CN219302777U - 用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其能够提高光能利用率，大幅地提升AR设备的实用性，便于普及和推广。该近眼显示设备包括：图像投射器，用于投射第一圆偏振光；胆甾相液晶器件，该胆甾相液晶器件被设置于该图像投射器的投射侧，用于反射来自该图像投射器的第一圆偏振光，并透射第二圆偏振光，其中该第二圆偏振光的旋转方向相反于该第一圆偏振光的旋转方向；以及透视反射元件，该透视反射元件被设置于该胆甾相液晶器件的反射侧，用于将经由该胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光反射成该第二圆偏振光以返回该胆甾相液晶器件，进而透过该胆甾相液晶器件。

Description

用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备

技术领域

本实用新型涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备。

背景技术

近年来，微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。而随着投影显示技术的不断发展和市场需求，可穿戴的微透镜系统越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmented reality,AR)、近眼显示(Near-eye display,NED)等领域。

目前，市场上存在多种AR光学系统方案，但真正能够面向消费者的近眼显示设备仍存在很多不足，如亮度低、视场角小、尺寸大、成本高或设备笨重等。虽然基于自发光显示芯片作为图像显示源的折反式Birdbath光学架构(简称BB光学架构)在控制成本、减小体积以及降低难度上具有一定的优势而备受青睐，但基于此种架构的近眼显示方案却存在光效偏低的问题。

如图1所示，传统的折反式光学系统1P通常由图像显示器10P、成像透镜20P、凹面反射镜30P(镀膜分光比R＝60％，T＝40％)以及平面半反镜40P(镀膜分光比R＝50％，T＝50％)组成。这样，经由图像显示器10P发出的图像光线经成像透镜20P后：首先，其中一半(50％)光线会被平面半反镜40P反射以传播至凹面反射镜30P，且另一半(50％)光线会透过平面半反镜40P而被损失掉；之后，其中一部分(60％)光线会被凹面反射镜30P反射以再次传播至该平面半反镜40P，且另一部分(40％)光线会透过该凹面反射镜30P而被损失掉；最后，其中一部分(50％)光线会透过该平面半反镜40P以到达人眼，且另一部分(50％)光线会被该平面半反镜40P反射而被损失掉。与此同时，环境光线能够先后部分地透过凹面反射镜30P和平面半反镜40P到达人眼，使得用户获得AR体验。

然而，现有的该折反式光学系统1P只有将近15％(50％*60％*50％)左右的光能利用率，极为偏低，严重影响AR设备的实用性。

实用新型内容

本实用新型的一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其能够提高光能利用率，大幅地提升AR设备的实用性，便于普及和推广。

本实用新型的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述近眼显示设备能够采用胆甾相液晶器件来替代现有BB光学架构中的平面半反镜，实现大幅地提高光学系统的光能利用率。

本实用新型的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述近眼显示设备能够采用全息光学元件来替换现有BB光学架构中的凹面反射镜，不能能够进一步提高光能利用率，而且还能够避免图像泄露，保护用户的使用隐私。

本实用新型的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，同时还增加了所述用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备的实用性和可靠性。

为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种近眼显示设备，包括：

图像投射器，用于投射第一圆偏振光；

胆甾相液晶器件，所述胆甾相液晶器件被设置于所述图像投射器的投射侧，用于反射来自所述图像投射器的第一圆偏振光，并透射第二圆偏振光，其中该第二圆偏振光的旋转方向相反于该第一圆偏振光的旋转方向；以及

透视反射元件，所述透视反射元件被设置于所述胆甾相液晶器件的反射侧，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件，进而透过所述胆甾相液晶器件。

根据本申请的一个实施例，该图像投射器包括用于发射图像光的图像源、用于调制光线的成像透镜以及位于所述图像源和所述成像透镜之间光路中的圆偏振器件，所述成像透镜位于所述圆偏振器件和所述胆甾相液晶器件之间的光路中。

根据本申请的一个实施例，所述图像源为用于发射线偏振图像光的偏振显示元件；所述圆偏振件为被贴附于所述偏振显示元件的显示面的四分之一波片，用于将来自所述偏振显示元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

根据本申请的一个实施例，所述图像源为用于发射自然图像光的非偏振显示元件；所述圆偏振件包括四分之一波片和位于所述非偏振显示元件和所述四分之一波片之间光路中的起偏元件；所述起偏元件用于将来自所述偏振显示元件的自然图像光转换成线偏振图像光以传播至所述四分之一波片；所述四分之一波片用于将来自所述起偏元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

