透视显示器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件，其依次包含：显示光源，用于发出显示所需的图像光波；柱状透镜，对图像光波进行准直，输出准直光波；平面波导衬底，对准直光波进行反射传播形成全反射光波；楔形衬底，构成楔形光波耦合输出棱镜，对全反射光波进行耦合后输出耦合光波；以及光波扩束组，对耦合光波进行平面展开输出为可被识别的光信号，从而将图像传输到用户的视野范围内。本发明专利技术中的透视显示器件整体上具有结构紧凑，体积小重量轻，制造工艺简单这些优点，大视场；并且具有输出图像画面清晰，具有较高的分辨率，图像显示质量高，能有效规避重影对画面清晰度的影响等突出优点。

【技术实现步骤摘要】
透视显示器件
本专利技术涉及一种显示系统，具体涉及一种基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件。
技术介绍
目前，平板显示、可穿戴显示、笔记本显示等显示技术通常依靠光学器件来传输需要显示的图像信息。例如，头顶穿戴显示系统依靠光学透镜和棱镜将图片虚拟显示在人眼前方一定距离处，在不影响人眼对周围景物的可视度前提下，可以边浏览信息边走路，增强了现实感。此类系统主要的核心光学组件由三部分组成：光波输入耦合装置、光波传输衬底以及光波输出耦合装置。虽然采用常规的成像方法可以获得大的视场，但是随着视场的增加，光学系统整体的重量和体积随之急剧增加，导致此类光学系统在很多情况下的应用受到了限制。为此寻求结构轻巧、布局紧凑、拥有大视场以及高分辨率显示图像的可视光学系统逐渐成为此类成像显示系统的发展趋势。针对上述问题，本专利技术提供了一种具有大视场，输出的图像画面清晰、连续的基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有大视场，输出的图像画面清晰、连续的基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件，具有这样的特征：其依次包含：显示光源，用于发出显示所需的图像光波；柱状透镜，对图像光波进行准直，输出准直光波；平面波导衬底，对准直光波进行反射传播形成全反射光波；楔形衬底，构成楔形光波耦合输出棱镜，对全反射光波进行耦合后输出耦合光波；以及光波扩束组，对耦合光波进行平面展开，输出可被识别的光信号，从而扩大观察视场，其中，柱状透镜设置在显示光源与平面波导衬底之间，柱状透镜将准直光波折射到平面波导衬底内，楔形衬底和光波扩束组嵌合在平面波导衬底的远离显示光源的一端侧面，楔形衬底具有与端侧面相平行的且镀有增透膜的折射面，以及与折射面形成有一定夹角且镀有反射膜的反射面，该夹角朝向远离显示光源的一侧开口，楔形衬底与所述光波扩束组之间为空气间隙，光波扩束组由复数个规格相同的平行四边形微棱镜单元构成，所述平行四边形微棱镜单元相互紧密倾斜地纵向排列，通过折射面连接在楔形衬底上。在本专利技术提供的透视显示器件中，还可以具有这样的特征：其中，柱状透镜具有为平面结构的且对朝向图像光波的光波输入面及为圆弧结构的且朝向平面波导衬底的光波输出面，光波输入面和光波输出面都镀有增透膜，柱状透镜将图像光波进行耦合成准直光波后以一定的角度折射入平面波导衬底内。在本专利技术提供的透视显示器件中，还可以具有这样的特征：其中，全反射光波的一次光学长度大于光波扩束组的长度。在本专利技术提供的透视显示器件中，还可以具有这样的特征：其中，平面波导衬底为具有相互平行的上表面和下表面的平板玻璃，上表面和下表面镀有减少全反射光波能量吸收的反射膜。在本专利技术提供的透视显示器件中，还可以具有这样的特征：其中，光波扩束组具有与折射面贴合的入射平面以及与下表面齐平的展开平面，每个平行四边形微棱镜单元具有用于衔接构成展开平面的底面以及斜侧面。每个平行四边形微棱镜单元均可以单独成像地输出光信号。在本专利技术提供的透视显示器件中，还可以具有这样的特征：其中，斜侧面与展开平面之间的夹角为第一夹角βe，斜侧面在展开平面上的投影长度S、光波扩束组的高度H以及第一夹角βe之间满足下述关系：S＝H/tan(βe)。专利技术的作用与效果根据本专利技术提供的基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件，利用柱状透镜对光波进行准直；平面波导衬底对光波进行全反射传播；楔形衬底构成耦合输出棱镜将光波折射出平面波导衬底；以及光波扩束组对光波进行平面定位展开。尤其是利用楔形衬底构成耦合输出棱镜将光波耦合输出，效规避重影对画面清晰度的影响，另外，还利用光波扩束组对耦合输出的光波进行平面定位展开。因此，本专利技术中的透视显示器件在整体上具有大视场的同时，还能保证输出的图像画面清晰、连续。附图说明图1为本专利技术的实施例中透视显示器件的结构示意图；图2为图1中透视显示器件中楔形衬底的结构示意图；图3为图1中透视显示器件中光波扩束组的结构示意图；图4为图1中透视显示器件中字母A对应的放大图；以及图5为包含有本专利技术的实施例中透视显示器件的穿戴显示物品的结构示意图。图中，1.显示光源，2.图像光波，3.柱状透镜，31.光波输入面，32.光波输出面，4.平面波导衬底，41.上表面，42.下表面，5.楔形衬底，51.反射面，52折射面，6.