[發明專利]單眼大視場近眼顯示模組、顯示方法及頭戴式顯示設備

在審

• 申請號: 201810504772.7
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108873332A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 宋海濤;周旭東
• 申請（專利權）人: 成都理想境界科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了單眼大視場近眼顯示模組，包括：圖像源、目鏡光學器件和平板光學波導，圖像源用于交替發射具有不同視場角的圖像光束，平板光學波導內設置有輸入耦合器和輸出耦合器，輸出耦合器被配置為根據入射至輸出耦合器的圖像光束所具有的視場角切換至與該視場角相對應的出射狀態，每個出射狀態下的輸出耦合器均與圖像源和輸入耦合器構成一個顯示子系統，各顯示子系統出射光瞳具有重合部分。本發明中輸出耦合器同時具備將光束耦出平板光學波導和掃描雙重作用，各出射狀態下的輸出耦合器向外射出的具有相應視場角的圖像相互拼接，構成一個具有相應大視角的完整圖像，從而增大了顯示設備的視場角。

技術領域

本發明涉及近眼顯示技術領域，尤其涉及單眼大視場近眼顯示模組、顯示方法及頭戴式顯示設備。

背景技術

增強現實(AR)顯示設備使得用戶能夠透過設備的透明或半透明顯示器來觀看周圍的環境，并且還看到顯示器生成的圖像覆蓋在周圍環境上。這類設備通常為頭戴式顯示器(HMD)眼鏡或其他可佩帶的顯示設備。設備通常利用光學波導來傳輸圖像，顯示器的光需要通過輸入耦合器耦合入光學波導，同時光學波導內又需要設置中間部件來擴展光瞳，現有輸入耦合器和中間部件的結構使得輸入的圖像的對角線視場角不能超過35度，特別是中間部件結構的制約，因而現有增強現實顯示設備通常只有14-34度的對角線視場角。也有現有技術通過將顯示設備輸入的圖像通過一個輸入耦合部拆分成兩路在光學波導內進行傳播，并通過輸出耦合部來會聚射出，從而達到增大增強現實顯示設備對角線視場角的效果。但這種技術受制于輸入耦合部的結構，其僅能將視場角擴展至接近70度，仍不能達到人們對增強現實顯示設備大視場的期望，不能滿足消費市場的需求。并且輸入耦合部的圖像拆分和輸出耦合部的會聚又帶來了會聚圖像亮度不均勻的技術問題。

發明內容

本發明實施例提供一種單眼大視場近眼顯示系統，用以解決現有增強現實顯示設備視場角小的技術缺陷。

為了實現上述發明目的，本發明第一方面提供了一種單眼大視場近眼顯示模組，包括：

圖像源，用于交替發射具有不同視場角的圖像光束，

目鏡光學器件，其被配置為將圖像源發射的全部圖像光束進行準直并射入平板光學波導，

平板光學波導內設置有輸入耦合器和輸出耦合器，輸入耦合器被配置為將目鏡光學器件出射的全部光束耦合入平板光學波導，通過衍射或反射每一光束使得所述光束在平板光學波導內滿足所述平板光學波導的內部全反射條件，

所述的輸出耦合器用于將輸入耦合器耦合入平板光學波導的光束耦出平板光波導，輸出耦合器具有至少兩個出射狀態，其被配置為根據入射至輸出耦合器的圖像光束所具有的視場角切換至與該視場角相對應的出射狀態，每個出射狀態具有一個相應的光束出射角度，輸出耦合器將入射的圖像光束偏轉至該出射狀態下的光束出射角度進行出射，該出射光束不滿足平板光學波導的內部全反射條件并射出平板光學波導形成圖像，該圖像與入射至輸出耦合器的圖像光束具有相同的視場角；

每個出射狀態下的輸出耦合器均與圖像源和輸入耦合器構成一個顯示子系統，各顯示子系統的出射光瞳具有重合部分。

從而使得，各出射狀態下的輸出耦合器向外射出的具有相應視場角的圖像相互拼接，構成一個具有相應大視角的完整圖像，該完整圖像的大視場角是由各出射狀態下的輸出耦合器向外出射的圖像相對應的視場角合并得到。本發明中輸出耦合器可以動態改變出射光線角度，使得輸出耦合器同時具備耦出平板光學波導和掃描雙重作用。優選的，所述的掃描為二維掃描，如所述的掃描包括水平掃描和垂直掃描，通過控制水平掃描角度可以實現水平視場的擴展；通過控制垂直掃描角度可以實現垂直視場的擴展。

故，優選的，所述的圖像源交替發射的具有不同視場角的圖像是構成一個具有相應大視場角的完整圖像的不同部分。