显示装置、现实增强设备以及显示方法与流程

1.本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示装置、现实增强设备以及显示方法。


背景技术：

2.传统的3d显示装置是基于双目视差呈现出3d的视觉效果，其原理是将显示屏分成左右两部分显示区域，使两个显示区域分别显示具有一定视差的左眼图像和右眼图像，当两幅视差图像分别被人的左右眼接收后，经过大脑的融合产生3d的视觉效果。但是，这种显示装置在人眼观看的过程中，由于晶状体调节产生的聚焦(accomodation)深度一直固定的显示屏上，而由眼部运动产生的会聚(vergence)深度会随着3d物体所在的空间位置而变化，这就导致聚焦深度与会聚深度不一致，即人眼看到的不同景深的画面都会聚在显示屏上，但实际又是存在景深的，于是就出现了视觉辐辏调节冲突问题，进而导致观看者出现眩晕等不适情况。
3.针对视觉辐辏调节冲突问题，有人提出了基于微透镜阵列的集成成像3d显示技术，但是其显示的3d图像分辨率较低，难以满足人眼的视觉需求；还有人提出了多焦面近眼3d显示技术，采用多层屏幕实现不同焦面，然而其缺点是体积相对较大。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种显示装置，包括：第一投影组件、与第一投影组件对应的第一耦入模块、第二投影组件、与第二投影组件对应的第二耦入模块、光波导组件和耦出分光模块，其中
5.第一耦入模块，用于将第一投影组件投射的第一图像光以预设的第一入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第一全反射夹角进行全反射传播以控制第一图像光入射到耦出分光模块；
6.第二耦入模块，用于将第二投影组件投射的第二图像光以预设的第二入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第二全反射夹角进行全反射传播以控制第二图像光入射到耦出分光模块；
7.耦出分光模块，用于将光波导组件内全反射传播的第一图像光按照第一偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第一位置区域，并将光波导组件内全反射传播的第二图像光按照第二偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第二位置区域；
8.第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息，第一图像光和第二图像光均为准直光。
9.在一些可选的实施例中，
10.耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为衍射光栅元件；
11.第一耦入模块和第二耦入模块相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；
12.第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且，第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；
13.显示装置配置为：
14.在一个时段的第一时隙，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块，经第一耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域；
15.在一个时段的第二时隙，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块，经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间。
16.在一些可选的实施例中，第一耦入模块和第二耦入模块为衍射光栅元件，设置在光波导组件靠近人眼的一侧。
17.在一些可选的实施例中，衍射光栅元件为表面浮雕光栅、全息布拉格光栅、可控纳米光栅中的一种。
18.在一些可选的实施例中，第一耦入模块和第二耦入模块为平面反射元件，以预设角度设置在光波导组件的两侧。
19.在一些可选的实施例中，平面反射元件为表面镀膜的楔形反射面元件。
20.在一些可选的实施例中，
21.耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为微反射结构元件；
22.第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；
23.第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；
24.显示装置配置为：
25.在一个时段，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域。
26.在一些可选的实施例中，耦出分光子模块为微三角棱镜，微三角棱镜包括底边、第一侧边和第二侧边，底边的尺寸与子像素的尺寸对应，第一侧边将对应的第一投影组件的子像素投射的第一图像光出射到人眼的第一位置区域，第二侧边将对应的第二投影组件的子像素投射的第二图像光出射到人眼的第二位置区域；
