CN203673146U - 穿戴显示用的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种穿戴显示用的光学系统，包括：产生图像光信号的显示器件；设置在所述显示器件的图像光信号传输光路上的1/2波片；设置在所述1/2波片的输出端的偏振分光棱镜；用于接收穿过所述偏振分光棱镜的图像光信号的第一1/4波片；用于将通过所述第一1/4波片的图像光信号反射回穿过所述第一1/4波片的反射镜；以及，用于接收回穿过所述第一1/4波片再经所述偏振分光棱镜反射的图像光信号的透镜。本实用新型穿戴显示用的光学系统，为一种小型、便于集成的、可用于穿戴式显示的光学系统，且能适应不同的视力的观察者，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学系统领域，具体涉及一种穿戴显示用的光学系统。
背景技术
可穿戴显示技术是将输入设备、传感器、检测器、无线通信和信号处理等集成为可嵌入人们衣着中的装置，支持手势和眼动操作等多种交互方式，在医疗保健、导航、社交网络、商务和媒体等许多领域都蕴藏着巨大潜力，并有可能通过一些细微的应用给我们的生活带来实质性的改变。因此，可穿戴显示技术在近年来得到了迅速发展，各种可穿戴显示设备相继出现在人们的生活中，例如手表、眼镜等。
可穿戴显示设备中的头戴显示器（Head Mounted Display,HMD）和抬头显示器（Heads-up Display,HUD)）是通过靠近眼部的微型显示器投射影像或视讯媒体，将虚拟内容插入到真实环境。专利US20130044042公开了一种抬头显示器，通过一个微型投影仪和半透明棱镜，直接将图像聚焦在人体视网膜上，观察者可同时看到该图像和现实图像，整个光学系统体积小。但目前其光学系统只能满足正常视力的人群，而近视眼患者等需通过增加镜框和镜片或者佩戴隐形眼镜实现。
然而，随着人们使用手机、电脑等科技产品的频率增加，加之不注意科学用眼，因此近视等非正常视力的患者占有相当大的比例。因此需要开发适合所有人的可穿戴显示设备。
公开号为CN1432841A（申请号为02114772.8）的中国发明专利申请公开了一种穿戴显示器中提高像质的光学系统，包括设于焦平面上的液晶显示器件所发出的光线经过分束镜后反射向凹面反射镜，光线经凹面反射镜反射，由出瞳处观察到成放大虚像，在分束镜与出瞳之间设有透镜，透镜可以是球面镜或平面反射镜。虽然该技术方案通过增加透镜的方式，使光学系统具有一定的放大率，校正像差，提高像质，但是其仍不适合于近视等非正常视力的患者使用，同时其图像质量有待进一步提高。
公开号为CN1894617A（申请号为200380110982.X）的中国发明专利申请公开一种用于头戴显示器的光学装置，包括：光学元件，用于把所述显示器的所述图像聚焦成减小的分割体积；和分割装置，用于在所述减小的体积中分割所述聚焦图像，所述光学元件是透镜，所述分割装置包括：第一全反射面和第二全反射面，它们被安排成对称的V型反射镜。该技术方案通过聚焦单个显示器屏幕产生的图像并分割在其焦点附近的那个图像，从而减小头戴显示器的分割体积，使其体积小，便于集成，但是，该光学装置仍不适合于近视等非正常视力的患者使用。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为解决现有技术中的不足，提供一种小型、便于集成的、可用于穿戴式显示的光学系统，且能适应不同的视力的观察者。
一种穿戴显示用的光学系统，包括：
产生图像光信号的显示器件；
设置在所述显示器件的图像光信号传输光路上的1/2波片；
设置在所述1/2波片的输出端的偏振分光棱镜；
用于接收穿过所述偏振分光棱镜的图像光信号（即P分量图像光信号）的第一1/4波片；
用于将通过所述第一1/4波片的图像光信号反射回穿过所述第一1/4波片的反射镜；
用于接收回穿过所述第一1/4波片再经所述偏振分光棱镜反射的图像光信号的透镜。
本实用新型中，显示器件产生图像光信号，1/2波片将图像光信号中S分量的偏振光转化为P分量，图像光信号经1/2波片输出后全为P分量图像光信号，偏振分光棱镜的分光面只允许P分量图像光信号通过，穿过偏振分光棱镜的P分量图像光信号再输出到第一1/4波片，穿过第一1/4波片投射到反射镜上，反射镜将图像光信号反射，之后回穿过第一1/4波片，两次穿过第一1/4波片，P分量图像光信号转变为S分量图像光信号，S分量图像光信号回到偏振分光棱镜的分光面上，偏振分光棱镜的分光面将S分量图像光信号反射至透镜，人眼通过透镜就可以在视网膜上成像，人眼看到等效于无限远处的图像。由于视觉暂留，不同时间的不同颜色图像叠加在一起形成彩色图像。观察者也可以看到现实图像，此图像叠加在现实图像之上。
