偏转反射组件和视网膜投影显示装置的制作方法

本技术涉及近眼显示，特别是涉及一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置。

背景技术：

1、视网膜投影显示技术由于出瞳非常小，难以满足近眼显示的眼盒(eyebox)需求，因此需要采取扩瞳方式来增大眼盒尺寸。目前常用的扩瞳方式包括视点追踪和视点复制两种：视点追踪方式是通过眼动相机实时捕捉并反馈人眼位置，再通过改变入射光的角度来改变视点位置，从而保持视点位置始终与人眼位置一致；视点复制方式则是利用体全息(hoe)的复用记录特性，同时生成多个视点，以在眼球位置变化时保证始终有视点进入人眼，从而实现扩瞳。

2、然而，现有的视点追踪方式需要依靠转镜或振镜等机械结构来改变入射光的角度，这不仅会增大设备体积，而且还容易引入额外的像差；现有的视点复制方式因同时存在多个视点，而导致相邻的视点之间容易产生串扰或暗区，同时hoe的复用记录还会导致每个视点的光效降低。

3、为了解决上述问题，现有专利us11175507b2公开了一种利用偏振体全息光栅来实现视点位置的变化，并结合眼动实现视网膜投影显示扩瞳的技术方案，虽然其在半反半透器件或反射式hoe上叠置多层液晶偏振光栅，以通过对每一层液晶偏振光栅施加电压来控制光束的偏转方向，使得入射光在经过半反半透器件或反射式hoe反射后由多层液晶偏振光栅结合眼动实时调整视点位置，从而实现扩瞳；但是这一方案所采用的半反半透器件或反射式hoe及多层液晶偏振光栅是两种不同的光学器件，整体结构较为复杂，并且多层液晶偏振光栅需要同时工作来实现视点位置的变化，控制较为困难。

技术实现思路

1、本申请的一个优势在于提供一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其能够在实现有效扩瞳的同时，简化整体结构，减少整体体积和重量，有利于满足近眼显示设备的小型化、轻薄化需求。

2、本申请的另一个优势在于提供一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述视网膜投影显示装置无需机械式调整结构，使得整机体积较小，更有利于实现轻薄化光机设计，且不存在因光束偏转而导致的像差问题。

3、本申请的另一个优势在于提供一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述视网膜投影显示装置能够在显著提高光效的同时，不存在因视点复制而导致的串扰问题。

4、本申请的另一个优势在于提供一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述视网膜投影显示装置能够使反射功能和视点偏转功能集成在同一个器件，使得结构更为简单，且同一时间仅需要控制一个偏振转换器件工作，使得控制更为简单。

5、本申请的另一个优势在于提供一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的偏转反射组件和视网膜投影显示装置，同时还增加了所述偏转反射组件和视网膜投影显示装置的实用性和可靠性。

6、为了实现本申请的上述至少一个优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种偏转反射组件，包括前后叠置的多个偏转反射单元，每个所述偏转反射单元包括：

7、与视点位置对应的选择性反射层，用于透射第一圆偏振光，并反射与该第一圆偏振光旋向相反的第二圆偏振光以成像于该视点位置；和

8、叠置在所述选择性反射层之前的偏振转换层，所述偏振转换层被控制以在打开状态和关闭状态之间切换；当所述偏振转换层处于所述打开状态时，所述偏振转换层用于转换该第一圆偏振光的偏振旋向，以形成该第二圆偏振光而被对应的所述选择性反射层反射；当所述偏振转换层处于所述关闭状态时，所述偏振转换层用于保持该第一圆偏振光的偏振旋向，以透过对应的所述选择性反射层。

9、根据本申请的一个实施例，所述选择性反射层为胆甾相液晶器件。

10、根据本申请的一个实施例，所述偏振转换层为电控半波片。

11、根据本申请的一个实施例，该第一圆偏振光为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种；该第二圆偏振光为该左旋圆偏振光和该右旋圆偏振光中的另一种。

