增强现实的显示装置及增强显示设备的制作方法

本发明涉及增强现实显示的技术领域，尤其是涉及一种增强现实的显示装置及增强显示设备。

背景技术：

随着计算机软硬件技术及光学设计制造技术的进步，增强现实(augmentedreality，简称为ar)技术发展十分迅猛。例如增强现实，它就是直接通过电脑将画面投射或叠加到现实，这就意味着我们不需要沉浸式的虚拟视觉体验，而是直接在现实生活的场景下，且不借助其他如操作手柄之类的互动设备就能与其投射的画面进行有效的交互。

谷歌将ar与眼镜结合在一起发明了谷歌眼镜，谷歌眼镜主要结构包括一个摄像头和一个位于镜框右侧的宽条状的电脑处理器装置。镜片上配备了一个微型显示屏，它可以将数据投射到用户右眼上方的小屏幕，通过摄像头与显示器，谷歌眼镜可以满足使用者多种不同的需求，如查看日程，拍照，与好友视频等，从而可以使眼镜更加的智能化。

视场角是衡量智能眼镜成像性能的因素之一，现有的智能眼镜中采用了锯齿结构来增加视场角，但该结构只能使视场角最大达到24度，不能满足智能眼镜的发展需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种增强现实的显示装置及增强显示设备，以缓解现有的智能眼镜视场角不足的技术问题。

本发明提供的增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼，包括依次连接的第一波导部、第二波导部、第三波导部和第四波导部；所述第一波导部固定在所述第二波导部的一端，所述第一波导部包括入光面，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部的一面设置有锯齿结构；所述第三波导部靠近第一波导部一端设置有反射面，所述反射面与所述入光面对应，用于接收从所述入光面进入的光，以使从所述反射面射出的反射光经过全反射后投射在锯齿结构上，所述锯齿结构用于将光线反射入人眼；

所述第二波导部与第三波导部之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面和第二全反射面，所述第一全反射面与所述第三波导部和外界的分界面形成第一全反射通道；所述第二全反射面与所述第二波导部和外界的分界面形成第二全反射通道，以使被所述反射面反射的光线射入所述第一全反射通道和第二全反射通道后发生全反射。

进一步的，所述第二波导部朝向所述第三波导部的一面上设置有凹槽，所述凹槽形成空气隔层，所述第三波导部与所述凹槽的分界面形成第一全反射面，所述凹槽的底面形成第二全反射面。

进一步的，所述凹槽的数量为多个，所述多个凹槽沿所述第二波导部的长度方向间隔设置。

进一步的，所述第二波导部包括依次连接的多层片状结构，所述片状结构朝向所述第三波导部的一面上均设置有凹槽，沿所述第二波导部的厚度方向形成多个空气隔层。

进一步的，所述全反射结构包括双面反射膜，所述双面反射膜夹持于所述第二波导部与第一波导部之间，所述双面反射膜的一面形成第一全反射面，另一面形成第二全反射面。

进一步的，所述第一波导部、第二波导部、第三波导部和第四波导部的材质为塑料。

进一步的，所述锯齿结构上的锯齿朝向所述入光侧的一面上设置有半透射半反射膜。

进一步的，所述锯齿结构上的锯齿数量为12个。

本发明提供的增强显示设备，包括上述的增强现实的显示装置。

进一步的，所述增强显示设备包括显示芯片和准直镜头，所述准直镜头设置于所述显示芯片与增强现实的显示装置的入光面之间，用于将所述显示芯片上同一点发出的具有一定锥角的光线准直。

本发明提供的增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼，包括依次连接的第一波导部、第二波导部、第三波导部和第四波导部，所述第一波导部固定在所述第二波导部的一端，所述第一波导部包括入光面，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部的一面设置有锯齿结构，所述第三波导部靠近第一波导部一端设置有反射面，所述反射面与所述入光面对应，从入光面进入的光线可以被反射面反射，反射面射出的反射光在第二波导部与第三波导部中发生全反射后投射在锯齿结构上，所述锯齿结构用于将光线反射入人眼。所述第二波导部与第三波导部之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面和第二全反射面，所述第一全反射面与所述第三波导部和外界的分界面可以形成第一全反射通道，从反射面射出的光部分进入到第一全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构所在方向传导；所述第二全反射面与所述第二波导部和外界的分界面形成第二全反射通道，从反射面射出的光线部分进入到第二全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构所在方向传导，显示芯片上同一点发出的光经过第一全反射通道和第二全反射通道后会被展宽，这些被展宽的光束全面的覆盖在锯齿结构上，这样锯齿结构就能实现对投影镜头出瞳距离进行延长，提高了视场角，在更远的地方接收到全部视场的光线。

