CN108803022A - 单眼大视场近眼显示设备及双目大视场近眼显示设备 - Google Patents

单眼大视场近眼显示设备及双目大视场近眼显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了单眼大视场近眼显示设备，包括至少两个图像源显示***、与所述图像源显示***一一对应设置的目镜光学***和近眼显示光学***，每个图像源显示***发出的图像光线经过对应目镜光学***处理后射入近眼显示光学***，所述图像光线从近眼显示光学***射出后射入观察者单眼，各个所述的图像源显示***的图像光线经近眼显示光学***射出后形成的图像相互拼接，形成一个完整图像。从而，每个所述的图像源显示***分别用于显示一个整体图像的局部图像，最后多个局部图像拼接构成完整的整体图像，从而增大设备的单眼视场角。

Description

单眼大视场近眼显示设备及双目大视场近眼显示设备
技术领域
本发明涉及增强现实显示设备技术领域，尤其涉及大视场近眼显示设备。
背景技术
现有的增强现实显示***要综合考虑显示分辨率，视场角，体积重量，显示效果，人眼观测舒适性等等，尤其目前的方案很难实现大视场的显示，现有用于头戴的增强现实显示设备通常14-34度的视场角，这远远不能满足消费市场的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种大视场近眼显示设备，采用拼接的方式实现大视场的近眼显示。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种单眼大视场近眼显示设备，其包括至少两个图像源显示***、与所述图像源显示***一一对应设置的目镜光学***和近眼显示光学***，每个图像源显示***发出的图像光线经过对应目镜光学***处理后射入近眼显示光学***，所述图像光线从近眼显示光学***射出后射入观察者单眼，各个所述的图像源显示***的图像光线经近眼显示光学***射出后形成的图像相互拼接，形成一个完整图像。
从而每个图像源显示***分别用于某个视角范围内的图像显示，并通过图像拼接，增大设备的单眼视场角。
现实世界的光经过所述近眼显示光学***后射入观察者单眼。从而使得本发明可用于增强现实显示设备，将所述拼接形成的图像叠加于现实世界中，达到提高增强显示设备视场角的技术效果。
所述的图像源显示***均可为数字光处理(DLP)显示器、硅基液晶(LCOS)显示器、LCD显示器、OLED显示器、光纤扫描显示器和MEMS扫描图像显示***中的任意一种。
所述的近眼显示光学***为包括平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种、两种或多种。
进一步可选的，所述的近眼显示光学***为平板衍射光波导，该平板衍射光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导的每个进光部均设置有耦合光栅，平板衍射光波导还设置有与所述耦合光栅一一对应的耦出光栅，耦合光栅均用于将目镜光学***出射的光束耦合进入平板衍射光波导，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件，与各耦合光栅相对应的耦出光栅使所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出，各个耦出光栅紧邻设置，从而使得各耦出光栅反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像。可选的，所述的耦合光栅均通过反射射入平板衍射光波导的光束，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件；耦出光栅均通过反射由对应耦合光栅反射并在平板衍射光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出。
进一步可选的，所述的近眼显示光学***为阵列几何光波导，阵列几何光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导的每个进光部均设置有耦合反射部，阵列几何光波导还设置有与所述耦合反射部一一对应的耦出反射部，耦合反射部均用于反射射入阵列几何光波导的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部均通过反射由对应耦合反射部反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导射出，各个耦出反射部紧邻设置，从而使得各耦出反射部反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像。
优选的，所述的近眼显示光学***包括水平扩展波导和垂直扩展波导，经目镜光学***射出的光束经过所述水平扩展波导在水平方向上扩束后，再经过所述垂直扩展波导进行垂直方向上扩束后，射出垂直扩展波导，射入观察者单眼。
从而，由于图像源显示***发出的图像光线在经过水平扩展波导和垂直扩展波导后，将图像光线在垂直方向和水平方向上都进行了扩展，扩大了近眼显示的出瞳直径。
所述的水平扩展波导和垂直扩展波导均可为平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种。
