透視顯示器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，依次包含：顯示光源，用于發(fā)出顯示所需圖像的準(zhǔn)直顯示光波；柱狀透鏡，改變準(zhǔn)直顯示光波的經(jīng)行角度，輸出耦合光波；平面波導(dǎo)襯底，對(duì)耦合光波進(jìn)行反射傳播形成全反射光波；齒形槽單元，構(gòu)成耦合輸出單元，對(duì)全反射光波進(jìn)行耦合后輸出顯示光波；以及光波擴(kuò)束組，對(duì)顯示光波進(jìn)行平面展開(kāi)輸出為可被客戶識(shí)別的光信號(hào)。本發(fā)明中的透視顯示器件整體上具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小重量輕，制造工藝簡(jiǎn)單，大視場(chǎng)這些優(yōu)點(diǎn)；還具有輸出圖像畫(huà)面清晰，顯示質(zhì)量高，有效保證顯示的圖像畫(huà)面逼真等突出優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】透視顯示器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顯示器件，具體涉及一種基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，平板顯示、可穿戴顯示、筆記本顯示等顯示技術(shù)通常依靠光學(xué)器件來(lái)傳輸需要顯示的圖像信息。例如，頭頂穿戴顯示系統(tǒng)依靠光學(xué)透鏡和棱鏡將圖片虛擬顯示在人眼前方一定距離處，在不影響人眼對(duì)周圍景物的可視度前提下，可以邊瀏覽信息邊走路，增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)感。此類系統(tǒng)主要的核心光學(xué)組件由三部分組成:光波輸入耦合裝置、光波傳輸襯底以及光波輸出耦合裝置。雖然采用常規(guī)的成像方法可以獲得大的視場(chǎng)，但是隨著視場(chǎng)的增力口，光學(xué)系統(tǒng)整體的重量和體積隨之急劇增加，導(dǎo)致此類光學(xué)系統(tǒng)在很多情況下的應(yīng)用受到了限制。為此尋求結(jié)構(gòu)輕巧、布局緊湊、擁有大視場(chǎng)以及高分辨率顯示圖像的可視光學(xué)系統(tǒng)逐漸成為此類成像顯示系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]中國(guó)發(fā)明專利CN102495470A公開(kāi)了一種基于波導(dǎo)的透視顯示裝置及眼鏡式微投影系統(tǒng)，該裝置包括具有入射面的玻璃片，該玻璃片內(nèi)部具有相對(duì)反向傾斜設(shè)置的入射反射面和射出反射面，入射反射面的傾斜角度以使入射面射入的光波反射后與玻璃片表面形成的內(nèi)入射角大于等于布魯斯特角設(shè)置。由于該透視顯示裝置是基于玻璃片的反射原理，因此配置空間很小，可以使微投影裝置十分小巧、輕便，并且圖像直接反射進(jìn)入人眼，不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量上的影響，對(duì)投影儀光亮度的損失非常小。但是，該發(fā)明專利同樣也存在視場(chǎng)狹小，耦合效率不高，畫(huà)面顯示質(zhì)量還有待提高的問(wèn)題。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有大視場(chǎng)、逼真顯示圖像畫(huà)面的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有大視場(chǎng)、逼真顯示圖像畫(huà)面的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0007]—種基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，具有這樣的技術(shù)特征:依次包含:顯示光源，用于發(fā)出顯示所需圖像的準(zhǔn)直顯示光波；柱狀透鏡，改變準(zhǔn)直顯示光波的經(jīng)行角度，輸出耦合光波；平面波導(dǎo)襯底，對(duì)耦合光波進(jìn)行反射傳播形成全反射光波；齒形槽單元，