CN111812845A - 一种近眼显示设备及显示方法 - Google Patents

一种近眼显示设备及显示方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111812845A
CN111812845A CN202010758136.4A CN202010758136A CN111812845A CN 111812845 A CN111812845 A CN 111812845A CN 202010758136 A CN202010758136 A CN 202010758136A CN 111812845 A CN111812845 A CN 111812845A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
grating
coupling
waveguide sheet
source image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010758136.4A
Other languages
English (en)
Inventor
唐笑运
宋强
郭晓明
黄浩
马国斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Lochn Optics Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Lochn Optics Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Lochn Optics Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Lochn Optics Technology Co ltd
Priority to CN202010758136.4A priority Critical patent/CN111812845A/zh
Publication of CN111812845A publication Critical patent/CN111812845A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1842—Gratings for image generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view

Abstract

本发明实施例涉及光学设计技术领域，公开了一种近眼显示设备及显示方法，该近眼显示设备包括波导片和微显示器，该波导片包括耦入光栅和多片耦出分光膜阵列，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像，该微显示器的出光方向朝向耦入光栅的入光面，用于导入源图像，并根据源图像经过耦入光栅和耦出分光膜阵列所造成的畸变状态，对源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，波导片输出的虚拟显示图像为源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，本发明实施例提供的近眼显示设备中的波导片采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出相组合的方式，能够实现畸变图像光线的小视场耦入和无畸变虚拟显示图像的大视场耦出，有效减小光机体积和设计难度。

Description

一种近眼显示设备及显示方法
技术领域
本发明实施例涉及光学设计技术领域，特别涉及一种近眼显示设备及显示方法。
背景技术
增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是一种采用了增强现实技术的成像装置，近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像。光波导近眼显示设备具有体积小、重量轻等多种优势，是目前增强现实近眼显示设备中很重要的一个类型。光波导实现增强现实显示的原理比较简单，由微显示屏、照明光源、准直透镜组等器件组成的光机将虚拟图像准直为不同视场的平行光源后耦入到波导片里实现全反射传播，然后在目标区域耦出进入人眼，同时现实世界场景光线可以直接透过波导片进入人眼，从而使得人眼可以看到虚拟图像和真实世界叠加的画面。
光波导按照耦入耦出的方式不同可以分为两大类，几何阵列光波导和光栅光波导，几何阵列光波导的耦入耦出根据的是几何光学原理，光线耦入耦出遵循折射光学原理，光栅光波导的耦入耦出根据的是衍射光学原理，光线耦入耦出遵循衍射光学原理。
在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前光波导片上耦入区域和耦出区域通常采用同一类光波导，由于耦入耦出方式是相同的，耦入光线和耦出光线的视场角也是相同的，如果要提升用户所看到的虚拟图像视场角的视场角，就需要提高耦入光线的视场角，也就意味着要增大光机的体积与设计难度，这与用户希望减轻近眼显示设备体积和重量的需求相矛盾。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种光机体积小、设计难度小的近眼显示设备及显示方法，能够实现图像的小视场耦入和大视场耦出。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种近眼显示设备，包括：
波导片，其包括耦入光栅和耦出分光膜阵列，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像；
微显示器，其出光方向朝向所述耦入光栅的入光面，用于导入源图像，并根据所述源图像经过所述耦入光栅和所述耦出分光膜阵列所造成的畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像。