根据偏振分光棱镜的分光面方向的不同设置，有两种优选的透镜设置方案：
一种是，所述的偏振分光棱镜的分光面将回穿过所述第一1/4波片的图像光信号反射至背离人眼方向，所述透镜与所述偏振分光棱镜之间设有第二1/4波片，所述的透镜的透过率40%～60%，即透镜采用半透半反透镜。即所述的偏振分光棱镜中，所述的分光面将所述偏振分光棱镜靠近所述1/2波片的部分切成梯形，所述的分光面为腰面，所述的分光面与下底面的夹角为45°。返回到偏振分光棱镜的分光面上的S分量图像光信号，经偏振分光棱镜的分光面反射到第二1/4波片，然后再经过透镜，透镜采用半透半反透镜，入射到此半透半反透镜上的光一半直接透射出去，另一半被反射后经过第二1/4波片，反射的图像光信号，由S分量图像光信号转化为P分量图像光信号，P分量图像光信号透过偏振分光棱镜，最后进入人眼。人眼在偏振分光棱镜的一侧，另一侧的P分量图像光信号透过偏振分光棱镜的分光面进入人眼，直接在视网膜上成像，人眼看到等效于无限远处的图像。由于视觉暂留，不同时间的不同颜色图像叠加在一起形成彩色图像。因为透镜为半透半反镜，有部分光线可以透过，因此在人眼观察轴方向，观察者也可以看到现实图像，显示器件所成的图像叠加在现实图像之上。整个光学系统相当于显示器件成的像被人眼接收，在视网膜上成像，且此图像覆盖在现实图像之上，即人眼同时看到虚像和现实图像。该优选的技术方案中，透镜的焦距可以改变，以适应不同视力的人。即所述的透镜的焦距根据不同视力的人调整。
另一种是，所述的偏振分光棱镜的分光面将回穿过所述第一1/4波片的图像光信号反射至人眼。即所述的偏振分光棱镜中，所述的分光面将所述偏振分光棱镜靠近所述1/2波片的部分切成梯形，所述的分光面为腰面，所述的分光面与下底面的夹角为135°。回穿过所述第一1/4波片的图像光信号为S分量图像光信号，经偏振分光棱镜的分光面直接反射至人眼，直接在视网膜上成像，人眼看到等效于无限远处的图像。由于视觉暂留，不同时间的不同颜色图像叠加在一起形成彩色图像。同时在人眼观察轴方向，观察者也可以看到现实图像，此图像叠加在现实图像之上。整个光学系统相当于显示器件成的像被人眼接收，在视网膜上成像，且此图像覆盖在现实图像之上，即人眼同时看到虚像和现实图像。其中透镜可以针对不同视力的人进行选配，例如对近视眼患者可选配一块适合的负透镜，远视眼患者可选配正透镜。
本实用新型中，所述显示器件采用有机电致发光显示器（OLED）。
本实用新型中，所述1/2波片改变光的偏振，将S分量的入射光转化为P光，而偏振分光棱镜只透过P光，因此可增加入射光的透过率。
本实用新型中，所述的反射镜为高反镜，其反射率大于98%。所述的反射镜包括基板以及设置在所述基板上的高反射膜，所述的高反射膜包括依次设置的基底层、高反层和保护层；
所述的基底层与所述基板紧贴；
所述的高反层包括银铜合金层；
所述的保护层包括依次设置的Al2O3层、SiO2层和Ti3O5层，其中，所述Al2O3层紧贴所述高反层。
作为高反射膜，一般反射率为90%以上。
本实用新型中银铜合金层，与纯铝材料相比，其成膜后的反射率更高，与纯银材料相比，其机械性能、硬度及耐温性能更好，但是银铜合金层的附着力有限，Al2O3层与银铜合金层有很高的附着力，在保护层中与银铜合金层紧贴设置Al2O3层，可提高保护层与银铜合金层之间的附着力，提高高反射膜的致密性，从而进一步提高高反射膜的耐腐蚀耐高温性能。SiO2层和Ti3O5层不仅能使膜层更致密保护性更强，而且通过调节SiO2层和Ti3O5层的厚度能调整设计带宽内的反射率变化，以达到最好的反射效果。
所述的基底层至少包括Al2O3层，基底层中的Al2O3层与保护层中的Al2O3层为两个独立的膜层，互不相关。
当所述的基板为玻璃基板时，所述的基底层包括依次设置的Ti3O5层、SiO2层和Al2O3层，其中，所述的Ti3O5层与所述基板紧贴，所述的Al2O3层与所述高反层紧贴。基底层中Al2O3层能够提高基底层与高反层（即银铜合金层）之间的附着力，同时，基底层中SiO2层和Ti3O5层不仅能使膜层更致密保护性更强，而且通过调节SiO2层和Ti3O5层的厚度能调整设计带宽内的反射率变化，以达到最好的反射效果。即采用玻璃基板时，反射镜的两面均可实现高反射率。
