CN115616788B - 一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备 - Google Patents

一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备 Download PDF

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CN115616788B CN202211534880.1A CN202211534880A CN115616788B CN 115616788 B CN115616788 B CN 115616788B CN 202211534880 A CN202211534880 A CN 202211534880A CN 115616788 B CN115616788 B CN 115616788B
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Abstract

本申请提供一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备,涉及光学技术领域,全息光学模组,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组和第二全息器件组,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组,依次经第一全息器件组和第二全息器件组衍射后由第一全息器件组背离第二全息器件组的一侧出射,第二全息器件组背离第一全息器件组的一侧的环境光依次透过第二全息器件组和第一全息器件组出射。能够有效的提高数字影像以及外界景象的透过率,提高增强现实显示效果,并且能够使得模组的结构紧凑小巧。

Description

一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备
技术领域
本申请涉及光学技术领域,具体涉及一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality,英文简称AR)是一种对使用者所看到的真实世界中的各类信息进行数字化景象增强的技术,它实时地将真实的世界和虚拟的世界结合在一起,在展示真实场景的同时,通过图像、视频、3D模型等技术为用户提供虚拟信息,实现虚拟信息与现实世界的相互融合,为人们带来与数字信息的真正交互体验。
随着增强现实技术的发展,以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起,尤其在安防和工业领域,增强现实技术体现了无与伦比的优势,大大改进了信息交互方式。
目前增强现实技术中的光学显示方案最常用的是Birdbath方案(后称BB方案)。传统BB方案中的光学设计是把来自显示源的光线投射至45°放置的分光镜上,分光镜具有固定反射率和透射率之比,能将入射的光线部分反射,而使其余部分透射通过。被分光镜反射的光线入射到合成器上,合成器一般为一个凹面镜,同样具有固定反射率和透射率之比,可以把光线重新反射进入人眼成像。具有固定反射率和透射率之比的分光镜和合成器在光路中能够使得用户同时看到由显示源生成的数字影像以及外界的景象,实现虚拟信息和现实世界的相互融合。
但传统BB方案存在以下缺点:显示源发出的成像光线和外界的自然光线均需通过分光镜和合成器进入人眼,分光镜和合成器所具有的固定反射率和透射率之比导致系统光效低和环境光透过率低,同时,部分成像光线会经由合成器透射到系统外部,产生反向漏光问题。而且,光机内各元件基本都是共轴设置,其中分光镜至少需要和显示源宽度接近以便显示源出射的图像能够完全入射分光镜,如此一来也会导致模组整体结构较厚。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种全息光学模组、近眼显示系统及增强现实穿戴设备,能够有效的提高数字影像以及外界景象的透过率,提高增强现实显示效果,并且能够使得模组的结构紧凑小巧。
