CN219302771U - 拼接式光波导显示装置及交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种拼接式光波导显示装置及交通工具，包括图像光生成单元和光波导，所述图像光生成单元，用于生成携带图像信息的输入光；所述光波导包括第一、第二光波导单元，所述第一光波导单元包括第一波导基板、第一输入元件及第一输出元件；所述第一输入元件形成第一输出光，所述第一输出元件具有第一出光面积；所述第二光波导单元包括第二波导基板、第二输入元件及第二输出元件，所述第二光波导单元形成第二输出光；所述第一、第二输出元件横向上相互错开形成组合输出元件。因此，通过采用至少一个图像光生成单元和至少两个光波导单元构成具有拼凑形成的大面积eye box的显示装置，提高了AR显示使用体验性，同时降低了显示装置的制造成本。

Description

拼接式光波导显示装置及交通工具

技术领域

本实用新型涉及AR领域技术，尤其是指一种拼接式光波导显示装置及交通工具。

背景技术

智能穿戴设备是一种将多媒体、传感、识别、无线通信、云服务等技术与日常穿戴相结合，实现用户交互、生活娱乐、健康监测等功能的硬件终端。随着移动通信、图像技术、人工智能等技术的不断发展和融合，智能穿戴设备迅猛发展，已成为全球范围内增长最快的高科技市场之一。

其中，由于基于几何波导的AR眼镜具有轻薄、眼动范围大且色彩均匀等优势成为目前市场主流方案。现有应用于增强现实(Augmented Reality，AR)领域的近眼显示模组，模组采用光波导显示方案。光波导的本质是一片高折射率透明基底，从基底侧边通过特定结构耦合入图像源的光束，在基底内进行全反射传播，传递到靠近人眼处，再通过特定结构耦合出，进入人眼，形成图像。

光波导由于其轻薄的特性，被认为是消费级AR显示的无与伦比的选择，但由于其高昂制作的价格和技术壁垒，仍然令人望而却步。其中，对于AR显示来说，eyebox非常重要，它能够适应不同瞳孔间距的用户，视年龄、性别等而定，瞳孔间距范围从51毫米到77毫米不等。在要求大视场显示和远距离观看时，需要相应大的出瞳显示面积和一定距离处的eyebox。因此需要通过对现有的显示模组进行改进，以减少制作大面积波导出瞳的成本，加大显示eyebox，提高AR波导显示的使用体验。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种拼接式光波导显示装置及交通工具，其通过采用至少一个图像光生成单元和至少两个光波导单元构成具有拼凑形成的大面积eye box的显示装置，提高了AR显示的使用体验性，同时降低了显示装置的制造成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种拼接式光波导显示装置及交通工具，包括图像光生成单元和光波导，

所述图像光生成单元，用于生成携带图像信息的输入光(IN)，所述输入光(IN)具有第一光束宽度为(D)；

所述光波导包括第一光波导单元(WG1)和第二光波导单元(WG2)，所述第一光波导单元(WG1)包括至少一个第一波导基板(SUB1)、至少一个第一输入元件(DOE11)以及至少一个第一输出元件(DOE31)，所述第一输入元件(DOE11)接收所述输入光(IN)并将其耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一输出元件(DOE31)将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)，所述第一输出元件(DOE31)具有第一出光面积(S1)；

所述第二光波导单元(WG2)包括至少一个第二波导基板(SUB2)、至少一个第二输入元件(DOE12)以及至少一个第二输出元件(DOE32)，所述第二输入元件(DOE12)接收所述输入光(IN)并将其耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)，所述第二输出元件(DOE32)将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)，所述第二输出元件(DOE32)具有第二出光面积(S2)；

所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)横向上相互错开形成组合输出元件(DOE30)，所述组合输出元件(DOE30)具有组合出光面积(S),所述组合出光面积(S)大于第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个。

作为一种优选方案：所述图像光生成单元包括有第一图像光生成单元(ENG1)和第二图像光生成单元(ENG2)，所述第一图像光生成单元(ENG1)包括第一图像源(IMG1)和位于第一图像源(ENG1)前侧的第一准直透镜(LENS1)，第一图像源(IMG1)和第一准直透镜(LENS1)配合生成携带图像信息的第一输入光(IN1)；所述第二图像光生成单元(ENG1)包括第二图像源(IMG2)和位于第二图像源(IMG2)前侧的第二准直透镜(LENS2)，第二图像源(IMG2)和第二准直透镜(LENS2)配合生成携带图像信息的第二输入光(IN2)；所述输入光(IN)包括第一输入光(IN1)和第二输入光(IN2)；所述第一输入光(IN1)和第二输入光(IN2)所携带的图像信息相同；

所述第一输入元件(DOE11)接收所述第一输入光(IN1)并将其耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一输出元件(DOE31)将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)；所述第二输入元件(DOE12)接收所述第二输入光(IN2)并将其耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)，所述第二输出元件(DOE32)将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)；所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

作为一种优选方案：所述图像光生成单元还包括第三图像光生成单元(ENG3)，所述第三图像光生成单元(ENG3)包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；所述第三输入光(IN3)与输入光(IN)所携带的图像信息相同；

所述光波导还包括至少一个第三光波导单元(WG3)，所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)、至少一个第三输入元件(DOE13)以及至少一个第三输出元件(DOE33)，所述第三输入元件(DOE13)接收所述第三输入光(IN3)并将其耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三输出元件(DOE33)将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)；所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向上相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件的出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

作为一种优选方案：所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)同时接收输入光(IN)；并所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)彼此间隔、部分重合或边界相切；且所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)共同形成组合输入元件(DOE10)。

作为一种优选方案：所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)彼此间隔、部分重合或边界相切；所述组合输出元件(DOE30)的组合出光面积(S)等于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)总和(S1+S2)的0.6-1倍；所述组合输出元件(DOE30)的组合出光面积(S)大于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)和所述第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

作为一种优选方案：所述图像光生成单元还包括至少一个第三图像光生成单元(ENG3)，所述第三图像光生成单元(ENG3)包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；所述第三输入光(IN3)与第一输入光(IN1)以及第二输入光(IN2)所携带的图像信息相同；

所述光波导还包括至少一个第三光波导单元(WG3)，所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)、至少一个第三输入元件(DOE13)以及至少一个第三输出元件(DOE33)，所述第三输入元件(DOE13)接收所述第三输入光(IN3)并将其耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三输出元件(DOE33)将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)；所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件的出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

作为一种优选方案：还包括透明反射基板(WS)，所述透明反射基板(WS)接收所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，并反射所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，形成可被观察的反射图像光。

作为一种优选方案：还包括透明反射基板(WS)，所述透明反射基板(WS)接收所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)，并反射所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)，形成可被观察的反射图像光。

作为一种优选方案：所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)彼此间隔时，第一输入元件(DOE11)和第二输入元件(DOE12)之间的间隔距离小于所述第一光束宽度(D)的三分之一；所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)彼此间隔时，第一输出元件(DOE31)和第二输出元件(DOE32)之间的间隔距离小于所述第一输出元件(DOE31)或所述第二输出元件(DOE32)宽度的四分之一。

一种交通工具，包括所述光波导显示装置。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过采用至少一个图像光生成单元和至少两个光波导单元构成显示装置，该显示装置具有拼凑形成的大面积eye box，增大了用户能够看到AR显示屏完成图像的区域，从而提高了AR显示的使用体验性；同时相对于传统AR显示采用整块光波导，降低了显示装置的制造成本，提高了市场竞争力。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型之第一种实施方式原理示意图；

图2为本实用新型之第二种实施方式原理示意图；

图3为本实用新型之第三种实施方式原理示意图；

图4为本实用新型之第四种实施方式原理示意图；

图5为本实用新型之显示装置平放在挡风玻璃下的应用场景示意图；

图6为本实用新型之显示装置直立在挡风玻璃前或光波导嵌入挡风玻璃中的应用场景示意图；

图7为本实用新型之拼接式光波导显示装置及交通工具的基本光路原理示意图；

图8为本实用新型之第一种实施方式加大eye box光路原理示意图；

图9为本实用新型之第二种实施方式加大eye box光路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型如图1至图9所示，一种拼接式光波导显示装置及交通工具，包括有图像光生成单元和光波导，其中：

作为本实用新型的第一种实施方式，如图1所示，

所述图像光生成单元包括图像源(IMG0)和位于图像源(IMG0)前侧的准直透镜(LENS)，图像源(IMG0)和准直透镜(LENS)配合生成携带图像信息的输入光(IN)，所述输入光(IN)具有第一光束宽度(D)；

所述光波导包括第一光波导单元(WG1)和第二光波导单元(WG2)，其中，所述第一光波导单元(WG1)包括至少一个第一波导基板(SUB1)，所述第一光波导单元(WG1)还包括至少一个第一输入元件(DOE11)，所述第一输入元件(DOE11)至少部分地接收所述输入光(IN)并将其至少部分地耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一光波导单元(WG1)还包括至少一个第一输出元件(DOE31)，用于将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)，所述第一输出元件(DOE31)具有第一出光面积(S1)。

所述第二光波导单元(WG2)，包括至少一个第二波导基板(SUB2)，所述第二光波导单元(WG2)还包括至少一个第二输入元件(DOE12)，所述第二输入元件(DOE12)至少部分地接收所述输入光(IN)并将其至少部分地耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)，所述第二光波导单元(WG2)还包括至少一个第二输出元件(DOE32)，用于将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)，所述第二输出元件(DOE32)具有第二出光面积(S2)。

所述第一输出光(OUT1)和所述第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)相近，以至于可以同时接收所述输入光(IN)。具体是，所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)的位置关系可以是部分边界重合或相切，或至少部分面积重叠，或以一微小间距彼此分离，所述微小间距小于所述第一光束宽度(D)的三分之一。所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)共同形成组合输入元件(DOE10)，所述组合输入元件(DOE10)的典型光学尺寸(特征尺寸，能反应组合输入元件主要特点的尺寸参数，如宽度)近似等于所述第一光束宽度(D)。

所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)横向上相互错开，以形成具有更大出光面积的组合输出元件(DOE30)，所述组合输出元件(DOE30)具有组合出光面积(S)，所述组合出光面积(S)大于第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个。具体是，所述出光面积(S)近似(小于或等于)为所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)的总和(S1+S2)；所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)的位置关系可以是部分边界重合或相切，或少部分面积重叠，或以一微小间距彼此分离，所述微小间距小于所述第一输出元件(DOE31)或所述第二输出元件(DOE32)特征尺寸(宽度)的四分之一。

所述组合输出元件(DOE30)具有的出光面积等于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)总和(S1+S2)的0.6-1倍。

所述第一输出光(OUT1)和所述第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

所述拼接式光波导显示装置及交通工具还包括透明反射基板(WS)，所述透明反射基板(WS)接收所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，并至少部分反射所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，形成可被观察的反射图像光。所述透明反射基板(WS)为一种交通工具(如汽车)的前挡风玻璃。

作为本实用新型的第二种实施方式，如图2所示，其相当于在第一种实施方式的基础上，将图像光生成单元分为第一图像光生成单元(ENG1)和第二图像光生成单元(ENG2)；

所述第一图像光生成单元(ENG1)，包括第一图像源(IMG1)和位于第一图像源(IMG1)前侧的第一准直透镜(LENS1)，第一图像源(IMG1)和第一准直透镜(LENS1)配合生成携带图像信息的第一输入光(IN1)。

所述第一光波导单元(WG1)，包括至少一个第一波导基板(SUB1)，所述第一光波导单元(WG1)还包括至少一个第一输入元件(DOE11)，所述第一输入元件(DOE11)接收所述第一输入光(IN1)并将其至少部分地耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一光波导单元(WG1)还包括至少一个第一输出元件(DOE31)，用于将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)，所述第一输出元件(DOE13)具有第一出光面积(S1)；

所述第二图像光生成单元(ENG2)，包括第二图像源(IMG2)和位于第二图像源(IMG2)前侧的第二准直透镜(LENS2)，第二图像源(IMG2)和第二准直透镜(LENS2)配合生成携带图像信息的第二输入光(IN2)。

所述第二光波导单元(WG2)，包括至少一个第二波导基板(SUB2)，所述第二光波导单元(WG2)还包括至少一个第二输入元件(DOE12)，所述第二输入元件(DOE12)接收所述第二输入光(IN2)并将其至少部分地耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)；所述第二光波导单元(WG2)还包括至少一个第二输出元件(DOE32)，用于将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)，所述第二输出元件(DOE32)具有第二出光面积(S2)。所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)横向上相互错开，以形成具有更大出光面积的组合输出元件(DOE30)，所述组合输出元件(DOE30)具有组合出光面积(S)，所述出光面积(S)大于第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个；具体是，所述组合出光面积(S)近似(小于或等于)为所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)的总和(S1+S2)。

所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)的位置关系可以是部分边界重合或相切，或少部分面积重叠，或以一微小间距彼此分离，所述微小间距小于所述第一输出元件(DOE31)或所述第二输出元件(DOE32)特征尺寸的四分之一。

所述组合输出元件(DOE30)具有的出光面积等于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)总和(S1+S2)的0.6-1倍。

所述第一输入光(IN1)和所述第二输入光(IN2)所携带的图像信息相同。

作为本实用新型的第三种实施方式，如图3所示，其相当于在第一种实施方式的基础上增加了至少一个第三图像光生成单元(ENG3)和至少一个第三光波导单元(WG3)，所述第三图像光生成单元(ENG3)包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；所述第三输入光(IN3)与输入光(IN)所携带的图像信息相同；

第三光波导单元(WG3)，所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)，所述第三光波导单元(WG3)还包括至少一个第三输入元件(DOE13)，所述第三输入元件(DOE13)至少部分地接收所述第三输入光(IN3)并将其至少部分地耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三光波导单元(WG3)还包括至少一个第三输出元件(DOE33)，用于将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)。所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向上相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件(DOE300)的组合出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个。具体是，所述组合出光面积(S)近似(小于或等于)为所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)的总和(S1+S2+S3)。

作为本实用新型的第四种实施方式，如图4所示，其相当于在第二种实施方式的基础上增加了至少一个第三图像光生成单元(ENG3)和至少一个第三光波导单元(WG3)；

所述第三图像光生成单元(ENG3)，包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；

所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)，所述第三光波导单元(WG3)还包括至少一个第三输入元件(DOE13)，所述第三输入元件(DOE13)接收所述第三输入光(IN3)并将其至少部分地耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三光波导单元(WG3)还包括至少一个第三输出元件(DOE33)，用于将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)。所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向上相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件(DOE300)的组合出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个。具体是，所述出光面积(S)近似(小于或等于)为所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)的总和(S1+S2+S3)。

所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

需要说明的是，图像光生成单元和光波导单元可以根据需要设置多个，具体可以是一个图像光生成单元对应多个光波导单元或者多个图像光生成单元与多个光波导单元一一对应。同时，光波导单元中的波导基板、输入元件和输出元件数量也可以根据需要设定。

一种交通工具，包括所述光波导显示装置，该交通工具为汽车或其它机动车辆等。如图5、6所示，为光波导显示装置放置于汽车前挡风玻璃下方的不同放置状态和应用场景。

AR waveguide(光波导显示装置)；light source(光源)；car window(汽车前挡风玻璃)。

本实用新型的光路原理如下：

如图7所示，为拼接式光波导显示装置及交通工具的基本光路原理，由两块波导拼接的出瞳区域长度为L，人眼到HUD显示屏的距离Eey Relief为D，进入到衍射波导的光源视场角为θ，仅在一边出瞳区域出射视场角为FOV1进入人眼的光，形成eye box1；仅在另一边出瞳区域出射视场角为FOV2进入人眼的光，形成eye box2；仅在中间出瞳区域出射视场角为FOV3进入人眼的光，形成eye box3；整个出瞳区域出射的所有光在人眼处形成的整体eyebox为eye box1+eye box2+eye box3；Eye Relief(出瞳距离)；Eye Box指的是近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，也是显示内容最清晰的区域。

其中若FOV1＝FOV2＝FOV3＝θ，则l＝L-2*D*tan(θ/2)。

FOV1、FOV2、FOV3、θ大小也可以不相等。

其中θ取值3°至60°，D取值20-1500mm，L取值40-1500mm。

如图8所示，为本实用新型第一种实施方式加大eye box的示意图，在入瞳区域DOE11、DOE12输入视场角为FOV1的光源IN，光源进入入瞳区域后，在第一光波导单元WG1内向左传播，仅在左边出瞳区域出射视场角也为FOV 1进入人眼的光，形成eye box 1；在第二光波导单元WG2内向右传播，仅在右边出瞳区域出射视场角为FOV 2进入人眼的光，形成eyebox 2；光源同时进入第一光波导单元WG1和第二光波导单元WG2，在整个出瞳区域输出视场角为FOV 3的光，整体的eye box为eye box 1+eye box 2+eye box 3，增加eye box 3。其中整体视场角不变，FOV1＝FOV2＝FOV3。

对于一般人眼的眼距IPD约为65mm，单片HUD波导的eye box1尺寸长度至少为65mm，对于15°的视场角的HUD，眼距为200mm的情况下，出瞳尺寸长度为118mm；两个出瞳长度尺寸为118mm的出瞳拼接，得到在眼距为200mm的eye box的长度尺寸为184mm。

如图9所示，为本实用新型第二种实施方式加大eye box的示意图，在入瞳区域DOE11、DOE12分别输入视场角为FOV 1、FOV2的光源IN1、IN2，IN1在第一光波导单元WG1内向左传播，仅在左边出瞳区域出射视场角也为FOV1进入人眼的光，形成eye box 1；IN2在第二光波导单元WG2内向右传播，仅在右边出瞳区域出射视场角为FOV2进入人眼的光，形成eyebox2；光源同时进入第一光波导单元WG1和第二光波导单元WG2，在整个出瞳区域输出视场角为FOV 3的光，整体的eye box为eye box1+eye box2+eye box3，增加eye box3。

第三种实施方式和第四种实施方式的光路原理相当于在第一、二种实施方式上增加图像光生成单元和光波导单元数量，其光路原理与第一、二种实施方式基本相同，并无太大变化，在此不予赘述。

本实用新型的设计重点在于，通过采用至少一个图像光生成单元和至少两个光波导单元构成显示装置，该显示装置具有拼凑形成的大面积eye box，增大了用户能够看到AR显示屏完成图像的区域，从而提高了AR显示的使用体验性；同时相对于传统AR显示采用整块光波导，降低了显示装置的制造成本，提高了市场竞争力。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种拼接式光波导显示装置，其特征在于：包括图像光生成单元和光波导，

所述图像光生成单元，用于生成携带图像信息的输入光(IN)，所述输入光(IN)具有第一光束宽度(D)；

所述光波导包括第一光波导单元(WG1)和第二光波导单元(WG2)，所述第一光波导单元(WG1)包括至少一个第一波导基板(SUB1)、至少一个第一输入元件(DOE11)以及至少一个第一输出元件(DOE31)，所述第一输入元件(DOE11)接收所述输入光(IN)并将其耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一输出元件(DOE31)将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)，所述第一输出元件(DOE31)具有第一出光面积(S1)；

所述第二光波导单元(WG2)包括至少一个第二波导基板(SUB2)、至少一个第二输入元件(DOE12)以及至少一个第二输出元件(DOE32)，所述第二输入元件(DOE12)接收所述输入光(IN)并将其耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)，所述第二输出元件(DOE32)将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)，所述第二输出元件(DOE32)具有第二出光面积(S2)；

所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)横向上相互错开形成组合输出元件(DOE30)，所述组合输出元件(DOE30)具有组合出光面积(S),所述组合出光面积(S)大于第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个。

2.根据权利要求1所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述图像光生成单元包括有第一图像光生成单元(ENG1)和第二图像光生成单元(ENG2)，所述第一图像光生成单元(ENG1)包括第一图像源(IMG1)和位于第一图像源(IMG1)前侧的第一准直透镜(LENS1)，第一图像源(IMG1)和第一准直透镜(LENS1)配合生成携带图像信息的第一输入光(IN1)；所述第二图像光生成单元(ENG2)包括第二图像源(IMG2)和位于第二图像源(IMG2)前侧的第二准直透镜(LENS2)，第二图像源(IMG2)和第二准直透镜(LENS2)配合生成携带图像信息的第二输入光(IN2)；所述输入光(IN)包括第一输入光(IN1)和第二输入光(IN2)；所述第一输入光(IN1)和第二输入光(IN2)所携带的图像信息相同；

所述第一输入元件(DOE11)接收所述第一输入光(IN1)并将其耦合输入到所述第一波导基板(SUB1)内，形成在所述第一波导基板(SUB1)内以全内反射方式传播的第一传导光(B1)，所述第一输出元件(DOE31)将所述第一传导光(B1)扩束并耦合输出，形成第一输出光(OUT1)；所述第二输入元件(DOE12)接收所述第二输入光(IN2)并将其耦合输入到所述第二波导基板(SUB2)内，形成在所述第二波导基板(SUB2)内以全内反射方式传播的第二传导光(B2)，所述第二输出元件(DOE32)将所述第二传导光(B2)扩束并耦合输出，形成第二输出光(OUT2)；所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

3.根据权利要求1所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述图像光生成单元还包括第三图像光生成单元(ENG3)，所述第三图像光生成单元(ENG3)包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；所述第三输入光(IN3)与输入光(IN)所携带的图像信息相同；

所述光波导还包括至少一个第三光波导单元(WG3)，所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)、至少一个第三输入元件(DOE13)以及至少一个第三输出元件(DOE33)，所述第三输入元件(DOE13)接收所述第三输入光(IN3)并将其耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三输出元件(DOE33)将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)；所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向上相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件的出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

4.根据权利要求1所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)同时接收输入光(IN)；并所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)彼此间隔、部分重合或边界相切；且所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)共同形成组合输入元件(DOE10)。

5.根据权利要求1或2所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)彼此间隔、部分重合或边界相切；所述组合输出元件(DOE30)的组合出光面积(S)等于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)总和(S1+S2)的0.6-1倍；所述组合输出元件(DOE30)的组合出光面积(S)大于所述第一出光面积(S1)和第二出光面积(S2)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)和所述第二输出光(OUT2)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

6.根据权利要求2所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述图像光生成单元还包括至少一个第三图像光生成单元(ENG3)，所述第三图像光生成单元(ENG3)包括第三图像源(IMG3)和位于第三图像源(IMG3)前侧的第三准直透镜(LENS3)，第三图像源(IMG3)和第三准直透镜(LENS3)配合生成携带图像信息的第三输入光(IN3)；所述第三输入光(IN3)与第一输入光(IN1)以及第二输入光(IN2)所携带的图像信息相同；

所述光波导还包括至少一个第三光波导单元(WG3)，所述第三光波导单元(WG3)包括至少一个第三波导基板(SUB3)、至少一个第三输入元件(DOE13)以及至少一个第三输出元件(DOE33)，所述第三输入元件(DOE13)接收所述第三输入光(IN3)并将其耦合输入到所述第三波导基板(SUB3)内，形成在所述第三波导基板(SUB3)内以全内反射方式传播的第三传导光(B3)，所述第三输出元件(DOE33)将所述第三传导光(B3)扩束并耦合输出，形成第三输出光(OUT3)；所述第三输出元件(DOE33)具有第三出光面积(S3)；所述第三输出元件(DOE33)与所述第一输出元件(DOE31)以及所述第二输出元件(DOE32)横向上或纵向相互错开，共同形成组合输出元件(DOE300)，所述组合输出元件的出光面积大于所述第一出光面积(S1)、第二出光面积(S2)以及第三出光面积(S3)中的任一个；所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)共同形成对应于图像信息的图像输出光(OUT0)。

7.根据权利要求1或2所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：还包括透明反射基板(WS)，所述透明反射基板(WS)接收所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，并反射所述第一输出光(OUT1)和第二输出光(OUT2)，形成可被观察的反射图像光。

8.根据权利要求3或6所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：还包括透明反射基板(WS)，所述透明反射基板(WS)接收所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)，并反射所述第一输出光(OUT1)、第二输出光(OUT2)和第三输出光(OUT3)，形成可被观察的反射图像光。

9.根据权利要求1所述的拼接式光波导显示装置，其特征在于：所述第一输入元件(DOE11)和所述第二输入元件(DOE12)彼此间隔时，第一输入元件(DOE11)和第二输入元件(DOE12)之间的间隔距离小于所述第一光束宽度(D)的三分之一；所述第一输出元件(DOE31)和所述第二输出元件(DOE32)彼此间隔时，第一输出元件(DOE31)和第二输出元件(DOE32)之间的间隔距离小于所述第一输出元件(DOE31)或所述第二输出元件(DOE32)宽度的四分之一。

10.一种交通工具，其特征在于：包括权利要求1-9任意一项所述的光波导显示装置。

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