根据本申请的一个实施例，该透视反射元件为凹面反射镜或菲涅尔透镜。

根据本申请的一个实施例，该透视反射元件为体全息光学元件，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光全部反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件。

根据本申请的一个实施例，所述胆甾相液晶器件包括透光基板、叠置于所述透光基板的取向层以及叠置于所述取向层的液晶层；所述取向层位于所述透光基板和所述液晶层之间，用于使所述液晶层中的液晶分子按照预定取向进行排布，以反射沿预定角度入射的第一圆偏振光。

根据本申请的一个实施例，所述胆甾相液晶器件的所述取向层采用摩擦取向技术或偏振光取向技术进行制备。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种用于制造胆甾相液晶器件的装置，包括：

光源投射器，用于投射平行光；

平行光分束器，所述平行光分束器被设置于所述光源投射器的投射侧，用于将来自所述光源投射器的一路平行光分束成沿参考光光路传播的参考光和沿物光光路传播的物光；

参考光系统，所述参考光系统被设置于所述平行光分束器的参考光光路，用于调制来自所述平行光分束器的参考光，以形成具有第一圆偏振态的参考光入射至取向层基材的表面；以及

物光系统，所述物光系统被设置于所述平行光分束器的物光光路，用于调制来自所述平行光分束器的物光，以形成具有第二圆偏振态的物光入射至该取向层基材的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向，使该参考光和该物光在该取向层基材处进行偏振干涉记录，以在该取向层基材的表面旋涂液晶后形成胆甾相液晶器件。

根据本申请的一个实施例，所述物光系统包括沿着所述平行光分束器的物光光路依次排布的物光相位延迟件、物光反射镜以及物光成像透镜；所述物光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的物光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至所述物光反射镜；所述物光反射镜用于反射具有第一圆偏振态的物光以形成具有第二圆偏振态的物光而传播至所述物光成像透镜；所述物光成像透镜用于调制具有第二圆偏振态的物光以在形成物光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

根据本申请的一个实施例，所述参考光系统包括沿着所述平行光分束器的参考光光路依次排布的参考光相位延迟件、参考光反射镜以及参考光成像透镜；所述参考光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的参考光以形成具有第二圆偏振态的参考光而传播至所述参考光反射镜；所述参考光反射镜用于反射具有第二圆偏振态的参考光以形成具有第一圆偏振态的参考光而传播至所述参考光成像透镜；所述参考光成像透镜用于调制具有第一圆偏振态的参考光以在形成参考光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

根据本申请的一个实施例，所述光源投射器包括激光器、位于所述激光器和所述平行光分束器之间光路中的针孔滤波器以及位于所述针孔滤波器和所述平行光分束器之间的准直镜。

附图说明

图1为现有的折反式光学系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型的一个实施例的近眼显示设备的框图示意图；

图3示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备的第一示例；

图4示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备的第二示例；

图5示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备的第三示例；

图6示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备的第四示例；

图7示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备中胆甾相液晶器件的放大示意图；

图8为根据本实用新型的一个实施例的用于制造胆甾相液晶器件的装置的框图示意图；

图9示出了根据本实用新型的上述实施例的用于制造胆甾相液晶器件的装置的一个示例；

图10示出了根据本实用新型的上述实施例的用于制造胆甾相液晶器件的装置的另一个示例；

图11为根据本实用新型的一个实施例的用于制造胆甾相液晶器件的方法的流程示意图。

主要元件符号说明：1、近眼显示设备；10、图像投射器；11、图像源；111、偏振显示元件；112、非偏振显示元件；12、成像透镜；13、圆偏振器件；131、四分之一波片；132、起偏元件；20、胆甾相液晶器件；200、取向层基材；21、透光基板；22、取向层；23、液晶层；30、透视反射元件；31、凹面反射镜；32、菲涅尔透镜；33、体全息光学元件；50、用于制造胆甾相液晶器件的装置；51、光源投射器；511、激光器；5111、线偏激光器；5112、非偏振激光器；512、针孔滤波器；513、准直镜；514、线偏器件；52、平行光分束器；520、PBS分光棱镜；53、参考光系统；531、参考光相位延迟件；532、参考光反射镜；533、参考光成像透镜；54、物光系统；541、物光相位延迟件；542、物光反射镜；543、物光成像透镜。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