27.耦出分光模块的各耦出分光子模块的第一侧边与光波导组件的法线的夹角沿第一方向依次减小，耦出分光模块的各耦出分光子模块的第二侧边与光波导组件的法线的夹
角沿第一方向依次增大。
28.在一些可选的实施例中，耦出分光模块还包括覆盖各耦出分光子模块的折射率为第一折射率的第一偏折辅助部，第一折射率小于耦出分光子模块的折射率。
29.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块包括分光部和覆盖分光部的第二偏折辅助部，其中，分光部为微反射结构元件，第二偏折辅助部为液晶膜层，液晶膜层响应于施加在其上的电压偏转形成折射率可变的第二折射率，并且第二折射率小于分光部的折射率；
30.第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；
31.第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；
32.显示装置配置为：
33.在一个时段的第一时隙，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第二位置区域；
34.在一个时段的第二时隙，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第三位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第四位置区域；
35.其中，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间，第一时隙的第一图像光和第二图像光、以及第二时隙的第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息。
36.在一些可选的实施例中，
37.第一投影组件和第二投影组件均包括准直背光源和显示面板，其中，准直背光源，用于出射准直背光至显示面板，准直背光源为激光光源；显示面板，用于控制各个像素的出射光的颜色和灰阶，并根据入射的准直背光出射准直的图像光，显示面板为lcd、lcos或micro-oled；
38.和/或
39.光波导组件为透明玻璃基板。
40.本发明第二个方面提供一种现实增强设备，包括上文所述的显示装置。
41.本发明第三个方面提供一种使用上文所述的显示装置的显示方法，包括：
42.使用第一耦入模块将第一投影组件投射的第一图像光以预设的第一入射角度耦
入光波导组件内，并按照预设的第一全反射夹角在光波导组件内进行全反射传播以控制第一图像光入射到耦出分光模块；
43.使用第二耦入模块将第二投影组件投射的第二图像光以预设的第二入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第二全反射夹角在光波导组件内进行全反射传播以控制第二图像光入射到耦出分光模块；
44.使用耦出分光模块将光波导组件内全反射传播的第一图像光按照第一偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第一位置区域；
45.使用耦出分光模块将光波导组件内全反射传播的第二图像光按照第二偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第二位置区域；
46.其中，第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息，第一图像光和第二图像光均为准直光。
47.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为衍射光栅元件；第一耦入模块和第二耦入模块相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且，第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；方法包括：
48.在一个时段的第一时隙：
49.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块，经第一耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域；
50.在一个时段的第二时隙：
51.第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块，经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域；
52.其中，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间。
53.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为微反射结构元件；第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；
