CN114355500A - 一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及ar显示器 - Google Patents

Abstract

本发明中提供了一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器，所述衍射光波导器件包括：波导片、第一衍射微结构和第一亮度补偿膜。所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体具有耦出区，所述耦出区位于所述波导片本体一侧；所述第一衍射微结构设置在所述耦出区内；所述第一亮度补偿膜设置在所述耦出区的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，所述第一亮度补偿膜紧贴所述波导片本体，或者与所述波导片本体间隔设置。解决了现有技术中因波导层表面衍射微结构的衍射效率固定，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，进而导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

Description

一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及的是一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术，增强现实设备在使用时，既要保证能够观察到虚拟信息，还要保证观察到真实的外部世界。

光波导是一种可将信号光束缚在其内部，并使信号光朝着特定方向传输的器件，同时光波导具有良好的透光性。基于这些特性，光波导可以作为增强现实近眼显示装置的显示器。光波导将投影光机投出的信号光定向传输到人眼中，因此人眼可以看到待显示的图像，又因光波导具有良好的透光性，人眼还可以清晰看到波导后的真实环境，因此人眼最终看到的是待显示图像和真实环境的融合。

光波导按照不同的实现原理可分为几何光波导，衍射光波导等种类。衍射光波导因其厚度薄、重量轻、透光性好等优点，逐渐成为增强现实近眼显示装置中显示器的优选方案。所述衍射光波导由一层波导层以及波导层表面的衍射微结构组成。

现有技术中，对于特定传播角度的光线和固定周期的衍射微结构，波导层表面衍射微结构的衍射效率一般是固定的，如图1所示，将待显示图像10输入光波导中，输出波导显示图像20，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，会导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器，旨在解决现有技术中因波导层表面衍射微结构的衍射效率固定，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，进而导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种衍射光波导器件，包括：波导片，所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体具有耦出区，所述耦出区位于所述波导片本体一侧；

第一衍射微结构，所述第一衍射微结构设置在所述耦出区内；

第一亮度补偿膜，所述第一亮度补偿膜设置在所述耦出区的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，所述第一亮度补偿膜紧贴所述波导片本体，或者与所述波导片本体间隔设置。

进一步，所述波导片本体还具有环境光射入区，所述第一亮度补偿膜覆盖部分所述环境光射入区；

所述衍射光波导器件还包括：

第二亮度补偿膜，所述第二亮度补偿膜位于所述波导片本体背离所述第一亮度补偿膜的一侧，并覆盖所述环境光射入区，用于将位于所述环境光射入区内的入射环境光的亮度校正为第二均匀亮度，所述第二亮度补偿膜紧贴所述波导片本体，或者与所述波导片本体间隔设置。

进一步，所述波导片还具有耦入区；

所述耦入区内部设置有第二衍射微结构。

进一步，所述波导片还包括：

转折区，所述转折区连接于所述波导片本体一侧，所述转折区内部设置有第三衍射微结构；

所述转折区、所述耦入区和所述耦出区均间隔设置或相邻接设置。

进一步，所述第一亮度补偿膜和所述第二亮度补偿膜朝向所述耦入区的位置分别设置有第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔与所述第二通孔的大小均与所述耦入区的大小相同。