考虑到现有的折反式光学系统只有将近15％左右的光能利用率，极为偏低，严重影响AR设备的实用性。本申请提供了一种用于制造胆甾相液晶器件的装置和近眼显示设备，其能够采用胆甾相液晶(英文：Cholesteric liquid crystal，简称CLC)器件来替代现有BB光学架构中的平面半反镜，实现大幅地提高光学系统的光能利用率。

具体地，参考附图2所示，本实用新型的一个实施例提供了一种近眼显示设备1，其可以包括用于投射第一圆偏振光的图像投射器10、用于反射第一圆偏振光并透射第二圆偏振光的胆甾相液晶器件20以及用于将第一圆偏振光反射成第二圆偏振光的透视反射元件30。该第一圆偏振光的旋转方向相反于该第二圆偏振光的旋转方向。该胆甾相液晶器件20被设置于该图像投射器10的投射侧，用于反射经由该图像投射器10投射的第一圆偏振光；该透视反射元件30被设置于该胆甾相液晶器件20的反射侧，用于将经由该胆甾相液晶器件20反射的第一圆偏振光反射成第二圆偏振光以返回该胆甾相液晶器件20，进而透过该胆甾相液晶器件20以进入人眼成像。与此同时，环境光会依次透过该透视反射元件30和该胆甾相液晶器件20而进入人眼成像，使得用户能够同时观看到虚拟图像和真实环境，以获得AR体验。

可以理解的是，本申请所提及的第一圆偏振光和第二圆偏振光分别被实施为具有第一圆偏振态和第二圆偏振态的图像光，且第一圆偏振态和第二圆偏振态的旋向相反；例如，如图3至6所示，当该第一圆偏振光被实施为左旋圆偏光(英文Left-handed circularlypolarized，简称LCP)时，该第二圆偏振光则被实施为右旋圆偏光(英文Right-handedcircularly polarized，简称RCP)；反之亦反，只需要对胆甾相液晶器件20进行对应取向设计即可，本申请对此不再赘述。

值得注意的是，由于本申请所提及的胆甾相液晶器件具有强烈的偏振选择性，对于某一特定旋向的圆偏振光(即第一圆偏振光)能够以满足布拉格定律的角度全部反射，而对于另一旋向的圆偏振光(即第二圆偏振光)则可以全部透过；因此，经由该图像投射器10投射的第一圆偏振光会先被该胆甾相液晶器件20全部(接近100％)反射以传播至该透视反射元件30，再在被该透视反射元件30反射成第二圆偏振光后全部(接近100％)透过该胆甾相液晶器件20以进入人眼而成像，使得图像光仅在该透视反射元件30处发生损失，确保光学系统的光能利用率得以大幅提高，有助于大幅提升近眼显示设备(如AR眼镜)的实用性，便于普及和推广。

更具体地，如图2至图6所示，该图像投射器10可以包括用于发射图像光的图像源11、用于调制光线的成像透镜12以及位于该图像源11和该成像透镜12之间的圆偏振器件13，该成像透镜12位于该圆偏振器件13和该胆甾相液晶器件20之间的光路中。该圆偏振器件13用于将来自该图像源11的图像光调制成该第一圆偏振光以传播至该成像透镜12；该成像透镜12用于调制来自该圆偏振器件13的第一圆偏振光以传播至该胆甾相液晶器件20。

可选地，该成像透镜12可以但不限于被实施为由一个或多个透镜组成。值得注意的是，本申请所提及的成像透镜12可以包括几何透镜、菲涅尔透镜以及全息透镜中的一种或多种；此外，该成像透镜12中的透镜面型可以但不限于被实施为标准球面、非球面、自由曲面以及衍射面中的一种或多种，本申请对此不再赘述。

示例性地，如图3所示，在本申请的第一示例中，该图像源11可以被实施为用于发射线偏振图像光的偏振显示元件111。例如，该偏振显示元件111可以但不限于被实施为LCD显示元件。

对应地，在本申请的上述第一示例中，如图3所示，该圆偏振器件13则被实施为四分之一波片131，用于将来自该偏振显示元件111的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光，以传播至该成像透镜12。可选地，该四分之一波片131可以贴附于该偏振显示元件111的显示面，以形成具体一体式结构的图像源，便于光学系统的组装。

