[发明专利]一种基于衍射光学元件扩瞳的近眼显示系统

说明书

本发明公开了一种基于衍射光学元件扩瞳的近眼显示系统。所述系统包括：激光光源；扩散片，设置在激光光源的出射光路上；MEMS扫描镜，设置在扩散片的出射光路上；衍射光学元件，设置在MEMS扫描镜的出射光路上；准直透镜模组，设置在衍射光学元件的出射光路上；反光镜，设置在准直透镜模组的出射光路上；反射式光栅结构，设置在反光镜的反射光路上，以使得人眼看到真实世界和虚拟世界的叠加影像。本发明能够在简化制作工艺，降低加工难度和制作成本的同时，扩大视场角。

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种基于衍射光学元件扩瞳的近眼显示系统。

背景技术

增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示系统设计是增强现实技术中的关键环节，如何同时提升近眼显示系统的视场角、眼动范围、亮度、均匀性和对比度并减小系统功耗和体积是该研究领域的热点问题。

目前，近眼显示系统常采用LCD(液晶显示)、LED(发光二极管显示)、DLP(数字光处理)和LCOS(硅基液晶)等微显示屏，这些不同类型的微显示器各有各的优缺点，但它们都存在一个共同的缺陷，即视场角受限，要想获得更大的视场角就需要增大这些微显示屏的面积，这会增加系统的体积和重量。眼动范围是指近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，眼睛在该区域内看到的图像最清晰，该区域大小至少要和人眼瞳孔一样大，即4mm左右。由于人眼与近眼显示光学模组间会发生相对移动，要想获取较好的视野就需要扩大眼动范围，扩大眼动范围又叫扩瞳。

目前，常用的扩瞳手段有：在波导片内嵌入多个平行分布的分光膜，光线在波导内传播过程中每遇到一次分光膜耦出一部分光线，通过调节不同位置分光膜的反射透射率来保证耦出图像的均匀性，从而在横向方向实现扩瞳。这种扩瞳方式依赖于传统光学，分光膜的波长和角度敏感性以及贴合平整度需要精确控制，使得加工难度较大，量产良品率较低，另外该方案只实现了单向扩瞳也是一个缺陷。另一种扩瞳方法为在波导片上分布三个光栅区域，分别为耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，其中转折光栅负责横向扩瞳，耦出光栅负责纵向扩瞳。转折光栅和耦出光栅都会划分成多个子分区，光线遇到一个分区后部分光线衍射转向或耦出，剩余部分光线继续沿波导片传播，通过调节每个子分区光栅的高度控制衍射效率来保证耦出图像的均匀性，从而实现双向扩瞳。这种扩瞳方式依赖于衍射光学，光栅区域位置以及不同分区光栅的高度都需要精确调控，加工难度和成本极高，另外基于这种扩瞳方式的光学模组图像亮度及均匀性也较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于衍射光学元件扩瞳的近眼显示系统，以简化制作工艺，降低加工难度和制作成本的同时，扩大视场角。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于衍射光学元件扩瞳的近眼显示系统，包括：

激光光源，用于发出三基色波长激光；

扩散片，设置在所述激光光源的出射光路上，用于对所述三基色波长激光进行整形和匀光，得到设定形状的激光；

MEMS扫描镜，设置在所述扩散片的出射光路上，用于对所述设定形状的激光进行多角度扫描，得到扫描光束；

衍射光学元件，设置在所述MEMS扫描镜的出射光路上，用于将所述扫描光束分为多束扫描光；

准直透镜模组，设置在所述衍射光学元件的出射光路上，用于将多束所述扫描光转换为多束平行光；

反光镜，设置在所述准直透镜模组的出射光路上，用于对多束所述平行光进行反射；

反射式光栅结构，设置在所述反光镜的反射光路上，用于将多束反射光衍射至人眼，以使得所述人眼看到真实世界和虚拟世界的叠加影像。

可选的，所述反射式光栅结构包括基板和设置在所述基板上的反射式光栅层；所述反射式光栅层用于对多束所述反射光进行衍射。