本申请实施例的一方面,提供了一种全息光学模组,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组和第二全息器件组,第二全息器件组设置在第一全息器件组的衍射光路上,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组,依次经第一全息器件组和第二全息器件组衍射后由第一全息器件组背离第二全息器件组的一侧出射,第二全息器件组背离第一全息器件组的一侧的环境光依次透过第二全息器件组和第一全息器件组出射。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组和第二全息器件组之间呈夹角设置。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组包括透明基板以及贴合于透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件;和/或,第二全息器件组包括透明基板以及贴合于透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件;和/或,第二全息器件组还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的增透膜层;和/或,第二全息器件组还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的增透膜层。
在本申请的一种可行的实施方式中,透明基板的表面为平面、柱面和曲面的任意一种。
在本申请的一种可行的实施方式中,在第一全息器件组的入光侧还设置有整形光学器件,图像光束经整形光学器件调节像差后入射第一全息器件组。
在本申请的一种可行的实施方式中,整形光学器件为透射式几何光学元件,透射式几何光学元件的至少一侧表面为具有预设光焦度的光学成像曲面。
在本申请的一种可行的实施方式中,整形光学器件为第三全息器件组,第三全息器件组包括透明基板以及贴合于透明基板的表面的至少一层透射全息元件。
本申请实施例的另一方面,提供了一种近眼显示系统,包括显示器件以及如前述的全息光学模组,全息光学模组设置于显示器件的出光侧。
在本申请的一种可行的实施方式中,显示器件为有机主动发光显示器件或者激光束扫描器件。
本申请实施例的再一方面,提供了一种增强现实穿戴设备,包括穿戴设备主体,以及设置在穿戴设备主体上的如前述的近眼显示系统,近眼显示系统的显示器件为激光束扫描器件,激光束扫描器件包括激光源以及沿激光源的出光方向依次设置的整形模组和微机电振镜,激光源出射的激光束经整形模组整形后通过微机电振镜扫描出射,穿戴设备主体包括目视镜,扫描出射的扫描激光束呈预设夹角入射目视镜,以与由目视镜像侧透过的外界景象叠加呈现增强现实显示。
本申请实施例提供的全息光学模组,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组和第二全息器件组,第二全息器件组设置在第一全息器件组的衍射光路上,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组,依次经第一全息器件组和第二全息器件组衍射后由第一全息器件组背离第二全息器件组的一侧出射,第二全息器件组背离第一全息器件组的一侧的环境光依次透过第二全息器件组和第一全息器件组出射。由于第一全息器件组和第二全息器件组均可采用结构紧凑且厚度较小的器件结构,而且,还能够在第一全息器件组和第二全息器件组上通过参数设置同时调制透过光束的像差,采用全息光学元件形成第一全息器件组和第二全息器件组,利用全息光学元件对光波长的选择性和角度选择性,能够对光束中图像光束和外界环境光束进行区分,第一全息器件组和第二全息器件组对通过的图像光束进行衍射以及通过光焦度调制像差后出射,对于外界环境光束以较高的透过率直接透射,并且还能够通过全息光学元件实现图像光束的像差校正,从而实现较佳的增强现实显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1是本申请实施例提供的一种全息光学模组的结构示意图之一;
图2是本申请实施例提供的一种全息光学模组的结构示意图之二;
图3是本申请实施例提供的一种全息光学模组的结构示意图之三;
图4是本申请实施例提供的一种近眼显示系统的结构示意图之一;
图5是本申请实施例提供的一种近眼显示系统的结构示意图之二。
图标:10-第一全息器件组;20-第二全息器件组;30-整形光学器件;31-第三全息器件组;40-显示器件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
