CN208314343U - 一种光学显示*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种光学显示***，属于光学成像和显示技术领域，包括显示***、第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；显示***发出的光为入射光，第一光学镜片设置于入射光的光路上，从第一光学镜片透射出的光为第一透射光；第二光学镜片设置于第一透射光的光路上，第一透射光经过第二光学镜片处理后生成第一反射光；第三光学镜片设置于第一反射光的光路上，第一反射光经过第三光学镜片处理后部分反射形成第二反射光，其余部分被第三光学镜片吸收；第二反射光入射进入第二光学镜片，第二反射光经过第二光学镜片处理后透射出去形成第二透射光。其结构简单，重量较轻，成像质量好，无漏光现象发生，避免了信息发生泄漏。
Description
技术领域
本实用新型属于光学成像技术领域，具体涉及一种光学显示***。
背景技术
增强现实(AR,Augmented Reality)领域核心技术之一是穿透式光学显示***，它可以使计算机生成的图像叠加在用户的真实视觉上，是使虚拟图像和真实图像无缝融合。数字世界和真实世界的结合，将带给用户全新的体验。目前AR技术已广泛应用在游戏、零售，教育，工业,医疗等领域。
目前，穿透式光学显示有全息光栅，反射波导，普通反射棱镜和自由曲面棱镜等方案。全息光栅方案轻薄，穿透率高，但是工艺非常复杂，价格昂贵，视角有限；反射波导需要负责的镀膜工艺和组装工艺，量产困难，成像一致性难以保证；普通反射棱镜，工艺简单，但视角很小；自由曲面棱镜视角较大，但工艺复杂，量产困难，一致性难以保证；此外，部分穿透式光学显示方案有显示图像对外可视的问题，造成用户浏览的信息被外界察觉，保密性较差，会有信息泄露的情况发生。而且现有的光学显示***还存在体积较大、重量过重等问题。
实用新型内容
本实用新型实施方式的目的在于提供一种光学显示***，其结构简单，性能优异，能够较好的改善上述问题。
本实用新型的实施方式是这样实现的：
本实用新型的实施方式提供了一种光学显示***，包括显示***、第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；
所述显示***发出的光为入射光，所述第一光学镜片设置于所述入射光的光路上，从所述第一光学镜片透射出的光为第一透射光；
所述第二光学镜片设置于所述第一透射光的光路上，所述第一透射光经过所述第二光学镜片处理后生成第一反射光；
所述第三光学镜片设置于所述第一反射光的光路上，所述第一反射光经过所述第三光学镜片处理后部分反射形成第二反射光，其余部分被所述第三光学镜片吸收；
所述第二反射光入射进入所述第二光学镜片，所述第二反射光经过所述第二光学镜片处理后透射出去形成第二透射光。
进一步的，所述第一光学镜片包括透镜本体和设置于所述透镜本体的两侧表面的第一光学膜层。
进一步的，所述第二光学镜片包括依次层叠设置的第一光学板层、第一偏光片层、偏振反射片层和第一四分之一波片层，所述第一透射光从所述第二光学镜片的第一四分之一波片层的一侧入射。
进一步的，所述第一光学板层的远离所述第一偏光片层的一侧设有第二光学膜层。
进一步的，所述第三光学镜片包括依次层叠设置的菲涅尔透镜层、第三光学膜层、补偿透镜层、第二四分之一波片层和线性偏光片层，所述第一反射光从所述第三光学镜片的菲涅尔透镜层的一侧入射。
进一步的，所述第三光学镜片包括依次层叠设置的补偿透镜层、第三光学膜层、菲涅尔透镜层、第二四分之一波片层和线性偏光片层，所述第一反射光从所述第三光学镜片的补偿透镜层的一侧入射。
进一步的，所述菲涅尔透镜层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面为平面或曲面，所述第二表面为菲涅尔面，所述第三光学膜层设置于所述菲涅尔透镜层的第二表面，所述补偿透镜层具有相对的第三表面和第四表面，所述补偿透镜层的第三表面与所述第三光学膜层紧密贴合，所述补偿透镜层的第四表面的面型与所述菲涅尔透镜层的第二表面的面型相同。
