一种紧凑式AR显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种紧凑式AR显示装置，包括：沿第一轴依次设置的OLED微显示屏、低折射率棱镜、高折射率偏振分光棱镜、四分之一波片和反射式透镜；高折射率偏振分光棱镜包括第一入光面、第二入光面、第一出光面、第二出光面和分光面；OLED微显示屏的虚拟图像光经低折射率棱镜后，从第一入光面进入高折射率偏振分光棱镜，经分光面后其中P偏振光穿过第一出光面，P偏振光穿过四分之一波片经反射式透镜反射，穿过四分之一波片成S偏振光，与从第二入光面入射的环境光合光，由第二出光面透射至人眼。本实用新型专利技术提供了一种集成化、结构紧凑的AR显示装置，各元件相互配合，光损失小，光亮度高，成像质量好，加工要求低，易装配，易量产。

A Compact AR Display Device

The utility model relates to a compact AR display device, which comprises an OLED micro display screen, a low refractive index prism, a high refractive index polarization splitter prism, a quarter wave plate and a reflective lens arranged in turn along the first axis, and a high refractive index polarization splitter which comprises a first entry surface, a second entry surface, a first exit surface and a second reflection lens. The virtual image light of OLED micro display screen passes through the low refractive index prism and enters the high refractive index polarization prism from the first entry surface. After the splitting surface, the P-polarized light passes through the first exit surface, and the P-polarized light passes through the quarter-wave plate and reflects through the reflective lens, then passes through the quarter-wave plate to form S-polarized light. With the environmental photosynthetic light incident from the second optical plane, the second optical plane transmits to the human eye. The utility model provides an integrated and compact AR display device, each component cooperates with each other, has small light loss, high brightness, good imaging quality, low processing requirements, easy assembly and easy production.

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑式AR显示装置
本技术涉及AR
，尤其涉及一种紧凑式AR显示装置。
技术介绍
