近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备，包括激光光源、分光组件、光纤阵列、放大镜组和控制器，所述分光组件包括M*N个输出通道，所述光纤阵列的出射端面为曲面，且所述光纤阵列的出射端面设置在所述放大镜组的焦距内；所述激光光源输出的激光经过所述分光组件后，被分成M*N个光束；所述控制器电性连接所述分光组件，用于根据影像信息的显示视场灰度，控制所述分光组件中每个输出通道的开启和关闭；所述光纤阵列中的光纤与所述M*N个输出通道耦合，用于传输从所述分光组件输出的输出光束；所述放大镜组设置在所述光纤阵列的出射光路上，用于将所述光纤阵列出射的所述输出光束折射至人眼。
【专利说明】
近眼显示系统、虚拟现实设备及増强现实设备
技术领域
[0001]本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备。
【背景技术】
[0002]随着计算机视觉技术的飞速发展，使得增强现实技术和虚拟现实技术也随之飞速发展。增强现实技术通常基于摄像头等图像采集设备获得的真实物理环境影像，通过计算机系统识别分析及查询检索，将与之存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的虚拟图像显示在真实物理环境影像中，从而使用户能够获得身处的现实物理环境中的真实物体的标注、说明等相关扩展信息，或者体验到现实物理环境中真实物体的立体的、突出强调的增强视觉效果。而虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，该模拟环境能够同时通过视觉、听觉、触觉等反馈方式，使得用户沉浸到模拟环境展示出的虚拟世界中。
[0003]现有的增强现实技术和虚拟现实技术为了显示更大的显示视场，可以采用放大镜组来成像，但是在通过放大镜组来成像时，会存在像差，而像差的存在，使得图像显示源经放大镜组放大后，出现中心区域成像清晰和边缘区域成像模糊的情况，使得现有技术在采用放大镜组进行成像时，存在成像的清晰度低的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备，在使用放大镜组成像时，能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
[0005]本发明实施例第一方面提供了一种近眼显示系统，包括激光光源、分光组件、光纤阵列、放大镜组和控制器，所述分光组件包括M*N个输出通道，所述光纤阵列的出射端面为曲面，且所述光纤阵列的出射端面设置在所述放大镜组的焦距内，M和N均为不小于2的整数；
[0006]所述激光光源用于输出根据影像信息调制的激光;所述激光光源输出的激光经过所述分光组件后，被分成M*N个光束;所述控制器电性连接所述分光组件，用于根据所述影像信息的显示视场灰度，控制所述分光组件中每个输出通道的开启和关闭；所述光纤阵列中的光纤与所述M*N个输出通道耦合，用于传输从所述分光组件输出的输出光束;所述放大镜组设置在所述光纤阵列的出射光路上，用于将所述光纤阵列出射的所述输出光束折射至人眼。
[0007]可选的，所述激光光源包括三色激光光源、准直镜组、合束器、親合器和親合光纤，其中，所述三色激光光源输出三色激光;所述准直透镜组设置于所述三色激光光源的出射光路上，用于对所述三色激光进行准直处理;所述合束器设置于所述准直透镜组的出射光路上，用于将所述准直透镜组出射的激光进行合束处理;所述耦合器设置于所述合束器的出射光路上，用于将所述合束器出射的激光耦合到所述耦合光纤中；所述耦合光纤与所述耦合器相连，所述耦合光纤用于传输经过所述耦合器的激光。
[0008]可选的，所述光纤阵列由M行N列光纤紧密排布而成。
[0009]可选的，所述分光组件包括I个1*M型的第一光分路器和M个1*N型的第二光分路器，所述第一光分路器的入射端与所述激光光源的出射端相连，所述M个第二光分路器与所述第一光分路器的M个出射端一一相连。
