CN110780449A - 一种适配vr设备的波导显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适配VR设备的波导显示装置，该装置包括光机模块、成像模块，以及波导模块，波导模块包括波导层、设置于波导层远离人眼一侧的全反射膜以及设置于波导层靠近人眼一侧的镀有渐变反射率的反射膜，反射率从耦入一侧到远离耦入一侧逐渐降低；光机模块产生入射光，经成像模块成像后进入波导层后，到达全反射膜，再反射到渐变反射率的反射膜上，光线大部分反射继续向前波导，而小部分透射出波导层，并被人眼接收，继续波导的部分光线接触后续的反射膜后依然部分波导部分透射，实现传输和扩瞳的过程。本发明提高了VR设备及同类型显示设备的轻便性，同时打破了波导显示技术受波导材料全反射角的限制。

Description

一种适配VR设备的波导显示装置
技术领域
本发明涉及虚拟现实（VR）设备领域，具体涉及一种适配VR设备的波导显示装置。
背景技术
现有波导技术已经逐渐在AR（增强现实）设备中应用，主要包括基于全反射原理的波导层、微型光机模块和用于放大和扩瞳的成像模块和光栅结构，光栅结构同时承担了波导片的光耦入与耦出的作用。
其中波导层和光栅层（一般以浮雕的形式刻蚀在波导层表面）都是透明的，确保现实图像可以透过它们传输到人眼。同时虚拟图像从光机模块发出，经过成像系统后，凭借光栅衍射耦入到波导层中，利用全反射的原理在波导层中传输，再借由光栅衍射从波导层耦出，进入人眼。波导显示结合LCOS、DLP、MEMS等微小型光机的AR显示装置，具有轻薄、便携的显著优点，但它的透明属性不适用于VR的沉浸式显示。并且，虚拟图像需要利用全反射原理在波导层中传输的技术特性，使光在波导层中传输必须满足入射角大于波导层材料全反射角的条件，这一特点极大限制了显示系统的视场角。而市面上的VR显示设备多采用显示器搭配传统目视成像系统的方案，视场角大但是整机尤其是光学显示系统过于笨重。并且因在设计过程中为保证高放大倍率和大视场角，必须增大成像系统中透镜的曲率半径或者增大透镜组与显示屏的距离，而这两种方案的改进结果就是起放大作用的镜片很厚或者镜片与屏幕间的距离过大，结果都是整个光学成像系统体积和质量过大，影响VR设备的美观性，便携性和佩戴的舒适性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种适配VR设备的波导显示装置，能够提高基于波导的显示设备视场角，且体积小、重量轻，便携性好。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种适配VR设备的波导显示装置，该装置包括光机模块、成像模块，以及波导模块，其特征在于，所述的波导模块包括波导层、设置于波导层远离人眼一侧的全反射膜以及设置于波导层靠近人眼一侧的镀有渐变反射率的反射膜，所述的反射率从耦入一侧到远离耦入一侧逐渐降低；
所述的光机模块产生入射光，经所述的成像模块成像后进入所述的波导层后，到达全反射膜，再反射到渐变反射率的反射膜上，光线大部分反射继续向前波导，而小部分透射出波导层，并被人眼接收，继续波导的部分光线接触后续的反射膜后依然部分波导部分透射，于是光线保持在波导层内波导。
进一步地，还包括耦出结构，所述的耦出结构位于所述的波导层靠近人眼一侧。
进一步地，所述的渐变反射率的反射膜与所述的耦出结构复合在一起。
进一步地，所述的耦出结构为耦出光栅或微阵列折射棱镜。
进一步地，还包括耦入结构。
进一步地，所述的耦入和耦出结构选自表面浮雕型光栅或体全息光栅。
进一步地，所述的光机模块选自LCOS、DLP和MEMS。
进一步地，所述的波导层为空气介质。
本发明的有益效果如下：
（1）将波导显示技术适用到VR设备中，提高了VR设备及同类型显示设备的轻便性。
（2）相比现有的波导显示装置，本发明在波导层两面分别镀有全反射膜和渐变反射率的反射膜，使得光能够以0-90°内任意角度在波导层中传输，而不需要满足全反射条件：（1）从光密介质入射到光疏介质（2）入射角大于材料全反射角。第一个条件限制了波导显示装置的材料选择，第二个条件限制了光在波导层中传输的角度，最终限制了视场角。因此本发明在两个反射界面之间可以直接以空气为介质减轻了波导显示装置自身的重量；而入射角不受限制，使本发明的视场角可以比现有的波导显示装置更大，从现有的40度视场角，可以突破到60-90度的大视场角范围。
附图说明
图1为本发明的适配VR设备的波导显示装置的实施例一的结构示意图；
图2为本发明的适配VR设备的波导显示装置的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的适配VR设备的波导显示装置，该装置包括光机模块4、成像模块5，以及波导模块，波导模块包括波导层1、设置于波导层1远离人眼一侧的全反射膜7以及设置于波导层1靠近人眼一侧的镀有渐变反射率的反射膜6，反射率从耦入一侧到远离耦入一侧逐渐降低；
为了实现光线的偏转，波导显示装置还可以包括耦入结构2和耦出结构3；耦入结构2设在波导层远离人眼的一侧（也可以设置在靠近人眼一侧），且和全反射膜7复合在一起，耦出结构3设置在波导层1的靠近人眼的一侧，镀有渐变反射率的反射膜6可设置在全反射膜7和耦出结构3之间的任意位置。
光机模块4产生入射光，经成像模块5成像后进入波导层1后，到达耦入结构2和全反射膜7，再反射到渐变反射率的反射膜6上，因为反射膜6从光机一侧到远离光机一侧反射率逐渐降低，因此光线大部分反射继续向前波导，而小部分透射出波导层，并经过耦出结构3后被人眼接收，继续波导的部分光线接触后续的反射膜后依然部分波导部分透射，于是光线保持在波导层1内波导，达到扩大出瞳的目的，该结构拥有较大的动眼范围以及较大的视场角。
耦出结构3选自耦出光栅或微阵列折射棱镜，耦入结构2为耦入光栅。优选地，耦入和耦出结构选自表面浮雕型光栅或体全息光栅。光机模块4选自LCOS、DLP和MEMS。耦出结构3和渐变反射率的反射膜6可以分离，也可以贴合在一起，也可以完全复合。
因本发明的波导装置不受全反射角的限制，因此为了降低适配VR设备的波导显示装置的重量，优选波导层为空气介质。