增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术。这种技术的目标是将虚拟信息叠加到真实世界的场景中，不仅保留真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、实现真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成。为保证用户能够看到混叠后的虚拟图像和真实世界的景物图像，AR技术需要用到成像技术以及分光合光技术，例如利用头盔，在头盔中装入棱镜式AR显示装置，把真实世界与电脑图形重合成在一起。目前的棱镜式AR显示装置通常存在构成光路的元件复杂、尺寸过大、难以量产以及图像不清晰等缺陷。例如，目前采用OLED微显示屏的AR显示装置由于光路光效率低，存在使用时入眼亮度不足的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是解决现有的棱镜AR显示装置存在尺寸大，元件复杂难量产，且光效率低，使用时亮度不足，图像不清晰的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了一种紧凑式AR显示装置，包括：沿第一轴依次设置的OLED微显示屏、低折射率棱镜、高折射率偏振分光棱镜、四分之一波片和反射式透镜；所述低折射率棱镜具有与所述OLED微显示屏贴合的入光面，以及与所述入光面相对的出光面；所述高折射率偏振分光棱镜包括第一入光面、第二入光面、第一出光面、第二出光面和分光面；所述第一入光面与所述低折射率棱镜的出光面贴合，且二者的光轴重合，所述第一出光面与所述第一入光面相对；所述第二入光面的光轴与所述第一入光面的光轴垂直，且所述第二入光面与所述第二出光面相对；所述反射式透镜具有平面入光面和曲面反射面；所述四分之一波片的一侧与所述高折射率偏振分光棱镜的第一出光面贴合，另一侧与所述反射式透镜的平面入光面贴合；所述OLED微显示屏的虚拟图像光经所述低折射率棱镜后，从所述第一入光面进入所述高折射率偏振分光棱镜，经所述分光面后其中P偏振光穿过第一出光面，P偏振光穿过四分之一波片后经所述反射式透镜反射，再次穿过四分之一波片后成S偏振光，S偏振光与从第二入光面入射的环境光合光后由第二出光面透射至人眼。优选地，所述高折射率偏振分光棱镜的折射率高于所述低折射率棱镜的折射率，所述低折射率棱镜的折射率为1.5～1.7，所述高折射率偏振分光棱镜的折射率为1.7～1.9。优选地，所述低折射率棱镜的折射率为1.5，所述高折射率偏振分光棱镜的折射率为1.8。优选地，所述低折射率棱镜采用H-K9L玻璃材料制成所述高折射率偏振分光棱镜采用H-ZF52A玻璃材料制成。优选地，所述低折射率棱镜和高折射率偏振分光棱镜均为长方体结构，且所述低折射率棱镜、高折射率偏振分光棱镜、四分之一波片垂直于所述第一轴的截面相等。优选地，所述高折射率偏振分光棱镜包括依次排列的第一棱镜以及第二棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜均为三棱柱结构；所述第一棱镜的斜棱面与所述第二棱镜的斜棱面胶合，且胶合面镀有偏振膜片以形成所述高折射率偏振分光棱镜的分光面；所述第一棱镜靠近所述低折射率棱镜，且与所述第一轴垂直的面为所述第一入光面，光轴与所述第一轴垂直的面为所述第二出光面；所述第二棱镜靠近所述四分之一波片，且与所述第一轴垂直的面为所述第一出光面，光轴与所述第一轴垂直的面为所述第二入光面。优选地，所述低折射率棱镜的厚度为12.59mm，所述高折射率偏振分光棱镜的厚度为12mm。优选地，所述反射式透镜曲面反射面的曲率半径为52.06mm。优选地，所述低折射率棱镜、所述高折射率偏振分光棱镜、所述四分之一波片和所述反射式透镜的高度均为10mm，宽度均为12mm。优选地，所述紧凑式AR显示装置的出瞳距离为18mm。(三)有益效果本技术的上述技术方案具有如下优点：本技术提供了一种集成化、结构紧凑的AR显示装置，用于分光合光的高折射率偏振分光棱镜中采用了偏振膜片，且各元件相互配合，光损失小，提高光效率，解决了使用OLED微显示屏会造成图像源亮度低，可视性差的弊端，光亮度高，可适于各种应用场景。并且该显示装置极大的缩小了现有的AR显示装置尺寸，而且对加工的要求较低，易装配，易量产，且产品良率高。同时具有成像质量高，畸变小，画质细腻的优点，可作为一种广泛使用的AR显示装置。附图说明图1是本技术实施例中紧凑式AR显示装置结构示意图；图2是本技术实施例中紧凑式AR显示装置的虚拟图像光传播示意图；图3是本技术实施例中不同光亮度位置分布示意图；图4是本技术实施例中紧凑式AR显示装置成像畸变图；图5是本技术实施例中紧凑式AR显示装置成像场曲图。图中：1：OLED微显示屏；2：低折射率棱镜；3：高折射率偏振分光棱镜；4：四分之一波片；5：反射式透镜。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1至图3所示，本技术实施例提供的一种紧凑式AR显示装置，包括：沿第一轴依次设置的OLED微显示屏1、低折射率棱镜2、高折射率偏振分光棱镜3、四分之一波片4和反射式透镜5。其中：低折射率棱镜2具有与OLED微显示屏1贴合的入光面，以及与所述入光面相对的出光面。低折射率棱镜2的入光面和出光面均与第一轴垂直。