CN113009690B - 图像显示方法、近眼显示设备和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了图像显示方法、近眼显示设备和装置,涉及光学技术领域。包括:确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数;对图像源进行显示时,根据该光栅参数对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,通过优化光栅参数,使得多个第一FOV之间没有重叠部分,保证了第二图像没有重影,提高了第二图像的均匀度,扩大了近眼显示设备的眼动范围。

Description

图像显示方法、近眼显示设备和装置
技术领域
本公开涉及光学技术领域,特别涉及一种图像显示方法、近眼显示设备和装置。
背景技术
随着光学技术的发展,投影显示技术也越来越成熟,促进了近眼显示设备的出现。近眼显示设备可以在用户的观测范围内呈现一个虚拟的图像。近眼显示设备主要包括图像源和显示模块,其中,图像源用于将图像源投影到显示模块上。显示模块用于将图像源投影的图像源对应的图像进行显示。
为了使用户可以观测到该图像源的较大范围,需要保证近眼显示设备的FOV(Field of view,视场角)足够大。为了满足近眼显示设备对FOV的需求,如果采用由两层光波导镜片叠加的方式组成的显示模块,通过光波导镜片上的光栅组件对入射光进行衍射,输出两个衍射后的FOV对应的图像,其中,每个光波导镜片对应一个FOV,将两个光波导镜片对应的两个FOV进行拼接,组成一个大的FOV,使得用户能够接收到的图像源的范围较大,那么,由于两层光波导镜片的对应的FOV角度完全不同,导致每个光波导镜片中光在衍射后的出射方向不同,且不同方向上的光的衍射次数不同,而衍射次数越多,光线的亮度越低,因此,在出瞳距离所在的平面上,输出的图像的亮度分布不均匀。
发明内容
为了克服相关技术中存在的在出瞳距离所在的平面上,输出的图像的亮度分布不均匀的问题,本公开提供了一种图像显示方法、近眼显示设备和装置。
一方面,提供一种图像显示方法,所述方法包括:
确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,所述近眼显示设备的第二FOV由所述多个光波导镜片的第一FOV组成;
对于每个光波导镜片,根据所述第一FOV确定所述光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,所述光栅组件包括耦入光栅和耦出光栅;
根据所述光栅参数,设置所述光波导镜片的光栅组件;
当对图像源进行显示时,通过所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,所述图像源的视场角为第二FOV;
将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像。
在一种可能的实现方式中,所述根据所述第一FOV确定所述光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,包括:
根据所述第一FOV,确定所述光波导镜片的入射光线的入射角范围;
根据所述入射光线的入射角范围和所述入射光线的光谱范围,确定所述光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,所述根据所述入射光线的入射角范围和所述入射光线的光谱范围,确定所述光栅组件的光栅参数,包括:
根据所述入射光线的入射角范围,确定所述入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据所述入射光线的光谱范围,确定所述入射光线的最小波长和最大波长;
确定所述最小入射角和所述最小波长以及最大入射角和所述最大波长满足布拉格条件时,所述光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,所述通过所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
对于所述近眼显示设备的每个光波导镜片,确定所述光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围;
对于所述入射角度范围内的第一入射光线,通过所述光波导镜片的耦入光栅对所述第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
通过所述光波导镜片传导所述第二入射光线,直到所述第二入射光线被所述光波导镜片的耦出光栅衍射,得到第一出射光线;
根据所述第一出射光线确定所述第一图像。
在另一种可能的实现方式中,所述将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像,包括:
确定同一观测点对应的多个第一图像;
将所述同一观测点的多个第一图像进行拼接,得到所述第二图像。
在另一种可能的实现方式中,所述方法还包括:
确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;
确定所述出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置;
根据所述每个衍射次数对应的出射光线的位置,确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置,所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置用于根据所述相对位置设置多个耦出光栅在所述光波导镜片上的位置。
在另一种可能的实现方式中,所述方法还包括:
确定所述每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定所述每级出射光线之间能量效率之差的预设阈值;
根据所述每级出射光线的能量效率,确定所述每级出射光线之间能量效率之差小于所述预设阈值时,所述耦出光栅的衍射效率;
根据所述耦出光栅的衍射效率,确定所述耦出光栅的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,所述光栅组件为光致聚合物材料。
在另一种可能的实现方式中,所述通过所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
通过所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线;
将所述多组第一出射光线投影到显示组件上,显示所述多组第一出射光线对应的多个第一图像。
另一方面,提供了一种近眼显示设备,所述近眼显示设备包括:图像源、处理器、多个光波导镜片和多个光栅组件,所述光波导镜片和所述光栅组件的数量相同;
所述图像源与所述处理器连接;
所述多个光波导镜片堆叠设置,每两个光波导镜片之间留有缝隙;
对于每个光栅组件和每个光波导镜片,所述光栅组件的耦入光栅设置于所述光波导镜片的第一端的上表面,所述光栅组件的耦出光栅设置于所述光波导镜片的第二端的上表面,所述耦入光栅和所述耦出光栅的结构呈镜像对称;
所述图像源设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦入光栅的位置对齐。
在一种可能的实现方式中,所述近眼显示设备还包括:显示组件;
所述显示组件设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦出光栅的位置对齐。
在另一种可能的实现方式中,所述每个光波导镜片上的耦出光栅与其他相邻光波导镜片上的耦出光栅错位设置。
在另一种可能的实现方式中,所述光栅组件为光致聚合物材料;
所述光栅组件通过曝光工艺设置在所述光波导镜片上。
另一方面,提供了一种图像处理装置,所述图像处理装置包括:图像源、处理器、多个光波导镜片和多个光栅组件,所述光波导镜片和所述光栅组件的数量相同;所述图像源与所述处理器连接;所述多个光波导镜片堆叠设置,每两个光波导镜片之间留有缝隙;对于每个光栅组件和每个光波导镜片,所述光栅组件的耦入光栅设置于所述光波导镜片的第一端的上表面,所述光栅组件的耦出光栅设置于所述光波导镜片的第二端的上表面,所述耦入光栅和所述耦出光栅的结构呈镜像对称;所述图像源设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦入光栅的位置对齐;
所述处理器,用于确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,所述近眼显示设备的第二FOV由所述多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据所述第一FOV确定所述光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,所述光栅组件包括耦入光栅和耦出光栅;
所述多个光栅组件根据所述光栅参数进行设置,所述多个光栅组件用于,当对所述图像源进行显示时,对所述图像源对应的入射光进行衍射,得到多个第一图像,所述图像源的视场角为第二FOV;
所述多个光波导镜片,用于传导所述多个光栅组件衍射的入射光线;
所述处理器,还用于将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像。
