CN111624768A - 一种反射折叠波导显示*** - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种反射折叠波导显示***，其中，所述反射折叠波导显示***包括显示图像源、波导基底、波导内反射面和波导反射出射面，所述波导基底用于将来自所述显示图像源的光束反射至所述波导内反射面上，所述波导内反射面用于将所述光束反射至所述波导反射出射面上，所述波导反射出射面用于将所述光束直接反射至人眼。根据本申请的反射折叠波导显示***，可使人眼自然聚焦到不同距离的焦平面，实现大景深、多焦面显示，解决人眼聚焦辐辏冲突，缓解视疲劳；并且，所述反射折叠波导显示***结构紧凑、体积较小，可用于实现紧凑型眼镜式的显示***，且能够提高显示***中外部世界进入人眼的光束能量。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种反射折叠波导显示***。
背景技术
显示***可用于使得期望图像对用户可见，如在头戴式设备中可采用光学显示***来传输和显示所期望的图像，以使人眼可见。现有技术中的显示***通常采用Birdbath、自由曲面棱镜或阵列波导来实现。
然而，上述现有技术的方案只能实现一个焦平面的显示，尤其对于头戴式设备，由于只能实现一个焦平面的显示且头戴式设备无法调焦，若长时间佩戴观看则很容易导致用户眼睛产生较强的不适感，佩戴体验较差。此外，基于上述现有技术的方案，视场角度的增加会造成光学显示***整体的重量和体积也随之增大，尤其在将显示***应用于头戴式设备时，重量和体积的增大也会给用户带来较差的佩戴体验。
申请内容
本申请的目的是提供一种具备大景深的紧凑型反射折叠波导显示***。
根据本申请的一个方面，提供一种反射折叠波导显示***，其中，所述反射折叠波导显示***包括显示图像源、波导基底、波导内反射面和波导反射出射面，所述波导基底用于将来自所述显示图像源的光束反射至所述波导内反射面上，所述波导内反射面用于将所述光束反射至所述波导反射出射面上，所述波导反射出射面用于将所述光束直接反射至人眼。
在一些实施例中，所述波导基底表面镀有反射膜。
在一些实施例中，所述波导基底为平面或者曲面基底。
在一些实施例中，所述波导内反射面的形状为以下任一项：平面；球面；非球面；自由曲面。
在一些实施例中，所述波导反射出射面包括至少一个出射孔。
在一些实施例中，所述出射孔到人眼的投影最大孔径直径小于2mm。
在一些实施例中，所述出射孔的形状为以下任一项：圆形；椭圆；多边形。
在一些实施例中，所述波导内反射面和所述波导反射出射面为全反射面或部分反射面。
在一些实施例中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面反射至所述波导基底上，再从所述波导基底反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。
在一些实施例中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面直接反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。
在一些实施例中，所述反射折叠波导显示***的厚度小于10mm。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：根据本申请的反射折叠波导显示***，可使人眼自然聚焦到不同距离的焦平面，实现大景深、多焦面显示，解决人眼聚焦辐辏冲突，缓解视疲劳；并且，所述反射折叠波导显示***结构紧凑、体积较小，可用于实现紧凑型眼镜式的显示***，且能够提高显示***中外部世界进入人眼的光束能量。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本申请一个示例的反射折叠波导显示***的结构示意图；
图2示出了图1所示反射折叠波导显示***的部分结构的侧视图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
根据本申请的一个方面，提供了一种反射折叠波导显示***，其中，所述反射折叠波导显示***包括显示图像源、波导基底、波导内反射面和波导反射出射面，所述波导基底用于将来自所述显示图像源的光束反射至所述波导内反射面上，所述波导内反射面用于将所述光束反射至所述波导反射出射面上，所述波导反射出射面用于将所述光束直接反射至人眼。其中，所述波导内反射面和所述波导反射出射面位于所述波导基底的内部。