54.在一个时段，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域。
55.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块包括分光部和覆盖分光部的第二偏折辅助部，其中，分光部为微反射结构元件，第二偏折辅助部为液晶膜层，液晶膜层响应于施加在其上的电压偏转形成折射率可变的第二折射率，并且第二折射率小于分光部的折射率；第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；方法包括：
56.在一个时段的第一时隙：
57.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第二位置区域；
58.在一个时段的第二时隙：
59.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第三位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第四位置区域；
60.其中，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间，第一时隙的第一图像光和第二图像光、以及第二时隙的第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息。
61.本发明的有益效果如下：
62.本发明针对目前现有的问题，制定一种显示装置、现实增强设备以及显示方法，并通过第一耦入模块和第二耦入模块分别将第一投影组件投影的第一图像光和第二投影组件投影的第二图像光以预定角度耦入光波导组件并在光波导组件中全反射传播，并利用耦出分光模块将第一图像光和第二图像光耦出到人眼的第一位置区域和第二位置区域，使得能够在近眼光场显示中避免视觉辐辏冲突，同时提高近眼光场显示的分辨率，并且轻薄化显示装置的体积，具有广泛的应用前景。
附图说明
63.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
64.图1示出现有技术的实现真光场显示的示意性显示方案。
65.图2示出根据本技术实施例的显示装置的示意性框图。
66.图3示出根据本技术的一个实施例的显示装置的示意性剖视图。
67.图4示出光栅衍射原理示意图。
68.图5示出根据本技术实施例的耦入模块的衍射原理示意图。
69.图6示出根据本技术的另一个实施例的显示装置的示意性剖视图。
70.图7示出根据本技术的另一个实施例的显示装置的示意性剖视图。
71.图8示出图7所示的显示装置的耦出分光模块的耦出原理的示意图。
72.图9示出图7所示的显示装置的耦出分光模块的耦出原理的示意图。
具体实施方式
73.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
74.在现有技术中，如图1所示，为微透镜阵列的光场显示方案，显示屏位于透镜阵列的焦平面上，每个子像素出射的是单一方向的准直光，进入瞳孔的单一方向的光束在空间上有交点，即为光场成像的像点，相邻透镜光束形成的像点在近屏处，相隔透镜光束形成的像点在远屏处，尽管图1中未示出更多光束，但实质上当光束密集时在显示板前方形成多个不同的像点平面。不同的像点构成的平面也是不同的景深面，人眼观看时可以聚焦在任意不同的景深面，从而实现具有不同景深的光场3d显示。
75.然而，微透镜阵列的光场显示方案最大的缺点是显示分辨率不足。同一显示屏上的像素被分配到不同的n个视点，则导致分辨率下降到原屏幕分辨率的1/n(n≥2)，即最少降低一半的分辨率。
76.基于以上问题，如图2所示，本技术的实施提供一种显示装置，包括：第一投影组件、与第一投影组件对应的第一耦入模块、第二投影组件、与第二投影组件对应的第二耦入模块、光波导组件和耦出分光模块，其中
77.第一耦入模块，用于将第一投影组件投射的第一图像光以预设的第一入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第一全反射夹角进行全反射传播以控制第一图像光入射到耦出分光模块；
78.第二耦入模块，用于将第二投影组件投射的第二图像光以预设的第二入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第二全反射夹角进行全反射传播以控制第二图像光入射到耦出分光模块；
79.耦出分光模块，用于将光波导组件内全反射传播的第一图像光按照第一偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第一位置区域，并将光波导组件内全反射传播的第二图像光按照第二偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第二位置区域；
80.第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息，第一图像光和第二图像光均为准直光。
81.在本实施例中，通过第一耦入模块和第二耦入模块分别将第一投影组件投影的第一图像光和第二投影组件投影的第二图像光以预定角度耦入光波导组件并在光波导组件
