一种成像显示系统技术方案

本发明专利技术公开了一种成像显示系统，属于增强现实成像技术领域；于光引擎模块的偏振分光器的出射面的外表面上设置一波导结构，波导结构呈管状，波导结构的一端连接于出射面上并与出射面之间形成一预设的夹角，波导结构的另一端为自由端，成像显示系统通过波导结构扩散眼动框；波导结构与出射面之间形成的预设的夹角使得入射至波导结构中的光线于波导结构内形成全内反射；波导结构进一步包括：多个半透射半反射的透镜，依次斜向设置于波导结构的内部，射入波导结构中的光线在每个透镜的表面进行反射以被均匀地释放到观看者的眼睛中。上述技术方案的有益效果是：能够实现更为紧凑的应用于AR光学系统，为使用者提供更大的视场角和眼动框。

An Imaging Display System

The invention discloses an imaging display system, which belongs to the field of augmented reality imaging technology. A waveguide structure is arranged on the outer surface of the exit surface of the polarization splitter of the optical engine module, and the waveguide structure is tubular. One end of the waveguide structure is connected to the exit surface and forms a preset angle between the exit surface, and the other end of the waveguide structure is a free end. The imaging display system passes through. The waveguide structure diffuse eye-moving frame; the preset angle between the waveguide structure and the exit surface causes the light incident into the waveguide structure to form a total internal reflection in the waveguide structure; the waveguide structure further includes: a plurality of semi-transmissive and semi-reflective lenses are arranged in the waveguide structure obliquely in turn, and the light emitted into the waveguide structure reflects on the surface of each lens to be equalized. It is evenly released into the eyes of the viewer. The beneficial effect of the above technical scheme is that it can realize more compact application in AR optical system and provide users with larger field of view angle and eye movement frame.

