CN114879294B - 一种光学扩瞳装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学扩瞳装置及方法，该光学扩瞳装置包括波导板，波导板上设置有入瞳光栅单元、第一出瞳光栅单元和第二出瞳光栅单元；入瞳光栅单元用于将输入光衍射为第一传导光和第二传导光；第一出瞳光栅单元用于实现第一传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第一输出光；第二出瞳光栅单元用于实现第二传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第二输出光；光学扩瞳装置还包括加热元件，用于加热入瞳光栅单元，以改变入瞳光栅单元的光栅参数，使第一输出光和第二输出光的传播方向存在夹角。本发明通过加热元件对入瞳光栅单元的光栅参数进行动态调整，实现双目图像融合距离的动态可调，从而提高增强现实显示效果。

Description

一种光学扩瞳装置及方法

技术领域

本发明涉及光学显示技术领域，特别涉及一种光学扩瞳装置及方法。

背景技术

结合图2，在现有的光学装置和显示设备中，通过对输入光束IN1的多次衍射扩束，最后形成输出光。该光学装置可以在方向SX和在方向SY这两个方向上扩展光束。两个方向上的输出光的宽度可以远大于输入光的宽度。该光学装置可以用于扩展虚拟显示装置的视瞳，以便于眼睛相对于虚拟显示装置的观察位置有更大的舒适观察位置。观察者的眼睛可以在输出光束的观察位置内看到完整的虚拟图像。

虽然当前的光学装置可同时提供双目显示图像，即图2中的第一虚拟图像VIMG1和第二虚拟图像VIMG2，所述第一虚拟图像和所述第二虚拟图像相同，且所述第一虚拟图像上某一像素点发出的光线角度与第二虚拟图像上对应像素点发出的光线角度相等。所以被左眼观察的第一虚拟图像和被右眼观察的第二虚拟图像在经过观察者双目融合后，双目融合图像距离为无穷远。但是在现实场景图像距离皆为有限远，无穷远的图像距离会降低显示效果，且会造成经光学装置显示的虚拟图像与现实图像无法很好融合。

发明内容

本发明实施例提供了一种光学扩瞳装置及方法，旨在实现双目图像融合距离的动态可调，从而提高增强现实显示效果。

本发明实施例提供了一种光学扩瞳装置，包括波导板，所述波导板上设置有光栅参数可调的入瞳光栅单元、第一出瞳光栅单元和第二出瞳光栅单元；所述入瞳光栅单元用于将输入光衍射为第一传导光和第二传导光；所述第一出瞳光栅单元用于实现所述第一传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第一输出光；所述第二出瞳光栅单元用于实现所述第二传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第二输出光；

所述光学扩瞳装置还包括位置与所述入瞳光栅单元相对应的加热元件，所述加热元件用于加热所述入瞳光栅单元，以动态调整入瞳光栅单元的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向动态可调。

进一步的，所述波导板上还设置有第一扩瞳光栅单元和第二扩瞳光栅单元；所述第一扩瞳光栅单元用于将所述第一传导光衍射为第三传导光，实现所述第一传导光在第一方向上的光束扩展；所述第二扩瞳光栅单元用于将所述第二传导光衍射为第四传导光，实现第二传导光在第二方向上的光束扩展。

进一步的，所述第一出瞳光栅单元将所述第三传导光输出耦合为所述第一输出光，实现所述第三传导光在第三方向上的光束扩展，且所述第三方向与所述第一方向不同；

所述第二出瞳光栅单元将所述第四传导光输出耦合为所述第二输出光，实现所述第四传导光在第四方向上的光束扩展，且所述第四方向与所述第二方向不同。

进一步的，所述第一输出光和所述第二输出光之间的夹角随着加热元件的加热温度的增加而减小。

进一步的，所述加热元件为电阻线圈，所述电阻线圈与所述入瞳光栅单元对应的波导板区域接触，所述电阻线圈通过调节传输电流大小改变入瞳光栅单元对应波导板区域的温度。

进一步的，所述加热元件贴于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域或者悬空设置于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域；所述加热元件具有反射率，以加热所述入瞳光栅单元并反射第一次未被所述入瞳光栅单元耦合进入所述波导板内的输入光，提供二次输入耦合。

