[发明专利]用于增强现实显示的装置和系统

说明书

本发明涉及图像显示技术，特别涉及用于增强现实显示的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。用于增强现实显示的装置包含：光波导镜片；设置于光波导镜片表面的第一～第三光学功能结构，其中，第二光学功能结构位于第一光学功能结构与第三光学功能结构之间，入射至第一光学功能结构的光线在第一光学功能结构的作用下形成第一光束和第二光束，其中，第一和第二光束在光波导镜片内经全反射方式传播至第二光学功能结构，并且在第二光学功能结构的作用下，第一和第二光束在光波导镜片内经全反射方式传播至第三光学功能结构，并经第三光学功能结构融合后出射。

技术领域

本发明涉及图像显示技术，特别涉及用于增强现实显示的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。

背景技术

增强现实(AR)技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成在一起的新型显示技术。它不仅展现真实世界的信息，而且还将虚拟信息同时显示出来，从而实现两种信息的相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，利用头盔显示器将真实世界与计算机生成的虚拟图像叠加在一起的混合图像呈现给用户。

目前主流的近眼式增强现实显示设备大多采用光波导原理。例如，在典型的增强现实显示设备中，微显示空间光调制器(例如LCOS)上的图像经过三片全息光栅耦合至光波导，随后经三片光波导分别传输，最后在人眼正前方通过相应的全息光栅耦合输出以投影至人眼。为了实现彩色投影，可以采用多层光波导的方式。然而基于上述工作原理的增强现实显示设备存在多个缺点。例如，视场范围内效率不均衡，造成显示明暗，从而影响体验效果。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于增强现实显示的装置，其具有出瞳范围内光线扩展效率均衡性好和结构简单等优点。

按照本发明一个方面的用于增强现实显示的装置包含：

光波导镜片；以及

设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构和第三光学功能结构，

其中，所述第二光学功能结构位于所述第一光学功能结构与所述第三光学功能结构之间，

其中，入射至所述第一光学功能结构的光线在所述第一光学功能结构的作用下形成第一光束和第二光束，其中，所述第一光束在所述光波导镜片内经全反射方式传播至所述第二光学功能结构，所述第二光束在所述光波导镜片内经全反射方式传播至所述第二光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构的作用下，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内经全反射方式传播至所述第三光学功能结构，并经所述第三光学功能结构融合后出射。

优选地，在上述装置中，所述第一光束和第二光束在所述光波导镜片内的传播路径相对于基准轴线具有对称性，所述基准轴线垂直于所述装置的水平轴。

优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构和第三光学功能结构相对于所述基准轴线对称地设置于所述光波导镜片表面，并且所述第二光学功能结构位于所述第一光学功能结构与第三光学功能结构之间。

优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构和第三光学功能结构为二维光栅，所述第二光学功能结构为一维光栅，该一维光栅被配置为使所述第一光束和第二光束以相对于所述基准轴线对称的入射角进入所述第三光学功能结构。

优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构、第二光学功能结构和第三光学功能结构相对于所述基准轴线对称地设置于所述光波导镜片表面，所述第二光学功能结构包含对称地位于所述第一光学功能结构与第三光学功能结构之间的第一子结构和第二子结构，所述第一光束和第二光束分别传播至所述第一子结构和第二子结构。

优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构和第三光学功能结构为二维光栅，所述第一子结构和第二子结构为一维光栅，其被配置为使所述第一光束和第二光束以相对于所述基准轴线对称的入射角进入所述第三光学功能结构。