值得注意的是，本申请所提及的胆甾相液晶器件的光学特性是由取向层决定的，而基于特定的取向层设计和曝光，该胆甾相液晶器件可以在具有偏振选择性的同时，具有类似透镜的光焦度。换言之，本申请的该胆甾相液晶器件20虽然作为一种平面光学元件，但却可以具有类似透镜的光焦度，以便与该成像透镜12配合进行调制成像，有助于减少该成像透镜12的透镜数量，便于减小设备的整体体积和重量。

此外，如图3所示，该胆甾相液晶器件20和该透视反射元件30沿着该近眼显示设备1的观察轴L排布，且该胆甾相液晶器件20的表面与该观察轴L之间的夹角在50°至70°之间，以便人眼沿着该观察轴L观察虚拟图像和真实环境。

可选地，在本申请的上述第一示例中，如图3所示，该透视反射元件30可以被实施为凹面反射镜31，其中该凹面反射镜31具有预设分光比结构，用于反射一部分光线，并透射另一部分光线。例如，该凹面反射镜31的镀膜分光比被实施为反射率R＝60％，透过率T＝40％；即该凹面反射镜31能够将经由该胆甾相液晶器件20反射的第一圆偏振光中的60％反射成第二圆偏振光以传播回该胆甾相液晶器件20，此时该近眼显示设备1的光能利用率得以提升至60％，远大于现有折反式光学系统的15％。

值得一提的是，图4示出了根据本申请的上述实施例的近眼显示设备的第二示例。相比于根据本申请的上述第一示例，根据本申请的第二示例的该近眼显示设备1的不同之处在于：该图像源11可以被实施为用于发射自然图像光的非偏振显示元件112。例如，该非偏振显示元件112可以但不限于被实施为OLED显示元件、Micro LED显示元件以及LCOS显示元件中的一种。

对应地，在本申请的上述第二示例中，如图4所示，该圆偏振器件13则包括四分之一波片131和位于该非偏振显示元件112和该四分之一波片131之间光路中的起偏元件132；该起偏元件132用于将来自该偏振显示元件111的自然图像光转换成线偏振光以传播至该四分之一波片131；该四分之一波片131用于将来自该起偏元件132的线偏振光转换成该第一圆偏振光以传播至该成像透镜12。

可选地，该起偏元件132可以但不限于被实施为偏光膜，其中该偏光膜可以附着在该四分之一波片131的表面或该非偏振显示元件112的显示面，只要能将自然图像光转换成第一圆偏振光即可，本申请对此不再赘述。可以理解的是，该起偏元件132虽然在将该自然图像光转换成该第一圆偏振光时光效损失50％，但此时该近眼显示设备1的光能利用率仍能够达到30％(即60％*50％)，仍大于现有折反式光学系统的15％。

值得注意的是，虽然在本申请的上述第一示例和上述第二示例中该近眼显示设备1采用凹面反射镜31作为该透视反射元件30以在反射部分图像光的同时，允许部分环境光透过而实现虚实融合的增强现实体验；但该凹面反射镜31因具有较大的矢高而导致该近眼显示设备的整体体积偏大、整体重量偏重。为了减小设备的整体体积和重量，附图5示出了根据本申请的上述实施例的近眼显示设备的第三示例。相比于根据本申请的上述第一示例，根据本申请的第三示例的该近眼显示设备1的不同之处在于：该透视反射元件30可以被实施为菲涅尔透镜32，以便利用菲涅尔透镜的轻薄特点结合镀膜方式来解决体积重量较大的问题。

然而，该菲涅尔透镜32的锯齿状结构通常会影响真实场景的透视效果，且该菲涅尔透镜32仍然使用镀半透半反膜的方式来实现透视反射的功能，其与上述第一示例和第二示例中的凹面反射镜31一样，都存在图像泄露的问题，即部分图像光会透过该凹面反射镜31和该菲涅尔透镜32而被他人观看到，严重影响用户的使用隐私。

为了解决隐私泄露问题，附图6示出了根据本申请的上述实施例的近眼显示设备的第四示例。相比于根据本申请的上述第三示例，根据本申请的第四示例的该近眼显示设备1的不同之处在于：该透视反射元件30可以被实施为体全息光学元件33，以便利用体全息光学元件(HOE)的角度选择特征来解决图像泄露的问题。

