[发明专利]一种基于全息光栅的近眼显示光学装置

说明书

本发明公开一种基于全息光栅的近眼显示光学装置，包括：微显示器、偏振片、自由曲面棱镜、玻璃基底和全息光栅，微显示器用于输出与虚拟图像对应的光束；偏振片用于将与虚拟图像对应的光束进行偏振，获得偏振光束；自由曲面棱镜用于准直偏振光束，获得平行光束；玻璃基底用于对平行光束进行全反射后输出；全息光栅用于对全反射后的平行光束进行光栅斜面反射后，进入人眼眼瞳。本发明采用一个自由曲面棱镜取代传统由多片光学棱镜构成的共轴目镜系统，同时还采用全息光栅进行光传输，既能降低整体体积和重量，以实现小型轻量化，使用户长时间无感佩戴，又能避免红蓝绿三色光发生串扰，能够保证观察者在大视场范围内看到清晰的图像。

技术领域

本发明涉及显示用的光学技术领域，特别是涉及一种基于全息光栅的近眼显示光学装置。

背景技术

近眼显示系统也成头盔显示器，是一种用于虚拟现实等显示在使用者头上戴着的视觉显示器，最初主要应用于军事和科研领域，随着科技进步和社会发展，然们对近眼显示技术的认识和学习越来越多，近眼显示技术逐步进入人们的生活。增强现实的头戴显示器可以让人们在查看周围环境的同时，将虚拟的图像投射到人眼，投影的虚拟图像可以叠加在用户感知的真实世界上，因此现有结合虚拟显示技术和增强显示技术，将近眼显示技术的应用领域拓展到军事，工业，娱乐，医疗，交通运输等领域。

现有的近眼显示光学系统或装置通过设置多片棱镜组构成目镜系统，但设置的共轴目镜系统无法解决庞大厚重体积造成用户无法长时间佩戴使用，严重影响用户体验，另外，现有的近眼显示光学系统或装置还容易造成色光串扰现象，因此如何克服上述问题，设置一种小型轻量化、避免色光串扰的近眼显示光学装置成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全息光栅的近眼显示光学装置，既降低整体体积和重量，实现小型轻量化，使用户长时间无感佩戴，又避免红蓝绿三色光发生串扰。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于全息光栅的近眼显示光学装置，所述近眼显示光学装置包括：

微显示器，用于输出与虚拟图像对应的光束；

偏振片，设置在所述微显示器的输出光路上，用于将所述与虚拟图像对应的光束进行偏振，获得偏振光束；

自由曲面棱镜，设置在所述偏振片的输出光路上，用于准直所述偏振光束，获得平行光束；

玻璃基底，设置在所述自由曲面棱镜的输出光路上，用于对所述平行光束进行全反射后输出；

全息光栅，与所述玻璃基底相连，用于对全反射后的所述平行光束进行光栅斜面反射后，进入人眼眼瞳。

可选的，所述自由曲面棱镜包括：至少一个自由曲面和入射光平面；多个所述自由曲面和入射光平面构成封闭空间，所述入射光平面设置在所述微显示器的输出光路上。

可选的，在所述玻璃基底上设置耦合入口，所述耦合入口设置在所述自由曲面棱镜的输出光路上，用于将所述平行光束入射至所述玻璃基底内部。

可选的，所述耦合入口的材质为光学玻璃的抛光平面或光学塑料的抛光平面或浮雕光栅。

可选的，所述浮雕光栅包括亚波长的闪耀光栅、倾斜光栅、沉积TiO2对称光栅、镀多层膜对称光栅、非对称亚波长光栅中的任意一种。

可选的，所述微显示屏为有机发光二极管或硅基液晶。

可选的，所述玻璃基底的材质为光学玻璃或光学塑料。

可选的，所述全息光栅包括第一光栅层、第二光栅层和第三光栅层；所述第一光栅层设置在所述第二光栅层上，所述第二光栅层设置在所述第三光栅层上。

可选的，所述第一光栅层、所述第二光栅层和所述第三光栅层采用三种不同玻璃。