光学显示模组及近眼显示设备的制作方法

1.本公开涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种光学显示模组及一种近眼显示设备。


背景技术：

2.增强现实技术(augmented reality，简称ar)是在展示真实场景的同时，通过图像、视频、3d模型等技术为用户提供虚拟信息，实现将虚拟信息与现实世界巧妙地相互融合，为用户提供超越现实的感官。当前在众多ar光学解决方案中，birdbath方案以其低成本，结构紧凑，较好的光学效果等因素受到大量的关注。在birdbath方案中，通过光路中的偏振元件操纵显示器输出图像，使该图像与外部环境光叠加输入人眼。而偏振元件都是针对轴向光进行设计，因此在传输图像时仅在轴向不会发生漏光，而非轴向特别是大视角时会发生严重的漏光，从而导致各个视角的显示能力不均匀(斜视能力小于正视能力)。
3.图1示出了一种传统birdbath结构漏光示意图，在该结构中，轴向光路不会漏光，即轴向信号光在第二次入射到反射式偏振片时全部被反射，而大角度的信号光会在第一次入射到反射式偏振片以及第二次入射到反射式偏振片时均发生漏光，如图1中的漏光1和漏光2，这些漏光会导致斜视能力小于正视能力。
4.背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

5.有鉴于现有的一个或多个缺陷，本实用新型提供一种光学显示模组，包括：
6.反射式偏振片，配置成接收第一线偏光并透射，还配置成接收第二线偏光并反射至观察端以及接收环境光并透射至观察端；
7.反射镜组，设置于所述反射式偏振片的靠近观察端的一侧，配置成将透射的第一线偏光转换为所述第二线偏光；
8.第一相位补偿单元，设置于所述反射式偏振片的远离观察端的一侧，配置成补偿入射至所述反射式偏振片的第一线偏光的相位；和/或
9.第二相位补偿单元，设置于所述反射式偏振片和所述反射镜组之间，配置成补偿入射至所述反射式偏振片的第二线偏光的相位；
10.其中，所述反射式偏振片轴向与所述反射镜组轴向夹角在30到60度之间。
11.根据本实用新型的一个方面，所述光学显示模组还包括：
12.第一偏振片，设置于所述第一相位补偿单元的光路上游，配置成接收信号光并调制成所述第一线偏光；和
13.透镜单元，设置于所述第一相位补偿单元和所述反射式偏振片之间，配置成对相位补偿后的第一线偏光进行放大变焦并投射至所述反射式偏振片。
14.根据本实用新型的一个方面，其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述第一
偏振片的透光轴正交的平面内、或与所述第一偏振片的吸光轴正交的平面内。
15.根据本实用新型的一个方面，所述光学显示模组还包括：
16.第一偏振片，设置于所述第一相位补偿单元的光路上游，配置成接收信号光并调制成所述第一线偏光；和
17.透镜单元，设置于所述第一偏振片和所述第一相位补偿单元之间，配置成对所述第一线偏光进行放大变焦并投射至所述第一相位补偿单元。
18.根据本实用新型的一个方面，其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述反射式偏振片的透光轴正交的平面内、或与所述反射式偏振片反射轴正交的平面内。
19.根据本实用新型的一个方面，其中所述反射镜组包括：
20.相位延迟单元，配置成接收透射的第一线偏光并转换为圆偏光；和
21.反射单元，配置成接收所述圆偏光并反射；
22.其中，所述相位延迟单元还配置成接收被反射的圆偏光并转换为所述第二线偏光。
23.根据本实用新型的一个方面，其中所述第二相位补偿单元设置于所述反射式偏振片和所述相位延迟单元之间，并且所述第二相位补偿单元的光轴与所述反射式偏振片的透光轴正交的平面内、或与所述反射式偏振片反射轴正交的平面内。
24.根据本实用新型的一个方面，其中所述第二相位补偿单元设置于所述反射式偏振片和所述相位延迟单元之间，并且所述第二相位补偿单元的光轴位于与第一线偏光偏振方向正交的平面内、或与第二线偏光偏振方向正交的平面内。
25.根据本实用新型的一个方面，其中所述相位延迟单元为四分之一波片。
