CN108919493B - 一种ar显示装置及其控制方法、可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种AR显示装置及其控制方法、可穿戴设备，涉及显示技术领域。本发明通过在AR显示装置中设置图像提供装置、分区光栅和波导镜片，图像提供装置按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像，分区光栅将第一图像和第二图像的光线分别偏转第一预设角度和第二预设角度，并入射至波导镜片，通过波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以将第一图像入射至左眼，将第二图像入射至右眼。通过分区光栅将单个图像提供装置提供的第一图像和第二图像，分别按照左眼和右眼的显示需求衍射到不同的方向，从而在AR显示装置仅设置一个图像提供装置就可实现同时为左眼和右眼提供所需图像，降低了双目AR显示装置的成本、体积和重量。

Description

一种AR显示装置及其控制方法、可穿戴设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种AR显示装置及其控制方法、可穿戴设备。

背景技术

AR(Augmented Reality，增强现实)是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，用户可通过可穿戴设备，如AR眼镜，与真实世界进行互动。

目前，AR眼镜由两个主要组件组成，分别是图像提供装置和波导镜片，图像提供装置提供投射到波导镜片上的图像，波导镜片为眼镜提供虚拟图像，对于双目AR显示装置，需要两个独立的图像提供装置，分别为波导镜片中的左眼镜片和右眼镜片提供所需图像。

但是，通过在双目AR显示装置中设置两个独立的图像提供装置，使得双目AR显示装置的成本、重量和体积增加。

发明内容

本发明提供一种AR显示装置及其控制方法、可穿戴设备，以解决现有的双目AR显示装置的成本、重量和体积增加的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种AR显示装置，包括：图像提供装置、分区光栅和波导镜片，所述波导镜片上形成有取光光栅；

所述图像提供装置，被配置为按照预设时序向所述分区光栅交替提供第一图像和第二图像；

所述分区光栅，被配置为将所述第一图像的光线偏转第一预设角度，以及将所述第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的所述第一图像的光线和所述第二图像的光线入射至所述波导镜片；

所述波导镜片，被配置为将所述分区光栅入射的光线全反射至所述取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第一图像对应的光线入射至左眼，以及将所述第二图像对应的光线入射至右眼。

优选地，所述波导镜片包括左眼镜片和右眼镜片，所述左眼镜片上形成有左眼取光光栅，所述右眼镜片上形成有右眼取光光栅；

所述AR显示装置还包括光波导基板，所述光波导基板上形成有第一耦出光栅和第二耦出光栅，所述左眼镜片上与所述第一耦出光栅对应的位置处还形成有第一耦入光栅，所述右眼镜片上与所述第二耦出光栅对应的位置处还形成有第二耦入光栅；

所述光波导基板，被配置为将所述分区光栅入射的所述第一图像对应的光线全反射至所述第一耦出光栅对应的位置处，以通过所述第一耦出光栅和所述第一耦入光栅入射至所述左眼镜片，并通过所述左眼镜片上的左眼取光光栅入射至左眼；以及将所述分区光栅入射的所述第二图像对应的光线全反射至所述第二耦出光栅对应的位置处，以通过所述第二耦出光栅和所述第二耦入光栅入射至所述右眼镜片，并通过所述右眼镜片上的右眼取光光栅入射至右眼。

优选地，所述波导镜片为一体结构，所述波导镜片上形成有左眼取光光栅和右眼取光光栅。

优选地，所述分区光栅包括左偏光栅和右偏光栅；

所述左偏光栅包括第一基板，依次形成在所述第一基板上的第一像素电极和第一光栅，以及设置在所述第一光栅远离所述第一像素电极一侧的第一公共电极；所述第一像素电极与所述第一公共电极之间填充有液晶；

所述右偏光栅包括第二基板，依次形成在所述第二基板上的第二公共电极和第二光栅，以及设置在所述第二光栅远离所述第二公共电极一侧的第二像素电极；所述第二像素电极与所述第二公共电极之间填充有液晶。

优选地，在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第三基板，所述第一公共电极和所述第二像素电极分别形成在所述第三基板的两侧。

优选地，在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第四基板和第五基板，所述第一公共电极形成在所述第四基板远离所述第五基板的一侧，所述第二像素电极形成在所述第五基板远离所述第四基板的一侧。

