斜投式显示光机和近眼显示眼镜的制作方法

本发明涉及近眼显示，特别是涉及一种斜投式显示光机和近眼显示眼镜。

背景技术：

1、近年来，诸如增强现实(augmented reality，ar)和虚拟现实(virtual reality，vr)等近眼显示(near-eye display，ned)技术越发火热。特别是伴随着led技术和微型显示芯片技术的发展，投影显示越来越趋于小型化，可穿戴的近眼显示系统备受关注，人们在追求小体积、高分辨率的基础上，对其佩戴舒适度的要求也越来越高。而为了满足市场需求，显示系统会根据适配眼镜外观id(industrlal design，工业设计)的需求进行相应的状态调整，使得显示模组直接配合眼镜id，但与此同时也会给图像显示带来一系列问题：例如，投影光机与波导器件之间和/或波导器件与人眼之间可能存在一定的角度，也就是说，投影光机的光轴与波导器件不再垂直，即光轴上的光线不再垂直进入波导器件，而是相对于波导器件存在一定角度的入射；此时，从波导器件出射的光线同样存在一定角度进入人眼，最终使得显示图像会偏离人眼视野中心，甚至会伴随一定倾斜(畸变)进行显示，严重影响整体图像的显示效果和用户的佩戴体验。

2、为了满足客户及市场端对不同眼镜外观id的需求，目前现有的技术方案是通过调整显示芯片与投影镜头之间的相对位置，实现投影主光线有角度地出射，保证通过波导器件传输后，主光线能够垂直进入人眼，使得显示图像始终呈现在人眼的视野中心，以便在适配不同眼镜外观需求的同时，保证较好的图像显示效果及舒适的佩戴体验。然而，这种技术方案存在的最大问题在于：由于一方面将图像调整到视野中央是通过平移显示芯片的方式实现的，另一方面当光机系统因装配误差出现暗边时，通常也是通过显示芯片的移动来补偿照明组件的安装误差以消除暗边，因此当显示芯片因补偿暗边所需的移动方向与因配合眼镜外观所需的移动方向相反时，就会出现不可调和的矛盾；此时，为了消除暗边，可能就没有办法适配不同眼镜产品的外观id需求。

3、此外，由于通过移动显示芯片的方式来实现对投影主光线出射角度的调节量是非常有限的，因此当需要实现的角度调节量很大时，这种方案就行不通了。虽然在显示光机的前端加入反射镜或反射棱镜能够实现出射光线较大的偏转角，但是为了保证所有的光线都能够正常通过反射镜或反射棱镜，其尺寸就需要很大，这不仅对光机前端的空间要求非常高，与光机紧凑型的设计目标相违背，而且还会导致光线的光程很长，随之引入了很大的色散。

技术实现思路

1、本发明的一个优势在于提供一种斜投式显示光机和近眼显示眼镜，其能够在确保光机具有较小体积的情况下，适配不同眼镜外观id的需求。

2、本发明的另一个优势在于提供一种斜投式显示光机和近眼显示眼镜，其中，在本发明的一个实施例中，所述斜投式显示光机能够灵活地调整光机出射光线的方向和角度大小，以最大程度地扩大光线偏转角度的实现范围，以便灵活地适配不同眼镜外观id的需求。

3、本发明的另一个优势在于提供一种斜投式显示光机和近眼显示眼镜，其中，在本发明的一个实施例中，所述近眼显示眼镜能够极大地增加模组的可调节空间，实现装配过程中角度误差的补偿，具有良好的公差表现，便于量产。

4、本发明的另一个优势在于提供一种斜投式显示光机和近眼显示眼镜，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的斜投式显示光机和近眼显示眼镜，同时还增加了所述斜投式显示光机和近眼显示眼镜的实用性和可靠性。

5、为了实现本发明的上述至少一个优势或其他优点和目的，本发明提供了一种斜投式显示光机，包括：沿光轴依次排布的偏振照明模组、中继显示模组以及偏振成像模组；

6、所述中继显示模组包括照明端分光棱镜、成像端分光棱镜、用于将第一偏振照明光调制成第二偏振图像光的显示芯片以及用于将该第二偏振图像光转换成第一偏振图像光的偏振反射组件；

7、所述照明端分光棱镜位于所述偏振照明模组和所述显示芯片之间的光路中，并且所述照明端分光棱镜具有相对于所述光轴倾斜布置的照明分光面，用于反射经由所述偏振照明模组发射的第一偏振照明光以传播至所述显示芯片，并透射经由所述显示芯片调制成的第二偏振图像光以传播至所述成像端分光棱镜；