[0010]可选的，所述分光组件包括I个1*M型的第一光分路器、M个1*N型的第二光分路器和M*N个通道开关，所述第一光分路器的入射端与所述激光光源的出射端相连，所述M个第二光分路器与所述第一光分路器的M个出射端一一相连;所述M*N个通道开关用于控制所述M*N个输出通道的开启和关闭，所述M*N个通道开关和所述M*N个输出通道——对应。
[0011]可选的，所述分光组件包括I个M*N型的光分路器，所述M*N型的光分路器集成了M*N个通道开关，所述M*N个通道开关用于控制所述M*N个输出通道的开启和关闭，所述M*N个通道开关和所述M*N个输出通道--对应。
[0012]可选的，所述光纤阵列的出射端面与所述放大镜组的最佳成像曲面重合。
[0013]可选的，所述光纤阵列的出射端面与所述放大镜组的最佳成像曲面重合，具体为:
[0014]根据放大镜成像原理，获取所述放大镜组的最佳成像曲面;再根据预先设置的所述光纤阵列中每根光纤的出射端面尺寸，将所述最佳成像曲面离散化，获取每根光纤在所述最佳成像曲面上的位置，根据所述位置排列每根光纤。
[0015]可选的，所述光纤阵列中的每根光纤的束腰位置均与所述最佳成像曲面的一个位置重合。
[0016]可选的，所述光纤阵列中的每根光纤的端面设置成曲面，每根光纤的曲面出射光束的数值孔径与所述放大镜组的数值孔径相匹配。
[0017]本发明实施例第二方面提供了一种虚拟现实设备，包括如第一方面介绍的近眼显示系统。
[0018]本发明实施例第三方面提供了一种增强现实设备，包括如第一方面介绍的近眼显示系统，外界环境光通过所述近眼显示系统中的放大镜组进入人眼。
[0019]本发明的有益效果如下:
[0020]基于上述技术方案，本发明实施例中光纤阵列的出射端面为曲面，符合所述放大镜组的成像面面型，采用逆光路原理放大时，所述光纤阵列的出射端面发出的图像经放大镜组折射后成像，使得边缘区域成像仍能会很清晰，进而能够提高成像的清晰度，且所述光纤阵列的出射端面设置在放大镜组的焦距内，使得折射后成像为放大正立的虚像，能够使得显示视场增大，由此可知，本申请实施例在确保显示视场的情况下，能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例中近眼显示系统的第一种结构示意图；
[0022]图2为本发明实施例中近眼显示系统的第二种结构示意图；
[0023]图3为本发明实施例中激光光源的结构示意图；
[0024]图4为本发明实施例中激光光源和分光组件的连接结构图；
[0025]图5为本发明实施例中第二光分路器2041的结构示意图；
[0026]图6为本发明实施例中光纤阵列的出射端面为曲面时的光束传输原理图。
[0027]附图中有关标记如下:
[0028]10——激光光源，11——激光光源，12——激光光源，101——红色激光光源，102 绿色激光光源，103 监色激光光源，104 准直镜组，1041 准直镜组，1042 准直镜组，1043 准直镜组，105 含束器，1051 一■向色镜，1052 一■向色镜，1053 一■向色镜，106 親合器，107 親合光纤，20 分光组件，21 分光组件，22——分光组件，201——M*N型的光分路器，202——M*N个通道开关，203——1*M型的第一光分路器，204——M个1*N型的第二光分路器，2041——第二光分路器，205——1*N个通道开关，206——N根耦出光纤，30——光纤阵列，31——第一光纤阵列，32——第二光纤阵列，40--放大镜组，41--第一放大镜组，42--第二放大镜组，50--控制器，
60——左眼，61——右眼。
【具体实施方式】
[0029]本发明提供一种近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备，在使用放大镜组成像时，能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
[0030]下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
[0031]如图1所示，本发明第一方面提供了一种近眼显示系统，包括激光光源10、分光组件20、光纤阵列30、放大镜组40和控制器50，分光组件20包括M*N个输出通道，光纤阵列30的出射端面为曲面，且光纤阵列30的出射端面设置在放大镜组40的焦距内，M和N均为不小于2的整数；
