CN112946884A - 近眼显示设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种近眼显示设备及其制造方法。该近眼显示设备包括至少一图像源、至少一近眼显示器件以及至少一成像镜头。该图像源包括一自发光显示芯片，用于发射图像光。该近眼显示器件具有至少一耦入区域和至少一耦出区域，并且该近眼显示器件的该耦入区域对应地耦合于该图像源，其中该近眼显示器件用于将该图像光先从该耦入区域耦入，再从该耦出区域耦出，使得该近眼显示设备无需配备照明系统和中继系统，就能够使用户通过该近眼显示设备观看到与该图像光对应的图像。所述成像镜头被对应地设置于所述图像源和所述近眼显示器件之间的光路中，用于先对来自所述图像源的该图像光进行成像处理，再将该图像光传递至所述近眼显示器件的所述耦入区域。

Description

近眼显示设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，更具体地涉及近眼显示设备及其制造方法。

背景技术

近年来，微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。随着LED技术和微型显示芯片技术的不断发展和市场的大量需求，高成像质量兼顾小体积、可穿戴的微投影系统越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmentedreality,AR)、近眼显示(Near-eye display,NED)等领域。

目前，现有的近眼显示系统通常是由微投影系统和显示器件组成，但该微投影系统因采用诸如LCOS,LCD,DMD之类的非自发光显示芯片而不得不配置相应的光源系统和中继镜组，例如，如图1所示，现有的微投影系统1P通常照明系统11P、中继镜组12P、LCOS显示芯片13P以及投影成像系统14P，其中该中继镜组12P位于该照明系统11P的发射路径，并且该LCOS显示芯片13P和该投影成像系统14P分别位于该中继镜组12P的相对侧。当该照明系统11P沿发射路径发射照明光束时，该中继镜组12P先将照明光束传输至该LCOS显示芯片13P，以在通过该LCOS显示芯片13P将该照明光束调制成图像光之后，再将该图像光传输至该投影成像系统14P，以通过该投影成像系统14P将该图像光投影成像。

然而，现有的微投影系统1P的该照明系统11P所发出的照明光束必须通过体积大、重量重的中继镜组12P来达到LCOS显示芯片13P所需的照射面积，并且转向地传输照明光束，以便通过该LCOS显示芯片13P调制出图像光等等，使得现有的近眼显示系统存在很多不足之处，例如尺寸大、成本高、设备笨重等，极大地限制了现有的近眼显示系统面向消费者的发展和普及。此外，为了实现彩色显示，该照明系统11P不得不配置光源、合色以及匀光器件，使得整个近眼显示系统的尺寸和体积进一步增大，设计更为复杂，成本也更高。而目前的近眼显示产品对体积和重量的要求越来越严苛，对成本要求也越来越高，只有足够小体积、轻重量、低成本而又具有高成像质量的产品才能满足市场需求。

发明内容

本发明的一优势在于提供一近眼显示设备及其制造方法，其能够省去现有的近眼显示系统中的照明系统，有助于大幅地减小设备体积和重量。

本发明的另一优势在于提供一近眼显示设备及其制造方法，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示设备的图像源采用了自发光显示芯片，以便省去照明系统和中继系统，不仅能够大幅地减小设备体积和重量，而且有助于减化系统设计、降低加工成本。

本发明的另一优势在于提供一近眼显示设备及其制造方法，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示设备中的近眼显示器件可以被实施为波导，使得所述近眼显示设备能够实现增强现实的效果。

本发明的另一优势在于提供一近眼显示设备及其制造方法，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示设备的成像镜头创造性地采用了折反式光路结构，有助于进一步减小设备的整体体积。

本发明的另一优势在于提供一近眼显示设备及其制造方法，其中，为了达到上述优势，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的近眼显示设备及其制造方法，同时还增加了所述近眼显示设备及其制造方法的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一近眼显示设备，包括：

至少一图像源，其中所述图像源包括一自发光显示芯片，用于发射图像光；

至少一近眼显示器件，其中所述近眼显示器件具有至少一耦入区域和至少一耦出区域，并且所述近眼显示器件的所述耦入区域对应地耦合于所述图像源，其中所述近眼显示器件用于将该图像光先从所述耦入区域耦入，再从所述耦出区域耦出；以及

