[發(fā)明專利]包括光導(dǎo)的顯示裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880047963.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN110998413B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諾伯特·萊斯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 視瑞爾技術(shù)公司
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01;G03H1/22;G02B27/00;F21V8/00
• 代理公司: 北京連和連知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 劉小峰

本發(fā)明涉及一種顯示裝置，尤其是靠近用戶眼睛設(shè)置的顯示裝置。該顯示裝置包括至少一個(gè)照明裝置、至少一個(gè)空間光調(diào)制裝置、至少一個(gè)成像元件、至少一個(gè)光導(dǎo)以及至少兩個(gè)部分反射解耦元件。至少一個(gè)照明裝置用于發(fā)射足夠相干的光。至少一個(gè)成像元件設(shè)置用于使源于至少一個(gè)光調(diào)制裝置的光成像。至少兩個(gè)部分反射解耦元件用于使光與光導(dǎo)解耦，部分反射解耦元件設(shè)置在至少一個(gè)光導(dǎo)中。

本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)選表示三維物體或場(chǎng)景的顯示裝置。具體地，本發(fā)明涉及一種近眼顯示裝置，例如，頭戴式顯示器，其中也包括平視顯示器。

對(duì)于用戶的頭戴式顯示器(HMD)或類似的近眼顯示器或顯示裝置，提供并確保緊湊和輕的光學(xué)裝置是可取和有利的，因?yàn)檫@些類型的顯示器戴在用戶的頭上，并給用戶一種愉快的穿戴感。

在AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))頭戴式顯示器的情況下，一方面更期望用戶最好能夠盡可能多地感知他的自然環(huán)境，而不受由頭戴式顯示器帶來的干擾，另一方面期望能夠很好地感知顯示在頭戴式顯示器上的內(nèi)容而沒有問題。

如果使用空間光調(diào)制裝置和用于空間光調(diào)制裝置成像的光學(xué)裝置，則在這種情況下，會(huì)將光學(xué)裝置設(shè)想為使來自空間光調(diào)制裝置的光和來自用戶或觀察者的自然環(huán)境的光都能夠被引導(dǎo)到或能夠到達(dá)一個(gè)或多個(gè)眼睛。

對(duì)于頭戴式顯示器用戶的舒適性而言，視場(chǎng)(FoV)也具有重要意義。因此，盡可能大的視場(chǎng)是有利的。

AR顯示器或AR顯示裝置也是已知的，它們使用光導(dǎo)或波導(dǎo)將光從空間光調(diào)制裝置投向或引導(dǎo)到眼睛。然后，用戶通過光導(dǎo)或波導(dǎo)看到他周圍的環(huán)境。

在美國專利US 6,829,095 B2中描述了這種光導(dǎo)，其包括用于使光解耦的部分反射的鏡，以在較薄的光導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)較大的視場(chǎng)。以特定的角度耦合到光導(dǎo)中并以曲折形式或通過全反射在光導(dǎo)中傳播的光在解耦區(qū)域入射到部分反射的鏡上。通過部分反射的鏡，光以與耦合到光導(dǎo)中時(shí)的角度相同的角度再次從光導(dǎo)解耦。在這種情況下，位于無限遠(yuǎn)的場(chǎng)景圖像的光耦合到光導(dǎo)中。如果如美國專利US 6,829,095 B2所公開的這種光導(dǎo)與空間光調(diào)制器(SLM)(例如LCOS(硅上的液晶)SLM或在無限遠(yuǎn)處成像的自發(fā)射OLED(有機(jī)發(fā)光裝置)SLM)一起使用，那么光就會(huì)從空間光調(diào)制器的單個(gè)像素基本上彼此平行地傳播。然而，根據(jù)像素在空間光調(diào)制器上的位置的不同，來自空間光調(diào)制裝置的不同像素的光的傳播角度會(huì)不同。因此，如果來自空間光調(diào)制器的一個(gè)像素并且具有固定傳播角度的光耦合到光導(dǎo)中，并且以相同的角度在另一位置又與光導(dǎo)解耦，則光也以同一角度入射到光導(dǎo)的觀察者的眼睛上。

在這種情況下，如果空間光調(diào)制器在無限遠(yuǎn)處成像，并且在沒有光導(dǎo)的情況下觀察者將看到空間光調(diào)制器無限遠(yuǎn)處的圖像，則通過光導(dǎo)傳播的光將有利于保持空間光調(diào)制器圖像的深度位置不變。在這種情況下，解耦位置和光通過光導(dǎo)覆蓋的光路對(duì)空間光調(diào)制器圖像的深度位置沒有影響。因此，觀察者仍然感知到在無限遠(yuǎn)處的空間光調(diào)制器的圖像。空間光調(diào)制器圖像上像素的位置決定光從該像素與光導(dǎo)解耦的角度。然后，觀察者的眼睛通過光導(dǎo)看到空間光調(diào)制器的圖像，就像眼睛直接看到空間光調(diào)制器的圖像而沒有光導(dǎo)的情況一樣。

然而，這種設(shè)置只對(duì)無限遠(yuǎn)的空間光調(diào)制器的圖像起作用。這可以解釋如下：耦合到光導(dǎo)中并通過不同的部分反射鏡解耦的來自空間光調(diào)制器的同一像素的光覆蓋光導(dǎo)中不同長度的光路。然而，只要像素的圖像離觀察者的眼睛無限遠(yuǎn)，那么這就不重要，因?yàn)楣鈴南袼氐膱D像通過光導(dǎo)到眼睛的路徑都是無限長的。然而，如果在距離眼睛有限距離處的空間光調(diào)制器的圖像是在耦合到光導(dǎo)之前由光路中的圖像產(chǎn)生的，那么從像素到觀察者眼睛的不同光路將產(chǎn)生重要影響。耦合到光導(dǎo)中并且由不同的部分反射鏡解耦的空間光調(diào)制器的相同像素的不同光路會(huì)產(chǎn)生下列影響，即觀察者可見圖像的深度位置受到不同的部分反射鏡的不同方式的影響。然后，觀察者會(huì)通過第一個(gè)部分反射鏡而不是通過相鄰的第二部分反射鏡看到處于不同距離的像素圖像。