进一步的，所述加热元件埋藏于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域的反射膜或反射涂层中，以加热所述入瞳光栅单元并反射第一次未被所述入瞳光栅单元耦合进入所述波导板内的输入光，提供二次输入耦合。

进一步的，所述波导板为玻璃材料、树脂材料或者热膨胀系数大于玻璃材料的材料。

本发明实施例还提供了一种光学扩瞳方法，采用如上任一项所述的光学扩瞳装置实现。

进一步的，包括：

利用加热元件对入瞳光栅单元进行加热，以改变入瞳光栅单元的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向存在夹角，实现左右眼观察到的虚拟图像融合在观察者眼睛的有限距离可调；

按照下式计算所述第一输出光和所述第二输出光之间的夹角θ：

式中，L表示人眼左右眼瞳距离，d表示虚拟图像与人眼的距离。

本发明实施例提供了一种光学扩瞳装置及方法，该光学扩瞳装置包括波导板，所述波导板上设置有光栅参数可调的入瞳光栅单元、第一出瞳光栅单元和第二出瞳光栅单元；所述入瞳光栅单元用于将输入光衍射为第一传导光和第二传导光；所述第一出瞳光栅单元用于实现所述第一传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第一输出光；所述第二出瞳光栅单元用于实现所述第二传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第二输出光；所述光学扩瞳装置还包括位置与所述入瞳光栅单元相对应的加热元件，所述加热元件用于加热所述入瞳光栅单元，以动态调整入瞳光栅单元的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向动态可调。本发明实施例通过加热元件对入瞳光栅单元的光栅参数进行动态调整，实现双目图像融合距离的动态可调，从而提高增强现实显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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。

图1为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的对比结构示意图；

图3为图2所示的对比结构的双目图像融合示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的双目图像融合示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的光栅矢量示意图；

图6为图2所示的对比结构的波矢示意图；

图7(a)和图7(b)分别为图6中的第一输出光和第二输出光的角谱信息形成示意图；

图8为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的另一双目图像融合示意图；

图9为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置的波矢示意图；

图10(a)和图10(b)分别为图9中的左右眼波矢叠加路径示意图；

图11为本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置中的加热元件的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1，本发明实施例提供的一种光学扩瞳装置EPE1，包括波导板SUB1，所述波导板上设置有光栅参数可调的入瞳光栅单元DOE1、第一出瞳光栅单元DOE3a和第二出瞳光栅单元DOE3b；所述入瞳光栅单元DOE1用于将输入光IN1衍射为第一传导光B1a和第二传导光B1b；所述第一出瞳光栅单元DOE3a用于实现所述第一传导光B1a在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第一输出光OB1；所述第二出瞳光栅单元DOE3b用于实现所述第二传导光B1b在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第二输出光OB2；

所述光学扩瞳装置EPE1还包括位置与所述入瞳光栅单元DOE1相对应的加热元件HE，所述加热元件HE用于加热所述入瞳光栅单元DOE1，以动态调整入瞳光栅单元DOE1的光栅参数，使所述第一输出光OB1和所述第二输出光OB2的传播方向动态可调。

本发明实施例所提供的光学扩瞳装置EPE1，包括所述波导板SUB1和加热元件HE(Heat Element)，所述波导板SUB1实现光束在SX方向或SX、SY两个方向上的光束扩展，以提供更大的人眼观察区域；所述波导板SUB1包括一个入瞳光栅单元DOE1，其用于接收输入光IN1，并衍射形成左右两个方向的在波导板内传输的光束，所述左右两个方向的在波导板SUB1内传输的光束被分别扩束并耦出，分别实现左右眼的虚拟图像呈现。