至少一成像镜头，其中所述成像镜头被对应地设置于所述图像源和所述近眼显示器件之间的光路中，用于先对来自所述图像源的该图像光进行成像处理，再将该图像光传递至所述近眼显示器件的所述耦入区域。

在本发明的一实施例中，所述自发光显示芯片为Micro LED显示芯片或OLED显示芯片。

在本发明的一实施例中，所述近眼显示器件包括一波导，其中所述近眼显示器件的所述耦入区域和所述耦出区域分别位于所述波导，其中所述波导用于将从所述耦入区域耦入所述波导的该图像光传输至所述耦出区域，以使该图像光从所述耦出区域被耦出所述波导。

在本发明的一实施例中，所述近眼显示器件进一步包括至少一耦入元件和至少一耦出元件，其中所述耦入元件被对应地设置于所述波导上的所述耦入区域，用于将传播至所述耦入区域的该图像光耦入所述波导；其中所述耦出元件被对应地设置于所述波导上的所述耦出区域，用于将传播至所述耦出区域的该图像光耦出所述波导。

在本发明的一实施例中，所述耦入元件为一耦入光栅或一反射面；其中所述耦出元件为一耦出光栅或一半反半透面阵列。

在本发明的一实施例中，所述波导的耦出方向与所述波导的耦入方向保持一致或保持相反。

在本发明的一实施例中，所述成像镜头为一成像透镜组，一超透镜以及一衍射透镜中的一个。

在本发明的一实施例中，所述成像镜头为一折返式镜头，用于折返来自所述图像源的该图像光，并将折返后的该图像光传递至所述近眼显示器件的所述耦入区域。

在本发明的一实施例中，所述折返式镜头包括被设置于所述图像源和所述近眼显示器件之间的光路中的一部分反透元件，一镜片组，一第二1/4波片以及一偏振反透元件，其中所述第二1/4波片位于所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间，并且所述部分反透元件和所述偏振反透元件分别邻近所述图像源和所述近眼显示器件，用于使来自所述图像源的该图像光在所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间折返地传播，其中所述镜片组用于汇聚和/或发散该图像光。

在本发明的一实施例中，所述镜片组中的至少一镜片被设置于所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间。

在本发明的一实施例中，所述折返式镜头进一步包括一第一1/4波片，其中所述第一1/4波片被对应地设置于所述图像源和所述部分反透元件之间的光路中。

在本发明的一实施例中，所述折返式镜头进一步包括一起偏元件，其中所述起偏元件被对应地设置于所述图像源和所述第一1/4波片之间的光路中。

在本发明的一实施例中，所述部分反透元件为半反半透镜或半反半透膜；其中所述起偏元件为偏振片或偏振分光元件；其中所述偏振反透元件为PBS膜。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一近眼显示设备的制造方法，包括步骤：

对应地耦合一图像源的一自发光显示芯片于一近眼显示器件的一耦入区域，使得来自该图像源的图像光能够先从该近眼显示器件的该耦入区域耦入，再从该近眼显示器件的该耦出区域耦出；和

对应地设置一成像镜头于该图像源和该近眼显示器件之间的光路中，使得来自该图像源的该图像光能够先经由该成像镜头的成像处理，再被传输至所述耦入区域以被耦入所述近眼显示器件。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了现有的微投影系统的结构示意图。

图2是根据本发明的一实施例的近眼显示设备的框架示意图。

图3示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的结构示意图。

图4示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的第一变形实施方式。

图5示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的第二变形实施方式。

图6示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的第三变形实施方式。

图7示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的所述成像镜头的结构示意图。

图8示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头的第一变形实施方式。

图9示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头的第二变形实施方式。

图10示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头的第三变形实施方式。

图11是根据本发明的一实施例的近眼显示设备的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“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者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

针对配置有诸如LCOS,LCD,DMD等等之类的非自发光显示芯片的近眼显示设备而言，由于诸如LCOS,LCD,DMD等等之类的显示芯片不能自主发光，因此现有的近眼显示设备不得不额外配置照明系统和中继系统，来实现近眼显示设备的显示成像功能。但这会导致现有的近眼显示设备存在很多不足之处，例如尺寸大、成本高、设备笨重等，极大地限制了现有的近眼显示系统面向消费者的发展和普及。而目前的近眼显示产品对体积和重量的要求越来越严苛，对成本要求也越来越高，只有足够小体积、轻重量、低成本而又具有高成像质量的产品才能满足市场需求。因此，本发明提供了一种近眼显示设备，其创造性地提出利用自发光显示芯片来替代非自发光显示芯片，以便省去照明系统和中继系统，从而大幅地降低近眼显示设备的体积和重量。