进一步可选的，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为平板衍射光波导，该平板衍射光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导的每个进光部均设置有耦合光栅，平板衍射光波导还设置有与所述耦合光栅一一对应的耦出光栅，耦合光栅均用于反射射入平板衍射光波导的光束，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件；耦出光栅均通过反射由对应耦合光栅反射并在平板衍射光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出，各个耦出光栅紧邻设置，从而使得各耦出光栅反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像；每个所述的耦出光栅均包含多个沿光路依次的光栅本体，通过调节各光栅本体的衍射效率实现扩束并保证扩展出瞳的光亮度均匀性，从而能够实现扩大设备的出瞳直径的效果。
进一步可选的，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为阵列几何光波导，阵列几何光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导的每个进光部均设置有耦合反射部，阵列几何光波导还设置有与所述耦合反射部一一对应的耦出反射部，耦合反射部均用于反射射入阵列几何光波导的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部均通过反射由对应耦合反射部反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导射出，各个耦出反射部紧邻设置，从而使得各耦出反射部反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像；每个所述的耦出反射部均包含多个沿光路依次设置的可反可透膜层，光线在进入阵列几何光波导后传递至该可反可透膜层时，一部分光线会在该可反可透膜层上发生反射，射出阵列几何光波导，另一部分光线会透射过可反可透膜层到下一可反可透膜层，以此类推，从而能够实现扩大设备的出瞳直径的效果。
为了保证光亮度的均匀性，可以根据实际情况设置每个可反可透膜层的反射效率，例如，以阵列几何光波导包括5个可反可透膜层为例，按照光线在水平扩展波导中的传输方向，可以将第1个可反可透膜层的反射率设置为20％，将第2个可反可透膜层的反射率设置为25％，将第3个可反可透膜层的反射率设置为33％，将第4个可反可透膜层的反射率设置为50％，将第5个可反可透膜层的反射率设置为100％，这样，每个可反可透膜层出射的光亮度为总光亮度的20％。
所述的图像源显示***及对应的目镜光学***可设置于近眼显示光学***的观察者人眼侧，也可以设置于近眼显示光学***的观察人眼的对侧，也可以将不同的图像源显示***及对应的目镜光学***分别设置于近眼显示光学***的两侧。
所述至少两个图像源显示***显示的局部图像可以水平拼接和/或垂直拼接。图像源显示***可以为两个、三个或多个。例如，对于任意两个水平拼接的图像源显示***显示的局部图像，其中一个图像源显示***显示的局部图像的水平视场角为a°-b°，另一个图像源显示***显示的局部图像的水平视场角为b°-c°或d°-a°，则这两个图像源显示***显示的局部图像水平拼接后的图像的水平视场角即为a°-c°或d°-b°。又例如，对于任意两个垂直拼接的图像源显示***显示的局部图像，其中一个图像源显示***显示的局部图像的垂直视场角为a°-b°，另一个图像源显示***显示的局部图像的垂直视场角为b°-c°或d°-a°，则这两个图像源显示***显示的局部图像垂直拼接后的图像的垂直视场角即为a°-c°或d°-b°。
本发明另一方面提供了一种双目大视场近眼显示设备，其包括左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备，所述的左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备均为所述的单眼大视场近眼显示设备。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
每个所述的图像源显示***分别用于显示一个整体图像的局部图像，最后多个局部图像拼接构成完整的整体图像，从而增大设备的单眼视场角。
附图说明
图1为本发明的单眼大视场近眼显示设备的结构示意图；
图2为采用平板衍射光波导的单眼大视场近眼显示设备的结构示意图；
图3为采用平板衍射光波导的单眼大视场近眼显示设备的结构示意图；
图4为具有水平扩展波导和垂直扩展波导的单眼大视场近眼显示设备的结构示意图；
图5为近眼显示光学***的一种结构示意图；
图6为单眼大视场近眼显示设备成像示意图；
图7为近眼显示光学***的另一种结构示意图；
图8为近眼显示光学***的第三种结构示意图；
图9为本发明的双目大视场近眼显示设备的光波导部件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供单眼大视场近眼显示设备，采用拼接的方式实现大视场的近眼显示。