进一步的，所述菲涅尔透镜层的第一表面或所述补偿透镜层的第四表面设有第四光学膜层，所述线性偏光片层的远离所述第二四分之一波片层的一侧设有第五光学膜层。
进一步的，所述光学显示***还包括第四光学镜片，所述第四光学镜片设置于所述第一光学镜片与所述第二光学镜片之间，所述第四光学镜片包括第四光学板层，所述第四光学板层的一侧设有第三四分之一波片层或二分之一波片层，所述第一透射光从所述第四光学镜片的第三四分之一波片层的一侧或二分之一波片层的一侧入射。
进一步的，所述显示***为OLED显示***、LCOS显示***、LED显示***或LCD显示***。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型实施方式提供的光学显示***，体积小，重量较轻，视角大于40度；允许人眼移动范围宽；成像质量好，图像畸变小，无漏光现象发生，避免信息泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施方式一的光学显示***的结构示意图；
图2为本实用新型实施方式二的光学显示***的结构示意图；
图3为本实用新型实施方式三的光学显示***的结构示意图。
图中：100-显示***；101-入射光；10-第一光学镜片；102-透镜本体；103-第一光学膜层；104-第一透射光；20-第二光学镜片；201-第一光学板层；202-第一偏光片层；203-偏振反射片层；204-第一四分之一波片层；205-第二光学膜层；206-第一反射光；207-第二透射光；30-第三光学镜片；301-菲涅尔透镜层；302-第三光学膜层；303-补偿透镜层；304-第二四分之一波片层；305-线性偏光片层；306-第四光学膜层；307-第五光学膜层；308-第二反射光；40-第四光学镜片；401-第二光学板层；402-第三四分之一波片层；403-第三透射光。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施方式1
参考图1所示，本实用新型实施方式一提供了一种光学显示***，该光学显示***主要应用在头戴产品上，比如AR眼镜，该光学显示***包括显示***100、第一光学镜片10、第二光学镜片20和第三光学镜片30。
显示***100主要起到发出光线的作用，定义显示***100发出的光线为入射光101。本实施方式中，显示***100为OLED显示***或LED显示***，显示***100发出的光为非偏振光。当然，显示***100也可以采用其他符合要求的显示***100。
第一光学镜片10设置在入射光101的光路上，第一光学镜片10的作用是用来降低场曲、畸变和色散。第一光学镜片10的数量为一个、两个或两个以上，当第一光学镜片10的数量为两个或两个以上时，多个第一光学镜片10依次设置在入射光101的光路上。
第一光学镜片10为场镜，第一光学镜片10包括透镜本体102和第一光学膜层103，第一光学膜层103设置在透镜本体102的两侧表面，第一光学膜层103可以通过镀膜工艺设置在透镜本体102上。透镜本体102的两侧表面可以是球面、非球面或自由曲面；第一光学膜层103为增透膜，这样可以提高第一光学镜片10的透射率。
入射光101从第一光学镜片10透射出形成第一透射光104，第一透射光104包括第一类型偏振光和第二类型偏振光。
需要说明的是，若第一类型偏振光为S偏振光，则第二类型偏振光为P偏振光；若第一类型偏振光为P偏振光，则第二类型偏振光为S偏振光。
第二光学镜片20设置在第一透射光104的光路上。
第二光学镜片20包括依次层叠设置的第一光学板层201、第一偏光片层202、偏振反射片层203和第一四分之一波片层204。第一光学板层201可以制成平板，也可以制成表面为球面、非球面或自由曲面面型的曲面板。
为了提高第二光学镜片20的透射率，还可以在第一光学板层201的远离第一偏光片层202的一侧设置第二光学膜层205，第二光学膜层205为增透膜，第二光学膜层205可以通过镀膜工艺设置在第一光学板上。