参考说明书附图之图2和图3所示，根据本发明的一实施例的近眼显示设备被阐明，其中所述近眼显示设备1可以包括至少一图像源10、至少一近眼显示器件20以及至少一成像镜头30。所述图像源10包括一自发光显示芯片11，用于发射图像光100。所述近眼显示器件20具有至少一耦入区域201和至少一耦出区域202，其中所述近眼显示器件20的所述耦入区域201对应地耦合于所述图像源10。所述成像镜头30被对应地设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20之间的光路中，也就是说，所述成像镜头30被对应地设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20的所述耦入区域201之间，用于先对来自所述图像源10的所述图像光100进行成像处理，再将成像处理后的所述图像光100传递至所述近眼显示器件20的所述耦入区域201，使得所述图像光100先被成像处理后，再被耦入所述近眼显示器件20。接着，所述近眼显示器件20将所述图像光100从所述耦入区域201耦入，并在经由所述近眼显示器件20的传输后从所述耦出区域202耦出至用户的眼中，使得用户能够透过所述近眼显示器件20的所述耦出区域202来观看到与所述图像光100相对应的图像。

值得注意的是，本发明的所述自发光显示芯片11优选地被实施为Micro LED显示芯片，以在不需要照明系统的情况下，直接通过所述Micro LED显示芯片发出所述图像光100，进而通过所述近眼显示器件20将所述图像光100传递至用户眼中。当然，在本发明的其他示例中，所述自发光显示芯片11也可以被实施为诸如OLED显示芯片等等能够自身发出图像光的显示芯片。

可以理解的是，正是由于所述图像源10采用了所述自发光显示芯片11，使得所述近眼显示设备10无需额外设置照明系统和中继系统就能够实现图像的近眼显示，因此本发明的所述近眼显示设备10的体积和重量得以大幅地减小。与此同时，所述近眼显示设备10的结构设计也比较简单，有助于降低制造成本。

在本发明的上述实施例中，如图3所示，所述近眼显示设备1的所述近眼显示器件20可以包括一波导21，其中所述耦入区域201和所述耦出区域202分别位于所述波导21的两端，使得从所述耦入区域201耦入的所述图像光100先在所述波导21内单向传播，以在从所述波导21的一端传播至所述波导22的另一端后，再从所述耦出区域202耦出以被人眼接收成像。当然，在本发明的其他示例中，所述耦入区域201也可以位于所述波导21的中间，而所述耦出区域202存在两个，分别位于所述波导21的两端，使得从所述耦入区域201耦入的所述图像光100先在所述波导21内双向传播，以在从所述波导21的中间分别传播至所述波导22的两端后，再从所述耦出区域202耦出以被人眼接收而成像。

此外，如图3所示，所述近眼显示器件20可以进一步包括至少一耦入元件22和至少一耦出元件23，其中所述耦入元件22被设置于所述波导21上的所述耦入区域201，并且所述耦出元件23被设置于所述波导21上的所述耦出区域202。这样，所述耦入元件22用于改变所述图像光100的传播方向，使得所述图像光100从所述耦入区域201耦入所述波导21，以在所述波导21内传播，进而将耦入的所述图像光100从所述耦入区域201传递至所述耦出区域202。所述耦出元件23用于改变被传播至所述耦出区域202的所述图像光100，以使所述图像光100从所述耦出区域202耦出所述波导21，进而使得耦出的所述图像光100能够被用户的眼睛接收而看到与所述图像光100相对应的图像，从而使用户获得增强现实或混合现实的体验。换言之，所述耦入元件22用于将传播至所述耦入区域201的所述图像光100耦入所述波导21；而所述耦出元件23用于将传播至所述耦出区域202的所述图像光100耦出所述波导21。

