一种近眼光学显示系统以及AR显示设备技术方案

本申请公开了一种近眼光学显示系统以及AR显示设备，涉及近眼显示技术领域。一种近眼光学显示系统，包括：像源模块，用于输出投影光线；波导元件，波导元件具有耦入端，用于将投影光线耦入到波导元件内进行一次或多次全反射传输；波导元件为曲面结构；反射元件，设置在波导元件内，用于反射经波导元件一次或多次全反射传输的光线；耦出元件，设置在波导元件表面，用于将经反射元件反射出的光线耦出至人眼。该近眼光学显示系统可以实现轻薄、大视场角的效果，提高增强现实显示效果，进而提升佩戴者的体验感。体验感。体验感。

【技术实现步骤摘要】
一种近眼光学显示系统以及AR显示设备


[0001]本申请涉及近眼显示
，特别是涉及一种近眼光学显示系统以及AR显示设备。

技术介绍

[0002]增强现实(AR，Augmented Reality)是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”；其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，在消费电子和军事市场中有许多有前景的应用。
[0003]由于近眼显示设备属于头戴系统，因此它必须结构紧凑和轻薄，以提高用户佩戴的舒适度；同时提供大的视场角和出瞳直径，以实现高质量的虚拟显示和沉浸式观看。但是，受限于光学扩展量守恒，光学系统的体积、视场角、出瞳直径等参数相互制约，同时满足上述条件存在很大的困难。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种能够同时满足结构紧凑、轻薄和大视场的近眼光学显示系统，提高AR显示设备的增强现实显示效果，进而提升佩戴者使用时的体验感和沉浸感。
[0005]为解决上述问题，本申请提供一种近眼光学显示系统,包括：像源模块，用于输出投影光线；波导元件，所述波导元件具有耦入端，用于将所述投影光线耦入到所述波导元件内进行一次或多次全反射传输；所述波导元件为曲面结构；反射元件，设置在所述波导元件内，用于反射经所述波导元件一次或多次全反射传输的光线；耦出元件，设置在所述波导元件表面，用于将经所述反射元件反射出的光线耦出至人眼。
[0006]在本申请的一种可选地实施例中，所述波导元件靠近人眼一侧的表面以及背离人眼一侧的表面均为曲面，两个所述曲面的曲率相同或不同。
[0007]在本申请的一种可选地实施例中，在所述像源模块的出光侧设置偏振片，用于使所述像源模块输出偏振光线；在所述耦出元件和所述波导元件之间设置四分之一波片；所述反射元件为偏振分束器，所述偏振分束器用于将在所述波导元件内一次或多次全反射的偏振光线反射后经四分之一波片传输至所述耦出元件。
[0008]在本申请的一种可选地实施例中，所述反射元件为设置在所述波导元件内的反射面，所述反射面用于将在所述波导元件内一次或多次全反射的投影光线再次全反射传输至所述耦出元件。
[0009]在本申请的一种可选地实施例中，所述反射面设置为曲面结构。
[0010]在本申请的一种可选地实施例中，所述耦出元件为HOE反射式光栅或HOE透射式光栅，所述HOE反射式光栅或HOE透射式光栅贴合设置在所述波导元件表面。
[0011]在本申请的一种可选地实施例中，所述耦出元件包括相互贴合设置的耦出光栅和带有光焦度的HOE透镜，所述耦出光栅贴合设置在所述波导元件表面。
[0012]在本申请的一种可选地实施例中，所述系统包括两个像源模块、两个波导元件、两个反射元件和两个耦出元件，两个所述耦出元件从不同的方向向人眼投射光线，通过两个显示画面拼接以实现更大的视场角。
[0013]在本申请的一种可选地实施例中，所述反射元件为偏振分束器或用于全反射传输的反射面时，两个所述波导元件之间通过所述反射元件进行光路隔离。
[0014]一种AR显示设备，包括如上所述的近眼光学显示系统。
