单芯片的眼镜式显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种单芯片的眼镜式显示装置，其中采用光学透镜组（２）对微显示芯片（１）产生的图像进行放大，然后由分光耦合单元（３）对光学透镜组输出的光线进行分离处理以将单一图像分离成两幅图像，再耦合进入光传导平板（４、５），再利用光传导平板将放大后的图像传送到使用者左眼和右眼，以供使用者进行观察。其中分光耦合单元将来源于单一微显示芯片被光学透镜组放大的单一图像分离成两幅图像，光学传导平板可扩大出瞳尺寸，由于光传导平板非常薄，因此整个显示装置具有单芯片双图像、大视场、大出瞳尺寸和大眼点距的特点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学成像系统，涉及一种利用单个微显示芯片形成双图 像，并具有较大视场、较大出瞳尺寸的眼镜式显示装置。
技术介绍
眼镜式显示装置的作用，是将微显示芯片(如LCD、 LCOS或者OLED)所 产生的图像放大成虚像再供人眼进行观察，其中LCD ( Liquid Crystal Display) 为液晶显示，OLED(Organic Light Emitting Diode)为有机发光二极管， LCOS(Liquid Crystal on Silicon)为反射式硅基液晶。使用时，整个显示装置被 佩戴于非常接近于人眼的位置，具有便携性、移动性等优点。为了便于佩戴， 要求眼镜式显示装置在保证足够的成像质量、足够的视觉放大率的情况下，体 积能尽量的小、重量能尽量的轻。因具有便携性、移动性等优点，并可实时提供大屏幕显示效果，眼镜式显 示装置不仅可以应用于军事领域满足实时观察图像的需求，更可广泛应用于民 用多媒体视听领域。由于其广泛的市场应用前景，众多研究机构和公司对眼镜 式显示技术进行了大量的投入，目前已经出现了多种眼镜式显示技术方案。美国Micro Optical公司申请的美国专利中，提供了多种眼镜式显示技术 方案，相关的美国专利包括US5，715,377、 US 5,886,822、 US 6，023，372和US 6,091,546。其中一种方案是将微显示芯片产生的光学图像经由光学系统放大 后，再由导光装置将图像传导到人眼进行观察，其中图像可以传导至瞳孔的侧 面或者正面，这种方案中，为了降低显示装置的体积，减小了显示的视场，因 此无法提供大显示尺寸。另一种方案是通过半反半透棱镜来实现，这种显示装 置的体积会随人眼可观察范围(出瞳尺寸)和视场的增加而急剧加大，所以仅适 合小视场和低分辨率显示(例如11度水平视场，320X240分辨率)。在美国专利US 6,028,708、 US 6,097,354、 US 5,436,765、 US 5，959，780、 以及US6,317，267中，提供了采用离轴自由曲面棱镜对图像进行放大的显示系 统，这些方案中可达到较高的光学质量和高解析度，但是，如果想实现较大的 出瞳尺寸和较大的视场，同样需要增大显示装置的体积和重量。不仅如此，由 于光学系统离轴的缘故，会使得系统设计难度高，畸变难于消除(3%)，且非轴 对称的自由曲面加工难度也非常大。在美国专利US 09/801,405(公告号US 2001/0033401 Al)和US 6,169,613 中，采用了全息光学器件和光传导平板的方法，使得整个眼镜式显示装置可以 实现轻薄化，但全息光学元件难于批量化、且其色差消除困难，这些缺点限制 了此种方案的推广应用。此外，以上所提及专利中，均采用两片显示芯片分别产生一幅图像，并分 别放大后供使用者左眼和右眼进行观察。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本技术要解决传统眼镜式显示装置中当增 大视场和出瞳尺寸时必须增大尺寸和重量的问题，并采用单一显示芯片提供两 幅放大后图像供使用者左眼和右眼分别观察，从而提供一种低成本，且具有较 大视场、较大出瞳尺寸并支持高解析度的轻薄型眼镜式显示装置。为解决上述技术问题，本技术采用了如下技术方案构造一种单芯片 的眼镜式显示装置，其中包括微显示芯片，对所述微显示芯片产生的图像进行 放大处理的光学透镜组，对所述光学透镜组输出的光线进行分离处理以将单一 图像分离成两幅图像的分光耦合单元，以及将所述分光耦合单元输出的光线分 别传送到使用者左眼和右眼的第一光传导平板和第二光导板；其中，所述微显 示芯片、光学透镜组、分光耦合单元沿着光线传播方向依次放置；所述第一、 第二光传导平板位于所述分光耦合单元的两侧，并分别与所述使用者左眼和右 眼的观察轴线垂直；所述光学透镜组的轴线与所述使用者左眼和右眼的观察轴 线之间相互平行。