[实用新型]单眼大视场近眼显示模组及头戴式显示设备

说明书

本实用新型公开了单眼大视场近眼显示模组，包括至少两个图像源、目镜光学器件和平板光学波导，各图像源所发射的图像为构成一个具有相应大视场角的完整图像的不同部分；平板光学波导具有与目镜光学器件一一对应设置的输入耦合器、中继部件和输出耦合器，各输出耦合器向外衍射或反射的具有相应子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输出耦合器向外衍射或反射的图像相对应的子视场角合并得到，该完整图像与所述各图像源所发射的子图像所构成的一个具有相应大视场角的完整图像相对应。

技术领域

本实用新型涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及大视场近眼显示设备。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大视场近眼显示技术，采用拼接的方式实现大视场的近眼显示。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型一方面提供一种单眼大视场近眼显示模组，包括

至少两个图像源，每个图像源均用于发射形成图像的光束，各图像源所发射的图像为构成一个具有相应大视场角的完整图像的不同部分，每个图像源发射的光束所形成的图像具有相应的子视场角；

与图像源一一对应设置的目镜光学器件，其被配置为将相应的图像源发射的全部光束进行准直并射入平板光学波导，

平板光学波导具有与目镜光学器件一一对应设置的输入耦合器、中继部件和输出耦合器，每个图像源和平板光学波导及平板光学波导上与该图像源相对应的输入耦合器、中继部件和输出耦合器构成一个显示子系统，

输入耦合器被配置为将相应目镜光学器件出射的、用于形成具有相应子视场角的图像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，并将每一光束引导至相应的中继部件，中继部件通过衍射或反射每一光束，将每一光束引导到相应的输出耦合器，输出耦合器将每一光束向外衍射或反射，使得每一光束不满足平板光学波导的内部全反射条件，所述输出耦合器向外衍射或反射的全部光束离开平板光学波导并形成图像，该图像与相应图像源发射的图像相对应并具有相应的子视场角；

各显示子系统具有部分重合或全部重合的出射光瞳，各输出耦合器向外衍射或反射的具有相应子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输出耦合器向外衍射或反射的图像相对应的子视场角合并得到，该完整图像与所述各图像源所发射的子图像所构成的一个具有相应大视场角的完整图像相对应。各显示子系统的出射光瞳中心均位于用户的眼睛的瞳孔中心，以使得各输出耦合器133将形成具有相应子视场角的图像的光束引导到用户的眼睛上。