CN218938656U - 一种基于头盔的直投式近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于头盔的直投式近眼显示装置，主要包括微显示器和投影成像镜组，该装置设置于头盔式的壳体中。微显示器发出的图像信息在投影成像镜组中成像，投影成像镜组包括采用准直镜和光栅的组合，或直接采用透镜的方式设置，从而在人员视网膜中成像。本实用新型所述装置光学结构简单，成像光线只经过一次衍射且不在波导内传输，与传统的全息波导方案相比光效更高。

Description

一种基于头盔的直投式近眼显示装置

技术领域

本实用新型属于显示技术，涉及新型光学结构，尤其涉及一种基于头盔的直投式近眼显示装置。

背景技术

近眼显示技术通过光学方式将显示图像信息直接透射到人眼中，实现信息到用户的直接传递。近眼显示的应用场景包括虚拟现实(VR)、增强现实(AR)以及混合现实(MR)等，其主要光学实现手段包括光波导、自由曲面、光场显示等技术。

一般的，基于全息衍射波导的近眼显示系统的成像光线需要经过多次衍射，这样光线在传播途中会受到一定的损耗，影响光效，且过于复杂的结构需要更高的制备成本。

实用新型内容

实用新型目的：为了实现全息衍射波导的近眼显示系统结构简化，且降低光束的传播损耗，本实用新型提供一种基于头盔的直投式近眼显示装置。

技术方案：一种基于头盔的直投式近眼显示装置，包括微显示器和投影成像镜组，微显示器显示的图像由投影成像镜组传输，在人眼视网膜上成像，所述投影成像镜组包括两面均叠加设置有增透膜的基材，所述基材为透镜或全息光栅与准直镜的组合；基材为透镜时，微显示器产生的光束由透镜直接在人眼中成像，微显示器位于透镜一倍焦距处；基材为全息光栅与准直镜的组合时，微显示器位于准直镜的一倍焦距处。

进一步的，所述增透膜由氟化钙，氟化镁，氧化钛和硫化铅其中一种或任意组合制备而成，紧密贴合基材设置；基材入射面的增透膜用于增强入射图像的成像效果，基材出射面的增透膜用于增强外部环境中光质量。

更进一步的，所述基材以平板玻璃作为透镜，在平板玻璃的表面印制全息图形的微纳米结构作为全息光栅。

更进一步的，所述的透镜包括覆膜全息反射镜或覆膜全息透镜，还包括覆膜反射式全息光栅或覆膜透射式全息光栅。

对于全息光栅和准直镜的组合，其准直镜还包括反射准直镜和透射准直镜，微显示器用于显示二维图像，经过准直透镜准直后的图像经过投影成像镜组后将包含不同角度信息的图像准直光束传入人眼。

有益效果：本实用新型装置适用于头戴式头盔结合VR眼睛设置，是一种直投式的近眼显示装置，与现有的VR设备中的全息导波成像技术，本实用新型光学结构简单，成像光线只经过一次衍射且不在波导内传输，光效更高。

附图说明

图1是实施例1的直投式的近眼显示装置结构示意图；

图2是实施例2的直投式的近眼显示装置结构示意图；

图3是实施例3的直投式的近眼显示装置结构示意图；

图4是实施例4的直投式的近眼显示装置结构示意图；

图5为覆膜光栅叠层结构。

具体实施方式

为详细说明本实用新型公开的技术方案，下面结合说明书附图做进一步的阐述。

本实用新型提供的是一种基于头盔的直投式近眼显示装置，适用于采用头戴式的头盔结构，结合前面设置VR眼镜设置该直投式近眼显示装置，该显示光学器件主要包括微显示器和投影成像镜组。实现全息投影显示时，微显示器显示二维图像，然后光束最终在投影成像镜组中实现人眼可视影像。

对于上述的投影成像镜组，实现的方式及结构可以如下：

(1)投影成像镜组为全息光栅和准直镜的组合，此时，微显示器位于准直透镜的一倍焦距处，以此获得近眼显示最佳的效果。全息光栅作为基材，在其两面叠加设置增透膜，以得到覆膜的全息光栅，然后覆膜全息光栅还可以是反射型或投射型，其准直镜也包括反射型和透射型，自由组合，关于反射和透射对于光束传输为现有技术。

(2)投影成像镜组为透镜，此时一般不需要设置准直镜，透镜的两面也叠加设置有增透膜，得到覆膜全息反射镜或覆膜全息透镜。

上述的(1)和(2)之间，当投影成像镜采用平板玻璃作为基材实现的平板玻璃表面镀层，常规设置是涂上一层给定型厚度的光致抗蚀剂或其他光敏材料的涂层，然后发生两束相干光衍射、形成干涉条纹，再经过处理以实现光栅。本实用新型中，对于平板玻璃作为基材，其平板玻璃的表面可以印制全息图形的微纳米结构以提高投影成像效果，以形成全息透镜。基于此，需要指出的是，本实用新型还可以结合全息转移膜技术，以金属材质层或平板玻璃覆膜等方式实现拓印或将含有全息图形纳米结构，结合微显示器发出的图像，配合下得到更大的全息投影成像应用范围，且提升VR眼镜的成像效果等。

关于基材覆膜，即叠加设置增透膜，其叠加设置的层数视材料及实际的光束强度等做出选择。增透膜由氟化钙，氟化镁，氧化钛和硫化铅其中一种或任意组合制备而成，紧密贴合基材设置。基材前部的增透膜用于增强入射图像的成像效果，位于基材后部的增透膜用于增强外部环境中光质量。