增强现实技术(Augmented Reality,英文简称AR)是一种对使用者所看到的真实世界中的各类信息进行数字化景象增强的技术,它实时地将真实的世界和虚拟的世界结合在一起,在展示真实场景的同时,通过图像、视频、3D模型等技术为用户提供虚拟信息,实现虚拟信息与现实世界的相互融合,为人们带来与数字信息的真正交互体验。
在一些光学的近眼显示应用中,往往希望能够在一个同视角下看到更加清晰且丰富的图像信息,便于使用者的视觉信息获取,例如在增强现实技术中,就需要能够同时看到外界环境景象和叠加附加的图像信息,并且二者之间还不能造成相互之间的不良影响。
目前增强现实技术中的光学显示方案最常用的就是通过分光镜的分光作用,使得外界环境光和附加的图像在同一光路中共同呈现,然而,由于分光镜是基于几何光学的分光元件,分光镜具有固定的透反比,也就是说,经过分光镜的光束,透过光束和反射光束的比例是既定的,如此一来,无论是外界环境光还是附加的图像,在经过分光镜时都会由于分光镜的透反比限制而有部分光束被阻挡无法透过,从而使得增强显示的画面中,无论是外界环境光还是附加图像的透过率都较低,这样会也使得增强现实的画面亮度和画面清晰度都难以提高,同时,一部分被限制在分光镜之外的光束,还可能透射到系统的外部,产生反向漏光的问题。这些都在一定程度上限制了增强现实技术的发展和增强现实设备的应用。
本申请实施例提供了一种全息光学模组,如图1所示,本申请实施例的全息光学模组,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组10和第二全息器件组20,第二全息器件组20设置在第一全息器件组10的衍射光路上,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组10,依次经第一全息器件组10和第二全息器件组20衍射后由第一全息器件组10背离第二全息器件组20的一侧出射,第二全息器件组20背离第一全息器件组10的一侧的环境光依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10出射。
本申请实施例为采用全息光学元件的全息光学模组,全息光学元件(holographicoptical elements;HOE)是根据全息术原理制成的光学元件。光全息术是通过引入参考光波与物光干涉,将物光波的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在某种介质上,然后利用光波衍射的原理,再现原始物光波,从而再现原物的图像。常见的全息光学元件包括有全息透镜、全息光栅、全息滤波器、全息扫描器等。全息光学模组包括沿图像光束的传输方向依次设置的第一全息器件组10和第二全息器件组20,其中,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组10,第一全息器件组10是能够对特定角度的光束进行衍射并使其他角度入射的光束实现透过或反射的全息光学元件或者其组合。呈预设夹角入射的图像光束,依次经第一全息器件组10和第二全息器件组20衍射后由第一全息器件组10背离第二全息器件组20的一侧出射为一支显示图像,呈现外界环境景象的环境光由第二全息器件组20背离第一全息器件组10的一侧入射,环境光依次由第二全息器件组20和第一全息器件组10透过后出射为另一支外界景象,从而在第二全息器件组20背离第一全息器件组10的一侧呈现增强现实显示的画面。
第一全息器件组10可以为一至多个能够实现光全息衍射的光学元件,其中,本申请实施例中对于第一全息器件组10中采用的光学元件的形式和参数不做具体限定,只要是能够实现特定夹角入射的光束的全息衍射,并且具有光焦度能够校正像差,同时对其他光束透过即可。同样的,第二全息器件组20也可以为一至多个能够实现光全息衍射的光学元件,其中,本申请实施例中对于第二全息器件组20中采用的光学元件的形式和参数不做具体限定,只要是能够实现特定夹角入射的光束的全息衍射,并且具有光焦度能够校正像差,同时对其他光束透过即可。
需要说明的是,实现光全息衍射的光学元件可以是透射式的全息光学元件,也可以是反射式的全息光学元件,区别在于对光束实现全息衍射后的路径是透过还是反射,本申请实施例中对此不做具体限定,导向的方向可以是根据实际需要对参数进行的选择设置。