一种衍射光波导器件亮度补偿方法，应用如上所述的衍射光波导器件，所述方法包括步骤：

获取所述耦出区出射光的所有视场的第一亮度分布；

提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布；

获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的亮度分布为第二亮度分布；

提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布。

进一步，所述步骤提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布具体包括：

获取所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布；

根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布。

进一步，所述步骤根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布具体包括：

根据第一亮度分布，预设一固定常数A，其中所述固定常数A为所述第一亮度补偿膜上与所述耦出区相对应区域上每个点对应的第一透过率与所述第一亮度分布中对应点亮度的乘积；

确定所述第一亮度补偿膜上每个点对应的第一透过率。

进一步，所述步骤提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布具体包括：

获取所述第二亮度分布中的最小亮度值；

根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布；

所述步骤根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布具体包括：

预设一固定常数B，其中所述固定常数B为所述第二亮度分布中的最小亮度值；

根据所述固定常数B，使所述第二亮度补偿膜上每一点的透过率与所述第二亮度分布中对应点亮度的乘积为B；

确定所述第二亮度补偿膜上每个点对应的第二透过率，得到所述第二透过率分布。

一种AR显示器，包括：如上所述的衍射光波导器件；

光机，所述光机设置在所述第一通孔内，并安装在所述耦入区的一侧；

以及挡光元件，所述挡光元件设置在所述第二通孔内，并安装在所述波导片本体上背离所述耦入区的一侧。

本发明中提供了一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器，通过设置所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体具有耦出区，所述耦出区位于所述波导片本体一侧，所述第一衍射微结构设置在所述耦出区内，设置所述第一亮度补偿膜位于所述第一衍射微结构的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，保证人眼观察到的所述耦出区传导出的虚拟光线信息亮度均匀，解决了现有技术中因波导层表面衍射微结构的衍射效率固定，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，进而导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

附图说明

图1是现有技术中波导显示图像示意图；

图2是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例衍射光波导器件的结构示意图；

图3是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例带有转折区的衍射光波导器件的结构示意图；

图4是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例只有耦入区的衍射光波导器件的结构示意图；

图5是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例带有转折区的波导片的结构示意图；

图6是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例带有转折区的波导片的结构侧视意图；

图7是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例只有耦入区和耦出区的波导片的结构示意图；

图8是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例只有耦入区和耦出区的波导片的结构侧视图；

图9是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例波导片中光线衍射示意图；

图10是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例波导片中光线衍射衰减示意图；

图11是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例亮度补偿方法的流程图；

图12是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例第一亮度分布和第二亮度分布图；

图13是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例带有转折区的各层亮度补偿膜透过率分布图；

图14是本发明一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器实施例只有耦入区和耦出区的各层亮度补偿膜透过率分布图；

附图标记说明：10、待显示图像；20、波导显示图像；30、环境光；40、人眼；100、波导片；110、波导片本体；120、耦出区；130、耦入区；140、转折区；200、第一亮度补偿膜；210、第一通孔；300、第二亮度补偿膜。

具体实施方式

本发明提供了一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例一：

如图2所示，本发明提出一种衍射光波导器件，所述衍射光波导器件包括：波导片100，第一衍射微结构和第一亮度补偿膜200。所述波导片100包括波导片本体110，所述波导片本体110具有耦出区120，所述耦出区120位于所述波导片本体110一侧；所述第一衍射微结构设置在所述耦出区120内；所述第一亮度补偿膜200设置在所述第一衍射微结构的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，所述第一亮度补偿膜200紧贴所述波导片本体110，或者与所述波导片本体110间隔设置。

可以理解，所述耦出区120射出的光线不断衰减，使得从所述耦出区120进入人眼40的光线分布不均匀，将所述第一亮度补偿膜200设置在所述波导片本体110朝向所述耦出区120的出光侧，所述第一亮度补偿膜200紧贴所述波导片本体110，或者与所述波导片本体110间隔设置均可，并根据所述耦出区120的亮度分布确定所述第一亮度补偿膜200的透过率分布，将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度后，再进入人眼40，保证人眼40观察到的所述耦出区120传导出的虚拟光线信息亮度均匀。

上述方案中，通过设置所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体110具有耦出区120，所述耦出区120位于所述波导片本体110一侧，所述第一衍射微结构设置在所述耦出区120内，设置所述第一亮度补偿膜200位于所述第一衍射微结构的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，保证人眼40观察到的所述耦出区120传导出的虚拟光线信息亮度均匀，解决了现有技术中因波导层表面衍射微结构的衍射效率固定，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，进而导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

如图2所示，在本发明进一步的实施例中，所述波导片本体还具有环境光射入区，所述第一亮度补偿膜200覆盖部分所述环境光射入区；所述衍射光波导器件还包括：第二亮度补偿膜300，所述第二亮度补偿膜300位于所述波导片本体110背离所述第一亮度补偿膜200的一侧，并覆盖所述环境光射入区，用于将位于所述环境光射入区内的入射环境光的亮度校正为第二均匀亮度，所述第二亮度补偿膜300紧贴所述波导片本体110，或者与所述波导片本体110间隔设置。