值得注意的是，本申请所提及的体全息光学元件33是一种利用光学干涉全息技术在光致聚合物、卤化银乳胶、重铬酸盐明胶等感光薄膜材料记录介质上制成的、具有和玻璃透镜相似的相位调制功能的平面光学元件，其中体全息光学元件33在满足布拉格条件时的理论衍射效率可达到100％，并且体全息光学元件33对光线的偏振态不存在调制作用，即经由该胆甾相液晶器件20反射的第一圆偏振光在经过该体全息光学元件33反射后，会形成第二圆偏振光以反射回该胆甾相液晶器件20；此时，该第二圆偏振光将不会受到该胆甾相液晶器件20的相位调制作用，得以全部透过而进入人眼形成放大的虚像，整个过程中光效不存在额外的损失。换言之，本申请的该体全息光学元件33能够将经由该胆甾相液晶器件20反射的第一圆偏振光几乎全部反射成第二圆偏振光以传播回该胆甾相液晶器件20以防图像光泄露，此时该近眼显示设备1的光能利用率能够接近100％，远大于现有折反式光学系统的15％。与此同时，本申请的该体全息光学元件33作为平面光学元件，其也具有轻薄特点，更有利于实现轻薄化的近眼显示系统设计。

可以理解的是，在本申请的这一示例中，由于该体全息光学元件33和该胆甾相液晶器件20均具有极高的透过率，因此环境光能够透过该体全息光学元件33和该胆甾相液晶器件20直接进入人眼，不会对真实场景造成遮挡和产生光效损失。此外，本申请的该体全息光学元件33的具体结构和制造方法可以参考本申请人已申请的申请号为2022109072391的中国专利《用于制造全息光学元件的装置及方法和近眼显示设备》，本申请在此不再赘述。

值得注意的是，液晶取向技术可以实现液晶分子相对基板表面按设计需求的整齐排列，是液晶光学元件正常工作的必要条件。目前，常用的液晶取向技术有摩擦取向和光取向两种，其中摩擦取向技术是在取向膜上用绒布向一个方向摩擦，以此形成取向层，取向层处的液晶分子将按照摩擦的方向平行排列；而光取向技术则是利用偏振干涉或掩膜曝光等方式使取向材料发生光交联或光降解等变化从而形成取向层。

可选地，在本申请的上述实施例中，如图7所示，该胆甾相液晶器件20可以包括透光基板21、叠置于该透光基板21的取向层22以及叠置于该取向层22的液晶层23；该取向层22位于该透光基板21和该液晶层23之间，用于使该液晶层23中的液晶分子按照预定取向进行排布，以反射沿预定角度入射的第一圆偏振光。可以理解的是，本申请的该取向层22可以采用摩擦取向技术、偏振光取向技术、激光直写技术、空间光调制器技术、以及掩膜曝光技术等技术进行制备。

值得一提的是，由于本申请的该近眼显示设备1之所以能够大幅地提高光能利用率，主要是因为本申请特制的该胆甾相液晶器件20，其能够将第一圆偏振光全部反射至该透视反射元件30，并允许来自该透视反射元件30的第二圆偏振光全部透过；因此，如何制造出满足上述条件的该胆甾相液晶器件20又是本申请的另一个关键所在。

具体地，附图8至图10示出了根据本申请的一个实施例的用于制造胆甾相液晶器件的装置50，用于采用偏振光取向技术来制备出上述胆甾相液晶器件20。该用于制造胆甾相液晶器件的装置50可以包括可以包括用于投射平行光的光源投射器51、被设置于该光源投射器51的投射侧的平行光分束器52、参考光系统53以及物光系统54。该平行光分束器52用于将来自该光源投射器51的一路平行光分束成沿参考光光路传播的参考光和沿物光光路传播的物光。该参考光系统53被设置于该平行光分束器52的参考光光路，用于调制来自该平行光分束器52的参考光，以形成具有第一圆偏振态的参考光入射至取向层基材200的表面；该物光系统54被设置于该平行光分束器52的物光光路，用于调制来自该平行光分束器52的物光，以形成具有第二圆偏振态的物光入射至该取向层基材200的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向，使参考光线和物光在该取向层基材200的表面上进行偏振干涉记录，以在该取向层基材200的表面上旋涂液晶后形成上述胆甾相液晶器件20。可以理解的是，本申请所提及的入射至该取向层基材200表面的物光与上述近眼显示设备1中的入眼光束具有相同的角度；换言之，本申请所提及的入射至该取向层基材200表面的物光的光线空间角度分布与该近眼显示设备1中经由该透视反射元件30反射至该胆甾相液晶器件20的图像光的光线空间角度分布保持一致，以确保所形成的该胆甾相液晶器件20满足上述近眼显示设备1的需求。