中全反射传播，并利用耦出分光模块将第一图像光和第二图像光耦出到人眼的第一位置区域和第二位置区域，使得能够在近眼光场显示中避免视觉辐辏冲突，同时提高近眼光场显示的分辨率，并且轻薄化显示装置的体积，具有广泛的应用前景。
82.在一个具体的示例中，如图2所示，显示装置包括第一投影组件201、第一耦入模块203、第二投影组件202、第二耦入模块204、光波导组件205和耦出分光模块207。第一投影组件201向第一耦入模块203投影第一图像光，第二投影组件202向第二耦入模块204投影第二图像光，第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息，且均为准直光。可选地，第一投影组件201和第二投影组件202包括准直背光源和显示面板，其中，准直背光源用于出射准直背光至显示面板，准直背光源为激光光源；显示面板用于控制各个像素的出射光的颜色和灰阶，并根据入射的准直背光出射准直的图像光，显示面板为lcd、lcos或micro-oled。
83.第一耦入模块203将投影到第一耦入模块203的第一图像光以预设的第一入射角耦入光波导组件205并按照第一全反射角在光波导组件205中进行全反射传播从而控制第一图像光入射到耦出分光模块207，另一边，第二耦入模块204将投影到第二耦入模块204的第二图像光以预设的第二入射角耦入光波导组件205并按照第二全反射角在光波导组件205中进行全反射传播从而控制第二图像光入射到耦出分光模块207。光波导组件205用于图像光线的全反射传播，在本实施例中，光波导组件205为普通的透明玻璃基板，具有较高的透明度，本技术对光波导组件不作特殊折射率限定。
84.值得说明的是，在下文中，针对同一模块或组件的不同实施例，将以不同的相似标号表示，例如，针对不同的实施例，第一耦入模块和第二耦入模块的标号为202-1和204-1、202-2和204-2以及202-3和204-3；耦出分光模块的标号为207-1以及207-2。但是，当不需要区分时，第一耦入模块和第二耦入模块表示为第一耦入模块202和第二耦入模块204，耦出分光模块被表示为耦出分光模块207。
85.结合图3所示，在光波导组件205内发生全反射传播的第一图像光(图中为深色实线表示的图像光)入射到耦出分光模块207-1，耦出分光模块207-1将入射的第一图像光以预定的第一偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第一位置区域。在光波导组件205内发生全反射传播的第二图像光(图中为浅色实线表示的图像光)入射到耦出分光模块207-1，耦出分光模块207-1将入射的第一图像光以预定的第二偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第二位置区域。本技术并不旨在限制第一偏折角度和第二偏折角度的具体数值，以保证第一图像光和第二图像光从耦出分光模块207-1射出后入射到人眼的第一位置区域和第二位置区域形成的视点之间的间距小于半瞳孔的大小为准，从而保证人眼能够区分不同的视点，呈现出清晰的像。
86.在一些可选的实施例中，如图3所示，第一耦入模块203-1和第二耦入模块204-1为衍射光栅元件，设置在光波导组件靠近人眼的一侧。衍射光栅元件可以为表面浮雕光栅、全息布拉格光栅、可控纳米光栅中的一种。其中可控纳米光栅例如为液晶光栅、hpdlc光栅。
87.下面参照图4和图5描述当耦入模块为衍射光栅元件时耦入模块对图像光的耦入耦出原理。如图4所示，对于光栅元件而言，以θ0摄入光栅元件的光，经光栅衍射后的衍射角(或者偏折角)为θn，光栅方程为：
88.sinθ
0-sinθn＝mλ/p(m＝0,
±
1，
±
2,
…
)
ꢀꢀꢀ
(1)
89.其中，λ为入射光线波长，p为光栅周期，m为衍射级次，通常选择1级衍射级次，使得其能量最高。衍射后的光束宽度大小为d＝cosθ。
90.如图5所示，图中给出了衍射角度不同时，耦入到光波导组件并入射到耦出分光子单元中的光束的区别，本领域技术人员应理解，这只是为了说明衍射角度对耦入光束的影响，而并不旨在限定同一耦入模块同时具备两种衍射角度。若衍射调制后的衍射角(或者偏折角)θ2》θ1，根据光栅方程(1)可知d1》d2，即，衍射后的光束的衍射角(或者偏折角)越大，则光束宽度越小，则人眼处汇聚的光斑越小，越有利于单眼多视点的光场成像。因此，通过适当设置用作耦入单元的衍射光栅元件的光栅周期，减小光束宽度，从而减小人眼处汇聚的光斑大小。不过，本领域技术人员应理解，对衍射角的选择，需要使得满足在光波导组件中形成全反射传播，以及经过耦出分光模块207耦出后射入人眼的第一位置区域与第二位置区域的两个视点之间需要满足小于半瞳孔的大小。
91.通过以上设置，通过将第一耦入模块203和第二耦入模块204设置为衍射光栅元件，利用光栅衍射调制功能，对第一图像光和第二图像光进行衍射调制使其发生偏折以预设的第一入射角和预设的第二入射角入射光波导组件205，该第一入射角和第二入射角即为衍射角，并使得入射的第一图像光和第二图像光能够在光波导组件205中进行全反射传播，并射入耦出分光模块207，经过耦出分光模块207耦出到人眼的相应位置。通过该方式，在空间上形成光线场，也就是光场成像的像点，人眼可以自动聚焦在空间光场的任意像点平面，从而实现了近眼光场显示。