本发明实施例第一方面提供一种单眼大视场近眼显示设备，如图1所示，其包括至少两个图像源显示***1、与所述图像源显示***1一一对应设置的目镜光学***2和近眼显示光学***3，每个图像源显示***1发出的图像光线经过对应目镜光学***2处理后射入近眼显示光学***3，所述图像光线从近眼显示光学***3射出后射入观察者单眼，各个所述的图像源显示***1的图像光线经近眼显示光学***3射出后形成的图像相互拼接，形成一个完整图像。
从而每个图像源显示***1分别用于某个视角范围内的图像显示，并通过图像拼接，增大设备的单眼视场角。
现实世界的光经过所述近眼显示光学***3后射入观察者单眼。从而使得本发明可用于增强现实显示设备，将所述拼接形成的图像叠加于现实世界中，达到提高增强显示设备视场角的技术效果。
所述的图像源显示***1均可为数字光处理(DLP)显示器、硅基液晶(LCOS)显示器、LCD显示器、OLED显示器、光纤扫描显示器和MEMS扫描图像显示***中的任意一种。
所述的近眼显示光学***3为包括平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种、两种或多种。
本发明的一些实施例中，如图1所示，所述的近眼显示光学***为平板衍射光波导311，该平板衍射光波导311设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导311的每个进光部均设置有耦合光栅312，平板衍射光波导311还设置有与所述耦合光栅312一一对应的耦出光栅313，耦合光栅312均用于将目镜光学***2出射的光束耦合进入平板衍射光波导311，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件，与各耦合光栅相对应的耦出光栅313使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导311射出，各个耦出光栅313紧邻设置，从而使得各耦出光栅313反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像。可选的，耦合光栅312均通过反射射入平板衍射光波导311的光束，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件；耦出光栅313均通过反射由对应耦合光栅312反射并在平板衍射光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导311射出。
进一步优选的，如图2所示，所述的平板衍射光波导包括沿光路依次设置的第一单色光波导321、第二单色光波导322和第三单色光波导323，所述的耦合光栅均包括沿光路设置于第一单色光波导321和第二单色光波导322之间的第一单色耦合光栅324、沿光路设置于第二单色光波导322和第三单色光波导323之间的第二单色耦合光栅325和沿光路设置于第三单色光波导323后侧的第三单色耦合光栅326；所述的耦出光栅均包括沿光路设置于第一单色光波导321和第二单色光波导322之间的第一单色耦出光栅327、沿光路设置于第二单色光波导322和第三单色光波导323之间的第二单色耦出光栅328和沿光路设置于第三单色光波导323后侧的第三单色耦出光栅329；所述的第一单色耦合光栅324和第一单色耦出光栅327均反射第一单色光并且透射第二单色光束和第三单色光束，第二单色耦合光栅325和第二单色耦出光栅328均反射第二单色光束并且透射第一单色光束和第三单色光束，第三单色耦合光栅326和第三单色耦出光栅329均反射第三单色光束并且透射第一单色光束和第二单色光束。所述的第一单色、第二单色和第三单色可为R、G、B三色中的任意一种，且第一单色、第二单色和第三单色的颜色各不相同。以第一单色、第二单色和第三单色分别为R、G和B为例，光束先射入红色光波导，经由红色耦合光栅324反射该光束中的R光束后并将R光束射入红色光波导321，使得R光束满足红色光波导321的内部全反射条件；G光束和B光束从红色耦合光栅324射出并射入绿色光波导322，经由绿色耦合光栅325反射该光束中的G光束后并将G光束射入绿色光波导322，使得G光束满足绿色光波导322的内部全反射条件；B光束从绿色耦合光栅325射出并射入蓝色光波导323，经由蓝色耦合光栅326反射该光束中的B光束后并将B光束射入绿色光波导322，使得B光束满足蓝色光波导323的内部全反射条件。蓝色耦出光栅329反射由蓝色耦合光栅326反射并在蓝色光波导323内全反射的B光束，使得所述B光束不满足蓝色光波导323的内部全反射条件而从蓝色光波导323射出，并依次透过绿色耦出光栅328、绿色光波导322、红色耦出光栅327、红色光波导321射出；绿色耦出光栅328反射由绿色耦合光栅325反射并在绿色光波导322内全反射的G光束，使得所述G光束不满足绿色光波导322的内部全反射条件而从绿色光波导322射出，并依次透过红色耦出光栅327、红色光波导321射出；红色耦出光栅327反射由红色耦合光栅324反射并在红色光波导321内全反射的R光束，使得所述R光束不满足红色光波导321的内部全反射条件而从红色光波导321射出。
