[发明专利]双目增强现实近眼显示装置和增强现实显示设备

说明书

本发明是关于一种双目增强现实近眼显示装置和增强现实显示设备，双目增强现实近眼显示装置包括：显示源，设置于准直系统的主光轴上，用于加载并输出图像；准直系统，位于显示源的出光面，将显示源输出的图像进行准直校正后通过耦入衍射光学元件耦入至波导板；耦入衍射光学元件，设置于准直系统的出射光路上，包括第一和第二耦入衍射光学元件，分别设置于波导板的上表面和下表面，分别由第一和第二偏振体全息光栅堆叠复合构成；波导板，用于将耦入的光线采用全反射方式传输至耦出光学元件；耦出光学元件，设置于波导板的耦出区域，包括左眼耦出光学元件和右眼耦出光学元件，用于分别将光线耦出至人的左眼和右眼，包括第一和第二非偏振分光膜阵列。

技术领域

本公开涉及增强现实显示技术领域，尤其涉及一种双目增强现实近眼显示装置和增强现实显示设备。

背景技术

增强现实(AR)，是把周围的视觉环境与虚拟的图形信息融合，即把真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间。随着现阶段动态环境建模、高光效光源等新型显示技术的发展，AR设备将更进一步影响甚至改变各行各业生产生活中的某些信息交互方式。

在AR近眼显示系统中，最核心的光学硬件部分就是波导耦合元件，目前应用较为广泛的AR近眼显示用耦合元件主要有基于几何光学的阵列排布的分光膜；以及基于衍射光学的体全息光栅等。其中阵列排布的分光膜一般为多个等间距平行放置且只针对S偏振光波(偏振矢量垂直于该平面)或是 P偏振光波(偏振矢量在这个平面内)有一定分光比的半透半反膜层，从而使波导镜片光效很低，最终使最后的入眼亮度大幅度下降，无法满足对某些特定工作场合作业时的入眼亮度需求。而另一方面现阶段的衍射光学元件多采用具有高衍射效率，而且在工艺难度、成本方面具有一定优势的体全息光栅。但是由于体全息光栅具有窄带宽和严格的角度选择性，限制了视场角的大小，从而导致了体全息光栅波导耦合系统的FOV难以扩大，也成为限制体全息光栅被广泛应用的核心痛点。另外，由于单个全息光栅的衍射效率较低，从而导致耦出图像的亮度过低，不能满足增强现实显示装置对输出图像的亮度需求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种双目增强现实近眼显示装置和增强现实显示设备，从而实现同时衍射左旋偏振光束与右旋偏振光束，完成高效率的波导耦合，同时实现光瞳扩展，保证最终图像的连续性以及完整性，还可改善显示图像的明暗条纹。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种双目增强现实近眼显示装置，包括：显示源、准直系统、耦入衍射光学元件、波导板和耦出光学元件；

所述显示源，设置于所述准直系统的主光轴上，用于加载并输出图像；

所述准直系统，位于所述显示源的出光面，用于将显示源输出的图像进行准直校正后通过耦入衍射光学元件耦入至所述波导板；

所述耦入衍射光学元件，设置于所述准直系统的出射光路上，包括第一耦入衍射光学元件和第二耦入衍射光学元件，其中，所述第一耦入衍射光学元件和所述第二耦入衍射光学元件分别设置于所述波导板的上表面和下表面，所述第一耦入衍射光学元件和所述第二耦入衍射光学元件分别由第一偏振体全息光栅和第二偏振体全息光栅堆叠复合构成；

所述波导板，用于将耦入的光线采用全反射的方式传输至所述耦出光学元件；

所述耦出光学元件，设置于所述波导板的耦出区域，包括左眼耦出光学元件和右眼耦出光学元件，用于分别将光线耦出至人的左眼和右眼，其中，所述左眼耦出光学元件包括第一非偏振分光膜阵列，所述右眼耦出光学元件包括第二非偏振分光膜阵列。

在一个实施例中，优选地，所述第一耦入衍射光学元件和所述第二耦入衍射光学元件相同。

在一个实施例中，优选地，所述第一偏振体全息光栅包括左旋偏振体全息光栅，所述第二偏振体全息光栅包括右旋偏振体全息光栅。

在一个实施例中，优选地，所述第一非偏振分光膜阵列和所述第二非偏振分光膜阵列完全相同，但对称设置。