專利名稱：一種基于波導的透視顯示裝置及眼鏡式微投影系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顯示裝置，尤其是一種基于波導的透視顯示裝置，同時還涉及采用該裝置的眼鏡式微投影系統，屬于光學顯示設施技術領域。
背景技術：
隨著微投影儀技術(如Icos技術)不斷發展，以及手持終端成為主要的信息終端產品，抬頭式顯示裝置(HUD)的迅速普及，其應用領域上至軍事、下至日常生活，非常廣泛。
但目前的HUD系統具有非常明顯的缺點。幾乎所有的HUD系統中圖像源與顯示板之間都需要配置有效的距離，因此系統體積大，質量重，需要較大的配置空間，從而給使用帶來諸多不便。
檢索發現，申請號為CN00104591. 1的中國專利申請公開了一種投影顯示單元的偏振光變換裝置，包括具有預定厚度的介質，將以布魯斯特角入射的光變換成具有λ/2的相差的光；偏振光分離膜，通過介質的涂覆的前側和涂覆的后側從以布魯斯特角進入的入射光中透射P偏振光波而反射S偏振光波。從以布魯斯特角進入的入射光中，一偏振光分離膜的涂覆表面反射S偏振光波而透射P偏振光波。透射的P偏振光波透射通過具有預定厚度的介質時具有λ/2的相差，沿著通過偏振光分離膜反射的S偏振光波的方向前進。然而，該裝置并不能直接用于解決上述微投影的問題。發明內容
本發明的主要目的在于針對上述現有技術存在的缺點，提出一種在保證影像配質量前提下，置空間十分緊湊的基于波導的透視顯示裝置。
為了達到以上目的，本發明基于波導的透視顯示裝置基本技術方案包括具有入射面的玻璃片，所述玻璃片內部具有相對反向傾斜設置的入射反射面和射出反射面，所述入射反射面的傾斜角度以使所述入射面射入的光線反射后與玻璃片表面形成的內入射角大于等于布魯斯特角設置。
由光學理論可知，當玻璃片內光線的入射角大于布魯斯特角時，將發生全反射，而布魯斯特角的大小與玻璃片的折射率關系為-ι η
Im = sin —( 1 )η
(1)式子中η為空氣的折射率，η為玻璃的折射率，Im為布魯斯特角。對于n'= 1，光學玻璃的折射率一般為ι. 5--1. 6，所以Im—般為42度和38度。只要璃片內光線的入射角大于Im的，將會產生全反射。采用本發明后，可以將投影圖像耦合進入一片眼鏡玻璃片內，借助玻璃片內的反射面，產生全反射，將投影圖像投射到人眼中。由于本發明是基于玻璃片反射原理的全光學裝置，因此配置空間很小，可以使微投影裝置十分小巧、輕便，并且圖像直接反射進入人眼，不會產生質量上的影響，對投影儀光亮度的損失非常小。
但是，如果如圖1所示，直接將微型投影儀投出的圖像耦合到一片玻璃片中，通過玻璃片的內部全反射將圖像反射進入人眼，存在視角受限的問題。因為此時圖像的最大視角由以下⑵式確定 , T tan as ur _ Cieye / \
FOVmax = --( I )Re ye
(2)式中T為玻璃片的厚度，α sur為第二個反射面與玻璃片法線之間的夾角，d-為眼睛出瞳直徑(一般為8-10mm)，Reye為人眼與玻璃片之間的距離，一般為(30_40mm)。對于10°的F0V，玻璃片的厚度至少為IOmm;而對于20°、30°的FOV來說，T至少為15mm、 20mm，不適合實際使用。
既要控制玻璃片厚度，又要適當擴大F0V，申請人想到了借助半透射膜增加射出反射面數量的解決方案。
因為半透射膜可以將一部分光線反射到玻璃片外進入人眼中，一部分透射過去再進入內部全反射，到達另一反射面后，反射出玻璃片進入人眼，這樣就擴大了視角(FOV)。而兩個射出反射膜的投影相互重疊后FOV按下式計算” r2T tan ^ ur _ Cieye/ ο 、
FOFmax =--( i )Re ye
在與前述類同條件下，FOV為20°和30°時，T只需原先的一半——7mm和10mm， 從而大大降低了T的厚度。
但是，增加反射面可能產生的缺陷是會形成嚴重重影。申請人經分析后找到引起重影的原因是投射光(參見圖2中虛線光線)在透過本板透射鍍膜面后，經全反射又投射到該半透射膜的另一面，如果此時不能全部透射而引起反射，將引起圖像的混亂，出現重影，嚴重影響圖像質量。
經研究，申請人找到了解決方案。由于目前的微投影儀采用的是Icos技術，其投射出的光線是P型偏振光，而圖2中虛線投射到半透射膜另一面的光線相對該面的入射角比較大，利用二向色鍍膜面(dichroic coating)的特性反射率隨入射角迅速衰減(參見圖的特性即可。
由此得到本發明進一步的技術方案所述入射反射面和射出反射面之間還設有至少一個與所述射出反射面平行的二向色半透射鍍膜面。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明一個實施例基本技術方案的結構示意圖。
圖2為本發明一個實施例的結構示意圖。
圖3為二向色鍍膜面入射角與發射率關系表。
圖4為二向色半透膜正面光路示意圖。
圖5為二向色半透膜反面光路示意圖。