所述加热元件HE用于加热所述入瞳光栅单元DOE1，以改变入瞳光栅单元DOE1的光栅参数，从而改变经过该区域耦合进入波导板SUB1内光线的传输角度，进而改变经所述光学扩瞳装置EPE1扩束输出的左右眼光束OB1和OB2角度，进而改变左右眼图像双目融合距离。该双目融合距离可以随加热元件温度变化动态可调。

本实施例通过加热元件HE对入瞳光栅单元DOE1的光栅参数进行动态调整，实现双目图像融合距离的动态可调，从而提高增强现实显示效果。在一具体实施例中，所述第一输出光OB1和所述第二输出光OB2之间的夹角随着加热元件HE的加热温度的增加而减小，即左右眼虚拟图像距离随加热元件HE的加热温度的增加而增加。

如图2所示的基于衍射光波导的光学装置，采用单入瞳双目一体化设计，具有成本低、易装配的优势。但是该设计只有一个输入图像源，左右眼显示相同的图像，且经该光学装置扩束后输出的光线角度与对应输入光线角度相同，即图像上同一图像点发出的光线会以相同的角度分别传输到左右眼，如图3所示，因此，左右眼虚拟图像双目融合在无穷远，不适于观看且与现实图像无法很好融合。

本实施例通过改变波导板SUB1入瞳光栅单元DOE1的光栅参数，使得经过所述光学扩瞳装置EPE1输出的光线相对于原始输入光线偏转一固定角度，如图4所示，使得双目图像融合在距离人眼一定距离处，近一步的，通过在入瞳光栅单元入瞳区域添加所述加热元件HE，通过波导板SUB1局部热膨胀的方式动态调节入瞳光栅单元DOE1的光栅参数，实现双目图像融合距离的动态可调，从而实现更优的增强现实显示效果。

还需说明的是，上述带有加热元件HE的光学扩瞳装置EPE1，一般配合微型投影仪ENG1组成显示模组，如图4所示。微型投影仪包括显示屏DISP1和准直透镜Lens1，所述显示屏DISP1加载需要显示的虚拟图像，所述准直透镜Lens1实现显示屏DISP1上不同像素点光线的准直输出，以形成输入光IN1。

在一实施例中，所述波导板SUB1上还设置有第一扩瞳光栅单元DOE2a和第二扩瞳光栅单元DOE2b；所述第一扩瞳光栅单元DOE2a用于将所述第一传导光B1a衍射为第三传导光B2a，实现所述第一传导光B1a在第一方向上的光束扩展；所述第二扩瞳光栅单元DOE2用于将所述第二传导光B1b衍射为第四传导光B2b，实现第二传导光B1b在第二方向上的光束扩展。

进一步的，在一实施例中，所述第一出瞳光栅单元DOE2a将所述第三传导光B2a输出耦合为所述第一输出光OB1，实现所述第三传导光B2a在第三方向上的光束扩展，且所述第三方向与所述第一方向不同；

所述第二出瞳光栅单元DOE2b将所述第四传导光B2b输出耦合为所述第二输出光OB2，实现所述第四传导光B2b在第四方向上的光束扩展，且所述第四方向与所述第二方向不同。

一定波长沿一定方向传输的光线可以表示为一传播矢量，所述传播矢量的方向与光的传播方向相同，传播矢量的幅值大小为2π·n/λ，其中λ为波长，n为光线传输所在介质的折射率。光栅衍射对光线的改变可以看成在初始光线的传播矢量上叠加光栅的光栅矢量，光栅矢量的方向垂直于光栅槽线的排布方向并位于光栅面内，光栅矢量的幅值大小为2π/d，其中d为光栅周期。图5体现了本实施例提供的一种光学扩瞳装置EPE1上不同区域的光栅矢量方向和幅值大小。

如图5所示，入瞳光栅单元DOE1可以具有光栅矢量V1。第一扩瞳光栅单元DOE2a可以具有光栅矢量V2a。第二扩瞳光栅单元DOE2b可以具有光栅矢量V2b。第一出瞳光栅单元DOE3a可以具有光栅矢量V3a。第二出瞳光栅单元DOE3b可以具有光栅矢V3b。