本技术中的所述分光耦合单元中可包括分别位于上下部的第一、第二棱镜，两者均为三棱柱结构，所述两个三棱柱的截面为相似或相同的两个等腰 三角形，且上部等腰三角形的两腰边分别与下部等腰三角形的两腰边连接成两条相互交叉的直线；其中第一棱镜的上表面与所述第一、第二光传导平板的上 表面平齐，第二棱镜的下表面与所述第一、第二光传导平板的下表面平齐；还 包括分别位于左右部的第三、第四棱镜，其中第三棱镜的左侧面与第一光传导 平板的右侧面对接，第四棱镜的右侧面与第二光传导平板的左侧面对接；所述 四个棱镜中，相邻两个棱镜的相邻表面相互紧贴，且各棱镜的每一表面均为部 分反射面。本技术中，所述分光耦合单元的第三、第四棱镜最好相互对称；所述 两条相互交叉的直线在左右形成的夹角最好为20度 40度。所述各棱镜的每 一表面的反射率可为50%。本技术的所述光学透镜组中可包括用于对光束进行聚焦并消除色差 的第一透镜、第二透镜和第三透镜，以及用于对主光线进行偏转处理以使之垂 直于所述微显示芯片并消除畸变的第四透镜；所述第一、第二、第三、第四透 镜沿着从所述分光耦合单元到所述微显示芯片的方向依次放置。本技术的所述光学透镜组中，所述第一、第三、第四透镜最好为偶次 非球面凸透镜，所述第二透镜为球面双凹透镜。本技术的所述光学透镜组中，所述第一、第三、第四透镜可采用PMMA、 C0C或者C0P树脂材料制成，该树脂材料的折射率为1. 4 1. 6，阿贝数为56 58;所述第二透镜可采用火石玻璃材料制成，该玻璃材料的折射率为1.6 1. 9，阿贝数为20 40。本技术中，所述微显示芯片与第四透镜之间的距离可为3ram 10mm; 所述微显示芯片与第一透镜之间的总长度应小于50mm;所述使用者左眼和右 眼的观察位置与光传导平板之间的距离可为10咖 25mm。本技术中，每个光传导平板是由多个部分反射面结合而成的光学平 板，其厚度为2mm 3mm;其中每一个部分反射面与该光传导平板底面之间的 夹角25度 45度，每一个部分反射面的反射率为20% 30%。由上述技术方案可以看出，本技术中采用光学透镜组对微显示芯片产生的图像进行放大，然后由分光耦合单元对光学透镜组输出的光线进行分离处 理以将单一图像分离成两幅图像，再耦合进入光传导平板，再利用光传导平板 将放大后的图像传送到使用者左眼和右眼，以供使用者进行观察。其中分光耦 合单元将来源于单一微显示芯片被光学透镜组放大的单一图像分离成两幅图 像，光学传导平板可扩大出瞳尺寸，由于光传导平板非常薄，因此整个显示装 置具有单芯片双图像、大视场、大出瞳尺寸和大眼点距的特点；同时光学透镜组中的各个透镜加工难度低，使得生产成本和可靠性都得到了保证。附图说明图1是本技术一个优选实施例中的单芯片的眼镜式显示装置的结构 示意图；图2是图1的左视图；图3是图1所示光学透镜组展开后的结构示意图； 图4是图1中所示分光耦合单元的工作原理图； 图5是图1中所示光传导平板的工作原理图； 图6是图3所示光学透镜组的工作原理图；图7是图1所示眼镜式显示装置的成像质量示意图，其中示出了场曲和畸变；图8是另一个成像质量示意图，其中示出了各视场点的点列图。 图中，l是微显示芯片，2是透镜组，21、 22、 23、 24分别是第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯片的眼镜式显示装置，其特征在于，包括微显示芯片（１），对所述微显示芯片（１）产生的图像进行放大处理的光学透镜组（２），对所述光学透镜组（２）输出的光线进行分离处理以将单一图像分离成两幅图像的分光耦合单元（３），以及将所述分光耦合单元（３）输出的光线分别传送到使用者左眼和右眼的第一光传导平板（４）和第二光导板（５）；　其中，所述微显示芯片（１）、光学透镜组（２）、分光耦合单元（３）沿着光线传播方向依次放置；所述第一、第二光传导平板位于所述分光耦合单元（３）的两侧，并分别与所述使用者左眼和右眼的观察轴线（９、１０）垂直；所述光学透镜组的轴线（８）与所述使用者左眼和右眼的观察轴线（９、１０）之间相互平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云亮，李铁才，邱祥辉，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]