構(gòu)成耦合輸出單元，對(duì)全反射光波進(jìn)行耦合后輸出顯示光波；以及光波擴(kuò)束組，對(duì)顯示光波進(jìn)行平面展開(kāi)輸出為可被識(shí)別的光信號(hào)，其中，柱狀透鏡設(shè)置在顯示光源與平面波導(dǎo)襯底之間，柱狀透鏡將耦合光波入射到平面波導(dǎo)襯底內(nèi)，齒形槽單元設(shè)置在平面波導(dǎo)襯底遠(yuǎn)離顯示光源的一端側(cè)面上，齒形槽單元由若干個(gè)規(guī)格相同的齒形槽銜接組成，每個(gè)齒形槽具有一個(gè)垂直于端側(cè)面的平面以及與端側(cè)面構(gòu)成一定夾角的傾斜面，該夾角朝向所述端側(cè)面開(kāi)口，光波擴(kuò)束組連接在齒形槽單元上，對(duì)顯示光波進(jìn)行準(zhǔn)直后再進(jìn)行展開(kāi)輸出。[0008]在本發(fā)明提供的透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征:其中，柱狀透鏡具有為平面形狀的且對(duì)朝向述顯示光源的光波輸入面以及為圓弧形狀的且朝向平面波導(dǎo)襯底的光波輸出面，光波輸入面和光波輸出面鍍有增透膜，柱狀透鏡將準(zhǔn)直圖像光波耦合形成以一定的角度折射入平面波導(dǎo)襯底內(nèi)的耦合光波。
[0009]在本發(fā)明提供的透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征，平面波導(dǎo)襯底由具有相互平行的且鍍有反射膜的上表面和下表面的平板玻璃構(gòu)成。
[0010]在本發(fā)明提供的透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征:其中，全反射光波與上表面法線的夾角為第一夾角araitiMl，傾斜面與下表面之間的夾角為第二夾角CIp，第一夾
a critical
和第二夾角ct p滿足下述關(guān)系:α p= a raitic;al。
[0011]在本發(fā)明提供的透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征:其中，光波擴(kuò)束組的長(zhǎng)度不小于用戶瞳孔的直徑，光波擴(kuò)束組具有連接在齒形槽單元上的入射平面以及平行于下表面的顯示平面，光波擴(kuò)束組由規(guī)格相同的平行四邊形微棱鏡單元傾斜地緊密縱向排列組成，平行四邊形微棱鏡單元具有排列組合構(gòu)成顯示平面的底面以及相對(duì)應(yīng)的斜側(cè)面，斜側(cè)面與底面之間構(gòu)成的夾角為第三夾角a e，每個(gè)平行四邊形微棱鏡單元均可以單獨(dú)成像地輸出用于銜接形成光信號(hào)的獨(dú)立信號(hào)。
[0012]在本發(fā)明提供的透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征:其中，顯示光波與入射平面的法線構(gòu)成第四 夾角，第三夾角％與第四夾角I之間滿足下述關(guān)系:2α e=180° -β6θ
[0013]在本發(fā)明提供的 透視顯示器件中，還可以具有這樣的特征:其中，底面的長(zhǎng)度W與光波擴(kuò)束組的高度L以及第三夾角Cie之間滿足下述關(guān)系:L=W*tan(ae)。
[0014]發(fā)明的作用與效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，利用柱狀透鏡對(duì)光波進(jìn)行準(zhǔn)直；平面波導(dǎo)襯底對(duì)光波進(jìn)行全反射傳播；以齒形槽單元作為耦合輸出將光波折射出平面波導(dǎo)襯底；以及光波擴(kuò)束組對(duì)光波進(jìn)行平面定位展開(kāi)。尤其是利用光波擴(kuò)束組對(duì)光波進(jìn)行平面定位展開(kāi)。因此，本發(fā)明中的透視顯示器件具有大視場(chǎng)、圖像顯示質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)；另外，還采用齒形槽單元作為光波耦合輸出器件，由于齒形結(jié)構(gòu)的空間距離相等，同一方向從齒形結(jié)構(gòu)到擴(kuò)束組表面的光波距離相等，減少光波能量損失以及其它物理效果造成的圖像顯示質(zhì)量的降低，輸出圖像畫(huà)面清晰，從而保證顯示的圖像畫(huà)面逼真。