CN115903240A - 一种减少漏光的衍射光波导显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种减少漏光的衍射光波导显示装置，涉及显示装置技术领域，该一种减少漏光的衍射光波导显示装置包括衍射光波导、光机和消光膜，该衍射光波导具有两个彼此相对的波导表面，于至少一个波导表面上设置有衍射光栅区域，所述衍射光栅区域包括一个入瞳区域和至少一个出瞳区域；所述光机位于入瞳区域侧旁；所述消光膜至少有一层设置于其中一个波导表面上并全覆盖出瞳区域；所述光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角A；通过光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角，在成像位置不在视线中心线的衍射光波导上设置消光膜；减少了出瞳区域向外界环境漏光的现象，消光膜吸收掉一部分外漏的光线，提升了用户体验感。

Description

一种减少漏光的衍射光波导显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置领域技术，尤其是指一种减少漏光的衍射光波导显示装置。

背景技术

增强现实(AR)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，AR设备包括微型投影仪和显示屏，使用AR设备，人眼既要能够看到AR显示的虚拟图像，也要透过显示屏看到外部的真实环境。

如今的AR设备，采用衍射光波导传输光线成为主流方案，衍射光波导是在透明介质(如玻璃)上设置衍射光栅，光线经投影仪发出，从入瞳区域进入到衍射光波导内，在衍射光波导内全反射到衍射光栅区域，最终到达出瞳区域，从出瞳区域射出后传输至人眼；光在出瞳区域会发生透射与反射，出瞳区域两面都会有光线发出，一面的光线会进入人眼，另一面会进入外界环境中。

从AR设备上发出的光线向外界泄露到环境中，会对其他人造成干扰和显示信息泄露，影响使用体验；出瞳区域作为整个衍射光波导上最大的光线外漏区域，需减少出瞳区域的漏光，提高AR设备使用体验感；因此，针对此现状，迫切需要开发一种减少漏光的衍射光波导显示装置，以满足实际使用的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其通过光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角，在成像位置不在视线中心线的衍射光波导上设置消光膜；减少了出瞳区域向外界环境漏光的现象，消光膜吸收掉一部分外漏的光线，提升了用户体验感。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其包括衍射光波导、光机和消光膜，该衍射光波导具有两个彼此相对的波导表面，于至少一个波导表面上设置有衍射光栅区域，所述衍射光栅区域包括一个入瞳区域和至少一个出瞳区域；所述光机位于入瞳区域侧旁；所述消光膜至少有一层设置于其中一个波导表面上并全覆盖出瞳区域；所述光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角A。

作为一种优选方案：所述光机发出的光线，以中心光线与波导表面的垂线为夹角A的方向进到入瞳区域，入瞳区域的光栅衍射光在衍射光波导内全反射最终到达出瞳区域，所述出瞳区域的衍射光栅衍射的光线在衍射光波导的出瞳区域对应两个波导表面位置均有光线发出，对应使用者眼睛一侧的波导表面位置的光线进入使用者眼睛，对应外界环境一侧的波导表面位置的光线经消光膜减弱光强后进入到外界环境中。

作为一种优选方案：所述出瞳区域对应使用者眼睛的成像中心光线与波导表面的垂线呈夹角A1；所述出瞳区域对应外界环境的成像中心光线与波导表面的垂线呈夹角A2；该夹角A、夹角A1和夹角A2的数值相等。

作为一种优选方案：所述光机发出光线的视场角为夹角C，该夹角C为10度至60度；上述夹角A为5度至40度。

作为一种优选方案：所述消光膜设置于波导表面上方，所述消光膜和波导表面之间设置有空气间隙。

作为一种优选方案：所述波导表面设置有用于起保护作用的玻璃，所述消光膜平贴于玻璃背向波导表面的一面。

作为一种优选方案：所述出瞳区域发出的成像光线与波导表面的垂线呈一定角度，该消光膜对成像光线的透过率随着角度的增大而减小。

作为一种优选方案：所述光机位于消光膜一侧的波导表面侧旁，所述消光膜避免覆盖入瞳区域。

作为一种优选方案：所述光机位于其中一个远离消光膜一侧的波导表面侧旁，所述消光膜整面覆盖另外一个波导表面。

作为一种优选方案：所述光机包括微型投影仪，所述微型投影仪与入瞳区域的距离小于5mm。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角，在成像位置不在视线中心线的衍射光波导上设置消光膜，对应外界环境一侧的波导表面位置的光线经消光膜减弱光强后进入到外界环境中；减少了出瞳区域向外界环境漏光的现象，消光膜吸收掉一部分外漏的光线，减少外漏光对环境的影响，提升了用户体验感；对于出瞳区域漏光的衍射光波导，配合出瞳区域光出射角度而设置的消光膜，减少出瞳漏光，防止干扰外界环境和信息泄露。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1为本发明之一种减少漏光的衍射光波导显示装置立体结构示意图；

