一种大视场轻量化头戴显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种大视场轻量化头戴显示装置，包括：显示像源，出光侧设有线偏振膜；第一成像棱镜单元，包括膜系单元和第一棱镜，膜系单元包括偏振反射单元并贴附于第一棱镜上远离第一成像透镜单元的一侧；第二成像棱镜单元，包括第二棱镜，并靠近膜系单元设置；第一成像透镜单元，远离第一成像棱镜单元的一侧贴附有半透半反膜；偏振转换单元，位于第一成像棱镜单元和第一成像透镜单元之间，或位于偏振反射单元和第二成像棱镜单元之间；并合理设置线偏振膜

【技术实现步骤摘要】
一种大视场轻量化头戴显示装置


[0001]本技术属于近眼显示
，具体涉及一种大视场轻量化头戴显示装置
。

技术介绍

[0002]随着
AR
产品在增强现实中的应用越来越广泛，相应的技术也在不断的发展，
AR
产品越来越受到人们的重视，是有望取代手机的下一代移动终端
。
近年来，增强现实
(Augmented Reality
，
AR)
技术，在智能穿戴设备中得到了应用并快速发展
。
增强现实技术的核心部件是光学模组，光学模组视场角
(FOV)、
厚度
、
显示效果将直接决定着智能穿戴设备的质量
。
尤其是，在做到大
FOV
且轻薄化的同时依然具有优异的像质，成为了制约
AR
技术发展的关键
。
[0003]目前
AR
方案中，能够呈现较好像质的量产方案是
Birdbath
方案，拥有
18mm
‑
20mm
的厚度，其厚度难以满足人们日常佩戴的需求
。
且轻薄化的光波导方案尚未成熟，无法提供较好的成像效果和较大的
FOV
，若要做到大
FOV
就必须加大结构尺寸，无法到达兼顾大
FOV
和小尺寸，且有较为严重的色偏和光效问题
。
因此，实现智能穿戴设备的轻薄化且拥有较好成像效果的方案迫在眉睫
。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于针对上述问题，提出一种大视场轻量化头戴显示装置，在增大视场角的同时实现轻薄化，保证了成像质量，且具备屈光度调节功能
。
[0005]为实现上述目的，本技术所采取的技术方案为：
[0006]本技术提出的一种大视场轻量化头戴显示装置，包括显示像源
、
第一成像棱镜单元
、
第二成像棱镜单元
、
第一成像透镜单元和偏振转换单元，其中：
[0007]显示像源，出光侧设有线偏振膜；
[0008]第一成像棱镜单元，包括膜系单元和第一棱镜，膜系单元包括偏振反射单元并贴附于第一棱镜上远离第一成像透镜单元的一侧；
[0009]第二成像棱镜单元，包括第二棱镜，并靠近膜系单元设置；
[0010]第一成像透镜单元，远离第一成像棱镜单元的一侧贴附有半透半反膜；
[0011]偏振转换单元，位于第一成像棱镜单元和第一成像透镜单元之间，或位于偏振反射单元和第一成像棱镜单元之间；
[0012]线偏振膜的厚度为
60nm
～
250nm
，膜系单元的厚度为
90nm
～
280nm
，偏振转换单元的厚度为
30nm
～
100nm
，半透半反膜的厚度为
50nm
～
300nm
；
[0013]显示像源发出的成像光线由线偏振膜转换为线偏振光，线偏振光进入第一成像棱镜单元发生全反射后到达膜系单元，并由膜系单元反射至第一成像透镜单元，再由第一成像透镜单元反射回第一成像棱镜单元，并依次透过膜系单元和第二成像棱镜单元到达人眼成像
。
[0014]优选地，偏振转换单元为
1/4
波片，膜系单元的反射轴和偏振转换单元的慢轴之间
的夹角为
45
°±1°
。
[0015]优选地，各棱镜为三角棱镜，偏振反射单元为偏振反射膜
。
[0016]优选地，膜系单元还包括偏振吸收单元，偏振吸收单元为偏振吸收膜，并位于偏振反射单元和第二成像棱镜单元之间，且偏振吸收单元的吸收轴与偏振反射单元的反射轴相互平行
。
[0017]优选地，显示像源还相对第一成像棱镜单元移动，且移动距离小于
5mm。
[0018]优选地，显示像源相对第一成像棱镜单元移动的方向与显示像源的光轴方向之间的夹角为0°
～
15
°
。
[0019]优选地，大视场轻量化头戴显示装置还包括第二成像透镜单元，第二成像透镜单元位于显示像源的出光侧，线偏振光经第二成像透镜单元进入第一成像棱镜单元
。
[0020]优选地，第二成像透镜单元的焦距为
5mm
～
50mm。
[0021]优选地，显示像源和第二成像透镜单元还相对第一成像棱镜单元同步移动，且移动距离小于
4mm。
[0022]优选地，显示像源和第二成像透镜单元相对第一成像棱镜单元同步移动的方向与显示像源的光轴方向之间的夹角为0°