可以理解，由于增强现实(AR)技术既要保证能够观察到虚拟信息，还要保证观察到真实的外部世界，所述第一亮度补偿膜200本身会对环境光30造成一定的影响，通过设置所述第二亮度补偿膜300位于所述波导片本体110背离所述耦出区120的一侧，根据所述第一亮度补偿膜200的透过率分布确定所述第二亮度补偿膜300的透过率分布，用所述第二亮度补偿膜300校正所述第一亮度补偿膜200对环境光造成的亮度影响，这样，透过所述第一亮度补偿膜200和所述第二亮度补偿膜300观看外界环境时，可以保证外界环境亮度也是均匀的，不会存在暗块或者其它类型的亮度突变区域。

如图7和图8所示，在本发明进一步的实施例中，所述波导片100还包括：耦入区130，所述耦入区130连接于所述波导片本体110上朝向所述耦出区120一侧，或者所述耦入区130连接于所述波导片本体110上所述耦出区120的反向侧；所述耦入区130内部设置有第二衍射微结构。

可以理解，所述耦入区130连接光机，所述耦入区的衍射微结构利用光的衍射、将所述光机出射的部分信号光耦合入波导层内，这些光束在所述波导片本体110内经过全反射传输至耦出区，如图9(b)所示。所述耦出区的衍射微结构，利用光的衍射将所述波导片本体110内传输的光耦合出所述波导片本体110。耦合出所述波导片本体110的光入射至人眼40，在视网膜上形成待显示的图像。带有衍射微结构的所述耦入区130和带有衍射微结构的所述耦入区130可以在所述波导片本体110的同一表面、也可分别位于所述波导片本体110的两个表面，可以根据AR显示器的实际需要进行设计，均能够通过光信号的传输实现虚拟信息的传输。

如图5和图6所示，在本发明进一步的实施例中，所述波导片100还包括：转折区140，所述转折区140连接于所述波导片本体110上朝向所述耦出区120一侧，所述转折区140内部设置有第三衍射微结构；所述转折区140、所述耦入区130和所述耦出区120均间隔设置或相邻接设置。

可以理解，所述耦入区的衍射微结构利用光的衍射、将所述光机出射的部分信号光耦合入所述波导片本体110内，所述转折区140和所述耦出区的微衍射结构利用光的衍射可以将在其中传输的一束光线在两个维度上进行分束和扩展，这些光束在波导层内经过所述转折区140，并全反射传输至所述耦出区，这样从所述耦入区入射的一束光在经过波导传输和耦出后将被扩展成多个光束，即出瞳扩展，光线传播过程具体如图9(a)所示。

进一步，所述转折区140连接于所述波导片本体110上背离所述耦出区120一侧，所述转折区140、所述耦入区130和所述耦出区120在同一厚度方向上均间隔设置或相邻接设置，其技术效果与所述转折区140、所述耦出区120同侧设置相同。

具体的，所述耦入区130、所述转折区140和所述耦出区120的衍射微结构均具有特定传播角度的光线和固定周期，因此，所述转折区140衍射微结构和所述耦出区衍射微结构的衍射效率是固定的，这就导致光线在分束传播过程中能量的衰减。如图9和图10所示，R0为入射信号光，假设其能量为1，所述转折区140衍射微结构对该光线的1级衍射效率为α(α<1)，则转折光线R1，R2和R3的能量为α，(1-α)α和(1-α)²α，其能量是递减的；同理，在所述耦出区，所述耦出区的衍射微结构对应的出射光线级次衍射效率为β(β<1)，则耦出光线R11，R12和R13的能量为αβ，α(1-β)β和α(1-β)²β，其能量也是递减的，图中所有耦出光线的相对能量大小用光线长度表示，呈现出从所述耦出区左上角向所述耦出区右下角依次衰减的趋势，如图10所示，这将导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题，本发明设置所述第一亮度补偿膜200位于所述波导片本体110朝向所述耦出区120的出光侧，使其校正所述衍射微结构衍射出依次衰减的光亮度，保证人眼40观察到的所述耦出区120传导出的虚拟光线信息亮度均匀。

如图3和图4所示，在本发明进一步的实施例中，所述第一亮度补偿膜200和所述第二亮度补偿膜300朝向所述耦入区130的位置分别设置有第一通孔210和第二通孔；所述第一通孔210与所述第二通孔的大小均与所述耦入区130的大小相同。

可以理解，设置所述第一通孔210便于裸露所述耦入区130，给所述耦入区130安装所述光机预留空间，方便光信号的导入；设置所述第二通孔便于裸露所述波导片本体110上背离所述耦入区130的区域，给所述波导片本体110背离所述耦入区130一侧安装挡光元件预留空间，确保光信号沿着所述波导片100内部的结构衍射。