在一些实施例中，所述耦出分光膜阵列为多片平行排列的分光膜，所述分光膜以预设倾角嵌于所述波导片中。
在一些实施例中，所述耦入光栅的数量为1个，用于接收单色光；
所述分光膜的数量为至少两个，用于横向扩瞳，各所述分光膜沿远离所述耦入光栅的方向透射率逐个减小，反射率逐个增大。
在一些实施例中，所述耦入光栅的数量为三个，其分别用于接收红、绿、蓝三种波长的入射光；
所述分光膜包括用于横向扩瞳的至少两个相互平行的分光膜，以及用于纵向扩瞳的至少两个互相平行的分光膜。
在一些实施例中，所述耦入光栅为浮雕型直光栅、闪耀光栅、斜光栅、阶梯光栅、二维光栅、体全息光栅、超表面光栅中的一种。
在一些实施例中，所述耦入光栅为在所述波导片的基底上刻蚀形成的梯形浮雕光栅，所述梯形浮雕光栅的周期为447nm、直侧边和斜侧边夹角为57.5°、光栅高度为277nm、镀膜厚度为107nm。
在一些实施例中，还包括：
准直透镜组，设于所述微显示器和所述耦入光栅之间，用于将所述畸变图像准直后输入至所述波导片中。
在一些实施例中，所述准直透镜组为具有横向视场压缩功能的准直透镜组，或者，
所述近眼显示设备的微显示器为具有横向视场压缩功能的微显示屏，或者，所述近眼显示设备的微显示器为具有横向视场压缩功能的微机电系统(MEMS)激光投影器件。
在一些实施例中，所述微显示器为LCD、LED、Micro-LED、OLED、DLP、LCOS、MEMS激光投影中的一种。
在一些实施例中，所述对所述源图像进行畸变处理为对所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理。
为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种显示方法，其特征在于，通过如上述第一方面所述的近眼显示设备输出虚拟显示图像，所述近眼显示设备包括微显示器和波导片，所述微显示器用于导入源图像，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，所述方法包括：
确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态；
根据所述畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，得到畸变图像；
控制所述微显示器输出所述畸变图像，所述畸变图像经所述波导片后出射所述虚拟显示图像。
在一些实施例中，所述确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态的步骤，进一步包括：
计算所述源图像中的至少一个像素点经所述波导片后显示的图像中对应像素点的坐标值；
根据所述至少一个像素点坐标值及其对应像素点的坐标值的对应关系，确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态。
在一些实施例中，所述对所述源图像进行畸变处理的步骤，进一步包括：
将所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理，其中，
通过具有横向视场压缩功能的微显示器或准直透镜组对所述源图像进行横向压缩处理，通过调整所述微显示屏的显示画面或激光投影扫描角度以实现非线性变形处理。
为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供了一种控制器，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上第二方面所述的方法。
为解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第二方面所述的方法。
为解决上述技术问题，第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上第二方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种近眼显示设备及显示方法，该近眼显示设备包括波导片和微显示器，该波导片包括耦入光栅和耦出分光膜阵列，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像，该微显示器的出光方向朝向所述耦入光栅的入光面，用于导入源图像，并根据所述源图像经过所述耦入光栅和所述耦出分光膜阵列所造成的畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，本发明实施例提供的近眼显示设备中的波导片采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出相组合的方式，能够实现图像光线的小视场耦入和大视场耦出，有效减小光机体积和设计难度，且出射的虚拟显示图像没有畸变。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种波导片实现小视场耦入和大视场耦出的原理图；
图2是图1提供的波导片在耦出光线横向视场角为35°时耦入光线的入射角和耦出光线的出射角的关系图；
图3是本发明实施例一提供的一种近眼显示设备的结构示意图；
图4(a)是近眼显示设备中从波导片输出的一种虚拟显示图像；
图4(b)是与图4(a)对应的近眼显示设备中输入至波导片的一种畸变图像；
图5(a)是本发明实施例一提供的第一种波导片的结构示意图；
图5(b)是图5(a)所示波导片的俯视图；
图6(a)是本发明实施例一提供的第二种波导片的结构示意图；
图6(b)是本发明实施例一提供的第三种波导片的结构示意图；
图6(c)是本发明实施例一提供的第四种波导片的结构示意图；
图7是本发明实施例一提供的一种耦入光栅的结构示意图；
图8是图7所示耦入光栅的一级透射衍射效率图；
图9是本发明实施例二提供的一种显示方法的流程示意图；
图10是本发明实施例二提供的一种控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