[0032]激光光源10用于输出根据影像信息调制的激光;激光光源10输出的激光经过分光组件20后，被分成M*N个光束;控制器50电性连接分光组件20，用于根据所述影像信息的显示视场灰度，控制分光组件20中每个输出通道的开启和关闭；光纤阵列30中的光纤与所述M*N个输出通道耦合，用于传输从分光组件20输出的输出光束;放大镜组40设置在光纤阵列30的出射光路上，用于将光纤阵列30出射的所述输出光束折射至人眼，所述人眼包括人的左眼60和右眼61。
[0033]由于光纤阵列30的出射端面设置在放大镜组40的焦距内，使得放大镜组40将光纤阵列30出射的所述输出光束折射至人眼时，形成放大正立的虚像，如此，能够使得所述近眼显示系统的显示视场增大，且图像的显示面积也会随之增大。
[0034]而且，根据放大镜组40的光学成像原理，由于像差的存在，其成像面不是理想的平面，而是曲面，采用逆光路原理放大时，平面型图像显示源经放大镜组放大后，出现中心区域成像清晰和边缘区域成像模糊的情况。若图像显示源为曲面，符合放大镜组40的成像面面型，采用逆光路原理放大时，曲面型图像显示源经放大镜组放大后，使得边缘区域成像仍能会很清晰，而本发明实施例中光纤阵列30的出射端面为曲面，符合放大镜组40的成像面面型，如此，能够使得使用放大镜组40成像时能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
[0035]继续参见图1，放大镜组40可以分为两组，其中第一放大镜组41对应人的左眼60，第二放大镜组42对应人的右眼61;当然，放大镜组40也可以是一组放大镜组成，本申请不作具体限制。
[0036]本申请实施例中，激光光源10还可以包括S个激光光源，这时每个激光光源对应一个分光组件，通过对应的分光组件将所述S个激光光源出射的激光分成M*N个光束；由于每个激光光源对应一个分光组件，使得分光组件20也包括S个分光组件;而且每个分光组件对应一个光纤阵列，使得光纤阵列30也包括S个光纤阵列，其中，S为不小于2的整数，下面具体以S = 2为例。
[0037]如图2所示，激光光源10由激光光源11和激光光源12组成；同理，分光组件20也由分光组件21和分光组件22组成，以及光纤阵列30也由第一光纤阵列31和第二光纤阵列32组成。
[0038]具体的，在M*N为2的整数倍时，激光光源11发出的激光经分光组件21后，被分成M*N/2个光束，所述M*N/2个光束耦合到第一光纤阵列31中，再通过第一光纤阵列31输出至第一放大镜组41，最后由第一放大镜组41折射进人的左眼60;激光光源12发出的激光经分光组件22后，被分成M*N/2个光束，所述M*N/2个光束耦合到第二光纤阵列32中，再通过第二光纤阵列32输出至第二放大镜组42，最后由第二放大镜组42折射进人的右眼61;当在M*N为奇数时，激光光源11发出的激光经分光组件21后，被分成(M*N+1) /2个光束，所述M*N/2个光束耦合到第一光纤阵列31中，再通过第一光纤阵列31输出至第一放大镜组41，最后由第一放大镜组41折射进人的左眼60;激光光源12发出的激光经分光组件22后，被分成(M*N-1 )/2个光束，所述M*N/2个光束耦合到第二光纤阵列32中，再通过第二光纤阵列32输出至第二放大镜组42，最后由第二放大镜组42折射进人的右眼61。
[0039]具体的，激光光源10可以为单色激光光源或多色激光光源，在为单色激光管光源时，用于显示单色图像;在为多色激光光源时，用于显示单色图像和多色图像;进一步的，激光光源10具体可以为三色激光光源，例如为RGB激光光源等，下面具体以三色激光光源为例。
[0040]本申请实施例中，所述影像信息的显示视场灰度包括所述影像信息对应的图像中每个像素点的灰度，根据所述影像信息可以获取到与其对应的图像中每个像素点的灰度，其中每个像素点的灰度即为一个显示视场的灰度，例如当0°视场的灰度为与其对应的像素点的灰度例如为O?255中的一个值。
[0041]以激光光源10为一个激光光源为例，其结构具体如图3所示，激光光源10包括红色激光光源101、绿色激光光源102和蓝色激光光源103，其中，红色激光光源1I用于发射红色激光，绿色激光光源用于发射绿色激光，蓝色激光光源103用于发射蓝色激光。