26.根据本实用新型的一个方面，其中所述反射单元具有曲面面型，并朝向所述相位延迟单元弯曲。
27.本实用新型还涉及一种近眼显示设备，包括：
28.显示屏；和
29.如上所述的光学显示模组，设置在所述显示屏的光路下游。
30.本实用新型在birdbath基本结构上进行改进，减小偏振元件在大视角下产生的漏光，从而增强斜视能力，消除或降低非轴向光的漏光的同时对轴向光无影响，从而在各个视角上提供均匀的显示能力。
附图说明
31.构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
32.图1示出了一种传统birdbath结构漏光示意图；
33.图2a-图2f示出了本实用新型多个实施例的光学显示模组结构示意图；图3示出了本实用新型一个实施例的光学显示模组光路示意图。
具体实施方式
34.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实
施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
37.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
39.本实用新型在birdbath基本结构上进行改进，减小偏振元件在大视角下产生的漏光，从而增强斜视能力，消除或降低非轴向光的漏光的同时对轴向光无影响，从而在各个视角上提供均匀的显示能力。
40.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
41.图2a示出了本实用新型一个实施例的光学显示模组结构示意图，光学显示模组包括反射式偏振片3、反射镜组、第一相位补偿单元51和第二相位补偿单元52，具体介绍如下：
42.反射式偏振片3，配置成接收第一线偏光并透射，还配置成接收第二线偏光并反射至观察端以及接收环境光并透射至观察端。
43.继续参考图2a，信号光沿光路81传播时为轴向光线，信号光沿光路91传播时为大角度非轴向光线。沿光路81传播的信号光转换为第一线偏光后入射至反射式偏振片3并透射，透射后的第一线偏光转换为第二线偏光再次入射至反射式偏振片3并全部被反射至观
察端。由图2a可见，轴向信号光在传输时不会发生漏光。如果未采用本实用新型的方案，沿光路91传播的信号光转换为第一线偏光后入射至反射式偏振片3，部分反射形成漏光1，部分透射的第一线偏光转换为第二线偏光再次入射至反射式偏振片3，第二线偏光部分透射形成漏光2，部分反射至观察端。由此可见，非轴向信号光在传输时会发生漏光，并且视角越大漏光越严重。如果采用本实用新型的方案，可以消除或减小漏光1和/或漏光2，从而增强斜视能力，以在各个视角上提供均匀的显示能力。无论是否采用本实用新型的方案，沿光路81传播的轴向信号光均不会发生漏光。
44.继续参考图2a，在环境光传输时，沿光路82传播的轴向光以及沿光路92传播的非轴向光经过反射式偏振片3透射至观察端。
45.反射镜组，设置于所述反射式偏振片3的靠近观察端的一侧，配置成将透射的第一线偏光转换为所述第二线偏光。
46.继续参考图2a，沿光路81传播的信号光转换为第一线偏光后入射至反射式偏振片3并透射，透射后的第一线偏光入射至反射镜组被转换为第二线偏光，第二线偏光返回反射式偏振片3并被全部反射至观察端。
47.第一相位补偿单元51，设置于所述反射式偏振片3的远离观察端的一侧，配置成补偿入射至所述反射式偏振片3的第一线偏光的相位。
48.第二相位补偿单元52，设置于所述反射式偏振片3和所述反射镜组之间，配置成补偿入射至所述反射式偏振片3的第二线偏光的相位。
49.继续参考图2a，第一相位补偿单元51配置为使得经过其并首次到达所述反射式偏振片3的光全部透射，第二相位补偿单元52配置为使得经过其并首次到达所述反射式偏振片3的光全部被反射。
50.以上对光学显示模组的主要结构进行了介绍，其中所述反射式偏振片3轴向与所述反射镜组轴向夹角在30到60度之间。优选地，反射式偏振片3的轴向与分光镜组的轴向夹角为45度，以实现更加紧凑的、更适于佩戴的结构。
