头戴式可视设备HMD波导光学系统的制作方法

文档序号:11176119
头戴式可视设备HMD波导光学系统的制造方法与工艺

本发明涉及头戴式可视设备技术领域,尤其涉及HMD(Head Mount Display,头戴式可视设备)波导光学系统。



背景技术:

随着技术的进步和发展,HMD越来越受到人们的关注。通过HMD可以使现实和虚拟世界进行很好的融合。由于HMD的体积和重量问题,HMD的产品主要用于军事,而民用市场没有很好的市场反应。为了解决体积和重量的问题,很多技术采用了波导技术,所有的光源元件和微显示元件都结合得比较紧密,在眼睛前面只有一块玻璃或者类似材料的半透明镜片,但是在镜片的旁边仍然可以看出有很大的光学系统。

例如图1给出了其中一种解决方案,如图1所示,该方案采用了半反半透的结构棱镜结构,采用的显示芯片101是LCOS(Liquid Crystal on Silicon,液晶附硅)。光从光源102出射,经三角棱镜103-1、103-2入射到显示芯片101的LCOS面板上,经过LCOS面板的反射,入射到偏振分光器104上,偏振分光器104把光反射进入到方形玻璃棱镜105内,然后经三角棱镜106-2直接入射在偏振分光器107的反射面上,为了保证整个产品的穿透性,此反射面的反射率要低于100%,假如反射率为50%,有50%的光直接反射出去,有50%的光继续前行经三角棱镜106-1到反射镜108,反射镜108是有弧度的,使入射到它上面的光变成平行光反射出去,再次经过偏振分光器107的反射面反射,进入到人眼109,进入到人眼109的能量只有25%;另外25%的能量会透过偏振分光器107的反射面一直前行,从三角棱镜103-1出去。此结构适合LCOS,而不适合OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)和AMLCD(Active Matrix Liquid Crystal Display,主动矩阵液晶显示器)。并且该穿透式方案需要亮度较高的显示芯片。



技术实现要素:

本发明实施例提供一种HMD波导光学系统,用以简化HMD波导光学系统结构并提 升光学效率,该HMD波导光学系统包括:

显示器101、反射镜102、准直透镜103;其中:

显示器101用于发出光;

反射镜102用于将显示器101发出的光反射至准直透镜103;

准直透镜103用于对反射镜102反射的光进行准直,准直后的光进入人眼104。

一个实施例中,显示器101采用有机发光二极管OLED或液晶显示器LCD。

一个实施例中,反射镜102相对于显示器101发出的光方向倾斜设置,且反射镜102与显示器101发出的光方向之间的夹角β在115°~135°的范围内。

一个实施例中,反射镜102的反射面由蒸镀银、铝或介质膜形成。

一个实施例中,反射镜102的反射面由贴敷反射片形成。

一个实施例中,准直透镜103还用于对反射镜102反射的光进行放大。

一个实施例中,准直透镜103的曲面形状根据反射镜102与显示器101发出的光方向之间的夹角β、以及准直透镜103的光学参数确定。

本发明实施例的HMD波导光学系统包括显示器101、反射镜102、准直透镜103;其中,显示器101用于发出光,反射镜102用于将显示器101发出的光反射至准直透镜103,准直透镜103用于对反射镜102反射的光进行准直,准直后的光进入人眼;该HMD波导光学系统采用了反射镜102使光路转折,相对于现有采用波导技术的方案,结构非常简单,体积小重量轻,可以很好地推广至民用市场;并且相对于半反半透的结构棱镜结构,光学效率有很大提升,进入人眼的光能量增加,亮度增大,故对于显示器101亮度的要求相对降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:

图1为现有技术中半反半透的结构棱镜结构示意图;

图2为本发明实施例中HMD波导光学系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例利用全反射原理设计了一款非穿透式的HMD波导光学系统,如图2所示,该HMD波导光学系统包括:

显示器101、反射镜102、准直透镜103;其中:

显示器101用于发出光;

反射镜102用于将显示器101发出的光反射至准直透镜103;

准直透镜103用于对反射镜102反射的光进行准直,准直后的光进入人眼104。

具体实施时,显示器101采用自主发光的显示器,例如可以采用OLED或LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器),其中LCD可以采用AMLCD。

具体实施时,反射镜102相对于显示器101发出的光方向倾斜设置,以此使光路转折。再如图1所示,反射镜102与显示器101发出的光方向之间存在一夹角β,实施例中该夹角β可以在115°~135°的范围内。

具体实施时,反射镜102的反射面可以利用多种方式形式。例如,反射镜102的反射面可以由蒸镀银、铝或介质膜形成。又如,反射镜102的反射面可以由贴敷反射片形成,如在反射镜102外部贴敷反射片。

由于本发明实施例的HMD波导光学系统采用反射镜102使光路转折,整个产品采用了非穿透式的结构,因此反射镜102反射面的反射率可以比现有半反半透的结构棱镜结构要高,甚至可以达到100%。即使反射镜102反射面的反射率设为50%(同现有半反半透的结构棱镜结构),进入到人眼的光能量也比半反半透的结构棱镜结构要大。因相对于现有半反半透的结构棱镜结构,本发明实施例的HMD波导光学系统光学效率有很大提升,进入人眼的光能量增加,亮度增大。

具体实施时,准直透镜103除用于对反射镜102反射的光进行准直外,还可以用于对反射镜102反射的光进行放大,使人眼能够观察到放大后的图像。

具体实施时,准直透镜103的曲面形状可以根据反射镜102与显示器101发出的光方向之间的夹角β、以及准直透镜103的光学参数确定。实施例中可以采用一般曲面,也可以采用复杂的自由曲面。

综上所述,本发明实施例的HMD波导光学系统包括显示器101、反射镜102、准直透 镜103;其中,显示器101用于发出光,反射镜102用于将显示器101发出的光反射至准直透镜103,准直透镜103用于对反射镜102反射的光进行准直,准直后的光进入人眼;该HMD波导光学系统采用了反射镜102使光路转折,相对于现有采用波导技术的方案,结构非常简单,体积小重量轻,可以很好地推广至民用市场;并且相对于半反半透的结构棱镜结构,光学效率有很大提升,进入人眼的光能量增加,亮度增大,故对于显示器101亮度的要求相对降低。

以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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