[0042]继续参见图3，激光光源10还包括准直镜组104、合束器105、耦合器106和耦合光纤107，准直镜组104设置于激光光源10的出射光路上，用于对激光光源10发射的激光进行准直处理，其中，准直镜组104包括准直镜1041、准直镜1042和准直镜1043，准直镜1041设置于红色激光光源101的出射光路上，用于对红色激光进行准直处理;准直镜1042设置于绿色激光光源102的出射光路上，用于对绿色激光进行准直处理;准直镜1043设置于蓝色激光光源103的出射光路上，用于对蓝色激光进行准直处理。当然，激光光源10还可以是由红色激光光源101、绿色激光光源102、蓝色激光光源103、合束器105、耦合器106和耦合光纤107组成，而未包含准直镜组104，其中，耦合光纤107可以是晶状体纤维光纤例如二氧化硅光导纤维。
[0043]继续参见图3，合束器105设置于准直镜组104的出射光路上，用于将准直镜组104出射的激光进行合束处理，其中，合束器105包括二向色镜1051、二向色镜1052和二向色镜1053，其中，二向色镜1051反射红光和透射绿光，二向色镜1052透射绿光，二向色镜1053透射红绿光和反射蓝光，从而将准直镜组104发出的激光合成为一个光路，在此就不再赘述了。
[0044]继续参见图3，耦合器106设置于合束器106的出射光路上，用于将合束器105出射的激光親合到親合光纤107中；親合光纤107与親合器106相连，親合光纤107用于传输经过親合器106的激光。
[0045]本申请实施例中，在激光光源10包括S个激光光源时，其中每一个激光光源的结构具体如图3所示，在此就不再赘述了。
[0046]以分光组件20为一个分光组件为例，参见图1，分光组件20可以为I个M*N型的光分路器201，M*N型的光分路器201集成了 M*N个通道开关202，M*N个通道开关202用于控制所述M*N个输出通道的开通和断开，M*N个通道开关202和所述M*N个输出通道——对应；当然，分光组件20还可以是I个M*N型的光分路器201和M*N个通道开关202，其中，所述通道开关可以是光开关或光衰减器或光强调制器等，在所述通道开关为光开关时，能够控制输出通道的开通和断开;在所述通道开关为光衰减器时，通过所述光衰减器不仅能够控制输出通道的开通和断开，还能够控制输出通道输出光束的能量，其中，在输出通道开通时，光束通过输出通道传输至光纤阵列30;在输出通道断开时，光束不能通过输出通道传输至光纤阵列30。
[0047]其中，在所述通道开关为光衰减器时，通过光衰减器控制对应的输出通道的输出能量为0，即可以确定该输出通道已断开;若通过光衰减器控制对应的输出通道的输出能量大于0，即可以确定该输出通道已开通。
[0048]具体来讲，参见图4，分光组件20还可以是I个1*M型的第一光分路器203、M个1*N型的第二光分路器204和M*N个通道开关202，第一光分路器203的入射端与激光光源10的出射端相连，即第一光分路器203的入射端与親合光纤107相连，M个第二光分路器204与第一光分路器203的M个出射端——相连;M*N个通道开关202用于控制所述M*N个输出通道的开通和断开，M*N个通道开关202和所述M*N个输出通道一一对应，进而使得每个输出通道可以通过相应的通道开关来独立控制该输出通道的开通和断开，其中，每个输出通道均为一根光纤，使得M*N个输出通道202 S卩为M*N根光纤。
[0049]其中，分光组件20在将激光光源10输出的激光分成M*N个光束时，用于将激光光源10输出的激光分成能量相等的M*N个光束，例如红色激光光源101设置的最大输出能量为ER，经分光组件20分束后最终光纤分束器的每一输出通道的出射端出射的最大能量为ER/(M*N)，每一根光纤出射的能量能够显示所述影像信息对应的图像的所有灰度等级。例如所述影像信息对应的图像的灰度等级为8位，即有0-255这256个灰度等级，单位灰度对应的红色激光需求能量为ER/(M*N)/256，在所述图像的灰度为255时，则可以通过光衰减器控制输出通道出射的能量为ER/(M*N);在所述图像的灰度为160时，则通过光衰减器控制输出通道出射的能量为ER*(160+l)/(M*N)/256，用于使得该输出通道出射的能量与图像的灰度所需能量相匹配。