在一种可能的实现方式中,所述处理器,还用于根据所述第一FOV,确定所述光波导镜片的入射光线的入射角范围;根据所述入射光线的入射角范围和所述入射光线的光谱范围,确定所述光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,所述处理器,还用于根据所述入射光线的入射角范围,确定所述入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据所述入射光线的光谱范围,确定所述入射光线的最小波长和最大波长;确定所述最小入射角和所述最小波长以及最大入射角和所述最大波长满足布拉格条件时,所述光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,所述处理器,还用于当对图像进行显示时,向所述图像源发送投影指令,所述投影指令用于指示所述图像源根据待显示的图像投射第一入射光线;
所述图像源,用于接收所述投影指令,根据待显示的图像生成第一入射光线,将所述第一入射光线投射至所述多个光波导镜片上设置的光栅组件的耦入光栅,所述图像源的视场角为第二FOV;
所述耦入光栅,用于确定所述光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围,根据所述入射角度范围,对于所述入射角度范围内的第一入射光线,通过所述光波导镜片的耦入光栅对所述第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
所述光波导镜片,用于传导所述第二入射光线,直到所述第二入射光线被所述光波导镜片的耦出光栅衍射;
所述耦出光栅,用于对所述第二入射光线进行衍射,得到第一出射光线;
所述处理器,还用于根据所述第一出射光线确定所述第一图像。
在另一种可能的实现方式中,所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;确定所述出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置,根据所述每个衍射次数对应的出射光线的位置,确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置;
所述多个耦出光栅的位置根据所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置进行设置,所述耦出光栅,还用于根据所述耦出光栅的相对位置,投射所述第一出射光线,得到第一图像;
所述处理器,还用于根据所述耦出光栅的相对位置,对所述第一图像进行拼接,得到所述第二图像。
在另一种可能的实现方式中,所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定所述每级出射光线之间能量效率之差的预设阈值;根据所述每级出射光线的能量效率,确定所述每级出射光线之间能量效率之差小于所述预设阈值时,所述耦出光栅的衍射效率;根据所述耦出光栅的衍射效率,确定所述耦出光栅的光栅参数;
所述光栅组件,还用于根据所述衍射效率对所述入射光线进行衍射,得到所述第一图像。
在另一种可能的实现方式中,所述光栅组件为光致聚合物材料。
在另一种可能的实现方式中,所述装置还包括显示组件;
所述显示组件设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦出光栅的位置对齐;
所述多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,还用于对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线,将所述多组第一出射光线投影到显示组件上;
所述显示组件,用于接收所述多组第一出射光线,显示所述多组第一出射光线对应的多个第一图像。
另一方面,提供了一种电子设备,所述电子设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储至少一条指令,所述至少一条指令由所述处理器加载并执行,以实现如本公开实施例中的方法实施例中所述图像显示方法。
另一方面,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中存储至少一条指令,所述至少一条指令由处理器加载并执行,以实现如本公开实施例中的方法实施例中所述图像显示方法。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
在本公开实施例中,通过确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数;对图像源进行显示时,根据该光栅参数对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,通过优化光栅参数,使得多个第一FOV之间没有重叠部分,保证了第二图像没有重影,提高了第二图像的均匀度,扩大了近眼显示设备的眼动范围。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并于说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构意图;
图2是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图3是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图4是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图5是根据一示例性实施例示出的一种图像显示方法的流程图;
图6是根据一示例性实施例示出的一种图像显示方法的流程图;
图7是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图8是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图9是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图;
图10是根据一示例性实施例示出的一种光的走向流程图;
图11是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种近眼显示设备的结构示意图,如图1所示,近眼显示设备包括图像源101、处理器102、多个光波导镜片103和多个光栅组件104,该光波导镜片103和该光栅组件104的数量相同;该图像源101与该处理器102连接;该多个光波导镜片103堆叠设置,每两个光波导镜片103之间留有缝隙;对于每个光栅组件104和每个光波导镜片103,该光栅组件104的耦入光栅设置于该光波导镜片103的第一端的上表面,该光栅组件104的耦出光栅设置于该光波导镜片103的第二端的上表面,该耦入光栅和该耦出光栅的结构呈镜像对称;该图像源101设置于该堆叠设置的该多个光波导镜片103的外侧,与该多个耦入光栅的位置对齐。
其中,图像源101用于生成入射光线,将该入射光线投射给该光栅组件104,该图像源101可以通过LCOS(Liquid Crystal on Silicon,液晶附硅)、LCD(Liquid CrystalDisplay,液晶显示器)、DLP(Digital Light Processing,数字光处理技术)和OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等技术将获取到的图像源投影到光栅组件104上。光栅组件104,用于接收该图像源101投射的入射光线,对该入射光线进行衍射,生成该图像源对应的第二图像;每个光波导镜片103上设有光栅组件104,能够将图像源101投射的光线衍射到观测点,以便接收组件对接收该图像源,其中,该接收组件可以为人眼或探测器等,本公开实施例中,对该接收组件不作具体限定。
光波导镜片103和光栅组件104的数量相同,每个光栅组件104包括耦入光栅和耦出光栅;该多个光波导镜片103堆叠设置,每两个光波导镜片103之间留有缝隙;对于每个光栅组件104和每个光波导镜片103,该光栅组件104的耦入光栅设置于该光波导镜片103的第一端的上表面,该耦出光栅设置于该光波导镜片103的第二端的上表面,该耦入光栅和该耦出光栅的结构呈镜像对称;每个光波导镜片103上的耦出光栅可以与其他相邻光波导镜片103上的耦出光栅错位设置。参见图2,图2是根据示例性实施例示出的一种近眼显示设备,该近眼显示设备包括N个光波导镜片103和N个光栅组件104,继续参见图2,该N个光波导镜片103分别从下到上分别为第一光波导镜片、第二光波导镜片、……第N光波导镜片,该N个光波导镜片103中每个光波导镜片103上设置一个光栅组件104,每个光栅组件104包括耦入光栅和耦出光栅,则第一光波导镜片上设置第一光栅组件,第一光栅组件包括第一耦入光栅和第一耦出光栅,第二光波导镜片上设置第二光栅组件,第二光栅组件包括第二耦出光栅和第二耦入光栅,……,第N光波导镜片上设置第N光栅组件,第N耦入光栅和第N耦出光栅。其中,N个耦入光栅的位置相互对齐,N个耦出光栅之间,每两个相邻的耦出光栅之间错位设置,继续参见图2,将该第一耦出光栅设置在第一光波导镜片的上表面的一端,将第二耦出光栅设置在第二光波导镜片的上表面的一端,其中,该第二光波导镜片与第一光波导镜片之间错位距离为
Figure 547895DEST_PATH_IMAGE001
,以此类推,将该第N-1耦出光栅设置在第N-1光波导镜片的上表面的一端,将第N耦出光栅设置在第N光波导镜片的上表面的一端,其中,该第N-1光波导镜片与第N光波导镜片之间错位距离为
Figure 589801DEST_PATH_IMAGE001