优选地，所述图像提供装置包括图像提供单元和透镜单元；

所述图像提供单元，被配置为按照预设时序提供第一图像和第二图像；

所述透镜单元，被配置为将所述第一图像和所述第二图像的光线进行角度修正，以入射至所述分区光栅。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种AR显示装置的控制方法，包括：

在一个显示周期内，按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像；

所述显示周期的第一时间段内，所述第一图像的光线经过所述分区光栅偏转第一预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第一图像对应的光线入射至左眼；

所述显示周期的第二时间段内，所述第二图像的光线经过所述分区光栅偏转第二预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第二图像对应的光线入射至右眼。

优选地，所述分区光栅包括左偏光栅和右偏光栅；

所述显示周期的第一时间段内，所述左偏光栅内的液晶的折射率大于所述左偏光栅内的第一光栅的折射率，且所述右偏光栅内的液晶的折射率等于所述右偏光栅内的第二光栅的折射率，以将所述第一图像的光线偏转第一预设角度；

所述显示周期的第二时间段内，所述右偏光栅内的液晶的折射率大于所述右偏光栅内的第二光栅的折射率，且所述左偏光栅内的液晶的折射率等于所述左偏光栅内的第一光栅的折射率，以将所述第二图像的光线偏转第二预设角度。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种可穿戴设备，包括上述的AR显示装置。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

通过在AR显示装置中设置图像提供装置、分区光栅和波导镜片，在波导镜片上形成有取光光栅，图像提供装置按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像，分区光栅将第一图像的光线偏转第一预设角度，将第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至波导镜片，并通过波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过取光光栅将第一图像对应的光线入射至左眼，将第二图像对应的光线入射至右眼。通过分区光栅将单个图像提供装置所提供的第一图像和第二图像，分别按照左眼和右眼的显示需求衍射到不同的方向，从而在双目AR显示装置仅设置一个图像提供装置就可实现同时为左眼和右眼提供所需图像，降低了双目AR显示装置的成本、体积和重量。

附图说明

图1示出了本发明实施例的一种AR显示装置的结构示意图；

图2示出了图1所示的AR显示装置的剖视图；

图3示出了本发明实施例的另一种AR显示装置的结构示意图；

图4示出了图3所示的AR显示装置的剖视图；

图5示出了本发明实施例的AR显示装置的光路图；

图6示出了本发明实施例的一种分区光栅的结构示意图；

图7示出了本发明实施例的另一种分区光栅的结构示意图；

图8示出了本发明实施例的分区光栅的工作原理图；

图9示出了本发明实施例的一种AR显示装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例的一种AR显示装置的结构示意图，图2示出了图1所示的AR显示装置的剖视图，图3示出了本发明实施例的另一种AR显示装置的结构示意图，图4示出了图3所示的AR显示装置的剖视图。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种AR显示装置，包括图像提供装置11、分区光栅12和波导镜片13，波导镜片13上形成有取光光栅131。

图像提供装置11，被配置为按照预设时序向分区光栅12交替提供第一图像和第二图像；分区光栅12，被配置为将第一图像的光线偏转第一预设角度，以及将第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至波导镜片13；波导镜片13，被配置为将分区光栅12入射的光线全反射至取光光栅131对应的位置处，以通过取光光栅131将第一图像对应的光线入射至左眼，以及将第二图像对应的光线入射至右眼。

需要说明的是，本发明实施例中的AR显示装置指的是双目AR显示装置，在AR显示装置中仅设置一个图像提供装置11，且按照预设时序向分区光栅12交替提供第一图像和第二图像。

例如，在一个显示周期内的第一时间段内，图像提供装置11向分区光栅12提供第一图像，在一个显示周期内的第二时间段内，图像提供装置11向分区光栅12提供第二图像，在下一个显示周期内的第一时间段内，图像提供装置11继续向分区光栅12提供第一图像，以此类推。

如图1和图2所示，波导镜片13包括左眼镜片132和右眼镜片133，左眼镜片132上形成有左眼取光光栅1321，右眼镜片133上形成有右眼取光光栅1331；AR显示装置还包括光波导基板14，光波导基板14上形成有第一耦出光栅141和第二耦出光栅142，左眼镜片132上与第一耦出光栅141对应的位置处还形成有第一耦入光栅1322，右眼镜片133上与第二耦出光栅142对应的位置处还形成有第二耦入光栅1332。

