[发明专利]提供增强的观看体验的近眼图像显示设备

说明书

本发明一般涉及一种具有改进的观看质量的近眼显示设备。本发明更具体地涉及一种图像显示设备(35)，其包括至少一个点光源(23)和以空间光调制器(11)形式的至少一个微显示设备，所述空间光调制器(11)被定位成由所述至少一个点光源(23)照射，所述至少一个微显示设备具有以二维阵列排列的像素(12)，其中每个像素(12)由基本上平面的像素电极(13)表示。

技术领域

本发明总体上涉及一种具有改进的观看质量的近眼显示设备。

背景技术

头戴式显示器(HWD)通常包括微型显示器，在该微型显示器上显示二维(2D)规则图像。一些模糊图像在视网膜上形成，除非其间由于微显示器和眼睛之间的物理距离而布置了中继光学器件，该物理距离通常远小于25cm(人眼通常可以聚焦在的最近距离)。中继光学器件通常由若干透镜组成，这些透镜用于在25cm之外(大部分在无限远处)形成微显示器的放大虚像，然后眼睛可以聚焦在其上并形成清晰的视网膜图像。

包含微显示器(例如仅使用单个放大镜镜头的那些)的轻量级HWD设计主要限于具有小视场(FOV)的系统，因为由于插入以补偿像差的额外的组件而导致大FOV设计的重量和体积增加。

作为示例，最近出现的具有非常薄的形状因子的HWD设备基本上由小的(～1cm对角线)微显示器和简单的正透镜组成，但具有有限的FOV，超过该FOV，像差变得严重。另一方面，高端军用型显示器可以支持接近150度或更高的FOV，但重量可达5千克或更多，并且可能包含超过10个不同的透镜，其大多数都是被呈现来用于补偿由于扩大的FOV而出现的像差。拥有如此多的透镜不仅仅是一个技术问题，而且是一个必不可少的问题，因为没有单一的光学元件可以被设计为形成大尺寸微显示器的无像差图像，因为从微显示器出现的信息当它传播时迅速在空间中扩展的事实。

基于微显示器的HWD设计也无法提供最终的三维(3D)视觉体验。这些HWD设计通常仅提供立体图像，其基本上仅通过双目视差来调用3D感知。单眼线索，尤其是调节(accommodation)，通常不受支持或不正确。立体系统的用户通常遭受由所谓的调节-会聚冲突引起的视觉疲劳，其中，眼睛真正地会聚到3D对象的明显位置，同时调节被不正确地设置到屏幕上以使视网膜图像清晰。当虚拟物体比50厘米更靠近时，疲劳特别严重。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种图像显示设备，包括至少一个点光源和以空间光调制器(spatial light modulator)形式的至少一个微显示设备，所述空间光调制器被定位成由所述至少一个点光源照射，所述至少一个微显示设备具有以二维阵列排列的像素，其中每个像素由基本上平面的像素电极表示。

本发明提供一种克服上述不便之处的图像显示设备，其在权利要求1的特征部分中被限定。

附图说明

附图仅出于举例说明微显示设备的目的而给出，该微显示设备相对于现有技术的优点在上面概述，并且将在下文中简要解释。

附图并不意味着界定在权利要求中所识别的保护范围，也不应在不借助于本发明的描述中的技术公开的情况下单独提及它们以试图解释所述权利要求中所识别的范围。

图1展示了根据本发明的在硅上液晶(LCoS)装置中具有反射区的图像显示设备像素的顶视图。

图2a至2e展示了根据本发明的沿图1中的线A-A'截取的如图1所示的配置的横截面图。图2中仅包括基板和电极。图2a展示了作为反射区的光学活性区。图2b展示了由倾斜微镜覆盖的光学活性区。图2c展示了由微透镜覆盖的光学活性区。图2d展示了具有衍射光栅的光学活性区。图2e展示了具有变化周期衍射光栅的光学活性区。

图3a展示了根据本发明的具有基于LCoS配置的反射空间光调制器的微显示器的侧视图。