本发明的另一些实施例中，所述的近眼显示光学***为阵列几何光波导331，如图3所示，阵列几何光波导331设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导331的每个进光部均设置有耦合反射部332，阵列几何光波导331还设置有与所述耦合反射部332一一对应的耦出反射部333，耦合反射部332均用于反射射入阵列几何光波导331的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部333均通过反射由对应耦合反射部332反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导331射出，各个耦出反射部333紧邻设置，从而使得各耦出反射部333反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像。
本发明的一些实施例中，如图4所示，所述的近眼显示光学***包括水平扩展波导341和垂直扩展波导342，经目镜光学***射出的光束经过所述水平扩展波导341在水平方向上扩束后，再经过所述垂直扩展波导342进行垂直方向上扩束后，射出垂直扩展波导342，射入观察者单眼。
从而，由于图像源显示***发出的图像光线在经过水平扩展波导341和垂直扩展波导342后，将图像光线在垂直方向和水平方向上都进行了扩展，扩大了近眼显示的出瞳直径。
所述的水平扩展波导341和垂直扩展波导342均可为平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种。
进一步，本发明的一些实施例中，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为平板衍射光波导，参考图1，该平板衍射光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导的每个进光部均设置有耦合光栅312，平板衍射光波导还设置有与所述耦合光栅312一一对应的耦出光栅313，耦合光栅312均用于反射射入平板衍射光波导的光束，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件；耦出光栅313均通过反射由对应耦合光栅312反射并在平板衍射光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出，各个耦出光栅313紧邻设置，从而使得各耦出光栅313反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像；每个所述的耦出光栅313均包含多个沿光路依次的光栅本体，通过调节各光栅本体的衍射效率实现扩束并保证扩展出瞳的光亮度均匀性，从而能够实现扩大设备的出瞳直径的效果。
进一步优选的，参考图2，所述的平板衍射光波导包括沿光路依次设置的第一单色光波导321、第二单色光波导322和第三单色光波导323，所述的耦合光栅均包括沿光路设置于第一单色光波导321和第二单色光波导322之间的第一单色耦合光栅324、沿光路设置于第二单色光波导322和第三单色光波导323之间的第二单色耦合光栅325和沿光路设置于第三单色光波导323后侧的第三单色耦合光栅326；所述的耦出光栅均包括沿光路设置于第一单色光波导321和第二单色光波导322之间的第一单色耦出光栅327、沿光路设置于第二单色光波导322和第三单色光波导323之间的第二单色耦出光栅328和沿光路设置于第三单色光波导323后侧的第三单色耦出光栅329；所述的第一单色耦合光栅324和第一单色耦出光栅327均反射第一单色光并且透射第二单色光束和第三单色光束，第二单色耦合光栅325和第二单色耦出光栅328均反射第二单色光束并且透射第一单色光束和第三单色光束，第三单色耦合光栅326和第三单色耦出光栅329均反射第三单色光束并且透射第一单色光束和第二单色光束，所述的第一单色耦出光栅327、第二单色耦出光栅328和第三单色耦出光栅329均包含多个沿光路依次的光栅本体，通过调节各光栅本体的衍射效率实现扩束并保证扩展出瞳的光亮度均匀性，从而能够实现扩大设备的出瞳直径的效果。
所述的第一单色、第二单色和第三单色可为R、G、B三色中的任意一种，且第一单色、第二单色和第三单色的颜色各不相同。
以第一单色、第二单色和第三单色分别为R、G和B为例，光束先射入红色光波导321，经由红色耦合光栅324反射该光束中的R光束后并将R光束射入红色光波导321，使得R光束满足红色光波导321的内部全反射条件；G光束和B光束从红色耦合光栅324射出并射入绿色光波导322，经由绿色耦合光栅325反射该光束中的G光束后并将G光束射入绿色光波导322，使得G光束满足绿色光波导322的内部全反射条件；B光束从绿色耦合光栅325射出并射入蓝色光波导323，经由蓝色耦合光栅326反射该光束中的B光束后并将B光束射入绿色光波导322，使得B光束满足蓝色光波导323的内部全反射条件。蓝色耦出光栅329反射由蓝色耦合光栅326反射并在蓝色光波导323内全反射的B光束，使得所述B光束不满足蓝色光波导323的内部全反射条件而从蓝色光波导323射出，并依次透过绿色耦出光栅328、绿色光波导322、红色耦出光栅327、红色光波导321射出；绿色耦出光栅328反射由绿色耦合光栅325反射并在绿色光波导322内全反射的G光束，使得所述G光束不满足绿色光波导322的内部全反射条件而从绿色光波导322射出，并依次透过红色耦出光栅327、红色光波导321射出；红色耦出光栅327反射由红色耦合光栅324反射并在红色光波导321内全反射的R光束，使得所述R光束不满足红色光波导321的内部全反射条件而从红色光波导321射出。
