CN108803026A - 一种近眼显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近眼显示系统，包括多个用于出射待显示图像的图像源和成像镜组，成像镜组具有与图像源一一对应且沿光路依次设置的成像组件，且每个成像组件均被配置为反射或衍射其对应的图像源出射的光束以在一个视图区域上形成图像，同时透射其余图像源发射的光束；各成像组件的视图区域位于同一平面上且彼此不重叠，且任意两个相邻视图区域间的间距小于眼睛瞳孔直径。通过单独控制每个图像源，不同图像源出射的光束，可以形成具有不同深度的像素点，从而构造出具有一定深度的图像，使得显示系统具有显示光场深度的功能。

Description

一种近眼显示系统

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示系统。

背景技术

目前，用于使观看者能够有立体感地观看图像的显示装置，通常是在显示装置上显示由具有视差的右眼和左眼图像组成的合成图像，并且使观看者的右眼只能看到右眼图像，左眼只能看到左眼图像，从而使得观看者能够得到纵深感，这种纵深感取决于右眼与左眼图像之间的视差量。但是，这种视差通常不会很大，以避免观看者会感到眼疲劳、眩晕感，并且由于分别感觉到左眼和右眼图像，观看者也许不能得到三维感。

具体到AR显示技术领域，目前的AR显示系统都不具有显示光场深度的功能。

发明内容

本发明提供一种近眼显示系统，可用于AR近眼显示技术领域，实现光场不同深度显示，构造一定深度的图像，从而能够使观看者观察到富有纵深感的图像。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种近眼显示系统，包括多个用于出射待显示图像的图像源和成像镜组，成像镜组具有与图像源一一对应且沿光路依次设置的成像组件，每个成像组件均被配置为反射或衍射其对应的图像源出射的光束以在一个视图区域上形成图像，同时透射其余图像源发射的光束，各成像组件的视图区域位于同一平面上且彼此不重叠，且任意两个相邻视图区域间的间距小于眼睛瞳孔直径。从而当用户的瞳孔处于所述平面上时，位于用户的瞳孔内的所述视图区域的数量是两个或两个以上，每个图像源可以单独控制，通过不同图像源出射的光束可以形成具有不同深度的像素点，构造出具有一定深度的图像。

可选的，所述的成像组件为具有透过视觉性能的光学元件，其透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束。从而用户在观察到图像源出射的图像的同时，能够透过成像镜组看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

可选的，所述的成像组件不透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束。从而使得本方案可应用于虚拟现实设备上。

所述图像源的数量可以为两个、三个、四个或四个以上。

优选的，所述的图像源为单点出射显示图像的图像源。

进一步可选的，所述的图像源包括mems扫描显示图像源、光纤扫描显示图像源或面阵列图像源的单级次频谱图像源中的任意一种。

进一步的所述的阵列图像源包括DLP显示器、LCOS显示器、LCD显示器或OLED显示器中的任意一种。

可选的，所述的成像组件为衍射成像微结构，每个衍射成像微结构均衍射其对应的图像源出射的光束，将所述光束射出成像镜组并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射其余图像源发射的光束。

进一步的，所述的衍射成像微结构透射从外部射界射向所述多个视图区域的光束。从而在观察到图像源出射的图像的同时，能够透过成像镜组看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

可选的，所述的成像组件为设置于成像镜组内的可反可透光学表面。

可选的，所述的成像镜组包括透光基体，成像组件设置于透光基体上。

进一步的，对于上述衍射成像微结构而言，衍射成像微结构加工于透光基体上。为了便于加工，所述的透光基体由多个平板型透光材料堆叠而成，所述的衍射成像微结构加工于各平板型透光材料的表面。