～
10
°
。
[0023]优选地，第二成像棱镜单元靠近人眼的一侧还设有偏光片，偏光片的厚度为
60nm
～
250nm。
[0024]优选地，各成像透镜单元包括至少一枚透镜
。
[0025]优选地，各透镜的镜面面型为球面
、
非球面
、
自由曲面
、
菲涅尔面和平面的自由组合
。
[0026]优选地，第一成像透镜单元为曲面透镜
。
[0027]优选地，非球面满足如下公式：
[0028][0029]其中，
z
为矢高，
Y
为透镜中心高度，
k
为圆锥系数，
C
为曲率，
a
i
为第
i
次非球面系数，
N
为正整数
。
[0030]优选地，显示像源为
OLED
显示器
、LCOS
显示器
、Microled
显示器
、DLP
显示器
、LBS
显示器其中一种
。
[0031]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0032]该大视场轻量化头戴显示装置采用折叠光路
(Pancake)
方案，通过第一成像棱镜单元
、
第二成像棱镜单元和第一成像透镜单元组成的折叠式光学元件，利用光的折射
、
反射和偏振原理，增加了镜间反射次数实现多次折叠光路，以具有更短的光路，在增大视场角
FOV
的同时能做到轻薄化，保证成像质量，且具备屈光度调节功能，如
FOV
从传统
Birdbath
方案的
48
°
增加到
60
°
以上，厚度在传统
Birdbath
方案的
18mm
‑
20mm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：所述大视场轻量化头戴显示装置包括显示像源
(1)、
第一成像棱镜单元
(2)、
第二成像棱镜单元
(3)、
第一成像透镜单元
(4)
和偏振转换单元，其中：所述显示像源
(1)
，出光侧设有线偏振膜；所述第一成像棱镜单元
(2)
，包括膜系单元和第一棱镜，所述膜系单元包括偏振反射单元并贴附于所述第一棱镜上远离所述第一成像透镜单元
(4)
的一侧；所述第二成像棱镜单元
(3)
，包括第二棱镜，并靠近所述膜系单元设置；所述第一成像透镜单元
(4)
，远离所述第一成像棱镜单元
(2)
的一侧贴附有半透半反膜；所述偏振转换单元，位于所述第一成像棱镜单元
(2)
和第一成像透镜单元
(4)
之间，或位于所述偏振反射单元和第一成像棱镜单元
(2)
之间；所述线偏振膜的厚度为
60nm
～
250nm
，所述膜系单元的厚度为
90nm
～
280nm
，所述偏振转换单元的厚度为
30nm
～
100nm
，所述半透半反膜的厚度为
50nm
～
300nm
；所述显示像源
(1)
发出的成像光线由所述线偏振膜转换为线偏振光，所述线偏振光进入所述第一成像棱镜单元
(2)
发生全反射后到达所述膜系单元，并由所述膜系单元反射至所述第一成像透镜单元
(4)
，再由所述第一成像透镜单元
(4)
反射回所述第一成像棱镜单元
(2)
，并依次透过所述膜系单元和第二成像棱镜单元
(3)
到达人眼
(6)
成像
。2.
如权利要求1所述的大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：所述偏振转换单元为
1/4
波片，所述膜系单元的反射轴和偏振转换单元的慢轴之间的夹角为
45
°±1°
。3.
如权利要求1所述的大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：各所述棱镜为三角棱镜，所述偏振反射单元为偏振反射膜
。4.
如权利要求1所述的大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：所述膜系单元还包括偏振吸收单元，所述偏振吸收单元为偏振吸收膜，并位于所述偏振反射单元和第二成像棱镜单元
(3)
之间，且所述偏振吸收单元的吸收轴与所述偏振反射单元的反射轴相互平行
。5.
如权利要求1所述的大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：所述显示像源
(1)
还相对所述第一成像棱镜单元
(2)
移动，且移动距离小于
5mm。6.
如权利要求5所述的大视场轻量化头戴显示装置，其特征在于：所述显示像源
(1)
相对所述第一成像棱镜单元
(2)
移动的方向与所述显示像源

【专利技术属性】
技术研发人员：夏傑，陈朋波，杜晖，江超群，
申请(专利权)人：杭州灵伴科技有限公司，
类型：新型
国别省市：