实施例二：

在实施例一的基础上，如图11所示，本发明提出一种衍射光波导器件亮度补偿方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S100、获取所述耦出区出射光的所有视场的第一亮度分布。

具体实施时，所述耦入区连接光机，所述耦入区的衍射微结构利用光的衍射、将所述光机出射的部分信号光耦合入波导层内，并将光线从所述耦出区出射，然后获取所述耦出区出射光的所有视场的第一亮度分布，此时待显示图像为均匀亮度的单色图像，所述第一亮度分布为二维分布，所述第一亮度分布可以是连续渐变的，也可以是突变的，也可以是处处相同的。

步骤S200、提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布。

具体实施时，获取所述耦出区所有视场的第一亮度分布后，根据所述耦出区出射光的所有视场的第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布，使得所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布能够平衡所述耦出区出射光能量依次衰减问题，保证透过所述第一亮度补偿膜观看所述波导片显示的图像时，可以看到全视场角内的图像亮度均匀，不会存在暗角或缺边的问题。

所述步骤S200提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布具体包括：

步骤S210、获取所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布。

具体实施时，以一维亮度校正为例，仅取所述耦出区某一水平视场，所述波导片显示的待显示图像为亮度均匀的纯色图像，获取所述第一亮度的分布图，假设所述第一亮度分布为g(x)，如图12所示，g(x)为连续渐变的，所述第一亮度分布用于确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布。

步骤S220、根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布。

具体实施时，根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布g(x)，确定所述第一亮度补偿膜上对应所有视场的所述第一透过率分布，保证所述第一亮度补偿膜上所有视场均能与其对应的所述耦出区上的所有视场亮度分布相互均衡，保证所述耦出区进入人眼光线整体亮度的一致性。

所述步骤S220根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布具体包括：

步骤S221、根据第一亮度分布，预设一固定常数A，其中所述固定常数A为所述第一亮度补偿膜上与所述耦出区相对应区域上每个点对应的第一透过率与所述第一亮度分布中对应点亮度的乘积。

步骤S222、确定所述第一亮度补偿膜上每个点对应的第一透过率。

具体实施时，根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，获取所述耦出区上所有视场中所述第一亮度分布中对应点亮度，并假设所述第一亮度补偿膜上所有视场中每个点对应的第一透过率，便于根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布中对应点亮度，得出对应所述第一亮度补偿膜上所有视场中每个点的第一透过率。所述波导片显示的待显示图像为亮度均匀的纯色图像，受波导片衍射特性的限制，耦出时所有水平视场图像亮度并非处处相等，如图12(a)、图12(b)和图12(m)所示，所述第一亮度分布为g(x)，假设所述第一亮度补偿膜在对应水平视场上的所述第一透过率分布为f1(x)，并设定所述第一亮度补偿膜上与所述耦出区相对应区域上每个点对应的第一透过率与所述第一亮度分布中对应点亮度的乘积为固定常数A。也就是说，使得g(x)与f1(x)在整个视场按位置逐点相乘后，其结果处处为一常数，这样，f1(x)的分布与g(x)恰好相反，在g(x)处于最小值位置处f1(x)具有最大透过率，而在g(x)处于最大值位置处f1(x)具有最小透过率，如图12(b)所示，得出所述第一亮度补偿膜上每个点对应的第一透过率，最终透过第一亮度补偿膜观看波导显示的图像时，可以看到全视场角内的图像亮度均匀，不存在暗角或缺边，如图12(m)所示。

步骤S300、获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的亮度分布为第二亮度分布。

具体实施时，在环境光的照射下，获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的亮度分布为第二亮度分布，用于确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布。

步骤S400、提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布。

具体实施时，所述第一亮度补偿膜的所述第一透过率分布确定以后，获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的亮度分布为第二亮度分布，根据所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布，使得所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布能够平衡所述第一亮度补偿膜对环境光的亮度影响，可以看到外界环境亮度也是均匀的，仅存在整体亮度的减弱，不存在暗块等亮度突变区域，保证能够观察到亮度均匀虚拟信息的同时，还要保证观察到亮度均匀的真实外部世界。