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中透視顯示器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1中透視顯示器件中齒形槽單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖1中透視顯示器件中光波擴(kuò)束組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為圖1中透視顯示器件字母A對(duì)應(yīng)的局部放大圖；以及
[0020]圖5為包含有本發(fā)明的實(shí)施例中透視顯示器件的穿戴顯示物品的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，1.顯示光源，2.圖像光波，3.柱狀透鏡，4.平面波導(dǎo)襯底，41.上表面，42.下表面，5.齒形槽單元，51.傾斜面，52.平面，6.光波擴(kuò)束組61.入射平面，62.顯示平面，7.平行四邊形微棱鏡單元，71.斜側(cè)面，72.底面，9.光源，10.顯示組件?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作具體闡述。
[0023]實(shí)施例一
[0024]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中透視顯示器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為圖1中透視顯示器件中齒形槽單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為圖1中透視顯示器件字母A對(duì)應(yīng)的局部放大圖。
[0027]如圖1、圖2及圖4所示，本發(fā)明提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件100，依次包含:顯示光源1，用于發(fā)出顯示所需圖像的準(zhǔn)直顯示光波2 ;柱狀透鏡3，改變準(zhǔn)直顯示光波2的經(jīng)行角度，輸出耦合光波；平面波導(dǎo)襯底4，對(duì)耦合光波進(jìn)行反射傳播形成全反射光波；齒形槽單元5，構(gòu)成耦合輸出單元，對(duì)全反射光波進(jìn)行耦合后輸出顯示光波；以及光波擴(kuò)束組6，對(duì)顯示光波進(jìn)行平面展開(kāi)輸出為可被識(shí)別的光信號(hào)，其中，柱狀透鏡3設(shè)置在顯示光源I與平面波導(dǎo)襯底4之間，柱狀透鏡3將耦合光波入射到平面波導(dǎo)襯底4內(nèi)，齒形槽單元5設(shè)置在平面波導(dǎo)襯底4遠(yuǎn)離顯示光源I的一端側(cè)面上，齒形槽單元5由若干個(gè)規(guī)格相同的齒形槽面銜接組成，每個(gè)齒形槽面具有一個(gè)垂直于端側(cè)面的平面52以及與端側(cè)面構(gòu)成一定夾角的傾斜面51，光波擴(kuò)束組6連接在齒形槽單元5上，對(duì)顯示光波進(jìn)行準(zhǔn)直后再進(jìn)行展開(kāi)輸出。
[0028]顯示光源I發(fā)出顯示所需圖像的準(zhǔn)直顯示光波2，可由Lcos、CRT、IXD、OLED等目前主流的圖像顯示源構(gòu)成，同時(shí)由于不同顯示光源I的偏振態(tài)不同，在進(jìn)行光源選擇時(shí)需要按照平面波導(dǎo)以及齒形波導(dǎo)對(duì)不同光源光波傳輸特性的要求進(jìn)行選取，否則將導(dǎo)致圖像重影的出現(xiàn)，降低圖像的顯示質(zhì)量，影響圖像的最終分辨率。
[0029]柱狀透鏡3具有為平面形狀的且對(duì)朝向述顯示光源的光波輸入面31以及為圓弧形狀的且朝向平面波導(dǎo)襯底的光波輸出面32，主要用于改變來(lái)自顯示光源I的準(zhǔn)直顯示光波2的傳播方向，盡可能的使準(zhǔn)直顯示光波2高效的耦合進(jìn)入平面波導(dǎo)襯底4。此類型的透鏡根據(jù)系統(tǒng)中顯示光源I的大小以及為使耦合光波能夠在平面波導(dǎo)襯底4中利用全反射進(jìn)行傳輸而進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)利用柱狀透鏡3對(duì)來(lái)自顯示光源I的準(zhǔn)直顯示光波2進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，使其在平面波導(dǎo)襯底4中滿足全反射條件傳輸，保證圖像信息不會(huì)丟失。