【技术实现步骤摘要】
一种成像显示系统
本专利技术涉及增强现实成像
，尤其涉及一种成像显示系统。
技术介绍
随着增强现实(AugmentedReality，AR)技术的发展，应用于AR技术的便携式设备和可穿戴设备的市场也在迅速增长。在诸多应用AR技术的硬件实现方式中，头戴式显示器(Helmet-MountedDisplay，HMD)和近眼显示器(Near-to-EyeDisplay，NED)是最有效且在现有技术中能够给使用者带来最佳体验的实现方式。所谓头戴式显示器(HMD)，因其外形类似眼镜，又可被称为眼镜式显示器或者视频眼镜，其可以通过各种头戴式显示设备向眼睛发送光学信号，从而实现AR技术中的不同显示效果。所谓近眼显示器(NED)，是一种可以将图像直接投射到观看者眼中的头戴式显示器(HMD)。NED的显示屏距离人的眼球在10厘米以内，这么近的图像通常来说对于人眼是无法看清的，但是通过NED光学系统中设计特定的透镜阵列能够将图像聚焦到人眼的视网膜上，再经过视觉神经系统进行加工，从而能够在用户眼前呈现出虚拟大幅面的图像，由此可以实现AR技术的各种不同显示效果。在光学组合器中，波导技术(waveguidetechnology)由于其可以实现带有大视场(FOV)的超薄近眼显示器(NED)结构的能力而越来越受欢迎。除了大的大视场(FOV)和紧凑性之外，波导内部的光栅也用于增加显示器出射光瞳的尺寸，其通常被称为出射光瞳扩展器(EPE)。EPE元件通常可以分为反射光栅类型和衍射光栅类型。本专利技术聚焦于，在其它申请中，用于HMD和NED的光学系统的设计和制造。大视场(FOV)，大出射光瞳扩展器(EPE)和紧凑性在本专利技术中是主要关注点，其通过照明和成像光学器件的紧凑设计以及反射型波导作为EPE的使用来实现。现有技术中，以NED的光学系统举例，其中通常包括照明设备(光源)、用于成像的各光学器件和光学组合器。照明设备中，微显示器可以通过例如有机发光二极管(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)面板的有源显示器来提供图像，或者通过不同形式的空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)照明的方式来间接提供图像，其所显示像素可以通过成像的光学器件被成像到无穷远，随后再通过光学组合器传输到观察者的眼睛。传统的光学组合器会随着其视场角(FieldofView，FOV)的提升而使得其硬件设备变得更庞大和笨重，并且同时会造成设备的眼动框(EyeMotionBox，EMB)变得窄小，这样会影响到使用者佩戴和观看的舒适性。现有技术中已经开始就上述问题进行了诸多研究，但是这些研究中实现的硬件设备均不够紧凑，无法满足HMD或者NED的要求，并且这些硬件设备的实现均需要非常复杂的设计和制造过程。
技术实现思路
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种成像显示系统的技术方案，旨在实现更为小型紧凑的应用于增强现实的光学系统，为使用者提供更大的视场角和眼动框。上述技术方案具体包括：一种成像显示系统，应用于增强现实技术中；其中，于所述成像显示系统中设置一包括偏振分光器的光学引擎模块，用于将入射的光源区分为两类偏振光并同时从所述光学引擎模块的出射面射出；于所述光学引擎模块的所述出射面的外表面上设置一波导结构，所述波导结构呈管状，所述波导结构的一端连接于所述出射面上并与所述出射面之间形成一预设的夹角，所述波导结构的另一端为自由端，所述成像显示系统通过所述波导结构扩散所述成像显示系统的眼动框；所述波导结构与所述出射面之间形成的预设的所述夹角使得入射至所述波导结构中的光线于所述波导结构内形成全内反射；所述波导结构进一步包括：多个半透射半反射的透镜，依次斜向设置于所述波导结构的内部，射入所述波导结构中的光线在每个所述透镜的表面进行反射以被均匀地释放到观看者的眼睛中。优选的，该成像显示系统，其中，两类所述偏振光包括S偏振光和P偏振光。优选的，该成像显示系统，其中，所述波导结构与所述出射面之间的夹角使得从所述出射面出射的光线以大于临界角的角度分别射至所述波导结构的顶表面和底表面；于所述波导结构和所述出射面之间设置一三角棱镜，所述三角棱镜的形状匹配于所述波导结构与所述出射面之间的预设的所述夹角；于所述三角棱镜的外表面涂覆有吸光性材料。优选的，该成像显示系统，其中，从所述出射面射出并射入至所述波导结构中的光线的入射光瞳被完全包括在所述波导结构内。优选的，该成像显示系统，其中，于所述波导结构和所述出射面之间设置一三角棱镜，所述三角棱镜的形状匹配于所述波导结构与所述出射面之间的夹角；于所述三角棱镜的外表面涂覆有反射性材料；所述波导结构与所述出射面之间的夹角使得从所述三角棱镜的外表面反射至所述波导结构的光线以大于临界角的角度分别射至所述波导结构的顶表面和底表面。优选的，该成像显示系统，其中，从所述出射面射出并射入至所述波导结构中的光线的入射光瞳被包括在所述三角棱镜内。优选的，该成像显示系统，其中，所述光学引擎模块的照明部分包括一分光面以及一光源阵列，所述分光面相对于所述光源阵列斜向设置；所述光源阵列发出的偏振光中的一第一类偏振光透射过所述分光面并从所述光学引擎模块的所述出射面射出；所述光源阵列发出的偏振光中的一第二类偏振光经过所述分光面呈90度反射后射出；所述光源阵列设置的方向平行于被所述分光面反射后的所述第二类偏振光的光路方向；所述第一类偏振光为S偏振光，所述第二类偏振光为P偏振光；或者所述第一类偏振光为P偏振光，所述第二类偏振光为S偏振光。优选的，该成像显示系统，其中，所述光源阵列为偏振的发光体。优选的，该成像显示系统，其中，所述光源阵列为非偏振的发光体；于所述光源阵列和所述分光面之间设置一线性偏振片，以将所述光源阵列发出的光转换成偏振光。优选的，该成像显示系统，其中，于所述照明部分中还设置一入射面，所述入射面设置在所述光源阵列与所述分光面之间并且平行于所述光源阵列；通过一机械外壳将所述光源阵列附着于所述入射面上。优选的，该成像显示系统，其中，所述光学引擎模块的显示部分包括：微型显示器，垂直于被所述分光面反射的所述第二类偏振光的光路方向设置，所述光源阵列发出的光源通过所述分光面反射后至所述微型显示器上成像显示；所述微型显示器还用于将所述第二类偏振光反射后转换成所述第一类偏振光，并透射出所述分光面。优选的，该成像显示系统，其中，所述微型显示器为能够旋转反射光的偏振的显示器。优选的，该成像显示系统，其中，所述微型显示器为无法旋转反射光的偏振的显示器；于所述微型显示器与所述分光面之间设置一第一四分之一波片，用于旋转反射光的偏振。优选的，该成像显示系统，其中，于所述光学引擎模块中设置一第一反射面，所述第一反射面设置于所述微型显示器与所述分光面之间并且平行于所述微型显示器；通过一机械外壳将所述微型显示器附着于所述第一反射面上。优选的，该成像显示系统，其中，所述光学引擎模块中还包括：准直透镜，垂直于被所述分光面反射的所述第二类偏振光的光路方向设置，并与所述微型显示器分别位于所述分光面的两侧，所述准直透镜用于拉伸所述微型显示器上的像素的成像距离；第二四分之一波片，设置于所述准直透镜和所述分光面之间，用于旋转反射光的偏振。优选的，该成像显示系统，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像显示系统，应用于增强现实技术中；其特征在于，于所述成像显示系统中设置一包括偏振分光器的光学引擎模块，用于将入射的光源区分为两类偏振光并同时从所述光学引擎模块的出射面射出；于所述光学引擎模块的所述出射面的外表面上设置一波导结构，所述波导结构呈管状，所述波导结构的一端连接于所述出射面上并与所述出射面之间形成一预设的夹角，所述波导结构的另一端为自由端，所述成像显示系统通过所述波导结构扩散所述成像显示系统的眼动框；所述波导结构与所述出射面之间形成的预设的所述夹角使得入射至所述波导结构中的光线于所述波导结构内形成全内反射；所述波导结构进一步包括：多个半透射半反射的透镜，依次斜向设置于所述波导结构的内部，射入所述波导结构中的光线在每个所述透镜的表面进行反射以被均匀地释放到观看者的眼睛中。