51.根据本实用新型的一个优选实施例，所述光学显示模组还包括第一偏振片1和透镜单元2，具体如下：
52.第一偏振片1，设置于所述第一相位补偿单元的光路上游，配置成接收信号光并调制成所述第一线偏光。第一偏振片1例如由二向色性材料制成，当信号光通过第一偏振片1时，其中正交偏振分量之一被偏振片吸收，另一分量被调制成第一线偏光。
53.透镜单元2，设置于所述第一相位补偿单元和所述反射式偏振片之间，配置成对相位补偿后的第一线偏光进行放大变焦并投射至所述反射式偏振片。
54.图3示出了本实用新型一个实施例的光学显示模组光路示意图，结合图2a，光学显示模组包括：第一偏振片1、第一相位补偿单元51、透镜单元2、反射式偏振片3、第二相位补偿单元52以及反射镜组。第一偏振片1用于接收显示屏(未示出)发出的图像信号光a1并产生第一线偏光a2；第一线偏光a2经过第一相位补偿单元51变为第一线偏光a3，再经过透镜单元2变为第一线偏光a4，第一线偏光a4入射到反射式偏振片3时全部透射；透射光a5经过第二相位补偿单元52变为第一线偏光a6，第一线偏光a6经过反射镜组后转换为第二线偏光a9，第二线偏光a9经过第二相位补偿单元52变为第二线偏光a10，被反射式偏振片3接收并全部被反射，反射光a11进入人眼。
55.根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述第一相位补偿单元51的光轴位于与所述第一偏振片1的透光轴正交的平面内、或与所述第一偏振片1的吸光轴正交的平面内。
56.根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述第二相位补偿单元52设置于所述反射式偏振片3和所述相位延迟单元41之间，并且所述第二相位补偿单元的光轴位于与第一线偏光偏振方向正交的平面内、或与第二线偏光偏振方向正交的平面内。
57.继续参考图2a，第二相位补偿单元52设置于反射式偏振片3和反射镜组之间，与反射镜组相邻并平行设置，第二相位补偿单元52的光轴位于与入射至反射镜组的第一线偏光偏振方向正交的平面内、或与从反射镜组出射的第二线偏光偏振方向正交的平面内。
58.根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述反射镜组包括相位延迟单元41和反射单元42，具体如下：
59.相位延迟单元41，配置成接收透射的第一线偏光并转换为圆偏光。
60.反射单元42，配置成接收所述圆偏光并反射。
61.其中，所述相位延迟单元还配置成接收被反射的圆偏光并转换为所述第二线偏光。
62.结合图3和图2a，第一偏振片1接收显示屏(未示出)发出的图像信号光a1并产生第一线偏光a2；第一线偏光a2经过第一相位补偿单元51变为第一线偏光a3，再经过透镜单元2变为第一线偏光a4，第一线偏光a4入射到反射式偏振片3时全部透射；透射光a5经过第二相位补偿单元52变为第一线偏光a6，第一线偏光a6经过反射镜组中的相位延迟单元41后转换为圆偏光a7，圆偏光a7被反射单元42反射为圆偏光a8，圆偏光a8经相位延迟单元41后转换为第二线偏光a9，第二线偏光a9经过第二相位补偿单元52变为第二线偏光a10，被反射式偏振片3接收并全部被反射，反射光a11进入人眼。
63.综上所述，针对现有的birdbath结构，在第一偏振片1下游以及反射式偏振片3上游设置第一相位补偿单元51以及在反射式偏振片3和反射单元42间设置第二相位补偿单元52，通过第一相位补偿单元51消除光路中的漏光1，通过第二相位补偿单元52消除光路中的漏光2，以增强斜视能力，并在各个视角上提供均匀的显示能力。根据应用场景和需求，第一相位补偿单元51和第二相位补偿单元52还可以设置在光路中的其它位置，或者仅设置第一相位补偿单元51，或者仅设置第二相位补偿单元52，以下通过实施例进一步介绍。
64.根据本实用新型的另一个优选实施例，参考图2b，所述光学显示模组还包括第一偏振片1和透镜单元2，具体如下：
65.第一偏振片1，设置于所述第一相位补偿单元51的光路上游，配置成接收信号光并调制成所述第一线偏光。
66.透镜单元2，设置于所述第一偏振片1和所述第一相位补偿单元51之间，配置成对所述第一线偏光进行放大变焦并投射至所述第一相位补偿单元51。