光波扩束组，61.入射平面，62.展开平面，7.平行四边形微棱镜单元，71.斜侧面，72.底面，9.光源，10.显示组件。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术作具体阐述。实施例一图1为本专利技术的实施例中透视显示器件的结构示意图。如图1所示，本实施例中的基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件100，其依次包含：显示光源1，用于发出显示所需的图像光波2；柱状透镜3，对图像光波2进行准直，输出准直光波；平面波导衬底4，对准直光波进行反射传播形成全反射光波；楔形衬底5，构成楔形光波耦合输出棱镜，对全反射光波进行耦合后输出耦合光波；以及光波扩束组6，对耦合光波进行平面展开输出为可被识别的光信号，其中，柱状透镜3设置在显示光源1与平面波导衬底4之间，柱状透镜3将准直光波折射到平面波导衬底4内，楔形衬底5和光波扩束组6嵌合在平面波导衬底4的远离显示光源1的一端侧面，楔形衬底5具有与下表面42相平行的且镀有增透膜的折射面52，以及与折射面52形成有一定夹角且镀有反射膜的反射面51，该夹角朝向远离显示光源1的一侧开口，光波扩束组6通过折射面52连接在楔形衬底5上。显示光源1，可由OLED、LCD、Lcos等目前主流的显示光源构成，显示光源1主要用于提供显示所需的图像光波2。对于不同的显示光源1，其对比度以及制造工艺的不同，在进行光源选择时需要按照平面波导衬底4以及楔形衬底5对不同图像光波传输特性的要求进行选取，否则降低图像最后的显示质量，影响图像的分辨率。柱状透镜3根据系统中光源的大小以及为了使图像光波2能够在平面波导衬底4中利用全反射进行传输而进行相应的设计。柱状透镜3具有为平面结构的且对朝向图像光波的光波输入面31及为圆弧结构的且朝向平面波导衬底的光波输出面32，光波输入面31和光波输出面32都镀有增透膜，通过利用柱状透镜3对来自显示光源1的图像光波2进行准直，使其可以在平面波导衬底中满足全反射条件传输，从而保证图像信息不会丢失。平面波导衬底4为具有相互平行的上表面41和下表面42的平板玻璃，通常作为波导衬底的玻璃材料具有很多种可选类型，如K9、BK7等。每种材料的折射率和阿贝系数不同将导致全反射角以及材料的透过率、吸收系数不同。由于平面波导衬底4在传输全反射光波的过程中，需要在满足全反射光波在没有折射出平面波导衬底4的同时，尽可能减少材料本身对全反射光波能量的吸收，否则将导致大量的全反射光波能量在传输过程中损失掉，影响图像最终的可见度。再者平面波导衬底4材料本身的特性限制了可在平面波导衬底4中传输的图像的范围以及图像的亮度，为了扩大传输图像的范围，通常需要在上表面41和下表面42按照需求蒸镀一层反射膜，对全反射角给予一定的扩展。图2为图1中透视显示器件中楔形衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件，其特征在于，依次包含：显示光源，用于发出显示所需的图像光波；柱状透镜，对所述图像光波进行准直，输出准直光波；平面波导衬底，对所述准直光波进行反射传播形成全反射光波；楔形衬底，所述楔形衬底构成楔形光波耦合输出棱镜，对所述全反射光波进行耦合后输出耦合光波；以及，光波扩束组，对所述耦合光波进行平面展开输出为可被识别的光信号，其中，所述柱状透镜设置在所述显示光源与所述平面波导衬底之间，所述柱状透镜将所述准直光波折射到所述平面波导衬底内，所述楔形衬底和所述光波扩束组嵌合在所述平面波导衬底的远离所述显示光源的一端侧面，所述楔形衬底具有与所述端侧面相平行的且镀有增透膜的折射面，以及与所述折射面形成有一定夹角且镀有反射膜的反射面，所述夹角朝向远离所述显示光源的一侧开口，所述光波扩束组通过所述折射面连接在所述楔形衬底上。

【技术特征摘要】
1.一种基于楔形平面扩展光学波导的透视显示器件，其特征在于，依次包含：显示光源，用于发出显示所需的图像光波；柱状透镜，对所述图像光波进行准直，输出准直光波；平面波导衬底，对所述准直光波进行反射传播形成全反射光波；楔形衬底，所述楔形衬底构成楔形光波耦合输出棱镜，对所述全反射光波进行耦合后输出耦合光波；以及，光波扩束组，对所述耦合光波进行平面展开，输出可被识别的光信号，从而扩大观察视场，其中，所述柱状透镜设置在所述显示光源与所述平面波导衬底之间，所述柱状透镜将所述准直光波折射到所述平面波导衬底内，所述楔形衬底和所述光波扩束组嵌合在所述平面波导衬底的远离所述显示光源的一端侧面，所述楔形衬底具有与所述端侧面相平行的且镀有增透膜的折射面，以及与所述折射面形成有一定夹角且镀有反射膜的反射面，所述夹角朝向远离所述显示光源的一侧开口，所述楔形衬底与所述光波扩束组之间为空气间隙，所述光波扩束组由复数个规格相同的平行四边形微棱镜单元构成，所述平行四边形微棱镜单元相互紧密倾斜地纵向排列，通过所述折射面连接在所述楔形衬底上。2.根据权利要求1所述的透视显示器件，其特征在于：其中，所述柱状透镜具有为平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文君，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：