WO2014094581A1 - 显示装置及穿戴式眼镜设备 - Google Patents

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WO2014094581A1
WO2014094581A1 PCT/CN2013/089564 CN2013089564W WO2014094581A1 WO 2014094581 A1 WO2014094581 A1 WO 2014094581A1 CN 2013089564 W CN2013089564 W CN 2013089564W WO 2014094581 A1 WO2014094581 A1 WO 2014094581A1
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polarization direction
optical
polarized light
edge
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郑效盼
翁飞军
吴斐
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北京联想软件有限公司
联想(北京)有限公司
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    • H04N13/344—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] with head-mounted left-right displays

Definitions

  • the present invention relates to optical display technology, and more particularly to a display device and a wearable eyewear device. Background technique
  • Wearable displays are generally classified into immersive wearable displays and see-through wearable displays. Penetrating wearable displays are gaining more and more attention because they allow users to see both the display and the user's surroundings.
  • the transmissive wearable display can be applied to Augmented Reality (hereinafter referred to as AR), which is a method of applying virtual information to the real world and superimposing virtual information and real environment in real time.
  • AR Augmented Reality
  • Interactive technology which is also known as mixed reality.
  • Augmented reality can provide us with information that is not directly known in the real world, thus expanding our perception.
  • Google Glass is a transmissive wearable eyewear display device that allows the user to see the user's real surroundings through the spectacle lens while also allowing the user to see the virtual image through the eyeglass lens.
  • the current transmissive wearable display often adopts a multi-layered light splitting structure to realize the thinning of the waveguide system, and at the same time, the exit pupil distance and the exit pupil diameter of the entire system can be enlarged, so that the viewing range of the human eye is relatively comfortable.
  • the manufacturing process of such a multilayer spectroscopic structure is relatively complicated, the mass production capability is poor, and it is also prone to stray light affecting the quality of the entire picture.
  • transmissive wearable display that utilizes a layer of transflective film to implement an optical waveguide system, which significantly reduces optical utilization.
  • An object of the present invention is to provide a display device which can constitute an optical waveguide system by using a polarization beam splitter and a resin material, and can effectively improve light utilization efficiency and can also be easily made lightweight.
  • a display device including: a fixing unit, configured to maintain a relative positional relationship between the display device and a user when the user wears the display device;
  • the image data generates image light corresponding to the image data;
  • a first optical component configured to receive the image light, and transmit polarized light having a first polarization direction in the image light;
  • a second optical component For receiving the polarized light having a first polarization direction and changing it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction being perpendicular to the second polarization direction, and the second having Polarized light of a polarization direction propagates to the first optical component such that the polarized light having the second polarization direction is reflected by the first optical component to an eye of the user.
  • the first optical component is a polarization beam splitter; and the second optical component comprises a quarter wave plate and a mirror, wherein the quarter wave plate receives Transmitting, by the first optical component, the polarized light having a first polarization direction, the mirror receives light transmitted through the quarter-wave plate and reflects it back to the quarter-wave plate Then, the quarter wave plate transmits polarized light having a second polarization direction to the first optical component.
  • the display device further includes: a third optical component interposed between the image source and the first optical component, configured to propagate the image light generated by the image source to the first An optical component; and a fourth optical component interposed between the first optical component and the second optical component for transmitting the polarized light having the first polarization direction transmitted through the first optical component To the second optical component, and for propagating the polarized light having the second polarization direction from the second optical component to the first optical component.
  • a third optical component interposed between the image source and the first optical component, configured to propagate the image light generated by the image source to the first An optical component
  • a fourth optical component interposed between the first optical component and the second optical component for transmitting the polarized light having the first polarization direction transmitted through the first optical component To the second optical component, and for propagating the polarized light having the second polarization direction from the second optical component to the first optical component.
  • the first optical component, the third optical component, and the fourth optical component satisfy a predetermined light transmittance such that the user can see the not only the display device through the display device.
  • the image corresponding to the image data can also see the surrounding environment of the user through the display device.
  • the third optical member and the fourth optical member are made of a resin material, and a refractive index and a transmittance of the resin material are similar to a refractive index and a transmittance of the glass.
  • a wearable eyewear device comprising: a fixing unit, configured to maintain a relative positional relationship between the wearable eyewear device and a user when the user wears the wearable eyewear device; The left display unit; and the right display unit.
  • the left display unit includes: a left image source, configured to generate the left image number according to the left image data According to the corresponding left image light, the left image light is used for viewing by the left eye of the user; the first left optical component is configured to receive the left image light, and have the left image light a polarized light of a polarization direction is transmitted; and a second left optical component for receiving the polarized light having the first polarization direction and changing it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction Is perpendicular to the second polarization direction, and propagates the polarized light having the second polarization direction to the first left optical component such that the polarized light having the second polarization direction is the first left optical The component is reflected to the left eye of the user.
  • a left image source configured to generate the left image number according to the left image data According to the corresponding left image light, the left image light is used for viewing by the left eye of the user
  • the first left optical component is configured to receive the left
  • the right display unit includes: a right image source, configured to generate right image light corresponding to the right image data according to right image data, where the right image light is used for viewing by a right eye of the user; An optical component for receiving the right image light and transmitting polarized light having a third polarization direction of the right image light; and a second right optical component for receiving the polarization having a third polarization direction Light, and changing it to polarized light having a fourth polarization direction, the third polarization direction being perpendicular to the fourth polarization direction, and propagating the polarized light having the fourth polarization direction to the first right An optical component such that the polarized light having a fourth polarization direction is reflected by the first right optical component to a right eye of the user.
  • the left image data is the same as or different from the right image data
  • the first polarization direction is the same as or different from the third polarization direction
  • the second polarization direction is the same as or different from the fourth polarization direction.
  • the first left optical component is a left polarization beam splitter
  • the first right optical component is a right polarization beam splitter
  • the second left optical component includes a left quadrant One of the wave plate and the left mirror
  • the second right optical component includes a right quarter wave plate and a right mirror.
  • the left display unit further includes: a third left optical component interposed between the left image source and the first left optical component, for And the left left optical component is inter
  • the polarized light having a first polarization direction through the first left optical component propagates to the second left optical component, and is used to pass the second polarization direction from the second left optical component Polarized light propagates to the first left optical component.
  • the right display unit further includes: a third right optical component interposed between the right image source and the first right optical component for using the right Like source The generated right image light propagates to the first right optical component; and a fourth right optical component is interposed between the first right optical component and the second right optical component for transmitting The polarized light having a first polarization direction of the first right optical component is propagated to the second right optical component, and is used to polarize the second polarization direction from the second right optical component Propagating to the first right optical component.
  • the fixing unit fixes the left display unit and the right display unit directly in front of the left and right eyes of the user, respectively, and the left side
  • the display unit is fixed at a first position that is a first predetermined distance from the left eye of the user, and fixes the right display unit at a second position that is a second predetermined distance from the right eye of the user, wherein The first predetermined distance is approximately equal to the second predetermined distance.
  • the display device and the wearable eyewear device according to the embodiments of the present invention can have high optical utilization efficiency and can be easily made lightweight. Moreover, the display device and the wearable eyepiece mirror device according to the embodiment of the present invention change the optical path by using a mirror and a quarter-wave plate, and the structure is simple and easy to mass-produce. DRAWINGS
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a display device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a display device according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic view showing the structure of a wearable eyewear device according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 schematically shows an appearance structure of a wearable eyewear apparatus according to first and second embodiments of the present invention. detailed description
  • FIG. 1 a display device 100 according to a first embodiment of the present invention is schematically illustrated. Schematic.
  • the display device 100 includes an image source 150, a first optical component 110, and a second optical component 120.
  • the image source 150 generates image light corresponding to the image data based on the image data.
  • the first optical component 110 receives the image light and transmits polarized light having a first polarization direction among the image light.
  • the second optical component 120 receives the polarized light having a first polarization direction and changes it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction being perpendicular to the second polarization direction, and The polarized light having the second polarization direction propagates to the first optical component 110 such that the polarized light having the second polarization direction is reflected by the first optical component 110 to the eye of the viewer (user) .
  • the image light propagates to the first optical component 110 after being generated by the image source 150, and polarized light having a first polarization direction in the image light passes through the first optical component 110 propagates to the second optical component 120, the second optical component 120 changes the polarized light having the first polarization direction to polarized light having the second polarization direction and propagates the same
  • the first optical component 110 then reflects the polarized light having the second polarization direction to the user's eyes.
  • the image source 150 Since only polarized light having the first polarization direction of the image light can pass through the first optical component 110, in order to improve light utilization efficiency, preferably, the image source 150 generates an image having a first polarization direction.