其中，所述显示图像源用于发出显示图像的光束，所述显示图像源包括但不限于：LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、micro-OLED(micro Organic Light-Emitting Diode，微有机发光二极管)、micro-LED(micro Light-Emitting Diode，微发光二极管)、LCoS(Liquid Crystal onSilicon，液晶附硅)。
需要说明的是，上述各种显示图像源仅为举例，本申请并不对所述显示图像源进行限制，本领域技术人员用能理解，任何用于发出显示图像的光束的元件或结构，均应包含在本申请所述的显示图像源的范围内。
在一些实施例中，所述波导基底为平面基底；在另一些实施例中，所述波导基底为曲面基底。在一些实施例中，所述光束在所述波导基底表面发生全反射。在另一些实施例中，所述波导基底表面镀有反射膜，以通过所述反射膜反射所述光束。
可选地，所述波导内反射面的形状可能为平面、球面、非球面、自由曲面中的任一项，或者也可为其他能够用于实现将光束直接或间接地反射至所述波导反射出射面的形状。
在一些实施例中，所述波导内反射面可为全反射面(即100％反射面)；在另一些实施例中，所述波导内反射面为部分反射面(如50％反射面)。
在一些实施例中，所述波导反射出射面包括至少一个出射孔。可选地，所述出射孔到人眼的投影最大孔径直径小于用户瞳孔直径，以增加现实世界进入人眼的光束能量，其中，所述出射孔到人眼的投影最大孔径直径是指出射孔投影到人眼中的最大孔径直径；可选地，所述用户瞳孔直径可能为针对特定用户所确定的该特定用户的瞳孔直径，或者针对特定人群(如不同年龄段、不同性别、不同地域的人群)进行统计所确定的该特定人群的平均瞳孔孔径直径或最小瞳孔孔径直径，由此，可针对特定用户或特定人群来定制反射折叠波导显示***，以满足用户的个性化需求。在一些实施例中，所述出射孔到人眼的投影最大孔径直径小于2mm，通过将出射孔到人眼的投影最大孔径直径约束到2mm以内，使其小于或基本小于所有人群的人眼瞳孔直径(人眼瞳孔直径通常在2mm-6mm)，从而可以针对所有人群使人眼能够对于任意深度的焦平面清晰成像，实现大景深、多焦面显示，且能够提高外部世界进入人眼的光束能量。
在一些实施例中，所述出射孔的形状可能为圆形、椭圆或多边形(如正六边形)中的任一项；需要说明的是，若一个出射孔的形状为多边形时，则该出射孔的最大孔径直径是指多边形上任意两点间的距离的最大值。需要说明的是，所述出射孔的形状也可能为除圆形或多边形以外的其他形状，任何能够用于将光束约束成细光束的出射孔形状均应包含在本申请的保护范围内。
可选地，当所述波导反射出射面包括多个出射孔时，该多个出射孔的投影最大孔径直径、形状可能相同也可能部分相同或者各不相同，每相邻两个出射孔之间的间距可能相同也可能不同；该多个出射孔可能采用任何可行的排布方式，如采用一种特定排布方式(如等间距的横向排布方式)或者采用多种排布方式的组合等。
需要说明的是，本申请并不限制所述波导反射出射面上所设有的出射孔的数量、投影最大孔径直径、形状、间距、排布方式，在实际应用中，可基于用户或产品的实际需求来设计出射孔的数量、投影最大孔径直径、形状、间距、排布方式。
在一些实施例中，所述波导反射出射面可为全反射面(即100％反射面)；在另一些实施例中，所述波导反射出射面为部分反射面(如50％反射面)。
在一些实施例中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面反射至所述波导基底上，再从所述波导基底反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。其中，来自显示图像源的光束在所述波导基底上经一次或多次发射后被反射至所述波导内反射面。其中，所述光束在被反射至所述波导内发射面后，从所述波导内发射面反射至所述波导基底，并在所述波导基底上经由一次或多次反射后被反射至所述波导反射出射面。
在一些实施例中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面直接反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。其中，来自显示图像源的光束在所述波导基底上经一次或多次发射后被反射至所述波导内反射面。
在一些实施例中，所述反射折叠波导显示***的厚度小于10mm。需要说明的是，所述反射折叠波导由于结构紧凑、体积小，可以实现眼镜式显示***。
