[发明专利]用于头戴式安装的显示设备及显示方法

说明书

本发明提供了一种具有放大眼动框、用于头戴式安装的显示设备，特别是麦克斯韦显示设备。所述显示设备包括：光源，用于发射用于形成图像的光束；光学系统，用于将所述光束引导到光束成形元件。所述光束成形元件用于将多组所述光束的每组光束汇聚到不同的汇聚点，例如汇聚在所述显示设备的出射瞳孔上。每个汇聚点都是用户的视线汇聚点。因此，放大了所述眼动框。

技术领域

本发明涉及用于头戴式安装的显示设备，即头戴式显示(head-mounted display，HMD)设备的领域。例如，所述HMD设备可以是麦克斯韦显示设备。本发明的目的是放大这种显示设备的眼动框。为此，本发明提出一种更好的用于头戴式安装的显示设备及对应的显示方法。

背景技术

HMD设备的概念可以追溯到数十年前，但随着新产品的研发，这一概念如今正受到越来越多的关注。最常见的HMD设备类型是用于将2D图像投射到用户的眼睛中。将左视图像投射到左眼，右视图像投射到右眼。为2D图像提供三维(three-dimensional，3D)视觉效果，如立体3D。然而，没有一种现有的商用设备能提供比立体3D更好的3D图像。因此，此类设备的用户仍然会遭受恶心、头晕和假3D感知等症状。具体地，这些症状由引起晶状体调节的因素与双目3D因素之间的冲突引起，称为辐辏调节冲突(Vergence-Accomodation Conflict，VAC)。

为了避免VAC，需要使用多个物理焦平面以及变焦设备，或需要移除引起晶状体调节的因素来重建完美(或至少接近完美)的深度。然而，生成晶状体调节需要大量的空间或时间信息带宽。因此，到目前为止，仍然没有能够产生完美的(或甚至接近完美的)晶状体调节的深度线索的设备。

麦克斯韦显示设备体现了一种通过去除晶状体调节来解决VAC冲突的方法。所述麦克斯韦显示设备的基本思想是产生理想的光束，并将这些光束投射到用户的眼睛中，以便生成虚拟现实。

特别地，在麦克斯韦显示设备中，通过非常窄(例如，直径小于0.5mm)的光束将图像的每个像素投射到用户的眼睛中，从而使图像的像素总是聚焦在视网膜上。因此，可以解决目前市场上HMD设备的VAC问题。另一个优点是，麦克斯韦显示设备所需的主要组件仅仅主要是扫描显示组件和反射器，这使得整个设备比较紧凑。

然而，窄投影光束也限制了HMD设备的眼动框。因此，当眼睛转动到不同角度时，投射到眼睛中的图像将丢失。这对消费品而言是不合适的。

EP 2 979 128 B1描述了一种用于显示从具有多个出射瞳孔的头戴显示器投射的图像的方法。利用多个入射光束创建多个出射瞳孔。然而，缺点是需要多个光源来生成多个出射瞳孔。此外，不同出射瞳孔的图像亮度不容易同步，因此到达眼睛的光不均匀。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进目前市场上的HMD设备。特别地，本发明的目的是提供一种用于头戴式安装的显示设备，该显示设备一方面不会产生VAC问题，另一方面具有放大的眼动框。此外，所述显示设备应比较紧凑。所述显示设备还应不需要多个光源，能够提供均匀的光分布。

通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现该目的。本发明的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。

特别地，本发明提出，通过使用一个或多个光束成形和/或分离元件为用户创建不同的视线点(例如，在设备的出射瞳孔上)来放大免晶状体调节HMD设备中的眼动框。

本发明的第一方面提供一种适于头戴式安装的显示设备，包括：光源，用于发射用于形成图像的光束的；光学系统，用于将所述光束引导到光束成形元件。所述光束成形元件用于将多组所述光束的每组光束汇聚到不同的汇聚点。