当所述的基板为金属基板时，所述的基底层包括Al2O3层，Al2O3层能够很好地提高金属基板与高反层（即银铜合金层）之间的附着力，使得高反射膜更致密保护性更强。
作为优选，所述的银铜合金层由重量百分含量20%～40%的铜和重量百分含量60%～80%的银混合制成，该银铜合金层反射率高，机械性能、硬度及耐温性能均较好。
高反射膜中的初始膜层结构选用特定的初始设计，当所述的基板为玻璃基板时，所述的基底层中Ti3O5层的光学厚度为十六分之一波长，所述的基底层中SiO2层的光学厚度为八分之一波长，所述的基底层中Al2O3层的光学厚度为十六分之一波长，所述的高反层中的银铜合金层的光学厚度为四十分之一波长，所述的保护层中Al2O3层的光学厚度为十六分之一波长，所述的保护层中SiO2层的光学厚度为八分之一波长，所述的保护层中Ti3O5层的光学厚度为十六分之一波长。
当所述的基板为金属基板时，所述的基底层中Al2O3层的光学厚度为十六分之一波长，所述的高反层中的银铜合金层的光学厚度为四十分之一波长，所述的保护层中Al2O3层的光学厚度为十六分之一波长，所述的保护层中SiO2层的光学厚度为八分之一波长，所述的保护层中Ti3O5层的光学厚度为十六分之一波长。
因此，高反射膜中各膜层的具体厚度可在上述初始设计结构的理论上优化得到。
进一步优选，当所述的基板为玻璃基板时，所述的基底层中Ti3O5层的厚度为23～25nm，所述的基底层中SiO2层的厚度为37～41nm，所述的基底层中Al2O3层的厚度为20～23.5nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为240～260nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为20～23nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为49.5～51.5nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为16～18nm。
更进一步优选，所述的基底层中Ti3O5层的厚度为24.15nm，所述的基底层中SiO2层的厚度为39.4nm，所述的基底层中Al2O3层的厚度为21.21nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为250nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为21.21nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为50.6nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为17.1nm。在400～1800nm波段上0度及45度的膜反射率的效果均能达到97%以上，反射效果优异。
进一步优选，当所述的基板为金属基板时，所述的基底层中Al2O3层的厚度为20～23.5nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为240～260nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为20～23nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为49.5～51.5nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为16～18nm。
更进一步优选，所述的基底层中Al2O3层的厚度为21.21nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为250nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为21.21nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为50.6nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为17.1nm。在400～1800nm波段上0度及45度的膜反射率的效果均能达到97%以上，反射效果优异。
