基于单光机的双目近眼显示装置和增强现实显示设备的制作方法

1.本公开涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及一种基于单光机的双目近眼显示装置和增强现实显示设备。


背景技术：

2.近眼显示是观察者在观看外界真实物体的同时，叠加在真实环境中的图像或者数据等信息也可被观看，其提供了传统显示设备不具有的与真实环境无障碍的实时实地交互的功能，从而给用户带来了全新的视觉体验，因此被广泛应用于各个领域。
3.目前的双目近眼显示方案，是通过光机部分对微显示器(面光源)发出的光线进行调试，使其变成平行光后进入波导，并通过阵列的分光膜反射或耦出光栅衍射进入人眼。对于双目模组，该技术通常需要两个微显示器，两个光机，使得ar光波导模组的体积较大，同时微显示器发出的很多光线被浪费掉，光效利用率较低。如果使用一个微显示器，一个光机以时分复用技术实现双目模组，那么微显示器需要同时为两个光波导片提供图像，其刷新率至少要达到120hz以上，这导致微显示器的分辨率较低。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种基于单光机的双目近眼显示装置和增强现实显示设备。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于单光机的双目近眼显示装置，包括：微显示器、光机系统、第一波导组和第二波导组；
6.所述微显示器，用于出射光线至所述光机系统；
7.所述光机系统，用于将所述微显示器出射的光线进行调制后，出射p偏振光至所述第一波导组，出射s偏振光至所述第二波导组；
8.所述第一波导组，用于将所述p偏振光耦合至人眼；
9.所述第二波导组，用于将所述s偏振光耦合至人眼。
10.在一个实施例中，优选地，所述第一波导组包括：第一波导片，第一耦入光学装置和第一耦出光学装置；
11.所述第一耦入光学装置，用于将射入的p偏振光耦合入所述第一波导片；
12.所述第一波导片，用于将所述第一耦入光学装置耦入的p偏振光采用全反射的方式传输至所述第一耦出光学装置；
13.所述第一耦出光学装置，用于将所述p偏振光耦出至人眼。
14.在一个实施例中，优选地，所述第二波导组包括：第二波导片、第二耦入光学装置和第二耦出光学装置；
15.所述第二耦入光学装置，用于将射入的所述s偏振光耦合入所述第二波导片；
16.所述第二波导片，用于将所述第二耦入光学装置耦入的s偏振光采用全反射的方式传输至所述第二耦出光栅；
17.所述第二耦出光学装置，用于将所述s偏振光耦出至人眼。
18.在一个实施例中，优选地，所述第一耦入光学装置和所述第二耦入光学装置包括反射面，棱镜或衍射光栅等。
19.在一个实施例中，优选地，所述第一耦出光学装置包括只对p偏振光进行分光的p光分光膜阵列，所述第二耦出光学装置包括只对s偏振光进行分光的s光分光膜阵列。
20.在一个实施例中，优选地，所述第一耦出光学装置和所述第二耦出光学装置包括衍射光栅。
21.在一个实施例中，优选地，所述光机系统包括：偏振分光棱镜、反射镜和透镜组；
22.所述偏振分光棱镜，用于将所述微显示器出射的光线分成p偏振光和s偏振光；
23.所述反射镜和透镜组，用于将所述p偏振光和所述s偏振光分别进行反射和准直后，射入所述第一波导组和所述第二波导组。
24.在一个实施例中，优选地，所述第一波导组和所述第二波导组为一体式结构，且所述第一波导组和所述第二波导组之间呈预设角度。
25.根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实显示设备，包括第一方面实施例中任一项所述的基于单光机的双目近眼显示装置。
26.在一个实施例中，优选地，增强现实显示设备可以是头戴式增强现实显示设备，其包括：镜架、鼻托和两个镜腿，其中，所述双目近眼显示装置的光机系统设置于所述鼻托上方。
27.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
28.本发明实施例中，采用一个光机系统实现双目显示效果，可大大降低成本，并且可以减小增强现实显示设备的重量，实现轻量化，并且同时利用s光和p光，提高光能利用率，同时避免因微显示器同时为两个波导提供图像导致分辨率低的问题。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
31.图1是现有技术中双目光波导近眼显示的原理图。
32.图2是根据一示例性实施例示出的一种基于单光机的双目近眼显示装置的示意图。
33.图3是根据一示例性实施例示出的另一种基于单光机的双目近眼显示装置的示意图。