需要说明的一点是,该第N耦出光栅可以在第N-1耦出光栅的内侧,该第N耦出光栅还可以在第N-1耦出光栅的外侧,在本公开实施例中,对此不作具体限定。例如,继续参见图2,如图2 所示,该第N耦出光栅还可以在第N-1耦出光栅的外侧。
在本公开实施例中,以该近眼显示设备中包括两个光波导镜片为例进行说明。如图3所示,图3是根据示例性实施例示出的一种近眼显示设备中的多个光波导镜片103和多个光栅组件104,该多个光波导镜片103包括第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2;该多个光栅组件104包括第一光栅组件104-1和第二光栅组件104-2,其中,第一光栅组件104-1包括第一耦入光栅和第一耦出光栅,第二光栅组件104-2包括第二耦入光栅和第二耦出光栅。该第二光波导镜片103-2叠加在该第一光波导镜片103-1上,该第一光波导镜片103-1和该第二光波导镜片103-2之间留有缝隙;该第一耦入光栅设置于该第一光波导镜片102-1的第一端的上表面,该第一耦出光栅设置于该第一光波导镜片103-1的第二端的上表面,该第一耦入光栅和该第一耦出光栅的结构呈镜像对称;该第二耦入光栅设置于该第二光波导镜片103-2的第一端的上表面,该第二耦出光栅设置于该第二光波导镜片103-2的第二端的上表面,该第二耦入光栅和该第一耦出光栅的结构呈镜像对称;该第一耦出光栅和该第二耦出光栅错位设置。
其中,该第二光波导镜片103-2叠加在该第一光波导镜片103-1上,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间可以通过玻璃、橡胶、塑料或粘贴胶连接,其中,该粘贴胶可以为UV(Ultraviolet Rays,光敏)胶水或光学双面胶等具有粘性的材料。该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2的连接位置可以根据需要进行设置,在本公开实施例中,对该连接位置不作具体限定。例如,该连接位置设置在第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光栅和第二耦出光栅的外侧,避免了阻碍、吸收光波导中传播的光线。另外,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间的缝隙应稍大于该第一耦入光栅和第一耦出光栅的厚度,相应的,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间的缝隙也可以根据第一耦入光栅和第一耦出光栅的厚度确定,在本公开实施例中,对该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间的缝隙的宽度不作具体限定。继续参见图3,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间的缝隙的宽度可以为d。另外,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2之间的缝隙的宽度由连接该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2的连接物产生,相应的,当该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2由粘贴胶连接时,该粘贴胶的厚度与该缝隙的宽度相同。
该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2的长度相同,并且,该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2的长度可以根据需要进行设置,在本公开实施例中,对该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2的长度不作具体限定。
在本公开实施例中,该第一耦出光栅和第二耦出光栅之间错位设置,使得该第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2中的光线经过第一耦出光栅和第二耦出光栅的衍射后的出射光线可以为相近的衍射级别的光线,如图4所示,该第一耦出光栅和第二耦出光栅之间可以错位设置相差为
Figure 401768DEST_PATH_IMAGE001
的位置差。其中,该
Figure 729981DEST_PATH_IMAGE001
可以为通过将第二耦出光栅移动
Figure 10921DEST_PATH_IMAGE001
得到的位置差,也可以为将第一耦出光栅移动
Figure 607249DEST_PATH_IMAGE001
得到的位置差。在本公开实施例中,对此不作具体限定。
在本实现方式中,通过将该第一耦出光栅和第二耦出光栅的位置进行错位设置,使得该第一耦出光栅和第二耦出光栅的出射光线的同一衍射级别出射光线来组成同一观测点对应的第一图像,使得多个第一图像组成的第二图像之间的亮度差较小,从而使第二图像的亮度均匀。
另外,在一种可能的实现方式中,该第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光和第二耦出光栅的材料可以为液晶材料。在另一种可能的实现方式中,该第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光栅和第二耦出光栅的材料可以为光致聚合物材料。
在本实现方式中,通过光致聚合物材料制作第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光栅和第二耦出光栅,降低了衍射光栅的制作成本,并且,通过曝光工艺获取该衍射光栅,简化了衍射光栅的流程,提高了生产效率。
并且,由于该第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光栅和第二耦出光栅的材料为光致聚合物材料,因此,该第一耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦入光栅和第二耦出光栅可以通过曝光工艺得到。并且,可以通过该曝光工艺调控该第一耦出光栅和第二耦出光栅的衍射效率,从而提高该近眼显示设备的视场亮度均匀性,并增大眼动范围(Eyebox)。
在另一种可能的实现方式中,该近眼显示设备还包括:显示组件;该显示组件设置于该堆叠设置的该多个光波导镜片的外侧,与该多个耦出光栅的位置对齐。相应的,该多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,还用于对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线,将该多组第一出射光线投影到显示组件上;该显示组件,用于接收该多组第一出射光线,显示该多组第一出射光线对应的多个第一图像。
在本实现方式中,该近眼显示设备包括多个波导镜片103、和多个光栅组件104;多个光波导镜片103包括第一光波导镜片103-1和第二光波导镜片103-2;多个光栅组件104包括第一光栅组件104-1和第二光栅组件104-2,其中,第一光栅组件104-1包括第一耦入光栅和第一耦出光栅,第二光栅组件104-2包括第二耦入光栅和第二耦出光栅。该第二光波导镜片103-2叠加在该第一光波导镜片103-1上,该第一光波导镜片103-1和该第二光波导镜片103-2之间留有缝隙;该第一耦入光栅设置于该第一光波导镜片102-1的第一端的上表面,该第一耦出光栅设置于该第一光波导镜片103-1的第二端的上表面,该第一耦入光栅和该第一耦出光栅的结构呈镜像对称;该第二耦入光栅设置于该第二光波导镜片103-2的第一端的上表面,该第二耦出光栅设置于该第二光波导镜片103-2的第二端的上表面,该第二耦入光栅和该第一耦出光栅的结构呈镜像对称;该第一耦出光栅和该第二耦出光栅错位设置,使得该第一耦出光栅和第二耦出光栅的出射光线的同一衍射级别出射光线来组成同一观测点对应的第一图像,使得多个第一图像组成的第二图像之间的亮度差较小,从而使第二图像的亮度均匀。
图5是根据本公开实施例示出的一种图像显示方法的流程图,如图5所示,该方法包括:
在步骤501中,确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成。
在步骤502中,对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,该光栅组件包括耦入光栅和耦出光栅。
在步骤503中,根据该光栅参数,设置该光波导镜片的光栅组件。
在步骤504中,当对图像源进行显示时,通过该近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV。
当步骤505中,将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像。
在一种可能的实现方式中,该根据该第一FOV确定该光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,包括:
根据该第一FOV,确定该光波导镜片的入射光线的入射角范围;
根据该入射光线的入射角范围和该入射光线的光谱范围,确定该光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,该根据该入射光线的入射角范围和该入射光线的光谱范围,确定该光栅组件的光栅参数,包括:
根据该入射光线的入射角范围,确定该入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据该入射光线的光谱范围,确定该入射光线的最小波长和最大波长;