光波导基板14，被配置为将分区光栅12入射的第一图像对应的光线全反射至第一耦出光栅141对应的位置处，以通过第一耦出光栅141和第一耦入光栅1322入射至左眼镜片132，并通过左眼镜片132上的左眼取光光栅1321入射至左眼；以及将分区光栅12入射的第二图像对应的光线全反射至第二耦出光栅142对应的位置处，以通过第二耦出光栅142和第二耦入光栅1332入射至右眼镜片133，并通过右眼镜片133上的右眼取光光栅1331入射至右眼。

在本发明的一种实施例中，图像提供装置11按照预设时序向分区光栅12交替提供第一图像和第二图像，第一图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第一预设角度，第二图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第二预设角度，偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至光波导基板14；入射至光波导基板14中的光线在光波导基板14内发生全反射，并将第一图像对应的光线全反射至第一耦出光栅141对应的位置处，以及将第二图像对应的光线全反射至第二耦出光栅142对应的位置处；由于第一耦出光栅141与第一耦入光栅1322的位置相对设置，因此，从第一耦出光栅141出射的光线进入第一耦入光栅1322，从而入射至左眼镜片132，入射至左眼镜片132内的光线在左眼镜片132内继续发生全反射，并在全反射至左眼取光光栅1321的位置时，从左眼取光光栅1321入射至用户的左眼；并且，由于第二耦出光栅142与第二耦入光栅1332的位置相对设置，因此，从第二耦出光栅142出射的光线进入第二耦入光栅1332，从而进入右眼镜片133，入射至右眼镜片133内的光线在右眼镜片133内继续发生全反射，并在全反射至右眼取光光栅1331的位置时，从右眼取光光栅1331入射至用户的右眼。

通过将左眼镜片132和右眼镜片133分开制作，AR显示装置的结构设计较为灵活，且第一图像的光线经过第一耦出光栅141、第一耦入光栅1322和左眼取光光栅1321的多次整形，第二图像的光线经过第二耦出光栅142、第二耦入光栅1332和右眼取光光栅1331的多次整形，使得光线的传输路径和畸变可以得到有效调整。

在实际制作过程中，可采用曝光、显影、刻蚀等工艺在光波导基板14上制作第一耦出光栅141和第二耦出光栅142，在左眼镜片132上分别制作第一耦入光栅1322和左眼取光光栅1321，以及在右眼镜片133上制作第二耦入光栅1332和右眼取光光栅1331。

其中，第一耦出光栅141、第二耦出光栅142、第一耦入光栅1322、左眼取光光栅1321、第二耦入光栅1332和右眼取光光栅1331可以是台阶光栅、刻蚀光栅、全息光栅中的任意一种。

如图3和图4所示，波导镜片13为一体结构，波导镜片13上形成有左眼取光光栅1321和右眼取光光栅1331。

在本发明的另一种实施例中，图像提供装置11按照预设时序向分区光栅12交替提供第一图像和第二图像，第一图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第一预设角度，第二图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第二预设角度，偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至波导镜片13，入射至波导镜片13内的光线在波导镜片13内发生全反射，第一图像对应的光线全反射至左眼取光光栅1321的位置时，从左眼取光光栅1321入射至用户的左眼，第二图像对应的光线全反射至右眼取光光栅1331的位置时，从右眼取光光栅1331入射至用户的右眼。

通过将左眼镜片和右眼镜片设置成一体结构，并且分区光栅12出射的光线直接入射至波导镜片13，使得AR显示装置的整体结构较为简单，有利于AR显示装置的整体轻薄化。

参照图5，示出了本发明实施例的AR显示装置的光路图。

图5仅示出了第一图像的光线在AR显示装置中的光路图，图像提供装置11向分区光栅12提供第一图像，第一图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第一预设角度，偏转后的第一图像的光线在波导镜片13内发生全反射，当第一图像对应的光线全反射至左眼取光光栅1321的位置时，从左眼取光光栅1321入射至用户的左眼。

需要说明的是，图5中不同线型的线条表示图像提供装置11中不同位置出射的光线；且图5仅仅是为了表示第一图像的光线在AR显示装置中的传输路径，至于分区光栅12和左眼取光光栅1321相对于波导镜片13的位置关系，不仅局限于图5所示的位置关系，当然还可以采用图1至图4中所示的位置关系。

在本发明实施例中，图像提供装置11包括图像提供单元111和透镜单元112；图像提供单元111，被配置为按照预设时序提供第一图像和第二图像；透镜单元112，被配置为将第一图像和第二图像的光线进行角度修正，以入射至分区光栅12。

