头戴式显示装置的制作方法

本发明涉及一种头戴式显示装置，特别涉及一种具有回反射膜的头戴式显示装置。

背景技术：

近年来，显示装置不断的发展当中，由以往大型显示器、显示荧屏一直到各种手持装置的显示，显示图像画面的方式持续的进步，与此同时，各种头戴式显示装置的概念也陆续被提出。头戴式显示装置可将显示荧屏配合设置在使用者头上穿戴的头盔或眼镜，由于显示荧屏距离使用者眼睛近，能以较小的荧屏体积即达到产生较广视角的效果。不过，现有的显示荧屏往往构造复杂，需要配戴较为笨重的装置，因此在使用上较为不便。

因此，为解决上述问题，利用投射式或反射式的头戴式显示装置也陆续提出，由于头戴式显示装置大多原本即具有镜片的结构，因此常利用投射装置将图像投射至镜片或屏幕上以供使用者检视，但投射式的显示装置，往往有显示亮度与清晰度的问题，如何以轻量化、微型化的光学结构，投射清晰明亮的成像给使用者，使投射式或反射式的头戴式显示装置的发展重点。

综观前所述，本发明的发明人经多年苦心潜心研究，思索并设计一种头戴式显示装置，以针对现有技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是在提供一种头戴式显示装置，以解决现有的头戴式显示装置在显示图像时，产生亮度及清晰度的问题。

根据本发明的目的，本发明提供一种头戴式显示装置，包括回反射膜、反射膜、1/4波长板以及投影机。其中，回反射膜具有多个微结构。多个微结构当中具有反射凹面，反射凹面使入射至回反射膜的光由原入射路径反射 离开回反射膜。反射膜对应于使用者的眼球位置，反射膜使第一偏振光反射而第二偏振光穿透，第一偏振光与第二偏振光具有不同偏振极性。1/4波长板设置在回反射膜面向反射膜的表面上。投影机与回反射膜设置在反射膜的同一侧，投影机将第一偏振光投向反射膜。反射膜将第一偏振光反射至1/4波长板，第一偏振光穿过1/4波长板后入射至回反射膜，经由原入射路径反射再次穿过1/4波长板后回到反射膜，第一偏振光经过1/4波长板改变偏振极性成为第二偏振光而穿透反射膜，到达眼球形成使用者所见的图像。

较优选地，回反射膜可包括透明衬底及镀膜。其中，透明衬底于光线入射面的另一侧表面形成多个凸起结构，多个凸起结构呈紧密的阵列排列。镀膜设置在透明衬底的多个凸起结构的表面上，使多个凸起结构内部形成多个微结构的反射凹面。

较优选地，回反射膜可包括衬底及镀膜。其中，衬底在光线入射面形成多个内凹结构，多个内凹结构呈紧密的阵列排列。镀膜设置在衬底的多个内凹结构的表面上，使多个内凹结构形成多个微结构的反射凹面。

根据本发明的目的，本发明还提供一种头戴式显示装置，包括回反射膜、反射膜、1/4波长板以及投影机。其中，回反射膜具有多个微结构。多个微结构当中具有反射凹面，反射凹面使入射至回反射膜的光由原入射路径反射离开回反射膜。反射膜对应于使用者的眼球位置，反射膜使第一偏振光反射而第二偏振光穿透，第一偏振光与第二偏振光具有不同偏振极性。1/4波长板设置在回反射膜面向反射膜的表面上。投影机与回反射膜设置在反射膜的不同侧，投影机将第二偏振光投向反射膜。第二偏振光穿透反射膜朝向1/4波长板，第二偏振光穿过1/4波长板后入射至回反射膜，经由原入射路径反射再次穿过1/4波长板后回到反射膜，第二偏振光经过1/4波长板改变偏振极性成为第一偏振光，反射膜反射第一偏振光，使其到达眼球形成该使用者所见的图像。

根据本发明的目的，本发明还提供一种头戴式显示装置，包括回反射膜、反射膜、第一1/4波长板、投影机以及第二1/4波长板。其中，回反射膜具有多个微结构。多个微结构当中具有反射凹面，反射凹面使入射至回反射膜的光由原入射路径反射离开回反射膜。反射膜对应于使用者的眼球位置，反射膜使第一偏振光反射而第二偏振光穿透，第一偏振光与第二偏振光具有不同偏振极性。第一1/4波长板设置在反射膜面向回反射膜的表面上。投影机 与回反射膜设置在反射膜的同一侧，投影机将第二偏振光投向反射膜。第二1/4波长板设置在投影机投射第二偏振光至反射膜的投射路线上，使第二偏振光先穿过第二1/4波长板及第一1/4波长板后，改变偏振极性成为第一偏振光并传至反射膜。反射膜将第一偏振光反射，通过第一1/4波长板后入射至回反射膜，经由原入射路径反射再次穿过第一1/4波长板后回到反射膜，第一偏振光经过第一1/4波长板改变偏振极性成为该第二偏振光而穿透反射膜，到达眼球形成使用者所见的图像。

承上所述，依本发明的头戴式显示装置，其可具有一或多个下述优点：

(1)此头戴式显示装置能利用回反射膜将光线反射为原路径的特性，应用在反射式或投影式显示装置上，减少复杂的镜片结构，让头戴式显示装置能更为简单及轻量化。

(2)此头戴式显示装置能利用偏振片改变光线的偏振极性，使光线能穿透反射膜，进而提升成像效果，不会因为经由分光作用而降低图像的亮度或清晰度。

附图说明

图1为本发明的头戴式显示装置的光路示意图。

图2为本发明的另一头戴式显示装置的光路示意图。

图3为本发明的又一头戴式显示装置的光路示意图。

图4及图5为本发明的回反射膜反射光线的示意图。

图6为本发明的头戴式显示装置的结构示意图。

附图标记说明

1、2、3、5：头戴式显示装置

10、20、30、40、50：回反射膜

10a、20a、31a、41a：微结构

11、21、51：反射膜

12、52：1/4波长板

13、23、53：投影机

15、25、55：眼球

22：第一1/4波长板

24：第二1/4波长板

31：透明衬底

32、42：镀膜

32a、33a、42a、43a：入射光

32b、33b、42b、43b：反射光

41：衬底

L1：第一偏振光

L2：第二偏振光

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，因此，不应就所附的附图的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

请参阅图1，其为本发明的头戴式显示装置的光路示意图。图中，头戴式显示装置1包括回反射膜10、反射膜11、1/4波长板12以及投影机13。配合如头盔、安全帽上原有的镜片，回反射膜10可贴附于其镜片上，其表面上具有多个半圆形凸起的微结构10a，附图中微结构10a的大小及间距仅为示意，实际的微透镜结构10a可为紧密排列的半球状阵列，其截面可为圆形、三角形、六角形或是多边形的排列方式。在微结构10a半圆形凸起的表面可镀上金属膜作为反射镜面，使得由另一侧入射进入回反射膜10的光线，通过微结构10a而沿着原入射路径反射射出。反射膜11对应于使用者眼球15的位置，设置在回反射膜10与眼球15之间，反射膜11与回反射膜10的夹角可为45°，但本发明不以此为限，反射膜11可依照投影机13设置的位置调整倾斜的角度。反射膜11同时具有反射及穿透的特性，可将第一偏振光L1反射而使第二偏振光L2穿透，第一偏振光L1可为S偏极光(S-polarized light)，第二偏振光L2可为P偏极光(P-polarized light)，两者在偏振极性上具有不同的振荡方向。为此，在回反射膜10面向反射膜11的表面上设置1/4波长板12，由此转换光线的偏振极性。

经由相对于反射膜11设置在头戴式显示装置1的投影机13，将第一偏振光L1(S光)投向反射膜11，反射膜11将第一偏振光L1反射至1/4波长板 12，光线穿过1/4波长板12后入射至回反射膜10，经由多个微结构10a将光线由原入射路径反射，再次穿过1/4波长板12后回到反射膜11，由于第一偏振光L1经过1/4波长板改变偏振极性而成为第二偏振光L2(P光)，因而可穿透反射膜11，到达使用者的眼球15，形成使用者所看见的图像。

请参阅图2，其为本发明的另一头戴式显示装置的光路示意图。图中，头戴式显示装置2包括回反射膜10、反射膜11、1/4波长板12以及投影机13。本实施例与前一实施例具有类似的结构，其相同标号的元件参照前一实施例所述而不重复叙述。本实施例主要的差异在于回反射膜10设置的位置以及投影机13投射光线的偏振极性。本实施例的回反射膜10位于头戴式显示装置2内，可设置在反射膜11的上方，并使回反射膜10上的1/4波长板面向反射膜11，而投影机13与回反射膜10设置在反射膜11的两侧。回反射膜10与反射膜11的夹角可为45°，但本发明不以此为限，可依据投影机13设置的位置或角度调整角度的大小。

投影机13将第二偏振光L2投向反射膜11，第二偏振光L2会穿过反射膜11并朝向1/4波长板12，光线穿过1/4波长板12后入射至回反射膜10，经由多个微结构10a将光线由原入射路径反射，再次穿过1/4波长板12后回到反射膜11，由于第二偏振光L2经过1/4波长板改变偏振极性而转换成第一偏振光L1，因而可通过反射膜11反射到达使用者的眼球15，形成使用者所看见的图像。本实施例与前一实施例均利用单一1/4波长板12来改变光线的偏振极性，由于投影机13所投射图像的光可能具有不同偏振极性，因此可依需求调整回反射膜10的位置。

请参阅图3，其为本发明的另一头戴式显示装置的光路示意图。图中，头戴式显示装置3包括回反射膜20、反射膜21、第一1/4波长板22、投影机23以及第二1/4波长板24。回反射膜20可贴附于头戴式显示装置2的镜片上，其面向入射光的一侧表面上形成多个内凹的微结构20a，并在凹面表面上镀上金属膜，使入射光线通过反射凹面沿原入射路径反射，附图中微结构20a的大小及间距仅为示意，实际的微结构20a可为紧密排列的阵列结构。反射膜21设置在回反射膜20与眼球25之间，反射膜21与回反射膜20的夹角可为45°，但本发明不以此为限，反射膜21可依照投影机23设置的位置调整倾斜的角度。反射膜21同时具有反射及穿透的特性，可将第一偏振(S光)反射，使第二偏振光(P光)透射。为此，本实施例以另外一种1/4波长 板的设置方式来转换光线的偏振极性。

续如图3所示，在反射膜21面向回反射膜20的表面上设置第一1/4波长板22，而第二1/4波长板24设置在投影机23投射光线至反射膜21的投射路线上，靠近于投影机23的出光口，且不会阻挡于回反射膜20及反射膜21之间。投影机23投射出来的第二偏振光会先经过第二1/4波长板24，再经过第一1/4波长板22后才传至反射膜21，反射膜21将偏振极性改变而形成第一偏振光的光线反射，再次通过第一1/4波长板22入射至回反射膜20，经由多个微结构20a将光线由原入射路径反射，再次穿过第一1/4波长板22后回到反射膜21，再次经过波长板改变偏振极性的第二偏振光可穿透反射膜21，到达眼球25而形成使用者所见的图像。

请参阅图4及图5，其为本发明的回反射膜反射光线的示意图。在图4中，回反射膜30包括透明衬底31以及镀于透明衬底31表面上的镀膜32，其中，透明衬底31在表面上形成多个阵列排列的微结构31a，此处的微结构31a呈半圆球状，其形成的方式可包括在透明衬底上贴上具有多个透明半球形的薄膜，或是利用模具在透明衬底31上压印形成半球形的凸起，但本发明不局限于此，在透明衬底表面形成半球形微结构31a的方法均包括在本发明当中。再者，在凸出的半球形表面上可镀上镀膜32，使透明衬底31在微结构31a部分形成具有反射凹面31b的反射镜，也可由此将回反射膜30平坦化而易于贴附在头戴式显示装置的原有镜片上。此回反射膜30遇到不同入射角度的入射光32a、33a时，可利用反射凹面31b将其由原入射路径反射出去，如对应的反射光32b、33b。

在图5中，回反射膜40包括衬底41以及镀于衬底41表面上的镀膜42，其中，衬底41可为一般的薄膜衬底，不一定为透明衬底。在衬底41入射光的表面形成多个阵列排列的微结构41a，与前述差异在于微透镜结构41a在此处为内凹的半圆球状，在表面镀上镀膜42，使微结构41a形成可反射光线的反射凹面41b，此反射凹面41b使回反射膜40可将入射光42a、43a由原入射路径反射出去，形成对应的反射光42b、43b。

请参阅图6，其为本发明的另一头戴式显示装置的结构示意图。图中，头戴式显示装置5可为安全帽或头盔，但本发明不以此为限，各种眼镜、雪镜等装置也可加装本发明的显示装置。如图所示，头戴式显示装置5包括回反射膜50、反射膜51、1/4波长板52以及投影机53。回反射膜50可贴附于 原有镜片54上，对应于使用者眼球55位置，1/4波长板52设置在回反射膜50上，而反射膜50设置在1/4波长板52与使用者眼球55之间。头戴式显示装置5上装设微型投影机53，将图像投射至反射膜51，其具有偏振极性的光线先被反射，通过1/4波长板52后入射入回反射膜50，再利用回反射膜50特性以原路径反射出光线，通过1/4波长板52回到反射膜51，此时光线经过转换而可穿透反射膜51，进而到达使用者眼球55来显示图像。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括于本发明专利范围中。