[发明专利]光波导近眼显示装置和增强现实显示设备

说明书

本公开是关于一种光波导近眼显示装置和增强现实显示设备，光波导近眼显示装置，包括：光机系统、耦入棱镜、波导基底和非偏振分光膜阵列；所述光机系统，用于出射准直的光线至所述耦入棱镜；所述耦入棱镜，设置在所述波导基底的耦入区域，用于使射入的光线耦合进入所述波导基底；所述波导基底，用于将耦合进入所述波导基底的光线采用全反射的方式传输至所述非偏振分光膜阵列；所述非偏振分光膜阵列，设置在所述波导基底的耦出区域，用于将传输至所述非偏振分光膜阵列的光线耦出至人眼。通过该技术方案，可在不影响最后入眼光线的亮度均匀性的前提下，极大地提升波导镜片的光效，改善了最后的入眼亮度。

技术领域

本公开涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及一种光波导近眼显示装置和增强现实显示设备。

背景技术

增强现实近眼显示(AR眼镜)，作为一个将现实和虚拟相结合的设备，让使用者在半虚拟的环境里进行相关的操作，可以帮助人类更方便地接收信息、更好的认知周围的环境以及更大地提升工作效率，被预估最有可能取代手机成为下一代的信息交互平台。

光学模组是AR眼镜的核心元件，现在目前最具竞争力的光学显示方案为光波导方案，而其中偏振阵列光波导方案的应用最为广泛。偏振阵列波导技术是通过利用波导镜片中的多个等间距平行放置且有一定分光比的半透半反膜层来实现图像的输出和出瞳扩展，该半透半反膜层具有角度选择性，且阵列排布。由于波导可以具有多个半透半反面，每一个半透半反面形成一个出瞳，因此可以在基板厚度很薄的情况下，进行出瞳的扩展，实现大视场和大眼动范围显示。在经过多次反射后，便能将出射的光“调整”得比较均匀。

所以偏振阵列光波导技术的核心瓶颈在于波导镜片的设计加工，但是由于高精度的玻璃冷加工工艺、层叠斜面棱镜的精确贴合、层叠斜面棱镜表面极其复杂的膜系设计以及对几十层纳米级膜厚的精确控制，使得市面上广泛应用的波导镜片大多都只能单独针对S偏振光波(偏振矢量垂直于该平面)或是P偏振光波(偏振矢量在这个平面内)进行光的耦出，从而直接将耦入波导镜片的光通亮缩减一半，极大的降低了光效，从而使最后的入眼亮度大幅度下降，无法满足对某些特定工作场合作业时的入眼亮度需求。

另一方面，由于偏振分光膜阵列波导镜片的设计需求使得市面上广泛应用的光机准直系统都要使用到两个或两个以上的偏振分光棱镜(PBS)，从而使光机体积偏重，且成本较高。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种光波导近眼显示装置和增强现实显示设备，用以达到提高波导镜片的光效，改善最后入眼亮度的目的。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种光波导近眼显示装置，包括：光机系统、耦入棱镜、波导基底和非偏振分光膜阵列；

所述光机系统，用于出射准直的光线至所述耦入棱镜；

所述耦入棱镜，设置在所述波导基底的耦入区域，用于使射入的光线耦合进入所述波导基底；

所述波导基底，用于将耦合进入所述波导基底的光线采用全反射的方式传输至所述非偏振分光膜阵列；

所述非偏振分光膜阵列，设置在所述波导基底的耦出区域，用于将传输至所述非偏振分光膜阵列的光线耦出至人眼。

在一个实施例中，优选地，所述耦入棱镜包括三角耦入棱镜。

在一个实施例中，优选地，所述非偏振分光膜阵列包括倾斜设置的多个非偏振分光膜阵列基片。

在一个实施例中，优选地，所述多个非偏振分光膜阵列基片为等间距平行设置，任意两个非偏振分光膜阵列基片之间的间距均为预设间距，所述非偏振分光膜阵列基片的倾斜角度为预设角度。

在一个实施例中，优选地，所述非偏振分光膜阵列基片的倾斜面上镀有分光膜。

在一个实施例中，优选地，所述非偏振分光膜阵列可同时对S偏振光波和P偏振光波进行耦出。