第一透射光104从第一四分之一波片层204入射进入第二光学镜片20，偏振反射片层203将第一透射光104中的第一类型偏振光和第二类型偏振光分离，其中第一类型偏振光被反射，第二类型偏振光依次经过第一偏光片层202和第一光学板层201透射出去，该透射出去的光不到达人眼，被反射的第一类型偏振光经过第一四分之一波片层204后变为圆偏振光，并形成第一反射光206。
第三光学镜片30设置在第一反射光206的光路上。
第三光学镜片30包括依次层叠设置的菲涅尔透镜层301、第三光学膜层302、补偿透镜层303、第二四分之一波片层304和线性偏光片层305。第一反射光206从第三光学镜片30的菲涅尔透镜层301的一侧入射。
菲涅尔透镜层301起到聚焦的作用，菲涅尔透镜层301具有相对的第一表面和第二表面，第一表面为平面或曲面，第二表面为菲涅尔面，菲涅尔面的剖面为锯齿形，第三光学膜层302设置在菲涅尔透镜层301的第二表面，第三光学膜层302可以通过镀膜工艺设置菲涅尔透镜层301的第二表面。第三光学膜层302为透射反射膜，起到反射和透射光线的作用，即光线进入第三光学膜层302，部分被反射，其余部分透射过去。
补偿透镜层303具有相对的第三表面和第四表面，补偿透镜层303的第三表面与第三光学膜层302紧密贴合，补偿透镜层303的第四表面的面型与菲涅尔透镜层301的第二表面的面型相同。补偿透镜层303起到的作用是保证第三光学镜片30对于透射光线的光焦度接近零，使得用户观看外界图像时，真实且没有畸变。
第二四分之一波片层304能够将从第三光学膜层302透射出的光变成偏振光，偏振光进入线性偏光片层305后被吸收，从而避免显示内容的泄露。
为了提高第三光学镜片30的透射率，还可以在菲涅尔透镜层301的第一表面设置第四光学膜层306，在线性偏光片层305的远离第二四分之一波片层304的一侧设置第五光学膜层307。第四光学膜层306和第五光学膜层307均为增透膜。
本实施方式中，部分第一反射光206经过第三光学膜层302反射后形成第二反射光308，其余部分第一反射光206从第三光学膜层302透射过去。第二反射光308入射进入第二光学镜片20，经过第一四分之一波片层204后变为第二类型偏振光，然后依次经过偏振反射片层203、第一偏光片层202和第一光学板层201透射出去形成第二透射光207到达人眼，从而人们就能看到从显示***100发出的光构成的特定放大倍数和特定位置的虚像。从第三光学膜层302透射出的第一反射光206经过第二四分之一波片后变为第二类型偏振光，第二类型偏振光到达线性偏光片，线性偏光片设置为能够吸收第二类型偏振光的角度，从而能够吸收从第三光学膜层302透射出的第一反射光206，避免了光线泄露。
需要说明的是，第二四分之一波片的快慢轴设置方向与第一四分之一波片的快慢轴方向一致,其快轴都与S偏振方向成45度角。本实施方式中，第二光学镜片20与第三光学镜片30形成的夹角为30°～50°，优选第二光学镜片20与第三光学镜片30形成的夹角为40°。
实施方式2
参考图2所示，本实用新型实施方式二提供了一种光学显示***，该光学显示***主要应用在头戴产品上，比如AR眼镜，该光学显示***包括显示***100、第一光学镜片10、第二光学镜片20和第三光学镜片30。
需要说明的是，本实施方式中的显示***100、第一光学镜片10和第二光学镜片20采用实施方式一中的显示***100、第一光学镜片10和第二光学镜片20，其结构、工作原理和产生的技术效果可以参考实施方式一中的相应内容，此处不做赘述。
本实施方式与实施方式一的区别在于第三光学镜片30的结构。本实施方式中，第三光学镜片30的结构包括依次层叠设置的补偿透镜层303、第三光学膜层302、菲涅尔透镜层301、第二四分之一波片层304和线性偏光片层305，第一反射光206从第三光学镜片30的补偿透镜层303的一侧入射。
菲涅尔透镜层301起到聚焦的作用，菲涅尔透镜层301具有相对的第一表面和第二表面，第一表面为平面或曲面，第二表面为菲涅尔面，菲涅尔面的剖面为锯齿形，第三光学膜层302设置在菲涅尔透镜层301的第二表面，第三光学膜层302可以通过镀膜工艺设置菲涅尔透镜层301的第二表面。第三光学膜层302为透射反射膜，起到反射和透射光线的作用，即光线进入第三光学膜层302，部分被反射，其余部分透射过去。
