[發明專利]一種近眼顯示裝置及方法

在審

• 申請號: 202010084510.7
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111273446A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 劉娟;許兩發
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 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

本申請實施例公開一種近眼顯示裝置，包括微顯示器、中繼透鏡組和離軸反射式結構，其中，微顯示器用于產生目標圖像，中繼透鏡組設置于微顯示器沿所述目標圖像的光線出射方向，用于校正所述目標圖像的像差，離軸反射式結構用于將經過中繼透鏡組的目標圖像反射至觀察者；微顯示器和中繼透鏡組位于觀察者的上方。本申請公開的近眼顯示裝置，通過采用離軸反射式結構可以將光路由觀察者人眼附近延伸到頭部上方，可以較少的元件數量有效擴大近眼顯示裝置的視場角，實現結構簡單和大視場角。

技術領域

本申請涉及顯示領域，特別涉及一種近眼顯示裝置及方法。

背景技術

新型顯示技術近年來不斷發展，隨著技術的成熟逐步走進人們的生活，其中，具有代表性的就是近眼顯示技術。近眼顯示可以包括虛擬現實和增強現實顯示，虛擬現實技術呈現逼真的虛擬場景，給用戶提供具有沉浸感的體驗；增強現實則在真實場景下疊加上虛擬信息，提供了不同于以往的交互式體驗。虛擬現實和增強現實在娛樂、工業、醫學等領域的應用具有重要的意義。

對于近眼顯示設備的要求主要在于提供足夠的信息量，要有足夠大的視場角以及分辨率，同時，隨著技術發展與成熟，人們還要求設備的輕便化，以及佩戴舒適。現有的近眼顯示設備采用了各種光學顯示方案，包括Google Glass的共軸側視棱鏡方案、Lumus的陣列平板波導方案、HoloLens的全息光柵方案等。

已有的技術方案普遍地存在視場角受限等問題。共軸側視棱鏡方案存在視場角小、厚度大、分辨率低、光能利用率不高等問題；陣列平板波導方案視場角小，容易產生鬼像；全息光柵方案要求對全息光柵的衍射效率進行合理的設計，容易存在色散等問題。

發明內容

本申請提供一種近眼顯示裝置，至少解決現有技術中存在的至少一個問題。

為解決上述問題，一方面，本申請實施例提供的近眼顯示裝置，包括微顯示器、中繼透鏡組和離軸反射式結構，其中，

微顯示器用于產生目標圖像；

中繼透鏡組設置于微顯示器沿目標圖像的光線出射方向，用于校正目標圖像的像差；

離軸反射式結構用于將經過中繼透鏡組的目標圖像反射至觀察者；

其中，微顯示器和中繼透鏡組位于觀察者的上方。

可選地，離軸反射式結構包括三個元件，其中，沿目標圖像的光線傳輸方向的前兩個元件為曲面反射鏡，若用于虛擬現實顯示，則最后一個元件為曲面反射鏡；若用于增強現實顯示，則最后一個元件為透射元件，且透射元件靠近觀察者的表面鍍有反射膜，或者最后一個元件為反射率和透射率可調節元件。

可選地，若用于增強現實顯示，則最后一個元件的反射率為0.5。

可選地，最后一個元件的光軸與觀察者視軸在豎直方向具有一定的夾角。

可選地，中繼透鏡組包括多個透鏡，多個透鏡中的至少一個透鏡為雙膠合透鏡，雙膠合透鏡為兩個折射率不同的透鏡膠合而成。

可選地，中繼透鏡組包括兩個透鏡，其中，靠近微顯示器的透鏡的兩個表面均為XY多項式自由曲面，另一個透鏡中靠近微顯示器的表面為XY多項式自由曲面，另外一個表面為球面，其中XY多項式自由曲面的面型滿足其中Z為表面高度，C為頂點曲率，X和Y為表面上點坐標值，κ為二次曲面系數，C_j為各項的系數，R²＝X²+Y²。

可選地，中繼透鏡組包括一個折衍混合設計的透鏡，折衍混合設計的透鏡中的一個表面為衍射表面。

可選地，中繼透鏡組和離軸反射式結構均為兩個，分別對應觀察者的左眼和右眼。

另一方面，本申請實施例提供的近眼顯示方法，應用于權利要求1-7任一項的近眼顯示裝置，其特征在于，