当然，可以理解的是，透镜单元112还可以对第一图像和第二图像的光线进行放大。

其中，图像提供单元111可以为LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)、LCOS(Liquid Crystal On Silicon，液晶覆硅)中的任意一种。

参照图6，示出了本发明实施例的一种分区光栅的结构示意图，图7示出了本发明实施例的另一种分区光栅的结构示意图。

如图6和图7所示，分区光栅12包括左偏光栅121和右偏光栅122。

左偏光栅121包括第一基板1211，依次形成在第一基板1211上的第一像素电极1212和第一光栅1213，以及设置在第一光栅1213远离第一像素电极1212一侧的第一公共电极1214；第一像素电极1212与第一公共电极1214之间填充有液晶。

右偏光栅122包括第二基板1221，依次形成在第二基板1221上的第二公共电极1222和第二光栅1223，以及设置在第二光栅1223远离第二公共电极1222一侧的第二像素电极1224；第二像素电极1224与第二公共电极1222之间填充有液晶。

在本发明的一种实施例中，如图6所示，在第一公共电极1214和第二像素电极1224之间还设置有第三基板123，第一公共电极1214和第二像素电极1224分别形成在第三基板123的两侧。

在实际的制作过程中，在第一基板1211上制作第一像素电极1212和第一光栅1213，在第二基板1221上制作第二公共电极1222和第二光栅1223，在第三基板123的两侧分别制作第一公共电极1214和第二像素电极1224，然后，在制作有第一像素电极1212和第一光栅1213的第一基板1211上注入液晶，以及在制作有第二公共电极1222和第二光栅1223的第二基板1221上注入液晶，并分别与制作有第一公共电极1214和第二像素电极1224的第三基板123对盒。

在本发明的另一种实施例中，如图7所示，在第一公共电极1214和第二像素电极1224之间还设置有第四基板124和第五基板125，第一公共电极1214形成在第四基板124远离第五基板125的一侧，第二像素电极1224形成在第五基板125远离第四基板124的一侧。

在实际的制作过程中，在第一基板1211上制作第一像素电极1212和第一光栅1213，在第二基板1221上制作第二公共电极1222和第二光栅1223，在第四基板124上制作第一公共电极1214，在第五基板125上制作第二像素电极1224，然后，在制作有第一像素电极1212和第一光栅1213的第一基板1211上注入液晶，与制作有第一公共电极1214的第四基板124对盒，以及在制作有第二公共电极1222和第二光栅1223的第二基板1221上注入液晶，与制作有第二像素电极1224的第五基板125对盒。

其中，第一基板1211、第二基板1221、第三基板123、第四基板124和第五基板125可以为玻璃基板，其折射率为1.46，第一光栅1213和第二光栅1223可以采用与玻璃基板的折射率相同或相近的材料制作，如氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)、氮氧化硅(SiON)、有机聚合物、PI(Polyimide，聚酰亚胺)等，而第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的液晶，以及第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的液晶的折射率可在1.46至1.8之间进行变化。

通过施加在第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的电场，控制第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的液晶的偏转角度，从而控制第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的液晶的折射率，相应的，通过施加在第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的电场，控制第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的液晶的偏转角度，从而控制第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的液晶的折射率。

当第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的液晶的折射率，与第一基板1211和第一光栅1213的折射率相同时，左偏光栅121可视为均匀介质，无法对入射的光线进行偏转；当第一像素电极1212与第一公共电极1214之间的液晶的折射率，大于第一基板1211和第一光栅1213的折射率时，左偏光栅121可以对入射的光线进行偏转，以将第一图像的光线偏转第一预设角度。

相应的，当第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的液晶的折射率，与第二基板1221和第二光栅1223的折射率相同时，右偏光栅122可视为均匀介质，无法对入射的光线进行偏转；当第二像素电极1224与第二公共电极1222之间的液晶的折射率，大于第二基板1221和第二光栅1223的折射率时，右偏光栅122可以对入射的光线进行偏转，以将第二图像的光线偏转第二预设角度。

