一种扩大视场角的近眼波导显示设备制造技术

本发明专利技术公开了一种扩大视场角的近眼波导显示设备。该设备中第一波导片位于第二波导片的上面，且不接触；第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；第一波导片具有与第一波导片的下表面连接且与第一斜面平行的第二斜面；第二斜面的外端与第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；第三斜面为从上到下向外倾斜的面；第一分光膜与第二斜面镜像对称；第二分光膜与第一斜面镜像对称；照射到第一斜面上的光，一部分在第一斜面发生全反射后在第二波导片中传输由第二分光膜反射出去，另一部分在第一斜面发生透射后穿过第二斜面在第三斜面发生全反射，经第一波导片传输由第一分光膜反射出去。本发明专利技术能在提高视场角的同时，降低成本。

A kind of near eye waveguide display device with enlarged field angle

【技术实现步骤摘要】
一种扩大视场角的近眼波导显示设备
本专利技术涉及近眼显示设备领域，特别是涉及一种扩大视场角的近眼波导显示设备。
技术介绍
增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，人眼能看到虚拟图像的锥形范围叫做视场角，人眼能看全虚拟图像时与显示设备的最远距离称为出瞳距离，人眼在一定的出瞳距离下能看全虚拟图像时人眼可以晃动的范围叫做眼动范围，如何在保证合适出瞳距离和眼动范围的情况下显著提升视场角是增强现实面临的一大挑战。目前，近眼显示设备有以下几种：1)采用单层波导内添加多个反光膜的方式进行一维扩瞳，可以实现大的出瞳距离和眼动范围，但受材料折射率、分光膜透射率反射率等限制，视场角难以做大，目前市面上采用这种方式的波导显示设备视场角通常都在50°以下。2)采用视场角拼合来扩大视场角的衍射波导近眼显示设备，该设备采用双层波导，每层波导分别负责部分视场的光线全反射传播，在成像区域实现虚拟图像的拼接从而呈现完整虚拟图像。这种方案可以明显提升视场角，但需要多个大面积光栅区域，光栅制作难度较大，成本较高，并且光栅波导存在均匀性较差，彩虹效应明显等缺点。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种扩大视场角的近眼波导显示设备，以在提高视场角的同时，降低成本。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种扩大视场角的近眼波导显示设备，包括：第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有与所述第一波导片的下表面连接且与所述第一斜面平行的第二斜面；所述第二斜面与所述第一斜面正对设置；所述第二斜面的外端与所述第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；所述第三斜面为从上到下向外倾斜的面；所述第一波导片的上表面、所述第一波导片的下表面、所述第二波导片的上表面和所述第二波导片的下表面相互平行；所述第一分光膜设置在所述第一波导片的内部且与所述第二斜面镜像对称；所述第二分光膜设置在所述第二波导片的内部且与所述第一斜面镜像对称；所述第一分光膜与所述第二分光膜在水平方向上具有设定间距；由所述第二波导片的下方照射到所述第一斜面上的光，一部分在所述第一斜面发生全反射得到第一反射光，另一部分在所述第一斜面发生透射得到透射光；所述第一反射光在所述第二波导片中传输并由所述第二分光膜反射出去，所述透射光穿过所述第二斜面后在所述第三斜面发生全反射得到第二反射光，所述第二反射光在所述第一波导片中传输并由所述第一分光膜反射至所述第二波导片中，再由所述第二波导片透射出去。可选的，所述第一分光膜为多个，所述第二分光膜为多个；多个所述第一分光膜平行设置，多个所述第二分光膜平行设置；离所述第三斜面最近的第一分光膜与所述第三斜面之间的距离大于离所述第一斜面最远的第二分光膜与所述第一斜面之间的距离。可选的，所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最小值为其中，A为左边缘线光在第二波导片的下表面的入射角，n为第一波导片的折射率；所述左边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生透射的那一部分光；所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最大值为所述第二反射光在所述第一波导片的上表面发生反射时的入射角为c＝180°-2·θ+a；θ为所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角，a为左边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角。