92.在一些可选的实施例中，如图6所示，第一耦入模块203-2和第二耦入模块204-2为平面反射元件，该平面反射元件可以以预设角度设置在光波导组件205的两侧。在该实施例中，通过合理设置平面反射元件的倾斜角度，使入射到第一耦入模块203-2的第一图像光以预设的第一入射角度射入光波导组件并在光波导组件中进行全反射传播，并射入耦出分光模块，并通过耦出分光模块对不同的子像素出射的第一图像光进行调制，从而使得耦出的第一图像光射入人眼的第一位置区域；使入射到第二耦入模块204-2的第二图像光以预设的第二入射角度射入光波导组件并在光波导组件中进行全反射传播，并射入耦出分光模块207-1，并通过耦出分光模块207-1对不同的子像素出射的第二图像光进行调制，从而使得耦出的第二图像光射入人眼的第二位置区域。通过该方式，在空间上形成光线场，也就是光场成像的像点，人眼可以自动聚焦在空间光场的任意像点平面，从而实现了近眼光场显示。具体地，平面反射元件可以为表面镀膜的楔形反射面元件。
93.进一步参照图3，图3示出了一个可选的实施例，在该实施例中，耦出分光模块207-1设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块207-1在光波导组件205上的正投影覆盖人眼在光波导组件205上的正投影。耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，以将投影组件中每个子像素发射的图像光均耦出并入射到适当的人眼区域。如图3中示出的耦出分光模块207-1的放大示图可见，耦出分光子模块为衍射光栅元件。第一耦入模块203-1和第二耦入模块204-1分别设置在耦出分光模块207-1的两侧。第一投影组件201和第二投影组件202分别设置在光波导组件205靠近人眼的一侧，并且第一投影组件201的出光侧朝向第一耦入模块203-1，第二投影组件202的出光侧朝向所述第二耦入模块204-1。
94.当耦出分光子模块为衍射光栅元件时，耦出分光模块207不能同时耦出第一图像
光和第二图像光，即在一个时段中第一图像光和第二图像光分两个时隙入射到耦出分光模块207-1，对耦出分光模块207-1采取分时复用的方式。本领域技术人员应理解，只要保证投影第一图像光的第一时隙和投影第二图像光的第二时隙之间的间隔小于人眼视觉残留时间，对于人员来说即相当于同时入射到不同的区域，不影响3d成像。
95.具体地，在一个时段的第一时隙，第一投影组件201投射第一图像光至第一耦入模块203-1，经第一耦入模块203-1耦入光波导组件205，耦出分光模块207-1的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域。在该时段的第二时隙，第二投影组件202投射第二图像光至第二耦入模块204-1，经第二耦入模块204-1耦入光波导组件205，耦出分光模块207-1的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域。
96.通过该设置，第一投影组件201和第二投影组件202分时刷新光场图像信息即可利用第一耦入模块203-1和第二耦入模块204-1与光波导组件205和耦出分光模块207-1的配合实现近眼光场显示，有效缓解了人眼观看3d对象时辐辏冲突带来的不适。因为以两个投影组件分时共用一个耦出分光模块，使得相较于传统的微透镜阵列成像，提高了观看的图像分辨率，此外，相较于多层屏幕实现不同焦面的技术，显示装置更加轻薄，可以很好的应用于ar/vr显示。
97.在一些可选的实施例中，如图7所示，图7示出了一个可选的实施例，在该实施例中，第一耦入模块203-3和第二耦入模块204-3设置在光波导组件205远离第一投影组件201和第二投影组件202的一侧，第一耦入模块203-3和第二耦入模块204-3为反射光栅元件，具体衍射调制原理与以上图4和图5中类似，在此不再赘述。通过适当设置用作耦入单元的反射光栅元件的光栅周期，可以减小光束宽度，从而减小人眼处汇聚的光斑大小。即，第一耦入模块203-3和第二耦入模块204-3设置在光波导组件远离人眼的一侧，分别位于耦出分光模块207-2在光波导组件上的正投影的两侧。
98.此外，在该实施例中，耦出分光模块207-2设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件205上的正投影覆盖人眼在光波导组件205上的正投影，耦出分光模块207-2包括与第一投影组件201和第二投影组件203的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为微反射结构元件。第一投影组件201和第二投影组件202分别设置在光波导组件205靠近人眼的一侧，并且第一投影组件201的出光侧朝向第一耦入模块203-3，并且第二投影组件202的出光侧朝向第二耦入模块204-3。在本实施例中，利用微反射结构元件，可以同时向人眼的第一位置区域和第二位置区域出射第一图像光和第二图像光，而不必分时复用耦出分光模块207-2。
