[发明专利]孔径时序选通复用的光波导显示模组

说明书

本发明公开一种孔径时序选通复用的光波导显示模组，由显示器件、中继器件、时序孔径阵列、光波导器件及其它组件组成，其中时序孔径阵列包括多于一个的孔径，各孔径时序开关，且在一个时间点仅一个孔径被打开。显示器件各像素所出射发散光被中继器件降低发散度、由时序孔径阵列各孔径约束其尺寸和传播矢向，然后经光波导器件引导，沿各自对应矢向以窄光束或细光束的形态入射观察者瞳孔所处区域，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法(Maxwellian view)的显示机制进行单目可自由聚焦的三维显示，克服传统三维显示固有的聚焦‑会聚冲突问题。所述孔径时序选通复用的光波导显示模组具有轻薄结构，适用于头戴式VR/AR等便携式显示终端。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及一种孔径时序选通复用的光波导显示模组。

背景技术

相对于传统二维显示，具有深度信息呈现能力的三维显示，因为显示场景维度一致于人们所生存的真实空间，而备受关注。但现有三维显示大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，即通过向观察者双目分别投射各自对应的一幅图像，利用双目视差实现深度信息的呈现。在此过程中，观察者各目需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应图像，而双目的视向交叉于出屏的显示场景以触发观察者的深度知觉，由此导致单目聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦-会聚冲突问题。而在自然情况下，观察者观察真实的三维场景时，单目聚焦深度和双目会聚深度一致于观察者关注点的空间深度。也即是说，传统体视技术的聚焦-会聚冲突有悖于人体自然进化的生理习惯，由此导致观察者视觉不适，是阻碍三维显示技术推广应用的瓶颈性问题。

目前，从多种技术路线出发，研究者正在努力研究可以缓解或最终克服该瓶颈问题的各种方法。其中，麦克斯韦投射法(maxwellian view)(US2019/0204600,AUGMENTEDREALITY OPTICS SYSTEM WITH PINPOINT MIRROR)和单目多图像(PCT/CN2017/080874,THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISION MULTIPLEXING OF VIEWER'SENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD)是两种极具可行性的技术路线。前者，各像素向观察者眼睛投射一束小发散度的细光束，沿传播方向上该细光束具有较小的光强变化，从而，于细光束传播路径上的一定深度范围内，细光束于各深度上的光强分布对观察者单目聚焦的牵引能力差别不大，则双目会聚可以牵引观察者单目在该深度范围内自由聚焦于双目会聚深度，实现单目聚焦深度和双目会聚深度的一致。后者，显示器件向观察者各目分别投射至少两个图像，以实现过各显示物点至少两束光束沿不同矢向入射观察者的任一瞳孔，该至少两束不同矢向的光束空间叠加形成光点，该叠加光点处的光强分布于一定深度范围内具有足够的牵引能力，可以牵引观察者眼睛自由聚焦于该叠加光点，克服上述聚焦-会聚冲突问题。

发明内容

本发明提出一种孔径时序选通复用的光波导显示模组，可以作为目镜搭建克服了聚焦-会聚冲突的三维显示系统。该孔径时序选通复用的光波导显示模组由显示器件、中继器件、时序孔径阵列、光波导器件及其它组件组成。其中时序孔径阵列包至少两个孔径，各孔径在相邻时间点形成的循环周期内依次开关，且在一个时间点仅一个孔径被打开。显示器件各像素所出射发散光被中继器件降低发散度、由时序孔径阵列各孔径约束其尺寸和矢向，然后经光波导器件引导，沿各自对应矢向观察者瞳孔所处区域投射，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法(Maxwellian view)的显示机制实现单目可自由聚焦的三维显示，克服传统三维显示固有的聚焦-会聚冲突问题。所述显示模组具有轻薄结构，使其适用于头戴式VR/AR等便携终端。

为了克服聚焦-会聚冲突，引入时序孔径阵列至轻薄结构的光波导光学显示引擎，基于麦克斯韦投射法或/和单目多图像的显示机制实现单目可自由聚焦的显示，本发明提供如下方案：

孔径时序选通复用的光波导显示模组，其特征在于，包括：

显示器件，包括多个像素，用于投射光信息；