[0050]当然，在使用光开关控制光纤出射光束来实现256个灰度等级时，可以通过光开关控制输出通道的开启时长来实现，例如可以获取光纤显示所述影像信息对应的图像中的一个像素点的像素时长，再根据所述图像的灰度等级来划分所述像素时长，若图像的灰度等级为8位，即有0-255这256个灰度等级，则将所述像素时长划分为256段，若显示的像素的灰度为160时，则控制光纤显示该像素的时长为所述像素时长*( 160+1 )/256。
[0051 ] 参见图5，以M个第二光分路器204中的一个第二光分路器2041为例，第二光分路器2041的入射端与第一光分路器203的一个出射端相连，第二光分路器2061的N个出射端与I*N个通道开关205——相连，1*N个通道开关205的输出端还可以连接N根耦出光纤206，用于与光纤阵列30中的光纤相连，其中，1*N个通道开关205用于控制第二光分路器2041的N个出射端的开通和断开，即控制第二光分路器2041的N个输出通道的开通和断开。
[0052]具体的，光纤阵列30由M行N列光纤紧密排布而成，即包括M*N根光纤，所述M*N个输出通道输出的光束耦合进所述M*N根光纤，再通过所述M*N根光纤将所述M*N个输出通道输出的光束进行偏转，将偏转后的光束投射至人眼，其中，所述紧密排布为每相邻两根光纤之间的间隔不大于预设距离，所述预设距离根据实际情况来设定，所述预设距离可以为不小于2 5微米(um)的值，例如为2 5um、30um和3 5um等，本申请不作具体限制。
[0053]具体的，参见图1，光纤阵列30可以组成一个光纤面板，进一步的，光纤阵列30可以封装在透明基板中，光纤阵列30中的光纤为裸光纤外层涂覆一层极薄的透明保护胶即涂覆层，每相邻两根光纤之间的空隙用与所述涂覆层折射率相同或近似的材料填充，以使得外界环境光穿过所述透明基板时，外界环境光在所述透明基板中偏转的角度相同，使得用户更真实的观察到的现实外界环境，其中，所述透明基板为透明度大于预设透明度的基板，所述预设透明度的取值范围为75%-100%，即可以为75%-100%之间的任意一个值，例如为75%、85% 和 100% 等。
[0054]本申请实施例中，光纤阵列30中一根光纤对应一个像素点，在显示所述影像信息对应的图像时，将所述图像中的像素点与光纤阵列30中光纤进行对应，使得所述近眼系统一次可以显示所述图像中的所有像素点，在所述图像为单色图像时，可以通过一次显示即可显示所述图像的所有像素点；在所述图像为彩色图像时，可以采用时序的方式来显示所述图像，这时需要至少通过三次显示即可显示所述图像的所有像素点。
[0055]本申请实施例中，在所述通道开关为光开关时，控制器50根据所述影像信息的显示视场灰度，控制分光组件20中的每个输出通道的开通和断开，具体为:控制50根据每个像素点的灰度，从所述M*N个输出通道中选取K*F个输出通道并控制其开启时长，而将未被选取的输出通道断开，其中，所述K*F个输出通道与每个像素点相对应，其中，控制器50可以是单片机、处理芯片和控制电路等。
[0056]进一步的，由于光纤阵列30中的M*N根光纤与所述M*N个输出通道耦合，在K*F个输出通道开通时，K*F个输出通道输出的输出光束会传输至与其对应的K*F根光纤，使得控制器50通过相应的光开关来控制所述K*F根光纤的输出光束，并将输出的光束投射至人眼，在通过相应的光开关来控制所述K*F根光纤的输出光束时，控制器50根据每个像素点的灰度，控制所述K*F根光纤中每根光纤输出光束的时长，进而使得输出的光束能够显示每个像素点的灰度，而且由于K和F均为正整数，使得每一时刻可以开启多个输出通道，即每一时刻可以通过多根光纤来输出多个视场光即多个像素点，而现有技术每一时刻仅能显示一个像素点，由于图像的像素点是不变的，而在每一时刻显示的像素点的数量增多时，其通道开关的开关频率必然会降低，如此，能够有效降低通道开关的开关频率，以及在单位时间内开关频率降低的情况下，其能量利用率也会随之提高。