补偿透镜层303具有相对的第三表面和第四表面，补偿透镜层303的第三表面与第三光学膜层302紧密贴合，补偿透镜层303的第四表面的面型与菲涅尔透镜层301的第二表面的面型相同。补偿透镜层303起到的作用是保证第三光学镜片30对于透射光线的光焦度接近零，使得用户观看外界图像时，真实且没有畸变。
第二四分之一波片层304设置在菲涅尔透镜层301第一表面，第二四分之一波片层304能够将从第三光学膜层302透射出的光变成偏振光，偏振光进入线性偏光片层305后被吸收，从而避免显示内容的泄露。
本实施方式中，部分第一反射光206经过第三光学膜层302反射后形成第二反射光308，其余部分第一反射光206从第三光学膜层302透射过去。第二反射光308入射进入第二光学镜片20，经过第一四分之一波片层204后变为第二类型偏振光，然后依次经过偏振反射片层203、第一偏光片层202和第一光学板层201透射出去形成第二透射光207到达人眼，从而人们就能看到从显示***100发出的光构成的特定放大倍数和特定位置的虚像。从第三光学膜层302透射出的第一反射光206经过第二四分之一波片后变为第二类型偏振光，第二类型偏振光到达线性偏光片，线性偏光片设置为能够吸收第二类型偏振光的角度，从而能够吸收从第三光学膜层302透射出的第一反射光206，避免了光线泄露。
为了提高第三光学镜片30的透射率，还可以在补偿透镜层303的第四表面设置第四光学膜层306，在线性偏光片层305的远离第二四分之一波片层304的一侧设置第五光学膜层307。第四光学膜层306和第五光学膜层307均为增透膜。
实施方式3
参考图3所示，本实用新型实施方式三提供了一种光学显示***，该光学显示***是在实施方式一的光学显示***的基础上或者在实施方式二的光学显示***的基础上增加了第四光学镜片40。
本实施方式的光学显示***是在实施方式一的光学显示***的基础上增加了第四光学镜片40进行说明。
本实施方式中的显示***100采用LCOS显示***，也可以采用LCD显示***。LCOS显示***100和LCD显示***100发出的光为线偏振光。
第四光学镜片40设置在第一光学镜片10与第二光学镜片20之间，并且位于第一透射光104的光路上。
第四光学镜片40包括第二光学板层401和第三四分之一波片层402，第三四分之一波片层402设置在第二光学板层401的一侧，第一透射光104从第四光学镜片40的第三四分之一波片层402的一侧入射；当然，也可以根据需要在第三四分之一波片层402的远离第四光学板层的一侧设置二分之一波片层，则第一透射光104从第五光学镜片的二分之一波片层入射，并依次经过第三四分之一波片层402和第二光学板层401透射出去。
第四光学镜片40的作用是将线偏振光变为圆偏振光，从第四光学镜片40透射出的光为第三透射光403，第三透射光403为圆偏振光。
为了提高第四光学镜片40的透射率，还可以在第四光学板层的远离第三四分之一波片层402的一侧表面设置增透膜。
本实施方式的成像原理如下：
显示***100发射出入射光101，入射光101经过第一光学镜片10透射出去形成第一透射光104，第一透射光104经过第四光学镜片40透射出去形成第三透射光403，第三透射光403入射进入第二光学镜片20并反射形成第一反射光206，第一反射光206入射进入第三光学镜片30，部分第一反射光206经过第三光学镜片30处理后反射形成第二反射光308，其余部分被第三光学镜片30吸收。需要说明的是，第二反射光308入射进入第二光学镜片20，经过第一四分之一波片层204后变为线偏振光，然后依次经过偏振反射片层203、第一偏光片层202和第一光学板层201透射出去到达人眼，从而人们就能看到从显示***100发出的光构成的特定放大倍数和特定位置的虚像。
本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种光学显示***，其特征在于：包括显示***、第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；
所述显示***发出的光为入射光，所述第一光学镜片设置于所述入射光的光路上，从所述第一光学镜片透射出的光为第一透射光；