目前，传统的近眼显示设备中，光波导的耦入区域和耦出区域通常采用相同的结构，如均采用几何光学结构或均采用衍射光学结构，使耦出虚拟画面与耦入画面保持一致来避免畸变，但这种对称式的设计在近眼显示设备想要获取更大视场角的虚拟显示画面时，对应的光机的体积和设计难度均会明显增大，从而增大耦入区域的结构尺寸，不利于近眼显示设备的小型化。
为了解决目前能够实现大视场输出的近眼显示设备设计难度高、光机体积大等问题，本发明采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出相组合的方式提供一种近眼显示设备，以实现图像光线的小视场耦入和大视场耦出，且出射的虚拟显示图像没有畸变。其原理请参见图1所示的包含耦入光栅和耦出分光膜阵列的波导片，根据光栅公式和折射定理可得到以下关系：
Figure BDA0002612256590000081
n·sin(2b-a)＝sinθ2
其中，n表示波导片的折射率，a表示衍射角，θ1表示耦入光线的入射角，λ表示入射光的波长，d表示光栅周期，b表示耦出分光膜阵列的斜面夹角，θ2表示耦出光线的出射角。
进一步地，结合上述两式可得到以下关系：
Figure BDA0002612256590000082
示例性地假设波导片的折射率n为1.52，耦出分光膜阵列的斜面夹角b为25.7°，入射光的波长λ为532nm，光栅周期d为447nm，耦出光线横向视场角选取为35°，则可以得到耦入光线的入射角θ1与耦出光线的出射角θ2的关系如图2所示，不难看出，在耦出光线需要的横向视场为35°时(由图2中横坐标耦出光线出射角最大值和最小值做差得到：15°-(-20°)＝35°)，耦入光线横向视场只需要20.84°(由图2中纵坐标耦入光线入射角最大值和最小值做差得到：10.42°-(-10.42°)＝20.84°)就能满足，也即是说，本发明实施例采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出的方式确实可以实现小视场角耦入大视场角耦出。
具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
实施例一
本发明实施例提供了一种近眼显示设备，请参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种近眼显示设备的结构，所述近眼显示设备包括：波导片100和微显示器200。
所述波导片100包括耦入光栅110和耦出分光膜阵列120，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像。在一些实施例中，所述耦入光栅110可以为浮雕型直光栅、闪耀光栅、斜光栅、阶梯光栅、二维光栅、体全息光栅、超表面光栅中的一种。在一些实施例中，所述耦出分光膜阵列120为多片平行排布的分光膜，所述分光膜以预设倾角嵌于所述波导片中。在一些实施例中，所述波导片100可以是玻璃、树脂等材质。
所述微显示器200的出光方向朝向所述耦入光栅110的入光面，用于导入源图像，并根据所述源图像经过所述耦入光栅110和所述耦出分光膜阵列120所造成的畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像。在一些实施例中，所述微显示器200为LCD(液晶显示)、Micro-LED(微米级半导体发光二极管显示)、LED(发光二极管显示)、OLED(有机发光二极管显示)、DLP(数字光处理)、LCOS(硅基液晶)、MEMS(微机电系统)激光投影中的一种。
在一些实施例中，所述近眼显示设备还可以包括：准直透镜组300，所述准直透镜组300设于所述微显示器200和所述耦入光栅110之间，用于将所述畸变图像准直后输入至所述波导片100中。
具体地，请一并参加图4(a)和图4(b)，图4(a)示出了从波导片输出的一种虚拟显示图像，图4(b)示出了与该虚拟显示图像对应的输入至波导片的一种畸变图像，其中将显示屏的比例假设为16:9，因此将图像划分为16X9的网格图。如图所示，为得到源图像按特定非线性比例放大后的如图4(a)所示的虚拟显示图像，需要根据波导片带来的图像畸变，将源图像进行畸变处理，以得到如图4(b)所示的畸变图像，其中，假设在耦入的畸变图像上取一像素点坐标(x1,y)，其在耦出的虚拟显示图像上的相应像素点坐标为(x2,y)，则可以得到如下关系：
Figure BDA0002612256590000101
Figure BDA0002612256590000102
Figure BDA0002612256590000103
其中，β2表示像素点坐标为(x2,y)的像素点对应的横向视场角，L表示近眼显示设备的微显示屏的屏长，FOVx表示近眼显示设备的微显示屏的横向视场角，β1表示像素点坐标为(x1,y)的像素点对应的横向视场角，n表示波导片的折射率，b表示耦出分光膜阵列的斜面夹角，λ表示入射光的波长，d表示光栅周期。
不难看出，在确定最终需要输出的虚拟显示图像的尺寸后，可以根据需要输出的虚拟显示图像上各个像素点的坐标信息，经上述公式计算得到畸变图像上相应像素点的坐标信息，以实现对所述源图像的畸变处理。
进一步地，从图4(b)所示的畸变图像不难看出，需要对源图像进行的畸变处理为对所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理。对于所述横向压缩处理，可以采用具有横向视场压缩功能的准直透镜组300，或者，采用具有横向视场压缩功能的微显示屏来实现。对于所述非线性变形处理，可以通过软件控制的方法对微显示器200的显示画面进行调节。
本发明实施例提供的近眼显示设备中，微显示器输出的是具有一定畸变的畸变图像，其在经过光波导的耦入和耦出区域时再次发生畸变，相当于进行了一次矫正，这使得最终进入人眼的虚拟显示图像是一个正常的、无畸变的图像，可供人眼正常观看图像，且采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出相组合的方式能够在不增大近眼显示设备的体积的前提下，实现视场角的放大。