确定该最小入射角和该最小波长以及最大入射角和该最大波长满足布拉格条件时,该光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,该通过该近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
对于该近眼显示设备的每个光波导镜片,确定该光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围;
对于该入射角度范围内的第一入射光线,通过该光波导镜片的耦入光栅对该第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
通过该光波导镜片传导该第二入射光线,直到该第二入射光线被该光波导镜片的耦出光栅衍射,得到第一出射光线;
根据该第一出射光线确定该第一图像。
在另一种可能的实现方式中,该将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,包括:
确定同一观测点对应的多个第一图像;
将该同一观测点的多个第一图像进行拼接,得到该第二图像。
在另一种可能的实现方式中,该方法还包括:
确定该每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;
确定该出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置;
根据该每个衍射次数对应的出射光线的位置,确定该每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置,该每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置用于根据该相对位置设置多个耦出光栅在该光波导镜片上的位置。
在另一种可能的实现方式中,该方法还包括:
确定该每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定该每级出射光线之间能量效率之差的预设阈值;
根据该每级出射光线的能量效率,确定该每级出射光线之间能量效率之差小于该预设阈值时,该耦出光栅的衍射效率;
根据该耦出光栅的衍射效率,确定该耦出光栅的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,该光栅组件为光致聚合物材料。
在另一种可能的实现方式中,该通过该近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
通过该近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线;
将该多组第一出射光线投影到显示组件上,显示该多组第一出射光线对应的多个第一图像。
在本公开实施例中,通过确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数;对图像源进行显示时,根据该光栅参数对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,通过优化光栅参数,使得多个第一FOV之间没有重叠部分,保证了第二图像没有重影,提高了第二图像的均匀度,扩大了近眼显示设备的眼动范围。
图6是根据本公开实施例示出的一种图像显示方法的流程图,如图6所示,该方法包括:
在步骤601中,近眼显示设备确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成。
该近眼显示设备中包括多个光波导镜片,在本公开实施例中,对该光波导镜片的数量也不作具体限定。例如,该近眼显示设备中的光波导镜片的数量可以为2、3、4等。
第一FOV(Field of view,视场角)指用户可以通过该光波导镜片观测到的图像的角度范围。该第二FOV指用户可以通过该近眼显示设备观测到的图像的角度范围。其中,该第二FOV可以根据需要进行设置,在本公开实施例中,对该第二FOV的大小不作具体限定。例如,该第二FOV可以为-25°到25°或者-10°到20°等。该第一FOV可以根据光波导镜片的数量和第二FOV的大小确定。例如,当该光波导镜片的数量为2个,第二FOV的大小为-25°到25°时,该每个光波导镜片的第一FOV可以分别为-25°到0°和0°到25度,或者,-25°到5°和5°到25°等。在本公开实施例中,对该第二FOV的分割方式不作具体限定。该第一FOV可以为根据事先设置的分割方式确定的,也可以为用户输入的第一FOV,在本公开实施例中,对该第一FOV的确定方式不作具体限定。
在步骤602中,对于每个光波导镜片,近眼显示设备根据该第一FOV,确定该光波导镜片的入射光线的入射角范围。
在本步骤中,近眼显示设备根据每个光波导镜片的第一FOV,确定可以在该光波导镜片中传播的光线的入射角度。该入射角范围为该第一FOV对应的角度范围。例如,当该第一FOV为
Figure 149089DEST_PATH_IMAGE002
时,该入射角范围可以为
Figure 54728DEST_PATH_IMAGE002
在步骤603中,近眼显示设备根据该入射光线的入射角范围和该入射光线的光谱范围,确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数。
在本步骤中,近眼显示设备确定该入射光线的光谱范围和入射光线的入射角范围,根据该光谱范围和入射角范围满足布拉格条件时,确定该光波导镜片对应的光栅组件的光栅参数。该近眼显示设备根据该入射光线的入射角范围和该入射光线的光谱范围,确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数的步骤可以通过以下步骤(1)-(3)实现,包括:
(1)近眼显示设备根据该入射光线的入射角范围,确定该入射光线的最小入射角和最大入射角。
在本步骤中,近眼显示设备分别确定该耦入光栅和耦出光栅中允许通过的最大入射角和最小入射角。
(2)近眼显示设备根据该入射光线的光谱范围,确定该入射光线的最小波长和最大波长。
在本步骤中,近眼显示设备分别确定该耦入光栅和耦出光栅中允许通过的入射光的最大波长和最小波长。
(3)近眼显示设备确定该最小入射角和该最小波长以及最大入射角和该最大波长满足布拉格条件时,该光波导镜片的光栅组件的光栅参数。
其中,该光栅参数包括光栅的倾斜角和光栅周期。在本步骤中,近眼显示设备根据布拉格条件,分别确定满足布拉格条件时,最小入射角和最小波长的对应关系,以及,最大入射角和最大波长的对应关系,根据该对应关系,确定满足该对应关系时,光栅的倾斜角和光栅周期的大小。
在步骤604中,当对图像源进行显示时,对于该近眼显示设备的每个光波导镜片,近眼显示设备确定该光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围。
在本步骤中,近眼显示设备对图像源进行显示时,确定近眼显示设备中每个光波导镜片允许通过的入射光的入射角度范围。例如,该近眼显示设备中,每个光波导镜片对应的入射光的角度范围分别为
Figure 72232DEST_PATH_IMAGE003
Figure 455940DEST_PATH_IMAGE004
,则当入射光的角度为
Figure 852286DEST_PATH_IMAGE005
,且
Figure 411050DEST_PATH_IMAGE006
时,如图7所示,该入射光线可以通过入射角度范围为
Figure 525636DEST_PATH_IMAGE003
的光波导镜片的耦入光栅;当入射光的角度为
Figure 447456DEST_PATH_IMAGE007
,且
Figure 88522DEST_PATH_IMAGE008
时,该入射可以通过入射角度范围为
Figure 195018DEST_PATH_IMAGE004
的光波导镜片的耦入光栅。
在步骤605中,对于该入射角度范围内的第一入射光线,近眼显示设备通过该光波导镜片的耦入光栅对该第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线。
对于该图像源对应的入射光线,该入射光线,先通过该上层光波导镜片对应的耦入光栅,由该耦入光栅的光栅参数确定可以通过该耦入光栅进行衍射的入射光线的角度范围,不在该角度范围内的入射光线,直接透过该耦入光栅进入下一层光波导镜片的耦入光栅,再由该耦入光栅的光栅参数确定可以通过该耦入光栅进行衍射的入射光线的角度范围,以此类推直到该图像源对应的入射光都被近眼显示设备的光波导镜片衍射。
相应的,将该图像源的入射光中入射角度在该光波导镜片的耦入光栅对应的入射角度范围之内的入射光作为第一入射光线,该第一入射光线可以通过该光波导镜片上的耦入光栅进行衍射,得到衍射后的第二入射光线。
在步骤606中,近眼显示设备通过该光波导镜片传导该第二入射光线,直到该第二入射光线被该光波导镜片的耦出光栅衍射,得到第一出射光线。
在本步骤中,该第二入射光线通过在该光波导镜片中进行全反射,从该光波导镜片的耦入光栅处传导到该光波导镜片的耦出光栅处,之后经由耦出光栅进行衍射,从该耦出光栅处出射,得到第一出射光线。
需要说明的一点是,该第一出射光线中,不同出射位置的出射光线的衍射次数不同,但出射角度相同,并且,由于该耦入光栅和耦出光栅为镜像对称的结构,则耦出光栅的出射角度范围与耦入光栅的入射角度范围镜像对称。例如,该耦入光栅的入射角度范围为
Figure 672267DEST_PATH_IMAGE009
,则该耦出光栅对应的出射光线的出射角度为
Figure 148510DEST_PATH_IMAGE002
另外,在一种可能的实现方式中,如图8所示,该近眼设备中的耦出光栅对齐设置,则不同光波导镜片中耦出光栅对应的出射光线中,不同衍射次数的出射光线可能对应同一观测点。由于不同衍射次数的出射光线对应的能量不同,可能导致同一观测点对应的出射光线的亮度不同。