光栅矢量V1具有方向β1和大小2π/d1。光栅矢量V2a具有方向β2a和大小2π/d2a。光栅矢量V2b具有方向β2b和大小2π/d2b。光栅矢量V3a具有方向β3a和幅度2π/d3a。光栅矢量V3b具有方向β3b和大小2π/d3b。光栅矢量的方向(β)可以被定义为光栅矢量和参考方向(例如方向SX)之间的夹角。

微型投影仪ENG1所生成的某种颜色的输入光IN1包含一定角度范围内的所有传播光线，所述角度范围即为图像的投影视场角FOV。该角度范围内光线的传播矢量在光栅面内的分量为该颜色图像的角谱信息，输入图像的角谱信息共同组成一矩形区域BOX0，如图6所示，图6为图2所示的光学装置的波矢图。该波矢图反应了图像的角谱信息、光栅对图像角谱信息的改变以及光波导板能够承载的光线角谱信息范围。在该波矢图中，BND1表示用于满足波导板SUB1中的全内反射(TIR)标准的第一边界。BND2表示波导板SUB1中的最大波矢的第二边界。最大波矢可以由波导板的折射率确定。仅当光的波矢在第一边界BND1与第二边界BND2之间的区域ZONE1中时，光才可以在板中波导。如果光的波矢在区域ZONE1之外，则光可能会泄漏出波导板或根本不传播。

输入光在经过入瞳光栅单元DOE1衍射后，其角谱信息BOX0分别加载入瞳光栅-1级光栅矢量-V1和+1级光栅矢量V1，生成第一传导光B1a的角谱信息BOX1a和第二传导光B1b的角谱信息BOX1b。第一传导光B1a的角谱信息BOX1a和第二传导光B1b的角谱信息BOX1b分别加载第一扩瞳区域DOE2a光栅矢量V2a和第二扩瞳区域DOE2b光栅矢量V2b，分别生成第三传导光B2a的角谱信息BOX2a和第四传导光B2b的角谱信息BOX2b。第三传导光B2a的角谱信息BOX2a和第四传导光B2b的角谱信息BOX2b再分别加载第一出瞳区域DOE3a光栅矢量V3a和第二出瞳区域DOE3b光栅矢量V3b，形成第一输出光OB1角谱信息BOX3a和第二输出光OB2角谱信息BOX3b。图7中的(a)和(b)分别展示了第一输出光和第二输出光的角谱信息形成过程。对于图2所提出的光学扩瞳装置，输入光在经过该扩瞳装置形成输出光的过程中，所经过的所有光栅区域光栅矢量和为0，使得输出光的传播方向与输入光相同，即第一输出光的角谱信息BOX3a和第二输出光的角谱信息BOX3b与输入光的角谱信息BOX0重合，进一步地，造成左右眼看到的第一输出光图像和第二输出光图像双目重合于无穷远，如图3所示。

为了使左右眼看到的第一输出光图像和第二输出光图像双目重合于有限远，如图4所示，需要使第一输出光OB1于第二输出光OB2以一定夹角输出，这一夹角大小可通过所需要左右眼图像重合位置距离人眼距离简单计算得出。如图8所示，人眼左右眼瞳距为L，当双目图像重合于距离人眼S时，左右眼图像中心光线夹角θ满足关系：