99.具体地，在该实施例中，显示装置被配置为：在一个时段，第一投影组件201投射第一图像光至第一耦入模块202-3并经第一耦入模块202-3耦入光波导组件205，第二投影组件202投射第二图像光至第二耦入模块204-3并经第二耦入模块204-3耦入光波导组件205，耦出分光模块207-2的每个耦出分光子模块分别调制对应的第一投影组件201的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域。通过该设置，利用耦出分光模块207-2的设置成微反射结构元件的耦出分光子模块，针对同时分别来自第一投影组件201和第二投影组件202的每个子像素的不同图像光，调制成分别射入人眼不同区域，可以不分时刷新
投影画面的情况下，即可提高画面显示的分辨率，可以简化投影控制过程。
100.具体地，如图8和图9所示，耦出分光子模块为微三角棱镜，微三角棱镜包括底边、第一侧边和第二侧边，底边的尺寸与子像素的尺寸对应，第一侧边将对应的第一投影组件的子像素投射的第一图像光出射到人眼的第一位置区域，第二侧边将对应的第二投影组件的子像素投射的第二图像光出射到人眼的第二位置区域。在图中带箭头的直线表示射入耦出分光模块207-2的第一图像光，未带箭头的直线表示射入耦出分光模块207-2的第二图像光。
101.同时，如图8所示，耦出分光模块207-2的各耦出分光子模块的第一侧边与垂直于光波导组件205的法线的夹角θ沿第一方向依次减小，即，θ1》θ2》θ3…
》θn。当入射到光波导组件205的耦出分光区域的第一图像光的光线角度为α时，光线在耦出分光子模块的作用下，出射光与出射面法线的夹角β满足：n1*sin(α-θn)＝n0*sin(βn)，式中n为整数，n≥1，且n1为耦出分光子模块的折射率，n0为空气或者耦出分光子模块外界环境折射率。其中，光波导组件205的折射率与耦出分光子模块的折射率相同。
102.同理，如图9所示，耦出分光模块207-2的各耦出分光子模块的第二侧边与垂直于光波导组件205的法线的夹角c沿第一方向依次增大，即，c1》c2》c3…
》cn。当入射到光波导组件205的耦出分光区域的第二图像光的光线角度为a时，光线在耦出分光子模块的作用下，出射光与出射面法线的夹角b满足：n1*sin(a-cn)＝n0*sin(bn)，式中n为整数，n≥1，且n1为耦出分光子模块的折射率，n0为空气或者耦出分光子模块外界环境折射率。其中，光波导组件205的折射率与耦出分光子模块的折射率相同。
103.通过以上设置，能够利用微三角棱镜结构的耦出分光子模块将第一投影组件201和第二投影组件202的每个子像素投射的图像光调制到对应的视点位置，并进入人眼成像，从而不必分时复用耦出分光模块207-2即可提高画面显示的分辨率。
104.在一些可选的实施例中，如图7的实施例所示，耦出分光模块207-2还包括覆盖耦出分光子模块的第一偏折辅助部217。第一偏折辅助部217的折射率为n2，仍假定耦出分光子模块的折射率为n1，n2《n1。第一偏折辅助部217用于辅助调节光线的偏折能力。具体地，第一图像光和第二图像光经由耦出分光模块207-2的耦出分光子模块以预定的偏折角度出射后，再经由第一偏折辅助部217进一步调节从而调整出射光的偏折角度以准确射入人眼的相应视点区域，提高偏折角度的准确度，确保在人眼中呈现清晰的像斑。可选地，第一偏折辅助部217为折射率可变的液晶膜层，该液晶膜层的折射率可基于施加在液晶分子上的电压调整，但不限于此，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的第一偏折辅助部，以满足第一偏折辅助部的折射率大于耦出分光子模块的折射率为设计准则，在此不再赘述。
105.在本实施例中，不必分时刷新投影图像的情况下，同一时段内，第一投影组件201和第二投影组件202投影同一图像具有不同光场信息的第一图像光和第二图像光，耦出分光模块207-2利用其耦出分光子模块和第一偏折辅助部217向人眼的第一位置区域和第二位置区域分别出射第一图像光和第二图像光，提高了画面显示的分辨率。
106.在一些可选的实施例中，如图7所示的显示装置还可以结合时分复用器件实现更高分辨率的图像显示。在此情况下，耦出分光子模块包括分光部和覆盖分光部的第二偏折辅助部217，分光部为微反射结构元件，第二偏折辅助部为液晶膜层，液晶膜层响应于施加
在其上的电压偏转形成折射率可变的第二折射率，并且第二折射率小于分光部的折射率。本领域技术人员应理解，为了与上一个实施例区分，此处将结合时分复用器件的设置为液晶膜层的偏折辅助部称为第二偏折辅助部，但因为在示意图中并无明显区别，因此标号仍使用217。
107.具体地，在该实施例中，利用液晶膜层折射率可调的性质，在人眼视觉残留时间范围内的多个时隙，利用第一投影组件201和第二投影组件202分别投影多组图像光，在每个时隙内，通过将液晶膜层的第二折射率调整为不同，则可使多组图像光射入人眼不同的位置区域，从而人眼可以识别多个视点，进一步提高分辨率。
108.进一步具体地，在上述实施例的基础上，可以通过将一个时段分为两个时隙在人眼中呈现四个视点。