值得注意的是，在本发明的上述实施例中，如图2和图3所示，所述近眼显示器件20的所述波导21的耦出方向与所述波导21的耦入方向保持相反，也就是说，所述图像光100从所述波导21的同一侧被耦入和耦出，使得用户的眼睛能够从所述波导21上设有所述图像源10的一侧接收到所述图像光100，即用户的眼睛和所述图像源10均位于所述波导21的同一侧，使得所述图像源10朝向用户侧突出，以便所述近眼显示设备1合理且有效地利用空间。

而在本发明的一变形示例中，所述近眼显示器件20的所述波导21的耦出方向与所述波导21的耦入方向保持一致/相同，也就是说，所述图像光100从所述波导21的相反侧被耦入和耦出，使得用户的眼镜能够从所述波导21上未设有所述图像源10的一侧接收到所述图像光100，即用户的眼镜和所述图像源10分别位于所述波导21的相反侧。当然，在本发明的其他示例中，所述波导21的耦出方向也可以与所述波导21的耦入方向呈一定夹角，例如90°，使得所述图像光100从所述波导21的端面被耦入，而从所述波导21的侧面被耦出。

示例性地，在本发明的上述实施例中，如图3所示，所述近眼显示器件20的所述耦入元件22可以被实施为一耦入光栅221，并且所述耦出元件23被实施为一耦出光栅231。所述耦入光栅221被设置于所述波导21上的所述耦入区域201，用于改变来自所述图像源10的所述图像光100的传播方向，以使所述图像光100能够在所述波导21内全反射，以实现耦入效果。所述耦出光栅231被设置于所述波导21上的所述耦出区域202，用于改变在所述波导21内传播的所述图像光100的传播方向，以使所述图像光100被耦出所述波导21，进而被人眼接收而成像。

进一步地，如图3所示，所述波导21具有第一侧面211和与所述第一侧面211相对的第二侧面212，并且所述波导21的所述第二侧面212面向所述图像源10和用户，也就是说，所述图像源100既是从所述波导21的所述第二侧面212耦入，又是从所述波导21的所述第二侧面212耦出。与此同时，所述耦入光栅221可以被实施为被蚀刻于所述波导21的所述第一侧面211的反射光栅，用于反射所述图像光100以将所述图像光100耦入所述波导21；而所述耦出光栅231可以被实施为被蚀刻于所述波导21的所述第二侧面212的透射光栅，用于透射所述图像光100以将所述图像光100耦出所述波导22。

当然，在本发明的其他示例中，所述耦入光栅221也可以被实施为被蚀刻于所述波导21的所述第二侧面212的透射光栅，用于透射所述图像光100以将所述图像光100耦入所述波导21。此外，所述耦出光栅231也可以被实施为被蚀刻于所述波导21的所述第一侧面211的反射光栅，用于反射所述图像光100以将所述图像光100耦出所述波导22。

值得一提的是，尽管根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备1中的所述耦入元件22和所述耦出元件23均被实施为光栅，然而在本发明的其他实施方式中，所述耦入元件22和所述耦出元件23也可以被选择性地通过反射面或反射面阵列的方式将所述图像光100耦入和耦出所述波导21。

例如，附图4示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备的第一变形实施方式。相比于根据本发明的上述实施例，根据本发明的所述第一变形实施方式的所述近眼显示设备的不同之处在于：所述近眼显示器件20的所述耦入元件22被实施为一反射面222，其中所述反射面222被设置于所述波导21上的所述耦入区域201，用于反射来自所述图像源10的所述图像光100以改变所述图像光100的传播方向，使得所述图像光100被耦入至所述波导21内，以在所述波导21内传播。当然，本发明的其他示例中，所述耦入元件22还可以被实施为诸如反射膜、反射镜或具有反射面的棱镜等等光学元件，换言之，所述耦入元件22可以被实施为具有反射面的光学元件，只要能够将所述图像光100反射地耦入所述波导21即可，本发明对此不再赘述。

再如，附图5示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备1的第二变形实施方式。相比于根据本发明的上述实施例，根据本发明的所述第二变形实施方式的所述近眼显示设备的不同之处在于：所述近眼显示器件20的所述耦出元件23被实施为一半反半透面阵列232，其中所述半反半透面阵列232被设置于所述波导21上的所述耦出区域202，用于逐步地反射所述图像光100以改变所述图像光100的传播方向，使得所述图像光100被逐步地耦出所述波导21，有助于增大所述波导21上的所述耦出区域202的面积，便于用户观看图像。