更具体地，如图9和图10所示，该光源投射器51可以包括激光器511、位于该激光器511和该平行光分束器52之间光路中的针孔滤波器512以及位于该针孔滤波器512和该平行光分束器52之间光路中的准直镜513。这样，经由该激光器511发出的激光光束会先经由该针孔滤波器512的滤波，再经由该准直镜513的准直之后，经由该平行光分束器52分束成相互垂直的参考光和物光。

可选地，如图9和图10所示，该物光系统54可以包括沿着该平行光分束器52的物光光路依次排布的物光相位延迟件541、物光反射镜542以及物光成像透镜543。该物光相位延迟件541用于调制来自该平行光分束器52的物光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至该物光反射镜542；该物光反射镜542用于反射具有第一圆偏振态的物光以形成具有第二圆偏振态的物光而传播至该物光成像透镜543；该物光成像透镜543用于调制具有第二圆偏振态的物光以在形成物光中间实像之后入射至该取向层基材200的表面。

可选地，如图9和图10所示，该平行光分束器52还可以被实施为PBS分光棱镜520，用于反射平行光中的第二偏振光以形成一路参考光，并透射平行光中的第一偏振光以形成一路物光，以在提高物光的光能利用率的同时，仍能够实现胆甾相液晶器件20的制造需求，本申请对此不再赘述。

根据本申请的上述实施例，如图9和图10所示，该参考光系统53可以包括沿着该平行光分束器52的参考光光路依次排布的参考光相位延迟件531、参考光反射镜532以及参考光成像透镜533。该参考光相位延迟件531用于调制来自该平行光分束器52的参考光以形成具有第二圆偏振态的参考光而传播至该参考光反射镜532；该参考光反射镜532用于反射具有第二圆偏振态的参考光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至该参考光成像透镜533；该参考光成像透镜533用于调制具有第一圆偏振态的参考光以在形成参考光中间实像之后入射至该取向层基材200的表面。

示例性地，该物光相位延迟件541和该参考光相位延迟件531均可以被实施为1/4波片，用于将线偏振光调制成圆偏振光。

值得注意的是，在本申请的一个示例中，如图9所示，该光源投射器51的激光器511可以被实施为线偏激光器5111，用于直接发射具有线偏振态的激光；此时，经由该平行光分束器52分束成的参考光和物光均为线偏振光，以被对应的1/4波片调制成所需的圆偏振光。当然，在本申请的另一示例中，如图10所示，该激光器511也可以被实施为非偏振激光器5112，用于直接发射非偏振激光；此时，该光源投射器51可以进一步包括位于该非偏振激光器5112和该针孔滤波器512之间光路中的线偏器件514，用于将经由该非偏振激光器5112发射的非偏振激光调制成具有线偏振态的激光，使得其仍能够被对应的1/4波片调制成所需的圆偏振光。

此外，该取向层基材200可以包括透光基板21和被设置于该透光基板21的取向膜(图中未示出)；该取向层基材200的表面由该取向膜提供，使得经由该参考光系统53调制形成参考光和经由该物光系统54调制形成的物光均直接入射至该取向膜。这样，具有第一圆偏振态的参考光和具有第二圆偏振态的物光会在该取向膜处发生干涉以被该取向膜曝光记录，并在旋涂液晶后形成该胆甾相液晶器件20。可以理解的是，该取向膜的材料可以但不限于被实施为能够发生光交联、光降解等变化的取向材料；该透光基板21的材料可以但不限于被实施为透明玻璃。

值得一提的是，附图11示出了根据本申请的一个实施例的用于胆甾相液晶器件的制造方法，可以包括步骤：

S100：将一束平行光分束成一路参考光和一路物光；

S200：将该路参考光调制成具有第一圆偏振态的参考光以入射至取向层基材的表面；

S200：将该路物光调制成具有第二圆偏振态的物光以入射至该取向层基材的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向；

