[发明专利]增强现实显示设备

说明书

公开了一种增强现实显示设备。根据本实施例的一个形态，提供了一种增强现实显示设备，其包括：微型显示器；中继透镜阵列，其配置为设置在微型显示器的后部，并且由两个或更多个球面或非球面透镜的组合而组成；合成器，其配置为设置在中继透镜阵列的后部，从而将从中继透镜阵列发射的图像光横向投影到下述的基板，并与中继透镜阵列一起使用以实现超短焦图像；透明或半透明的基板，从合成器传输的图像光投影到基板上从而形成图像；涂层或膜，其附接到中继透镜阵列、合成器、或基板的组件部分的一个表面上，以反射、透射或折射从微型显示器传递的图像光。

技术领域

本发明涉及一种增强现实显示设备，并且更具体地，涉及一种增强现实显示设备，其能够通过采用直接在眼睛前面投影图像的方法来得到更宽的视角并体现更大的屏幕，而在显示图像时不使用波导等。

背景技术

本部分中描述的内容仅提供该实施例的背景信息，而不构成现有技术。

增强现实技术是同时显示现实世界和虚拟图像的技术，并且是在现实世界上重叠显示虚拟对象的技术。当实时地与现实世界对象重叠的虚拟图像具有很高的真实感时，穿戴者可以达到难以将现实世界图像与虚拟实现图像区分开的程度。这种技术也称为混合现实(MR)。增强现实技术是一种结合了真实环境和虚拟环境的混合VR系统，目前各个国家都在积极进行研发。

具有通过虚拟世界补充现实世界的概念的增强现实技术是通过将诸如由计算机图形制成的虚拟图像之类的信息叠加和投影到现实环境中来实现的。虚拟图像用于增强真实环境中特定元素的视觉效果或显示与真实世界有关的信息。该增强现实技术被应用于安装在诸如眼镜或头盔的可穿戴设备上的显示器。诸如增强现实眼镜之类的设备不仅包括当前智能电话的所有功能，而且还具有使穿戴者的视觉信息感知能力最大化的功能。未来所有的计算接口都将成为增强现实显示器，因此，苹果、谷歌和Facebook等大型跨国公司正在大力投资进行开发。

尽管全球主要的IT公司正以广泛的应用范围和增强现实显示设备的发展潜力来进行大量投资以占领市场，但可见的结果仍然微不足道。现有的增强现实显示设备的问题如下。

在增强现实显示设备中，需要在视野中显示足够大的屏幕以增加沉浸感和足够的信息传输。为了使真实感和沉浸感最大化，从增强现实眼镜输出的图像的视野应该大约为120度。这对应于人的两只眼睛的视野。然而，当增强现实眼镜实现宽视野以增加向穿戴者输出的屏幕的尺寸时，存在折衷关系，其中设备的尺寸相应地增加。诸如增强现实眼镜之类的可穿戴设备的最新趋势是将设备的尺寸减小到与传统眼镜相差不大的程度(可穿戴设备)。随着设备尺寸的增加，该设备将失去其作为可穿戴设备的优点，并且容易被消费者忽略。然而，迄今为止，与增强现实相关的行业或学术界尚未提供一种增强现实显示设备，该增强现实显示设备被开发为能够舒适地佩戴同时提供宽视野。这是由于缺少光学设计技术。微软的HOLOLENS设备目前被认为是最先进的增强现实眼镜，其视野也为50度。

为了减小包括在Microsoft或MagicLeap生产的增强现实显示设备中的显示光学系统的尺寸，已经使用了使用波导元件传输微显示图像的光学系统。波导型光学系统在设备的小型化方面具有一定的优点，但是具有不能将视野物理地增加到50度以上的水平的限制。在包括波导型光学系统的增强现实显示设备中，视野随着波导元件的折射率物理地增加而增加，但是元件的材料价格随着元件的折射率增加而增加。因此，为了使包括波导型光学系统的增强现实显示设备具有宽的视野，不可避免地使用高折射波导材料，这整体导致作为显示器的增强现实显示设备的价格增加。另外，在包括波导型光学系统的增强现实显示设备中，在使用波导传输微显示图像光的过程中发生严重的图像劣化。为了对此进行补偿，在微显示图像进入波导并将光输出到穿戴者的眼睛的位置处，在波导的表面上构建衍射光学元件或全息光学元件。构建过程非常复杂，需要很多步骤。另外，它导致零件价格上涨。