在一些实施例中，所述耦入光栅110的数量为1个，用于接收单色光，所述分光膜(耦出分光膜阵列)120的数量为至少两个，用于横向扩瞳，各所述分光膜120沿远离所述耦入光栅110的方向透射率逐个减小，反射率逐个增大。
具体地，请一并参见图5(a)和图5(b)，图5(a)示出了本发明实施例提供的第一种波导片的结构，图5(b)是图5(a)所示波导片的俯视图，其中，所述波导片100上下表面平行，所述波导片100包括一用于接收单色光的耦入光栅110，以及，用于耦出虚拟显示图像的六个互相平行的分光膜120(第一分光膜121、第二分光膜122、第三分光膜123、第四分光膜124、第五分光膜125和第六分光膜126)，六个分光膜120均以特定的倾角嵌入在波导片100内，六个分光膜120对不同入射角度的光线的透射率和反射率具有差异性，从第一分光膜121到第六分光膜126透射率逐渐减小，反射率逐渐增加。耦入光线打到耦入光栅110上后衍射至波导片100内以全反射方式朝各个分光膜120传播，每碰到一次分光膜120就会有部分光线反射出来，剩余部分继续向前传播。需要说明的是，所述耦入光栅110可以分布在波导片100的任意一侧或是嵌入其内部。
在一些实施例中，请参见图6(a)，其示出了本发明实施例提供的第二种波导片的结构，区别于图5(a)和图5(b)所示的针对单色入射光设计、且仅能够进行横向扩瞳的波导片100结构，图6(a)所示的波导片100能够实现全彩显示和二维扩瞳，从而进一步减小光机体积。其中，所述耦入光栅110的数量为三个，其分别用于接收红、绿、蓝三种波长的入射光；所述分光膜120包括用于横向扩瞳的至少两个相互平行的分光膜，以及用于纵向扩瞳的至少两个互相平行的分光膜。
具体地，所述耦入光栅110由三个光栅构成：第一耦入光栅111用于接收红光入射光，第二耦入光栅112用于接收绿光入射光，第三耦入光栅113用于接收蓝光入射光。第一分光膜121、第二分光膜122、第三分光膜123、第四分光膜124和第五分光膜125互相平行，起横向扩瞳的作用，第六分光膜126、第七分光膜127、第八分光膜128、第九分光膜129和第十分光膜1210互相平行，起横向扩瞳作用。各个分光膜120均以特定角度嵌入波导片100中，入射光线由耦入光栅110衍射至波导片100内，靠全反射朝第一分光膜121到第五分光膜125的方向传播，光线每次碰到一个分光膜120就会有部分光发生透射、另一部分反射，透射光线沿原方向传播，反射光线改变传播方向向第六分光膜126到第十分光膜1210的方向传播，最终光线耦出波导片100进入人眼。
进一步地，类似的结构也可以采用如图6(b)所示的第三种波导片100的结构，或者，类似的也可以采用如图6(c)所示的分体式的二维扩瞳方式的第四种波导片100的结构。
在一些实施例中，请参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种耦入光栅的结构，所述耦入光栅为在所述波导片的基底上刻蚀形成的梯形浮雕光栅，该耦入光栅110在波导片基底101上进行刻蚀，耦入光栅110的表面镀TiO2膜102，光栅外形为梯形结构，所述梯形浮雕光栅的周期为447nm、直侧边和斜侧边夹角为57.5°、光栅高度为277nm、镀膜厚度为107nm。且请一并参见图8，其示出了图7所示耦入光栅的一级透射衍射效率图，图7所示耦入光栅110的1级透射衍射效率最高可达到90％以上，且衍射效率对光线入射角的变化不敏感。
实施例二
本发明实施例提供了一种显示方法，请参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种显示方法的流程，该显示方法通过如上述实施例一所述的近眼显示设备输出虚拟显示图像，所述近眼显示设备包括微显示器和波导片，所述微显示器用于导入源图像，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，所述显示方法包括但不限于以下步骤：
步骤410：确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态。
在本发明实施例中，通过计算所述源图像中的各像素点经所述波导片后显示的图像中对应像素点的坐标值，根据所述各像素点坐标值及其对应像素点的坐标值的对应关系，确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态。具体地，可参见图4(a)和图4(b)及其实施例所述的方式来确定源图像可能出现的畸变状态，此处不再详述。
步骤420：根据所述畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，得到畸变图像。
在本发明实施例中，将所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理，以实现对所述源图像进行畸变处理。其中，通过具有横向视场压缩功能的微显示屏或准直透镜组对所述源图像进行横向压缩处理，通过调整所述微显示屏的显示画面或激光投影扫描角度以实现非线性变形处理。具体地，可参见图4(a)和图4(b)及其实施例所述的方式来确定源图像可能出现的畸变状态，此处不再详述。
步骤430：控制所述微显示器输出所述畸变图像，所述畸变图像经所述波导片后出射所述虚拟显示图像。
在本发明实施例中，控制所述微显示器输出所述畸变图像，所述畸变图像通过如实施例一所示的波导片后出射无畸变的、人眼可观看的正常的虚拟显示图像。
在一些实施例中，本发明实施例还提供了一种控制器，请参见图10，其示出了能够执行图9所述显示方法的控制器的硬件结构。所述控制器500可以是设置在如实施例一中所述微显示器200中的控制器，也可以是独立于微显示器200且与该微显示器200通信连接并下发控制指令的控制器500，具体可根据实际需要进行设置。