109.在一个时段的第一时隙，第一投影组件201投射第一图像光至第一耦入模块203-3并经第一耦入模块203-3耦入光波导组件205，第二投影组件202投射第二图像光至第二耦入模块204-3并经第二耦入模块204-3耦入光波导组件205，耦出分光模块207-2的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件201的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部217调整偏折角度并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件202的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部217调整偏折角度并出射到人眼的第二位置区域。
110.在该时段的第二时隙，第一投影组件201投射第一图像光至第一耦入模块203并经第一耦入模块203耦入光波导组件205，第二投影组件202投射第二图像光至第二耦入模块204并经第二耦入模块204耦入光波导组件205，耦出分光模块207-2的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组201的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第三位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第四位置区域。
111.第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间，第一时隙的第一图像光和第二图像光、以及第二时隙的第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息。
112.通过以上设置，利用设置在分光部上的液晶膜层能够基于施加其上的电压呈现不同折射率的性质，通过设置第一时隙和第二时隙加载在液晶膜层上的电压获得不同的折射率，通过不同偏转角度将不同时隙射出耦出分光模块207-2的图像光进行偏转，从而增加入眼视点数量，进一步提高图像显示的分辨率。
113.需要说明的是，尽管图6示出第一耦入模块和第二耦入模块为平面反射元件，且耦出分光模块为衍射光栅元件的情形，图7示出第一耦入模块和第二耦入模块为与第一投影组件和第二投影组件设置在光波导组件的不同侧的衍射光栅元件，且耦出分光模块的耦出分光子模块为微反射结构元件的情形，但本领域技术人员应理解，耦入模块与耦出分光模块的设置是相对独立的，图3、图6和图7示出的耦入模块还可以与这些图中的耦出分光模块配合形成其他显示装置。即，显示装置还可以包括第一耦入模块203-1和第二耦入模块204-1与耦出分光模块207-2的组合、第一耦入模块203-2和第二耦入模块204-2与耦出分光模块207-2的组合、第一耦入模块203-3和第二耦入模块204-3与耦出分光模块207-1的组合，具体结构原理与以上实施例类似，在此不再赘述。
114.相应于显示装置，本技术的实施例还提供一种使用显示装置的显示方法，包括：
115.使用第一耦入模块将第一投影组件投射的第一图像光以预设的第一入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第一全反射夹角在光波导组件内进行全反射传播以控制第一图像光入射到耦出分光模块；
116.使用第二耦入模块将第二投影组件投射的第二图像光以预设的第二入射角度耦入光波导组件内，并按照预设的第二全反射夹角在光波导组件内进行全反射传播以控制第二图像光入射到耦出分光模块；
117.使用耦出分光模块将光波导组件内全反射传播的第一图像光按照第一偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第一位置区域；
118.使用耦出分光模块将光波导组件内全反射传播的第二图像光按照第二偏折角度耦出光波导组件以进入人眼的第二位置区域；
119.其中，第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信息，第一图像光和第二图像光均为准直光。
120.在本实施例中，通过使用第一耦入模块和第二耦入模块分别将第一投影组件投影的第一图像光和第二投影组件投影的第二图像光以预定角度耦入光波导组件并在光波导组件中全反射传播，并使用耦出分光模块将第一图像光和第二图像光耦出到人眼的第一位置区域和第二位置区域，使得能够在近眼光场显示中避免视觉辐辏冲突，同时提高近眼光场显示的分辨率，并且轻薄化显示装置的体积，具有广泛的应用前景。
121.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为衍射光栅元件；第一耦入模块和第二耦入模块相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且，第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；方法包括：
122.在一个时段的第一时隙：