还需要说明的是,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组10,图像光束入射的预设夹角与第一全息器件组10中的一至多个能够实现光全息衍射的光学元件的参数相关,本申请实施例的方案中对此不做具体限定,只要使得图像光束进入第一全息器件组10的方向和外界环境光束进入第一全息器件组10的方向不同,以便通过对于第一全息器件组10中全息光学元件的参数设定,使得第一全息器件组10对图像光束和外界环境光束的处理方式不同即可,例如,第一全息器件组10对图像光束衍射,或者还同时利用光焦度进行像差校正,而对外界环境光束直接透过,如此一来,即可在几乎不造成光损失的情况下实现增强现实显示。第二全息器件组20对光束的处理方式与第一全息器件组10的原理相同,此处不再赘述。
当然,本领域技术人员应当知晓,全息光学元件具有波长选择性和角度选择性,当在一些特殊的增强现实叠加显示的需求下,也可能存在预设的图像光束入射第一全息器件组10的夹角与外界环境光束的入射方向比较相近,第一全息器件组10主要通过波长选择对不同波长的光束采用不同处理方式,以实现增强现实显示。
本申请实施例提供的全息光学模组,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组10和第二全息器件组20,图像光束以预设夹角入射第一全息器件组10,依次经第一全息器件组10和第二全息器件组20衍射后由第一全息器件组10背离第二全息器件组20的一侧出射,第二全息器件组20背离第一全息器件组10的一侧的环境光依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10出射。由于第一全息器件组10和第二全息器件组20均可采用结构紧凑且厚度较小的器件结构,而且,还能够在第一全息器件组10和第二全息器件组20上通过参数设置同时具有光焦度能够校正像差,采用全息光学元件形成第一全息器件组10和第二全息器件组20,利用全息光学元件对光波长的选择性和角度选择性,能够对光束中图像光束和外界环境光束进行区分,第一全息器件组10和第二全息器件-组20对通过的图像光束进行衍射以及通过光焦度调制像差后出射,对于外界环境光束以较高的透过率直接透射,从而实现较佳的增强现实显示效果。
在本申请的一种可行的实施方式中,如图1所示,第一全息器件组10和第二全息器件组20之间呈夹角设置,环境光垂直于第二全息器件组20透过。
如图1所示,在一种较为经典的增强现实显示场景下,本申请实施例的全息光学模组可以采用使第一全息器件组10和第二全息器件组20之间呈夹角设置的方式,外界环境光依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10,第二全息器件组20和第一全息器件组10均不会对通过的外界环境光束具有光焦度,所以在左侧人眼中所接收的外界环境光即为直观的真实光束透过显示。
而且,第一全息器件组10和第二全息器件组20之间呈夹角设置,可以图像光束的出射位置和角度进行预先设计,如此一来,如图1所示,图像光束的光线光路为图1中实线箭头所示,光线以预设夹角首先入射第一全息器件组10,并依次经第一全息器件组10和第二全息器件组20的衍射和通过光焦度的像差调制后出射,环境光进入人眼的光路如图1中虚线箭头所示的方向依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10出射,从而在人眼观测的位置呈现虚拟和现实两种图像的叠加。全息光学元件的衍射作用,相当于为全息光学模组引入离轴特性,显示器件偏离环境光透射的光轴方向,避免对环境光的透过产生遮挡,同时也能够使得整个模组结构设计的更紧凑合理。
通过第一全息器件组10和第二全息器件组20自身的全息光学元件的设置数量、设置位置和参数的设置,还能够在对图像光束衍射的同时,进行像差校正以提高显示质量。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组10包括透明基板以及贴合于透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件;和/或,第二全息器件组20包括透明基板以及贴合于透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件。其中,透明基板的表面为平面、柱面和曲面的任意一种。
以第一全息器件组10为例,第一全息器件组10包括透明基板以及贴合于透明基板一侧表面的一层反射全息元件。其中,用于对特定光束实现衍射功能的是反射全息元件,反射全息元件可以是制作在透明基板上的薄膜层。反射全息元件贴合设置于透明基板的其中一侧表面即可,透明基板作为反射全息元件的载体,一方面起到对一层或者多层反射全息元件的承载作用,另一方面,透明基板相对两侧的表面都可以为平面、柱面和曲面的任意一种,若透明基板为平面,则经过透明基板的光束不发生任何改变,若设置透明基板的表面为柱面或者曲面,则透过透明基板的光束会根据透明基板表面的形状产生几何光学的出光调制。