在另一种可能的实现方式中,如图9所示,该近眼显示设备中的耦出光栅错位设置,使得相同衍射次数的出射光线对应同一观测点,从而保证了同一观测点的出射光线的衍射次数相同,进而保证同一观测点的出射光线的能量相同,保证了同一观测点的出射光线的亮度相同,保证了均匀度,同时,扩大了眼动范围。
相应的,在本步骤之前,需要确定该近眼显示设备中每个耦出光栅的相对位置。该确定不同耦出光栅的相对位置的过程可以通过以下步骤(1)-(3)实现,包括:
(1)近眼显示设备确定该每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线。
(2)近眼显示设备确定该出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置。
(3)近眼显示设备根据该每个衍射次数对应的出射光线的位置,确定该每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置。
在步骤607中,近眼显示设备根据该第一出射光线确定该第一图像。
在本步骤中,近眼显示设备根据每个耦出光栅对应的出射光线分别组成每个耦出光栅对应的第一图像。
该近眼显示设备中还可以包括显示组件,相应的,近眼显示设备通过该近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线;将该多组第一出射光线投影到显示组件上,显示该多组第一出射光线对应的多个第一图像。
在本实现方式中,通过将该近眼显示设备上的多个耦出光栅得到多组第一出射光线,通过该第一显示组件显示该多个第一出射光线对应的多个第一图像,使得出射光线可以显示在同一平面上,保证了同一观测点的出射光线的亮度相同,保证了均匀度,同时,扩大了眼动范围。
在步骤608中,近眼显示设备将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像。
在本步骤中,近眼显示设备根据获取到的多个第一图像,对该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像。该过程可以通过以下步骤(A1)-(A2)实现,包括:
(A1)近眼显示设备确定同一观测点对应的多个第一图像。
在该近眼显示设备对应的出瞳位置所在的平面上的眼动范围内,可以设置多个观测点,每个观测点都可以观测到该近眼显示设备对应的多个第一图像。继续参见图9,左中右三个观测点中,从任一观测点对该第一图像进行观测,都可以得到该图像源对应的多个图像。
(A2)近眼显示设备将该同一观测点的多个第一图像进行拼接,得到该第二图像。
在本步骤中,近眼显示设备可以根据每个第一图像对应的角度范围,确定该第一图像的位置,根据该第一图像的位置对该多个第一图像进行拼接,得到第二图像。
另外,在本公开实施例中,还可以通过调整该耦出光栅的衍射效率,调整该出射光线的能量差值。
对于该近眼显示设备中的任一光波导镜片,该光波导镜片的耦出光栅的第一次衍射光的能量效率为
Figure 519448DEST_PATH_IMAGE010
、第二次衍射光的能量效率为
Figure 672212DEST_PATH_IMAGE011
、第三次衍射光的能量效率为
Figure 886025DEST_PATH_IMAGE012
、…、第N次衍射光的能量效率为
Figure 539860DEST_PATH_IMAGE013
。假设该光波导镜片的耦入光栅的衍射效率为
Figure 640671DEST_PATH_IMAGE014
,耦出光栅的衍射效率为
Figure 712139DEST_PATH_IMAGE015
(上述所有衍射效率、能量效率均在0~1范围内),则该耦出光栅的第一次衍射的能量效率为:
Figure 554193DEST_PATH_IMAGE010
=
Figure 355927DEST_PATH_IMAGE016
;第二次衍射的能量效率为:
Figure 826091DEST_PATH_IMAGE011
=
Figure 445291DEST_PATH_IMAGE017
;第三次衍射的能量效率为:
Figure 384429DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 6165DEST_PATH_IMAGE018
;…;第N次衍射的能量效率为:
Figure 206202DEST_PATH_IMAGE019
=
Figure 137249DEST_PATH_IMAGE020
从上式可知,
Figure 812950DEST_PATH_IMAGE010
>
Figure 81120DEST_PATH_IMAGE011
>
Figure 276609DEST_PATH_IMAGE012
>⋯>
Figure 126360DEST_PATH_IMAGE013
,即耦出光栅的衍射光的能量效率随着衍射次数的增加而衰减。当耦出光栅的衍射效率
Figure 633565DEST_PATH_IMAGE015
较大时,
Figure 846372DEST_PATH_IMAGE010
明显大于
Figure 411214DEST_PATH_IMAGE011
Figure 418484DEST_PATH_IMAGE011
明显大于
Figure 678564DEST_PATH_IMAGE012
,衍射光的能量效率大幅度衰减,使得光波导镜片出射光中的高阶次衍射光能量微弱。因此,在本公开实施例中,通过减小该耦出光栅的衍射效率
Figure 180215DEST_PATH_IMAGE015
,使得衍射光的能量效率相近,进而使出射光的能量相近,进一步保证了第二图像的亮度均匀。其中,该确定耦出光栅的衍射效率的过程可以通过以下步骤(B1)-(B2)实现,包括:
(B1)近眼显示设备确定该每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线的能量效率。
(B2)近眼显示设备根据该耦出光栅的能量效率,确定该耦出光栅的衍射效率,使得该耦出光线的能量效率相差在预设阈值之内。
其中,该预设阈值可以根据需要进行设置,在本公开实施例中,对该预设阈值不作具体限定。
需要说明的一点是,上述近眼显示设备显示图像源时光线的走向流程可以通过图10所示的流程进行,如图10所示,以该近眼显示设备中包括两个光波导镜片为例进行说明。图像源通过投影组件投影至该显示组件的第一光波导镜片,第一光波导镜片的第一耦入光栅对该入射光线进行投射和衍射,投射光线经过该第二光波导镜片,由第二耦入光栅进行衍射,之后两束衍射光线分别由第一光波导镜片和第二光波导镜片传导,直到分别通过该第一耦出光栅和第二耦出光栅衍射射出,之后该第二耦出光栅衍射的光线由第二耦出光栅投射,与第一耦出光栅的出射光线拼接,进入观测设备。
在本公开实施例中,通过确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数;对图像源进行显示时,根据该光栅参数对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,通过优化光栅参数,使得多个第一FOV之间没有重叠部分,保证了第二图像没有重影,提高了第二图像的均匀度,扩大了近眼显示设备的眼动范围。
本公开实施例还公开了一种图像处理装置,该图像处理装置包括:图像源、处理器、多个光波导镜片和多个光栅组件,该光波导镜片和该光栅组件的数量相同;该图像源与该处理器连接;该多个光波导镜片堆叠设置,每两个光波导镜片之间留有缝隙;对于每个光栅组件和每个光波导镜片,该光栅组件的耦入光栅设置于该光波导镜片的第一端的上表面,该光栅组件的耦出光栅设置于该光波导镜片的第二端的上表面,该耦入光栅和该耦出光栅的结构呈镜像对称;该图像源设置于该堆叠设置的该多个光波导镜片的外侧,与该多个耦入光栅的位置对齐;
该处理器,用于确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片上的光栅组件的光栅参数,该光栅组件包括耦入光栅和耦出光栅;
该多个光栅组件根据该光栅参数进行设置,该多个光栅组件用于,当对该图像源进行显示时,对该图像源对应的入射光进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;
该多个光波导镜片,用于传导该多个光栅组件衍射的入射光线;
该处理器,还用于将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像。
在一种可能的实现方式中,该处理器,还用于根据该第一FOV,确定该光波导镜片的入射光线的入射角范围;根据该入射光线的入射角范围和该入射光线的光谱范围,确定该光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,该处理器,还用于根据该入射光线的入射角范围,确定该入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据该入射光线的光谱范围,确定该入射光线的最小波长和最大波长;确定该最小入射角和该最小波长以及最大入射角和该最大波长满足布拉格条件时,该光栅组件的光栅参数。
在另一种可能的实现方式中,该处理器,还用于当对图像进行显示时,向该图像源发送投影指令,该投影指令用于指示该图像源根据待显示的图像投射第一入射光线;
该图像源,用于接收该投影指令,根据待显示的图像生成第一入射光线,将该第一入射光线投射至该多个光波导镜片上设置的光栅组件的耦入光栅,该图像源的视场角为第二FOV;