一种反射镜的制备方法，制备简单，并且有利于形成粘附性、致密性好的高反射膜，使其具有优异的反射性能以及良好的耐高温耐腐蚀。
一种反射镜的制备方法，包括以下步骤：
将基板放入镀膜机的真空室中，先在基板上镀一层基底层，再在基板上镀一层高反层，然后在基板上镀一层保护层，得到反射镜，即镀有高反射膜的基板。
在制备的工艺上，为了使高反射膜到达在高温中难以氧化腐蚀目的，需尽可能地提高膜层的粘附性及致密性，以隔绝空气和水汽的进入，因此，作为优选，在镀高反层（银铜合金层）时，需将蒸发速率提高至8～15nm/秒。在镀基底层与保护层时，需加离子源辅助，离子源产生的高能粒子不仅使材料分子在离子区获得加速的能量，而且对已经淀积的膜层产生溅射，克服了淀积时产生的阴影效应，使膜的密度接近于大块材料。
作为优选，所述的离子源的参数为：
镀Al2O3层时，离子束电压为800～1000V，离子束电流为800～1000mA，离子加速电压为300～500V；
镀SiO2层时，离子束电压为800～1000V，离子束电流为800～1000mA，离子加速电压为300～500V；
镀Ti3O5层时，离子束电压为1100～1300V，离子束电流为800～1000mA，离子加速电压为500～800V。
为了减少异物对膜层造成的缺陷，作为优选，所述的基板在镀高反射膜之前，需要超声波清洗，并在清洗后1小时内放入镀膜机的真空室中，将真空室的气压调整至5×10-4～3×10-3Pa。并且用离子源在充氧的条件下轰击镀膜基板已达到清洁基板表面的目的，之后依次按上述膜层材料及厚度蒸镀，事实上前述高反层的高蒸发速率和基底层及保护层的离子源辅助对粘附性差的材料颗粒及异物也起到很强的去除作用。
作为优选，所述的镀膜机可采用光驰OTFC1300DBI多层真空镀膜机。
作为优选，清洗、转运及镀膜的环境需为千级超净室；镀膜机内护板的清洁周期为4～6炉/次；清洗用水更换周期为50～100篮/次。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型穿戴显示用的光学系统，包括：显示器件、1/2波片、偏振分光棱镜、第一1/4波片、反射镜以及透镜，通过在显示器件的图像传输光路上依次设置各器件，从而得到小型、便于集成的、可用于穿戴式显示的光学系统，且能适应不同的视力的观察者。使用了该光学系统的可穿戴显示设备，可适合所有人，即不同视力的使用者，具有广阔的应用前景。
本实用新型中的反射镜，基板为金属基板时，能够单面反射，基板为玻璃材料时能同时实现内反射和外反射，并且反射效率在400～1800nm波长范围内0～45°的光线入射角度上达到平均值97%以上，从而扩展了其应用的范围。
本实用新型中，反射镜中高反射膜设计在镀膜工艺的保证下，能使保护层、高反层和基底层的膜粘附性和致密性达到很好的效果，基本杜绝了空气和水汽的进入；从而达到很好的耐热耐腐蚀效果：300℃高温环境1000小时试验以及85℃85%高温高湿环境1000小时试验前后反射率变化在±1%以内且无腐蚀产生。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的穿戴显示用的光学系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的穿戴显示用的光学系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例3的反射镜的结构示意图；
图4为本实用新型实施例4的反射镜的结构示意图；
图5为本实用新型实施例3的反射镜的工作示意图；
图6为本实用新型实施例3的反射镜的0度及45度测试光谱图。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型并示出如何实现其效果，以示例的形式来参照附图。
实施例1
