[发明专利]一种可扩大视场的近眼显示视点间距调控方法

说明书

本发明涉及一种可扩大视场的近眼显示视点间距调控方法，通过波导系统的输出耦合元件的阵列实现视点间距的调控；设置多个第一输出耦合元件并在波导表面上依次并排紧贴排列构成阵列，用于多次耦出第一类圆偏振光，从而实现多个第一类视点；设置多个第二输出耦合元件并紧贴在第一输出耦合元件的上层依次并排紧贴或间隔排列构成阵列，用于多次耦出第二类圆偏振光，从而实现多个第二类视点；第一、第二输出耦合元件阵列形成的第一、第二类视点符合人眼瞳孔间距进行间隔排列，第一、第二输出耦合元件的直径可达两倍的视点的空间间距，从而在扩大视场角的同时视点的空间间距符合人眼瞳孔间距。该方法可以在保证较大的视场下，兼顾合适的视点间距。

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，具体涉及到一种可扩大视场的近眼显示视点间距调控方法。

背景技术

增强现实(AR)通过将数字内容与现实世界叠加来使人眼能够同时看到虚拟图像和真实环境。为了获得舒适的视觉体验，AR显示系统需要在保持大的视场的同时兼顾一个大的眼盒。对于视网膜扫描方法，它使用离轴透镜耦合器直接在观察者的视网膜上形成麦克斯韦视图，它的FOV直接由耦合器透镜的f值(F#)决定，因此没有界限，但它受到单个麦克斯韦视图的微小眼盒的影响，要放大眼框，需要将观察点的乘法或转向。对于传统的波导显示，它通过传播光的全内反射(TIR)复制出口瞳孔提供大的眼盒而不会牺牲FOV，但在传统的波导显示器中，光传播角度受到TIR条件下限和上限的限制，以保持外耦合光的良好均匀性，从而设定了总视场的理论极限，这种限制很大程度上是由于采用了外耦合器，它通常是具有固定偏转角但没有任何光功率的光栅。为了在保持大的视场的同时兼顾一个大的眼盒，我们用带有光功率的元件例如透镜阵列代替没有任何光功率的光栅，通过这种方式，我们可以将光传播角度受到的限制转移到带有光功率的元件。

由于结合光波导和视网膜扫描的方法，观察者可直接在视点处观察到清晰的图像或在远处观察由麦克斯韦视图堆叠形成的整体图像。然而，对于眼镜式的AR显示器的正常观看体验，从观看者的眼瞳到眼镜的距离约为1厘米。若想在正常观看体验距离下观察视点的图像并保持大的视场则每个小透镜的尺寸相应的也需要很大。在设计这样的近眼显示系统时也应该考虑人眼的因素，即小透镜的尺寸不应超过人眼瞳孔。因此，结合光波导和视网膜扫描的方法在正常观看体验距离下，合适的视点间距与大的视场角很难同时兼顾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可扩大视场的近眼显示视点间距调控方法，该方法可以在保证较大的视场下，兼顾合适的视点间距。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可扩大视场的近眼显示视点间距调控方法，通过波导系统的输出耦合元件的阵列实现视点间距的调控；设置多个相同的第一输出耦合元件，并在波导表面上依次并排紧贴排列构成阵列，用于多次耦出与第一输出耦合元件匹配响应的第一类圆偏振光，从而实现多个第一类视点；设置多个相同的第二输出耦合元件，并紧贴在第一输出耦合元件的上层依次并排紧贴或间隔排列构成阵列，用于多次耦出与第二输出耦合元件匹配响应的第二类圆偏振光，从而实现多个第二类视点；第一输出耦合元件阵列形成的第一类视点与第二输出耦合元件阵列形成的第二类视点符合人眼瞳孔间距进行间隔排列，第一输出耦合元件与第二输出耦合元件的直径可达到两倍的视点的空间间距，从而在有效扩大视场角的同时视点的空间间距符合人眼瞳孔间距。

进一步地，所述第一输出耦合元件和第二输出耦合元件为一种使用手性液晶(CLC)偏振全息术制造的具有偏振特性的聚焦衍射元件，第一输出耦合元件将与其手性相同的第一类圆偏振光图像汇聚在人眼处形成第一类视点，第二输出耦合元件将与其手性相同的第二类圆偏振光图像汇聚在人眼处形成第二类视点，且第一输出耦合元件和第二输出耦合元件的F#，即f值相同，以保证第一类视点与第二类视点的视场角相同。