所述步骤S400提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布具体包括：

步骤S410、获取所述第二亮度分布中的最小亮度值。

具体实施时，获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的第二亮度分布，并获取所述第二亮度分布中的最小亮度值，所述第二亮度分布中的最小亮度值为环境光透过所述第一亮度补偿膜的最低亮度值，使用所述第二亮度分布中的最小亮度值确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布，能够均衡环境光透过所述第一亮度补偿膜和所述第二亮度补偿膜后的亮度，进而保证亮度均匀。

步骤S420、根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布。

具体实施时，根据所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的第二亮度分布，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布中的最小亮度值，保证在环境光的照射下，所述第二亮度补偿膜上每个点均能与其对应的所述第一亮度补偿膜上点的亮度分布相互均衡，使整体亮度均匀，抵消掉所述第一亮度补偿膜造成的影响。

所述步骤S420根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布具体包括：

步骤S421、预设一固定常数B，其中所述固定常数B为所述第二亮度分布中的最小亮度值。

步骤S422、根据所述固定常数B，使所述第二亮度补偿膜上每一点的透过率与所述第二亮度分布中对应点亮度的乘积为B。

步骤S423、确定所述第二亮度补偿膜上每个点对应的第二透过率，得到所述第二透过率分布。

具体实施时，根据所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的为第二亮度分布，确定所述第二亮度分布中的最小亮度值，预设一固定常数B，其中所述固定常数B为所述第二亮度分布中的最小亮度值，根据所述固定常数B，使所述第二亮度补偿膜上每一点的透过率与所述第二亮度分布中对应点亮度的乘积为B，确定所述第二亮度补偿膜上每个点对应的第二透过率，得到所述第二透过率分布。

在上述基础上，以一维亮度校正为例，仅取所述耦出区某一水平视场，如图12(b)、图12(c)和图12(n)所示，第一亮度补偿膜在水平视场上的第一透过率分布为f1(x)，假设第二亮度补偿膜在该水平视场上的第二透过率分布为f2(x)，且使得每个点的所述第一透过率与对应的所述第二透过率的乘积处处为一常数，也就是说，使得f1(x)与f2(x)在整个视场按位置逐点相乘后，其结果处处为一常数G，另外，在所述耦出区视场范围外的所述第一亮度补偿膜和所述第二亮度补偿膜上，f1(x)与f2(x)中每个点的透过率逐点相乘后，其结果也为常数G。这样，f2(x)的分布与f1(x)恰好相反，在f1(x)处于最小透过率位置处，f2(x)具有最大透过率，而在f1(x)处于最大透过率位置处f2(x)具有最小透过率，透过所述第一亮度补偿膜和所述第二亮度补偿膜观看外界环境时，可以看到外界环境亮度也是均匀的，仅存在整体亮度的减弱，不存在暗块等亮度突变区域。

实施例三：

在实施例一和实施例二的基础上，本发明提出一种AR显示器，所述AR显示器包括：如实施例一所述的衍射光波导器件、光机、以及挡光元件。所述光机设置在所述第一通孔内，并安装在所述耦入区的一侧，所述挡光元件设置在所述第二通孔内，并安装在所述波导片本体上背离所述耦入区的一侧。

可以理解，在所述衍射光波导器件有所述转折区的情况下，光信号从所述光机内导入所述耦入区，利用光的衍射在所述衍射光波导器件内传输并进行光耦合，耦合出的波导层的光经过所述第一亮度补偿膜进入人眼，保证能够观察到均匀亮度的虚拟信息，并在所述第二亮度补偿膜的作用下，保证观察到亮度均匀的真实外部世界。具体的，如图13所示，图13(a)为所述第一亮度补偿膜的透过率分布，图13(b)为所述第二亮度补偿膜的透过率分布，图13(c)为所述衍射光波导器件整体透过率分布。在所述衍射光波导器件没有所述转折区的情况下，如图14所示，整个所述衍射光波导器件上第一亮度补偿膜(图14(a))和第二亮度补偿膜透过率分布(图14(b))，以及整个所述衍射光波导器件的透过率分布(图14(c))。

