[發明專利]一種面向增強現實的光學顯示裝置

有效

• 申請號: 201610112824.7
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105700143A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 陳超平;吳逸詩;周蕾
• 申請（專利權）人: 陳超平
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京君華知識產權代理事務所(普通合伙) 11515
• 代理人: 李海峰

技術領域

本發明涉及光學顯示技術領域，尤其涉及一種面向增強現實的光學顯示裝置。

背景技術

增強現實（AugmentedReality，簡稱AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在真實世界并進行互動。用于增強現實的光學顯示裝置按透視方式可分為兩種類型，即視頻透視型(VideoSee-Through)和光學透視型(OpticalSee-Through)。由于視頻透視型屬于“偽”透視，因而近年來已逐步被光學透視型所淘汰。光學透視型要求位于眼部前方的屏幕不僅可以顯示虛擬圖像，而且必須具有較高的透明度以保障周圍環境的可見度。光學透視型按導光方式可分為三類較為主流的方案，即(1)分束器(BeamSplitter/BS)、(2)自由曲面棱鏡(FreeformPrism)、(3)波導(Waveguide)。分束器的原理是利用光線的半反半透。自由曲面透鏡和波導的原理都是利用光線的全反射。三種方案都可以實現透視的顯示效果，然而當應用于頭戴式顯示設備時，則必須考慮人眼的視力狀況。

當今時代，患有視力問題的人群數量日漸增多，僅就近視這一普遍的眼科疾病來說，中國的近視患者就已超過三億人口，其中青少年近視的發病率更高達70%。同時，中國近視的發病率仍在迅速地逐年上升，其患病者中絕大部分為學生，在重點高中和大學中，近視者比例已達到90%的程度。除此之外，在機關單位、研究機構以及中小學校等機構工作的人由于從事高強度的近距離閱讀工作，發生近視的概率也達到了80%左右。與此同時，世界范圍內近視與遠視的患病者也維持著較高的人數水平。

然而，目前現有的面向增強現實的光學顯示裝置---以智能眼鏡為代表---都沒有視力矯正功能。如果使用者患有視力缺陷，則必須在佩戴智能眼鏡的同時，額外再佩戴一副具有視力矯正功能的眼鏡。這種分立的佩戴方式不僅厚重，而且會極大地影響用戶體驗，從而制約智能眼鏡這一類穿戴式產品于全民范圍的推廣。因此，可以整合光學顯示與視力矯正功能的顯示技術，已成為本領域亟待解決的難題。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的以上技術問題，提出一種可集成光學顯示與視力矯正兩大功能的光學顯示裝置，其優勢在于結構簡單、重量更輕、厚度更薄，可顯著改善用戶體驗。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種面向增強現實的光學顯示裝置，其包括：

顯示元件：呈平板狀，用于發射攜帶圖像信息的光線；

投影光學系統：用于將所述顯示元件所發射的光線按照一定的角度進行投射；

自由曲面光元件：呈不規則塊狀，使位于其內部的攜帶顯示信息的光線發生多次全反射，同時使來自外部環境的光線發生折射；

反射膜：呈薄膜狀，用于反射所述投影光學系統投射出的光線；

衍射元件：呈薄膜狀，使所述自由曲面光元件中被全反射的光線發生衍射，從而離開自由曲面光元件，并進入人眼成像；

其中所述反射膜和所述衍射元件設置于所述自由曲面光元件的外表面。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述顯示元件為有機發光二極管顯示、量子點發光二極管顯示、數字微鏡顯示、液晶顯示中的一種或多種的組合。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述投影光學系統為單個光學透鏡或多個光學元件的組合。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述自由曲面光元件的橫截面方向上具有多個不同形狀的表面，其包括：

第一表面：為一平面；

第二表面：為一平面或者曲面；

第三表面：為一平面或者曲面；

第四表面：為一平面；

第五表面：為一平面；

第六表面：為一平面；

所述反射膜設置于所述第一表面，所述衍射元件設置于所述第二表面或者第三表面。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述自由曲面光元件的組成材料為玻璃或樹脂。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述反射膜的組成材料為無機金屬或者有機聚合物。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述衍射元件為基于全息工藝的全息光元件或基于光刻或納米壓印工藝的衍射光元件。

作為對本發明所述技術方案的一種改進，所述全息光元件的組成材料為有機光折變材料、無機光折變材料、有機無機復合型光折變材料中的一種或幾種的組合。