[0030]平面波導(dǎo)襯底4由具有相互平行的上表面41和下表面42的平板玻璃構(gòu)成。通常作為波導(dǎo)襯底的玻璃材料有冕牌玻璃和火石玻璃，如K9、BK7等。每種材料的折射率和阿貝系數(shù)不同導(dǎo)致全反射角以及材料的透過(guò)率、吸收系數(shù)不同。由于平面波導(dǎo)襯底4在傳輸全反射光波的過(guò)程中，需要在滿足全反射光波沒(méi)有折射出平面波導(dǎo)襯底4的同時(shí)，盡可能減少波導(dǎo)襯底材料本身對(duì)全反射光波能量的吸收，否則將導(dǎo)致全反射光波能量在傳輸過(guò)程中大量被損失掉，影響圖像最終的可見(jiàn)度。再者平面波導(dǎo)襯底4的材料本身限制了可在襯底中傳輸?shù)膱D像的范圍以及圖像的亮度，為了擴(kuò)大傳輸圖像的范圍，通常需要在上表面41和下表面42按照需求鍍有一層反射膜，對(duì)平面波導(dǎo)襯底4的材料的全反射角給予一定的擴(kuò)展。
[0031]齒形槽單元5構(gòu)成光波耦合輸出單元，主要用來(lái)將全反射光耦合出平面波導(dǎo)襯底
4。由于全反射光波在平面波導(dǎo)襯底4中傳輸時(shí)滿足全反射原理，全反射光波能量無(wú)法泄露出平面波導(dǎo)襯底4，為使全反射光波耦合輸出平面波導(dǎo)襯底4，全反射光波在波導(dǎo)襯底4表面的反射角應(yīng)小于全反射角(例如對(duì)于K9玻璃全反射角為42° )。為了滿足上述條件特引入齒形槽單元5，齒形槽單元5由若干個(gè)規(guī)格相同的齒形槽銜接組成，每個(gè)齒形槽具有一個(gè)垂直于端側(cè)面的平面52以及與下表面42構(gòu)成一定夾角的傾斜面51，使光波通過(guò)齒形槽單元5上的傾斜面51反射以后在襯底表面的反射角小于零界角從而耦合出平面波導(dǎo)襯底4，為了很好地完成全反射光波的耦合輸出，通常需要在齒形槽單元5的傾斜面鍍有一層反射膜，使光波能量盡可能多的耦合出平面波導(dǎo)襯底4，保證圖像最終的亮度以及清晰度等。
[0032]圖3為圖1中透視顯示器件中光波擴(kuò)束組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]如圖3所示，光波擴(kuò)束組6由平行四邊形微棱鏡單元7組成。光波擴(kuò)束組6具有連接在齒形槽單元5上的入射平面61以及平行于下表面的顯示平面62對(duì)于耦合輸出齒形槽單元5的顯示光波，由于顯示光波的傳播方向發(fā)生了空間變化，故需要引入擴(kuò)束組6對(duì)耦合輸出的顯示光波進(jìn)行準(zhǔn)直，同時(shí)利用平面鏡成像原理對(duì)耦合輸出的顯示光波進(jìn)行展開(kāi)，從而擴(kuò)大觀察視場(chǎng)。光波擴(kuò)束組6利用平行四邊形微棱鏡單元7將耦合輸出的顯示光波進(jìn)行擴(kuò)展，使其每個(gè)平行四邊形微棱鏡單元7均可以單獨(dú)成像地輸出光信號(hào)的，從而整體擴(kuò)大觀察視場(chǎng)。為了避免輸出圖像有間隙或者存在重疊部分，每個(gè)平行四邊形微棱鏡單元7在顯示平面62上的投影應(yīng)相互銜接起來(lái)。
[0034]如圖2至圖4所示，平行四邊形微棱鏡單元7的數(shù)量與齒形槽的數(shù)量相同，并且齒形槽開(kāi)口處的寬度S等于平行四邊形微棱鏡單元7的底面長(zhǎng)度W。
[0035]本發(fā)明波導(dǎo)器件的工作步驟以及實(shí)例應(yīng)用:
[0036]如圖1至圖4所示，來(lái)自顯示光源I的準(zhǔn)直顯示光波2經(jīng)過(guò)柱狀透鏡3轉(zhuǎn)向后，傾斜入射到平面波導(dǎo)襯底4的左端面，折射進(jìn)入平面波導(dǎo)襯底4內(nèi)，為了使光波可以折射進(jìn)入平面波導(dǎo)襯底4，必須對(duì)柱狀透鏡3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，否則將導(dǎo)致耦合進(jìn)入平面波導(dǎo)襯底4的圖像信息將大量丟失。在平面波導(dǎo)襯底4中，入射光波與上表面41和下表面42的法線之間的夾角大于全反射零界角，全反射光波沒(méi)有泄露出平面波導(dǎo)襯底4造成能量的損失，從而保證了圖像最終的亮度以 及視場(chǎng)。如果需要保證更多的光波在平面波導(dǎo)襯底4中傳輸，可在上表面41和下表面42蒸鍍一層反射膜來(lái)減少反射面光能的損失。全反射光波經(jīng)過(guò)傳輸與齒形齒形槽單元5的傾斜面51相碰，由于全反射光波與傾斜面51的法線之間的夾角小于全反射零界角，從而使全反射光波耦合出平面波導(dǎo)襯底4形成顯示光波進(jìn)入空氣介質(zhì)。進(jìn)入空氣介質(zhì)的顯示光波與光波擴(kuò)束組6的入射平面61接觸折射進(jìn)入光波擴(kuò)束組6，通過(guò)光波擴(kuò)束組6的擴(kuò)束定位，展開(kāi)輸出到空氣介質(zhì)，達(dá)到擴(kuò)大觀察視場(chǎng)的效果。
[0037]為了保證全反射光波在平面波導(dǎo)襯底4中的傳輸以及在預(yù)定位置耦合輸出，需要在保證平面波到襯底4滿足全反射的條件下，在預(yù)定耦合位置破壞全反射光波的傳輸條件，從而將全反射光波耦合出平面波導(dǎo)襯底4。為此，齒形槽單元5構(gòu)成耦合輸出單元，光波在平面波導(dǎo)襯底中4傳播時(shí)，光波與平面波導(dǎo)襯底4表面法線的夾角大于全反射角。由于齒形槽單元5的存在，當(dāng)全反射光波與齒形槽單元5上的傾斜面51接觸時(shí)，入射角小于全反射零界角，此時(shí)全反射光波在平面波導(dǎo)襯底4中的傳輸平衡被打破，部分能量傳輸?shù)娇諝饨橘|(zhì)中，實(shí)現(xiàn)了耦合輸出的效果。
[0038]在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇近軸光波進(jìn)行設(shè)計(jì)。在近軸光路中通常選擇平行于光軸的主軸光波來(lái)選擇相應(yīng)的光學(xué)參數(shù)，為了滿足上述光波傳輸條件，器件相關(guān)參數(shù)應(yīng)滿足:
[0039]a critical ^ a critical
[0040]其中，aeHtieal是主軸光波和上表面41的法線之間的夾角，araitieal’是平面波導(dǎo)襯底4的材料的零界角。為了避免光波在平面波導(dǎo)襯底4中傳輸時(shí)能量泄露出平面波導(dǎo)襯底4，Qraitieal應(yīng)大于全反射角，對(duì)于BK7材料，araitic;al’=42°。
[0041]為了保證主軸光波入射到傾斜面時(shí)垂直入射到齒形結(jié)構(gòu)內(nèi)，
[0042]αρ=α critical
[0043]ah=90° _ap
[0044]其中，ap為傾斜面51與下表面42的夾角，a h是傾斜面51與平面52的夾角。
[0045]N.sin(^ e)=sin(a critical)
[0046]2 a e=180° -β e
[0047]其中，β e是耦合輸出光波與入射平面61的法線之間的折射夾角。a e是斜側(cè)面71與顯示平面62的夾角。在經(jīng)行光路設(shè)計(jì)時(shí)，以主軸光波為參考光波進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須保證光波在平行四邊形微棱鏡單元7的斜側(cè)面71發(fā)生全反射并保持出射方向不變。
[0048]光波擴(kuò)束組利用平面鏡成像原理以及全反射原理對(duì)來(lái)自齒形槽單元5的顯示光波進(jìn)行重定位擴(kuò)束。來(lái)自齒形槽單元5的顯示光波由光波擴(kuò)束組6上的入射平面61折射進(jìn)入光波擴(kuò)束組6。通過(guò)平行四邊形微棱鏡單元7的斜側(cè)面71的全反射，光波在此被輸出光波擴(kuò)束組6的顯示平面62進(jìn)入到空氣介質(zhì)中。為了保證輸出以后的圖像觀察時(shí)沒(méi)有暗間隙或者重疊部分，平行四邊形微棱鏡單元7的斜側(cè)面71在顯示平面62上的投影應(yīng)該相互銜接起來(lái)，這樣不但保證了圖像的清晰度，同時(shí)避免了重影，因此滿足條件:
[0049]L=ff*tan ( a e)
[0050]其中，L是光波擴(kuò)束組6的高度，W是底面72的長(zhǎng)度。