综上所述，本发明提出的一种衍射光波导器件、亮度补偿方法及AR显示器，通过设置所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体具有耦出区，所述耦出区位于所述波导片本体一侧，所述第一衍射微结构设置在所述耦出区内，设置所述第一亮度补偿膜位于所述第一衍射微结构的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，保证人眼观察到的所述耦出区传导出的虚拟光线信息亮度均匀，解决了现有技术中因波导层表面衍射微结构的衍射效率固定，导致光线在分束传播过程中能量的不断衰减，进而导致波导显示纯色图像时出现亮度不均匀的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种衍射光波导器件，其特征在于，包括：波导片，所述波导片包括波导片本体，所述波导片本体具有耦出区，所述耦出区位于所述波导片本体一侧；

第一衍射微结构，所述第一衍射微结构设置在所述耦出区内；

第一亮度补偿膜，所述第一亮度补偿膜设置在所述耦出区的出光侧，并用于将所述第一衍射微结构衍射出的光的亮度校正为第一均匀亮度，所述第一亮度补偿膜紧贴所述波导片本体，或者与所述波导片本体间隔设置。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导器件，其特征在于，所述波导片本体还具有环境光射入区，所述第一亮度补偿膜覆盖部分所述环境光射入区；

所述衍射光波导器件还包括：

第二亮度补偿膜，所述第二亮度补偿膜位于所述波导片本体背离所述第一亮度补偿膜的一侧，并覆盖所述环境光射入区，用于将位于所述环境光射入区内的入射环境光的亮度校正为第二均匀亮度，所述第二亮度补偿膜紧贴所述波导片本体，或者与所述波导片本体间隔设置。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导器件，其特征在于，所述波导片还具有耦入区；

所述耦入区内部设置有第二衍射微结构。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导器件，其特征在于，所述波导片还包括：

转折区，所述转折区连接于所述波导片本体一侧，所述转折区内部设置有第三衍射微结构；

所述转折区、所述耦入区和所述耦出区均间隔设置或相邻接设置。

5.根据权利要求3所述的衍射光波导器件，其特征在于，所述第一亮度补偿膜和所述第二亮度补偿膜朝向所述耦入区的位置分别设置有第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔与所述第二通孔的大小均与所述耦入区的大小相同。

6.一种衍射光波导器件亮度补偿方法，其特征在于，应用如权利要求2-5所述的衍射光波导器件，所述方法包括步骤：

获取所述耦出区出射光的所有视场的第一亮度分布；

提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布；

获取所述环境光射入区所有视场下环境光透过所述第一亮度补偿膜后的亮度分布为第二亮度分布；

提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布。

7.根据权利要求6所述的衍射光波导器件亮度补偿方法，其特征在于，所述步骤提供一第一亮度补偿膜，根据所述第一亮度分布确定所述第一亮度补偿膜的第一透过率分布具体包括：

获取所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布；

根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布。

8.根据权利要求7所述的衍射光波导器件亮度补偿方法，其特征在于，所述步骤根据所述耦出区上所有视场的所述第一亮度分布，确定所述第一亮度补偿膜上对应区域的所述第一透过率分布具体包括：

根据第一亮度分布，预设一固定常数A，其中所述固定常数A为所述第一亮度补偿膜上与所述耦出区相对应区域上每个点对应的第一透过率与所述第一亮度分布中对应点亮度的乘积；

确定所述第一亮度补偿膜上每个点对应的第一透过率。

9.根据权利要求6所述的衍射光波导器件亮度补偿方法，其特征在于，所述步骤提供一第二亮度补偿膜，根据所述第一亮度补偿膜的所述第二亮度分布确定所述第二亮度补偿膜的第二透过率分布具体包括：

获取所述第二亮度分布中的最小亮度值；

根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布；

所述步骤根据所述第二亮度分布中的最小亮度值，确定所述第二亮度补偿膜的所述第二透过率分布具体包括：

预设一固定常数B，其中所述固定常数B为所述第二亮度分布中的最小亮度值；

根据所述固定常数B，使所述第二亮度补偿膜上每一点的透过率与所述第二亮度分布中对应点亮度的乘积为B；

确定所述第二亮度补偿膜上每个点对应的第二透过率，得到所述第二透过率分布。

10.一种AR显示器，其特征在于，包括：如权利要求5所述的衍射光波导器件；

光机，所述光机设置在所述第一通孔内，并安装在所述耦入区的一侧；

以及挡光元件，所述挡光元件设置在所述第二通孔内，并安装在所述波导片本体上背离所述耦入区的一侧。

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