所述控制器500包括：至少一个处理器510；以及，与所述至少一个处理器510通信连接的存储器520，图10中以一个处理器510为例。所述存储器520存储有可被所述至少一个处理器510执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器510执行，以使所述至少一个处理器510能够执行上述图9所述的显示方法。所述处理器510和所述存储器520可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。
存储器520作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的显示方法对应的程序指令/模块。处理器510通过运行存储在存储器520中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例显示方法。
存储器520可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据显示装置的使用所创建的数据等。此外，存储器520可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器520可选包括相对于处理器510远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至显示装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器520中，当被所述一个或者多个处理器510执行时，执行上述任意方法实施例中的显示方法，例如，执行以上描述的图9的方法步骤。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。
本申请实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图9的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的显示方法，例如，执行以上描述的图9的方法步骤。
本发明实施例中提供了一种近眼显示设备及显示方法，该近眼显示设备包括波导片和微显示器，该波导片包括耦入光栅和耦出分光膜阵列，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像，该微显示器的出光方向朝向所述耦入光栅的入光面，用于导入源图像，并根据所述源图像经过所述耦入光栅和所述耦出光膜所造成的畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，本发明实施例提供的近眼显示设备中的波导片采用光栅耦入、几何分光膜阵列耦出相组合的方式，能够实现图像光线的小视场耦入和大视场耦出，有效减小光机体积和设计难度，且出射的虚拟显示图像没有畸变。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：
波导片，其包括耦入光栅和耦出分光膜阵列，用于接收畸变图像并输出虚拟显示图像；
微显示器，其出光方向朝向所述耦入光栅的入光面，用于导入源图像，并根据所述源图像经过所述耦入光栅和所述耦出分光膜阵列所造成的畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，以得到并输出畸变图像，其中，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像。
2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述耦出分光膜阵列为多片平行排列的分光膜，所述分光膜以预设倾角嵌于所述波导片中。
3.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述耦入光栅的数量为1个，用于接收单色光；
所述分光膜的数量为至少两个，用于横向扩瞳，各所述分光膜沿远离所述耦入光栅的方向透射率逐个减小，反射率逐个增大。
4.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述耦入光栅的数量为三个，其分别用于接收红、绿、蓝三种波长的入射光；
所述分光膜包括用于横向扩瞳的至少两个相互平行的分光膜，以及用于纵向扩瞳的至少两个互相平行的分光膜。
5.根据权利要求3或4任一项所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述耦入光栅为浮雕型直光栅、闪耀光栅、斜光栅、阶梯光栅、二维光栅、体全息光栅、超表面光栅中的一种。
6.根据权利要求3或4任一项所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述耦入光栅为在所述波导片的基底上刻蚀形成的梯形浮雕光栅，所述梯形浮雕光栅的周期为447nm、直侧边和斜侧边夹角为57.5°、光栅高度为277nm、镀膜厚度为107nm。
7.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，还包括：
准直透镜组，设于所述微显示器和所述耦入光栅之间，用于将所述畸变图像准直后输入至所述波导片中。
8.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述准直透镜组为具有横向视场压缩功能的准直透镜组，或者，所述近眼显示设备的微显示器为具有横向视场压缩功能的微显示屏，或者，所述近眼显示设备的微显示器为具有横向视场压缩功能的微机电系统(MEMS)激光投影器件。
9.根据权利要求8所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述微显示器为LCD、LED、Micro-LED、OLED、DLP、LCOS、MEMS激光投影中的一种。
10.根据权利要求9所述的近眼显示设备，其特征在于，