  • the image light is preferably polarized light having a first polarization direction.
  • the first optical component 110 may be a polarization beam splitter, and polarized light having a first polarization direction may pass through the polarization beam splitter, and polarized light having a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction may be split by the polarization. Reflector.
  • the second optical component 120 can include a quarter wave plate 122 and a mirror 121. As shown in FIG. 1, the quarter-wave plate 122 receives the polarized light having a first polarization direction transmitted through the first optical component 110, and the mirror 121 receives the quarter-wave. The light of a wave plate 122 is reflected back to the quarter wave plate 122, and then the quarter wave plate 122 transmits polarized light having a second polarization direction to the first optical component 110.
  • a third optical component 130 is also disposed between the image source 150 and the first optical component 110.
  • the third optical component is interposed between the image source 150 and the Between the first optical components 110, the image light generated by the image source 150 is propagated to the first optical component 110.
  • a fourth optical member 140 is further disposed between the first optical member 110 and the second optical member 120.
  • the fourth optical component 140 is interposed between the first optical component 110 and the second optical component 120 for transmitting the polarized light having the first polarization direction through the first optical component 110 Propagating to the second optical component 120 and for propagating the polarized light having the second polarization direction from the second optical component 120 to the first optical component 110.
  • the third optical component 130 can include a first optical portion and a second optical portion.
  • a cross section of the first optical portion and the second optical portion is shown in FIG. 1, the first optical portion has a rectangular cross section, and the second optical portion has a triangular cross section and passes through The dashed line shows the boundary between the first optical portion and the second optical portion.
  • the first optical portion and the second optical portion may be provided separately or as a whole.
  • the first optical portion is a columnar body
  • the image source 150 is coupled to the first end surface of the first optical portion such that the image light generated by the image source 150 is perpendicularly incident to the first On the first end face of the optical portion.
  • the second optical portion is a triangular prism, and the first edge of the second optical portion coincides with the second end surface of the first optical portion.
  • the polarizing beam splitter is attached to the second edge of the triangular prism of the second optical portion. Also shown in Fig. 1 is a cross section of the fourth optical portion 140, which is triangular in cross section.
  • the fourth optical component 140 is a triangular prism, and the quarter wave plate 122 is attached to the first edge of the fourth optical component 140, and the polarization beam splitter is attached to the On the second edge of the fourth optical member 140, light that has passed through the third edge of the fourth optical member 140 is incident on the user's eyes.
  • the first optical component 110 is sandwiched between the third optical component 130 and the fourth optical component 140.
  • the display device 100 may further include a fixing unit for maintaining the relative position of the display device and the user when the user wears the display device. Positional relationship. Specifically, the fixing unit is used to place the display device The second optical component 120 or the combination of the second optical component 120 and the fourth optical component 140 is maintained at a position a predetermined distance from the eyes of the user.
  • the display device 100 according to the first embodiment of the present invention as shown in Fig. 1 can be made to be viewed by one eye of the user, or can also be made for simultaneous viewing by both eyes of the user.
  • the first optical component 110, the third optical component 130, and the fourth optical component 140 satisfy a predetermined light transmittance such that the user can see the image not only through the display device 100.
  • the image corresponding to the data can also see the surrounding environment of the user through the display device 100.
  • the first edge of the triangular prism of the first optical portion is perpendicular to the third edge, and the first edge is The angle of the second edge is 45 degrees, the first edge of the triangular prism of the fourth optical component is perpendicular to the third edge, and the angle between the first edge and the second edge is 45 degrees.
  • the invention is not limited thereto.
  • the third optical member 130 and the fourth optical member 140 are preferably made of a resin material having a refractive index and a transmittance similar to those of the glass. Since the quality of the resin material is light, the display device 100 according to the first embodiment of the present invention can be easily made lightweight.
  • an interface from the optically dense medium to the light-diffusing medium is formed between the third optical member 130 and the surrounding medium thereof, and the polarized light is in the third optical member.
  • the total reflection propagation is realized in 130, and the optical waveguide is formed by the third optical component 130, the polarization beam splitter 110, the fourth optical component 140, and the second optical component 120, so that the light utilization efficiency is very high. .
  • the display device 100 according to the first embodiment of the present invention has a simple structure, and the resin material is also easy to process, so that mass production is also easy.
  • FIG. 2 a schematic structural view of a display device 200 according to a second embodiment of the present invention is schematically shown.
  • a display device 200 includes an image source 250, a first mirror 260, a first optical component 210, and a second optical component 220.
  • the image source 250 generates image light corresponding to the image data based on the image data.
  • the first mirror 260 receives the image light from the image source 250 and reflects the image light.
  • the first optical component 210 receives the image light and has a first of the image light The polarized light in the polarization direction is transmitted.
  • the second optical component 220 receives the polarized light having a first polarization direction and changes it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction being perpendicular to the second polarization direction, and The polarized light having the second polarization direction propagates to the first optical component 210 such that the polarized light having the second polarization direction is reflected by the first optical component 210 to the eyes of the viewer (user) .
  • the image light propagates to the first mirror 260 after being generated by the image source 250, and the mirror 260 reflects the image light such that the image light can be incident on the image.
  • a first optical component 210 wherein polarized light having a first polarization direction of the image light propagates through the first optical component 210 to the second optical component 220, and the second optical component 220 The polarized light of the first polarization direction is changed to polarized light having the second polarization direction and propagated to the first optical component 210, and then the first optical component 210 will have the second polarization direction The polarized light is reflected to the user's eyes.
  • a fourth optical member 240 is further disposed between the first optical member 210 and the second optical member 220.
  • the image source 250, the first optical component 210, the second optical component 220, and the fourth optical component 240 are respectively associated with the image source 150 in the display device 100 according to the first embodiment of the present invention,
  • the first optical component 110, the second optical component 120, and the fourth optical component 240 are the same, and are not described herein again.
  • the second optical component 220 can include a quarter wave plate 222 and a second mirror 221, as shown in FIG.
  • the quarter wave plate 222 and the second mirror 221 are respectively the same as the quarter wave plate 122 and the second mirror 121 in the display device 100 according to the first embodiment of the present invention. , will not repeat them here.
  • a third optical component 230 is further disposed between the image source 250, the first mirror 260 and the first optical component 210 for use in the image
  • the image light generated by source 250 propagates to the first optical component 210.
  • the third optical component 230 may include a first optical portion, a second optical portion, and a third optical portion, and illustrates the first optical portion, the second optical portion, and the A cross section of the third optical portion, the first optical portion has a rectangular cross section, and the second optical portion and the third optical portion have a triangular cross section.
  • the boundary between the first optical portion and the third optical portion, and the first optics are shown in dashed lines in FIG. 2, respectively.
  • the first optical portion, the second optical portion, and the third optical portion may be provided separately or as a unit.
  • the third optical portion may be a triangular prism, and the image source 250 is coupled to the first edge of the third optical portion such that the image light generated by the image source 250 is from the third optical portion The first edge is incident on the second edge of the third optical portion.
  • the first mirror 260 is attached to the second edge of the third optical portion, and reflects the image light incident to the second edge of the third optical portion to the third optical Part of the third edge.
  • the first optical portion is a columnar body, and a third edge of the third optical portion coincides with a first end surface of the first optical portion such that the image light reflected by the first mirror is incident perpendicularly to On the first end surface of the first optical portion.
  • first optical portion and the second optical portion in the display device 200 according to the second embodiment of the present invention are respectively associated with the first optical portion in the display device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the second optical portion is the same and will not be described again.
  • the third optical component 222 includes a first optical portion, a second optical component, a third optical component, and a first mirror 260.
  • the first edge of the triangular prism of the first optical portion is perpendicular to the third edge, and the first edge is The angle of the second edge is 45 degrees; and the first edge of the triangular prism of the third optical portion is perpendicular to the third edge, and the angle between the first edge and the second edge is 45 degrees.
  • the first edge of the triangular prism of the fourth optical component is perpendicular to the third edge, and the angle between the first edge and the second edge is 45 degrees.
  • the first optical component 210, the third optical component 230 and the fourth optical component 240 satisfy a predetermined light transmittance, so that the user can see the image data not only through the display device 200. Corresponding images can also be seen through the display device 200 to the surroundings of the user.
  • the display device 200 may further include a fixing unit for maintaining the display device 200 and the user when the user wears the display device 200. Relative positional relationship. Specifically, a place for the display device 200 The second optical component 220 or a combination of the second optical component 220 and the fourth optical component 240 is maintained at a position a predetermined distance from the eyes of the user.
  • the display device 200 according to the second embodiment of the present invention can be made to be viewed by one eye of the user, or can be made for both eyes of the user simultaneously Watch.