又如，附图6示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示设备1的第三变形实施方式。相比于根据本发明的上述实施例，根据本发明的所述第三变形实施方式的所述近眼显示设备的不同之处在于：所述近眼显示器件20的所述耦入元件22被实施为所述反射面222的同时，所述耦出元件23被实施为所述半反半透面阵列232，同样能够实现将所述图像光100耦入和耦出所述波导21，本发明在此不再赘述。

值得一提的是，根据本发明的上述实施例，如图2所示，

示例性地，如图2和图7所示，所述成像镜头30可以被实施为一成像透镜组31，其中所述成像透镜组31被对应地设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20的所述耦入区域201，用于对来自所述图像源10的所述图像光100进行汇聚以成像，并将汇聚后的所述图像光100传递至所述近眼显示器件20的所述耦入区域201，以通过所述耦入元件22将所述图像光100耦入至所述波导21。然后，在所述波导21内传播至所述耦出区域202后，通过所述耦出元件23将所述图像光100耦出所述波导21，以传播至用户眼睛中而被用户观看到对应的图像。

值得注意的是，虽然本发明的所述近眼显示设备1因省去照明系统和中继系统而具有较小的体积和重量，但是为了达到较好的成像效果，所述成像镜头30的所述成像透镜组31通常包括多片透镜，以提供足够长的成像光路，使得所述成像透镜组31仍具有不小的体积和重量，因此为了进一步减小所述近眼显示设备1的体积和重量，本发明创造性地提供了一些具有更小体积和重量的成像镜头。

附图8示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头30的第一变形实施方式，其中所述成像镜头30被实施为一折反式镜头32，其中所述折返式镜头32用于折返所述图像光100，使得所述折返式镜头32中的成像光路进行折返地转向，以便在更小的空间内提供足够长的成像光路，有助于减小所述成像镜头的体积和重量，进而达到进一步减小所述近眼显示设备1的体积和重量的效果。

示例性地，如图8所示，所述折返式镜头32可以包括一起偏元件321、一第一1/4波片322、一部分反透元件323、一镜片组324、一第二1/4波片325以及一偏振反透元件326，其中所述起偏元件321、所述第一1/4波片322、所述部分反透元件323、所述第二1/4波片325以及所述偏振反透元件326沿着所述图像源10的发射方向(即由所述图像源10至所述近眼显示器件20的所述耦入区域201的方向)被依次设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20之间的光路中，使得所述起偏元件321和所述偏振反透元件326分别邻近所述图像源10和所述近眼显示器件20，以使所述图像光100在所述部分反透元件323和所述偏振反透元件326之间进行折返地传播，也就是说，所述折返式镜头32能够折叠成像光路，以便在确保具有足够长的成像光路的情况下，减小所述折反式镜头32的体积和重量。与此同时，所述镜片组324被设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20之间的光路中，用于对在所述图像源10和所述近眼显示器件20之间传播的所述图像光100进行汇聚和/或发散处理。

具体地，所述起偏元件321用于将所述图像光100转换成具有P偏振态的偏振图像光(简称P偏振图像光)。例如，所述起偏元件321可以但不限于被实施为偏振片(如吸收式偏振片或反透式偏振片)，用于将所述图像光100(属于非偏振光)直接转化所述P偏振图像光。当然，在本发明的其他示例中，所述起偏元件321也可以被实施为偏振分光元件(如PBS膜等)，用于通过透射所述图像光100(属于非偏振光)中的所述P偏振图像光，直接将所述图像光100转换成所述P偏振图像光。

所述部分反透元件323用于透射所述图像光100中的一部分，并且反射所述图像光100中的另一部分。例如，所述部分反透元件323可以但不限于被实施为半反半透镜或半反半透膜(可以被直接镀于所述镜片组324的表面)，用于透射所述图像光100的一半(即50％的所述图像光100)，并反射所述图像光100的另一半(即50％的所述图像光100)。

所述偏振反透元件326用于反射具有S偏振态的图像光(简称S偏振图像光)，并透射P偏振图像光。例如，所述偏振反透元件326可以但不限于被实施为偏振分光元件(如PBS膜等)，用于透射所述P偏振图像光，并反射所述S偏振图像光。