高折射率偏振分光棱镜3包括第一入光面、第二入光面、第一出光面、第二出光面和分光面。其中，第一入光面与低折射率棱镜2的出光面贴合，且第一入光面的光轴与低折射率棱镜2出光面的光轴重合。第一出光面与第一入光面相对。第二入光面的光轴与第一入光面的光轴垂直，且第二入光面与第二出光面相对。反射式透镜5具有平面入光面和曲面反射面，四分之一波片4的一侧与高折射率偏振分光棱镜3的第一出光面贴合，另一侧与反射式透镜5的平面入光面贴合。如图2和图3所示，OLED微显示屏1发出的虚拟图像光经过低折射率棱镜2后，从第一入光面进入高折射率偏振分光棱镜3，经高折射率偏振分光棱镜3的分光面后，其中的P偏振光穿过第一出光面，P偏振光穿过四分之一波片4后，经反射式透镜5反射，再次穿过四分之一波片4后成S偏振光，S偏振光与从第二入光面入射的环境光合光后，由第二出光面透射至人眼。图1中箭头所示方向为用户的观测方向，图3中圆圈表示S偏振光，横线表示P偏振光，圆圈加横线表示自然光。优选地，如图1至图3所示，高折射率偏振分光棱镜3包括依次排列的第一棱镜以及第二棱镜，第一棱镜和第二棱镜均为三棱柱结构。其中：第一棱镜的斜棱面与第二棱镜的斜棱面胶合，且胶合面镀有偏振膜片以形成高折射率偏振分光棱镜的分光面。第一棱镜靠近低折射率棱镜，且与第一轴垂直的面为第一入光面，光轴与第一轴垂直的面为第二出光面。第二棱镜靠近四分之一波片，且与第一轴垂直的面为第一出光面，光轴与第一轴垂直的面为第二入光面。本技术中高折射率偏振分光棱镜3的分光面采用了偏振膜片而非传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑式AR显示装置，其特征在于，包括：沿第一轴依次设置的OLED微显示屏、低折射率棱镜、高折射率偏振分光棱镜、四分之一波片和反射式透镜；所述低折射率棱镜具有与所述OLED微显示屏贴合的入光面，以及与所述入光面相对的出光面；所述高折射率偏振分光棱镜包括第一入光面、第二入光面、第一出光面、第二出光面和分光面；所述第一入光面与所述低折射率棱镜的出光面贴合，且二者的光轴重合，所述第一出光面与所述第一入光面相对；所述第二入光面的光轴与所述第一入光面的光轴垂直，且所述第二入光面与所述第二出光面相对；所述反射式透镜具有平面入光面和曲面反射面；所述四分之一波片的一侧与所述高折射率偏振分光棱镜的第一出光面贴合，另一侧与所述反射式透镜的平面入光面贴合；所述OLED微显示屏的虚拟图像光经所述低折射率棱镜后，从所述第一入光面进入所述高折射率偏振分光棱镜，经所述分光面后其中P偏振光穿过第一出光面，P偏振光穿过四分之一波片后经所述反射式透镜反射，再次穿过四分之一波片后成S偏振光，S偏振光与从第二入光面入射的环境光合光后由第二出光面透射至人眼。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑式AR显示装置，其特征在于，包括：沿第一轴依次设置的OLED微显示屏、低折射率棱镜、高折射率偏振分光棱镜、四分之一波片和反射式透镜；所述低折射率棱镜具有与所述OLED微显示屏贴合的入光面，以及与所述入光面相对的出光面；所述高折射率偏振分光棱镜包括第一入光面、第二入光面、第一出光面、第二出光面和分光面；所述第一入光面与所述低折射率棱镜的出光面贴合，且二者的光轴重合，所述第一出光面与所述第一入光面相对；所述第二入光面的光轴与所述第一入光面的光轴垂直，且所述第二入光面与所述第二出光面相对；所述反射式透镜具有平面入光面和曲面反射面；所述四分之一波片的一侧与所述高折射率偏振分光棱镜的第一出光面贴合，另一侧与所述反射式透镜的平面入光面贴合；所述OLED微显示屏的虚拟图像光经所述低折射率棱镜后，从所述第一入光面进入所述高折射率偏振分光棱镜，经所述分光面后其中P偏振光穿过第一出光面，P偏振光穿过四分之一波片后经所述反射式透镜反射，再次穿过四分之一波片后成S偏振光，S偏振光与从第二入光面入射的环境光合光后由第二出光面透射至人眼。2.根据权利要求1所述的紧凑式AR显示装置，其特征在于：所述高折射率偏振分光棱镜的折射率高于所述低折射率棱镜的折射率，所述低折射率棱镜的折射率为1.5～1.7，所述高折射率偏振分光棱镜的折射率为1.7～1.9。3.根据权利要求2所述的紧凑式AR显示装置，其特征在于：所述低折射率棱镜的折射率为1.5，所述高折射率偏振分光棱镜的折射率为1.8。4.根据权利要求2所述的紧凑式AR显示装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书龙，陈丹，刘宝华，
申请(专利权)人：深圳中科理凡科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44