图2为本发明之一种减少漏光的衍射光波导显示装置主体部分第一视角立体结构示意图；

图3为本发明之一种减少漏光的衍射光波导显示装置主体部分第二视角立体结构示意图；

图4为本发明之夹角A与透过率关系第一曲线图；

图5为本发明之夹角A与透过率关系第二曲线图。

附图标识说明：

图中：10、衍射光波导；11、波导表面；12、入瞳区域；13、出瞳区域；20、消光膜；30、空气间隙；40、光机。

具体实施方式

本发明如图1至图5所示，一种减少漏光的衍射光波导显示装置，包括有衍射光波导10、光机40和消光膜20，其中；

该衍射光波导10具有两个彼此相对的波导表面11，于至少一个波导表面11上设置有衍射光栅区域，该衍射光栅区域包括一个入瞳区域12和至少一个出瞳区域13；该光机40位于入瞳区域12侧旁；该消光膜20至少有一层设置于其中一个波导表面11上并全覆盖出瞳区域13；该光机40的中心光线与波导表面11的垂线呈夹角A；该光机40包括微型投影仪，该微型投影仪与入瞳区域12的距离小于5mm。

该光机40发出的光线，以中心光线与波导表面11的垂线为夹角A的方向进到入瞳区域12，入瞳区域12的光栅衍射光在衍射光波导10内全反射最终到达出瞳区域13，该出瞳区域13的衍射光栅衍射的光线在衍射光波导10的出瞳区域13对应两个波导表面11位置均有光线发出，对应使用者眼睛一侧的波导表面11位置的光线进入使用者眼睛，对应外界环境一侧的波导表面11位置的光线经消光膜20减弱光强后进入到外界环境中。

对应使用者眼睛一侧的波导表面11没有设置消光膜20，所以进入使用者眼睛的光线不会降低光强度；而对应外界环境一侧的波导表面11设置有消光膜20，光线经过消光膜20后光强度减弱，进而减少了外界环境的漏光现象。

使用者眼睛与消光膜20位于衍射光波导10两侧时，出瞳区域13衍射的一侧光线在M1的波导表面11侧旁的使用者眼睛处观察到；出瞳区域13衍射的另一侧光线在M2的波导表面11上经过消光膜20后，少部分光出射到外界环境中，减少出瞳漏光。

光机40的中心光线与波导表面11的垂线呈夹角，在成像位置不在视线中心线的衍射光波导10上设置消光膜20，对应外界环境一侧的波导表面11位置的光线经消光膜20减弱光强后进入到外界环境中；减少了出瞳区域13向外界环境漏光的现象，消光膜20吸收掉一部分外漏的光线，减少外漏光对环境的影响，提升了用户体验感；对于出瞳区域13漏光的衍射光波导10，配合出瞳区域13光出射角度而设置的消光膜20，减少出瞳漏光，防止干扰外界环境和信息泄露。

该出瞳区域13对应使用者眼睛的成像中心光线与波导表面11的垂线呈夹角A1；该出瞳区域13对应外界环境的成像中心光线与波导表面11的垂线呈夹角A2；该夹角A、夹角A1和夹角A2的数值相等。

夹角A1与夹角A2对应的光线方向不同，夹角A1对应的光线朝向使用者眼睛，夹角A2对应的光线朝向外界环境；但两夹角的数值相同。

具体的是，衍射光波导10具有两个彼此相对的波导表面11为M1和M2，M1的波导表面11上设置有衍射光栅区域，衍射光栅区域包括一个入瞳区域12和一个出瞳区域13，该出瞳区域13对应使用者眼睛的成像中心光线与波导表面11的垂线呈夹角A1；该出瞳区域13对应外界环境的成像中心光线与波导表面11的垂线呈夹角A2；M2的波导表面11上设置有消光膜20，消光膜20至少全覆盖出瞳区域13。

该光机40发出光线的视场角为夹角C，该夹角C为10度至60度；上述夹角A为5度至40度。

该消光膜20设置于波导表面11上方，该消光膜20和波导表面11之间设置有空气间隙30；M2的波导表面11上没有玻璃，则消光膜20与M2的波导表面11需设置空气间隙30以满足全反射条件。

该波导表面11设置有用于起保护作用的玻璃，该消光膜20平贴于玻璃背向波导表面11的一面；M2的波导表面11上若有玻璃，消光膜20平贴在玻璃表面。

该出瞳区域13发出的成像光线与波导表面11的垂线呈一定角度，该消光膜20对成像光线的透过率随着角度的增大而减小；角度越大，光线经过消光膜20的透过率越低，进而减少漏光的效果越好。