圖6為本發明圖2實施例實際應用的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例基于波導的透視顯示裝置基本技術方案如圖1所示，包括具有入射面A 的玻璃片1，該玻璃片內部具有相對反向傾斜設置的入射反射膜形成的入射反射面Fl和射出反射膜形成的射出反射面F2，入射反射面Fl的傾斜角度按以下要求設置當微投影儀2 的LCD發出的偏振光光線經準直鏡從玻璃片入射面A射入，經入射反射面Fl反射后，與玻璃片表面A的內入射夾角a大于等于布魯斯特角。這樣，入射光線將在玻璃片內全反射直到由射出反射面F2發射到人眼E。
本實施例實際制作時如圖2所示，入射反射面Fl的傾斜角為25°，因此經入射反射面Fl反射后與玻璃片表面A的內入射夾角a為50°，大于布魯斯特角。(本實施例的玻璃折射率為1. 5)，因此可以保證全反射。射出反射面F2以與入射反射面Fl對稱的傾斜角反向設置。在入射反射面Fl和射出反射面F2之間還設有一個與射出反射面F2平行的二向色半透射鍍膜面F 3，因此可以有效擴大視角。該半透射鍍膜面的反射率與透過率分別為 50%。射出反射面F2與半透射鍍膜面F 3在玻璃片入射面A上的投影相接。此時，如圖2 中虛線所示(參見圖4、圖幻，投射到半透射膜F3另一面的光線相對該面的入射角為75°， 而二向色鍍膜面(dichroic coating)對于偏振光的反射率如圖3中的L波長、反射率V表所示，不到1%，因此重影可以忽略不計。
本實施例可以實際應用于圖6所示的眼鏡式微投影系統，包括具有入射面的眼鏡玻璃片1，其內部具有相對反向傾斜設置的入射反射面和射出反射面(分別由反射膜形成)，入射反射面的傾斜角度以使入射面射入的光線反射后與玻璃片表面形成的內入射角大于等于布魯斯特角設置。入射反射面和射出反射面之間還設有一組與射出反射面平行的二向色半透射鍍膜面F3。射出反射面與各半透射鍍膜面F3在玻璃片入射面上的投影相接。眼鏡玻璃片的一側安置微投影儀2，眼鏡架內安置信號處理單元3，圖像信號處理后，傳輸給微投影儀2，微投影儀通過準直鏡照到玻璃片的入射反射面上，從而將光線導入到眼鏡玻璃片內，通過全反射導出玻璃片，從而將投影的影像投射到人眼中，便可看到投影儀投射的圖像。
實驗證明，以上實施例可使HUD系統非常輕便、簡潔、成像質量好，并可提供較大圖像。目前的3D顯示裝置需要用戶佩戴特殊眼鏡將3D左右眼的圖像分離出來，而應用本實施例的技術可以得到真實的3D圖像而不需要其他的輔助系統。
除上述實施例外，本發明還可以應用于諸如手機、PDA等小型顯示終端。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于波導的透視顯示裝置，包括具有入射面的玻璃片，其特征在于所述玻璃片內部具有相對反向傾斜設置的入射反射面和射出反射面，所述入射反射面的傾斜角度以使所述入射面射入的光線反射后與玻璃片表面形成的內入射角大于等于布魯斯特角設置。
2.根據權利要求1所述基于波導的透視顯示裝置，其特征在于所述入射反射面和射出反射面之間還設有至少一個與所述射出反射面平行的二向色半透射鍍膜面。
3.根據權利要求2所述基于波導的透視顯示裝置，其特征在于所述射出反射面以與所述入射反射面對稱的傾斜角度反向設置。
4.根據權利要求3所述基于波導的透視顯示裝置，其特征在于所述半透射鍍膜面為一個，其反射率與透過率分別為50%。
5.根據權利要求1所述基于波導的透視顯示裝置，其特征在于所述射出反射面與半透射鍍膜面在玻璃片入射面上的投影相接。
6.一種基于波導的眼鏡式微投影系統，包括具有入射面的眼鏡玻璃片，其特征在于 所述眼鏡玻璃片內部具有相對反向傾斜設置的入射反射面和射出反射面，所述入射反射面的傾斜角度以使入射面射入的光線反射后與玻璃片表面形成的內入射角大于等于布魯斯特角設置。
7.根據權利要求6所述基于波導的眼鏡式微投影系統，其特征在于所述入射反射面和射出反射面之間設有一組與射出反射面平行的二向色半透射鍍膜面，所述射出反射面與各半透射鍍膜面在玻璃片入射面上的投影相接。
8.根據權利要求7所述基于波導的眼鏡式微投影系統，其特征在于所述眼鏡玻璃片的一側安置微投影儀，眼鏡架內安置信號處理單元。
9.根據權利要求8所述基于波導的眼鏡式微投影系統，其特征在于所述入射反射面和射出反射分別由反射膜形成。
全文摘要
本發明涉及一種基于波導的透視顯示裝置及眼鏡式微投影系統，屬于光學顯示設施技術領域。該裝置包括具有入射面的玻璃片，所述玻璃片內部具有相對反向傾斜設置的入射反射面和射出反射面，所述入射反射面的傾斜角度以使所述入射面射入的光線反射后與玻璃片表面形成的內入射角大于等于布魯斯特角設置。由于本發明是基于玻璃片反射原理的全光學裝置，因此配置空間很小，可以使微投影裝置十分小巧、輕便，并且圖像直接反射進入人眼，不會產生質量上的影響，對投影儀光亮度的損失非常小。
文檔編號G03B21/00GK102495470SQ20111035872
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者連城, 連文瑩 申請人:連城, 連文瑩