  • the third optical member 230 and the fourth optical member 240 are also preferably made of a resin material having refractive index and transmittance and glass.
  • the refractive index and transmittance are similar. Since the quality of the resin material is light, the display device 200 according to the second embodiment of the present invention can be easily made lightweight.
  • an interface from the optically dense medium to the light-diffusing medium is also formed between the third optical member 230 and the surrounding medium thereof, and the polarized light is in the third optical Total reflection propagation is realized in the component 230, and the optical waveguide is formed by the third optical component 230, the mirror 260, the polarization beam splitter 210, the fourth optical component 240, and the second optical component 220. , making light utilization very efficient.
  • the display device 200 according to the second embodiment of the present invention has a simple structure, and the resin material is also easy to process, so that mass production is also easy.
  • FIG. 3 a schematic structural view of a wearable eyewear device 300 according to a first embodiment of the present invention is schematically shown.
  • the wearable eyewear device 300 of the first embodiment of the present invention includes a fixing unit (not shown in Fig. 3), a left display unit 300a, and a right display unit 300b.
  • the left display unit 300a and the right display unit 300b may employ the display device 100 as shown in FIG.
  • the fixing unit is configured to maintain a relative positional relationship between the wearable eyewear device and the user when the user wears the wearable eyewear device.
  • An example of the fixing unit is shown in FIG. In Fig. 5, the left display unit 300a is housed in a first left portion 511 and a second left portion 521, which are housed in a first right portion 512 and a second right portion 522.
  • the fixing unit fixes the left display unit 300a and the right display unit 300b directly in front of the left and right eyes of the user, respectively, and fixes the left display unit 300a.
  • the right display unit 300b is fixed at a second position that is a second predetermined distance from the right eye of the user.
  • the first predetermined distance is approximately equal to the second predetermined distance.
  • the left display unit 300a includes: a left image source 350a, a first left optical component 310a, and a second left optical component 320a.
  • the left image source 350a generates left image light corresponding to the left image data according to the left image data, and the left image light is used for viewing by the left eye of the user.
  • the first left optical component 310a receives the left image light and transmits polarized light having a first polarization direction among the left image light.
  • the second left optical component 320a receives the polarized light having a first polarization direction and changes it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction being perpendicular to the second polarization direction, and Propagating the polarized light having the second polarization direction to the first left optical component 310a such that the polarized light having the second polarization direction is reflected by the first left optical component 310a to the user Left eye.
  • the right display unit 300b includes: a right image source 350b, a first right optical component 310b, and a second right optical component 320b.
  • the right image source 350b generates right image light corresponding to the right image data according to the right image data, and the right image light is used for viewing by the right eye of the user;
  • the first right optical component 310b receives the right image light and transmits polarized light having a third polarization direction of the right image light;
  • the second right optical component 320b receives the polarized light having a third polarization direction and changes it to polarized light having a fourth polarization direction, the third polarization direction being perpendicular to the fourth polarization direction, and Propagating the polarized light having the fourth polarization direction to the first right optical member such that the polarized light having the fourth polarization direction is reflected by the first right optical member to the right eye of the user .
  • the left image data and the right image data may be the same or different.
  • the first polarization direction and the third polarization direction may be the same or different, and correspondingly, the second polarization direction and the fourth polarization direction may be the same or different.
  • the first left optical component 310a may be a left polarization beam splitter
  • the first right optical component 310b may be a right polarization beam splitter.
  • the second left optical component 320a includes a left quarter wave plate 322a and a left mirror 321a
  • the second right optical component includes a right quarter wave plate 322b and a right mirror 321b.
  • the left quarter wave plate 322a receives the polarized light having a first polarization direction transmitted through the first left optical component 310a, and the left mirror 321a receives the left quarter wave sheet The light of 322a is reflected back to the left quarter wave plate 322a, and then the left quarter wave plate 322a transmits polarized light having a second polarization direction to the first left optical component 310a.
  • the right quarter 322b waveplate receives the polarized light having a third polarization direction transmitted through the first right optical component 310b
  • the right mirror 321b receives the right quadrant Light from one of the wave plates 322b is reflected back to the right quarter wave plate 322b, and then the right quarter wave plate 322b is transferred to the first right optical member 310b with a fourth polarization direction Polarized light.
  • the left display unit 300a may further include: a third left optical component 330a and a fourth left optical component 340a.
  • the third left optical component 330a is interposed between the left image source 350a and the first left optical component
  • the left image light generated by the left image source 350a is propagated to the first left optical component 310a.
  • the fourth left optical component 340a is interposed between the first left optical component 310a and the second left optical component 320a for transmitting the first polarization through the first left optical component 310a
  • the directionally polarized light propagates to the second left optical component 320a and is used to propagate the polarized light having the second polarization direction from the second left optical component 320a to the first left optical component 310a.
  • the right display unit 300b may further include: a third right optical component 330b and a fourth right optical component 340b.
  • the third right optical component 330b is interposed between the right image source 350b and the first right optical component
  • the right image light generated by the right image source 350b is propagated to the first right optical component 310b.
  • the fourth right optical component 340b is interposed between the first right optical component 310b and the second right optical component 320b for transmitting the first polarization through the first right optical component 310b
  • the directionally polarized light propagates to the second right optical component 320b and is used to propagate the polarized light having the second polarization direction from the second right optical component 320b to the first right optical component 310b.
  • first left optical component 310a, the second left optical component 320a, the third left optical component 330a, and the fourth left optical component 340a are respectively associated with the first optical component shown in FIG. 110.
  • the second optical component 120, the third optical component 130, and the fourth optical component 140 are the same, and are not described herein again.
  • the first right optical component 310b, the second right optical component 320b, the third right optical component 330b, and the fourth right optical component 340b are also respectively associated with the first optical shown in FIG.
  • the component 110, the second optical component 120, the third optical component 130, and the fourth optical component 140 are the same, and are not described herein again.
  • Fig. 4 is a view schematically showing the configuration of a wearable eyewear apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the wearable eyewear device 400 of the second embodiment of the present invention also includes a fixing unit (not shown in Fig. 4), a left display unit 400a, and a right display unit 400b.
  • the left display unit 400a and the right display unit 400b may employ display devices as shown in FIG.
  • the fixing unit is configured to maintain a relative positional relationship between the wearable eyewear device and the user when the user wears the wearable eyewear device.
  • An example of the fixed unit is shown in FIG. In Fig. 5, the left display unit 400a is housed in a first left portion 511 and a second left portion 521, which are housed in a first right portion 512 and a second right portion 522.
  • the left display unit 400a includes: a left image source 450a, a first left mirror 460a, a first left optical component 410a, and a second left optical component 410b.
  • the left image source 450a generates left image light corresponding to the left image data according to the left image data, and the left image light is used for viewing by the left eye of the user.
  • the first left mirror 460a receives the left image light from the left image source 450a and reflects the left image light.
  • the first left optical component 410a receives the left image light and transmits polarized light having a first polarization direction among the left image light.
  • the second left optical component 420a receives the polarized light having a first polarization direction and changes it to polarized light having a second polarization direction, the first polarization direction being perpendicular to the second polarization direction, and Propagating the polarized light having the second polarization direction to the first left optical component 410a such that the polarized light having the second polarization direction is reflected by the first left optical component 410a to the user Left eye.
  • the right display unit 400b includes: a right image source 450b, a first right mirror 460b, a first right optical member 410b, and a second right optical member 420b.
  • the right image source 450b generates right image light corresponding to the right image data according to the right image data, and the right image light is used for viewing by the right eye of the user;
  • the first right mirror 460b receives the right image light from the right image source 450b and reflects the right image light.
  • the first right optical component 410b receives the right image light and transmits polarized light having a third polarization direction of the right image light;
  • the second right optical member 420b receives the polarized light having a third polarization direction and changes it to polarized light having a fourth polarization direction, the third polarization direction being perpendicular to the fourth polarization direction, and Propagating the polarized light having the fourth polarization direction to the first right optical member 410b such that the polarized light having the fourth polarization direction is reflected by the first right optical member 410b to the user Right eye.
  • the left image data and the right image data may be the same or different.
  • the first polarization direction and the third polarization direction may be the same or different, and correspondingly, the second polarization direction and the fourth polarization direction may be the same or different.
  • the first left optical component 410a may be a left polarization beam splitter
  • the first right optical component 410b may be a right polarization beam splitter.
  • the second left optical component 420a includes a left quarter wave plate 422a and a left mirror 421a
  • the second right optical component 420b includes a right quarter wave plate 422b and a right mirror 421b.
  • the left quarter wave plate 422a, the left mirror 421a, the right quarter wave plate 422b, and the right mirror 421b are respectively the left quarter wave shown in FIG.