进一步的，对于上述可反可透光学表面而言，所述的透光基体由多个胶合在一起的透光基体分部构成，进一步的，可在所述多个透光基体分部上镀上可反可透膜层并胶合在一起，每个可反可透膜层形成一个可反可透光学表面，与该可反可透光学表面对应的图像源出射的光束传递至该可反可透光学表面时，会在该可反可透光学表面上发生反射，射出成像镜组，所述光束被引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，其它图像源出射的光束传递至该可反可透光学表面时从该可反可透光学表面透射。依次类推，从而在多个视图区域上均形成图像。

进一步的，所述的可反可透光学表面朝向图像源并且为向远离图像源的一侧凹的凹面。

进一步的，所述的可反可透光学表面透射从外部射界射向所述多个视图区域的光束。从而在观察到图像源出射的图像的同时，能够透过成像镜组看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

每个图像源出射的光束均在用户的瞳孔所在的平面上的对应视图区域上形成图像，且位于用户的瞳孔上的所述视图区域的数量是两个或两个以上；从而通过单独控制每个图像源，不同图像源出射的光束，可以形成具有不同深度的像素点，从而构造出具有一定深度的图像，使得显示系统具有显示光场深度的功能。

附图说明

图1A为本发明的一个实施例的结构示意图；

图1B为图1A所示实施例形成具有不同深度的像素点的原理示意图；

图2A为本发明的另一个实施例的结构示意图；

图2B为图2A所示实施例形成具有不同深度的像素点的原理示意图；

图3为本发明的一种面阵列图像源的单级次频谱图像源的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1A、图2A所示，本发明实施例提供一种近眼显示系统，包括多个用于出射待显示图像的图像源1和成像镜组2，成像镜组2具有与图像源1一一对应且沿光路依次设置的成像组件3，每个成像组件3均被配置为反射或衍射其对应的图像源1出射的光束以在一个视图区域上形成图像，同时透射其余图像源1发射的光束，各成像组件2的视图区域位于同一平面上且彼此不重叠，且任意两个相邻视图区域间的间距小于眼睛瞳孔直径。从而当用户的瞳孔处于所述平面上时，位于用户的瞳孔内的所述视图区域的数量是两个或两个以上，每个图像源1可以单独控制，从而，不同图像源1出射的光束可以形成具有不同深度的像素点，从而构造出具有一定深度的图像。

多个图像源1可呈阵列排布，也可分散排布，各图像源1均被配置为沿朝向成像镜组出射待显示图像；每个成像组件3均被配置为反射或衍射其对应的图像源1出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件3相对应的视图区域上形成图像。该多个视图区域位于同一包括用户的瞳孔的平面上且彼此不重叠。该平面与成像镜组间的间距一般等同于光学系统出瞳，即一般为10-30mm。

本发明的实施例中，所述的成像组件3为具有透过视觉性能的光学元件，其透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束。从而用户在观察到图像源1出射的图像的同时，能够透过成像镜组2看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

本发明的另外的实施例中，所述的成像组件不透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束。从而使得本方案可应用于虚拟现实设备上。

本发明的优选实施例中，所述图像源1的数量可以为两个、三个、四个或四个以上。

优选的，所述的图像源1为单点出射显示图像的图像源1。

进一步可选的，所述的图像源1为mems扫描显示图像源1、光纤扫描显示图像源1或所述的图像源1为面阵列图像源1的单级级光谱图像源1。进一步的，所述的阵列图像源1包括DLP显示器、LCOS显示器、LCD显示器或OLED显示器中的任意一种。

以下以面阵列图像源为LCOS显示器为例，对面阵列图像源的单级次频谱图像源进行解释说明。如图3所示，RGB激光器11出射的激光耦合进入光纤，再通过光纤合束器12进行三色光合束，合束激光通过光纤13出射后，经由准直透镜14准直成照明光束，通过PBS棱镜15，反射S光，照明LCOS微显示器16，经过图像调制，使得显示的光束P光透过PBS棱镜15进入后续的光学系统，经由聚焦镜17聚焦，聚焦镜焦点位置放置小孔光阑18，滤出高级次光束，得到所需的单一频谱光束。