如图4和图5所示；消光膜20对不同角度入射的光的透过率不同；对于0°(或某种特定角度)入射光线的透过率最高，光的入射角度越大，透过率越低；通过调整出瞳区域13发出的成像光线与波导表面11的垂线呈角度的大小，可以让角度大的光经过消光膜20后光强减弱，从而减少出瞳漏光。

该光机40位于消光膜20一侧的波导表面11侧旁，该消光膜20避免覆盖入瞳区域12；保证光机40发出的光线从入瞳区域12进入，消光膜20避免覆盖入瞳区域12，使得光机40发出的光线不被消光膜20所影响。

微型投影仪发出视场角为30°的光线，其中心光线与波导表面11垂线夹角为30°，最近的边缘光线与波导表面11的垂线呈夹角B，夹角B为15°，设置有消光膜20一侧的波导表面11出射光以大于15°的光线进入到消光膜20中，以大于15°的光线进入消光膜20中光的透过率小于30％；中心光线一般光线最强，以30°的角度入射进入消光膜20内，透过率也只有25％。

微型投影仪入射光与波导表面11垂线夹角越大，出瞳区域13的出光角度与波导表面11垂线的夹角越大时，光线就会以越大的角度进入消光膜20内，从而光的透过率就会越小，波导进入外界的光线就越弱。

该光机40位于其中一个远离消光膜20一侧的波导表面11侧旁，该消光膜20整面覆盖另外一个波导表面11；光机40位于远离消光膜20一侧的波导表面11侧旁，而消光膜20能够整面覆盖另一个波导表面11，消光膜20不会影响光机40发出的光线照进入瞳区域12。

该一种减少漏光的衍射光波导显示装置的使用方法及原理如下：

光机发出的光线，以中心光线与波导表面的垂线为夹角A的方向进到入瞳区域，入瞳区域的光栅衍射光在衍射光波导内全反射最终到达出瞳区域，该出瞳区域的衍射光栅衍射的光线在衍射光波导的出瞳区域对应两个波导表面位置均有光线发出，对应使用者眼睛一侧的波导表面位置的光线进入使用者眼睛，对应外界环境一侧的波导表面位置的光线经消光膜减弱光强后进入到外界环境中。

本发明的设计重点在于，通过光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角，在成像位置不在视线中心线的衍射光波导上设置消光膜，对应外界环境一侧的波导表面位置的光线经消光膜减弱光强后进入到外界环境中；减少了出瞳区域向外界环境漏光的现象，消光膜吸收掉一部分外漏的光线，减少外漏光对环境的影响，提升了用户体验感；对于出瞳区域漏光的衍射光波导，配合出瞳区域光出射角度而设置的消光膜，减少出瞳漏光，防止干扰外界环境和信息泄露。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；包括衍射光波导、光机和消光膜，该衍射光波导具有两个彼此相对的波导表面，于至少一个波导表面上设置有衍射光栅区域，所述衍射光栅区域包括一个入瞳区域和至少一个出瞳区域；所述光机位于入瞳区域侧旁；所述消光膜至少有一层设置于其中一个波导表面上并全覆盖出瞳区域；所述光机的中心光线与波导表面的垂线呈夹角A。

2.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述光机发出的光线，以中心光线与波导表面的垂线为夹角A的方向进到入瞳区域，入瞳区域的光栅衍射光在衍射光波导内全反射最终到达出瞳区域，所述出瞳区域的衍射光栅衍射的光线在衍射光波导的出瞳区域对应两个波导表面位置均有光线发出，对应使用者眼睛一侧的波导表面位置的光线进入使用者眼睛，对应外界环境一侧的波导表面位置的光线经消光膜减弱光强后进入到外界环境中。

3.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述出瞳区域对应使用者眼睛的成像中心光线与波导表面的垂线呈夹角A1；所述出瞳区域对应外界环境的成像中心光线与波导表面的垂线呈夹角A2；该夹角A、夹角A1和夹角A2的数值相等。

4.根据权利要求2所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述光机发出光线的视场角为夹角C，该夹角C为10度至60度；上述夹角A为5度至40度。

5.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述消光膜设置于波导表面上方，所述消光膜和波导表面之间设置有空气间隙。

6.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述波导表面设置有用于起保护作用的玻璃，所述消光膜平贴于玻璃背向波导表面的一面。

7.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述出瞳区域发出的成像光线与波导表面的垂线呈一定角度，该消光膜对成像光线的透过率随着角度的增大而减小。

8.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述光机位于消光膜一侧的波导表面侧旁，所述消光膜避免覆盖入瞳区域。

9.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述光机位于其中一个远离消光膜一侧的波导表面侧旁，所述消光膜整面覆盖另外一个波导表面。

10.根据权利要求1所述的一种减少漏光的衍射光波导显示装置，其特征在于；所述光机包括微型投影仪，所述微型投影仪与入瞳区域的距离小于5mm。

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