  • the slice 322a, the left mirror 321a, the right quarter wave plate 322b, and the right mirror 321b are the same, and will not be described again.
  • the left display unit 400a may further include: a third left optical component 430a and a fourth left optical component 440a.
  • the right display unit 400b may further include: a third right optical component 430b and a fourth right optical component 440b.
  • first left optical component 410a, the second left optical component 420a, the third left optical component 430a, and the fourth left optical component 440a are respectively associated with the first optical component shown in FIG. 210.
  • the second optical component 220, the third optical component 230, and the fourth optical component 240 are the same, and are not described herein again.
  • first right optical component 410b, the second right optical component 420b, the third right optical component 430b, and the fourth right optical component 440b are also respectively related to the first optical device shown in FIG. Component 210, the second optical component 220, the third optical component 230, and the fourth light
  • the learning component 240 is the same and will not be described again here.
  • Fig. 5 is a view schematically showing the appearance of a wearable eyewear apparatus according to first and second embodiments of the present invention.
  • the fixing device includes a first fixing portion 540, a second fixing portion 510, and a third fixing portion 530.
  • the first fixing portion 540 is located on the left side of the left display unit (300a or 400a) accommodated in 512 and 522, and includes a straight portion and a bent portion for the bracket on the left ear of the user.
  • the second fixing portion 530 is located on the right side of the right display unit (300b or 400b) accommodated in 511 and 521, and includes a straight portion and a bent portion for the bracket on the right ear of the user.
  • the third fixed portion 510 is located between the left display unit and the right display unit for mounting the bracket on the nose bridge of the user.
  • the implementation form of the wearable eyewear apparatus according to the first and second embodiments of the present invention is not limited to the appearance shape shown in FIG. 5, but may have different appearance shapes according to different needs, and therefore, the present invention is not limited thereto.
  • the form of appearance implementation is limited.
  • the display device and the wearable eyewear device according to the embodiments of the present invention not only have high optical utilization rate but are easy to achieve weight reduction, and are easier to mass-produce.

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Abstract

一种显示装置和穿戴式眼镜设备。该显示装置（100）包括固定单元，用于当使用者配戴时维持显示装置和使用者的相对位置关系；像源（150），用于根据图像数据产生所对应的图像光；第一光学部件（110），用于接收图像光，并且使图像光中具有第一偏振方向的偏振光透过；以及第二光学部件（120），用于接收该具有第一偏振方向的偏振光，并将其改变为具有第二偏振方向的偏振光，第一偏振方向与第二偏振方向垂直，并且将具有第二偏振方向的偏振光传播至第一光学部件，使得具有第二偏振方向的偏振光被第一光学部件反射至使用者的眼睛。该显示装置和穿戴式眼镜设备具有较高的光利用率，并且容易轻型化和量产。

Description

显示装置及穿戴式眼镜设备 技术领域
本发明涉及光学显示技术， 更具体地涉及一种显示装置以及一种穿戴式 眼镜设备。 背景技术
穿戴式显示器一般可以分为浸入式的穿戴式显示器和穿透式 ( see-through ) 的穿戴式显示器两种。 穿透式的穿戴式显示器由于允许使用 者同时看到显示器所显示的画面和使用者周围环境， 而越来越受到人们的关 注。
穿透式的穿戴式显示器可以应用于增强现实 （Augmented Reality, 下文 中筒称 AR )中， 增强现实是一种将虚拟信息应用到真实世界、使虚拟信息和 真实环境能够实时叠加到一起并进行互动的技术， 其又被称为混合现实。 通 过增强现实可以为我们提供现实世界中无法直接获知的信息， 从而扩展我们 感知能力。 例如， 谷歌眼镜就是一种穿透式的穿戴式眼镜显示设备， 其允许 使用者透过眼镜镜片看到使用者的真实周围环境， 同时也允许使用者通过眼 镜镜片看到虚拟图像。
目前的穿透式的穿戴式显示器往往采用多层分光结构来实现波导系统的 薄型化， 并且同时可以扩大整个系统的出瞳距和出瞳直径， 使得人眼的观看 范围比较舒适。 然而， 这种多层分光结构的制造工艺相对复杂， 量产能力较 差， 并且也容易出现杂散光影响整个画面的品质。
还存在另一种穿透式的穿戴式显示器， 其利用一层半反半透膜来实现光 波导系统， 这显然降低了光学利用率。
因此， 需要一种新型的显示装置， 其不仅易于制造而且也具有较高的光 学利用率。 发明内容
考虑到上述问题， 提出了本发明。 本发明的目的在于提供一种显示装置， 其通过使用偏振分光器和树脂材料来构成光波导系统， 可以有效地提高光利 用效率并且也容易实现轻型化。 根据本发明的一方面， 提供了一种显示装置， 包括： 固定单元， 用于当 使用者佩戴所述显示装置时， 维持所述显示装置和使用者的相对位置关系； 像源， 用于根据图像数据产生所述图像数据所对应的图像光； 第一光学部件， 用于接收所述图像光，并且使所述图像光中具有第一偏振方向的偏振光透过; 以及第二光学部件， 用于接收所述具有第一偏振方向的偏振光， 并将其改变 为具有第二偏振方向的偏振光，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一光学部件， 以使得所 述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一光学部件反射至所述使用者的眼 睛。
优选地， 在所述显示装置中， 所述第一光学部件为偏振分光器； 以及所 述第二光学部件包括四分之一波片和反射镜， 其中， 所述四分之一波片接收 透过所述第一光学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光， 所述反射镜接收 透过所述四分之一波片的光并将其反射回所述四分之一波片， 然后， 所述四 分之一波片向所述第一光学部件传递具有第二偏振方向的偏振光。