8、所述成像端分光棱镜位于所述偏振反射组件和所述偏振成像模组之间的光路中，其中所述成像端分光棱镜具有面向所述照明分光面的成像分光面，并且所述成像分光面与所述光轴之间的夹角大于45°，用于透射经由所述照明分光面透射的第二偏振图像光以传播至所述偏振反射组件，并反射经由所述偏振反射组件转换成的第一偏振图像光以相对于所述光轴倾斜地传播至所述偏振成像模组。

9、根据本技术的一个实施例，所述偏振成像模组包括成像透镜和偏转棱镜组，所述成像透镜被设置于所述成像端分光棱镜和所述偏转棱镜组之间的光路中，用于调制经由所述成像端分光棱镜出射的第一偏振图像光以成像；所述偏转棱镜组用于偏转经由所述成像透镜调制的图像光。

10、根据本技术的一个实施例，所述偏转棱镜组为透射式偏转棱镜；所述透射式偏转棱镜包括第一楔形棱镜及位于所述第一楔形棱镜和所述成像透镜之间光路中的第二楔形棱镜，其中所述第一楔形棱镜胶合于所述第二楔形棱镜，并且所述第一楔形棱镜的楔角不同于所述第二楔形棱镜的楔角。

11、根据本技术的一个实施例，所述偏振成像模组进一步包括偏振过滤元件和耦出光阑；所述偏振过滤元件被设置于所述成像透镜和所述成像端分光棱镜之间的光路中；所述耦出光阑位于所述偏转棱镜组的出射侧。

12、根据本技术的一个实施例，所述成像端分光棱镜为异形棱镜，其中所述异形棱镜具有面向所述照明分光面的第一侧面、面向所述偏振反射组件的第二侧面以及面向所述偏振成像模组的第三侧面；所述异形棱镜的所述第一侧面上设有分光膜以作为所述成像分光面；所述异形棱镜的所述第二侧面平行于所述光轴；所述异形棱镜的所述第三侧面相对倾斜于所述光轴。

13、根据本技术的一个实施例，所述照明端分光棱镜的所述照明分光面和所述成像端分光棱镜的所述成像分光面之间填充光学介质。

14、根据本技术的一个实施例，所述偏振反射组件包括四分之一波片和曲面反射镜，所述四分之一波片被设置于所述成像端分光棱镜和所述曲面反射镜之间的光路中。

15、根据本技术的一个实施例，所述显示芯片为lcos芯片；所述照明端分光棱镜为45°直角棱镜，并且所述45°直角棱镜的斜面上设有分光膜以作为所述照明分光面。

16、根据本技术的一个实施例，所述中继显示模组进一步包括中继透镜，所述中继透镜被设置于所述显示芯片和所述照明端分光棱镜之间的光路中。

17、根据本技术的一个实施例，所述偏振照明模组包括照明光源、准直元件、匀光元件以及起偏元件；所述准直元件被设置于所述照明光源和所述匀光元件之间的光路中；所述匀光元件被设置于所述准直元件和所述起偏元件之间的光路中；所述起偏元件被设置于所述匀光元件和所述照明端分光棱镜之间的光路中。

18、根据本技术的一个实施例，所述偏振照明模组进一步包括合色元件和照明透镜；所述合色元件被设置于多个所述准直元件和所述匀光元件之间的光路中；所述照明透镜被设置于所述匀光元件和所述起偏元件之间的光路中。

19、根据本技术的一个实施例，所述合色元件为合色楔形棱镜或十字二向色合色棱镜。

20、根据本技术的一个实施例，所述合色元件包括第一直角棱镜、第二直角棱镜以及胶合于所述第一直角棱镜的斜面和所述第二直角棱镜的斜面之间的合色楔形棱镜。

21、根据本技术的一个实施例，所述偏振照明模组包括多个照明光源、光棒组、合色元件、匀光元件以及起偏元件；所述光棒组被设置于多个所述照明光源和所述合色元件之间的光路中，用于全反射经由所述照明光源发射的照明光以匀化并混合不同颜色的照明光；所述匀光元件被设置于所述合色元件和所述起偏元件之间的光路中。

22、根据本技术的一个实施例，所述合色元件为合色反射棱镜、二向色直角棱镜以及十字二向色合色棱镜中的一种。

23、根据本技术的一个实施例，所述斜投式显示光机的投射偏转角大于等于35°；所述斜投式显示光机的体积小于等于1cc。

24、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种近眼显示眼镜，包括：

25、眼镜架，所述眼镜架包括镜框和与所述镜框连接的一对镜腿；

26、波导器件，所述波导器件被安装于所述镜框；以及

27、上述任一所述的斜投式显示光机，所述斜投式显示光机被对应地安装于所述镜腿，用于倾斜地投射图像光线至所述波导器件的耦入区。