所述对所述源图像进行畸变处理为对所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理。
11.一种显示方法，其特征在于，通过如上述权利要求1-10任一项所述的近眼显示设备输出虚拟显示图像，所述近眼显示设备包括微显示器和波导片，所述微显示器用于导入源图像，所述波导片输出的虚拟显示图像为所述源图像按特定非线性比例放大后的无畸变图像，所述方法包括：
确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态；
根据所述畸变状态，对所述源图像进行畸变处理，得到畸变图像；
控制所述微显示器输出所述畸变图像，所述畸变图像经所述波导片后出射所述虚拟显示图像。
12.根据权利要求11所述的显示方法，其特征在于，
所述确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态的步骤，进一步包括：
计算所述源图像中的至少一个像素点经所述波导片后显示的图像中对应像素点的坐标值；
根据所述至少一个像素点坐标值及其对应像素点的坐标值的对应关系，确定所述源图像经过所述波导片的畸变状态。
13.根据权利要求11所述的显示方法，其特征在于，
所述对所述源图像进行畸变处理的步骤，进一步包括：
将所述源图像进行横向压缩处理，以及非线性变形处理，其中，
通过具有横向视场压缩功能的微显示器或准直透镜组对所述源图像进行横向压缩处理，通过调整所述微显示屏的显示画面或激光投影扫描角度以实现非线性变形处理。
CN202010758136.4A 2020-07-31 2020-07-31 一种近眼显示设备及显示方法 Pending CN111812845A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010758136.4A CN111812845A (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种近眼显示设备及显示方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010758136.4A CN111812845A (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种近眼显示设备及显示方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111812845A true CN111812845A (zh) 2020-10-23

Family

ID=72863377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010758136.4A Pending CN111812845A (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种近眼显示设备及显示方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111812845A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112462521A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 谷东科技有限公司 一种实时动态三维显示的增强现实近眼显示装置
CN113687514A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 深圳市光舟半导体技术有限公司 一种彩色ar眼镜
CN114167601A (zh) * 2021-11-10 2022-03-11 北京灵犀微光科技有限公司 一种三次扩瞳装置
CN114185174A (zh) * 2022-02-16 2022-03-15 北京亮亮视野科技有限公司 增强现实显示装置和头戴式设备
CN114331814A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 合肥视涯技术有限公司 一种畸变画面校正方法及显示设备
CN114415288A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 北京耐德佳显示技术有限公司 一种波导类光学模组及近眼显示设备
WO2022147719A1 (zh) * 2021-01-07 2022-07-14 华为技术有限公司 波导系统与近眼显示设备
CN115097565A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 杭州光粒科技有限公司 一种光波导器件及其制备方法
CN116577933A (zh) * 2022-02-08 2023-08-11 鲁姆斯有限公司 包括可选择性激活的小平面的光学系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101963703A (zh) * 2009-07-22 2011-02-02 索尼公司 图像显示装置和光学装置
US20130250431A1 (en) * 2012-03-21 2013-09-26 Steve Robbins Two-dimensional exit-pupil expansion
CN107703627A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 石庆俊 视角展宽的单目双目可切换vr头盔显示器
CN109799073A (zh) * 2019-02-13 2019-05-24 京东方科技集团股份有限公司 一种光学畸变测量装置及方法、图像处理系统、电子设备和显示设备