[0057]本申请实施例中，在所述通道开关为光衰减器时，控制器50根据所述影像信息的显示视场灰度，控制分光组件20中的每个输出通道的开通和断开，具体为:控制器50根据每个像素点的灰度，从所述M*N个输出通道中选取K*F个输出通道并控制其中每个输出通道的输出能量，而将未被选取的输出通道断开；由于光纤阵列30中的M*N根光纤与所述M*N个输出通道耦合，在K*F个输出通道开通时，K*F个输出通道输出的输出光束会传输至与其对应的K*F根光纤，使得控制器50通过相应的光衰减器来控制所述K*F根光纤中每根光纤的输出能量，并将输出的光束投射至人眼，其中，所述K*F个输出通道的中每个输出通道的输出能量与对应的像素点的灰度所需能量相同或差值很小，并通过光衰减器控制未被选取的输出通道的输出能量为0，如此，能够有效提高图像显示的效果。
[0058]本申请实施例中，光纤阵列30中每根光纤的出射端面可以是平面，也可以是曲面，光纤可以是晶状体纤维光纤例如二氧化硅光导纤维，该种光纤可以获得出射光斑束腰极小和大数值孔径的光束;在光纤的出射端面具有一定弧度的凹曲面时，凹曲面会会聚光束，使得投射至人眼的光束产生的光斑减小，进而能够提高图像显示的效果;在光纤的出射端面具有一定弧度的凸曲面时，凸曲面会发散光束，使得投射至人眼的光束产生的光斑增大，进而在一定程度上影响图像显示的效果;优选的，本申请实施例中每根光纤的出射端面均为凹曲面。
[0059]当然，为提高能量利用率，减小非成像光束引起的杂光，本申请实施例中将每根光纤的端面设置为曲面，且每根光纤的曲面出射光束的数值孔径和放大镜组40的数值孔径匹配。
[0060]本申请实施例中，光纤阵列30的出射端面排布成弧面，每一根光纤对应一个视场光场即一个像素点，因此显示分辨率由每一根光纤的尺寸(口径)和数量决定，其口径越大数量越大，显示分辨率越高，反之，则显示分辨率越低;光纤阵列30中的光纤可以为单模光纤和多模光纤，光纤阵列30的中心区域用单模光纤获得更高的显示分辨率，边缘区域采用多模光纤显不低分辨率。
[0061 ]本申请实施例中，光纤阵列30的出射端面与放大镜组40的最佳成像曲面重合，具体的，可以根据放大镜成像原理，获取放大镜组40的最佳成像曲面，其中，所述最佳成像曲面;再根据预先设置的光纤阵列30中每根光纤的出射端面尺寸，将所述最佳成像曲面离散化，获取每根光纤在所述最佳成像曲面上的位置，根据所述位置排列每根光纤，进而将光纤阵列30的出射端面与放大镜组40的最佳成像曲面重合。
[0062]具体来讲，根据放大镜成像原理，可以计算得到放大镜组40的最佳成像曲面，当光纤阵列30的出射端面与所述最佳成像曲面重合时，使得光纤阵列30的出射端面出射的光束经放大镜组40折射后成像，成像的清晰度远远大于光纤阵列30的出射端面设置为平面的清晰度。进一步的，由于所述最佳成像曲面形成的是放大正立的虚像，使得所述最佳成像曲面位于放大镜组40的焦距内。
[0063]本申请实施例中，由于光纤出射的是高斯光束，其束腰处是光源出射点，光纤参数确定后，光纤的束腰位置和光纤出射端面的相对位置是确定，光纤排布时确保每根光纤的束腰位置位于所述最佳成像曲面上的一个位置，如此，能够进一步提高成像的清晰度。
[0064]具体的，如图6所示，光纤阵列31的出射端面为曲面，且与放大镜组41的最佳成像曲面重合，光纤阵列31中的每根光纤发出的光束为锥形光束，且每根光纤的数值孔径与放大镜组41的数值孔径相匹配，使得每根光纤发出的光束均能够被放大镜组41所接收到并折射至人眼60。
[0065]继续如图6所示，光纤阵列31中的每根光纤的出射端面设置为凹曲面，凹曲面会会聚光束，使得投射至人眼的光束产生的光斑减小，进而能够提高图像显示的效果。
[0066]同理，光纤阵列32的出射端面也为曲面，且与放大镜组42的最佳成像曲面重合，具体结构如图6所示，在此就不再赘述了。
[0067]由于光纤阵列30是封装在所述透明基板，使得外界环境光可以通过所述透明基板和放大镜组40折射至人眼，从而观察到现实外界环境。