34.图4是根据一示例性实施例示出的一种光机系统的示意图。
具体实施方式
35.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
36.图1是现有技术中双目近眼显示的原理示意图。
37.如图1所示，现有的双目近眼显示方案中，一般采用两个光机分别出射光线至对应的目镜系统，从而实现双目近眼显示。但是这样使得ar光波导模组的体积较大，同时微显示器发出的很多光线被浪费掉，光效利用率较低而此方案应用于头戴式增强现实显示设备，如ar眼镜时，一般都是将光机置于两个镜腿处，佩戴时镜腿光机与波导之间经常性的翻折后容易破坏双目合像。并且由于光机的尺寸偏大，会遮挡佩戴者左右的视场，严重影响佩戴体验。
38.因此，为了解决上述技术问题，提出了本技术的技术方案，从而降低成本，减小增强现实显示设备的重量，实现轻量化，提高光能利用率。
39.如图2和图3所示，本实施例的基于单光机的双目近眼显示装置，包括：微显示器21、光机系统22、第一波导组23和第二波导组24；
40.所述微显示器21，用于出射光线至所述光机系统；
41.所述光机系统22，用于将所述微显示器出射的光线进行调制后，出射p偏振光至所述第一波导组，出射s偏振光至所述第二波导组；
42.所述第一波导组23，用于将所述p偏振光耦合至人眼；
43.所述第二波导组24，用于将所述s偏振光耦合至人眼。
44.在一个实施例中，优选地，所述第一波导组23包括：第一波导片231，第一耦入光学装置232和第一耦出光学装置233；
45.所述第一耦入光学装置232，用于将射入的p偏振光耦合入所述第一波导片；
46.所述第一波导片231，用于将所述第一耦入光学装置耦入的p偏振光采用全反射的方式传输至所述第一耦出光学装置；
47.所述第一耦出光学装置233，用于将所述p偏振光耦出至人眼。
48.在一个实施例中，优选地，所述第二波导组24包括：第二波导片241、第二耦入光学装置242和第二耦出光学装置243；
49.所述第二耦入光学装置242，用于将射入的所述s偏振光耦合入所述第二波导片；
50.所述第二波导片241，用于将所述第二耦入光学装置耦入的s偏振光采用全反射的方式传输至所述第二耦出光学装置；
51.所述第二耦出光学装置243，用于将所述s偏振光耦出至人眼。
52.在一个实施例中，优选地，所述第一耦出光学装置包括只对p偏振光进行分光的p光分光膜阵列，所述第二耦出光学装置包括只对s偏振光进行分光的s光分光膜阵列。
53.如图2所示，在一个实施例中，优选地，所述第一耦入光学装置和所述第二耦入光学装置包括反射面或棱镜。
54.如图3所示，在一个实施例中，优选地，所述第一耦入光学装置和所述第二耦入光学装置包括衍射光栅。
55.通过上述技术方案，光机将来自微显示器的光束分为p光平行光和s光平行光，p光平行光和s光平行光分别携带图像信息，并进入两侧的光波导片中全反射传输，传播到阵列分光膜或耦出光栅后实现分光，部分光反射或衍射到人眼，其余的光线继续传播并重复上述过程，实现一维扩瞳，以增加阵列光波导和衍射光波导光机模组的眼动范围。对于传播p
光平行光的阵列光波导片，其偏振分光膜阵列的膜系可设置为只对p光起分光作用；而对于传播s光平行光的阵列光波导片，其偏振分光膜阵列的膜系可设置为只对s光起分光作用。
56.如图4所示，在一个实施例中，优选地，所述光机系统包括：偏振分光棱镜pbs、反射镜41和透镜组(图中未示出)；
57.所述偏振分光棱镜pbs，用于将所述微显示器出射的光线分成p偏振光和s偏振光；
58.所述反射镜和透镜组，用于将所述p偏振光和所述s偏振光分别进行反射和准直后，射入所述第一波导组和所述第二波导组。
59.在一个实施例中，优选地，所述第一波导组和所述第二波导组为一体式结构，且所述第一波导组和所述第二波导组之间呈预设角度。
60.在该实施例中，微显示器的光束经过pbs后分成p偏振光和s偏振光，p偏振光和s偏振光分别经过反射镜的反射和透镜组的准直后，入射到阵列光波导片或衍射光波导片上。p偏振光和s偏振光的强度可作相应调制。光机也可以采用其它方式将微显示器的光束分为p光平行光和s光平行光，在此不作限制。两侧的阵列光波导片或衍射光波导片可做成一个整体，且可呈一定的夹角。
61.根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实显示设备，包括第一方面实施例中任一项所述的基于单光机的双目近眼显示装置。
62.在一个实施例中，优选地，增强现实显示设备可以是头戴式增强现实显示设备，其包括：镜架、鼻托和两个镜腿，其中，所述双目近眼显示装置的光机系统设置于所述鼻托上方。