本发明一些实施例中，所述的成像组件3为衍射成像微结构，每个衍射成像微结构均衍射其对应的图像源1出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件3相对应的视图区域上形成图像，同时透射其余图像源1发射的光束，所述的多个视图区域位于同一包括用户的瞳孔的平面上且彼此不重叠，且位于用户的瞳孔上的所述视图区域的数量是两个或两个以上。进一步的，当图像源1与用户人眼位于成像镜组2的同侧时，所述的衍射成像微结构为反射衍射型光学器件；当图像源1与用户人眼分设于成像镜组2两侧时，所述的衍射成像微结构为透射衍射型光学器件。反射衍射型光学器件和透射衍射型光学器件均是用于将其对应的图像源1出射的光束衍射出成像镜组2并引导至与该成像组件3相对应的视图区域上形成图像，同时透射其余图像源1发射的光束。上述衍射成像微结构的类型可依据常识根据光路设计的不同进行选取。

进一步的，所述的衍射成像微结构透射从外部射界射向所述多个视图区域的光束。从而在观察到图像源1出射的图像的同时，能够透过成像镜组2看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

本发明的另一些实施例中，如图2A所示，所述的成像组件3为设置于成像镜组内的可反可透光学表面。

进一步可选的，本发明一些实施例中所述的成像镜组2包括透光基体4，成像组件设置于透光基体4上。

进一步的，对于采用上述衍射成像微结构的实施例而言，衍射成像微结构3加工于透光基体4上。为了便于加工，所述的透光基体4由多个平板型透光材料堆叠而成，所述的衍射成像微结构加工于各平板型透光材料的表面。作为一个实施例，如图1A所示，本实施例中图像源的数量为3个，分别为图像源11、图像源12和图像源13，透光基体4由三个平板型透光材料堆叠而成，第1个衍射成像微结构31设置于第1个平板型透光材料41的表面，第2个衍射成像微结构32设置于第2个平板型透光材料42的表面，第3个衍射成像微结构33设置于第3个平板型透光材料43的表面。第1个衍射成像微结构31通过衍射其对应的图像源11出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射图像源12和图像源13发射的光束；第2个衍射成像微结构32通过衍射其对应的图像源12出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射图像源13发射的光束；第3个衍射成像微结构33通过衍射其对应的图像源13出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像。该实施例构造出具有一定深度的图像的原理如图1B所示，A点像素的光线由图像源11出射的光线a1经第1个衍射成像微结构31衍射的光线、第二图像源12出射的光线a2经第2个衍射成像微结构32衍射的光线和第三图像源出射的光线a3经第3个衍射成像微结构33衍射的光线构成，B点像素的光线由图像源11出射的光线b1经第1个衍射成像微结构31衍射的光线、第二图像源12出射的光线b2经第2个衍射成像微结构32衍射的光线和第三图像源出射的光线b3经第3个衍射成像微结构33衍射的光线构成，A点像素和B点像素具有不同的深度。

进一步的，对于采用上述可反可透光学表面的实施例而言，所述的透光基体4可由多个胶合在一起的透光基体分部构成，可在多个透光基体分部上镀上可反可透膜层并胶合在一起，每个可反可透膜层形成一个可反可透光学表面，与该可反可透光学表面对应的图像源出射的光束传递至该可反可透光学表面时，会在该可反可透光学表面上发生反射，射出成像镜组2，所述光束被引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，其它图像源出射的光束传递至该可反可透光学表面时从该可反可透光学表面透射。依次类推，从而在多个视图区域上均形成图像。作为一个实施例，如图2A所示，本实施例中图像源的数量为3个，分别为图像源14、图像源15和图像源16，成像镜组2内设置3个可反可透光学表面，第1个可反可透光学表面35通过反射其对应的图像源14出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射图像源15和图像源16发射的光束；第2个可反可透光学表面36通过反射其对应的图像源15出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射图像源16发射的光束；第3个可反可透光学表面37通过反射其对应的图像源14出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像。该实施例构造出具有一定深度的图像的原理如图2B所示，C点像素的光线由图像源14出射的光线c1经第一平板反射的光线、第二图像源15出射的光线c2经第二平板反射的光线和第三图像源出射的光线c3经第三平板反射的光线c构成，D点像素的光线由图像源14出射的光线d1经第一平板反射的光线、第二图像源15出射的光线d2经第二平板反射的光线和第三图像源出射的光线d3经第三平板反射的光线c构成，C点像素和D点像素具有不同的深度。