本发明提供的增强显示设备，包括上述的增强现实的显示装置。所述增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼，包括依次连接的第一波导部、第二波导部、第三波导部和第四波导部，所述第一波导部固定在所述第二波导部的一端，所述第一波导部包括入光面，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部的一面设置有锯齿结构，所述第三波导部靠近第一波导部一端设置有反射面，所述反射面与所述入光面对应，从入光面进入的光线可以被反射面反射，反射面射出的反射光在第二波导部与第三波导部中发生全反射后投射在锯齿结构上，所述锯齿结构用于将光线反射入人眼。所述第二波导部与第三波导部之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面和第二全反射面，所述第一全反射面与所述第三波导部和外界的分界面可以形成第一全反射通道，从反射面射出的光部分进入到第一全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构所在方向传导；所述第二全反射面与所述第二波导部和外界的分界面形成第二全反射通道，从反射面射出的光线部分进入到第二全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构所在方向传导，显示芯片上同一点发出的光经过第一全反射通道和第二全反射通道后会被展宽，这些被展宽的光束全面的覆盖在锯齿结构上，这样锯齿结构就能实现对投影镜头出瞳距离进行延长，提高了视场角，在更远的地方接收到全部视场的光线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的增强现实的显示装置的示意图；

图2为图1中a位置的局部放大图；

图3为本发明实施例1提供的增强现实的显示装置的一种光路图；

图4为本发明实施例1提供的增强现实的显示装置的另一种光路图；

图5为本发明实施例2提供的增强现实的显示装置的示意图；

图6为本发明实施例3提供的增强现实的显示装置的示意图。

图标：100-第一波导部；110-入光面；200-第二波导部；300-第三波导部；310-反射面；400-锯齿结构；500-空气隔层；510-第一全反射面；520-第二全反射面；600-显示芯片；700-准直镜头；800-人眼。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供了一种增强现实的显示装置，下面给出多个实施例对本发明提供的增强现实的显示装置的结构进行详细描述。

实施例1

本发明提供的增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼800，包括依次连接的第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和第四波导部，所述第一波导部100固定在所述第二波导部200的一端，所述第一波导部100包括入光面110，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部300的一面设置有锯齿结构400，所述第三波导部300靠近第一波导部100一端设置有反射面310，所述反射面310与所述入光面110对应，从入光面110进入的光线可以被反射面310反射，反射面310射出的反射光在第二波导部200与第三波导部300中发生全反射后投射在锯齿结构400上，所述锯齿结构400用于将光线反射入人眼800。所述第二波导部200与第三波导部300之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面510和第二全反射面520，所述第一全反射面510与所述第三波导部300和外界的分界面可以形成第一全反射通道，从反射面310射出的光部分进入到第一全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导；所述第二全反射面520与所述第二波导部200和外界的分界面形成第二全反射通道，从反射面310射出的光线部分进入到第二全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导，显示芯片600上同一点发出的光经过第一全反射通道和第二全反射通道后会被展宽，这些被展宽的光束全面的覆盖在锯齿结构400上，这样锯齿结构400就能实现对投影镜头出瞳距离进行延长，提高了视场角，在更远的地方接收到全部视场的光线。

第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和第四波导部的折射率相同，且三者可以采用胶粘的方式连接，且胶水的折射率与第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和的折射率相似。

具体的，如图1-2所述，所述第二波导部200朝向所述第三波导部300的一面上设置有凹槽，所述凹槽的横截面可以为矩形，第二波导部200与第三波导部300所述凹槽形成空气隔层500，因为空气的折射率小于波导的折射率，光从光密介质向光疏介质传播时，入射角足够大时，可以发生全反射，从而所述第三波导部300与所述凹槽的分界面形成第一全反射面510，所述凹槽的底面形成第二全反射面520。如图3所示，以显示芯片600同一点发出一束光为例，发出的光先经过准直镜头700形成了平行光束，该光束在经过反射面310反射后，部分进入到第一全反射通道，部分进入到第二全反射通道内，可以看出光束被展宽了，可以覆盖在全部锯齿结构400上。

如图4所示，因为显示芯片600上不同位置的发光点发出的光束都被展宽了，所以不同光束的重叠部分就增加了，不同视场的光线同时涵盖的区域更大了，这样人眼800可以左右挪动的范围就大了，所以使用的时候人眼800就不容易疲劳，图4中分别为边界视场和中心视场光线，经过本发明提供的增强现实的显示装置后，它们共同的部分大了，这样人眼800可以左右挪动的范围就大了。