可选的，所述第一反射光在所述第二波导片的下表面发生反射时的入射角为f＝2·θ1+d；其中，θ1为所述第二波导片的下表面与所述第一斜面的夹角，d为右边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角；所述右边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生全反射的那一部分光。一种扩大视场角的近眼波导显示设备，包括：第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有与所述第一波导片的下表面连接且与所述第一斜面平行的第二斜面；所述第二斜面与所述第一斜面正对设置；所述第二斜面的外端与所述第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；所述第三斜面为从上到下向外倾斜的面；所述第一波导片的上表面、所述第一波导片的下表面、所述第二波导片的上表面和所述第二波导片的下表面相互平行；所述第一分光膜设置在所述第一波导片的内部且与所述第二斜面平行；所述第二分光膜设置在所述第二波导片的内部且与所述第一斜面平行；所述第一分光膜与所述第二分光膜在水平方向上具有设定间距；由所述第二波导片的下方照射到所述第一斜面上的光，一部分在所述第一斜面发生全反射得到第一反射光，另一部分在所述第一斜面发生透射得到透射光；所述第一反射光在所述第二波导片中传输并由所述第二分光膜反射出去，所述透射光穿过所述第二斜面后在所述第三斜面发生全反射得到第二反射光，所述第二反射光在所述第一波导片中传输并由所述第一分光膜反射至所述第二波导片中，再由所述第二波导片透射出去。可选的，所述第一分光膜为多个，所述第二分光膜为多个；多个所述第一分光膜平行设置，多个所述第二分光膜平行设置；离所述第三斜面最近的第一分光膜与所述第三斜面之间的距离大于离所述第一斜面最远的第二分光膜与所述第一斜面之间的距离。可选的，所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最小值为其中，A为左边缘线光在第二波导片的下表面的入射角，n为第一波导片的折射率；所述左边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生透射的那一部分光；所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最大值为所述第二反射光在所述第一波导片的上表面发生反射时的入射角为c＝180°-2·θ+a；θ为所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角，a为左边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角。可选的，所述第一反射光在所述第二波导片的下表面发生反射时的入射角为f＝2·θ1+d；其中，θ1为所述第二波导片的下表面与所述第一斜面的夹角，d为右边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角；所述右边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生全反射的那一部分光。一种扩大视场角的近眼波导显示设备，包括：第一波导显示设备和第二波导显示设备；所述第一波导显示设备位于所述第二波导显示设备的上方；所述第一波导显示设备包括第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，包括：第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；/n所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有与所述第一波导片的下表面连接且与所述第一斜面平行的第二斜面；所述第二斜面与所述第一斜面正对设置；所述第二斜面的外端与所述第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；所述第三斜面为从上到下向外倾斜的面；所述第一波导片的上表面、所述第一波导片的下表面、所述第二波导片的上表面和所述第二波导片的下表面相互平行；/n所述第一分光膜设置在所述第一波导片的内部且与所述第二斜面镜像对称；所述第二分光膜设置在所述第二波导片的内部且与所述第一斜面镜像对称；所述第一分光膜与所述第二分光膜在水平方向上具有设定间距；由所述第二波导片的下方照射到所述第一斜面上的光，一部分在所述第一斜面发生全反射得到第一反射光，另一部分在所述第一斜面发生透射得到透射光；所述第一反射光在所述第二波导片中传输并由所述第二分光膜反射出去，所述透射光穿过所述第二斜面后在所述第三斜面发生全反射得到第二反射光，所述第二反射光在所述第一波导片中传输并由所述第一分光膜反射至所述第二波导片中，再由所述第二波导片透射出去。/n...