`[0051]再者為了保證顯示光波盡可能多的進(jìn)入到光波擴(kuò)束組6，可采用相應(yīng)的鍍膜技術(shù)改變這一狀況。在具體的設(shè)計(jì)中應(yīng)保持光波擴(kuò)束組6的長(zhǎng)度大于人眼的的瞳孔直徑，SP
[0052]M>10mm
[0053]其中，M是光波擴(kuò)束組6的長(zhǎng)度。
[0054]否則將導(dǎo)致人眼觀看時(shí)視場(chǎng)過(guò)小，無(wú)法起到擴(kuò)展視場(chǎng)的效果。
[0055]為了說(shuō)明本實(shí)施例的工作過(guò)程，在滿足上述參數(shù)關(guān)系的前提下，當(dāng)a?itic;al=42°時(shí):
[0056]ap=42°
[0057]ah=48°
[0058]βε=26°
[0059]ae=77°
[0060]通過(guò)上述參數(shù)設(shè)計(jì)波導(dǎo)器件，使觀察者人眼位于顯示平面62的輸出位置，顯示光源I發(fā)出的光波經(jīng)過(guò)平面波導(dǎo)襯底4的傳輸，到達(dá)齒形槽單元5。被齒形槽單元5耦合進(jìn)入光波擴(kuò)束組6，經(jīng)過(guò)光波擴(kuò)束組6的定位展開(kāi)，直接進(jìn)入人眼瞳孔。由于光波擴(kuò)束組6對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)圖片的展開(kāi)，人眼可以接受到整體來(lái)自光源的信號(hào)。
[0061]圖5為包含有本發(fā)明的實(shí)施例中透視顯示器件的穿戴顯示物品的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]如圖5所示，通過(guò)將本實(shí)施例的組件和具體的電子元件進(jìn)行結(jié)合，用于可穿戴顯示物品200，將來(lái)自光源9的顯示信息傳輸?shù)斤@示組件10給予實(shí)時(shí)顯示，一方面可以實(shí)時(shí)觀看需要顯示的顯示圖片，同時(shí)由于本實(shí)施例的組件沒(méi)有采用特殊的光闌來(lái)完全阻擋外界自然光的進(jìn)入，因此還可以觀察外面景物。[0063]實(shí)施例的作用與效果
[0064]根據(jù)本實(shí)施例提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，利用光波擴(kuò)束組對(duì)光波進(jìn)行平面定位展開(kāi)，因此具有大視場(chǎng)、圖像顯示質(zhì)量高的突出優(yōu)點(diǎn)。
[0065]本實(shí)施例提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，以齒形槽單元作為光波I禹合輸出器件，由于齒形結(jié)構(gòu)的空間距離相等，同一方向從齒形結(jié)構(gòu)到擴(kuò)束組表面的光波距離相等，減少光波能量損失以及其它物理效果造成的圖像顯示質(zhì)量的降低，因此，輸出圖像畫(huà)面清晰，顯示質(zhì)量高，顯示的圖像畫(huà)面逼真。
[0066]本實(shí)施例提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件僅僅采用準(zhǔn)直透鏡、平面波導(dǎo)襯底、齒形槽單元以及廣播擴(kuò)束組對(duì)光波進(jìn)行傳播和擴(kuò)展，整體上還具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小重量輕，制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0067]本實(shí)施例采用的組件沒(méi)有采用特殊的光闌來(lái)完全阻擋外界自然光的進(jìn)入，因此，將本實(shí)施例提供的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件運(yùn)用于可穿戴顯示物品，可以實(shí)時(shí)觀看需要顯示的顯示圖片，還可以觀察外界景物。
