[發明專利]一種3D近眼顯示裝置及方法

在審

• 申請號: 201710773128.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107450188A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 王書龍;宋強;許恒深;馬國斌
• 申請（專利權）人: 深圳瓏璟光電技術有限公司
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G02B27/26
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王加貴

技術領域

本發明涉及顯示技術領域，特別是涉及一種3D近眼顯示裝置及方法。

背景技術

近眼顯示系統，也稱為頭盔顯示器，它最初起源于空軍領域，主要是解決駕駛員面對飛機上日益增多的精密儀器及武器系統所收集的大量信息的困擾，利用近眼顯示產品可以將各儀器儀表的所有的信息全部呈現在駕駛員前面的視場內，使駕駛員集中精力操作飛機和進行瞄準。隨著人們對于近眼顯示產品的學習和認識，近眼顯示產品的應用領域也不斷擴展。除此之外，近眼顯示產品的應用也可以延伸至各個方面，在民用方面主要是結合相關的虛擬技術，應用于教育與訓練，商業產品的展覽與推銷；醫學的模擬訓練等。

授權號為CN 103064275 A的發明專利，公開了一種全息3D實現裝置及方法，包括激光生成單元、分束單元、光折變晶體及旋轉單元，運用激光分束產生相干光記錄全息3D圖像信息，通過再現光路實現3D全息圖像再現。但是，實現裝置復雜，記錄3D視頻信息時，數據帶寬要求高，而且有海量數據計算。授權號為CN 205982819 U的實用新型專利，公開了一種近眼顯示波導陣列視頻眼鏡，包括依次連接的橫向波導陣列基片、縱向波導陣列基片以及耦合棱鏡，耦合棱鏡與縱向波導陣列基片連接的一端設置攝像頭，通過投影鏡頭和陣列基片組的放大、折射和反射作用，獲得了放大的圖像顯示，使圖像看起來如同在遠處的大屏幕圖像，但是無法實現3D圖像顯示。

因此，如何改變現有技術中，3D近眼顯示裝置復雜、實現困難的現狀，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種3D近眼顯示裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，使3D近眼顯示裝置結構簡單緊湊，同時降低3D近眼顯示裝置對數據寬帶的要求。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種3D近眼顯示裝置，包括依次連接的能夠形成3D實像的集成成像單元、第一偏振分光棱鏡、雙膠合鏡、第二偏振分光棱鏡、耦合棱鏡和波導陣列基片；

所述集成成像單元的出射端與所述第一偏振分光棱鏡的入射端相連，所述第一偏振分光棱鏡的出射端與所述雙膠合鏡的入射端相連，所述雙膠合鏡的出射端與所述第二偏振分光棱鏡的入射端相連，所述第二偏振分光棱鏡的出射端與所述耦合棱鏡的入射端相連，所述耦合棱鏡的出射端與所述波導陣列基片的入射端相連；

所述第二偏振分光棱鏡還分別與第一凹面鏡和第二凹面鏡相連，所述第一凹面鏡和所述第二凹面鏡平行設置于所述第二偏振分光棱鏡的兩個端面上，所述第一凹面鏡、所述第二凹面鏡與所述第二偏振分光棱鏡的連接面分別與所述雙膠合鏡、所述耦合棱鏡與所述第二偏振分光棱鏡的連接面垂直；

所述第一凹面鏡與所述第二偏振分光棱鏡之間、所述第二凹面鏡與所述第二偏振分光棱鏡之間均設置四分之一波片。

優選地，所述集成成像單元包括依次相連的微顯示器和微透鏡陣列。

優選地，所述第一偏振分光棱鏡處還設置LED勻光系統。

優選地，所述波導陣列基片包括五個波導基片，所述波導基片的傾角為 25.5°，所述波導基片的厚度為2mm。

優選地，所述微顯示器包括0.26英寸的LCoS顯示屏，所述微顯示器的影像像元單位尺寸為4.5μm。

優選地，所述微透鏡陣列的單元尺寸為45μm。

優選地，所述波導基片的斜面處鍍偏光膜。

本發明還提供一種3D近眼顯示方法，包括如下步驟：

步驟一、集成成像單元形成3D實像，經過第一偏振分光棱鏡，從第一偏振分光棱鏡射出與入射面垂直的p光；

步驟二、從從第一偏振分光棱鏡出射的p光進入第二偏振分光棱鏡，在第二偏振分光棱鏡的斜面處無法透過，繼而反射到第一凹面鏡，第一凹面鏡與第二偏振分光棱鏡之間設置四分之一波片，p光線反射回到第二偏振分光棱鏡的斜面處時轉換為與入射面平行的s光，從而透過第二偏振分光棱鏡的斜面；

步驟三，透過第二偏振分光棱鏡斜面的s光經過第二偏振分光棱鏡和第二凹面鏡之間的四分之一波片，被第二凹面鏡反射回第二偏振分光棱鏡的斜面處轉換為p光；

步驟四，轉換為p光后，繼續被反射到耦合棱鏡，進入波導陣列基片，實現擴展出瞳，進入觀測者視野。