S400：通过该取向层基材记录具有第一圆偏振态的参考光与具有第二圆偏振态的物光进行偏振干涉的信息；以及

S500：旋涂液晶于该取向层基材的表面，以形成胆甾相液晶器件。

值得注意的是，本申请的该用于全息光学元件的制造方法中的步骤S200和步骤S200之间的次序不分先后，并行进行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.近眼显示设备，其特征在于，包括：

图像投射器，用于投射第一圆偏振光；

胆甾相液晶器件，所述胆甾相液晶器件被设置于所述图像投射器的投射侧，用于反射来自所述图像投射器的第一圆偏振光，并透射第二圆偏振光，其中该第二圆偏振光的旋转方向相反于该第一圆偏振光的旋转方向；以及

透视反射元件，所述透视反射元件被设置于所述胆甾相液晶器件的反射侧，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件，进而透过所述胆甾相液晶器件。

2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，该图像投射器包括用于发射图像光的图像源、用于调制光线的成像透镜以及位于所述图像源和所述成像透镜之间光路中的圆偏振器件，所述成像透镜位于所述圆偏振器件和所述胆甾相液晶器件之间的光路中。

3.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述图像源为用于发射线偏振图像光的偏振显示元件；所述圆偏振件为被贴附于所述偏振显示元件的显示面的四分之一波片，用于将来自所述偏振显示元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

4.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述图像源为用于发射自然图像光的非偏振显示元件；所述圆偏振件包括四分之一波片和位于所述非偏振显示元件和所述四分之一波片之间光路中的起偏元件；所述起偏元件用于将来自所述偏振显示元件的自然图像光转换成线偏振图像光以传播至所述四分之一波片；所述四分之一波片用于将来自所述起偏元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

5.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，该透视反射元件为凹面反射镜或菲涅尔透镜。

6.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，该透视反射元件为体全息光学元件，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光全部反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件。

7.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述胆甾相液晶器件包括透光基板、叠置于所述透光基板的取向层以及叠置于所述取向层的液晶层；所述取向层位于所述透光基板和所述液晶层之间，用于使所述液晶层中的液晶分子按照预定取向进行排布，以反射沿预定角度入射的第一圆偏振光。

8.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述胆甾相液晶器件的所述取向层采用摩擦取向技术或偏振光取向技术进行制备。

9.用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，包括：

光源投射器，用于投射平行光；

平行光分束器，所述平行光分束器被设置于所述光源投射器的投射侧，用于将来自所述光源投射器的一路平行光分束成沿参考光光路传播的参考光和沿物光光路传播的物光；

参考光系统，所述参考光系统被设置于所述平行光分束器的参考光光路，用于调制来自所述平行光分束器的参考光，以形成具有第一圆偏振态的参考光入射至取向层基材的表面；以及

物光系统，所述物光系统被设置于所述平行光分束器的物光光路，用于调制来自所述平行光分束器的物光，以形成具有第二圆偏振态的物光入射至该取向层基材的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向，使该参考光和该物光在该取向层基材处进行偏振干涉记录，以在该取向层基材的表面旋涂液晶后形成胆甾相液晶器件。

10.根据权利要求9所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述物光系统包括沿着所述平行光分束器的物光光路依次排布的物光相位延迟件、物光反射镜以及物光成像透镜；所述物光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的物光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至所述物光反射镜；所述物光反射镜用于反射具有第一圆偏振态的物光以形成具有第二圆偏振态的物光而传播至所述物光成像透镜；所述物光成像透镜用于调制具有第二圆偏振态的物光以在形成物光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

11.根据权利要求9所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述参考光系统包括沿着所述平行光分束器的参考光光路依次排布的参考光相位延迟件、参考光反射镜以及参考光成像透镜；所述参考光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的参考光以形成具有第二圆偏振态的参考光而传播至所述参考光反射镜；所述参考光反射镜用于反射具有第二圆偏振态的参考光以形成具有第一圆偏振态的参考光而传播至所述参考光成像透镜；所述参考光成像透镜用于调制具有第一圆偏振态的参考光以在形成参考光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

12.根据权利要求9至11中任一所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述光源投射器包括激光器、位于所述激光器和所述平行光分束器之间光路中的针孔滤波器以及位于所述针孔滤波器和所述平行光分束器之间的准直镜。

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