人眼瞳距一般在L＝64mm左右，当所需图像距离S＝8m时，计算可得θ约为0.46degree；当所需图像距离S＝4m时，计算可得θ约为0.92degree。

本实施例通过选择入瞳光栅单元DOE1的光栅矢量大小，可以使得图像角谱在从输入到输出所述光学扩瞳装置EPE1所经历的光栅区域光栅矢量和不等于0，实现左右眼输出光分别以一定角度被左右眼观察，从而实现左右眼图像双目重合在有限距离S处，此时，本实施例所述的光学扩瞳装置EPE1的波矢图如图9所示，其可分为左右眼两条波矢叠加路径，分别如图10中的(a)和(b)所示。输入光IN1所走的波矢叠加路径与图7相似，不同之处在于，图9中输入光栅波矢V1振幅比图7中大，因此，输入光IN1在经过入瞳、扩瞳和出瞳光栅区域后，输出图像角谱(BOX3a和BOX3b)相比于输入图像角谱BOX0有一定偏移，其中，左眼图像角谱走图10(a)中RouteA路径，最终输出图像角谱BOX3a相对于原始输入图像角谱BOX0偏左；右眼图像角谱走图10(b)中Route B路径，最终输出图像角谱BOX3b相对于原始输入图像角谱BOX0偏右；从而实现左右眼输出图像重合于如图8中有限距离处。

进一步地，可以通过所述加热元件HE对入瞳光栅单元DOE1进行加热，造成该区域波导板受热膨胀，从而带动该区域光栅周期增加，光栅矢量振幅减小，左右眼重合图像距离增加。以图像距离S从4m变到8m，图像波长λ为525nm为例，图像光线波矢的变化量

其中θ₁＝0.46degree,θ₂＝0.92degree。这部分光线波矢的变化量由入瞳光栅单元DOE1的光栅受热膨胀后的变化造成，即入瞳光栅单元DOE1加热前后的光栅矢量变化量与此相等。通常入瞳光栅单元DOE1的光栅周期为400nm左右，以此为例，/>

其中d＝400nm为入瞳光栅单元DOE1光栅周期，可以计算处所需入瞳光栅单元DOE1光栅周期变化量Δd≈1.227nm。

波导板SUB1一般为一定折射率的玻璃或塑料，如树脂等。一般玻璃材料CTE系数在σ＝5×10^-6℃左右，树脂材料CTE系数在σ＝60×10^-6℃左右。对于树脂材料，若要实现Δd＝1.227nm的光栅周期变化量，需要的温度变化

是可以实现的。而对于常规玻璃材料，若要实现显示距离从4m到8m的切换，所需要的温度变化量过大，玻璃材料无法承受，这可以通过采用特殊的CTE较大的玻璃材料部分解决，或将常规玻璃材料用于双目图像重合距离小范围调节的情景。

在一实施例中，所述加热元件HE为电阻线圈，所述电阻线圈与所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域接触，所述电阻线圈通过调节传输电流大小改变入瞳光栅单元DOE1对应波导板区域的温度。

所述加热元件HE可以为电阻线圈，所述电阻线圈与所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域接触，所述电阻线圈可以通过调节传输电流大小改变入瞳光栅单元DOE1对应波导板区域的温度。

如图11所示，加热元件HE可以由电阻线圈(Metal Coil)和反射涂层(ReflectCoating)组成，可以通过控制电阻线圈上电流大小控制入瞳光栅单元DOE1温度。加热元件HE可以贴在波导板SUB1上不同于光栅所在面的另一面。反射涂层的作用一方面是使得电阻线圈与波导板SUB1更紧密贴合在一起，另一方面，可以将第一次未经过入瞳光栅单元DOE1衍射进入波导板SUB1内的输入光，反射回入瞳光栅，第二次衍射耦入波导板SUB1内传输，以提高入瞳光栅单元DOE1的耦合效率。

在另一实施例中，所述加热元件HE贴于所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域或者悬空设置于所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域；所述加热元件HE具有反射率，以加热所述入瞳光栅单元DOE1并反射第一次未被所述入瞳光栅单元DOE1耦合进入所述波导板SUB1内的输入光，提供二次输入耦合。

所述加热元件HE可以具备一定反射率，或与反射膜(或者反射涂层)结合，具备一定反射率的加热元件可以贴于所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域或悬空放置于该区域，以加热入瞳光栅单元DOE1并反射第一次未被入瞳光栅单元DOE1耦合进入波导传输的输入光，提供二次输入耦合，进而提高入瞳光栅单元DOE1耦合效率；