如图1所示，为一种穿戴显示用的光学系统，包括：产生图像光信号的显示器件1（OLED）；设置在显示器件1的图像光信号传输光路上的1/2波片2；设置在1/2波片2的输出端的偏振分光棱镜3；用于接收穿过偏振分光棱镜3的图像光信号（即P分量图像光信号）的第一1/4波片4；用于将通过第一1/4波片4的图像光信号反射回穿过第一1/4波片4的反射镜5（采用实施例3）；用于接收回穿过第一1/4波片4再经偏振分光棱镜3反射的图像光信号的第一透镜7。偏振分光棱镜3的分光面将回穿过第一1/4波片4的图像光信号反射至背离人眼8方向，第一透镜7与偏振分光棱镜3之间设有第二1/4波片6，第一透镜7的透过率50%，即第一透镜7采用半透半反透镜。偏振分光棱镜3中，分光面将偏振分光棱镜3靠近1/2波片2的部分切成梯形，分光面为腰面，分光面与下底面的夹角为45°。其具体工作原理如下：OLED显示器件1发出的光经过1/2波片2，S分量的偏振光转化为P分量，即入射到偏振分光棱镜3上光为P光，偏振分光棱镜3只允许P分量的光透过，P光透过偏振分光棱镜3后经过第一1/4波片4，入射到反射镜5上，反射回来的光再次经过1/4波片4，光的偏振态发生变化，P分量的入射光转化为S分量，S光入射到偏振分光棱镜3的分光面上被反射，经过第二1/4波片6后入射到第一透镜7上，入射到此半透半反透镜上的光一半直接透射出去，另一半被反射后经过第二1/4波片6，S光转化为P光，P光透过偏振分光棱镜3，进入人眼8。假设人眼8的观察轴位于Z轴方向，人眼8在偏振分光棱镜3的一侧，另一侧的P光透过偏振分光棱镜3的分光面进入人眼，直接在视网膜上成像，人眼看到等效于无限远处的图像。由于视觉暂留，不同时间的不同颜色图像叠加在一起形成彩色图像。因为第一透镜7为半透半反镜，有部分光线可以透过，因此在人眼观察轴方向，观察者也可以看到现实图像，显示器件1所成的图像叠加在现实图像之上。整个光学系统相当于OLED显示器件1成的像被人眼接收，在视网膜上成像，且此图像覆盖在现实图像之上，即人眼8同时看到虚像和现实图像。在此实施例中，第一透镜7的焦距可以改变，以适应不同视力的人。
实施例2
如图2所示，为另一种穿戴显示用的光学系统，包括：产生图像光信号的显示器件1（OLED）；设置在显示器件1的图像光信号传输光路上的1/2波片2；设置在1/2波片2的输出端的偏振分光棱镜3；用于接收穿过偏振分光棱镜3的图像光信号（即P分量图像光信号）的第一1/4波片4；用于将通过第一1/4波片4的图像光信号反射回穿过第一1/4波片4的反射镜5（采用实施例4）；用于接收回穿过第一1/4波片4再经偏振分光棱镜3反射的图像光信号的第二透镜9。偏振分光棱镜3的分光面将回穿过第一1/4波片4的图像光信号反射至人眼8。偏振分光棱镜3中，分光面将偏振分光棱镜3靠近1/2波片2的部分切成梯形，分光面为腰面，分光面与下底面的夹角为135°。其具体工作原理如下：OLED显示器件1发出的光经过1/2波片2，将S分量的偏振光转化为P分量，即入射到偏振分光棱镜3上光为P光，并且偏振分光棱镜3只允许P分量的光透过，P光透过偏振分光棱镜3后经过第一1/4波片4，并入射到反射镜5上，反射回来的光经过1/4波片4，光的偏振态发生变化，P分量的入射光转化为S分量，S光入射到偏振分光棱镜3的分光面上被全部反射，反射光经过第二透镜9后，进入人眼8。假设人眼8的观察轴位于Z轴方向，人眼8在偏振分光棱镜的一侧，另一侧的P光透过偏振分光棱镜的分光面进入人眼8，直接在视网膜上成像，人眼看到等效于无限远处的图像。由于视觉暂留，不同时间的不同颜色图像叠加在一起形成彩色图像。同时在人眼8观察轴方向，观察者也可以看到现实图像，此图像叠加在现实图像之上。整个光学系统相当于OLED显示器件1成的像被人眼8接收，在视网膜上成像，且此图像覆盖在现实图像之上，即人眼8同时看到虚像和现实图像。其中第二透镜9可以针对不同视力的人进行选配，例如对近视眼患者可选配一块适合的负透镜，远视眼患者可选配正透镜。
实施例3
如图3所示，为反射镜，包括玻璃基板10以及依次设置在玻璃基板10上的基底层、高反层和保护层，由基底层、高反层和保护层构成高反射膜19；基底层与玻璃基板10紧贴，基底层包括依次设置的Ti3O5层11、SiO2层12和Al2O3层13，其中，Ti3O5层11与玻璃基板10紧贴；高反层包括银铜合金层14，银铜合金层14由重量百分含量30%的铜和重量百分含量70%的银混合而成；保护层包括依次设置的Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，其中，Al2O3层15紧贴银铜合金层14。即从玻璃基板10上沿其厚度方向（远离玻璃基板10的方向）依次设置有Ti3O5层11、SiO2层12、Al2O3层13、银铜合金层14、Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，各层的具体厚度分别如表1所示：