优选地， 所述显示装置还包括： 第三光学部件， 介于所述像源和所述第 一光学部件之间， 用于将所述像源产生的所述图像光传播至所述第一光学部 件； 以及第四光学部件， 介于所述第一光学部件和所述第二光学部件之间， 用于将透过所述第一光学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所述 第二光学部件， 并且用于将来自所述第二光学部件的所述具有第二偏振方向 的偏振光传播至所述第一光学部件。
优选地， 在所述显示装置中， 所述第一光学部件， 第三光学部件和所述 第四光学部件满足预定透光率， 使得所述使用者不仅可以通过所述显示装置 看到所述图像数据所对应的图像而且还能透过所述显示装置看到所述使用者 的周围环境。
优选地， 在所述显示装置中， 所述第三光学部件和所述第四光学部件由 树脂材料制成， 所述树脂材料的折射率和透射率与玻璃的折射率和透射率近 似。
根据本发明另一方面， 提供了一种穿戴式眼镜设备， 包括： 固定单元， 用于当使用者佩戴所述穿戴式眼镜设备时， 维持所述穿戴式眼镜设备和使用 者的相对位置关系； 左显示单元； 以及右显示单元。
所述左显示单元包括： 左像源， 用于根据左图像数据产生所述左图像数 据所对应的左图像光， 所述左图像光用于供所述使用者的左眼观看； 第一左 光学部件， 用于接收所述左图像光， 并且使所述左图像光中具有第一偏振方 向的偏振光透过； 以及第二左光学部件， 用于接收所述具有第一偏振方向的 偏振光， 并将其改变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所 述第二偏振方向垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第 一左光学部件， 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一左光学部 件反射至所述使用者的左眼。
所述右显示单元包括： 右像源， 用于根据右图像数据产生所述右图像数 据所对应的右图像光， 所述右图像光用于供所述使用者的右眼观看； 第一右 光学部件， 用于接收所述右图像光， 并且使所述右图像光中具有第三偏振方 向的偏振光透过； 以及第二右光学部件， 用于接收所述具有第三偏振方向的 偏振光， 并将其改变为具有第四偏振方向的偏振光， 所述第三偏振方向与所 述第四偏振方向垂直， 并且将所述具有第四偏振方向的偏振光传播至所述第 一右光学部件， 以使得所述具有第四偏振方向的偏振光被所述第一右光学部 件反射至所述使用者的右眼。
所述左图像数据与所述右图像数据相同或不同， 所述第一偏振方向与所 述第三偏振方向相同或不同， 所述第二偏振方向与所述第四偏振方向相同或 不同。
优选地， 在所述穿戴式眼镜设备中， 所述第一左光学部件为左偏振分光 器， 所述第一右光学部件为右偏振分光器； 以及所述第二左光学部件包括左 四分之一波片和左反射镜， 所述第二右光学部件包括右四分之一波片和右反 射镜。
优选地， 在所述穿戴式眼镜设备中， 所述左显示单元还包括： 第三左光 学部件， 介于所述左像源和所述第一左光学部件之间， 用于将所述左像源产 生的所述左图像光传播至所述第一左光学部件； 以及第四左光学部件， 介于 所述第一左光学部件和所述第二左光学部件之间， 用于将透过所述第一左光 学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所述第二左光学部件， 并且 用于将来自所述第二左光学部件的所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所 述第一左光学部件。
优选地， 在所述穿戴式眼镜设备中， 所述右显示单元还包括： 第三右光 学部件， 介于所述右像源和所述第一右光学部件之间， 用于将所述右像源产 生的所述右图像光传播至所述第一右光学部件； 以及第四右光学部件， 介于 所述第一右光学部件和所述第二右光学部件之间， 用于将透过所述第一右光 学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所述第二右光学部件， 并且 用于将来自所述第二右光学部件的所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所 述第一右光学部件。
优选地， 在所述穿戴式眼镜设备中， 所述固定单元将所述左显示单元和 所述右显示单元分别固定在所述使用者的左眼和右眼的正前方， 并且将所述 左显示单元固定在与所述使用者左眼相距第一预定距离的第一位置处， 并且 将所述右显示单元固定在与所述使用者右眼相距第二预定距离的第二位置 处， 其中， 所述第一预定距离与所述第二预定距离近似相等。
根据本发明实施例的显示装置和穿戴式眼镜设备， 可以具有较高的光学 利用率并且容易实现轻型化。 而且， 根据本发明实施例的显示装置和穿戴式 目艮镜设备通过利用反射镜和四分之一波片来改变光路的转化， 结构筒单并且 容易实现量产。 附图说明
通过参考附图描述根据本发明实施例， 本发明实施例的各种特征和优点 将更明显， 并且也更容易被理解， 在附图中：
图 1示意性地示出了根据本发明第一实施例的显示装置的结构示意图； 图 2示意性地示出了根据本发明第二实施例的显示装置的结构示意图； 图 3示意性地示出了根据本发明第一实施例的穿戴式眼镜设备的结构示 意图；
图 4示意性地示出了根据本发明第二实施例的穿戴式眼镜设备的结构示 意图； 以及
图 5示意性地示出了根据本发明第一和第二实施例的穿戴式眼镜设备的 外观结构。 具体实施方式
下面将参考附图来描述根据本发明实施例的显示装置和穿戴式眼镜设 备。
如图 1所示， 示意性地示出了根据本发明第一实施例的显示装置 100的 结构示意图。
根据本发明第一实施例的显示装置 100包括像源 150、第一光学部件 110、 以及第二光学部件 120。
所述像源 150根据图像数据产生所述图像数据所对应的图像光。
所述第一光学部件 110接收所述图像光， 并且使所述图像光中具有第一 偏振方向的偏振光透过。
所述第二光学部件 120接收所述具有第一偏振方向的偏振光， 并将其改 变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂 直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一光学部件 110, 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一光学部件 110反射至观看 者（使用者） 的眼睛。
如前所述， 所述图像光在被所述像源 150产生之后传播至所述第一光学 部件 110, 并且所述图像光中具有第一偏振方向的偏振光透过所述第一光学 部件 110传播至所述第二光学部件 120, 所述第二光学部件 120将所述具有 所述第一偏振方向的偏振光改变为具有所述第二偏振方向的偏振光并将其传 播至所述第一光学部件 110,然后所述第一光学部件 110将所述具有第二偏振 方向的偏振光反射至使用者的眼睛。
由于所述图像光中仅仅具有第一偏振方向的偏振光可以透过所述第一光 学部件 110, 因此， 为了提高光利用效率， 优选地， 所述像源 150产生具有 第一偏振方向的图像光， 换句话说， 所述图像光优选地为具有第一偏振方向 的偏振光。
所述第一光学部件 110可以是偏振分光器， 具有第一偏振方向的偏振光 可以透过该偏振分光器， 而具有与该第一偏振方向垂直的第二偏振方向的偏 振光被该偏振分光器反射。
所述第二光学部件 120可以包括四分之一波片 122和反射镜 121。如图 1 所示， 所述四分之一波片 122接收透过所述第一光学部件 110的所述具有第 一偏振方向的偏振光， 所述反射镜 121接收透过所述四分之一波片 122的光 并将其反射回所述四分之一波片 122, 然后， 所述四分之一波片 122向所述 第一光学部件 110传递具有第二偏振方向的偏振光。
在该第一实施例中， 优选地， 在所述像源 150和所述第一光学部件 110 之间还布置第三光学部件 130。 所述第三光学部件介于所述像源 150和所述 第一光学部件 110之间， 用于将所述像源 150产生的所述图像光传播至所述 第一光学部件 110。
在该第一实施例中， 优选地， 在所述第一光学部件 110和所述第二光学 部件 120之间还布置第四光学部件 140。 所述第四光学部件 140介于所述第 一光学部件 110和所述第二光学部件 120之间， 用于将透过所述第一光学部 件 110的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所述第二光学部件 120, 并 且用于将来自所述第二光学部件 120的所述具有第二偏振方向的偏振光传播 至所述第一光学部件 110。
如图 1所示， 所述第三光学部件 130可以包括第一光学部分和第二光学 部分。 在图 1中示出了所述第一光学部分和所述第二光学部分的横截面， 所 述第一光学部分的横截面为矩形， 所述第二光学部分的横截面为三角形， 并 且通过虚线示出了所述第一光学部分和所述第二光学部分之间的边界。 所述 第一光学部分和所述第二光学部分可以分开被提供， 也可以作为一个整体被 提供。
优选地， 所述第一光学部分为柱状体， 所述像源 150与所述第一光学部 分的第一端面衔接， 使得所述像源 150产生的所述图像光垂直入射到所述第 一光学部分的第一端面上。
优选地， 所述第二光学部分为三棱柱， 所述第二光学部分的第一棱边与 所述第一光学部分的第二端面重合。
所述偏振分光器贴合在所述第二光学部分的三棱柱的第二棱边上。 在图 1中也示出了所述第四光学部分 140的横截面， 所述第四光学部分 140的横截面为三角形。
优选地， 所述第四光学部件 140为三棱柱， 所述四分之一波片 122贴合 在所述第四光学部件 140的第一棱边上， 所述偏振分光器贴合在所述第四光 学部件 140的第二棱边上， 透出所述第四光学部件 140的第三棱边的光入射 到使用者的眼睛。