所述加热元件HE还可以埋藏于所述入瞳光栅单元DOE1对应的波导板区域的反射膜或反射涂层中，以加热所述入瞳光栅单元DOE1并反射第一次未被所述入瞳光栅单元DOE1耦合进入所述波导板内的输入光，提供二次输入耦合。

本发明实施例还提供了一种光学扩瞳方法，采用如上所述的光学扩瞳装置实现。

所述的光学扩瞳方法包括：

利用加热元件HE对入瞳光栅单元DOE1进行加热，以改变入瞳光栅单元DOE1的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向存在夹角，实现左右眼观察到的虚拟图像融合在观察者眼睛的有限距离可调；

按照下式计算所述第一输出光OB1和所述第二输出光0B2之间的夹角θ：

式中，L表示人眼左右眼瞳距离，d表示虚拟图像与人眼的距离。

由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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、物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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种光学扩瞳装置，其特征在于，包括波导板，所述波导板上设置有光栅参数可调的入瞳光栅单元、第一出瞳光栅单元和第二出瞳光栅单元；所述入瞳光栅单元用于将输入光衍射为第一传导光和第二传导光；所述波导板上还设置有第一扩瞳光栅单元和第二扩瞳光栅单元；所述第一扩瞳光栅单元用于将所述第一传导光衍射为第三传导光，实现所述第一传导光在第一方向上的光束扩展；所述第二扩瞳光栅单元用于将所述第二传导光衍射为第四传导光，实现第二传导光在第二方向上的光束扩展；所述第一出瞳光栅单元用于实现所述第三传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第一输出光；所述第二出瞳光栅单元用于实现所述第四传导光在至少一个方向上的光束扩展，并耦合输出形成第二输出光；

所述光学扩瞳装置还包括位置与所述入瞳光栅单元相对应的加热元件，所述加热元件用于加热所述入瞳光栅单元，以动态调整入瞳光栅单元的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向动态可调，实现左右眼观察到的虚拟图像融合在观察者眼睛的有限距离可调。

2.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述第一出瞳光栅单元将所述第三传导光输出耦合为所述第一输出光，实现所述第三传导光在第三方向上的光束扩展，且所述第三方向与所述第一方向不同；

所述第二出瞳光栅单元将所述第四传导光输出耦合为所述第二输出光，实现所述第四传导光在第四方向上的光束扩展，且所述第四方向与所述第二方向不同。

3.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述第一输出光和所述第二输出光之间的夹角随着加热元件的加热温度的增加而减小。

4.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述加热元件为电阻线圈，所述电阻线圈与所述入瞳光栅单元对应的波导板区域接触，所述电阻线圈通过调节传输电流大小改变入瞳光栅单元对应波导板区域的温度。

5.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述加热元件贴于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域或者悬空设置于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域；所述加热元件具有反射率，以加热所述入瞳光栅单元并反射第一次未被所述入瞳光栅单元耦合进入所述波导板内的输入光，提供二次输入耦合。

6.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述加热元件埋藏于所述入瞳光栅单元对应的波导板区域的反射膜或反射涂层中，以加热所述入瞳光栅单元并反射第一次未被所述入瞳光栅单元耦合进入所述波导板内的输入光，提供二次输入耦合。

7.根据权利要求1所述的光学扩瞳装置，其特征在于，所述波导板为玻璃材料或树脂材料。

8.一种光学扩瞳方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的光学扩瞳装置实现。

9.根据权利要求8所述的光学扩瞳方法，其特征在于，包括：

利用加热元件对入瞳光栅单元进行加热，以改变入瞳光栅单元的光栅参数，使所述第一输出光和所述第二输出光的传播方向存在夹角，实现左右眼观察到的虚拟图像融合在观察者眼睛的有限距离可调；

按照下式计算所述第一输出光和所述第二输出光之间的夹角θ：

式中，L表示人眼左右眼瞳距离，d表示虚拟图像与人眼的距离。

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