[發(fā)明專利]基于Micro LED的AR顯示裝置及其顯像方法

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• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN112305759A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 樓歆曄;孟玉凰;林濤
• 申請（專利權）人: 上海鯤游光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/12;G03B21/14
• 代理公司: 寧波理文知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 33244
• 代理人: 羅京;孟湘明

基于Micro LED的AR顯示裝置及其顯像方法，該AR顯示裝置包括：至少一顯示元件，其采用Micro LED，用于發(fā)出圖像光線，和一分光鏡，其中由所述顯示元件所發(fā)出的光線被所述分光鏡反射，且外界光線適于透過所述分光鏡，其采用Micro LED作為圖像源，不必使用外加光源，光學系統(tǒng)簡單。

技術領域

本發(fā)明涉及光學領域，更進一步地涉及一種基于Micro LED的AR顯示裝置及其顯像方法。

背景技術

增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)，是將真實世界信息和虛擬世界信息實時疊加到同一個畫面或空間的新技術。通過將計算機生成的提示信息、虛擬物體或虛擬場景疊加到真實世界中，實現(xiàn)超越現(xiàn)實的感官體驗。由于具有能夠?qū)φ鎸嵀h(huán)境進行增強顯示輸出的特性，增強現(xiàn)實在數(shù)據(jù)模型的可視化、軍事武器研發(fā)與制造、飛行導航、醫(yī)療培訓、遠程控制、娛樂與藝術等領域均有廣泛的應用。

增強現(xiàn)實技術中的顯示裝置，根據(jù)顯示原理分為光學透射式和視頻透射式兩大類。由于分辨率高、無視覺偏差、無時延以及更符合社交習慣等優(yōu)勢，光學透射式增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)已成為主流。

對于顯示裝置而言，光源和光線傳輸路徑是同樣重要的。光源元件的圖像信息清晰有效的情況下，光線被可靠地傳輸而無損耗或無干擾，最終的圖像才能有最佳的效果。目前很多增強現(xiàn)實顯示裝置(AR)都采用直接顯示圖像的方式，用戶能從光源接收多少信息還要取決于觀察位置。特別是，在類似于增強現(xiàn)實顯示(AR)的光學使用場合中，外界的環(huán)境光干擾很多，光學設計就尤為重要。

光學透射式的增強現(xiàn)實顯示方案多種多樣，目前較為常見的是基于平面組合器(flat combiner)、自由曲面元件(蟲眼)、自由棱鏡組合器以及鳥浴(Bird Bath)型的設計方案。平面組合器型AR眼鏡光學設計原理是將LCD、OLED等顯示源發(fā)出的光經(jīng)投影鏡頭準直后投射到具有一定透反比的分光鏡上，該分光鏡會將顯示源投射的光線反射至人眼中。同時，人眼也可以通過該分光鏡看到外面的空間。

自由曲面元件(蟲眼)型AR眼鏡采用了相對簡單的光學設計，主要組成部分有顯示源，和帶反射/透射(R/T)值的曲面分光鏡。顯示源發(fā)出的光線直接投射至凹面鏡合成器，并且反射回眼內(nèi)。顯示源的理想位置居中，并與鏡面平行。從技術上講，理想位置是令顯示源覆蓋用戶的眼睛的位置，所以大多數(shù)設計都將顯示器移至“軸外”，也就是設置在額頭上方，但是存在凹面鏡上的離軸顯示器存在畸變，需要在軟件/顯示器端進行修正的缺點。

自由棱鏡組合器型AR眼鏡與自由曲面元件型AR眼鏡原理相類似，主要組成部分有顯示源，和帶反射/透射(R/T)值的自由組合棱鏡組。顯示源發(fā)出的光線直接射至棱鏡組后被反射回眼內(nèi)。這類設計最大的缺點是體積相對較大，重量也相對較重。若以LCoS、DLP等裝置作為圖像源，外形會更加笨拙，佩戴者的體驗感較差。

鳥浴(Bird Bath)型AR眼鏡光學設計原理是將來自顯示源的光線投射至分光鏡，該分光鏡具有反射和透射值(R/T)，允許光線以R的百分比進行部分反射，而其余部分則以T值傳輸。同時具有R/T允許用戶同時看到現(xiàn)實世界的物理對象以及由顯示器生成的數(shù)字影像。從分光鏡反射回來的光線彈到合成器上，可以把光線重新導向眼睛。這種設計方案的體積盡管相對于自由棱鏡組合器型AR眼鏡小了一點，但是整體體積依舊很大。

上述傳統(tǒng)AR顯示裝置存在以下至少一個缺點。第一體積都較大，外觀笨拙并且重量較大，用戶長時間佩戴會引起不適。第二，在引入透反分光鏡后，很難均衡透射和反射比值，若增大透射比，圖像源反射至眼睛的光線太少會導致圖像不清晰；若增大反射比，外界能夠進入人眼的光線又太少，如佩戴“墨鏡”一般。因此體積大和亮度低兩個技術問題成為AR顯示裝置的兩座主要大山。圖像源作為AR顯示裝置的重要組成部分，要想解決傳統(tǒng)AR顯示裝置體積大和亮度低的問題，體積小，高亮度，低功耗的圖像源是不可缺少的。