[0068]在实际应用过程中，本申请实施例提供的近眼显示系统在用作增强现实显示时，在光纤阵列30的远离人眼一侧设置调光结构，所述调光结构具体为聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称:PDLC)膜层和用于控制所述I3DLC膜层通断电的光开关;采用分时段显示虚拟图像和现实外界环境;设人眼的刷新率为30Hz，将该刷新率对应的时间段分成2段，一段时间用于显示虚拟图像，此段时间内使PDLC膜层的光开关断开，使得TOLC膜层呈不透明状态；另一段时间用于观察现实外界环境，此段时间内使TOLC膜层的光开关开通，从而对PDLC膜层施加电压，使其呈透明状态，使得外界环境光能够通过PDLC膜层和所述透明基板；如此，使得外界环境光能够通过TOLC膜层和所述透明基板再通过放大镜组40折射进入人眼，实现观察到现实外界环境。
[0069]当然，还可以将所述刷新率对应的时间段分成至少3段，其中的一段或多段时间用于显示虚拟图像，剩下的至少一段时间用于观察现实外界环境。
[0070]本发明的有益效果如下:
[0071]基于上述技术方案，本发明实施例中光纤阵列的出射端面为曲面，符合所述放大镜组的成像面面型，采用逆光路原理放大时，所述光纤阵列的出射端面发出的图像经放大镜组折射后成像，使得边缘区域成像仍能会很清晰，进而能够提高成像的清晰度，且所述光纤阵列的出射端面设置在放大镜组的焦距内，使得折射后成像为放大正立的虚像，能够使得显示视场增大，由此可知，本申请实施例在确保显示视场的情况下，能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
[0072]实施例二:
[0073]本发明实施例第二方面提供了一种虚拟现实设备，包括如第一方面介绍的近眼显示系统。
[0074]在第一方面已经详细介绍了近眼显示系统的具体结构以及运行过程，在此就不再赘述了。
[0075]具体的，所述虚拟现实设备还可以包括外壳，所述近眼显示系统设置在所述外壳中。
[0076]实施例三:
[0077]本发明实施例第三方面提供了一种增强现实设备，包括如第一方面介绍的近眼显示系统，外界环境光通过所述近眼显示系统中的放大镜组进入人眼。
[0078]在第一方面中已经详细介绍了近眼显示系统的具体结构以及运行过程，在此就不再赘述了。
[0079]具体的，所述增强现实设备还可以包括外壳，所述第一近眼显示系统和所述第二近眼显示系统均设置在所述外壳中。
[0080]具体的，所述增强现实设备中光纤阵列30封装在透明基板中，使得外界环境光可以通过所述透明基板和放大镜组40折射至人眼，从而观察到现实外界环境。
[0081]在实际应用过程中，所述增强现实设备还包括在光纤阵列30的远离人眼一侧设置调光结构，所述调光结构具体为PDLC膜层和用于控制所述PDLC膜层通断电的光开关;采用分时段显示虚拟图像和现实外界环境;设人眼的刷新率为30Hz，将该刷新率对应的时间段分成2段，一段时间用于显示虚拟图像，此段时间内使TOLC膜层的光开关断开，使得TOLC膜层呈不透明状态；另一段时间用于观察现实外界环境，此段时间内使PDLC膜层的光开关开通，从而对PDLC膜层施加电压，使其呈透明状态，使得外界环境光能够通过TOLC膜层和所述透明基板；如此，使得外界环境光能够通过PDLC膜层和所述透明基板再通过放大镜组40折射进入人眼，实现观察到现实外界环境。
[0082]当然，还可以将所述刷新率对应的时间段分成至少3段，其中的一段或多段时间用于显示虚拟图像，剩下的至少一段时间用于观察现实外界环境。
[0083]本发明的有益效果如下:
[0084]基于上述技术方案，本发明实施例中光纤阵列的出射端面为曲面，符合所述放大镜组的成像面面型，采用逆光路原理放大时，所述光纤阵列的出射端面发出的图像经放大镜组折射后成像，使得边缘区域成像仍能会很清晰，进而能够提高成像的清晰度，且所述光纤阵列的出射端面设置在放大镜组的焦距内，使得折射后成像为放大正立的虚像，能够使得显示视场增大，由此可知，本申请实施例在确保显示视场的情况下，能够有效提高边缘区域成像的清晰度，使得放大镜组成像的清晰度也随之提高。