63.现有双目显示波导方案将光机置于两个镜腿处，由于光机的尺寸偏大，会遮挡佩戴者左右的视场，严重影响佩戴体验。本发明将一个光机置于鼻托上方，镜腿处只需要走线即可，与正常眼镜的镜腿大小相差无异，相比而言，用户双眼两侧视场变宽，可大大提高佩戴体验。
64.进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
65.进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
66.进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
67.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
68.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种基于单光机的双目近眼显示装置，其特征在于，包括：微显示器、光机系统、第一波导组和第二波导组；所述微显示器，用于显示图像，并出射光线至所述光机系统；所述光机系统，用于将所述微显示器出射的光线进行调制后，出射p偏振光至所述第一波导组，出射s偏振光至所述第二波导组，其中，所述p偏振光和所述s偏振光分别携带图像信息；所述第一波导组，用于将所述p偏振光耦合至人眼；所述第二波导组，用于将所述s偏振光耦合至人眼。2.根据权利要求1所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第一波导组包括：第一波导片，第一耦入光学装置和第一耦出光学装置；所述第一耦入光学装置，用于将射入的p偏振光耦合入所述第一波导片；所述第一波导片，用于将所述第一耦入光学装置耦入的p偏振光采用全反射的方式传输至所述第一耦出光学装置；所述第一耦出光学装置，用于将所述p偏振光耦出至人眼。3.根据权利要求2所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第二波导组包括：第二波导片、第二耦入光学装置和第二耦出光学装置；所述第二耦入光学装置，用于将射入的所述s偏振光耦合入所述第二波导片；所述第二波导片，用于将所述第二耦入光学装置耦入的s偏振光采用全反射的方式传输至所述第二耦出光学装置；所述第二耦出光学装置，用于将所述s偏振光耦出至人眼。4.根据权利要求3所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第一耦入光学装置和所述第二耦入光学装置包括反射面，棱镜或衍射光栅。5.根据权利要求3所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第一耦出光学装置包括只对p偏振光进行分光的p光分光膜阵列，所述第二耦出光学装置包括只对s偏振光进行分光的s光分光膜阵列。6.根据权利要求1所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第一耦出光学装置和所述第二耦出光学装置包括衍射光栅。7.根据权利要求1所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述光机系统包括：偏振分光棱镜、反射镜和透镜组；所述偏振分光棱镜，用于将所述微显示器出射的光线分成p偏振光和s偏振光；所述反射镜和透镜组，用于将所述p偏振光和所述s偏振光分别进行反射和准直后，射入所述第一波导组和所述第二波导组。8.根据权利要求1所述的双目近眼显示装置，其特征在于，所述第一波导组和所述第二波导组为一体式结构，且所述第一波导组和所述第二波导组之间呈预设角度。9.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的双目近眼显示装置。10.根据权利要求9所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：镜架、鼻托和两个镜腿，其中，所述双目近眼显示装置的光机系统设置于所述鼻托上方。

技术总结
本公开是关于一种基于单光机的双目近眼显示装置和增强现实显示设备，包括：微显示器，用于出射光线至所述光机系统；光机系统，用于将所述微显示器出射的光线进行调制后，出射P偏振光至所述第一波导组，出射S偏振光至所述第二波导组；第一波导组，用于将所述P偏振光耦合至人眼；第二波导组，用于将所述S偏振光耦合至人眼。至人眼。至人眼。


技术研发人员：崔海涛 李会会 李艳 李星 王健
受保护的技术使用者：谷东科技有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8