进一步的，所述的可反可透光学表面朝向图像源1并且为向远离图像源1的一侧凹的凹面。

进一步的，所述的可反可透光学表面透射从外部射界射向所述多个视图区域的光束。从而在观察到图像源1出射的图像的同时，能够透过成像镜组2和成像组件3看到现实世界的图像，达到增强现实显示的效果。

以下针对每个成像组件3均被配置为反射或衍射其对应的图像源1出射的光束，将所述光束射出成像镜组2并引导至与该成像组件3相对应的视图区域上形成图像，同时透射其余图像源1发射的光束作进一步描述。以图1B为例，所述的图像源11发射的光束可以为波长为650nm的红光、波长为532nm的绿光和波长为473nm的蓝光，与之相应的成像组件31对波长为650nm、532nm和473nm的光束进行衍射或反射，并透射其余可见光波段的光束。所述的图像源12发射的光束可以为波长为632.8nm的红光、波长为527nm的绿光和波长为460nm的蓝光，与之相应的成像组件32对波长为632.8nm、527nm和460nm的光束进行衍射或反射，并透射其余可见光波段的光束。所述的图像源13发射的光束可以为波长为632.8nm的红光、波长为527nm的绿光和波长为460nm的蓝光，与之相应的成像组件33对波长为635nm、520nm和445nm的光束进行衍射或反射，并透射其余可见光波段的光束。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

每个图像源出射的光束均在用户的瞳孔所在的平面上的对应视图区域上形成图像，且位于用户的瞳孔上的所述视图区域的数量是两个或两个以上；从而通过单独控制每个图像源，不同图像源出射的光束，可以形成具有不同深度的像素点，从而构造出具有一定深度的图像，使得显示系统具有显示光场深度的功能。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种近眼显示系统，其特征在于，包括多个用于出射待显示图像的图像源和成像镜组，成像镜组具有与图像源一一对应且沿光路依次设置的成像组件，每个成像组件均被配置为反射或衍射其对应的图像源出射的光束以在一个视图区域上形成图像，同时透射其余图像源发射的光束；各成像组件的视图区域位于同一平面上且彼此不重叠，且任意两个相邻视图区域间的间距小于眼睛瞳孔直径。

2.如权利要求1所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的成像镜组透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束，或

所述的成像镜组不透射从外部世界射向所述多个视图区域的光束。

3.如权利要求1所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述图像源的数量为两个、三个、四个或四个以上。

4.如权利要求1或3所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的图像源为单点出射显示图像的图像源。

5.如权利要求4所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的图像源包括mems扫描显示图像源、光纤扫描显示图像源或面阵列图像源的单级次光谱图像源中的任意一种。

6.如权利要求5所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的阵列图像源包括DLP显示器、LCOS显示器、LCD显示器或OLED显示器中的任意一种。

7.如权利要求1所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的成像组件为衍射成像微结构，每个衍射成像微结构均衍射其对应的图像源出射的光束，将所述光束射出成像镜组并引导至与该成像组件相对应的视图区域上形成图像，同时透射其余图像源发射的光束。

8.如权利要求1所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的成像组件为设置于成像镜组内的可反可透光学表面。

9.如权利要求7或8所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的成像镜组包括透光基体，成像组件设置于透光基体上。

10.如权利要求7或8所述的一种近眼显示系统，其特征在于，所述的透光基体由多个平板型透光材料堆叠而成或由多个胶合在一起的透光基体分部构成。