【技术特征摘要】
1.一种成像显示系统，应用于增强现实技术中；其特征在于，于所述成像显示系统中设置一包括偏振分光器的光学引擎模块，用于将入射的光源区分为两类偏振光并同时从所述光学引擎模块的出射面射出；于所述光学引擎模块的所述出射面的外表面上设置一波导结构，所述波导结构呈管状，所述波导结构的一端连接于所述出射面上并与所述出射面之间形成一预设的夹角，所述波导结构的另一端为自由端，所述成像显示系统通过所述波导结构扩散所述成像显示系统的眼动框；所述波导结构与所述出射面之间形成的预设的所述夹角使得入射至所述波导结构中的光线于所述波导结构内形成全内反射；所述波导结构进一步包括：多个半透射半反射的透镜，依次斜向设置于所述波导结构的内部，射入所述波导结构中的光线在每个所述透镜的表面进行反射以被均匀地释放到观看者的眼睛中。2.如权利要求1所述的成像显示系统，其特征在于，两类所述偏振光包括S偏振光和P偏振光。3.如权利要求1所述的成像显示系统，其特征在于，所述波导结构与所述出射面之间的夹角使得从所述出射面出射的光线以大于临界角的角度分别射至所述波导结构的顶表面和底表面；于所述波导结构和所述出射面之间设置一三角棱镜，所述三角棱镜的形状匹配于所述波导结构与所述出射面之间的预设的所述夹角；于所述三角棱镜的外表面涂覆有吸光性材料。4.如权利要求3所述的成像显示系统，其特征在于，从所述出射面射出并射入至所述波导结构中的光线的入射光瞳被完全包括在所述波导结构内。5.如权利要求1所述的成像显示系统，其特征在于，于所述波导结构和所述出射面之间设置一三角棱镜，所述三角棱镜的形状匹配于所述波导结构与所述出射面之间的夹角；于所述三角棱镜的外表面涂覆有反射性材料；所述波导结构与所述出射面之间的夹角使得从所述三角棱镜的外表面反射至所述波导结构的光线以大于临界角的角度分别射至所述波导结构的顶表面和底表面。6.如权利要求5所述的成像显示系统，其特征在于，从所述出射面射出并射入至所述波导结构中的光线的入射光瞳被包括在所述三角棱镜内。7.如权利要求1所述的成像显示系统，其特征在于，所述光学引擎模块的照明部分包括一分光面以及一光源阵列，所述分光面相对于所述光源阵列斜向设置；所述光源阵列发出的偏振光中的一第一类偏振光透射过所述分光面并从所述光学引擎模块的所述出射面射出；所述光源阵列发出的偏振光中的一第二类偏振光经过所述分光面呈90度反射后射出；所述光源阵列设置的方向平行于被所述分光面反射后的所述第二类偏振光的光路方向；所述第一类偏振光为S偏振光，所述第二类偏振光为P偏振光；或者所述第一类偏振光为P偏振光，所述第二类偏振光为S偏振光。8.如权利要求7所述的成像显示系统，其特征在于，所述光源阵列为偏振的发光体。9.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：管亮，李琨，
申请(专利权)人：芋头科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33