与此同时，所述第一1/4波片322和所述第二1/4波片325用于将偏振光转化成圆偏光，并且将圆偏光转化成偏振光。可以理解的是，所述圆偏光可以被分为左旋圆偏光和右旋圆偏光。

这样，如图8所示，当所述图像源10的所述自发光显示芯片11发射属于非偏振光或自然光的所述图像光100时，先经由所述起偏元件321将所述图像光100转换成P偏振图像光101；再经由所述第一1/4波片322将所述P偏振图像光101转化成第一圆偏光102；接着，所述第一圆偏光102在透过所述部分反透元件323之后，再被所述第二1/4波片325转化成S偏振图像光103；然后，所述S偏振图像光103在被所述偏振反透元件326反射回所述第二1/4波片325后，再被所述第二1/4波片325转化成第二圆偏光104；最后，所述第二圆偏光104在被所述部分反透元件323反射回所述第二1/4波片325后，再被所述第二1/4波片325转化成所述P偏振图像光101，以透过所述偏振反透元件326而被传播至所述近眼显示器件20的所述耦入区域201。值得注意的是，正是由于所述图像光100被规划地转化成所述P或S偏振图像光101、103和所述第一和第二圆偏光102、104，以使所述图像光100的传播路径发生二次折叠，因此所述折返式镜头32能够在足够小的空间内提供足够长的光路，以便满足所述近眼显示设备1的显示需要。

值得一提的是，在本发明的上述实施例中，如图8所示，所述镜片组324中的至少一镜片优选地被设置于所述部分反透元件323和所述偏振反透元件326之间，以作为所述镜片组324中的复用镜片3241，使得所述图像光100能够多次穿过所述复用镜片3241，以合理地重复利用所述镜片组324中的镜片，有助于减小所述镜片组324中的镜片数量，有助于减小所述成像镜头的体积和重量，进而降低成本。

更优选地，如图8所示，所述镜片组324中的所有镜片均被设置于所述部分反透元件323和所述偏振反透元件326之间，以全部作为所述复用镜片3241，使得所述图像光100能够多次穿过所述镜片组324中的所有镜片，以最大限度地重复利用所述镜片组324，从而最大限度地减小所述镜片组324中的镜片数量，压缩所述成像镜片30的长度，使结构更加紧凑、体积和重量更小。

值得注意的是，在本发明的一示例中，当所述图像源10的所述自发光显示芯片11直接发射的所述P偏振图像光101时，所述折返式镜头32中的所述起偏元件321能够被省去，以便进一步减小所述折返式镜头32的体积和重量。当然，在本发明另一示例中，当所述图像源10的所述自发光显示芯片11直接发射的所述第一圆偏光102时，所述折返式镜头32中的所述起偏元件321和所述第一1/4波片322均可以被省去，从而更进一步地减小所述折返式镜头32的体积和重量，使得所述近眼显示设备的可穿戴、面向消费者成为可能。

附图9示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头30的第二变形实施方式，其中所述成像镜头30被实施为一超透镜33，其中所述超透镜33被对应地设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20的所述耦入区域201，以通过所述超透镜33对来自所述图像源10的所述图像光100进行成像处理。值得注意的是，由于所述超透镜33的体积和重量远远小于所述成像透镜组31的体积和重量，因此所述近眼显示设备1的体积和重量均得到大幅地减小。

附图10示出了根据本发明的上述实施例的所述成像镜头30的第三变形实施方式，其中所述成像镜头30被实施为一衍射透镜34(如菲涅尔透镜等等)，其中所述衍射透镜34被对应地设置于所述图像源10和所述近眼显示器件20的所述耦入区域201，以经由所述衍射透镜34的衍射对来自所述图像源10的所述图像光100进行成像处理。值得注意的是，由于所述衍射透镜34的体积和重量也远小于所述成像透镜组31的体积和重量，因此所述近眼显示设备1的体积和重量同样能够得以大幅地减小。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一近眼显示设备的制造方法。具体地，如图11所示，所述近眼显示设备的制造方法，包括步骤：

S100：对应地耦合图像源10的自发光显示芯片11于近眼显示器件20的耦入区域201，使得图像光100能够先从所述近眼显示器件20的所述耦入区域201耦入，再从所述近眼显示器件20的耦出区域202耦出；和