该耦入光栅,用于确定该光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围,根据该入射角度范围,对于该入射角度范围内的第一入射光线,通过该光波导镜片的耦入光栅对该第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
该光波导镜片,用于传导该第二入射光线,直到该第二入射光线被该光波导镜片的耦出光栅衍射;
该耦出光栅,用于对该第二入射光线进行衍射,得到第一出射光线;
该处理器,还用于根据该第一出射光线确定该第一图像。
在另一种可能的实现方式中,该处理器,还用于确定该每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;确定该出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置,根据该每个衍射次数对应的出射光线的位置,确定该每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置;
该多个耦出光栅的位置根据该每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置进行设置,该耦出光栅,还用于根据该耦出光栅的相对位置,投射该第一出射光线,得到第一图像;
该处理器,还用于根据该耦出光栅的相对位置,对该第一图像进行拼接,得到该第二图像。
在另一种可能的实现方式中,该处理器,还用于确定该每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定该每级出射光线之间能量效率之差的预设阈值;根据该每级出射光线的能量效率,确定该每级出射光线之间能量效率之差小于该预设阈值时,该耦出光栅的衍射效率;根据该耦出光栅的衍射效率,确定该耦出光栅的光栅参数;
该光栅组件,还用于根据该衍射效率对该入射光线进行衍射,得到该第一图像。
在另一种可能的实现方式中,该光栅组件为光致聚合物材料。
在本公开实施例中,通过确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一视场角FOV,该近眼显示设备的第二FOV由该多个光波导镜片的第一FOV组成;对于每个光波导镜片,根据该第一FOV确定该光波导镜片的光栅组件的光栅参数;对图像源进行显示时,根据该光栅参数对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,该图像源的视场角为第二FOV;将该多个第一图像进行拼接,得到该图像源对应的第二图像,通过优化光栅参数,使得多个第一FOV之间没有重叠部分,保证了第二图像没有重影,提高了第二图像的均匀度,扩大了近眼显示设备的眼动范围。
在另一种可能的实现方式中,该装置还包括显示组件;
该显示组件设置于该堆叠设置的该多个光波导镜片的外侧,与该多个耦出光栅的位置对齐;
该多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,还用于对该图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线,将该多组第一出射光线投影到显示组件上;
该显示组件,用于接收该多组第一出射光线,显示该多组第一出射光线对应的多个第一图像。
需要说明的是:上述实施例提供的图像显示装置在图像显示时,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。另外,上述实施例提供的图像显示装置与图像显示方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,这里不再赘述。
图11示出了本发明一个示例性实施例提供的近眼显示设备1100的结构框图。该近眼显示设备1100可以是:智能眼镜、智能投影仪、VR(virtual reality,虚拟现实)设备或AR(Augmented Reality,增强现实)设备等。近眼显示设备1100还可能被称为用户设备、便携式终端等其他名称。
通常,近眼显示设备1100包括有:处理器1101和存储器1102。
处理器1101可以包括一个或多个处理核心,比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1101可以采用DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)、FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array,可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1101也可以包括主处理器和协处理器,主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器,也称CPU(Central ProcessingUnit,中央处理器);协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中,处理器1101可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit,图像处理器),GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中,处理器1101还可以包括AI(Artificial Intelligence,人工智能)处理器,该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器1102可以包括一个或多个计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1102还可包括高速随机存取存储器,以及非易失性存储器,比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中,存储器1102中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令,该至少一个指令用于被处理器1101所执行以实现本申请中方法实施例提供的图像显示方法。
在一些实施例中,近眼显示设备1100还可选包括有:外围设备接口1103和至少一个外围设备。处理器1101、存储器1102和外围设备接口1103之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1103相连。具体地,外围设备包括:射频电路1104、显示屏1105、摄像头组件1106、音频电路1107、定位组件1108和电源1109中的至少一种。
外围设备接口1103可被用于将I/O(Input/Output,输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器1101和存储器1102。在一些实施例中,处理器1101、存储器1102和外围设备接口1103被集成在同一电路板上;在一些其他实施例中,处理器1101、存储器1102和外围设备接口1103中的任意一个或两个可以在单独的电路板上实现,本实施例对此不加以限定。
射频电路1104用于接收和发射RF(Radio Frequency,射频)信号,也称电磁信号。射频电路1104通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路1104将电信号转换为电磁信号进行发送,或者,将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地,射频电路1104包括:天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、用户身份模块卡等等。射频电路1104可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于:城域网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity,无线保真)网络。在一些实施例中,射频电路1104还可以包括NFC(Near Field Communication,近距离无线通信)有关的电路,本申请对此不加以限定。
显示屏1105用于显示UI(User Interface,用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏1105是触摸显示屏时,显示屏1105还具有采集在显示屏1105的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器1101进行处理。此时,显示屏1105还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘,也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中,显示屏1105可以为一个,设置近眼显示设备1100的前面板;在另一些实施例中,显示屏1105可以为至少两个,分别设置在近眼显示设备1100的不同表面或呈折叠设计;在再一些实施例中,显示屏1105可以是柔性显示屏,设置在近眼显示设备1100的弯曲表面上或折叠面上。甚至,显示屏1105还可以设置成非矩形的不规则图形,也即异形屏。显示屏1105可以采用LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
