[发明专利]单眼大视场近眼显示模组、显示方法及头戴式显示设备在审

专利信息
申请号: 201810504772.7 申请日: 2018-05-24
公开(公告)号: CN108873332A 公开(公告)日: 2018-11-23
发明(设计)人: 宋海涛;周旭东 申请(专利权)人: 成都理想境界科技有限公司
主分类号: G02B27/01 分类号: G02B27/01
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 610041 四川省成都市*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 输出耦合器 视场角 图像源 出射 输入耦合器 显示子系统 平板光学 图像光束 显示模组 大视场 波导 单眼 近眼 头戴式显示设备 出射光瞳 光学波导 光学器件 交替发射 双重作用 完整图像 显示设备 大视角 重合 目镜 入射 射出 拼接 扫描 图像 配置
【说明书】:

发明公开了单眼大视场近眼显示模组,包括:图像源、目镜光学器件和平板光学波导,图像源用于交替发射具有不同视场角的图像光束,平板光学波导内设置有输入耦合器和输出耦合器,输出耦合器被配置为根据入射至输出耦合器的图像光束所具有的视场角切换至与该视场角相对应的出射状态,每个出射状态下的输出耦合器均与图像源和输入耦合器构成一个显示子系统,各显示子系统出射光瞳具有重合部分。本发明中输出耦合器同时具备将光束耦出平板光学波导和扫描双重作用,各出射状态下的输出耦合器向外射出的具有相应视场角的图像相互拼接,构成一个具有相应大视角的完整图像,从而增大了显示设备的视场角。

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域,尤其涉及单眼大视场近眼显示模组、显示方法及头戴式显示设备。

背景技术

增强现实(AR)显示设备使得用户能够透过设备的透明或半透明显示器来观看周围的环境,并且还看到显示器生成的图像覆盖在周围环境上。这类设备通常为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可佩带的显示设备。设备通常利用光学波导来传输图像,显示器的光需要通过输入耦合器耦合入光学波导,同时光学波导内又需要设置中间部件来扩展光瞳,现有输入耦合器和中间部件的结构使得输入的图像的对角线视场角不能超过35度,特别是中间部件结构的制约,因而现有增强现实显示设备通常只有14-34度的对角线视场角。也有现有技术通过将显示设备输入的图像通过一个输入耦合部拆分成两路在光学波导内进行传播,并通过输出耦合部来会聚射出,从而达到增大增强现实显示设备对角线视场角的效果。但这种技术受制于输入耦合部的结构,其仅能将视场角扩展至接近70度,仍不能达到人们对增强现实显示设备大视场的期望,不能满足消费市场的需求。并且输入耦合部的图像拆分和输出耦合部的会聚又带来了会聚图像亮度不均匀的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种单眼大视场近眼显示系统,用以解决现有增强现实显示设备视场角小的技术缺陷。

为了实现上述发明目的,本发明第一方面提供了一种单眼大视场近眼显示模组,包括:

图像源,用于交替发射具有不同视场角的图像光束,

目镜光学器件,其被配置为将图像源发射的全部图像光束进行准直并射入平板光学波导,

平板光学波导内设置有输入耦合器和输出耦合器,输入耦合器被配置为将目镜光学器件出射的全部光束耦合入平板光学波导,通过衍射或反射每一光束使得所述光束在平板光学波导内满足所述平板光学波导的内部全反射条件,

所述的输出耦合器用于将输入耦合器耦合入平板光学波导的光束耦出平板光波导,输出耦合器具有至少两个出射状态,其被配置为根据入射至输出耦合器的图像光束所具有的视场角切换至与该视场角相对应的出射状态,每个出射状态具有一个相应的光束出射角度,输出耦合器将入射的图像光束偏转至该出射状态下的光束出射角度进行出射,该出射光束不满足平板光学波导的内部全反射条件并射出平板光学波导形成图像,该图像与入射至输出耦合器的图像光束具有相同的视场角;

每个出射状态下的输出耦合器均与图像源和输入耦合器构成一个显示子系统,各显示子系统的出射光瞳具有重合部分。

从而使得,各出射状态下的输出耦合器向外射出的具有相应视场角的图像相互拼接,构成一个具有相应大视角的完整图像,该完整图像的大视场角是由各出射状态下的输出耦合器向外出射的图像相对应的视场角合并得到。本发明中输出耦合器可以动态改变出射光线角度,使得输出耦合器同时具备耦出平板光学波导和扫描双重作用。优选的,所述的扫描为二维扫描,如所述的扫描包括水平扫描和垂直扫描,通过控制水平扫描角度可以实现水平视场的扩展;通过控制垂直扫描角度可以实现垂直视场的扩展。

故,优选的,所述的图像源交替发射的具有不同视场角的图像是构成一个具有相应大视场角的完整图像的不同部分。

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