基于上述内容，下面以实施例1-4具体展示四种基本成像结构。

实施例1

请参阅图1，本实用新型所述的一种基于头盔的直投式近眼显示装置，包括微显示器1、准直透镜2、覆膜反射式全息光栅3和头戴式的壳体9。微显示器1位于准直透镜2上方一倍焦距处，准直透镜2位于覆膜反射式全息光栅3上方，覆膜反射式全息光栅3设置于人眼4前一段距离处。

由微显示器1输出二维图像，输出的二维图像经过准直透镜2准直后到达覆膜反射式全息光栅3，准直后的二维图像经过覆膜反射式全息光栅3后将包含不同角度信息的图像准直光束传入人眼4。

结合图5，覆膜反射式全息光栅3前后表面叠加了增透膜5-1和增透膜5-2，上述增透膜5-1和5-2可选用氟化钙，氟化镁，氧化钛，硫化铅等作为制备材料。增透膜5-1设置在反射式全息光栅5-3前部，用于增强入射二维图像的图像效果，增透膜5-2设置在反射式全息光栅5-3后部，用于增强壳体9外入射的环境光质量。

实施例2

参阅图2，本实用新型包括微显示器1、准直反射镜7、覆膜透射式全息光栅8和壳体9。微显示器1位于准直反射镜7上方一倍焦距处，准直反射镜7位于覆膜透射式全息光栅8上方，覆膜透射式全息光栅8设置于人眼4前一段距离处。

由微显示器1输出二维图像，输出的二维图像经过准直反射镜7准直后到达覆膜透射式全息光栅8，准直后的二维图像经过覆膜透射式全息光栅8后将包含不同角度信息的图像准直光束传入人眼4。

参考图5，覆膜透射式全息光栅8前后表面叠加了增透膜5-1和增透膜5-2，上述增透膜5-1和5-2可选用氟化钙，氟化镁，氧化钛，硫化铅等作为制备材料。如图所示，增透膜5-1设置在透射式全息光栅5-6前部，用于增强入射二维图像的图像效果，增透膜5-2设置在透射式全息光栅5-6后部，用于增强壳体9外入射的环境光质量。

实施例3

参阅图3，本实用新型包括微显示器1、覆膜全息反射镜5和壳体9。微显示器1位于覆膜全息反射镜5上方一倍焦距处，覆膜全息准直反射镜5设置于人眼4前一段距离处。由微显示器1输出二维图像，覆膜全息反射镜5将发散的入射光束衍射为准直光束后传入人眼4。

结合图5，覆膜全息反射镜5前后表面叠加了增透膜5-1和增透膜5-2，上述增透膜5-1和5-2可选用氟化钙，氟化镁，氧化钛，硫化铅等作为制备材料。增透膜5-1设置在全息反射镜5-4前部，用于增强入射二维图像的图像效果，增透膜5-2设置在全息反射镜5-4后部，用于增强壳体9外入射的环境光质量。

实施例4

参阅图4，本实用新型包括微显示器1、覆膜全息透镜6和壳体9。微显示器1位于覆膜全息透镜6上方一倍焦距处，所述覆膜全息透镜6设置于人眼4前一段距离处。由微显示器1输出二维图像，覆膜全息透镜6将发散的入射光束衍射为准直光束后传入人眼4。

结合图5，覆膜全息透镜6前后表面叠加了增透膜5-1和增透膜5-2，上述增透膜5-1和5-2可选用氟化钙，氟化镁，氧化钛，硫化铅等作为制备材料。增透膜5-1设置在全息透镜5-5前部，用于增强入射二维图像的图像效果，增透膜5-2设置在全息透镜5-5后部，用于增强壳体9外入射的环境光质量。

本实用新型光学结构简单，成像光线只经过一次衍射且不在波导内传输，与传统的全息波导方案相比光效更高。

Claims (5)

1.一种基于头盔的直投式近眼显示装置，包括微显示器和投影成像镜组，微显示器显示的图像由投影成像镜组传输，在人眼视网膜上成像，其特征在于：

所述投影成像镜组包括两面均叠加设置有增透膜的基材，所述基材为透镜或全息光栅与准直镜的组合；基材为透镜时，微显示器产生的光束由透镜直接在人眼中成像，微显示器位于透镜一倍焦距处；基材为全息光栅与准直镜的组合时，微显示器位于准直镜的一倍焦距处。

2.根据权利要求1所述的基于头盔的直投式近眼显示装置，其特征在于：所述增透膜紧密贴合基材设置；基材入射面的增透膜用于增强入射图像的成像效果，基材出射面的增透膜用于增强外部环境中光照质量。

3.根据权利要求1所述的基于头盔的直投式近眼显示装置，其特征在于：所述基材以平板玻璃作为透镜，在平板玻璃的表面印制全息图形的微纳米结构作为全息光栅。

4.根据权利要求1所述的基于头盔的直投式近眼显示装置，其特征在于：所述的透镜包括覆膜全息反射镜或覆膜全息透镜，还包括覆膜反射式全息光栅或覆膜透射式全息光栅。

5.根据权利要求1所述的基于头盔的直投式近眼显示装置，其特征在于：所述准直镜包括反射准直镜和透射准直镜。

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