CN209281084U - 一种3d近眼优化显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种3D近眼优化显示装置，该装置包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、耦合三角棱镜、波导基片阵列；第二偏振分光棱镜还与凹面镜相连，凹面镜平行设置于第二偏振分光棱镜的端面上，凹面镜与第二偏振分光棱镜的连接面与耦合三角棱镜与第二偏振分光棱镜的连接面垂直；凹面镜与第二偏振分光棱镜之间还设置有四分之一波片。本实用新型在成像部分只用到一个凹面镜，相比于其它专利使用了更少的光学器件，从而也达到了缩小光机体积，减少透镜数量，减少光学表面，缩短光机有效长度的目的，方便用户长时间使用。

Description

一种3D近眼优化显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，特别是涉及一种3D近眼优化显示装置。

背景技术

近眼显示***，也称为头盔显示器，它最初起源于空军领域，主要是解决驾驶员面对飞机上日益增多的精密仪器及武器***所收集的大量信息的困扰，利用近眼显示产品可以将各仪器各仪表中所有的信息全部呈现在驾驶员前面的视场内，使驾驶员集中精力操作飞机和进行瞄准。随着人们对于近眼显示产品的学习和认识，近眼显示产品的应用领域也不断扩展。在民用方面主要是结合相关的虚拟技术，应用于教育与训练，商业产品的展览与推销，医学的模拟训练等。

申请公布号为CN 1074550188 A的发明专利公开了一种3D近眼显示装置及方法，包括依次连接的能够实现3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、双胶合镜、第二偏振分光棱镜、耦合棱镜、波导基片阵列。该发明专利利用两个PBS，两个凹面镜，两个四分之一波片以及一个双胶合透镜实现光线传输，并通过耦合棱镜最终在波导基片上实现出瞳扩展，达到实现3D显示的效果。但是该发明专利使用到的光学元件较多，装置体积较大，质量重，不方便用户长时间使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种3D近眼优化显示装置，能够达到缩小光机体积，减少透镜数量，减少光学表面，缩短光机有效长度的目的，方便用户长时间使用。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种3D近眼优化显示装置，包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、耦合三角棱镜、波导基片阵列；

所述集成成像单元的出射端与所述第一偏振分光棱镜的入射端相连，所述第一偏振分光棱镜的出射端与所述第二偏振分光棱镜的入射端相连，所述第二偏振分光棱镜的出射端与所述耦合三角棱镜的入射端相连，所述耦合三角棱镜的出射端与所述波导基片阵列的入射端相连；

所述第二偏振分光棱镜还与凹面镜相连，所述凹面镜平行设置于所述第二偏振分光棱镜的端面上，所述凹面镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面与所述耦合三角棱镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面垂直；

所述凹面镜与所述第二偏振分光棱镜之间还设置有四分之一波片。

可选的，在所述第一偏振分光棱镜的上端或下端设置有LED匀光***。

可选的，所述集成成像单元包括依次相连的Lcos微显示器和微透镜阵列。

可选的，所述Lcos微显示器包括一片0.26英寸的Lcos显示屏，所述Lcos微显示器的像元尺寸为4.5μm。

可选的，所述微透镜阵列的单元尺寸为45μm。

可选的，所述波导基片阵列内设置有多个波导基片。

可选的，所述波导基片的个数为3-10个。

可选的，所述波导基片的倾角为20-30°，所述波导基片的厚度为0.5-5mm，所述波导基片的斜面处镀有偏光膜。

可选的，所述第一偏振分光棱镜、所述第二偏振分光棱镜、所述凹面镜的玻璃材料折射率在1.5-2.0之间。

一种3D近眼优化显示方法，应用所述的3D近眼优化显示装置，所述3D近眼优化显示包括：

调节电压，使集成成像单元形成的3D实像为p光出射；

从集成成像单元出射的p光依次进入第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜，继而反射到凹面镜，经过凹面镜反射后通过四分之一波片转化为s光；

四分之一波片转化的s光再经过第二偏振分光棱镜继续被反射到耦合三角棱镜，进而进入波导基片阵列；

光线在波导基片内全反射，行至波导基片的镀膜斜面时反射出去，进入观测者视野。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供的一种3D近眼优化显示装置包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、耦合三角棱镜、波导基片阵列，实现出瞳扩展的光波导近眼显示***。本实用新型在成像部分只用到一个凹面镜，相比于其它专利使用了更少的光学器件，从而也达到了减轻光机质量，缩小光机体积的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例3D近眼优化显示装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例3D近眼优化显示装置的侧面图；

图3为本实用新型实施例光线在第二偏振分光棱镜内的传播路径图；

图4为本实用新型实施例光线在波导基片阵列内的传播路径图。

其中，1为集成成像单元，101为Lcos微显示器，102为微透镜阵列，2为第一偏振分光棱镜，3为第二偏振分光棱镜，4为耦合三角棱镜，5为四分之一波片，6为凹面镜，7为波导基片阵列，701为波导基片，8为LED匀光***。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种3D近眼优化显示装置，能够达到缩小光机体积，减少透镜数量，减少光学表面，缩短光机有效长度的目的，方便用户长时间使用。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例3D近眼优化显示装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例3D近眼优化显示装置的侧面图。

本实用新型实施例提供的3D近眼优化显示装置包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元1、第一偏振分光棱镜2、第二偏振分光棱镜3、耦合三角棱镜4、波导基片阵列7。

