[发明专利]一种基于波导的显示装置

说明书

本发明公开了一种基于波导的显示装置，投像装置用于投射出图像光线；在波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入波导层内的耦入部，在波导层的第二预设区域设置有用于将波导层内传播的图像光线向波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；在波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。光学层使得从波导层第二预设区域向远离用户观看一侧泄漏的图像光线会被光学层吸收，避免了这部分图像光线泄漏到显示装置外，而光学层不影响除图像光线之外的其它波段光线通过。因此与现有技术相比，本发明显示装置能够避免光线向器件外部其它方向泄漏，有助于避免显示泄漏情况。

技术领域

本发明涉及虚拟现实显示技术领域，特别是涉及一种基于波导的显示装置。

背景技术

增强现实(augment reality，AR)显示，是将仿真获得的虚拟图像和现实场景结合而向用户显示，使得用户能同时接收到虚拟图像信息和现实图像信息，从而达到增强现实的感官体验。增强现实显示已广泛应用在娱乐、教育、工业、军事、医疗、旅游等行业领域。

传统的增强现实显示系统采用透射式光学显示方式，为了实现光学透射式的增强现实显示方案，设计了基于半透半反镜或者自由曲面元件的传统几何光学系统，利用折射和反射实现虚拟图像和真实场景的叠加，然而此类由传统光学元件组成的显示系统受制于光学总距离，无法做到足够轻薄，与日常眼镜相距甚远。另外，受拉格朗日不变量的牵制，传统光学显示系统的出瞳尺寸有限，通常无法适配瞳距处于两端的用户人群。与传统的增强现实显示系统相比，基于波导的增强现实显示方案有效地解决了以上两个问题。一幅单色或者彩色图像被投射进入波导后，利用光线在波导元件内通过全反射传输，有效地降低了光学元件的厚度，同时使用波导上一个或者多个光学元件控制图像分步输出，能实现出瞳扩展。

现有技术中，基于波导的增强现实显示方案采用衍射光学器件，比如面浮雕光波导、全息光波导等，也可采用几何光学器件如阵列光波导等。主要利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，基于全反射原理实现光线传输，能够做到结构紧凑和器件轻巧，是目前最具竞争力的AR显示设备核心光学器件。

然而此类增强现实显示系统，在波导元件内传播的光线在出射光栅区域衍射后，一部分出射进入人眼，另一部分继续通过全反射传播，在出射光栅区域，高级次衍射会导致小部分光线泄漏，使得外界也可以看到显示图像，会造成用户隐私泄漏。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于波导的显示装置，与现有技术相比能够避免光线向器件外部其它方向泄漏，有助于避免显示泄漏情况。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于波导的显示装置，包括投像装置和波导层，所述投像装置用于投射出图像光线；

在所述波导层的第一预设区域设置有用于将图像光线耦合入所述波导层内的耦入部，在所述波导层的第二预设区域设置有用于将所述波导层内传播的图像光线向所述波导层外用户观看一侧耦合出的耦出部；

在所述波导层的第二预设区域远离用户观看一侧设置有对图像光线具有吸收作用且允许除图像光线之外的其它波段光线透射过的光学层。

优选的，所述光学层的覆盖范围与所述波导层的第二预设区域一致。

优选的，所述投像装置产生图像光线的波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带宽度为0.1nm～10nm，所述光学层的吸收波带范围与所述投像装置产生图像光线的波带范围一致。

优选的，所述光学层为窄带陷波滤光片，所述投像装置的光源配套采用窄带投影光源；

或者，所述投像装置包括分别发出三原色激光的发光器件，所述光学层吸收波带的中心波长与所述发光器件发出激光的波长一致；