需要说明的是，第一基板1211、第二基板1221、第一光栅1213和第二光栅1223的折射率相同。

其中，第一光栅1213和第二光栅1223可以是闪耀光栅、台阶光栅、V型光栅、金字塔光栅、斜台阶光栅、三维锥形光栅等。

参照图8，示出了本发明实施例的分区光栅的工作原理图。

图8中左侧所示的是左偏光栅121的工作原理图，图8中右侧所示的是右偏光栅122的工作原理图。

对于左偏光栅121，图像提供单元111提供第一图像，经透镜单元112对第一图像的光线进行角度修正后，入射至分区光栅12，此时，控制左偏光栅121内的液晶的折射率大于第一光栅1213的折射率，例如，液晶的折射率为1.7，第一光栅1213的折射率为1.46，由于液晶与第一光栅1213之间的折射率差值，使得第一光栅1213开始工作，将第一图像的光线偏转第一预设角度；此时，右偏光栅122内的液晶的折射率等于第二光栅1223的折射率，第一图像的光线经过第二光栅1223时不会发生偏转。

当左边光栅121将第一图像的光线偏转第一预设角度后，偏转后的光线入射至波导镜片13的入射角满足波导镜片13与空气的全反射角度，即偏转后的光线的入射至波导镜片13的入射角大于或等于全反射临界角度，使得第一图像的光线可在波导镜片13内发生全反射。

对于右偏光栅122，图像提供单元111提供第二图像，经透镜单元112对第二图像的光线进行角度修正后，入射至分区光栅12，此时，控制右偏光栅122内的液晶的折射率大于第二光栅1223的折射率，例如，液晶的折射率为1.7，第一光栅1213的折射率为1.46，由于液晶与第二光栅1223之间的折射率差值，使得第二光栅1223开始工作，将第二图像的光线偏转第二预设角度；此时，左偏光栅121内的液晶的折射率等于第一光栅1213的折射率，第二图像的光线经过第一光栅1213时也不会发生偏转。

当右偏光栅122将第二图像的光线偏转第二预设角度后，偏转后的光线入射至波导镜片13的入射角满足波导镜片13与空气的全反射角度，即偏转后的光线的入射至波导镜片13的入射角大于或等于全反射临界角度，使得第二图像的光线可在波导镜片13内发生全反射。

例如，第一光栅1213和第二光栅1223为闪耀光栅，当波导镜片13的折射率为1.46时，波导镜片13与空气的全反射临界角度为43°，因此，设计闪耀光栅的出光角度为43°，根据闪耀光栅的出光角度与介质(波导镜片13和空气)的折射率，根据光栅公式计算得到闪耀光栅的闪耀角为49°，且图像提供装置11中从左向右不同位置出射的光线对应的闪耀面长度分别为425nm、339nm和545nm。

当然，可以理解的是，上述分区光栅12用于改变入射光线的传输路径，其不仅可以应用于AR显示装置中，还可以应用在其他结构中。

需要说明的是，1211是左偏光栅121中的第一基板，1221是右偏光栅122中的第二基板，13是波导镜片，当然，对于图1和图2所示的结构，其还可以用光波导基板14替换；此外，左偏光栅121和右偏光栅122可以位于波导镜片13远离图像提供装置11的一侧，也可以位于波导镜片13与图像提供装置11之间。

在实际的AR显示装置中，图像提供装置11仅与一个，图8仅仅是为了分别说明左边光栅121和右偏光栅122的工作原理，才分别示出了两个图像提供装置11。

在本发明实施例中，通过在AR显示装置中设置图像提供装置、分区光栅和波导镜片，在波导镜片上形成有取光光栅，图像提供装置按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像，分区光栅将第一图像的光线偏转第一预设角度，将第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至波导镜片，并通过波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过取光光栅将第一图像对应的光线入射至左眼，将第二图像对应的光线入射至右眼。通过分区光栅将单个图像提供装置所提供的第一图像和第二图像，分别按照左眼和右眼的显示需求衍射到不同的方向，从而在双目AR显示装置仅设置一个图像提供装置就可实现同时为左眼和右眼提供所需图像，降低了双目AR显示装置的成本、体积和重量。

实施例二

参照图9，示出了本发明实施例的一种AR显示装置的控制方法的流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤901，在一个显示周期内，按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像。

在本发明实施例中，AR显示装置包括图像提供装置11、分区光栅12和波导镜片13，波导镜片13上形成有取光光栅131。

在一个显示周期内，图像提供装置11按照预设时序向分区光栅12交替提供第一图像和第二图像。

步骤902，所述显示周期的第一时间段内，所述第一图像的光线经过所述分区光栅偏转第一预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第一图像对应的光线入射至左眼。