因为第一全反射通道和第二全反射通道改变了光的传播路径，可以达到改善杂散光的效果。

优选的，所述第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和第四波导的材质可以为塑料，现有技术中为了增加视场角，要么采用玻璃材料制作，这样会提高眼镜的重量；要么使用塑料材料制作，但是成像部分需做的很厚，厚度要大于10mm，这样无疑会使眼镜佩戴非常的不舒服，也不美观，本发明因为具备展宽的全反射结构，所以可以采用质量更轻的塑料，减轻了产品的质量，使佩戴者更加的舒服。

优选的，所述锯齿结构400上的锯齿朝向所述入光侧的一面上可以设置有半透射半反射膜，外界的环境光可以通过锯齿结构400进入到人眼800，从而形成虚拟图像与现实图像的叠加。

优选的，所述锯齿结构400上的锯齿数量为12个，相比于现有技术，因为全反射结构的存在，光束被展宽后，需要更多的锯齿来配合投影。

实施例2

如图5所示，与实施例1不同之处在于，实施例1的凹槽的个数为一个，而本实施例的凹槽的数量为多个，且所述多个凹槽沿所述第二波导部200的长度方向间隔设置。

实施例3

如图6所示，与实施例1和2不同之处在于，所述第二波导部200可以包括依次连接的多层片状结构，所述片状结构朝向所述第三波导部300的一面上均设置有凹槽，从而可以在沿所述第二波导部200的厚度方向形成多个空气隔层500。

实施例4

与实施例1-3不同之处在于，所述全反射结构可以包括双面反射膜，所述双面反射膜夹持于所述第二波导部200与第一波导部100之间，所述双面反射膜的一面形成第一全反射面510，另一面形成第二全反射面520。

综上所述，本发明提供的增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼800，包括依次连接的第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和第四波导部，所述第一波导部100固定在所述第二波导部200的一端，所述第一波导部100包括入光面110，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部300的一面设置有锯齿结构400，所述第三波导部300靠近第一波导部100一端设置有反射面310，所述反射面310与所述入光面110对应，从入光面110进入的光线可以被反射面310反射，反射面310射出的反射光在第二波导部200与第三波导部300中发生全反射后投射在锯齿结构400上，所述锯齿结构400用于将光线反射入人眼800。所述第二波导部200与第三波导部300之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面510和第二全反射面520，所述第一全反射面510与所述第三波导部300和外界的分界面可以形成第一全反射通道，从反射面310射出的光部分进入到第一全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导；所述第二全反射面520与所述第二波导部200和外界的分界面形成第二全反射通道，从反射面310射出的光线部分进入到第二全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导，显示芯片600上同一点发出的光经过第一全反射通道和第二全反射通道后会被展宽，这些被展宽的光束全面的覆盖在锯齿结构400上，这样锯齿结构400就能实现对投影镜头出瞳距离进行延长，提高了视场角，在更远的地方接收到全部视场的光线。

本发明提供的增强显示设备，包括上述的增强现实的显示装置。所述增强现实的显示装置，用于将虚拟图像投影入人眼800，包括依次连接的第一波导部100、第二波导部200、第三波导部300和第四波导部，所述第一波导部100固定在所述第二波导部200的一端，所述第一波导部100包括入光面110，用于接收虚拟图像；所述第四波导部朝向所述第三波导部300的一面设置有锯齿结构400，所述第三波导部300靠近第一波导部100一端设置有反射面310，所述反射面310与所述入光面110对应，从入光面110进入的光线可以被反射面310反射，反射面310射出的反射光在第二波导部200与第三波导部300中发生全反射后投射在锯齿结构400上，所述锯齿结构400用于将光线反射入人眼800。所述第二波导部200与第三波导部300之间设置有全反射结构，所述全反射结构包括朝向相背的第一全反射面510和第二全反射面520，所述第一全反射面510与所述第三波导部300和外界的分界面可以形成第一全反射通道，从反射面310射出的光部分进入到第一全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导；所述第二全反射面520与所述第二波导部200和外界的分界面形成第二全反射通道，从反射面310射出的光线部分进入到第二全反射通道，从而发生全反射，向锯齿结构400所在方向传导，显示芯片600上同一点发出的光经过第一全反射通道和第二全反射通道后会被展宽，这些被展宽的光束全面的覆盖在锯齿结构400上，这样锯齿结构400就能实现对投影镜头出瞳距离进行延长，提高了视场角，在更远的地方接收到全部视场的光线。

进一步的，所述增强显示设备包括显示芯片600和准直镜头700，所述准直镜头700设置于所述显示芯片600与增强现实的显示装置的入光面110之间，用于将所述显示芯片600上同一点发出的具有一定锥角的光线准直。

增强显示设备可以为智能眼镜，头盔式ar装置等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。