表1
采用玻璃基板10的反射镜的制备方法，具体步骤如下：
将玻璃基板10放入光驰OTFC1300DBI多层真空镀膜机的真空室中，玻璃基板10在镀高反射膜之前，需要超声波清洗，并在清洗后1小时内放入镀膜机的真空室中，将真空室的气压调整至8×10-4Pa。
先在玻璃基板10上镀一层基底层，即依次在玻璃基板10上镀Ti3O5层11、SiO2层12、Al2O3层13，镀基底层时，需加离子源辅助，镀Ti3O5层11时，离子束电压为1200V，离子束电流为900mA，离子加速电压为650V；镀SiO2层12时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V；镀Al2O3层13时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V，完成基底层的制备。
再在玻璃基板10上镀一层高反层（即银铜合金层14），将蒸发速率提高至12nm/秒。
然后在玻璃基板10上镀一层保护层，即依次镀Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，镀保护层时，需加离子源辅助，镀Al2O3层15时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V；镀SiO2层16时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V；镀Ti3O5层17时，离子束电压为1200V，离子束电流为900mA，离子加速电压为650V，完成保护层的制备。
清洗、转运及镀膜的环境需为千级超净室；镀膜机内护板的清洁周期为5炉/次；清洗用水更换周期为70篮/次。
按上述条件制备反射镜，各层的具体厚度按表1，得到反射镜5，即镀有高反射膜19的玻璃基板10。
实施例4
如图4所示，为反射镜，包括金属基板18以及依次设置在金属基板18上的基底层、高反层和保护层，由基底层、高反层和保护层构成高反射膜19；金属基板18采用金属材质，具体可选用铝质；基底层与金属基板18紧贴，基底层包括Al2O3层13；高反层包括银铜合金层14，银铜合金层14由重量百分含量30%的铜和重量百分含量70%的银混合而成；保护层包括依次设置的Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，其中，Al2O3层15紧贴银铜合金层14。即从金属基板18上沿其厚度方向（远离玻璃基板14的方向）依次设置有Al2O3层13、银铜合金层14、Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，各层的具体厚度分别如表2所示：
表2
| 膜层 | Al2O3层13 | 银铜合金层14 | Al2O3层15 | SiO2层16 | Ti3O5层17 |
| 厚度(nm) | 21.21 | 250 | 21.21 | 50.6 | 17.1 |
采用金属基板18的反射镜的制备方法，具体步骤如下：
将金属基板18放入光驰OTFC1300DBI多层真空镀膜机的真空室中，金属基板18在镀高反射膜之前，需要超声波清洗，并在清洗后1小时内放入镀膜机的真空室中，将真空室的气压调整至1×10-3Pa。
先在金属基板18上镀一层基底层，即在金属基板18上镀Al2O3层13，镀基底层时，需加离子源辅助，镀Al2O3层13时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V，完成基底层的制备。
再在金属基板18上镀一层高反层（即银铜合金层14），将蒸发速率提高至13nm/秒。
然后在金属基板18上镀一层保护层，即依次镀Al2O3层15、SiO2层16和Ti3O5层17，镀保护层时，需加离子源辅助，镀Al2O3层15时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V；镀SiO2层16时，离子束电压为900V，离子束电流为900mA，离子加速电压为400V；镀Ti3O5层17时，离子束电压为1200V，离子束电流为900mA，离子加速电压为650V，完成保护层的制备。
清洗、转运及镀膜的环境需为千级超净室；镀膜机内护板的清洁周期为5炉/次；清洗用水更换周期为60篮/次。
按上述条件制备反射镜，各层的具体厚度按表2，得到反射镜，即镀有高反射膜19的金属基板18。