由于相同光栅常数的光栅对相同入射角的不同波长光衍射角不同，单层光栅结构会导致RGB图像在出射端分离。因此可以采用三层不同光栅常数的光栅片胶合，从而分别对RGB三色光进行衍射，得到更好的显示效果，具体如下实施例二的结构示意图图2，其基本原理与单片式结构类似。不同处在于耦入结构2包括红光耦入光栅201、绿光耦入光栅202、蓝光耦入光栅203，耦出结构3也为三片光栅，分别为红光耦出光栅301、绿光耦出光栅302和蓝光耦出光栅303，分别对应红、绿、蓝三种波长的光。同一个像素点发出的RGB三色光在经过光栅层时，分别发生偏转，且偏转效率都较高，经过含渐变反射镜的偏振波导层1的波导，依次出射，达到扩大光瞳的目的。同时三色光在出射后重新合并成一束光。经过控制板部分对光强的调制，便可以显示不同色彩的图像。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适配VR设备的波导显示装置，该装置包括光机模块、成像模块，以及波导模块，其特征在于，所述的波导模块包括波导层、设置于波导层远离人眼一侧的全反射膜以及设置于波导层靠近人眼一侧的镀有渐变反射率的反射膜，所述的反射率从耦入一侧到远离耦入一侧逐渐降低；
所述的光机模块产生入射光，经所述的成像模块成像后进入所述的波导层后，到达全反射膜，再反射到渐变反射率的反射膜上，光线大部分反射继续向前波导，而小部分透射出波导层，并被人眼接收，继续波导的部分光线接触后续的反射膜后依然部分波导部分透射，实现传输和扩瞳的过程。
2.根据权利要求1所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，还包括耦出结构，所述的耦出结构位于所述的波导层靠近人眼一侧。
3.根据权利要求2所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，所述的渐变反射率的反射膜与所述的耦出结构复合在一起。
4.根据权利要求3所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，所述的耦出结构为耦出光栅或微阵列折射棱镜。
5.根据权利要求2所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，还包括耦入结构。
6.根据权利要求5所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，所述的耦入和耦出结构选自表面浮雕型光栅或体全息光栅。
7.根据权利要求1所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，所述的光机模块选自LCOS、DLP和MEMS。
8.根据权利要求1所述的适配VR设备的波导显示装置，其特征在于，所述的波导层为空气介质。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023226122A1 (zh) * 2022-05-24 2023-11-30 歌尔光学科技有限公司 一种光波导结构以及头戴显示设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1892271A (zh) * 2005-06-17 2007-01-10 索尼株式会社 光学设备，以及虚拟图像显示器
US8189263B1 (en) * 2011-04-01 2012-05-29 Google Inc. Image waveguide with mirror arrays
CN107290816A (zh) * 2016-03-30 2017-10-24 中强光电股份有限公司 光波导元件以及具有此光波导元件的头戴式显示装置
CN108415162A (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 北京灵犀微光科技有限公司 近眼显示设备
CN109239920A (zh) * 2017-07-11 2019-01-18 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种全息波导镜片及增强现实显示装置
CN109407313A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 北京枭龙科技有限公司 一种衍射波导显示装置
CN109581664A (zh) * 2018-12-28 2019-04-05 北京灵犀微光科技有限公司 光学装置和增强现实显示装置
WO2019179136A1 (zh) * 2018-03-23 2019-09-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1892271A (zh) * 2005-06-17 2007-01-10 索尼株式会社 光学设备，以及虚拟图像显示器
US20090040580A1 (en) * 2005-06-17 2009-02-12 Sony Corporation Optical device, and virtual image display
US8189263B1 (en) * 2011-04-01 2012-05-29 Google Inc. Image waveguide with mirror arrays
CN107290816A (zh) * 2016-03-30 2017-10-24 中强光电股份有限公司 光波导元件以及具有此光波导元件的头戴式显示装置
CN109239920A (zh) * 2017-07-11 2019-01-18 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种全息波导镜片及增强现实显示装置
CN108415162A (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 北京灵犀微光科技有限公司 近眼显示设备
WO2019179136A1 (zh) * 2018-03-23 2019-09-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示方法
CN109407313A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 北京枭龙科技有限公司 一种衍射波导显示装置
CN109581664A (zh) * 2018-12-28 2019-04-05 北京灵犀微光科技有限公司 光学装置和增强现实显示装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023226122A1 (zh) * 2022-05-24 2023-11-30 歌尔光学科技有限公司 一种光波导结构以及头戴显示设备

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