需要说明的是,为了尽可能保证设置的反射全息元件在透明基板上的设置稳定性以及反射全息元件自身参数设置的准确性,通常将透明基板设置反射全息元件的一侧设置为平面。例如,若需要将透明基板的一侧设置为柱面以实现相应的几何光学出光调制,则将反射全息元件设置于透明基板的平面一侧。
还需要说明的是,对于图像光束为单色图像光束时,可以仅采用一层薄膜层的反射全息元件贴合设置于透明基板的一侧,实现对单色图像光束的衍射,若图像光束为RGB图像光束,可以在透明基板的一侧叠层设置多层反射全息元件以针对RGB图像光束中的多波段光束实现衍射,也可以在透明基板的两侧分别设置一层或多层反射全息元件,或者还可以包括设置一层或错层的透射全息元件,对于全息元件的设置数量可以根据采用的图像光束的类型以及其他实际需求进行具体设置。
在本申请的一种可行的实施方式中,第一全息器件组10还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件;和/或,第二全息器件组20还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件。
还请参照图1所示,以第一全息器件组10为例,透明基板通常具有一定的实际厚度,当图像光束入射第一全息器件组10时,若仅在透明基板的左侧设置反射全息元件,则图像光束在入射和反射两次经过透明基板的过程中,可能由于光程差等原因造成出射图像产生重影的问题,因此,在透明基板的另一侧表面贴合设置至少一层透射全息元件,透射全息元件能够对经过的图像光束进行像差校正,从而能够有效的减轻甚至避免出射图像产生重影的问题。
需要说明的是,以第二全息器件组20为例,若在第二全息器件组20的透明基板朝向第一全息器件组10一侧的表面(如图1中第二全息器件组20的透明基板的左侧表面)设置至少一层反射全息元件,则当图像光束经第一全息器件组10衍射至第二全息器件组20时,在左侧的反射全息元件处即发生衍射反射,光束并不会再透过反射全息元件到达透明基板的另一侧,而且,依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10的外界环境光是直接透过的,并不发生衍射,因此,本领域技术人员应当知晓,在这种不参与光路的情况下,基于功能的实现需要以及成本和工艺步骤节约原则,在第二全息器件组20的透明基板的左侧表面即不再设置透射全息元件。
在本申请的另一种可行的实施方式中,第一全息器件组10还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的增透膜层;和/或,第二全息器件组20还包括在透明基板另一侧表面贴合设置的增透膜层。
同样是为了减轻或避免出射图像产生重影的问题,在本申请的另一种可行的实施方式中,仍旧以第一全息器件组10为例,还可以在第一全息器件组10中透明基板的另一侧表面贴合设置增透膜层,增透膜层的设置也有助于减轻出射图像重影的问题。
在本申请的一种可行的实施方式中,如图2所示,在第一全息器件组10的入光侧还设置有整形光学器件30,图像光束经整形光学器件30调节像差后入射第一全息器件组10。
如图2所示,在第一全息器件组10的入光侧设置整形光学器件30,图像光束首先经过整形光学器件30,整形光学器件30对图像光束进行像差调节,特别是对于光谱较宽的图像光束,在通过整形光学器件30能够提高通光效率,提升图像光束的显示亮度。
而且,由于整形光学器件30设置在第一全息器件组10的入光侧,且第一全息器件组10与第二全息器件组20呈夹角设置,在本申请实施例的全息光学模组中,整形光学器件30并未设置在图像光束和外界环境光束的共用光路中,因此,只有图像光束会通过整形光学器件30,从而不会对外界环境光束的透过效率以及成像的精确度和清晰度造成影响。
在本申请的一种可行的实施方式中,整形光学器件30为透射式几何光学元件,透射式几何光学元件的至少一侧表面为具有预设光焦度的光学成像曲面。
示例的,如图2所示,整形光学器件30可以采用透射式几何光学元件,而且,透射式几何光学元件设置为两侧均为正光焦度的曲面,如此一来,整形光学器件30在对通过的图像光束进行像差调节的同时,还能够对图像光束进行光焦度调节。