67.根据本实用新型的另一个优选实施例，参考图2b，其中所述第一相位补偿单元51的光轴位于与所述反射式偏振片3的透光轴正交的平面内、或与所述反射式偏振片反射轴正交的平面内。
68.根据本实用新型的另一个优选实施例，参考图2b，其中所述第二相位补偿单元52设置于所述反射式偏振片3和所述相位延迟单元41之间，并且所述第二相位补偿单元52的光轴与所述反射式偏振片3的透光轴正交的平面内、或与所述反射式偏振片反射轴正交的
平面内。
69.图2b示出了本实用新型另一个实施例的光学显示模组示意图，与图2a实施例不同之处在于：在图2a实施例中，第一相位补偿单元51设置于第一偏振片1和透镜单元2之间，第二相位补偿单元52设置于反射式偏振片3与相位延迟单元41之间并与相位延迟单元41相邻且平行；在图2b实施例中，第一相位补偿单元51设置于透镜单元2和反射式偏振片3之间，第二相位补偿单元52设置于反射式偏振片3与相位延迟单元41之间并与反射式偏振片3相邻，第一相位补偿单元51、第二相位补偿单元52以及反射式偏振片3相邻且平行。通过第一相位补偿单元51消除光路中的漏光1，通过第二相位补偿单元52消除光路中的漏光2，以增强斜视能力，并在各个视角上提供均匀的显示能力。
70.图2c示出了本实用新型另一个实施例的光学显示模组示意图，与图2a实施例不同之处在于：没有设置第二相位补偿单元52，此时无法消除漏光2，但可以消除或降低漏光1，仍能增强斜视能力。
71.图2d示出了本实用新型另一个实施例的光学显示模组示意图，与图2a实施例不同之处在于：没有设置第二相位补偿单元52，并且将第一相位补偿单元51设置于透镜单元2和反射式偏振片3之间，与反射式偏振片3相邻且平行。此时无法消除漏光2，但可以消除或降低漏光1，仍能增强斜视能力。
72.图2e示出了本实用新型另一个实施例的光学显示模组示意图，与图2a实施例不同之处在于：没有设置第一相位补偿单元51，此时无法消除漏光1，但可以消除或降低漏光2，仍能增强斜视能力。
73.图2f示出了本实用新型另一个实施例的光学显示模组示意图，与图2a实施例不同之处在于：没有设置第一相位补偿单元51，并且将第二相位补偿单元52设置于与反射式偏振片3相邻且平行的位置。此时无法消除漏光1，但可以消除或降低漏光2，仍能增强斜视能力。
74.以上通过多个实施例对本实用新型进行了介绍，本实用新型在birdbath基本结构上进行改进，减小偏振元件在大视角下产生的漏光，以在各个视角上提供均匀的显示能力。
75.根据本实用新型的另一个优选实施例，其中所述相位延迟单元41为四分之一波片。
76.第一偏振片1、相位延迟单元41、第一相位补偿单元51、第二相位补偿单元52中的一个或多个为依附于承靠面的膜层，例如贴附在透镜表面，透镜表面可以为平面也可以为曲面，都在本实用新型的保护范围内。
77.优选地，其中所述第一相位补偿单元51和/或第二相位补偿单元52包括正a膜、负a膜、正b膜、负b膜、正c膜、负c膜、z膜中的一种或多种相位补偿膜膜片。
78.第一相位补偿单元51和/或第二相位补偿单元52可以包含单个的正a膜(nz＝ny＜nx)、负a膜(nz＝ny》nx)、正c膜(nz＞nx＝ny)、负c膜(nz《nx＝ny)、正b膜(nz＜ny＜nx)、负b膜(nz＞nx＞ny)、z膜(nx＞nz＞ny)等其他类型的相位补偿膜膜片，也可是多个这些膜片的组合。其中，nx，ny、nz分别为膜片在三维坐标系内的折射率。
79.根据本实用新型的另一个优选实施例，其中所述反射单元42具有曲面面型，并朝向所述相位延迟单元41弯曲。
80.本实用新型还涉及一种近眼显示设备，包括：
81.显示屏；和
82.如上所述的光学显示模组，设置在所述显示屏的光路下游。
83.本实用新型的近眼显示设备基于birdbath设计，并在birdbath基本结构上进行改进，减小偏振元件在大视角下产生的漏光，从而增强斜视能力，消除或降低非轴向光的漏光的同时对轴向光无影响，从而在各个视角上提供均匀的显示能力。
84.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。