在本发明实施例中，在显示周期的第一时间段内，图像提供装置11向分区光栅12提供第一图像，第一图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第一预设角度，并入射至波导镜片13，偏转后的第一图像的光线入射至波导镜片13内发生全反射，经波导镜片13全反射至取光光栅131对应的位置处，通过取光光栅131将第一图像对应的光线入射至用户的左眼。

其中，分区光栅12包括左偏光栅121和右偏光栅122。

在显示周期的第一时间段内，左偏光栅121内的液晶的折射率大于左偏光栅121内的第一光栅1213的折射率，且右偏光栅122内的液晶的折射率等于右偏光栅122内的第二光栅1223的折射率，以将第一图像的光线偏转第一预设角度。

具体的，可通过控制在左边光栅121中的第一像素电极1212与第一公共电极1214之间施加的电场大小，控制左偏光栅121内的液晶的折射率。

步骤903，所述显示周期的第二时间段内，所述第二图像的光线经过所述分区光栅偏转第二预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第二图像对应的光线入射至右眼。

在本发明实施例中，在显示周期的第二时间段内，图像提供装置11向分区光栅12提供第二图像，第二图像的光线经过分区光栅12的衍射后偏转第二预设角度，并入射至波导镜片13，偏转后的第二图像的光线入射至波导镜片13内发生全反射，经波导镜片13全反射至取光光栅131对应的位置处，通过取光光栅131将第二图像对应的光线入射至用户的右眼。

在显示周期的第二时间段内，右偏光栅122内的液晶的折射率大于右偏光栅122内的第二光栅1223的折射率，且左偏光栅121内的液晶的折射率等于左偏光栅121内的第一光栅1213的折射率，以将第二图像的光线偏转第二预设角度。

具体的，可通过控制在右偏光栅122中的第二像素电极1224与第二公共电极1222之间施加的电场大小，控制右偏光栅122内的液晶的折射率。

在本发明实施例中，在一个显示周期内，按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像，显示周期的第一时间段内，第一图像的光线经过分区光栅偏转第一预设角度，并入射至波导镜片，经波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过取光光栅将第一图像对应的光线入射至左眼，显示周期的第二时间段内，第二图像的光线经过分区光栅偏转第二预设角度，并入射至波导镜片，经波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过取光光栅将第二图像对应的光线入射至右眼。通过分区光栅将单个图像提供装置所提供的第一图像和第二图像，分别按照左眼和右眼的显示需求衍射到不同的方向，从而在双目AR显示装置仅设置一个图像提供装置就可实现同时为左眼和右眼提供所需图像，降低了双目AR显示装置的成本、体积和重量。

实施例三

本发明实施例还提供了一种可穿戴设备，包括上述的AR显示装置。

关于AR显示装置的具体描述可以参照实施例一和实施例二的描述，本发明实施例对此不再赘述。

此外，可穿戴设备可以为AR眼镜或AR头盔等，在可穿戴设备中除了AR显示装置外，还包括可穿戴设备本体，包括用于安装AR显示装置的支架结构等。

在本发明实施例中，可穿戴设备包括AR显示装置，通过在AR显示装置中设置图像提供装置、分区光栅和波导镜片，在波导镜片上形成有取光光栅，图像提供装置按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像，分区光栅将第一图像的光线偏转第一预设角度，将第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的第一图像的光线和第二图像的光线入射至波导镜片，并通过波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过取光光栅将第一图像对应的光线入射至左眼，将第二图像对应的光线入射至右眼。通过分区光栅将单个图像提供装置所提供的第一图像和第二图像，分别按照左眼和右眼的显示需求衍射到不同的方向，从而在双目AR显示装置仅设置一个图像提供装置就可实现同时为左眼和右眼提供所需图像，降低了双目AR显示装置的成本、体积和重量。

对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种AR显示装置及其控制方法、可穿戴设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种AR显示装置，其特征在于，包括：图像提供装置、分区光栅和波导镜片，所述波导镜片上形成有取光光栅；

所述图像提供装置，被配置为按照预设时序向所述分区光栅交替提供第一图像和第二图像；

所述分区光栅，被配置为将所述第一图像的光线偏转第一预设角度，以及将所述第二图像的光线偏转第二预设角度，并将偏转后的所述第一图像的光线和所述第二图像的光线入射至所述波导镜片；

所述波导镜片，被配置为将所述分区光栅入射的光线全反射至所述取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第一图像对应的光线入射至左眼，以及将所述第二图像对应的光线入射至右眼；