123.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块，经第一耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域；
124.在一个时段的第二时隙：
125.第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块，经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块响应于加载的电场调制对应的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域；
126.其中，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间。
127.通过该设置，使用第一投影组件和第二投影组件分时刷新光场图像信息即可利用第一耦入模块和第二耦入模块与光波导组件和耦出分光模块的配合实现近眼光场显示，有效缓解了人眼观看3d对象时辐辏冲突带来的不适。因为以两个投影组件分时共用一个耦出分光模块，使得相较于传统的微透镜阵列成像，提高了观看的图像分辨率，此外，相较于多层屏幕实现不同焦面的技术，显示装置更加轻薄，可以很好的应用于ar/vr显示。
128.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出
分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块为微反射结构元件；第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；
129.在一个时段，第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并出射到人眼的第二位置区域。
130.在本实施例中，能够利用微反射结构的耦出分光子模块将第一投影组件和第二投影组件的每个子像素投射的图像光调制到对应的视点位置，并进入人眼成像，从而不必分时复用耦出分光模块即可提高画面显示的分辨率。
131.在一些可选的实施例中，耦出分光模块设置在光波导组件靠近人眼的一侧，耦出分光模块在光波导组件上的正投影覆盖人眼在光波导组件上的正投影，耦出分光模块包括与第一投影组件和第二投影组件的各子像素一一对应的耦出分光子模块，耦出分光子模块包括分光部和覆盖分光部的第二偏折辅助部，其中，分光部为微反射结构元件，第二偏折辅助部为液晶膜层，液晶膜层响应于施加在其上的电压偏转形成折射率可变的第二折射率，并且第二折射率小于分光部的折射率；第一耦入模块和第二耦入模块为反射光栅元件，设置在光波导组件远离人眼的一侧，相对于耦出分光模块分别设置在光波导组件的两侧；第一投影组件和第二投影组件分别设置在光波导组件靠近人眼的一侧，并且第一投影组件的出光侧朝向第一耦入模块，并且第二投影组件的出光侧朝向第二耦入模块；方法包括：
132.在一个时段的第一时隙：
133.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第一位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第二位置区域；
134.在一个时段的第二时隙：
135.第一投影组件投射第一图像光至第一耦入模块并经第一耦入模块耦入光波导组件，第二投影组件投射第二图像光至第二耦入模块并经第二耦入模块耦入光波导组件，耦出分光模块的每个耦出分光子模块的分光部分别调制对应的第一投影组件的子像素射出的第一图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第三位置区域、同时分别调制对应的第二投影组件的子像素射出的第二图像光并经第二偏折辅助部调整偏折角度并出射到人眼的第四位置区域；
136.其中，第二时隙和第一时隙的时间间隔小于人眼视觉残留时间，第一时隙的第一图像光和第二图像光、以及第二时隙的第一图像光和第二图像光为同一图像的不同光场信
息。
137.通过以上设置，利用液晶膜层能够基于施加其的电压呈现不同折射率的性质，通过设置第一时段和第二时段液晶膜层的折射率不同，与分光部配合后，不同时段射出耦出分光模块的图像光的角度不同，从而增加入眼视点数量，进一步提高图像显示的分辨率。
138.基于同一发明构思，本技术的实施例还提供一种现实增强设备，包括以上实施例所述的显示装置。该现实增强设备解决问题的原理与前述显示装置相似，因此该现实增强设备的具体实施方式可以参见前述光场显示装置的实施方式，重复之处在此不再赘述。
139.本发明针对目前现有的问题，制定一种显示装置、现实增强设备以及显示方法，并通过第一耦入模块和第二耦入模块分别将第一投影组件投影的第一图像光和第二投影组件投影的第二图像光以预定角度耦入光波导组件并在光波导组件中全反射传播，并利用耦出分光模块将第一图像光和第二图像光耦出到人眼的第一位置区域和第二位置区域，使得能够在近眼光场显示中避免视觉辐辏冲突，同时提高近眼光场显示的分辨率，并且显示装置的体积被轻薄化，具有广泛的应用前景。
140.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。