图6为0度及45度入射角情况下采用玻璃基板10的反射镜的反射率，如图6所示，其显示的结果可见，在400～1800nm波段上0度及45度的膜反射率的效果均能达到97%以上，同时由于其优异的耐高温耐腐蚀性。同样，在0度及45度入射角情况下测试采用金属基板18的反射镜的反射率，基本与图6一致。因此，上述结果表明实施例3制备的反射镜和实施例4制备的反射镜在400～1800nm波长范围内0～45°的光线入射角度上达到平均值97%以上。对实施例3制备的反射镜和实施例4制备的反射镜上的高反射膜的耐热耐腐蚀效果：300℃高温环境1000小时试验以及85℃85%高温高湿环境1000小时试验前后反射率变化在±1%以内且无腐蚀产生。
Claims (8)
1.一种穿戴显示用的光学系统，其特征在于，包括：
产生图像光信号的显示器件；
设置在所述显示器件的图像光信号传输光路上的1/2波片；
设置在所述1/2波片的输出端的偏振分光棱镜；
用于接收穿过所述偏振分光棱镜的图像光信号的第一1/4波片；
用于将通过所述第一1/4波片的图像光信号反射回穿过所述第一1/4波片的反射镜；
用于接收回穿过所述第一1/4波片再经所述偏振分光棱镜反射的图像光信号的透镜。
2.根据权利要求1所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的偏振分光棱镜中，所述的分光面将所述偏振分光棱镜靠近所述1/2波片的部分切成梯形，所述的分光面为腰面，所述的分光面与下底面的夹角为45°，所述透镜与所述偏振分光棱镜之间设有第二1/4波片。
3.根据权利要求1所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的偏振分光棱镜中，所述的分光面将所述偏振分光棱镜靠近所述1/2波片的部分切成梯形，所述的分光面为腰面，所述的分光面与下底面的夹角为135°。
4.根据权利要求1所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的反射镜包括基板以及设置在所述基板上的高反射膜，所述的高反射膜包括依次设置的基底层、高反层和保护层；
所述的基底层与所述基板紧贴；
所述的高反层包括银铜合金层；
所述的保护层包括依次设置的Al2O3层、SiO2层和Ti3O5层，其中，所述Al2O3层紧贴所述高反层。
5.根据权利要求4所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的基板为玻璃基板，所述的基底层包括依次设置的Ti3O5层、SiO2层和Al2O3层，其中，所述的Ti3O5层与所述基板紧贴，所述的Al2O3层与所述高反层紧贴。
6.根据权利要求5所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的基板为玻璃基板，所述的基底层中Ti3O5层的厚度为23～25nm，所述的基底层中SiO2层的厚度为37～41nm，所述的基底层中Al2O3层的厚度为20～23.5nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为240～260nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为20～23nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为49.5～51.5nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为16～18nm。
7.根据权利要求4所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的基板为金属基板，所述的基底层包括Al2O3层。
8.根据权利要求7所述的穿戴显示用的光学系统，其特征在于，所述的基板为金属基板，所述的基底层中Al2O3层的厚度为20～23.5nm，所述的高反层中的银铜合金层的厚度为240～260nm，所述的保护层中Al2O3层的厚度为20～23nm，所述的保护层中SiO2层的厚度为49.5～51.5nm，所述的保护层中Ti3O5层的厚度为16～18nm。
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