CN110149511A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 北京理工大学 一种畸变校正方法、装置及显示系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101963703A (zh) * 2009-07-22 2011-02-02 索尼公司 图像显示装置和光学装置
US20130250431A1 (en) * 2012-03-21 2013-09-26 Steve Robbins Two-dimensional exit-pupil expansion
CN107703627A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 石庆俊 视角展宽的单目双目可切换vr头盔显示器
CN109799073A (zh) * 2019-02-13 2019-05-24 京东方科技集团股份有限公司 一种光学畸变测量装置及方法、图像处理系统、电子设备和显示设备
CN110149511A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 北京理工大学 一种畸变校正方法、装置及显示系统

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112462521A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 谷东科技有限公司 一种实时动态三维显示的增强现实近眼显示装置
WO2022147719A1 (zh) * 2021-01-07 2022-07-14 华为技术有限公司 波导系统与近眼显示设备
CN113687514A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 深圳市光舟半导体技术有限公司 一种彩色ar眼镜
CN114167601A (zh) * 2021-11-10 2022-03-11 北京灵犀微光科技有限公司 一种三次扩瞳装置
CN114331814A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 合肥视涯技术有限公司 一种畸变画面校正方法及显示设备
CN114415288A (zh) * 2022-01-11 2022-04-29 北京耐德佳显示技术有限公司 一种波导类光学模组及近眼显示设备
CN116577933A (zh) * 2022-02-08 2023-08-11 鲁姆斯有限公司 包括可选择性激活的小平面的光学系统
CN114185174A (zh) * 2022-02-16 2022-03-15 北京亮亮视野科技有限公司 增强现实显示装置和头戴式设备
CN115097565A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 杭州光粒科技有限公司 一种光波导器件及其制备方法
CN115097565B (zh) * 2022-08-24 2022-11-25 杭州光粒科技有限公司 一种光波导器件及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111812845A (zh) 一种近眼显示设备及显示方法
US20200310135A1 (en) Multibeam element-based near-eye display, system, and method
US10698214B2 (en) Optical device to improve image uniformity
CN112817153B (zh) 一种大视场角的光学扩瞳装置、显示装置及方法
KR101169446B1 (ko) 구면 및 비구면 기판들을 가지는 출사동공 확장기들
EP2153266B1 (en) A diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
US10551616B2 (en) Display device system with tilted lens group to prevent ghost images
CN113495319A (zh) 光学结构和光学装置
CN111273444B (zh) 波导装置及光学引擎
CN110036235B (zh) 具有用于再循环光的外围侧面几何形状的波导
CN114355502B (zh) 衍射光栅波导和ar显示设备
Liu et al. A full-color near-eye augmented reality display using a tilted waveguide and diffraction gratings
CN212647164U (zh) 一种近眼显示设备
CN111175971A (zh) 一种近眼光学显示系统、增强现实眼镜
CN116507851A (zh) 具有模间耦合的平板波导和投射器
CN210720886U (zh) 用于增强现实显示的装置和系统
CN110873962A (zh) 一种基于波导的显示系统
CN112649963A (zh) 成像模组和增强现实设备
EP4050401A1 (en) Optical system and mixed reality device
US11604352B2 (en) Waveguide-based projector
CN111948820B (zh) 一种快速计算全息波导显示光效的方法
CN114675421A (zh) 增强现实近眼显示装置
CN114137650A (zh) 一种具有零级光回收利用功能的衍射光波导装置
US20240094537A1 (en) Uniform incoupler for conical incidence
WO2023028925A1 (zh) 光波导结构、ar设备、光波导结构的出射光效的获取方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination