一种增强现实显示装置的制作方法

本发明涉及增强显示，特别是涉及一种能够抑制杂散光的增强现实显示装置。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，增强现实技术(augmented reality)作为一种新型显示技术开始向大众普及，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看现实场景的同时还可以观看虚拟图像，为使用者提供更为丰富的信息，这也使得该项技术在安防、教育、医疗、工业、娱乐等行业得到了越来越广泛的应用。

2、光波导显示技术是增强显示技术的一种，其通过光波导技术，可以用轻便的设备即可将图像投射给观察者，给观察者提供舒适的增强现实感知。光波导增强现实装置一般包含光信号发生器、光耦入区、光波导传输区、光藕出区。光信号发生器产生的信号光经过光耦入区注入光波导，信号光经过光波导传输到光耦出区，光藕出区将信号光反射进入人眼形成虚拟感知，同时环境光线也能够透过光藕出区域进入人眼形成现实叠加。

3、光波导增强现实显示技术包括衍射光波导和几何光波导。在几何光波导的方案中，现有技术中提出了一种利用微结构阵列实现光波导增强现实显示方法。该方案的光藕出区为能够对光线进行偏折的微结构阵列以及与微结构阵列互补的补偿层，微结构阵列上具有分光膜层，能够将图像光反射进入人眼，同时也允许环境光透射。该方案虽然能够实现一种低成本轻便的增强现实显示装置，但是，一方面，图像光在相邻的微结构上会重复反射发生偏转，形成与正常光学路径不一致的杂散光，入射人眼后导致成像偏差，干扰正常显示效果，另一方面，结构上的任何缺陷都有可能导致图像光沿着不正常的光学路径进入到人眼，对于微结构形状要求较高，增加工艺制造成本，降低了生产制造良率。

4、综上所述，亟需提出一种新的增强现实显示方案，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种增强现实显示装置及，以解决现有技术中存在的图像光信号在相邻的微结构上会重复反射发生偏转，形成与正常光学路径不一致的杂散光，入射人眼后导致成像偏差，干扰正常显示效果以及对于微结构形状要求较高，增加工艺制造成本，降低了生产制造良率等问题。

2、为解决上述一个或多个技术问题，本技术采用的技术方案是：

3、提供了一种增强现实显示装置，至少包括光信号发生模块、光信号注入模块、光波导模块以及光信号取出模块，所述光信号发生模块产生图像光信号，图像光信号经所述光信号注入模块调整得到整型光信号后进入所述光波导模块，所述光波导模块将所述整型光信号传输至所述光信号取出模块，所述光信号取出模块调整所述整型光信号得到出射光信号并将其入射至人眼内；

4、其中，所述光信号取出模块至少包括：

5、分光结构层，包括第一微结构阵列以及设置在所述第一微结构阵列表面的分光层，所述分光层被配置为将所述整型光信号部分反射得到所述出射光信号后入射至人眼内，并允许环境光透射过所述光信号取出模块进入人眼；

6、光学膜层，设置于所述分光结构层表面，被配置为阻挡所述分光结构层透射出的部分整型光信号再次进入第一微结构阵列。

7、在一个具体实施例中，所述光信号发生模块中产生所述图像光信号的光信号源包含且不限于为micro led、oled、micro oled、lcd、led、lcos、dlp、mems中的任意一种或几种的混合。

8、在一个具体实施例中，所述第一微结构阵列包括微透镜阵列结构、微棱镜阵列结构、微反射镜阵列结构中的任意一种。

9、在一个具体实施例中，所述第一微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

10、在一个具体实施例中，所述光学膜层包括沿光信号传输方向依次设置的第一偏振层和相位延迟层，所述第一偏振层被配置为允许第一偏振方向的偏振光通过且不允许非第一偏振方向的其他偏振光通过，所述相位延迟层被配置为对所述第一偏正方向的偏振光进行相位延迟，所述第一偏振方向的偏振光经过两次所述相位延迟后转变为非第一偏振方向的偏振光。

11、在一个具体实施例中，所述相位延迟层为四分之一波片层。

12、在一个具体实施例中，所述光学膜层包括第一偏振层，被配置为允许第一偏振方向的偏振光通过且不允许非第一偏振方向的其他偏振光通过；

13、所述装置还包括第二偏振层，被配置为允许第二偏振方向的偏振光通过且不允许非第二偏振方向的其他偏振光通过，所述第二偏振层与所述第一偏振层沿光信号传播方向依次设置，所述第二偏振方向与所述第一偏振方向不同。

14、在一个具体实施例中，所述第二偏振层设置于所述光信号发生模块的出射面上。

15、在一个具体实施例中，所述第二偏振层设置于所述光信号注入模块的对准面上。

16、在一个具体实施例中，所述第二偏振层设置于所述光波导模块上的反射面上。

17、在一个具体实施例中，所述第二偏振层设置在所述光波导模块中所述整型光信号的传播路径上。

18、在一个具体实施例中，所述光信号取出模块还包括设置于所述光学膜层表面的补偿层，被配置为能够将环境光透射进入人眼，所述补偿层与所述第一微结构阵列的材料相同。

19、在一个具体实施例中，所述补偿层与所述结构层的折射率的差值的绝对值在0.5以内。

20、在一个具体实施例中，所述光信号注入模块与所述光波导模块相接触，所述光信号注入模块与所述光波导模块的接触面为平面或曲面，所述接触面用于调整所述图像光信号以得到所述整型光信号。

21、在一个具体实施例中，所述光信号注入模块与所述光波导模块一体设置，所述光信号注入模块的入射面为平面或曲面，所述入射面用于调整所述图像光信号以得到所述整型光信号。

22、在一个具体实施例中，所述光信号注入模块包括第二微结构阵列。

23、在一个具体实施例中，所述第二微结构阵列包括微透镜阵列结构、微棱镜阵列结构、微反射镜阵列结构中的任意一种。

24、在一个具体实施例中，所述第二微结构阵列排列方式为周期性、准周期性或非周期性中的任意一种。

25、在一个具体实施例中，所述装置还包括准直光学透镜，被配置为准直所述图像光信号进入所述光信号注入模块。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

27、本发明提供的增强现实显示装置，利用光信号发生模块产生图像光信号，图像光信号经过光信号注入模块调整得到整型光信号后进入光波导模块，光波导模块将整型光信号传输到光信号取出模块，光信号取出模块调整整型光信号得到出射光信号并将其入射至人眼内，被人眼接收感知形成虚拟图像，一方面，在光信号取出模块中设置分光结构层以及光学膜层，利用光学膜层阻挡分光结构层透射出的部分整型光信号再次进入第一微结构阵列，能够有效减少重复反射，避免杂散光的产生，增强图像显示效果，另一方面，对第一微结构阵列的缺陷的容允度较高，增加了第一微结构阵列设计和制造的灵活度；

28、进一步的，在光学膜层中沿光信号传输方向依次设置的第一偏振层和相位延迟层，将第一偏振层配置为允许第一偏振方向的偏振光通过且不允许非第一偏振方向的其他偏振光通过，利用第一偏振层对分光结构层透射出的部分整型光信号进行偏振形成第一偏振方向的偏振光后传输至相位延迟层，经过两次相位延迟后转变为非第一偏振方向的其他偏振光，因此，无法再次通过第一偏振层，即不能再次进入到相邻微结构中，因而无法形成重复反射，抑制了因为重复反射产生的杂散光；

29、进一步地，在光学膜层中设置第一偏振层，并沿光信号传播方向在第一偏振层前设置第二偏振层，第一偏振层被配置为允许第一偏振方向的偏振光通过且不允许非第一偏振方向的其他偏振光通过，第二偏振层被配置为允许第二偏振方向的偏振光通过且不允许非第二偏振方向的其他偏振光通过，第二偏振方向与第一偏振方向不同，光信号经过第二偏振层后得到第二偏振方向的偏振光，其无法再通过第一偏振层，即第二偏振方向的偏正光不能透射出微结构中，因而无法形成重复反射，抑制了因重复反射所产生的杂散光；

30、进一步的，在光信号取出模块中设置补偿层，补偿层能够对分光结构层进行光学补偿，保证环境光经过光补偿层后能够无畸变的透射进入人眼。