[0085]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种近眼显示系统，其特征在于，包括激光光源、分光组件、光纤阵列、放大镜组和控制器，所述分光组件包括M*N个输出通道，所述光纤阵列的出射端面为曲面，且所述光纤阵列的出射端面设置在所述放大镜组的焦距内，M和N均为不小于2的整数； 所述激光光源用于输出根据影像信息调制的激光;所述激光光源输出的激光经过所述分光组件后，被分成M*N个光束;所述控制器电性连接所述分光组件，用于根据所述影像信息的显示视场灰度，控制所述分光组件中每个输出通道的开启和关闭；所述光纤阵列中的光纤与所述M*N个输出通道耦合，用于传输从所述分光组件输出的输出光束;所述放大镜组设置在所述光纤阵列的出射光路上，用于将所述光纤阵列出射的所述输出光束折射至人眼。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光光源包括三色激光光源、准直镜组、合束器、耦合器和耦合光纤，其中，所述三色激光光源输出三色激光;所述准直透镜组设置于所述三色激光光源的出射光路上，用于对所述三色激光进行准直处理;所述合束器设置于所述准直透镜组的出射光路上，用于将所述准直透镜组出射的激光进行合束处理;所述耦合器设置于所述合束器的出射光路上，用于将所述合束器出射的激光耦合到所述耦合光纤中；所述耦合光纤与所述耦合器相连，所述耦合光纤用于传输经过所述耦合器的激光。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列由M行N列光纤紧密排布而成。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光组件包括I个1*M型的第一光分路器和M个1*N型的第二光分路器，所述第一光分路器的入射端与所述激光光源的出射端相连，所述M个第二光分路器与所述第一光分路器的M个出射端一一相连。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光组件包括I个1*M型的第一光分路器、M个1*N型的第二光分路器和M*N个通道开关，所述第一光分路器的入射端与所述激光光源的出射端相连，所述M个第二光分路器与所述第一光分路器的M个出射端 相连;所述M*N个通道开关用于控制所述M*N个输出通道的开启和关闭，所述M*N个通道开关和所述M*N个输出通道--对应。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光组件包括I个M*N型的光分路器，所述M*N型的光分路器集成了 M*N个通道开关，所述M*N个通道开关用于控制所述M*N个输出通道的开启和关闭，所述M*N个通道开关和所述M*N个输出通道--对应。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列的出射端面与所述放大镜组的最佳成像曲面重合。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列的出射端面与所述放大镜组的最佳成像曲面重合，具体为: 根据放大镜成像原理，获取所述放大镜组的最佳成像曲面;再根据预先设置的所述光纤阵列中每根光纤的出射端面尺寸，将所述最佳成像曲面离散化，获取每根光纤在所述最佳成像曲面上的位置，根据所述位置排列每根光纤。9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列中的每根光纤的束腰位置均与所述最佳成像曲面的一个位置重合。10.如权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列中的每根光纤的端面设置成曲面，每根光纤的曲面出射光束的数值孔径与所述放大镜组的数值孔径相匹配。11.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一权项所述的近眼显示系统。12.—种增强现实设备，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一权项所述的近眼显示系统，外界环境光通过所述近眼显示系统中的放大镜组进入人眼。
【文档编号】G02B27/01GK105892064SQ201610510978
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】黄琴华
【申请人】成都理想境界科技有限公司