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[發(fā)明專利]一種可擴大視場的近眼顯示視點間距調控方法在審

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 202310367502.7 申請日: 2023-04-07
公開(公告)號: CN116338968A 公開(公告)日: 2023-06-27
發(fā)明(設計)人: 陳恩果;林子健;金華健;周自平;孫志林;葉蕓;徐勝;郭太良 申請(專利權)人: 福州大學
主分類號: G02B27/01 分類號: G02B27/01;G02B27/00;G02B6/10;G02B5/18
代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100 代理人: 張燈燦;蔡學俊
地址: 350108 福建省福州市*** 國省代碼: 福建;35
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 擴大 視場 顯示 視點 間距 調控 方法
【說明書】:

發(fā)明涉及一種可擴大視場的近眼顯示視點間距調控方法,通過波導系統(tǒng)的輸出耦合元件的陣列實現(xiàn)視點間距的調控;設置多個第一輸出耦合元件并在波導表面上依次并排緊貼排列構成陣列,用于多次耦出第一類圓偏振光,從而實現(xiàn)多個第一類視點;設置多個第二輸出耦合元件并緊貼在第一輸出耦合元件的上層依次并排緊貼或間隔排列構成陣列,用于多次耦出第二類圓偏振光,從而實現(xiàn)多個第二類視點;第一、第二輸出耦合元件陣列形成的第一、第二類視點符合人眼瞳孔間距進行間隔排列,第一、第二輸出耦合元件的直徑可達兩倍的視點的空間間距,從而在擴大視場角的同時視點的空間間距符合人眼瞳孔間距。該方法可以在保證較大的視場下,兼顧合適的視點間距。

技術領域

本發(fā)明涉及近眼顯示技術領域,具體涉及到一種可擴大視場的近眼顯示視點間距調控方法。

背景技術

增強現(xiàn)實(AR)通過將數(shù)字內容與現(xiàn)實世界疊加來使人眼能夠同時看到虛擬圖像和真實環(huán)境。為了獲得舒適的視覺體驗,AR顯示系統(tǒng)需要在保持大的視場的同時兼顧一個大的眼盒。對于視網(wǎng)膜掃描方法,它使用離軸透鏡耦合器直接在觀察者的視網(wǎng)膜上形成麥克斯韋視圖,它的FOV直接由耦合器透鏡的f值(F#)決定,因此沒有界限,但它受到單個麥克斯韋視圖的微小眼盒的影響,要放大眼框,需要將觀察點的乘法或轉向。對于傳統(tǒng)的波導顯示,它通過傳播光的全內反射(TIR)復制出口瞳孔提供大的眼盒而不會犧牲FOV,但在傳統(tǒng)的波導顯示器中,光傳播角度受到TIR條件下限和上限的限制,以保持外耦合光的良好均勻性,從而設定了總視場的理論極限,這種限制很大程度上是由于采用了外耦合器,它通常是具有固定偏轉角但沒有任何光功率的光柵。為了在保持大的視場的同時兼顧一個大的眼盒,我們用帶有光功率的元件例如透鏡陣列代替沒有任何光功率的光柵,通過這種方式,我們可以將光傳播角度受到的限制轉移到帶有光功率的元件。

由于結合光波導和視網(wǎng)膜掃描的方法,觀察者可直接在視點處觀察到清晰的圖像或在遠處觀察由麥克斯韋視圖堆疊形成的整體圖像。然而,對于眼鏡式的AR顯示器的正常觀看體驗,從觀看者的眼瞳到眼鏡的距離約為1厘米。若想在正常觀看體驗距離下觀察視點的圖像并保持大的視場則每個小透鏡的尺寸相應的也需要很大。在設計這樣的近眼顯示系統(tǒng)時也應該考慮人眼的因素,即小透鏡的尺寸不應超過人眼瞳孔。因此,結合光波導和視網(wǎng)膜掃描的方法在正常觀看體驗距離下,合適的視點間距與大的視場角很難同時兼顧。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種可擴大視場的近眼顯示視點間距調控方法,該方法可以在保證較大的視場下,兼顧合適的視點間距。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案是:一種可擴大視場的近眼顯示視點間距調控方法,通過波導系統(tǒng)的輸出耦合元件的陣列實現(xiàn)視點間距的調控;設置多個相同的第一輸出耦合元件,并在波導表面上依次并排緊貼排列構成陣列,用于多次耦出與第一輸出耦合元件匹配響應的第一類圓偏振光,從而實現(xiàn)多個第一類視點;設置多個相同的第二輸出耦合元件,并緊貼在第一輸出耦合元件的上層依次并排緊貼或間隔排列構成陣列,用于多次耦出與第二輸出耦合元件匹配響應的第二類圓偏振光,從而實現(xiàn)多個第二類視點;第一輸出耦合元件陣列形成的第一類視點與第二輸出耦合元件陣列形成的第二類視點符合人眼瞳孔間距進行間隔排列,第一輸出耦合元件與第二輸出耦合元件的直徑可達到兩倍的視點的空間間距,從而在有效擴大視場角的同時視點的空間間距符合人眼瞳孔間距。

進一步地,所述第一輸出耦合元件和第二輸出耦合元件為一種使用手性液晶(CLC)偏振全息術制造的具有偏振特性的聚焦衍射元件,第一輸出耦合元件將與其手性相同的第一類圓偏振光圖像匯聚在人眼處形成第一類視點,第二輸出耦合元件將與其手性相同的第二類圓偏振光圖像匯聚在人眼處形成第二類視點,且第一輸出耦合元件和第二輸出耦合元件的F#,即f值相同,以保證第一類視點與第二類視點的視場角相同。

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