S200：对应地设置成像镜头30于所述图像源10和所述近眼显示器件20之间的光路，使得来自所述图像源10的所述图像光100先经由所述成像镜头30的成像处理，再被传输至所述耦入区域201以被耦入所述近眼显示器件20。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (14)

1.一近眼显示设备，其特征在于，包括：

至少一图像源，其中所述图像源包括一自发光显示芯片，用于发射图像光；

至少一近眼显示器件，其中所述近眼显示器件具有至少一耦入区域和至少一耦出区域，并且所述近眼显示器件的所述耦入区域对应地耦合于所述图像源，其中所述近眼显示器件用于将该图像光先从所述耦入区域耦入，再从所述耦出区域耦出；以及

至少一成像镜头，其中所述成像镜头被对应地设置于所述图像源和所述近眼显示器件之间的光路中，用于先对来自所述图像源的该图像光进行成像处理，再将该图像光传递至所述近眼显示器件的所述耦入区域。

2.如权利要求1所述的近眼显示设备，其中，所述自发光显示芯片为Micro LED显示芯片或OLED显示芯片。

3.如权利要求1所述的近眼显示设备，其中，所述近眼显示器件包括一波导，其中所述近眼显示器件的所述耦入区域和所述耦出区域分别位于所述波导，其中所述波导用于将从所述耦入区域耦入所述波导的该图像光传输至所述耦出区域，以使该图像光从所述耦出区域被耦出所述波导。

4.如权利要求3所述的近眼显示设备，其中，所述近眼显示器件进一步包括至少一耦入元件和至少一耦出元件，其中所述耦入元件被对应地设置于所述波导上的所述耦入区域，用于将传播至所述耦入区域的该图像光耦入所述波导；其中所述耦出元件被对应地设置于所述波导上的所述耦出区域，用于将传播至所述耦出区域的该图像光耦出所述波导。

5.如权利要求4所述的近眼显示设备，其中，所述耦入元件为一耦入光栅或一反射面；其中所述耦出元件为一耦出光栅或一半反半透面阵列。

6.如权利要求3所述的近眼显示设备，其中，所述波导的耦出方向与所述波导的耦入方向保持一致或保持相反。

7.如权利要求1至6中任一所述的近眼显示设备，其中，所述成像镜头为一成像透镜组，一超透镜以及一衍射透镜中的一个。

8.如权利要求1至6中任一所述的近眼显示设备，其中，所述成像镜头为一折返式镜头，用于折返来自所述图像源的该图像光，并将折返后的该图像光传递至所述近眼显示器件的所述耦入区域。

9.如权利要求8所述的近眼显示设备，其中，所述折返式镜头包括被设置于所述图像源和所述近眼显示器件之间的光路中的一部分反透元件，一镜片组，一第二1/4波片以及一偏振反透元件，其中所述第二1/4波片位于所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间，并且所述部分反透元件和所述偏振反透元件分别邻近所述图像源和所述近眼显示器件，用于使来自所述图像源的该图像光在所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间折返地传播，其中所述镜片组用于汇聚和/或发散该图像光。

10.如权利要求9所述的近眼显示设备，其中，所述镜片组中的至少一镜片被设置于所述部分反透元件和所述偏振反透元件之间。

11.如权利要求10所述的近眼显示设备，其中，所述折返式镜头进一步包括一第一1/4波片，其中所述第一1/4波片被对应地设置于所述图像源和所述部分反透元件之间的光路中。

12.如权利要求11所述的近眼显示设备，其中，所述折返式镜头进一步包括一起偏元件，其中所述起偏元件被对应地设置于所述图像源和所述第一1/4波片之间的光路中。

13.如权利要求12所述的近眼显示设备，其中，所述部分反透元件为半反半透镜或半反半透膜；其中所述起偏元件为偏振片或偏振分光元件；其中所述偏振反透元件为PBS膜。

14.一近眼显示设备的制造方法，其特征在于，包括步骤：

对应地耦合一图像源的一自发光显示芯片于一近眼显示器件的一耦入区域，使得来自该图像源的图像光能够先从该近眼显示器件的该耦入区域耦入，再从该近眼显示器件的该耦出区域耦出；和

对应地设置一成像镜头于该图像源和该近眼显示器件之间的光路中，使得来自该图像源的该图像光能够先经由该成像镜头的成像处理，再被传输至所述耦入区域以被耦入所述近眼显示器件。

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