[0068]當(dāng)然本發(fā)明所涉及的基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件并不僅僅限定于在本實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于齒形平面擴(kuò)展光學(xué)波導(dǎo)的透視顯示器件，依次包含: 顯示光源，用于發(fā)出顯示所需圖像的準(zhǔn)直顯示光波； 柱狀透鏡，改變準(zhǔn)直顯不光波的經(jīng)行角度，輸出稱合光波； 平面波導(dǎo)襯底，對(duì)所述耦合光波進(jìn)行反射傳播形成全反射光波； 齒形槽單元，構(gòu)成所述耦合輸出單元，對(duì)所述全反射光波進(jìn)行耦合后輸出顯示光波；以及 光波擴(kuò)束組，對(duì)所述顯示光波進(jìn)行平面展開(kāi)輸出為可被識(shí)別的光信號(hào)， 其中，所述柱狀透鏡設(shè)置在所述顯示光源與所述平面波導(dǎo)襯底之間，所述柱狀透鏡將耦合光波入射到所述平面波導(dǎo)襯底內(nèi)， 所述齒形槽單元設(shè)置在所述平面波導(dǎo)襯底遠(yuǎn)離所述顯示光源的一端側(cè)面上，所述齒形槽單元若干個(gè)由規(guī)格相同的齒形槽銜接組成，每個(gè)所述齒形槽具有一個(gè)垂直于所述段側(cè)面的平面以及與所述平面構(gòu)成一定夾角的傾斜面，所述夾角朝向所述端側(cè)面開(kāi)口， 所述光波擴(kuò)束組連接在所述齒形槽單元上，對(duì)所述顯示光波進(jìn)行準(zhǔn)直后再進(jìn)行展開(kāi)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視顯示器件，其特征在于: 其中，所述柱狀透鏡具有為平面形狀的且對(duì)朝向述顯示光源的光波輸入面以及為圓弧形狀的且朝向所述平面波導(dǎo)襯底的光波輸出面，所述光波輸入面和所述光波輸出面鍍有增透膜，所述柱狀透鏡將準(zhǔn)直圖像光波耦合形成以一定的角度折射入所述平面波導(dǎo)襯底內(nèi)的率禹合光波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視顯示器件，其特征在于: 其中，所述平面波導(dǎo)襯底由具有相互平行的且鍍有反射膜的上表面和下表面的平板玻璃構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透視顯示器件，其特征在于: 其中，所述全反射光波與所述上表面法線的夾角為第一夾角a Critical, 所述傾斜面與所述下表面之間的夾角為第二夾角αρ，所述第一夾角araitical和第二夾角α P滿足下述關(guān)系: αp=α critical。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透視顯示器件，其特征在于: 其中，所述光波擴(kuò)束組的長(zhǎng)度不小于用戶瞳孔的直徑，所述光波擴(kuò)束組具有連接在所述齒形槽單元上的入射平面以及平行于所述下表面的顯示平面，所述光波擴(kuò)束組由規(guī)格相同的平行四邊形微棱鏡單元傾斜地緊密縱向排列組成， 所述平行四邊形微棱鏡單元具有排列組合構(gòu)成所述顯示平面的底面以及相對(duì)應(yīng)的斜側(cè)面，所述顯示平面與所述斜側(cè)面之間構(gòu)成的夾角為第三夾角a e， 每個(gè)所述平行四邊形微棱鏡單元均可以單獨(dú)成像地輸出用于銜接形成所述光信號(hào)的獨(dú)立信號(hào)。
6.跟據(jù)權(quán)利要求5所述的透視顯示系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述顯示光波與所述入射平面的法線構(gòu)成第四夾角β 所述第三夾角與所述第四夾角之間滿足下述關(guān)系: 2αe=180° -βe。
7.跟據(jù)權(quán)利要求6所述的透視顯示系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述底面的長(zhǎng)度W與所述光波擴(kuò)束組的高度L以及所述第三夾角Cie之間滿足下述關(guān)系:
L=W木tan ( a e) 0`
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK103513423SQ201310454493
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】張文君 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)