本发明的另一些实施例中，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为阵列几何光波导，参考图4所示，阵列几何光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导的每个进光部均设置有耦合反射部332，阵列几何光波导还设置有与所述耦合反射部332一一对应的耦出反射部333，耦合反射部332均用于反射射入阵列几何光波导的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部333均通过反射由对应耦合反射部332反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导射出，各个耦出反射部333紧邻设置，从而使得各耦出反射部333反射出的图像的边缘相拼接，以形成一个完整图像；每个所述的耦出反射部333均包含多个沿光路依次设置的可反可透膜层，光线在进入阵列几何光波导后传递至该可反可透膜层时，一部分光线会在该可反可透膜层上发生反射，射出阵列几何光波导，另一部分光线会透射过可反可透膜层到下一可反可透膜层，以此类推，从而能够实现扩大设备的出瞳直径的效果。
为了保证光亮度的均匀性，可以根据实际情况设置每个可反可透膜层的反射效率，例如，以阵列几何光波导包括5个可反可透膜层为例，按照光线在水平扩展波导中的传输方向，可以将第1个可反可透膜层的反射率设置为20％，将第2个可反可透膜层的反射率设置为25％，将第3个可反可透膜层的反射率设置为33％，将第4个可反可透膜层的反射率设置为50％，将第5个可反可透膜层的反射率设置为100％，这样，每个可反可透膜层出射的光亮度为总光亮度的20％。
本发明实施例中，所述的图像源显示***及对应的目镜光学***可设置于近眼显示光学***的观察者人眼侧，如图1、图5所示；也可以将不同的图像源显示***及对应的目镜光学***分别设置于近眼显示光学***的两侧，如图2所示；同理，也可以设置于近眼显示光学***的观察人眼的对侧。
本发明实施例中，图像源显示***可以为两个、三个或多个。每个所述的图像源显示***显示一个整体图像的局部图像，最后多个局部图像拼接构成完整的整体图像，从而增大设备的单眼视场角。所述至少两个图像源显示***显示的局部图像可以水平拼接和/或垂直拼接。例如，对于任意两个水平拼接的图像源显示***显示的局部图像，其中一个图像源显示***显示的局部图像的水平视场角为a°-b°，另一个图像源显示***显示的局部图像的水平视场角为b°-c°或d°-a°，则这两个图像源显示***显示的局部图像水平拼接后的图像的水平视场角即为a°-c°或d°-b°。又例如，对于任意两个垂直拼接的图像源显示***显示的局部图像，其中一个图像源显示***显示的局部图像的垂直视场角为a°-b°，另一个图像源显示***显示的局部图像的垂直视场角为b°-c°或d°-a°，则这两个图像源显示***显示的局部图像垂直拼接后的图像的垂直视场角即为a°-c°或d°-b°。
例如图5给出了图像源显示***数量为两个，两个图像源显示***显示的局部图像水平拼接的实施例的近眼显示光学***结构图，其中一个局部图像通过近眼显示光学***传输后对应的视场角为0度到最大视场角(如40°)，另一个图像经过近眼显示光学***传输后对应的视场角为负的最大视场角(如-40°)到0度，正负只代表相应的方向，通过拼接就可以实现80°的视场角，其最终的成像示意图如图6所示。
如图7给出了图像源显示***数量为四个，四个图像源显示***显示的局部图像呈矩阵拼接的实施例的近眼显示光学***结构图，该实施例既增大了水平视场角，也增大了垂直视场角。如图8给出了图像源显示***数量为四个，四个图像源显示***显示的局部图像水平拼接的实施例的近眼显示光学***的结构图，从而增大了水平视场角。
如图5、图7-图8给出的实施例所示，本发明中的近眼显示光学***为一个一体成型的光波导部件，通过在一体成型的光波导部件的所需部位加工相应的波导结构使得近眼显示光学***局部所需的功能。
本发明另一方面提供了一种双目大视场近眼显示设备，其包括左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备，所述的左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备均为所述的单眼大视场近眼显示设备。如图9所示，给出了一种将左眼大视场近眼显示设备的近眼显示光学***和右眼大视场近眼显示设备的近眼显示光学***整合为一体结构的光波导部件的结构示意图。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
每个所述的图像源显示***分别用于显示一个整体图像的局部图像，最后多个局部图像拼接构成完整的整体图像，从而增大设备的单眼视场角。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，包括至少两个图像源显示***、与所述图像源显示***一一对应设置的目镜光学***和近眼显示光学***，每个图像源显示***发出的图像光线经过对应目镜光学***处理后射入近眼显示光学***，所述图像光线从近眼显示光学***射出后射入观察者单眼，各个所述的图像源显示***的图像光线经近眼显示光学***射出后形成的图像相互拼接，形成一个完整图像。