优选地， 所述第一光学部件 110被夹在所述第三光学部件 130和所述第 四光学部件 140之间。
此外， 尽管在图 1中未示出， 根据本发明第一实施例的显示装置 100还 可以包括固定单元， 用于当使用者佩戴所述显示装置时， 维持所述显示装置 和使用者的相对位置关系。 具体地， 所述固定单元用于将所述显示装置的所 述第二光学部件 120或者所述第二光学部件 120和所述第四光学部件 140的 组合维持在与使用者的眼睛相距预定距离的位置处。
如图 1所示的根据本发明第一实施例的显示装置 100可以被制成供使用 者一只眼睛观看， 或者也可以被制成供使用者两只眼睛同时观看。
此外， 优选地， 所述第一光学部件 110, 第三光学部件 130和所述第四 光学部件 140满足预定透光率， 使得所述使用者不仅可以通过所述显示装置 100看到所述图像数据所对应的图像而且还能透过所述显示装置 100看到所 述使用者的周围环境。
优选地， 如图 1所示， 在根据本发明第一实施例的显示装置 100中， 所 述第一光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边与第二 棱边的夹角为 45度， 所述第四光学部件的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂 直， 并且第一棱边与第二棱边的夹角为 45度。 然而， 本发明不限于此。
所述第三光学部件 130和所述第四光学部件 140优选地由树脂材料制成， 所述树脂材料的折射率和透射率与玻璃的折射率和透射率近似。 由于树脂材 料的质量较轻， 因此根据本发明第一实施例的显示装置 100很容易实现轻型 化。
另一方面， 在根据本发明第一实施例的显示装置 100中， 在第三光学部 件 130和其周围介质之间形成了从光密介质到光疏介质的界面， 偏振光在第 三光学部件 130中实现全反射传播， 利用所述第三光学部件 130、 所述偏振 分光器 110、所述第四光学部件 140、所述第二光学部件 120—起构成光波导， 使得光利用效率非常高。
再一方面， 根据本发明第一实施例的显示装置 100的结构筒单， 而且树 脂材料也易于加工， 因此也容易实现量产。
如图 2所示， 示意性地示出了根据本发明第二实施例的显示装置 200的 结构示意图。
根据本发明第二实施例的显示装置 200包括像源 250、 第一反射镜 260、 第一光学部件 210、 以及第二光学部件 220。
所述像源 250根据图像数据产生所述图像数据所对应的图像光。
所述第一反射镜 260从所述像源 250接收所述图像光并且反射所述图像 光。
所述第一光学部件 210接收所述图像光， 并且使所述图像光中具有第一 偏振方向的偏振光透过。
所述第二光学部件 220接收所述具有第一偏振方向的偏振光， 并将其改 变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂 直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一光学部件 210, 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一光学部件 210反射至观看 者（使用者） 的眼睛。
如前所述， 所述图像光在被所述像源 250产生之后传播至所述第一反射 镜 260, 所述反射镜 260对所述图像光进行反射， 使得所述图像光可以入射 到所述第一光学部件 210, 所述图像光中具有第一偏振方向的偏振光透过所 述第一光学部件 210传播至所述第二光学部件 220, 所述第二光学部件 220 将所述具有所述第一偏振方向的偏振光改变为具有所述第二偏振方向的偏振 光并将其传播至所述第一光学部件 210, 然后所述第一光学部件 210将所述 具有第二偏振方向的偏振光反射至使用者的眼睛。
在该第二实施例中， 优选地， 在所述第一光学部件 210和所述第二光学 部件 220之间还布置第四光学部件 240。
所述像源 250、所述第一光学部件 210、所述第二光学部件 220以及所述 第四光学部件 240分别与根据本发明第一实施例的显示装置 100中的所述像 源 150、 所述第一光学部件 110、 所述第二光学部件 120以及第四光学部件 240相同， 在此不再进行赘述。
所述第二光学部件 220可以包括四分之一波片 222和第二反射镜 221 , 如图 2所示。 所述四分之一波片 222和所述第二反射镜 221分别与根据本发 明第一实施例的显示装置 100中的所述四分之一波片 122和所述第二反射镜 121相同， 在此不再进行赘述。
在该第二实施例中， 优选地， 在所述像源 250、 所述第一反射镜 260和 所述第一光学部件 210之间还布置第三光学部件 230,其用于将所述像源 250 产生的所述图像光传播至所述第一光学部件 210。
如图 2所示， 所述第三光学部件 230可以包括第一光学部分、 第二光学 部分以及第三光学部分， 并且示出了所述第一光学部分、 所述第二光学部分 和所述第三光学部分的横截面， 所述第一光学部分的横截面为矩形， 所述第 二光学部分和所述第三光学部分的横截面为三角形。 在图 2中分别用虚线示 出了所述第一光学部分和所述第三光学部分之间的边界、 以及所述第一光学 部分和所述第二光学部分之间的边界。 所述第一光学部分、 所述第二光学部 分和所述第三光学部分可以分开被提供， 也可以作为一个整体被提供。
所述第三光学部分可以为三棱柱， 所述像源 250与所述第三光学部分的 第一棱边衔接， 使得所述像源 250产生的所述图像光从所述第三光学部分的 第一棱边入射到所述第三光学部分的第二棱边。
所述第一反射镜 260贴合在所述第三光学部分的第二棱边上， 并且将入 射到所述第三光学部分的第二棱边的所述图像光反射到所述第三光学部分的 第三棱边。
所述第一光学部分为柱状体， 所述第三光学部分的第三棱边与所述第一 光学部分的第一端面重合， 使得所述第一反射镜反射的所述图像光垂直入射 到所述第一光学部分的所述第一端面上。
此外， 根据本发明第二实施例的显示装置 200中的所述第一光学部分和 所述第二光学部分分别与根据本发明第一实施例的显示装置 100中的所述第 一光学部分和所述第二光学部分相同， 在此不再赘述。
尽管上面将所述第一反射镜 250和所述第三光学部件 230分开描述， 然 而， 在这两者同时存在的情况下， 也可以将所述第一反射镜 260作为所述第 三光学部件 222的一部分， 即本发明第二实施例也涵盖以下情况： 所述第三 光学部件 222包括第一光学部分、 第二光学部件、 第三光学部件以及第一反 射镜 260。
优选地， 如图 2所示， 在根据本发明第二实施例的显示装置 200中， 所 述第一光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边与第二 棱边的夹角为 45度；以及所述第三光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边 垂直， 并且第一棱边与第二棱边的夹角为 45度， 所述第四光学部件的三棱柱 的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边与第二棱边的夹角为 45度。
优选地， 所述第一光学部件 210, 第三光学部件 230和所述第四光学部 件 240满足预定透光率， 使得所述使用者不仅可以通过所述显示装置 200看 到所述图像数据所对应的图像而且还能透过所述显示装置 200看到所述使用 者的周围环境。
此外， 尽管在图 2中未示出， 根据本发明第二实施例的显示装置 200还 可以包括固定单元， 用于当使用者佩戴所述显示装置 200时， 维持所述显示 装置 200和使用者的相对位置关系。 具体地， 用于将所述显示装置 200的所 述第二光学部件 220或者所述第二光学部件 220和所述第四光学部件 240的 组合维持在与使用者的眼睛相距预定距离的位置处。
与根据本发明第一实施例的显示装置 100相同， 根据本发明第二实施例 的显示装置 200可以被制成供使用者一只眼睛观看， 或者也可以被制成供使 用者两只眼睛同时观看。
在根据本发明第二实施例的显示装置 200中， 所述第三光学部件 230和 所述第四光学部件 240也优选地由树脂材料制成， 所述树脂材料的折射率和 透射率与玻璃的折射率和透射率近似。 由于树脂材料的质量较轻， 因此根据 本发明第二实施例的显示装置 200很容易实现轻型化。
另一方面， 在根据本发明第二实施例的显示装置 200中， 在第三光学部 件 230和其周围介质之间也形成了从光密介质到光疏介质的界面， 偏振光在 第三光学部件 230中实现全反射传播， 利用所述第三光学部件 230、 所述反 射镜 260、 所述偏振分光器 210、 所述第四光学部件 240、 所述第二光学部件 220—起构成光波导， 使得光利用效率非常高。
再一方面， 根据本发明第二实施例的显示装置 200的结构筒单， 而且树 脂材料也易于加工， 因此也容易实现量产。
如图 3所示， 示意性地示出了根据本发明第一实施例的穿戴式眼镜设备 300的结构示意图。
本发明第一实施例的穿戴式眼镜设备 300包括固定单元（图 3中未示出）、 左显示单元 300a和右显示单元 300b。
所述左显示单元 300a和所述右显示单元 300b可以采用如图 1所示的显 示装置 100。 所述固定单元用于当使用者佩戴所述穿戴式眼镜设备时， 维持 所述穿戴式眼镜设备和使用者的相对位置关系。 图 5中示出了所述固定单元 一个示例。 在图 5中， 所述左显示单元 300a被容纳在第一左部分 511和第二 左部分 521中，所述右显示单元 300b被容纳在第一右部分 512和第二右部分 522中。