所述第二光学镜片设置于所述第一透射光的光路上，所述第一透射光经过所述第二光学镜片处理后生成第一反射光；
所述第三光学镜片设置于所述第一反射光的光路上，所述第一反射光经过所述第三光学镜片处理后部分反射形成第二反射光，其余部分被所述第三光学镜片吸收；
所述第二反射光入射进入所述第二光学镜片，所述第二反射光经过所述第二光学镜片处理后透射出去形成第二透射光。
2.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述第一光学镜片包括透镜本体和设置于所述透镜本体的两侧表面的第一光学膜层。
3.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述第二光学镜片包括依次层叠设置的第一光学板层、第一偏光片层、偏振反射片层和第一四分之一波片层，所述第一透射光从所述第二光学镜片的第一四分之一波片层的一侧入射。
4.根据权利要求3所述的光学显示***，其特征在于：所述第一光学板层的远离所述第一偏光片层的一侧设有第二光学膜层。
5.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述第三光学镜片包括依次层叠设置的菲涅尔透镜层、第三光学膜层、补偿透镜层、第二四分之一波片层和线性偏光片层，所述第一反射光从所述第三光学镜片的菲涅尔透镜层的一侧入射。
6.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述第三光学镜片包括依次层叠设置的补偿透镜层、第三光学膜层、菲涅尔透镜层、第二四分之一波片层和线性偏光片层，所述第一反射光从所述第三光学镜片的补偿透镜层的一侧入射。
7.根据权利要求5或6所述的光学显示***，其特征在于：所述菲涅尔透镜层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面为平面或曲面，所述第二表面为菲涅尔面，所述第三光学膜层设置于所述菲涅尔透镜层的第二表面，所述补偿透镜层具有相对的第三表面和第四表面，所述补偿透镜层的第三表面与所述第三光学膜层紧密贴合，所述补偿透镜层的第四表面的面型与所述菲涅尔透镜层的第二表面的面型相同。
8.根据权利要求7所述的光学显示***，其特征在于：所述菲涅尔透镜层的第一表面或所述补偿透镜层的第四表面设有第四光学膜层，所述线性偏光片层的远离所述第二四分之一波片层的一侧设有第五光学膜层。
9.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述光学显示***还包括第四光学镜片，所述第四光学镜片设置于所述第一光学镜片与所述第二光学镜片之间，所述第四光学镜片包括第四光学板层，所述第四光学板层的一侧设有第三四分之一波片层或二分之一波片层，所述第一透射光从所述第四光学镜片的第三四分之一波片层的一侧或二分之一波片层的一侧入射。
10.根据权利要求1所述的光学显示***，其特征在于：所述显示***为OLED显示***、LCOS显示***、LED显示***或LCD显示***。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200511 Address after: 315000 room 1104-10, No. 2, ningchuang technology center, Panhuo street, Yinzhou District, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: Ningbo Hongyi Photoelectric Technology Co., Ltd Address before: 100000 Beijing Changping District East small town town 22 Garden Building 4 floor 1 units 141 Patentee before: Wang Rui |
|
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