当然,整形光学器件30设置为透射式几何光学元件时,其表面的光学成像曲面的光焦度设置还可以为其他的体现形式,图2中示出的双凸透镜仅为一种示例,不应视为对整形光学器件30的唯一参数限定。
在本申请的另一种可行的实施方式中,如图3所示,整形光学器件30为第三全息器件组31,第三全息器件组31包括透明基板以及贴合于透明基板的表面的至少一层透射全息元件。
示例的,在本申请的另一种可行的实施方式中,如图3所示,整形光学器件30也可以设置为全息光学元件形成的第三全息器件组31。第三全息器件组31包括透明基板以及贴合于透明基板的表面的至少一层透射全息元件,图像光束首先经过第三全息器件组31,由至少一层透射全息元件衍射透过,衍射透过的图像光束以预设的角度入射第一全息器件组10,经第一全息器件组10衍射反射至第二全息器件组20,被第二全息器件组20再次反射衍射后,由于衍射的发生具有波长选择性和角度选择性,由第二全息器件组20反射衍射后再入射第一全息器件组10的光束由于改变了入射角度从而不会再被衍射反射,而是直接透过第一全息器件组10后进入左侧的人眼成像。外界环境光束也可正常且高效率的依次透过第二全息器件组20和第一全息器件组10,在左侧的人眼中呈现无畸变的外界环境景象。
本申请实施例的另一方面,提供了一种近眼显示系统,如图4所示,包括显示器件40以及如前述的全息光学模组,全息光学模组设置于显示器件40的出光侧。
如图4所示,显示器件40的出光侧设置全息光学模组,示例的,若全息光学模组为包含有整形光学器件30,且整形光学器件30为第三全息器件组31时,可以使得第三全息器件组31与显示器件40的出光侧贴合设置,从而使显示器件40的图像光束完全入射第三全息器件组31中进行像差调节和光焦度调制,提高模组结构以及系统结构的紧凑性,并且避免发生漏光的问题。
第三全息器件组31在透明基板的两侧表面分别贴合设置有透射全息元件,第一全息器件组10在透明基板的两侧表面分别贴有反射全息元件和透射全息元件,第二全息器件组20在透明基板的两侧表面分别贴有透射全息元件和反射全息元件。显示器件40发出的图像光束通过在透明基板的两侧表面均贴有透射全息元件的第三全息器件组31后以预设角度入射到第一全息器件组10的反射全息元件上并被反射衍射至第二全息器件组20,光线经第二全息器件组20的透射全息元件衍射后被反射全息元件反射衍射,由于衍射具有角度选择性,被反射的图像光束因入射角度变化会直接透射通过第一全息器件组10而不被再次反射,图像光束最终经第一全息器件组10的透射全息元件透射衍射后进入人眼成像。同样因为衍射具有波长选择性和角度选择性,外界环境光束可正常且高效率地依次透射通过第二全息器件组20和第一全息器件组10,使人眼观察到无畸变的外界景象。
在前述对于全息光学模组的说明中,已经详细表述了全息光学模组的结构和近眼显示功能的实现,此处不再赘述,在一些实施方式中,若需要图像光束以预设角度入射全息光学模组中,则可以相应的将显示器件40设置在对应的位置,或者,使得显示器件40以对应的位置和角度出射图像光束。
在本申请的一种可行的实施方式中,显示器件40为有机主动发光显示器件或者激光束扫描器件。
显示器件40可以为有机主动发光显示器件,例如将本申请实施例的近眼显示系统应用于AR眼镜,则显示器件40可以采用OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机半导体发光显示器件),是一种利用多层有机薄膜结构在电场驱动下,通过载流子注入和复合实现电致发光的器件,OLED具有较为成熟的制备技术,只需要较低的驱动电压即可实现高效的发光显示,而且整体结构更轻薄、亮度高、功耗低、响应快、清晰度高、柔性好、发光效率高。基于穿戴式的AR设备来说,显示器件40还可以采用Micro-LED,Micro-LED的发光显示与驱动电路集成在一块芯片之上,不需要其他外置驱动IC也可独立工作,大大的缩减了整体的结构尺寸,更有利于应用在小型的便携的AR设备中。或者,显示器件40还可以采用mini-LED,Mini-LED的芯片尺寸介于50~200μm之间,是由Mini-LED像素阵列、驱动电路组成且像素中心间距为0.3-1.5mm的发光单元,同样大大的缩减了整体的结构尺寸,更有利于应用在小型的便携的AR设备中。
此外,如图5所示,显示器件40还可以为激光束扫描器件(Laser Beam Scanning,LBS)。LBS主要包括激光源、光学器件和微机电振镜(MEMS, Micro-Electro-MechanicalSystem),LBS具有亮度高、色域光、体积小的优势,LBS以激光作为光源具有极小的波长展宽,更适合基于衍射光学原理的全息器件,能提升近眼显示系统的显示亮度和显示图像质量,而且LBS本身体积小,结合全息光学模组中第一全息器件组10、第二全息器件组20或者还包括第三全息器件组31所引入的离轴特性,可以更为灵活的设计近眼显示系统的光路结构,有效的减小近眼显示系统的结构尺寸,使得近眼显示系统的设计灵活性更高,结构更为紧凑小巧。
本申请实施例的再一方面,提供了一种增强现实穿戴设备,包括穿戴设备主体,以及设置在穿戴设备主体上的如前述的近眼显示系统,近眼显示系统的显示器件40为激光束扫描器件,激光束扫描器件包括激光源以及沿激光源的出光方向依次设置的整形模组和微机电振镜,激光源出射的激光束经整形模组整形后通过微机电振镜扫描出射,穿戴设备主体包括目视镜,扫描出射的扫描激光束呈预设夹角入射目视镜,以与由目视镜像侧透过的外界景象叠加呈现增强现实显示。
本申请实施例还提供一种增强现实穿戴设备,使用时可在身体上穿戴或佩戴使用,在穿戴或佩戴状态下,人眼可以通过增强现实穿戴设备观测到外界环境景象和图像光束的叠加显示画面。其中,穿戴设备主体包括有目视镜,近眼显示系统中的显示器件40为激光束扫描器件,激光束扫描器件包括激光源以及沿激光源的出光方向依次设置的整形模组和微机电振镜,激光源出射的激光束经整形模组整形后通过微机电振镜扫描出射,激光作为图像光束具有极小的波长展宽,更适合基于衍射光学原理的全息器件,能提升近眼显示系统的显示亮度和显示图像质量,而且激光束扫描器件本身体积小,扫描出射的扫描激光束呈预设夹角入射目视镜,图像光束与由目视镜像侧透过的外界景象叠加呈现质量较佳的增强现实显示。激光束扫描器件结合全息光学模组中第一全息器件组10、第二全息器件组20或者还包括第三全息器件组31所引入的离轴特性,可以更为灵活的设计近眼显示系统的光路结构,有效的减小近眼显示系统的结构尺寸,使得近眼显示系统的设计灵活性更高,结构更为紧凑小巧。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种全息光学模组,其特征在于,包括沿图像光束传输方向依次设置的第一全息器件组和第二全息器件组,所述第二全息器件组设置在所述第一全息器件组的衍射光路上,图像光束以预设夹角入射所述第一全息器件组,依次经所述第一全息器件组和所述第二全息器件组衍射后由所述第一全息器件组背离所述第二全息器件组的一侧出射,所述第二全息器件组背离所述第一全息器件组的一侧的环境光依次透过所述第二全息器件组和所述第一全息器件组出射;
所述第一全息器件组包括透明基板以及贴合于所述透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件,所述第一全息器件组还包括在所述透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件;所述第二全息器件组包括透明基板以及贴合于所述透明基板一侧表面的至少一层反射全息元件,所述第二全息器件组还包括在所述透明基板另一侧表面贴合设置的至少一层透射全息元件;
在所述第一全息器件组的入光侧还设置有整形光学器件,所述图像光束经所述整形光学器件调节像差后入射所述第一全息器件组;所述整形光学器件为第三全息器件组,所述第三全息器件组包括透明基板以及贴合于所述透明基板的表面的至少一层透射全息元件;
第一全息器件组(10)和第二全息器件组(20)对通过的图像光束进行衍射以及通过光焦度调制像差后出射;第二全息器件组(20)和第一全息器件组(10)均不会对通过的外界环境光束具有光焦度。
2.根据权利要求1所述的全息光学模组,其特征在于,所述第一全息器件组和所述第二全息器件组之间呈夹角设置。
3.一种近眼显示系统,其特征在于,包括显示器件以及如权利要求1-2任意一项所述的全息光学模组,所述全息光学模组设置于所述显示器件的出光侧。
4.一种增强现实穿戴设备,其特征在于,包括穿戴设备主体,以及设置在所述穿戴设备主体上的如权利要求3所述的近眼显示系统,所述近眼显示系统的显示器件为激光束扫描器件,所述激光束扫描器件包括激光源以及沿所述激光源的出光方向依次设置的整形模组和微机电振镜,所述激光源出射的激光束经所述整形模组整形后通过所述微机电振镜扫描出射,所述穿戴设备主体包括目视镜,扫描出射的扫描激光束呈预设夹角入射所述目视镜,以与由所述目视镜像侧透过的外界景象叠加呈现增强现实显示。
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