可选地，所述反射折叠波导显示***可用于头戴式设备中。其中，所述头戴式设备包括但不限于VR(Virtual Reality，虚拟现实)头戴式设备、AR(Augmented Reality，增强现实)头戴式设备、MR(Mixed Reality，混合现实)头戴式设备。
根据本申请的反射折叠波导显示***，可使人眼自然聚焦到不同距离的焦平面，实现大景深、多焦面显示，解决人眼聚焦辐辏冲突，缓解视疲劳；并且，所述反射折叠波导显示***结构紧凑、体积较小，可用于实现紧凑型眼镜式的显示***，且能够提高显示***中外部世界进入人眼的光束能量。
图1为示出了本申请一个示例的反射折叠波导显示***的结构示意图，图2示出了图1所示反射折叠波导显示***的部分结构的侧视图。由图1和图2可见，该反射折叠波导显示***包括显示图像源1、波导基底2、波导内反射面3和波导反射出射面4，其中，所述波导内反射面3的形状为球面，所述波导反射出射面4包括横向排列的三个出射孔，各个出射孔的形状为圆形且到人眼的投影最大孔径直径小于2mm，出射孔之间的间距相等。其中，从所述显示图像源1发出的光束射入到所述波导基底2上，所述波导基底2将所述光束反射至所述波导内反射面3上，所述波导内反射面3将所述光束反射至所述波导反射出射面4上，所述波导反射出射面4将所述光束反射至人眼。若将该反射折叠波导显示***应用于AR显示***中，由于各个出射孔到人眼的投影最大孔径直径小于人眼瞳孔直径，使人眼能够对于任意深度的焦平面清晰成像，实现大景深、多焦面显示，能够解决AR显示人眼聚焦辐辏冲突，实现紧凑眼镜式的AR显示***，提高AR显示***中外部世界进入人眼的光束能量。
需要说明的是，尽管上文中用结构特征专用的语言描述了本申请的主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征。更确切而言，上述具体特征是作为实现权利要求的示例形式公开的。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。***权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (11)
1.一种反射折叠波导显示***，其中，所述反射折叠波导显示***包括显示图像源、波导基底、波导内反射面和波导反射出射面，所述波导基底用于将来自所述显示图像源的光束反射至所述波导内反射面上，所述波导内反射面用于将所述光束反射至所述波导反射出射面上，所述波导反射出射面用于将所述光束直接反射至人眼。
2.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，所述波导基底表面镀有反射膜。
3.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，所述波导基底为平面或者曲面基底。
4.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，所述波导内反射面的形状为以下任一项：
-平面；
-球面；
-非球面；
-自由曲面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的反射折叠波导显示***，其中，所述波导反射出射面包括至少一个出射孔。
6.根据权利要求5所述的反射折叠波导显示***，其中，所述出射孔到人眼的投影最大孔径直径小于2mm。
7.根据权利要求5所述的反射折叠波导显示***，其中，所述出射孔的形状为以下任一项：
-圆形；
-椭圆；
-多边形。
8.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，所述波导内反射面和所述波导反射出射面为全反射面或部分反射面。
9.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面反射至所述波导基底上，再从所述波导基底反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。
10.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，来自显示图像源的光束先从所述波导基底反射至所述波导内反射面上，再从所述波导内反射面直接反射至所述波导反射出射面上，之后从所述波导反射出射面直接反射至人眼。
11.根据权利要求1所述的反射折叠波导显示***，其中，所述反射折叠波导显示***的厚度小于10mm。
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