[0015]本申请所提供的一种近眼光学显示系统以及AR显示设备，该近眼光学显示系统包括：像源模块，用于输出投影光线；波导元件，所述波导元件具有耦入端，用于将所述投影光线耦入到所述波导元件内进行一次或多次全反射传输；所述波导元件为曲面结构，以实现所述投影光线在所述波导元件内全反射角度的增大；反射元件，设置在所述波导元件内，用于反射经所述波导元件一次或多次全反射传输的光线；耦出元件，设置在所述波导元件表面，用于将经所述反射元件反射出的光线耦出至人眼。
[0016]本申请的近眼光学显示系统中，像源模块发出的光线，经曲面波导元件的传导，最终通过具有一定光焦度的耦出元件进行进一步的图像放大，使得近眼光学显示系统可以实现轻薄、大视场角的效果，提高增强现实显示效果，进而提升佩戴者的体验感。另外曲面的波导元件更易与镜片适配，并且可以通过使用不同光焦度的耦出元件和曲面波导元件配合来适配不同视力的人群。
附图说明
[0017]为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的一种近眼光学显示系统的光路结构示意图；
[0019]图2为本申请实施例提供的另一种近眼光学显示系统的光路结构示意图；
[0020]图3为本申请实施例提供的再一种近眼光学显示系统的光路结构示意图。
[0021]图中标号说明：
[0022]1‑
像源模块；2
‑
波导元件；3
‑
反射元件；4
‑
耦出元件；5
‑
四分之一波片。
实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0024]如图1
‑
3所示，在本申请的一种具体实施例中，该近眼光学显示系统可以包括：像源模块1，用于输出投影光线；波导元件2，波导元件2具有耦入端，用于将投影光线耦入到波导元件2内进行一次或多次全反射传输；波导元件2为曲面结构；反射元件3，设置在波导元
件2内，用于反射经波导元件2一次或多次全反射传输的光线；耦出元件4，设置在波导元件2表面，用于将经反射元件3反射出的光线耦出至人眼。
[0025]本申请的一些具体的实施方式中，像源模块1可以设置在光学耦入端上，并且相对波导元件2不会太突出设置，一方面，能够减小整个系统的厚度，结构更为紧凑；另一方面，不易造成用户视线过多的遮挡。在实际应用过程中，为了有效消除杂光影响，可以在耦入端设置增透膜。
[0026]更进一步的，上述像源模块1可以是自发光的有源器件，例如发光二极管面板，如micro
‑
OLED或micro
‑
LED，这种micro
‑
OLED或micro
‑
LED等自发光的像源模块1，体积较小，使得包括该像源模块1的近眼光学显示系统可以应用于诸如眼镜、泳镜等较小的设备上，另外需要说明的是，micro
‑
OLED或micro
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近眼光学显示系统，其特征在于：包括：像源模块，用于输出投影光线；波导元件，所述波导元件具有耦入端，用于将所述投影光线耦入到所述波导元件内进行一次或多次全反射传输；所述波导元件为曲面结构；反射元件，设置在所述波导元件内，用于反射经所述波导元件一次或多次全反射传输的光线；耦出元件，设置在所述波导元件表面，用于将经所述反射元件反射出的光线耦出至人眼。2.如权利要求1所述的一种近眼光学显示系统，其特征在于：所述波导元件靠近人眼一侧的表面以及背离人眼一侧的表面均为曲面，两个所述曲面的曲率相同或不同。3.如权利要求1所述的近眼光学显示系统，其特征在于：在所述像源模块的出光侧设置偏振片，用于使所述像源模块输出偏振光线；在所述耦出元件和所述波导元件之间设置四分之一波片；所述反射元件为偏振分束器，所述偏振分束器用于将在所述波导元件内一次或多次全反射的偏振光线反射后经四分之一波片传输至所述耦出元件。4.如权利要求1所述的近眼光学显示系统，其特征在于：所述反射元件为设置在所述波导元件内的反射面，所述反射面用于将在所述波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏一振，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：新型
国别省市：