摄像头组件1106用于采集图像或视频。可选地,摄像头组件1106包括前置摄像头和后置摄像头。通常,前置摄像头设置在终端的前面板,后置摄像头设置在终端的背面。在一些实施例中,后置摄像头为至少两个,分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头、长焦摄像头中的任意一种,以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能、主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及VR(Virtual Reality,虚拟现实)拍摄功能或者其它融合拍摄功能。在一些实施例中,摄像头组件1106还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯,也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合,可以用于不同色温下的光线补偿。
音频电路1107可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波,并将声波转换为电信号输入至处理器1101进行处理,或者输入至射频电路1104以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的,麦克风可以为多个,分别设置在近眼显示设备1100的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器1101或射频电路1104的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器,也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时,不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波,也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中,音频电路1107还可以包括耳机插孔。
定位组件1108用于定位近眼显示设备1100的当前地理位置,以实现导航或LBS(Location Based Service,基于位置的服务)。定位组件1108可以是基于美国的GPS(Global Positioning System,全球定位系统)、中国的北斗系统、俄罗斯的格雷纳斯系统或欧盟的伽利略系统的定位组件。
电源1109用于为近眼显示设备1100中的各个组件进行供电。电源1109可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源1109包括可充电电池时,该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
在一些实施例中,近眼显示设备1100还包括有一个或多个传感器1110。该一个或多个传感器1110包括但不限于:加速度传感器1111、陀螺仪传感器1112、压力传感器1113、指纹传感器1114、光学传感器1115以及接近传感器1116。
加速度传感器1111可以检测以近眼显示设备1100建立的坐标系的三个坐标轴上的加速度大小。比如,加速度传感器1111可以用于检测重力加速度在三个坐标轴上的分量。处理器1101可以根据加速度传感器1111采集的重力加速度信号,控制显示屏1105以横向视图或纵向视图进行用户界面的显示。加速度传感器1111还可以用于游戏或者用户的运动数据的采集。
陀螺仪传感器1112可以检测近眼显示设备1100的机体方向及转动角度,陀螺仪传感器1112可以与加速度传感器1111协同采集用户对近眼显示设备1100的3D动作。处理器1101根据陀螺仪传感器1112采集的数据,可以实现如下功能:动作感应(比如根据用户的倾斜操作来改变UI)、拍摄时的图像稳定、游戏控制以及惯性导航。
压力传感器1113可以设置在近眼显示设备1100的侧边框和/或显示屏1105的下层。当压力传感器1113设置在近眼显示设备1100的侧边框时,可以检测用户对近眼显示设备1100的握持信号,由处理器1101根据压力传感器1113采集的握持信号进行左右手识别或快捷操作。当压力传感器1113设置在显示屏1105的下层时,由处理器1101根据用户对显示屏1105的压力操作,实现对UI界面上的可操作性控件进行控制。可操作性控件包括按钮控件、滚动条控件、图标控件、菜单控件中的至少一种。
指纹传感器1114用于采集用户的指纹,由处理器1101根据指纹传感器1114采集到的指纹识别用户的身份,或者,由指纹传感器1114根据采集到的指纹识别用户的身份。在识别出用户的身份为可信身份时,由处理器1101授权该用户执行相关的敏感操作,该敏感操作包括解锁屏幕、查看加密信息、下载软件、支付及更改设置等。指纹传感器1114可以被设置近眼显示设备1100的正面、背面或侧面。当近眼显示设备1100上设置有物理按键或厂商Logo时,指纹传感器1114可以与物理按键或厂商Logo集成在一起。
光学传感器1115用于采集环境光强度。在一个实施例中,处理器1101可以根据光学传感器1115采集的环境光强度,控制显示屏1105的显示亮度。具体地,当环境光强度较高时,调高显示屏1105的显示亮度;当环境光强度较低时,调低显示屏1105的显示亮度。在另一个实施例中,处理器1101还可以根据光学传感器1115采集的环境光强度,动态调整摄像头组件1106的拍摄参数。
接近传感器1116,也称距离传感器,通常设置在近眼显示设备1100的前面板。接近传感器1116用于采集用户与近眼显示设备1100的正面之间的距离。在一个实施例中,当接近传感器1116检测到用户与近眼显示设备1100的正面之间的距离逐渐变小时,由处理器1101控制显示屏1105从亮屏状态切换为息屏状态;当接近传感器1116检测到用户与近眼显示设备1100的正面之间的距离逐渐变大时,由处理器1101控制显示屏1105从息屏状态切换为亮屏状态。
本领域技术人员可以理解,图11中示出的结构并不构成对近眼显示设备1100的限定,可以包括比图示更多或更少的组件,或者组合某些组件,或者采用不同的组件布置。
在示例性实施例中,还提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储至少一条指令,至少一条指令由服务器加载并执行,以实现上述实施例中图像显示方法。该计算机可读存储介质可以是存储器。例如,该计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
关于上述实施例中的装置,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中执行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变,本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种图像显示方法,其特征在于,所述方法包括:
确定近眼显示设备的多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一FOV;
对于每个光波导镜片,根据所述第一FOV,确定所述光波导镜片的入射光线的入射角范围;
根据所述入射光线的入射角范围,确定所述入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据所述入射光线的光谱范围,确定所述入射光线的最小波长和最大波长;
分别确定满足布拉格条件时,所述最小入射角和所述最小波长的第一对应关系以及所述最大入射角和所述最大波长的第二对应关系;
确定满足所述第一对应关系和所述第二对应关系时,所述光波导镜片的光栅组件的光栅参数;所述光栅参数包括:倾斜角和光栅周期;
根据所述倾斜角和所述光栅周期,设置所述光栅组件,所述光栅组件包括耦入光栅和耦出光栅,所述耦入光栅和所述耦出光栅的结构呈镜像对称,所述多个光波导镜片的耦入光栅的位置相互对齐,多个耦出光栅之间,每两个相邻的耦出光栅之间错位设置;
当对图像源进行显示时,根据所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,所述图像源的视场角为第二FOV,所述第二FOV由所述多个光波导镜片的第一FOV组成,所述耦出光栅的衍射效率小于基准衍射效率,所述基准衍射效率为每级出射光线之间能量效率之差为预设阈值时的衍射效率;
将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像;
确定所述耦出光栅的衍射效率的过程,包括:
确定所述每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定所述预设阈值;
根据每级出射光线的能量效率,确定所述每级出射光线之间能量效率之差小于所述预设阈值时,所述耦出光栅的衍射效率;
确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置的过程,包括:
确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;
确定所述出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置;
根据所述每个衍射次数对应的出射光线的出射位置,确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置,所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置用于设置所述多个耦出光栅在所述多个光波导镜片上的位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