如图 5所示， 所述固定单元将所述左显示单元 300a和所述右显示单元 300b分别固定在所述使用者的左眼和右眼的正前方， 并且将所述左显示单元 300a固定在与所述使用者左眼相距第一预定距离的第一位置处， 并且将所述 右显示单元 300b固定在与所述使用者右眼相距第二预定距离的第二位置处。 所述第一预定距离与所述第二预定距离近似相等。 所述左显示单元 300a包括： 左像源 350a、 第一左光学部件 310a以及第 二左光学部件 320a。
所述左像源 350a根据左图像数据产生所述左图像数据所对应的左图像 光， 所述左图像光用于供所述使用者的左眼观看。
所述第一左光学部件 310a接收所述左图像光，并且使所述左图像光中具 有第一偏振方向的偏振光透过。
所述第二左光学部件 320a接收所述具有第一偏振方向的偏振光，并将其 改变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所述第二偏振方向 垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一左光学部件 310a, 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一左光学部件 310a反 射至所述使用者的左眼。
所述右显示单元 300b包括： 右像源 350b、 第一右光学部件 310b以及第 二右光学部件 320b。
所述右像源 350b根据右图像数据产生所述右图像数据所对应的右图像 光， 所述右图像光用于供所述使用者的右眼观看；
所述第一右光学部件 310b接收所述右图像光，并且使所述右图像光中具 有第三偏振方向的偏振光透过； 以及
所述第二右光学部件 320b接收所述具有第三偏振方向的偏振光，并将其 改变为具有第四偏振方向的偏振光， 所述第三偏振方向与所述第四偏振方向 垂直， 并且将所述具有第四偏振方向的偏振光传播至所述第一右光学部件， 以使得所述具有第四偏振方向的偏振光被所述第一右光学部件反射至所述使 用者的右眼。
所述左图像数据与所述右图像数据可以相同， 也可以不相同。
所述第一偏振方向与所述第三偏振方向可以相同， 也可以不相同， 相应 地， 所述第二偏振方向与所述第四偏振方向可以相同， 也可以不相同。
所述第一左光学部件 310a可以为左偏振分光器， 所述第一右光学部件 310b可以为右偏振分光器。
所述第二左光学部件 320a包括左四分之一波片 322a和左反射镜 321a, 所述第二右光学部件包括右四分之一波片 322b和右反射镜 321b。
所述左四分之一波片 322a接收透过所述第一左光学部件 310a的所述具 有第一偏振方向的偏振光，所述左反射镜 321a接收透过所述左四分之一波片 322a的光并将其反射回所述左四分之一波片 322a, 然后， 所述左四分之一波 片 322a向所述第一左光学部件 310a传递具有第二偏振方向的偏振光。
类似地， 所述右四分之一 322b波片接收透过所述第一右光学部件 310b 的所述具有第三偏振方向的偏振光，所述右反射镜 321b接收透过所述右四分 之一波片 322b的光并将其反射回所述右四分之一波片 322b, 然后， 所述右 四分之一波片 322b向所述第一右光学部件 310b传递具有第四偏振方向的偏 振光。
如图 3所示， 所述左显示单元 300a还可以包括： 第三左光学部件 330a 和第四左光学部件 340a。
所述第三左光学部件 330a介于所述左像源 350a和所述第一左光学部件
310a之间，用于将所述左像源 350a产生的所述左图像光传播至所述第一左光 学部件 310a。
所述第四左光学部件 340a介于所述第一左光学部件 310a和所述第二左 光学部件 320a之间， 用于将透过所述第一左光学部件 310a的所述具有第一 偏振方向的偏振光传播至所述第二左光学部件 320a, 并且用于将来自所述第 二左光学部件 320a的所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一左光学 部件 310a。
所述右显示单元 300b还可以包括： 第三右光学部件 330b和第四右光学 部件 340b。
所述第三右光学部件 330b介于所述右像源 350b和所述第一右光学部件
310b之间， 用于将所述右像源 350b产生的所述右图像光传播至所述第一右 光学部件 310b。
所述第四右光学部件 340b介于所述第一右光学部件 310b和所述第二右 光学部件 320b之间， 用于将透过所述第一右光学部件 310b的所述具有第一 偏振方向的偏振光传播至所述第二右光学部件 320b, 并且用于将来自所述第 二右光学部件 320b 的所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一右光 学部件 310b。
此外， 所述第一左光学部件 310a、 所述第二左光学部件 320a、 所述第三 左光学部件 330a、所述第四左光学部件 340a分别与图 1所示的所述第一光学 部件 110、 所述第二光学部件 120、 所述第三光学部件 130、 所述第四光学部 件 140相同， 在此不再进行赘述。 此外， 所述第一右光学部件 310b、 所述第二右光学部件 320b、 所述第三 右光学部件 330b、 所述第四右光学部件 340b也分别与图 1所示的所述第一 光学部件 110、 所述第二光学部件 120、 所述第三光学部件 130、 所述第四光 学部件 140相同， 在此不再进行赘述。
图 4示意性地示出了根据本发明第二实施例的穿戴式眼镜设备的结构示 意图。
如图 4所示， 本发明第二实施例的穿戴式眼镜设备 400也包括固定单元 (图 4中未示出）、 左显示单元 400a和右显示单元 400b。
所述左显示单元 400a和所述右显示单元 400b可以采用如图 2所示的显 示装置。 所述固定单元用于当使用者佩戴所述穿戴式眼镜设备时， 维持所述 穿戴式眼镜设备和使用者的相对位置关系。 图 5中示出了所述固定单元一个 示例。 在图 5中， 所述左显示单元 400a被容纳在第一左部分 511和第二左部 分 521中， 所述右显示单元 400b被容纳在第一右部分 512和第二右部分 522 中。
所述左显示单元 400a包括： 左像源 450a、 第一左反射镜 460a、 第一左 光学部件 410a以及第二左光学部件 410b。
所述左像源 450a根据左图像数据产生所述左图像数据所对应的左图像 光， 所述左图像光用于供所述使用者的左眼观看。
所述第一左反射镜 460a从所述左像源 450a接收所述左图像光并且反射 所述左图像光。
所述第一左光学部件 410a接收所述左图像光，并且使所述左图像光中具 有第一偏振方向的偏振光透过。
所述第二左光学部件 420a接收所述具有第一偏振方向的偏振光，并将其 改变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所述第二偏振方向 垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一左光学部件 410a, 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一左光学部件 410a反 射至所述使用者的左眼。
所述右显示单元 400b包括： 右像源 450b、 第一右反射镜 460b、 第一右 光学部件 410b以及第二右光学部件 420b。
所述右像源 450b根据右图像数据产生所述右图像数据所对应的右图像 光， 所述右图像光用于供所述使用者的右眼观看； 所述第一右反射镜 460b从所述右像源 450b接收所述右图像光并且反射 所述右图像光。
所述第一右光学部件 410b接收所述右图像光，并且使所述右图像光中具 有第三偏振方向的偏振光透过； 以及
所述第二右光学部件 420b接收所述具有第三偏振方向的偏振光，并将其 改变为具有第四偏振方向的偏振光， 所述第三偏振方向与所述第四偏振方向 垂直， 并且将所述具有第四偏振方向的偏振光传播至所述第一右光学部件 410b,以使得所述具有第四偏振方向的偏振光被所述第一右光学部件 410b反 射至所述使用者的右眼。
所述左图像数据与所述右图像数据可以相同， 也可以不相同。
所述第一偏振方向与所述第三偏振方向可以相同， 也可以不相同， 相应 地， 所述第二偏振方向与所述第四偏振方向可以相同， 也可以不相同。
所述第一左光学部件 410a可以为左偏振分光器， 所述第一右光学部件 410b可以为右偏振分光器。
所述第二左光学部件 420a包括左四分之一波片 422a和左反射镜 421a, 所述第二右光学部件 420b包括右四分之一波片 422b和右反射镜 421b。
所述左四分之一波片 422a、 所述左反射镜 421a、 所述右四分之一波片 422b和所述右反射镜 421b分别与图 3所示的所述左四分之一波片 322a、 所 述左反射镜 321a、 所述右四分之一波片 322b和所述右反射镜 321b相同， 在 此不再进行赘述。
如图 4所示， 所述左显示单元 400a还可以包括： 第三左光学部件 430a 和第四左光学部件 440a。
所述右显示单元 400b还可以包括： 第三右光学部件 430b和第四右光学 部件 440b。
此外， 所述第一左光学部件 410a、 所述第二左光学部件 420a、 所述第三 左光学部件 430a、所述第四左光学部件 440a分别与图 2所示的所述第一光学 部件 210、 所述第二光学部件 220、 所述第三光学部件 230、 所述第四光学部 件 240相同， 在此不再进行赘述。
此外， 所述第一右光学部件 410b、 所述第二右光学部件 420b、 所述第三 右光学部件 430b、 所述第四右光学部件 440b也分别与图 2所示的所述第一 光学部件 210、 所述第二光学部件 220、 所述第三光学部件 230、 所述第四光 学部件 240相同， 在此不再进行赘述。
图 5示意性地示出了根据本发明第一和第二实施例的穿戴式眼镜设备的 外观示意图。
如图 5所示， 所述固定装置包括第一固定部分 540、 第二固定部分 510、 第三固定部分 530。
所述第一固定部分 540位于容纳在 512和 522中的所述左显示单元（ 300a 或 400a ) 的左侧， 并且包括直线部分以及弯折部分， 用于支架在使用者的左 耳上。
所述第二固定部分 530位于容纳在 511和 521中的所述右显示单元（ 300b 或 400b ) 的右侧， 并且包括直线部分以及弯折部分， 用于支架在使用者的右 耳上。
所述第三固定部分 510位于所述左显示单元和所述右显示单元之间， 用 于支架在使用者的鼻梁上。
然而， 根据本发明第一和第二实施例的穿戴式眼镜设备的实现形式不限 于图 5所示的外观形状， 而是根据不同需要可以具有不同的外观形状， 因此， 本发明不受其具体外观实现形式的限制。
根据本发明实施例的显示装置和穿戴式眼镜设备不仅具有较高的光学利 用率并且容易实现轻型化， 而且更容易来实现量产。
上面已经参考附图描述了根据本发明实施例的显示装置和穿戴式眼镜设 备。 本领域技术人员应了解， 本发明不限于上面描述的实施例， 在不偏离本 发明的精神的情况下可以作出各种修改， 所述修改也应包含在本发明的范围 之内。 本发明的范围应由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims

权利要求书
1. 一种显示装置， 包括：
固定单元， 用于当使用者佩戴所述显示装置时， 维持所述显示装置和使 用者的相对位置关系；
像源， 用于根据图像数据产生所述图像数据所对应的图像光；
第一光学部件， 用于接收所述图像光， 并且使所述图像光中具有第一偏 振方向的偏振光透过； 以及
第二光学部件， 用于接收所述具有第一偏振方向的偏振光， 并将其改变 为具有第二偏振方向的偏振光，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一光学部件， 以使得所 述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一光学部件反射至所述使用者的眼 睛。
2. 如权利要求 1所述的显示装置， 其中，
所述第一光学部件为偏振分光器； 以及
所述第二光学部件包括四分之一波片和反射镜，
其中， 所述四分之一波片接收透过所述第一光学部件的所述具有第一偏 振方向的偏振光， 所述反射镜接收透过所述四分之一波片的光并将其反射回 所述四分之一波片， 然后， 所述四分之一波片向所述第一光学部件传递具有 第二偏振方向的偏振光。
3. 如权利要求 2所述的显示装置， 还包括：
第三光学部件， 介于所述像源和所述第一光学部件之间， 用于将所述像 源产生的所述图像光传播至所述第一光学部件； 以及
第四光学部件， 介于所述第一光学部件和所述第二光学部件之间， 用于 将透过所述第一光学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所述第二 光学部件， 并且用于将来自所述第二光学部件的所述具有第二偏振方向的偏 振光传播至所述第一光学部件。
4. 如权利要求 3所述的显示装置， 其中，
所述第三光学部件包括第一光学部分和第二光学部分；
所述第一光学部分为柱状体， 所述像源与所述第一光学部分的第一端面 衔接， 使得所述像源产生的所述图像光垂直入射到所述第一光学部分的第一 端面上；
所述第二光学部分为三棱柱， 所述第二光学部分的第一棱边与所述第一 光学部分的第二端面重合； 以及
所述偏振分光器贴合在所述第二光学部分的三棱柱的第二棱边上。
5. 如权利要求 3所述的显示装置， 其中，
所述第一光学部件包括第一光学部分、 第二光学部分、 第三光学部分以 及第二反射镜，
所述第三光学部分为三棱柱， 所述像源与所述第三光学部分的第一棱边 衔接， 使得所述像源产生的所述图像光从所述第三光学部分的第一棱边入射 到所述第三光学部分的第二棱边；
所述第二反射镜贴合在所述第三光学部分的第二棱边上， 并且将入射到 所述第三光学部分的第二棱边的所述图像光反射到所述第三光学部分的第三 棱边；
所述第一光学部分为柱状体， 所述第三光学部分的第三棱边与所述第一 光学部分的第一端面重合， 使得所述第二反射镜反射的所述图像光垂直入射 到所述第一光学部分的所述第一端面上；
所述第二光学部分为三棱柱， 所述第二光学部分的第一棱边与所述第一 光学部分的第二端面重合；
所述偏振分光器贴合在所述第二光学部分的三棱柱的第二棱边上。
6. 如权利要求 3所述的显示装置， 其中，
所述第四光学部件为三棱柱， 所述四分之一波片贴合在所述第四光学部 件的第一棱边上， 所述偏振分光器贴合在所述第四光学部件的第二棱边上， 透出所述第四光学部件的第三棱边的光入射到使用者的眼睛。
7. 如权利要求 1所述的显示装置， 其中，
所述第一光学部件，第三光学部件和所述第四光学部件满足预定透光率, 使得所述使用者不仅可以通过所述显示装置看到所述图像数据所对应的图像 而且还能透过所述显示装置看到所述使用者的周围环境。
8. 如权利要求 7所述的显示装置， 其中，
所述第三光学部件和所述第四光学部件由树脂材料制成， 所述树脂材料 的折射率和透射率与玻璃的折射率和透射率近似。
9. 如权利要求 4所述的显示装置， 其中， 所述第一光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边 与第二棱边的夹角为 45度。
10. 如权利要求 5所述的头戴式显示装置， 其中，
所述第一光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边 与第二棱边的夹角为 45度； 以及
所述第三光学部分的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边 与第二棱边的夹角为 45度。
11. 如权利要求 4所述的显示装置， 其中，
所述第四光学部件的三棱柱的第一棱边与第三棱边垂直， 并且第一棱边 与第二棱边的夹角为 45度。
12. 如权利要求 1所述的显示装置， 其中，
所述像源投射具有第一偏振方向的偏振光。
13. 一种穿戴式眼镜设备， 包括：
固定单元， 用于当使用者佩戴所述穿戴式眼镜设备时， 维持所述穿戴式 目艮镜设备和使用者的相对位置关系；
左显示单元； 以及
右显示单元，
其中， 所述左显示单元包括：
左像源， 用于根据左图像数据产生所述左图像数据所对应的左图像 光， 所述左图像光用于供所述使用者的左眼观看；
第一左光学部件， 用于接收所述左图像光， 并且使所述左图像光中 具有第一偏振方向的偏振光透过； 以及
第二左光学部件， 用于接收所述具有第一偏振方向的偏振光， 并将 其改变为具有第二偏振方向的偏振光， 所述第一偏振方向与所述第二偏 振方向垂直， 并且将所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一左 光学部件， 以使得所述具有第二偏振方向的偏振光被所述第一左光学部 件反射至所述使用者的左眼；
其中， 所述右显示单元包括：
右像源， 用于根据右图像数据产生所述右图像数据所对应的右图像 光， 所述右图像光用于供所述使用者的右眼观看；
第一右光学部件， 用于接收所述右图像光， 并且使所述右图像光中 具有第三偏振方向的偏振光透过； 以及
第二右光学部件， 用于接收所述具有第三偏振方向的偏振光， 并将 其改变为具有第四偏振方向的偏振光， 所述第三偏振方向与所述第四偏 振方向垂直， 并且将所述具有第四偏振方向的偏振光传播至所述第一右 光学部件， 以使得所述具有第四偏振方向的偏振光被所述第一右光学部 件反射至所述使用者的右眼，
其中， 所述左图像数据与所述右图像数据相同或不同， 所述第一偏振方 向与所述第三偏振方向相同或不同， 所述第二偏振方向与所述第四偏振方向 相同或不同。
14. 如权利要求 13所述的穿戴式眼镜设备， 其中，
所述第一左光学部件为左偏振分光器， 所述第一右光学部件为右偏振分 光器； 以及
所述第二左光学部件包括左四分之一波片和左反射镜， 所述第二右光学 部件包括右四分之一波片和右反射镜，
其中， 所述左四分之一波片接收透过所述第一左光学部件的所述具有第 一偏振方向的偏振光， 所述左反射镜接收透过所述左四分之一波片的光并将 其反射回所述左四分之一波片， 然后， 所述左四分之一波片向所述左第一光 学部件传递具有第二偏振方向的偏振光； 以及
其中， 所述右四分之一波片接收透过所述第一右光学部件的所述具有第 三偏振方向的偏振光， 所述右反射镜接收透过所述右四分之一波片的光并将 其反射回所述右四分之一波片， 然后， 所述右四分之一波片向所述右第一光 学部件传递具有第四偏振方向的偏振光。
15. 如权利要求 14所述的穿戴式眼镜设备，
其中， 所述左显示单元还包括：
第三左光学部件， 介于所述左像源和所述第一左光学部件之间， 用 于将所述左像源产生的所述左图像光传播至所述第一左光学部件； 以及 第四左光学部件， 介于所述第一左光学部件和所述第二左光学部件 之间， 用于将透过所述第一左光学部件的所述具有第一偏振方向的偏振 光传播至所述第二左光学部件， 并且用于将来自所述第二左光学部件的 所述具有第二偏振方向的偏振光传播至所述第一左光学部件；
其中， 所述右显示单元还包括： 第三右光学部件， 介于所述右像源和所述第一右光学部件之间， 用于将 所述右像源产生的所述右图像光传播至所述第一右光学部件； 以及
第四右光学部件，介于所述第一右光学部件和所述第二右光学部件之间， 用于将透过所述第一右光学部件的所述具有第一偏振方向的偏振光传播至所 述第二右光学部件， 并且用于将来自所述第二右光学部件的所述具有第二偏 振方向的偏振光传播至所述第一右光学部件。
16. 如权利要求 13所述的穿戴式眼镜设备， 其中，
所述固定单元将所述左显示单元和所述右显示单元分别固定在所述使用 者的左眼和右眼的正前方， 并且将所述左显示单元固定在与所述使用者左眼 相距第一预定距离的第一位置处， 并且将所述右显示单元固定在与所述使用 者右眼相距第二预定距离的第二位置处，
其中， 所述第一预定距离与所述第二预定距离近似相等。
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