12、根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种视网膜投影显示装置，包括：

13、图像源，所述图像源具有发光路径，用于沿着所述发光路径发射图像光；

14、上述任一所述的偏转反射组件，所述偏转反射组件被设置于所述图像源的所述发光路径；以及

15、眼动追踪器，所述眼动追踪器被对应地设置于所述偏转反射组件的侧方，用于捕捉瞳孔位置以获得当前视点位置，以通过所述偏转反射组件反射来自所述图像源的图像光以成像于该当前视点位置。

16、根据本申请的一个实施例，当所述偏转反射组件中位于与该当前视点位置对应的选择性反射层之前的偏振转换层被控制以处于打开状态时，所述偏转反射组件中的其他偏振转换层均处于关闭状态。

17、根据本申请的一个实施例，当所述偏转反射组件中位于与该当前视点位置对应的选择性反射层之前的偏振转换层被控制以处于打开状态时，所述偏转反射组件中位于处于打开状态的偏振转换层之前的所有偏振转换层均处于关闭状态。

18、根据本申请的一个实施例，所述图像源为激光扫描镜或带空间光调制器的光源。

19、根据本申请的一个实施例，所述眼动追踪器为眼动相机。

20、根据本申请的一个实施例，所述眼动追踪器位于所述偏转反射组件上远离所述图像源的一侧。

技术特征：

1.偏转反射组件，其特征在于，包括前后叠置的多个偏转反射单元，每个所述偏转反射单元包括：

2.根据权利要求1所述的偏转反射组件，其特征在于，所述选择性反射层为胆甾相液晶器件。

3.根据权利要求1所述的偏转反射组件，其特征在于，所述偏振转换层为电控半波片。

4.根据权利要求1至3中任一所述的偏转反射组件，其特征在于，该第一圆偏振光为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种；该第二圆偏振光为该左旋圆偏振光和该右旋圆偏振光中的另一种。

5.视网膜投影显示装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的视网膜投影显示装置，其特征在于，当所述偏转反射组件中位于与该当前视点位置对应的选择性反射层之前的偏振转换层被控制以处于打开状态时，所述偏转反射组件中的其他偏振转换层均处于关闭状态。

7.根据权利要求5所述的视网膜投影显示装置，其特征在于，当所述偏转反射组件中位于与该当前视点位置对应的选择性反射层之前的偏振转换层被控制以处于打开状态时，所述偏转反射组件中位于处于打开状态的偏振转换层之前的所有偏振转换层均处于关闭状态。

8.根据权利要求5所述的视网膜投影显示装置，其特征在于，所述图像源为激光扫描镜或带空间光调制器的光源。

9.根据权利要求5所述的视网膜投影显示装置，其特征在于，所述眼动追踪器为眼动相机。

10.根据权利要求5所述的视网膜投影显示装置，其特征在于，所述眼动追踪器位于所述偏转反射组件上远离所述图像源的一侧。

技术总结
本技术提供了一种偏转反射组件和视网膜投影显示装置，其能够在实现有效扩瞳的同时，简化整体结构，减少整体体积和重量。该偏转反射组件包括前后叠置的多个偏转反射单元，每个该偏转反射单元包括：与视点位置对应的选择性反射层，用于透射第一圆偏振光，并反射旋向相反的第二圆偏振光以成像于该视点位置；和叠置在选择性反射层之前的偏振转换层，被控制以在打开状态和关闭状态之间切换；当该偏振转换层处于打开状态时，该偏振转换层用于转换第一圆偏振光的偏振旋向，以形成第二圆偏振光而被对应的选择性反射层反射；当该偏振转换层处于关闭状态时，该偏振转换层用于保持第一圆偏振光的偏振旋向，以透过对应的选择性反射层。

技术研发人员：陆飞,郝希应
受保护的技术使用者：舜宇光学（浙江）研究院有限公司
技术研发日：20230728
技术公布日：2024/1/15