所述分区光栅包括左偏光栅和右偏光栅；

所述左偏光栅包括第一基板，依次形成在所述第一基板上的第一像素电极和第一光栅，以及设置在所述第一光栅远离所述第一像素电极一侧的第一公共电极；所述第一像素电极与所述第一公共电极之间填充有液晶；

所述右偏光栅包括第二基板，依次形成在所述第二基板上的第二公共电极和第二光栅，以及设置在所述第二光栅远离所述第二公共电极一侧的第二像素电极；所述第二像素电极与所述第二公共电极之间填充有液晶；

在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第三基板，所述第一公共电极和所述第二像素电极分别形成在所述第三基板的两侧；

或者，

在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第四基板和第五基板，所述第一公共电极形成在所述第四基板远离所述第五基板的一侧，所述第二像素电极形成在所述第五基板远离所述第四基板的一侧。

2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述波导镜片包括左眼镜片和右眼镜片，所述左眼镜片上形成有左眼取光光栅，所述右眼镜片上形成有右眼取光光栅；

所述AR显示装置还包括光波导基板，所述光波导基板上形成有第一耦出光栅和第二耦出光栅，所述左眼镜片上与所述第一耦出光栅对应的位置处还形成有第一耦入光栅，所述右眼镜片上与所述第二耦出光栅对应的位置处还形成有第二耦入光栅；

所述光波导基板，被配置为将所述分区光栅入射的所述第一图像对应的光线全反射至所述第一耦出光栅对应的位置处，以通过所述第一耦出光栅和所述第一耦入光栅入射至所述左眼镜片，并通过所述左眼镜片上的左眼取光光栅入射至左眼；以及将所述分区光栅入射的所述第二图像对应的光线全反射至所述第二耦出光栅对应的位置处，以通过所述第二耦出光栅和所述第二耦入光栅入射至所述右眼镜片，并通过所述右眼镜片上的右眼取光光栅入射至右眼。

3.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述波导镜片为一体结构，所述波导镜片上形成有左眼取光光栅和右眼取光光栅。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的AR显示装置，其特征在于，所述图像提供装置包括图像提供单元和透镜单元；

所述图像提供单元，被配置为按照预设时序提供第一图像和第二图像；

所述透镜单元，被配置为将所述第一图像和所述第二图像的光线进行角度修正，以入射至所述分区光栅。

5.一种AR显示装置的控制方法，其特征在于，包括：

在一个显示周期内，按照预设时序向分区光栅交替提供第一图像和第二图像；

所述显示周期的第一时间段内，所述第一图像的光线经过所述分区光栅偏转第一预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第一图像对应的光线入射至左眼；

所述显示周期的第二时间段内，所述第二图像的光线经过所述分区光栅偏转第二预设角度，并入射至波导镜片，经所述波导镜片全反射至取光光栅对应的位置处，以通过所述取光光栅将所述第二图像对应的光线入射至右眼；

所述分区光栅包括左偏光栅和右偏光栅；

所述左偏光栅包括第一基板，依次形成在所述第一基板上的第一像素电极和第一光栅，以及设置在所述第一光栅远离所述第一像素电极一侧的第一公共电极；所述第一像素电极与所述第一公共电极之间填充有液晶；

所述右偏光栅包括第二基板，依次形成在所述第二基板上的第二公共电极和第二光栅，以及设置在所述第二光栅远离所述第二公共电极一侧的第二像素电极；所述第二像素电极与所述第二公共电极之间填充有液晶；

在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第三基板，所述第一公共电极和所述第二像素电极分别形成在所述第三基板的两侧；

或者，

在所述第一公共电极和所述第二像素电极之间还设置有第四基板和第五基板，所述第一公共电极形成在所述第四基板远离所述第五基板的一侧，所述第二像素电极形成在所述第五基板远离所述第四基板的一侧。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

所述显示周期的第一时间段内，所述左偏光栅内的液晶的折射率大于所述左偏光栅内的第一光栅的折射率，且所述右偏光栅内的液晶的折射率等于所述右偏光栅内的第二光栅的折射率，以将所述第一图像的光线偏转第一预设角度；

所述显示周期的第二时间段内，所述右偏光栅内的液晶的折射率大于所述右偏光栅内的第二光栅的折射率，且所述左偏光栅内的液晶的折射率等于所述左偏光栅内的第一光栅的折射率，以将所述第二图像的光线偏转第二预设角度。

7.一种可穿戴设备，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的AR显示装置。

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