对于所述近眼显示设备的每个光波导镜片,确定所述光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围;
对于所述入射角度范围内的第一入射光线,通过所述光波导镜片的耦入光栅对所述第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
通过所述光波导镜片传导所述第二入射光线,直到所述第二入射光线被所述光波导镜片的耦出光栅基于所述耦出光栅的衍射效率进行衍射,得到第一出射光线;
根据所述第一出射光线,确定第一图像。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像,包括:
确定同一观测点对应的多个第一图像;
将所述同一观测点的多个第一图像进行拼接,得到所述第二图像。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,所述光栅组件为光致聚合物材料。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多个第一图像,包括:
根据所述近眼显示设备的多个光波导镜片和每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线;
将所述多组第一出射光线投影到显示组件上,显示所述多组第一出射光线对应的多个第一图像。
6.一种近眼显示设备,其特征在于,所述近眼显示设备包括:图像源、处理器、多个光波导镜片和多个光栅组件,所述光波导镜片和所述光栅组件的数量相同;
所述图像源与所述处理器连接;
所述多个光波导镜片堆叠设置,每两个光波导镜片之间留有缝隙;
对于每个光栅组件和每个光波导镜片,所述光栅组件的耦入光栅设置于所述光波导镜片的第一端的上表面,所述光栅组件的耦出光栅设置于所述光波导镜片的第二端的上表面,所述耦入光栅和所述耦出光栅的结构呈镜像对称,所述多个光波导镜片的耦入光栅的位置相互对齐,多个耦出光栅之间,每两个相邻的耦出光栅之间错位设置;
所述图像源设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦入光栅的位置对齐;
所述光栅组件的光栅参数是基于第一对应关系和第二对应关系确定的;所述第一对应关系为满足布拉格条件时,最小入射角和最小波长的对应关系,所述第二对应关系为满足所述布拉格条件时,最大入射角和最大波长的对应关系;所述最小入射角和所述最大入射角组成所述光波导镜片的入射光线的入射角范围,所述最小波长和所述最大波长组成所述入射光线的光谱范围;且所述入射角范围是根据第一FOV确定的,所述第一FOV为所述光栅组件所在的光波导镜片对应的第一FOV;所述光栅参数包括倾斜角和光栅周期;
所述光栅组件,用于当对所述图像源进行显示时,根据耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光进行衍射,得到多个第一图像,所述图像源的视场角为第二FOV,所述第二FOV由多个光波导镜片的第一FOV组成,所述耦出光栅的衍射效率小于基准衍射效率,所述基准衍射效率为每级出射光线之间能量效率之差为预设阈值时的衍射效率;
所述处理器,用于将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像;
所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定所述预设阈值;根据每级出射光线的能量效率,确定所述每级出射光线之间能量效率之差小于所述预设阈值时,所述耦出光栅的衍射效率;
所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;确定所述出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置;根据所述每个衍射次数对应的出射光线的出射位置,确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置,所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置用于设置所述多个耦出光栅在所述多个光波导镜片上的位置。
7.根据权利要求6所述的近眼显示设备,其特征在于,所述近眼显示设备还包括:显示组件;
所述显示组件设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦出光栅的位置对齐。
8.根据权利要求6所述的近眼显示设备,其特征在于,所述光栅组件为光致聚合物材料;
所述光栅组件通过曝光工艺设置在所述光波导镜片上。
9.一种图像处理装置,其特征在于,所述图像处理装置包括:图像源、处理器、多个光波导镜片和多个光栅组件,所述光波导镜片和所述光栅组件的数量相同;所述图像源与所述处理器连接;所述多个光波导镜片堆叠设置,每两个光波导镜片之间留有缝隙;对于每个光栅组件和每个光波导镜片,所述光栅组件的耦入光栅设置于所述光波导镜片的第一端的上表面,所述光栅组件的耦出光栅设置于所述光波导镜片的第二端的上表面,所述耦入光栅和所述耦出光栅的结构呈镜像对称;所述图像源设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦入光栅的位置对齐;
所述处理器,用于确定所述多个光波导镜片中每个光波导镜片对应的第一FOV;对于每个光波导镜片,根据所述第一FOV,确定所述光波导镜片的入射光线的入射角范围;根据所述入射光线的入射角范围,确定所述入射光线的最小入射角和最大入射角;以及,根据所述入射光线的光谱范围,确定所述入射光线的最小波长和最大波长;分别确定满足布拉格条件时,所述最小入射角和所述最小波长的第一对应关系以及所述最大入射角和所述最大波长的第二对应关系;确定满足所述第一对应关系和所述第二对应关系时,所述光栅组件的光栅参数;所述光栅参数包括:倾斜角和光栅周期;
所述多个光栅组件根据所述倾斜角和所述光栅周期进行设置,所述多个光波导镜片的耦入光栅的位置相互对齐,多个耦出光栅之间,每两个相邻的耦出光栅之间错位设置,所述多个光栅组件用于,当对所述图像源进行显示时,根据耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光进行衍射,得到多个第一图像,所述图像源的视场角为第二FOV,所述第二FOV由所述多个光波导镜片的第一FOV组成,所述耦出光栅的衍射效率小于基准衍射效率,所述基准衍射效率为每级出射光线之间能量效率之差为预设阈值时的衍射效率;
所述多个光波导镜片,用于传导所述多个光栅组件衍射的入射光线;
所述处理器,还用于将所述多个第一图像进行拼接,得到所述图像源对应的第二图像;
所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片上光栅组件中耦出光栅的每级衍射对应的出射光线的能量效率;以及,确定所述预设阈值;根据每级出射光线的能量效率,确定所述每级出射光线之间能量效率之差小于所述预设阈值时,所述耦出光栅的衍射效率;
所述处理器,还用于确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的出射光线;确定所述出射光线中每个衍射次数对应的出射光线的出射位置;根据所述每个衍射次数对应的出射光线的出射位置,确定所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置,所述每个光波导镜片中耦出光栅的相对位置用于设置所述多个耦出光栅在所述多个光波导镜片上的位置。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述处理器,还用于当对图像进行显示时,向所述图像源发送投影指令,所述投影指令用于指示所述图像源根据待显示的图像投射第一入射光线;
所述图像源,用于接收所述投影指令,根据待显示的图像生成第一入射光线,将所述第一入射光线投射至所述多个光波导镜片上设置的光栅组件的耦入光栅,所述图像源的视场角为第二FOV;
所述耦入光栅,用于确定所述光波导镜片上光栅组件的耦入光栅对应的入射光线的入射角度范围,根据所述入射角度范围,对于所述入射角度范围内的第一入射光线,通过所述光波导镜片的耦入光栅对所述第一入射光线进行衍射,得到第二入射光线;
所述光波导镜片,用于传导所述第二入射光线,直到所述第二入射光线被所述光波导镜片的耦出光栅衍射;
所述耦出光栅,用于基于所述耦出光栅的衍射效率,对所述第二入射光线进行衍射,得到第一出射光线;
所述处理器,还用于根据所述第一出射光线,确定第一图像。
11.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述处理器,还用于确定同一观测点对应的多个第一图像;将所述同一观测点的多个第一图像进行拼接,得到所述第二图像。
12.根据权利要求9-11任一项所述的装置,其特征在于,所述光栅组件为光致聚合物材料。
13.根据权利要求9-11任一项所述的装置,其特征在于,所述装置还包括显示组件;
所述显示组件设置于所述堆叠设置的所述多个光波导镜片的外侧,与所述多个耦出光栅的位置对齐;
所述多个光波导镜片和每个光波导镜片上的光栅组件,还用于根据所述每个光波导镜片中耦出光栅的衍射效率,对所述图像源对应的入射光线进行衍射,得到多组第一出射光线,将所述多组第一出射光线投影到显示组件上;
所述显示组件,用于接收所述多组第一出射光线,显示所述多组第一出射光线对应的多个第一图像。
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