[发明专利]近眼显示装置

说明书

本发明创造公开了近眼显示装置，包括：外透镜单元，其设有沿阵列分布的多个第一微透镜；内透镜单元，其设在所述外透镜单元的内侧，所述内透镜单元设有沿阵列分布的多个第二微透镜，所有的第二微透镜与所有的第一微透镜分别一一对应设置，所述第一微透镜具有从外往内发散光线的结构，所述第二微透镜具有从外往内会聚光线的结构；微显示器，其数量为多个，每个所述第二微透镜与对应的所述第一微透镜之间均设有一个所述微显示器，每个所述微显示器的显示面均朝向所述第二微透镜。本发明创造能够兼顾实景与虚拟图像的成像，并可实现大视场角成像的同时，还能够提升虚拟图像的亮度，相比于现有技术，本发明创造更具技术优势。

技术领域

本发明创造涉及光场显示技术领域，特别涉及近眼显示装置。

背景技术

AR(Augmented Reality，增强现实)技术是20世纪发展起来的一项全新的实用技术，其衍生出来的AR眼镜大大增强了用户的感官体验，营造沉浸式的视觉氛围，AR眼镜的主要功能是作为增强现实的显示器，将数字图像信息与现实融为一体。用户戴上AR眼镜后，不仅能看到虚拟的物体，也能看到真实的环境，两者实时地叠加到了同一个画面中，从而满足用户在现实场景中与虚拟物体的互动。AR技术在军事、娱乐、教育、技术、影视、旅游、医疗等领域有广泛的应用前景。

在现有技术中，AR眼镜主要采用的光学显示系统有三种：棱镜显示系统、自由曲面显示系统和波导显示系统。1.棱镜显示系统:其光学显示系统主要由投影仪和棱镜组成。投影仪把图像投射出来，然后棱镜将图像直接反射到人眼视网膜中，同时外界光线也会以同样的光路进入人眼，产生所谓的叠加感，这类眼镜的厚度和显示区域尺度呈正比。

对于棱镜显示系统来说，其光学系统存在一个视场角与仪器体积的天然矛盾，具有视场角小以及棱镜遮挡视线、眼镜难以捕捉到聚焦方向的缺点，而且透明棱镜在强光下的显示效果不好，显示内容极易受环境影响。代表性的产品有Google glass，受厚度限制，其视场角只有20％左右，外界光线想要进入人眼需要先后经过半透半反膜两次，光能利用率只有约20％，画面较暗。

2.自由曲面显示系统:一般采用有一定反射/透射(R/T)值的自由曲面反射镜，自由曲面是一种有别于球面或者非球面的复杂非常规面形，即用来描述镜头表面面形的数学表达式相对比较复杂，往往不具有旋转对称性。显示器发出的光线直射至凹面镜/合成器，并且反射回人眼内。显示源的理想位置居中，并与镜面平行。

对于自由曲面显示系统来说，其用以光路调节的曲面的理想位置是确保显示源能够覆盖用户的眼睛，所以大多数设计都将显示器移至“轴外”，设置在额头上方。凹面镜上的离轴显示器存在畸变，需要在软件/显示器端进行修正。曲面方案需要在视场角与舒适度之间做权衡，虽然大曲面可实现较大的视场角，但过于笨重而不适合长时间佩戴，而小曲面则通过牺牲视场角来换取舒适度。然而，无论是大曲面还是小曲面，都需要一定的厚度来形成反射镜，无法实现传统眼镜佩戴时的舒适轻薄。同时，由于自由曲面光学的楔形光学元件会扭曲AR图像和环境光，造成图像失真，因此需要集成另一个更大的透镜去补偿扭曲。而且大多数镜片上有明显的反射图案，有碍观瞻还会导致透光率较低。

3.波导显示系统:采用这种技术设计的AR眼镜，一般由显示模组、波导和耦合器三部分组成。显示模组发出的光线被耦合器件耦入光波导中，在波导内以全反射的形式向前传播，到达耦合器件时被耦合出光波导后进入人眼成像。主要的实现方案包括偏振阵列波导与衍射光波导。