无光机阵列光波导近眼显示装置和增强现实显示设备的制作方法

1.本公开涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及一种无光机阵列光波导近眼显示装置和增强现实显示设备。


背景技术：

2.现有ar阵列光波导模组主要由三部分组成：微显、光机、阵列光波导。
3.微显示器一般有lcos、micro oled、micro led、dlp等等；
4.光机是将微显示器发出或反射出的光进行调制，使其变成平行光进入阵列光波导之中；
5.阵列光波导又称几何光波导，如图1所示，经过光机调制后的平行光进入波导后进行全反射传播，传播到阵列分光膜后实现分光，部分光反射到人眼，其余的光线继续传播到下一片分光膜并重复上述过程，实现一维扩瞳，以增加阵列光波导光机模组的眼动范围。


技术实现要素：

6.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种无光机阵列光波导近眼显示装置和增强现实显示设备，以提高光效利用率。
7.根据本公开实施例的第一方面，提供一种无光机阵列光波导近眼显示装置，用于增强现实显示设备，包括：显示元件、耦入元件、波导板、耦出元件、偏振转换元件和反射元件；
8.所述显示元件，贴合到所述耦入元件上，包括微显示器和起偏器，所述微显示器和起偏器贴合设置，所述微显示器发出的光线经所述起偏器偏振之后通过所述耦入元件射入所述波导板；
9.所述耦入元件，位于所述波导板的耦入区域；
10.所述波导板，用于将耦入的偏振光线采用全反射的方式传输至偏振转换元件；
11.所述偏振转换元件，用于对偏振光线进行转换之后传输至所述反射元件；
12.所述反射元件，用于将接收的偏振光线调制成平行光反射至耦出元件；
13.所述耦出元件，位于所述波导板的耦出区域，用于将接收的光线耦出至人眼。
14.在一个实施例中，优选地，所述偏振转换元件包括1/4波片。
15.在一个实施例中，优选地，所述反射元件包括内反射镜。
16.在一个实施例中，优选地，所述耦出元件包括偏振分光膜阵列。
17.在一个实施例中，优选地，所述偏振分光膜阵列包括平行且倾斜设置的多个偏振分光膜阵列基片，所述偏振分光膜阵列可对s偏振光波或p偏振光波进行耦出。
18.在一个实施例中，优选地，所述多个偏振分光膜阵列基片为等间距平行设置，任意两个偏振分光膜阵列基片之间的间距均为预设间距，所述偏振分光膜阵列基片的倾斜角度为预设角度。
19.在一个实施例中，优选地，所述各个偏振分光膜阵列基片的倾斜面上均镀有分光
膜。
20.在一个实施例中，优选地，所述偏振分光膜阵列中分光膜的分光比沿着波导方向依次减少。
21.在一个实施例中，优选地，当起偏器偏振后的偏振光为p光时，所述偏振分光膜阵列对p偏振光波进行耦出，当起偏器偏振后的偏振光为s光时，所述偏振分光膜阵列对s偏振光波进行耦出。
22.根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实显示设备，包括上述技术方案中任一项所述的无光机阵列光波导近眼显示装置。
23.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24.本发明实施例中，不需要光机，而是将微显示器和起振器直接贴合在耦入区域，从而不需要光机，并且可以保留更多的微显示器发出的光，提高光效利用率。
25.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
27.图1是相关技术中阵列光波导的示意图。
28.图2是根据一示例性实施例示出的一种无光机阵列光波导近眼显示装置的结构示意图。
29.图3是根据一示例性实施例示出的另一种无光机阵列光波导近眼显示装置的俯视图。
30.图4是根据一示例性实施例示出的另一种无光机阵列光波导近眼显示装置的前视图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.图2是根据一示例性实施例示出的一种无光机阵列光波导近眼显示装置的结构示意。如图2所示，无光机阵列光波导近眼显示装置，用于增强现实显示设备，无光机阵列光波导近眼显示包括：显示元件21、耦入元件22、波导板23、耦出元件24、偏振转换元件25和反射元件26；
33.所述显示元件21，贴合到所述耦入元件22上，包括微显示器211和起偏器212，所述微显示器211和起偏器212贴合设置，所述微显示器211发出的光线经所述起偏器212偏振之后通过所述耦入元件22射入所述波导板23；
34.所述耦入元件22，位于所述波导板的耦入区域；
35.所述波导板23，用于将耦入的偏振光线采用全反射的方式传输至偏振转换元件；
36.所述偏振转换元件25，用于对偏振光线进行转换之后传输至所述反射元件26；
37.所述反射元件26，用于将接收的偏振光线调制成平行光反射至耦出元件；
38.所述耦出元件24，位于所述波导板的耦出区域，用于将接收的光线耦出至人眼。
39.在一个实施例中，优选地，所述偏振转换元件25包括1/4波片。
40.在一个实施例中，优选地，所述反射元件26包括内反射镜。
41.在一个实施例中，优选地，所述耦出元件24包括偏振分光膜阵列。
42.在一个实施例中，优选地，所述偏振分光膜阵列包括平行且倾斜设置的多个偏振分光膜阵列基片，所述偏振分光膜阵列可对s偏振光波或p偏振光波进行耦出。
43.在一个实施例中，优选地，所述多个偏振分光膜阵列基片为等间距平行设置，任意两个偏振分光膜阵列基片之间的间距均为预设间距，所述偏振分光膜阵列基片的倾斜角度为预设角度。
44.在一个实施例中，优选地，所述各个偏振分光膜阵列基片的倾斜面上均镀有分光膜。
45.在一个实施例中，优选地，所述偏振分光膜阵列中分光膜的分光比沿着波导方向依次减少。
46.在一个实施例中，优选地，当起偏器偏振后的偏振光为p光时，所述偏振分光膜阵列对p偏振光波进行耦出，当起偏器偏振后的偏振光为s光时，所述偏振分光膜阵列对s偏振光波进行耦出。
47.其中，当耦出元件的形状不同时，如图3和图4所示，内反射镜的形状也会不同，但是，光的传输原理是相同的。具体为：微显示器直接贴合到波导片的耦入区域，微显示器是一个面光源，面上的每一个点都是一个点光源。每一个点发出的光经起偏器起偏之后变成纯的p光(或s光)，该光进入波导片之后将沿着波导方向向后传播。在往右传播的过程中，由于偏振分光膜阵列的膜系只对s光(或p光)起反射作用，而另一种偏振态的光线全透射，因此在到达内底部反射镜前不会发生分光，不会存在能量损失。到达内凹反射镜将光线调制成平行光后反射回波导内部继续传播，由于光线两次进过内反射镜前后的1/4波片，原先的p光(或s光)的偏振态发生变化，变成了s光(或p光)，当转换偏振态后的平行光传播到阵列偏振分光面处反射出到达人眼。
48.其中，如图2
‑
4所示，分光膜从右往左分光比依次增加，例如，假设最右侧反射率为α，则右侧第二个分光膜反射率为α/(1
‑
α)，右三个分光膜为α/(1
‑
2α)，
…
，依次增加，不局限于4层分光膜)。
49.根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实显示设备，包括上述技术方案中任一项所述的无光机阵列光波导近眼显示装置。
50.其中，增强现实显示设备可以是ar眼镜或ar头盔等设备。
51.进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
52.进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应
限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
53.进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
54.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
55.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。