014-07-15 | 2017-03-01 | 三星电子株式会社 | 全息穿透式光学设备、立体成像系统及多媒体头戴式系统 |
| CN104503087A (zh) * | 2015-01-25 | 2015-04-08 | 上海理湃光晶技术有限公司 | 偏振导光的平面波导光学显示器件 |
| CN104656259A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-05-27 | 上海理湃光晶技术有限公司 | 共轭窄带三基色交错的体全息光栅波导近眼光学显示器件 |
| CN106019586A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-10-12 | 上海理鑫光学科技有限公司 | 双光波导片式增强现实眼镜 |
| CN105929545A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-07 | 东莞市长资实业有限公司 | 波导式的头戴显示器的光学装置 |
| US9958684B1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-05-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Compact display engine with MEMS scanners |
| CN207516641U (zh) * | 2017-11-01 | 2018-06-19 | 深圳市柔宇科技有限公司 | 一种膜阵列波导光学系统 |
| CN107797177A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-13 | 杭州光粒科技有限公司 | 一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用 |
| CN208721896U (zh) * | 2018-08-29 | 2019-04-09 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种近眼显示装置 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020042636A1 (zh) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种近眼显示装置 |
| US11914148B2 (en) * | 2018-09-07 | 2024-02-27 | Adeia Semiconductor Inc. | Stacked optical waveguides |
| CN109555998A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-02 | 珠海博明视觉科技有限公司 | 一种平面同轴光源 |
| CN109555998B (zh) * | 2018-12-07 | 2024-02-13 | 珠海博明视觉科技有限公司 | 一种平面同轴光源 |
| CN110146986A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-08-20 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种增强现实显示光学系统 |
| WO2021035482A1 (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学显示系统和方法、显示装置 |
| CN112823307A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-05-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学显示系统和方法、显示装置 |
| US11719935B2 (en) | 2019-08-26 | 2023-08-08 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Optical display system having optical waveguides for guiding polarized lights and method, and display device having the same |
| CN112505821A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 立景光电股份有限公司 | 导光模块及扩增实境装置 |
| CN111025661A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-17 | 深圳珑璟光电技术有限公司 | 一种光纤耦合波导近眼显示光学装置 |
| CN115151844A (zh) * | 2020-02-25 | 2022-10-04 | 华为技术有限公司 | 用于电子设备的成像系统 |
| CN115151844B (zh) * | 2020-02-25 | 2024-01-16 | 华为技术有限公司 | 用于电子设备的成像系统 |
| CN111983811B (zh) * | 2020-09-09 | 2022-08-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种近眼显示装置 |
| US11789272B2 (en) | 2020-09-09 | 2023-10-17 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Near-to-eye display device |
| CN111983811A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-11-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种近眼显示装置 |
| CN112346252A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 近眼显示装置 |
| CN112925117A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-08 | 艾普偏光科技(厦门)有限公司 | 一种rgb三色导膜可见光变色的眼镜镜片及制备方法 |
| CN113933997A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-14 | 上海交通大学 | 基于双通道波导的近眼显示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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