一种近眼显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种近眼显示装置。该近眼显示装置包括：显示单元；光波导，光波导包括耦入结构和耦出结构，耦入结构用于将显示单元输出的光束耦合入光波导内，耦出结构用于将光波导内的光束输出；放大单元，放大单元包括第一透镜和第二透镜，第一透镜位于光波导的第一侧，第二透镜位于光波导的第二侧，第一透镜的某一焦平面与第二透镜的某一焦平面共面设置；耦出结构输出的光束入射至第一透镜发生反射，反射的光束依次经过光波导和第二透镜透射后入射至人眼。本发明专利技术实施例的技术方案，在采用低折射率材料前提下，可以实现较大的视场角，且可以实现较大的出瞳距离到眼点的距离。且可以实现较大的出瞳距离到眼点的距离。且可以实现较大的出瞳距离到眼点的距离。

【技术实现步骤摘要】
一种近眼显示装置


[0001]本专利技术实施例涉及光学技术，尤其涉及一种近眼显示装置。

技术介绍

[0002]随着显示技术的发展，用于增强现实(Augmented Reality，AR)或虚拟现实(Virtual Reality，VR)的近眼显示技术应用越来越广泛。例如，AR显示装置可以让人们在查看周围环境的同时，观看正在放映的虚拟图像，虚拟图像叠加在用户感知的真实世界上，能够营造更逼真的体验，用户沉浸感更强。
[0003]现有的近眼显示装置中，多数应用Birdbath、棱镜、自由曲面、光波导等技术。在前三种方案中都存在着增大视场角和减小体积的矛盾；为了解决这个问题，研究人员提出光波导方案，但是在阵列光波导方案中，AR显示装置的视场角普遍较小，现已知的设备视场角最大的约为42
°
，这是因为制作阵列光波导的材料以及阵列光波导本身引入的鬼像两个方面共同限制决定的。
[0004]若要增大视场角，比较可行的方案是采用更高折射率的材料，但是这种方法会使得加工工艺难度提升，也伴随着成本的提高。如何在不显著增加成本的同时增大近眼显示装置的视场角，是近眼显示装置进一步发展应用需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种近眼显示装置，该装置在采用低折射率材料前提下，可以实现较大的视场角，且可以实现较大的出瞳距离到眼点的距离。
[0006]本专利技术实施例提供一种近眼显示装置，包括：
[0007]显示单元；
[0008]光波导，所述光波导包括耦入结构和耦出结构，所述耦入结构用于将所述显示单元输出的光束耦合入所述光波导内，所述耦出结构用于将所述光波导内的光束输出；
[0009]放大单元，所述放大单元包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述光波导的第一侧，所述第二透镜位于所述光波导的第二侧，所述第一透镜的某一焦平面与所述第二透镜的某一焦平面共面设置；
[0010]所述耦出结构输出的光束入射至所述第一透镜发生反射，反射的光束依次经过所述光波导和所述第二透镜透射后入射至人眼。
[0011]可选的，所述第一透镜和所述第二透镜均包括凸透镜，所述第一透镜和所述第二透镜的距离为f1+f2，其中f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距。
[0012]可选的，所述第一透镜包括凸透镜，所述第二透镜包括凹透镜，所述第一透镜和所述第二透镜的距离为f1‑
f2，其中f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距的绝对值。
[0013]可选的，所述光波导包括平行设置的第一平面和第二平面，光束在所述光波导内传输时在所述第一平面和所述第二平面发生全反射。
[0014]可选的，所述耦入结构包括位于所述第一平面和所述第二平面之间的棱镜或反射镜。
[0015]可选的，所述耦出结构包括至少两个平行设置的分束镜，所述分束镜平行设置于所述第一平面和所述第二平面之间，且与所述第一平面具有预设夹角；
[0016]入射至所述分束镜的部分光线发生反射后输出，另一部分光线发生透射，在所述光波导内继续传输。
[0017]可选的，还包括：
[0018]成像单元，所述成像单元设置于所述显示单元和所述耦入结构之间，所述成像单元用于将所述显示单元出射的光束转换为平行光后入射至所述耦入结构。
[0019]可选的，所述成像单元包括至少一个具有汇聚作用的透镜。
[0020]可选的，所述显示单元包括微有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或液晶显示器。
[0021]可选的，所述近眼显示装置包括虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。
[0022]本专利技术实施例提供的近眼显示装置，包括显示单元、光波导和放大单元，光波导包括耦入结构和耦出结构，放大单元包括第一透镜和第二透镜，第一透镜位于光波导的第一侧，第二透镜位于光波导的第二侧，第一透镜的某一焦平面与第二透镜的某一焦平面共面设置。通过显示单元出射成像光束，成像光束经过耦入结构耦合入光波导内，通过耦出结构将光波导内的光束输出；通过放大单元设置第一透镜和第二透镜，耦出结构输出的光束入射至第一透镜发生反射，反射的光束依次经过光波导和第二透镜透射后将视场角放大的光线传输至人眼。该装置的光波导无需使用高折射率材料，可以在采用低折射率材料前提下，实现较大的视场角，且可以实现较大的出瞳距离到眼点的距离。
附图说明
[0023]图1为一种光波导内光线传输的光路示意图；
[0024]图2为另一种光波导内光线传输的光路示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的一种近眼显示装置的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例提供的一种放大单元的光路原理示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例提供的另一种近眼显示装置的结构示意图；
[0028]图6为本专利技术实施例提供的另一种放大单元的光路原理示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例提供的一种光波导的结构示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例提供的又一种近眼显示装置的结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0032]在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。需要注意的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解
的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0033]图1为一种光波导内光线传输的光路示意图，参考图1，光波导包括分束镜1和分束镜2，光线经过分束镜1时部分光线反射，耦出到光波导外，部分光线透射，继续在光波导内传播。θ表示光波导内分束镜1和分束镜2的倾角，实线表示在光波导入射角度为α
in
的平行光，虚线表示在光波导入射角度为α
in
‑0的平行光，入射角为α
in
‑0的平行光在被分束镜2耦出时，出射方向与光波导表面垂直。假设光波导材料折射率为n，则波导片全反射临界角α
c
为：
[0034][0035]所以，理论上光波导可传输的最大视场角(波导内部)FOV
max
为：
[0036]FOV
max
＝90
°‑
θ(2)
[0037]图2为另一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：显示单元；光波导，所述光波导包括耦入结构和耦出结构，所述耦入结构用于将所述显示单元输出的光束耦合入所述光波导内，所述耦出结构用于将所述光波导内的光束输出；放大单元，所述放大单元包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述光波导的第一侧，所述第二透镜位于所述光波导的第二侧，所述第一透镜的某一焦平面与所述第二透镜的某一焦平面共面设置；所述耦出结构输出的光束入射至所述第一透镜发生反射，反射的光束依次经过所述光波导和所述第二透镜透射后入射至人眼。2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均包括凸透镜，所述第一透镜和所述第二透镜的距离为f1+f2，其中f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距。3.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一透镜包括凸透镜，所述第二透镜包括凹透镜，所述第一透镜和所述第二透镜的距离为f1‑
f2，其中f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距的绝对值。4.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述光波导包括平行设置的第一平...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志远，郑昱，赵鑫，
申请(专利权)人：北京灵犀微光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：