所述集成成像单元1的出射端与所述第一偏振分光棱镜2的入射端相连，所述第一偏振分光棱镜2的出射端与所述第二偏振分光棱镜3的入射端相连，所述第二偏振分光棱镜3的出射端与所述耦合三角棱镜4的入射端相连，所述耦合三角棱镜4的出射端与所述波导基片阵列7的入射端相连。

所述第二偏振分光棱镜3还与凹面镜6相连，所述凹面镜6平行设置于所述第二偏振分光棱镜3的端面上，所述凹面镜6与所述第二偏振分光棱镜3的连接面与所述耦合三角棱镜4与所述第二偏振分光棱镜3的连接面垂直；

所述凹面镜6与所述第二偏振分光棱镜3之间还设置有四分之一波片5。

本实用新型实施例提供的3D近眼优化显示装置通过调节电压使集成成像单元1形成的3D实像为p光出射。如图3所示，从集成成像单元1出射的p光依次进入第一偏振分光棱镜2、第二偏振分光棱镜3，继而反射到凹面镜6，经过凹面镜6反射后通过四分之一波片5转化为s光。四分之一波片5转化的s光再经过第二偏振分光棱镜3继续被反射到耦合三角棱镜4，进而进入波导基片阵列7。光线在波导基片内全反射，行至波导基片的镀膜斜面时反射出去，进入观测者视野。

优选的，在所述第一偏振分光棱镜2的上端或下端设置有LED匀光***8，其目的是为反射LED发出的光，实现匀光效果。

优选的，所述集成成像单元1包括依次相连的Lcos微显示器101和微透镜阵列102，Lcos微显示器101上记录有全视差的3D图像信息源，光线(p光)经过微透镜阵列102还原成3D图像，通过调节电压，使由集成成像单元1形成的3D实像为p光出射。

进一步地，波导基片阵列7内设置有多个波导基片701。所述波导基片701的个数为3-10个。所述波导基片701的倾角为20-30°，所述波导基片701的厚度为0.5-5mm，所述波导基片701的斜面处镀有偏光膜。

光线进入波导基片阵列7，具体光线在波导基片701内传播路径以及波导基片701入射角度范围请参考图4。

在波导基片701的斜面处镀有角度选择特性薄膜，入射角度在25.7±5度范围内实现反射，为了防止出现不必要的反射，在大角度(75度)范围则不能出现反射。因此，需要合理选择薄膜，配合波导基片阵列7的加工，实现结构功能。

更优选地，所述Lcos微显示器101包括一片0.26英寸的Lcos显示屏，所述Lcos微显示器101的像元尺寸为4.5μm。

所述微透镜阵列的单元尺寸为45μm。

本实用新型提供的3D近眼优化显示装置，Lcos微显示器101上记录有全视差的3D图像信息源，光线(p光)经过微透镜阵列102还原成3D图像，然后调节电压，使有集成成像单元1形成的3D实像为p光出射，随后经过照明第一偏振分光棱镜2到第二偏振分光棱镜3，继续反射到凹面镜6。经过凹面镜6反射后通过四分之一波片5转化为s光。四分之一波片5转化的s光再经过第二偏振分光棱镜3继续被反射到耦合三角棱镜4，进而进入波导基片阵列7。进入波导基片阵列7的10个反射面(倾角25.7°)实现扩展出瞳，进入观测者视野。本实用新型的3D近眼优化显示装置是基于光波导的穿透式3D光场近眼优化显示装置，利用微透镜阵列102记录和再现3D场景，缓解2D近眼显示与人眼视觉生理之间的矛盾。

本实用新型实施提供的装置整体结构紧凑、轻薄，实现出瞳扩展的光波导近眼显示***；采用集成化显示，降低了设计和加工难度，且对数据带宽要求低，无海量计算；成像部分只用到一个凹面镜，相比于其它专利使用了更少的光学器件，从而也达到了缩小光机体积，减少透镜数量，减少光学表面，缩短光机有效长度的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述3D近眼优化显示装置包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、耦合三角棱镜、波导基片阵列；

所述集成成像单元的出射端与所述第一偏振分光棱镜的入射端相连，所述第一偏振分光棱镜的出射端与所述第二偏振分光棱镜的入射端相连，所述第二偏振分光棱镜的出射端与所述耦合三角棱镜的入射端相连，所述耦合三角棱镜的出射端与所述波导基片阵列的入射端相连；

所述第二偏振分光棱镜还与凹面镜相连，所述凹面镜平行设置于所述第二偏振分光棱镜的端面上，所述凹面镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面与所述耦合三角棱镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面垂直；

所述凹面镜与所述第二偏振分光棱镜之间还设置有四分之一波片。

2.根据权利要求1所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，在所述第一偏振分光棱镜的上端或下端设置有LED匀光***。

3.根据权利要求1所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述集成成像单元包括依次相连的Lcos微显示器和微透镜阵列。

4.根据权利要求3所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述Lcos微显示器包括一片0.26英寸的Lcos显示屏，所述Lcos微显示器的像元尺寸为4.5μm。

5.根据权利要求3所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列的单元尺寸为45μm。

6.根据权利要求1所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述波导基片阵列内设置有多个波导基片。

7.根据权利要求6所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述波导基片的个数为3-10个。

8.根据权利要求6所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述波导基片的倾角为20-30°，所述波导基片的厚度为0.5-5mm，所述波导基片的斜面处镀有偏光膜。

9.根据权利要求1所述的3D近眼优化显示装置，其特征在于，所述第一偏振分光棱镜、所述第二偏振分光棱镜、所述凹面镜的玻璃材料折射率在1.5-2.0之间。