[发明专利]一种3D近眼显示装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种3D近眼显示装置及方法。

背景技术

近眼显示系统，也称为头盔显示器，它最初起源于空军领域，主要是解决驾驶员面对飞机上日益增多的精密仪器及武器系统所收集的大量信息的困扰，利用近眼显示产品可以将各仪器仪表的所有的信息全部呈现在驾驶员前面的视场内，使驾驶员集中精力操作飞机和进行瞄准。随着人们对于近眼显示产品的学习和认识，近眼显示产品的应用领域也不断扩展。除此之外，近眼显示产品的应用也可以延伸至各个方面，在民用方面主要是结合相关的虚拟技术，应用于教育与训练，商业产品的展览与推销；医学的模拟训练等。

授权号为CN 103064275 A的发明专利，公开了一种全息3D实现装置及方法，包括激光生成单元、分束单元、光折变晶体及旋转单元，运用激光分束产生相干光记录全息3D图像信息，通过再现光路实现3D全息图像再现。但是，实现装置复杂，记录3D视频信息时，数据带宽要求高，而且有海量数据计算。授权号为CN 205982819 U的实用新型专利，公开了一种近眼显示波导阵列视频眼镜，包括依次连接的横向波导阵列基片、纵向波导阵列基片以及耦合棱镜，耦合棱镜与纵向波导阵列基片连接的一端设置摄像头，通过投影镜头和阵列基片组的放大、折射和反射作用，获得了放大的图像显示，使图像看起来如同在远处的大屏幕图像，但是无法实现3D图像显示。

因此，如何改变现有技术中，3D近眼显示装置复杂、实现困难的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D近眼显示装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使3D近眼显示装置结构简单紧凑，同时降低3D近眼显示装置对数据宽带的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种3D近眼显示装置，包括依次连接的能够形成3D实像的集成成像单元、第一偏振分光棱镜、双胶合镜、第二偏振分光棱镜、耦合棱镜和波导阵列基片；

所述集成成像单元的出射端与所述第一偏振分光棱镜的入射端相连，所述第一偏振分光棱镜的出射端与所述双胶合镜的入射端相连，所述双胶合镜的出射端与所述第二偏振分光棱镜的入射端相连，所述第二偏振分光棱镜的出射端与所述耦合棱镜的入射端相连，所述耦合棱镜的出射端与所述波导阵列基片的入射端相连；

所述第二偏振分光棱镜还分别与第一凹面镜和第二凹面镜相连，所述第一凹面镜和所述第二凹面镜平行设置于所述第二偏振分光棱镜的两个端面上，所述第一凹面镜、所述第二凹面镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面分别与所述双胶合镜、所述耦合棱镜与所述第二偏振分光棱镜的连接面垂直；

所述第一凹面镜与所述第二偏振分光棱镜之间、所述第二凹面镜与所述第二偏振分光棱镜之间均设置四分之一波片。

优选地，所述集成成像单元包括依次相连的微显示器和微透镜阵列。

优选地，所述第一偏振分光棱镜处还设置LED匀光系统。

优选地，所述波导阵列基片包括五个波导基片，所述波导基片的倾角为 25.5°，所述波导基片的厚度为2mm。

优选地，所述微显示器包括0.26英寸的LCoS显示屏，所述微显示器的影像像元单位尺寸为4.5μm。

优选地，所述微透镜阵列的单元尺寸为45μm。

优选地，所述波导基片的斜面处镀偏光膜。

本发明还提供一种3D近眼显示方法，包括如下步骤：

步骤一、集成成像单元形成3D实像，经过第一偏振分光棱镜，从第一偏振分光棱镜射出与入射面垂直的p光；

步骤二、从从第一偏振分光棱镜出射的p光进入第二偏振分光棱镜，在第二偏振分光棱镜的斜面处无法透过，继而反射到第一凹面镜，第一凹面镜与第二偏振分光棱镜之间设置四分之一波片，p光线反射回到第二偏振分光棱镜的斜面处时转换为与入射面平行的s光，从而透过第二偏振分光棱镜的斜面；

步骤三，透过第二偏振分光棱镜斜面的s光经过第二偏振分光棱镜和第二凹面镜之间的四分之一波片，被第二凹面镜反射回第二偏振分光棱镜的斜面处转换为p光；

步骤四，转换为p光后，继续被反射到耦合棱镜，进入波导阵列基片，实现扩展出瞳，进入观测者视野。