一种折叠式光波导近眼显示设备的制作方法

1.本发明涉及一种光波导近眼显示设备，特别是涉及一种折叠式光波导近眼显示设备。


背景技术：

2.目前，光波导近眼显示设备光机现有技术大多采用透镜成像、增加多层镀膜的小角度阵列反射镜片的技术方案方案。
3.然而，这种技术方案缺存在如下缺点：
4.1、透镜成像部分体积偏大，造成整个近眼显示设备体积没法缩小，重量也偏重；
5.2、视场角偏小，垂直视场角最大不足25度，水平视场角最大不足40度；
6.3、第一片反射阵列片之后的阵列片反射光都必须在其之前的阵列反射膜上穿透至少3次，这会导致亮度衰减严重；
7.4、需经过多层镀膜，镀膜工序繁杂，良率不高，反射画面的明暗条纹无法完全改善；
8.5、要做到水平视场角接近40度，需要采用高折射率的光学玻璃，而光学塑胶树脂暂时做不到高折射率高光学性能。


技术实现要素：

9.为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种折叠式光波导近眼显示设备，通过采用棱镜加曲面反射方式，大大缩小近眼显示设备的体积。
10.本发明之另一目的在于提供一种折叠式光波导近眼显示设备，通过采用柱面透镜加棱镜再加曲面透射的反射成像的方式，可将垂直视场角从不足25度增大到36度以上，并通过采用左右图像源各传导部分画面而在人眼组合成完整的大视场角画面，可将水平视场角从不足40度增大到55度以上。
11.本发明之再一目的在于提供一种折叠式光波导近眼显示设备，通过采用水平偏转角度大于等于30度的反射镜片后，使得第一片反射阵列片之后的阵列片反射光只需在其之前的阵列反射膜上穿透1次，大大减少了亮度的衰减。
12.本发明之又一目的在于提供一种折叠式光波导近眼显示设备，通过采用增大反射镜片的角度，使待显示画面的任何成像光线在每片阵列反射镜片上最多反射或透射一次，可大大减少阵列反射镜片的镀膜层数，提高良率，也保证了每片阵列反射镜片上反射画面纯洁度和均匀度，给使用者提供优质的画面享受。
13.为达上述目的，本发明提出一种折叠式光波导近眼显示设备，包括：图像源(111)、带柱面的棱镜(121)、曲面透镜(131)、棱镜(141)以及由两个或两个以上的棱镜依次胶合相连的棱镜组(151)，所述棱镜(121)一棱面部分或全部为柱面，该柱面正对所述图像源(111)，所述棱镜(121)通过除柱面外的一棱面与所述棱镜(141)连接形成第一胶合面，所述棱镜(121)通过除柱面外的另一棱面与所述曲面透镜(131)的曲面相对面相连形成第二胶
合面，所述棱镜(141)与棱镜组(151)各棱镜依次按顺序胶合相连。
14.优选地，所述柱面的凹面正对所述图像源(111)。
15.优选地，所述柱面的曲率半径小于40mm。
16.优选地，所述第一胶合面与所述柱面的轴向、所述第二胶合面所呈角度都在35～55度之间。
17.优选地，第一胶合面镀有部分透射部分反射膜或反射式偏振膜，
18.优选地，若所述第一胶合面镀的是反射式偏振膜，在所述第二胶合面加镀四分之一相位延迟膜。
19.优选地，所述曲面透镜(131)的曲面镀有向内的高反射膜。
20.优选地，所述棱镜(141)与棱镜组(151)各棱镜顺序胶合形成的阵列胶合面组的各胶合面彼此平行，且与下表面的夹角大于30度。
21.优选地，所述阵列胶合面镀有部分透射部分反射膜。
22.优选地，所述棱镜(141)通过一梯形棱镜与各棱面均相互不垂直的四棱镜胶合合成，该梯形棱镜两底面之间的一侧面与所述棱镜组(151)的第一个棱镜胶合，该侧面相对的另一侧面则与所述各棱面均相互不垂直的四棱镜相对于所述第一胶合面的棱面胶合，形成第三胶合面，胶合后所述各棱面均相互不垂直的四棱镜至少有一棱面与所述梯形棱镜的一底面在同一平面上。
23.与现有技术相比，本发明一种折叠式光波导近眼显示设备通过采用棱镜加曲面透镜多次折反射,有效缩短光路空间，达到了减少设备体积和重量的目的,并通过在图像源的前面采用柱面透镜，以及左右各传导部分画面组合成大水平视场角的完整高质量画面，很大程度上增大了垂直和水平视场角，本发明还采用水平倾斜角度大于30度的阵列反射膜，降低了亮度的衰减，提高了画面的均匀度，也简化了镀膜工艺，提高了产品的良率。
附图说明
24.图1为本发明一种折叠式光波导近眼显示设备的结构示意图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
26.图1为本发明一种折叠式光波导近眼显示设备的剖面示意图。如图1所示，本发明一种折叠式光波导近眼显示设备，包括：图像源111、带柱面的透镜121、曲面透镜131、棱镜141以及两个或两个以上的棱镜依次胶合相连的棱镜组151，
27.其中，棱镜121正对图像源111的一棱面的部分或全部设置为柱面，也就是说柱面可以占据棱镜121该面的整个面，也可以占据该面的部分以减少体积，该柱面的凹面正对图像源111，棱镜121通过除柱面外的一棱面与棱镜141的一面胶合连接，在本发明具体实施例中，棱镜121采用曲率半径小于40mm的柱面，棱镜121和棱镜141之间的连接面为第一胶合面(用于胶合的棱镜141的棱面可大于等于棱镜121用于胶合的面)，为更好地实现透射和反
射，第一胶合面镀有部分透射部分反射膜(即一种分光膜，就是对于同一束光进行分光，使这束光的部分反射，而剩余部分透射)或反射式偏振膜，棱镜121还通过另一棱面与曲面透镜131相对于镀有高反射膜的曲面的相对面胶合相连，棱镜121与曲面透镜131之间的连接面为第二胶合面，第二胶合面镀有相位延迟膜或不镀膜，若第一胶合面镀的是部分透射部分反射膜，则第二胶合面可以不镀膜，若第一胶合面镀的是反射式偏振膜，则第二胶合面需镀上相位延迟膜，优选地，最好在第二胶合面加镀四分之一相位延迟膜，第一胶合面与柱面的轴向、第二胶合面所呈角度最好在35～55度之间，在本发明具体实施例中，棱镜121可以为柱面三棱镜，简单地说，就是将三棱镜的一个棱面的部分或全部设为柱面，另外两个面则分别与棱镜141、曲面透镜131相胶合；为更好地实现反射，曲面透镜131的曲面镀有向内的高反射膜；在本发明具体实施例中，棱镜141为非常规棱镜，其可以通过两个四棱镜胶合而成，其中一个四棱镜为梯形棱镜，该梯形棱镜两底面之间的一侧面与棱镜组151的第一个棱镜胶合，该侧面相对的另一侧面则与各棱面均相互不垂直的四棱镜相对于第一胶合面的棱面胶合，形成第三胶合面，该各棱面均相互不垂直的四棱镜与梯形棱镜胶合的面大小相同，胶合后至少有一棱面与该梯形棱镜的一底面在同一平面上，在本发明具体实施例中，该棱面与第一胶合面之间的角度最好不大于30度，当然，本发明中的四棱镜也可以做成如图所示的非冷加工棱镜，本发明不以此为限；棱镜组151可由一个或以上平行四角棱镜和1个梯形棱镜按顺序依次胶合而成，也就是说，棱镜141与棱镜组151中的各棱镜依次按顺序胶合相连，即棱镜141与棱镜组151中的第一个棱镜胶合相连，棱镜组151的第二个棱镜又与其第一个棱镜胶合相连，以此类推，各棱镜依次按顺序胶合相连，最后胶合的是梯形棱镜，棱镜141及棱镜组151各棱镜的相连接面为阵列胶合面组，阵列胶合面组的各胶合面彼此平行，且与下表面(可以指靠近眼睛侧的面，也可以指远离眼睛侧的面)的夹角大于30度，阵列胶合面镀有部分透射部分反射膜，本发明通过水平倾斜角度大于30度的反射镜膜，使待显示画面的任何成像光线在每片阵列反射镜片上最多反射或透射一次，可大大减少亮度的衰减。
28.在图像源111可以是微显示屏，即属于成像光学装置的物面，由物面任意一视场点发出的光线，经棱镜121的柱面进入棱镜121，由于是柱面的凹面正对图像源111，相对平面缩小了向两侧散射的入射角，因此使用曲率半径小于40mm的柱面就可提升垂直视场角到36度以上，图像光线经柱面传到第一胶合面处，由于第一胶合面镀有部分反射部分透射膜或反射式偏振膜(如为反射式偏振膜，则需在第二胶合面加镀四分之一相位延迟膜)，故大部分光线经第一胶合面反射，再透过第二胶合面进入曲面透镜131，由于曲面透镜的曲面镀有向内的高反射膜，经曲面高反射后形成放大的虚像，曲面反射后的光透过第二胶合面和第一胶合面，在棱镜141内经过一次或一次以上的全反射后到达棱镜组151的阵列胶合面组，由阵列胶合面组将光线反射到人眼161，从而看到完整、高画质的大视场角图像。
29.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
30.1、本发明采用棱镜加曲面透镜的反射方式，体积明显比现有技术的透镜成像部件小、要轻。
31.2、本发明采用柱面棱镜加棱镜再加曲面透射的反射成像方式，可将垂直视场角从不足25度增大到36度以上，从而在不增加成本的条件下，进一步扩大视场角，并通过采用左右图像源各传导部分画面而在人眼组合成完整的大视场角画面，可将水平视场角从不足40
度增大到55度以上。
32.3、本发明采用水平倾斜角度大于30度的反射镜膜，使待显示画面的任何成像光线在每片阵列反射镜片上最多反射或透射一次，可大大减少亮度的衰减。
33.4、本发明采用水平倾斜角度大于30度的反射镜膜，图像光线经过任一阵列反射片都最多反射或透射一次，保证了反射和透射的亮度均匀性，从而可以减少阵列反射镜片的镀膜层数，提高良率，也保证了每片阵列反射镜片上反射画面纯洁度，给使用者提供优质的画面享受。
34.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。