【技术特征摘要】
1.一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，包括：第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；
所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有与所述第一波导片的下表面连接且与所述第一斜面平行的第二斜面；所述第二斜面与所述第一斜面正对设置；所述第二斜面的外端与所述第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；所述第三斜面为从上到下向外倾斜的面；所述第一波导片的上表面、所述第一波导片的下表面、所述第二波导片的上表面和所述第二波导片的下表面相互平行；
所述第一分光膜设置在所述第一波导片的内部且与所述第二斜面镜像对称；所述第二分光膜设置在所述第二波导片的内部且与所述第一斜面镜像对称；所述第一分光膜与所述第二分光膜在水平方向上具有设定间距；由所述第二波导片的下方照射到所述第一斜面上的光，一部分在所述第一斜面发生全反射得到第一反射光，另一部分在所述第一斜面发生透射得到透射光；所述第一反射光在所述第二波导片中传输并由所述第二分光膜反射出去，所述透射光穿过所述第二斜面后在所述第三斜面发生全反射得到第二反射光，所述第二反射光在所述第一波导片中传输并由所述第一分光膜反射至所述第二波导片中，再由所述第二波导片透射出去。


2.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，所述第一分光膜为多个，所述第二分光膜为多个；多个所述第一分光膜平行设置，多个所述第二分光膜平行设置；离所述第三斜面最近的第一分光膜与所述第三斜面之间的距离大于离所述第一斜面最远的第二分光膜与所述第一斜面之间的距离。


3.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最小值为



其中，A为左边缘线光在第二波导片的下表面的入射角，n为第一波导片的折射率；所述左边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生透射的那一部分光；
所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角的最大值为



所述第二反射光在所述第一波导片的上表面发生反射时的入射角为
c＝180°-2·θ+a；
θ为所述第二波导片的下表面与所述第三斜面的夹角，a为左边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角。


4.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，所述第一反射光在所述第二波导片的下表面发生反射时的入射角为
f＝2·θ1+d；
其中，θ1为所述第二波导片的下表面与所述第一斜面的夹角，d为右边缘线光在第二波导片的下表面发生折射时的折射角；所述右边缘线光为第二波导片的下方照射到第一斜面上的光中在所述第一斜面发生全反射的那一部分光。


5.一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，包括：第一波导片、第二波导片、第一分光膜和第二分光膜；所述第一波导片位于所述第二波导片的上面，且所述第一波导片和所述第二波导片不接触；
所述第二波导片的一个侧面为从上到下向外倾斜的第一斜面；所述第一波导片具有与所述第一波导片的下表面连接且与所述第一斜面平行的第二斜面；所述第二斜面与所述第一斜面正对设置；所述第二斜面的外端与所述第一波导片的上表面的一端连接形成第三斜面；所述第三斜面为从上到下向外倾斜的面；所述第一波导片的上表面、所述第一波导片的下表面、所述第二波导片的上表面和所述第二波导片的下表面相互平行；
所述第一分光膜设置在所述第一波导片的内部且与所述第二斜面平行；所述第二分光膜设置在所述第二波导片的内部且与所述第一斜面平行；所述第一分光膜与所述第二分光膜在水平方向上具有设定间距；由所述第二波导片的下方照射到所述第一斜面上的光，一部分在所述第一斜面发生全反射得到第一反射光，另一部分在所述第一斜面发生透射得到透射光；所述第一反射光在所述第二波导片中传输并由所述第二分光膜反射出去，所述透射光穿过所述第二斜面后在所述第三斜面发生全反射得到第二反射光，所述第二反射光在所述第一波导片中传输并由所述第一分光膜反射至所述第二波导片中，再由所述第二波导片透射出去。


6.根据权利要求5所述的一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，所述第一分光膜为多个，所述第二分光膜为多个；多个所述第一分光膜平行设置，多个所述第二分光膜平行设置；离所述第三斜面最近的第一分光膜与所述第三斜面之间的距离大于离所述第一斜面最远的第二分光膜与所述第一斜面之间的距离。


7.根据权利要求5所述的一种扩大视场角的近眼波导显示设备，其特征在于，所述第二波导片的下表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐笑运，宋强，马国斌，汪涛，许恒深，
申请(专利权)人：深圳珑璟光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44