2.如权利要求1所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的图像源显示***均可为DLP显示、LCOS显示器、LCD显示器、OLED显示器、光纤扫描显示器和MEMS扫描图像显示***中的任意一种。
3.如权利要求1所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的近眼显示光学***为包括平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种、两种或多种。
4.如权利要求3所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的近眼显示光学***为平板衍射光波导，平板衍射光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导的每个进光部均设置有耦合光栅，平板衍射光波导还设置有与所述耦合光栅一一对应的耦出光栅，耦合光栅均用于将目镜光学***出射的光束耦合进入平板衍射光波导使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件，与各耦合光栅相对应的耦出光栅使所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出，各个耦出光栅紧邻设置。
5.如权利要求3所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的近眼显示光学***为阵列几何光波导，阵列几何光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导的每个进光部均设置有耦合反射部，阵列几何光波导还设置有与所述耦合反射部一一对应的耦出反射部，耦合反射部均用于反射射入阵列几何光波导的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部均通过反射由对应耦合反射部反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导射出，各个耦出反射部紧邻设置。
6.如权利要求1所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的近眼显示光学***包括水平扩展波导和垂直扩展波导，经目镜光学***射出的光束经过所述水平扩展波导在水平方向上扩束后，再经过所述垂直扩展波导进行垂直方向上扩束后，射出垂直扩展波导，射入观察者单眼。
7.如权利要求6所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的水平扩展波导和垂直扩展波导均可为平板衍射光波导、阵列几何光波导或自由曲面光波导中的任意一种。
8.如权利要求7所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为平板衍射光波导，平板衍射光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，平板衍射光波导的每个进光部均设置有耦合光栅，平板衍射光波导还设置有与所述耦合光栅一一对应的耦出光栅，耦合光栅均用于反射射入平板衍射光波导的光束，使得所述光束满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件；耦出光栅均通过反射由对应耦合光栅反射并在平板衍射光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述平板衍射光波导的内部全反射条件而从平板衍射光波导射出，各个耦出光栅紧邻设置，每个所述的耦出光栅均包含多个沿光路依次的光栅本体，通过调节各光栅本体的衍射效率实现扩束并保证扩展出瞳的光亮度均匀性。
9.如权利要求7所述的单眼大视场近眼显示设备，其特征在于，所述的水平扩展波导或垂直扩展波导为阵列几何光波导，阵列几何光波导设置有与目镜光学***一一对应的进光部，阵列几何光波导的每个进光部均设置有耦合反射部，阵列几何光波导还设置有与所述耦合反射部一一对应的耦出反射部，耦合反射部均用于反射射入阵列几何光波导的光束，使得所述光束满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件；耦出反射部均通过反射由对应耦合反射部反射并在阵列几何光波导内全反射的光束，使得所述光束不满足所述阵列几何光波导的内部全反射条件而从阵列几何光波导射出，各个耦出反射部紧邻设置；每个所述的耦出反射部均包含多个沿光路依次设置的可反可透膜层，光线在进入阵列几何光波导后传递至该可反可透膜层时，一部分光线会在该可反可透膜层上发生反射，射出阵列几何光波导，另一部分光线会透射过可反可透膜层到下一可反可透膜层。
10.一种双目大视场近眼显示设备备，其特征在于，包括左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备，所述的左眼大视场近眼显示设备和右眼大视场近眼显示设备均为如权利要求1-9中任意一项所述的单眼大视场近眼显示设备。
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