CN115343858B - 模块化ar光波导提升fov方法、模组及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提出模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统，涉及光学系统领域。模块化AR光波导提升FOV方法应用于模块化光波导显示模组，光波导显示模组的AR光波导模块与投影模块可拆卸连接，方法包括：获取目标FOV参数、已知镜内水平视场角、微显示器的显示尺寸参数；根据前述参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；根据目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导。本申请实施例通过AR光波导模块与投影模块可拆卸连接，实现AR产品的模块化设计；通过根据目标FOV需求计算并自动推荐AR光波导模块，实现根据用户需求选配不同的AR光波导，以提升AR光波导的FOV，从而有效提高产品适用性和灵活性。
Description
技术领域
本申请涉及光学领域，尤其涉及模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统。
背景技术
增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种利用显示芯片、摄像设备、传感器等设备，对现实影像的位置进行感知和计算，再将虚拟影像叠加到现实影像上从而实现虚拟和现实相拼合的计算机技术。AR技术通过多个级联光学阵列面形成几何光波导，使虚拟信息和真实环境同步进入人眼，实现增强现实显示。
AR几何光波导（AR光波导），由于它形态跟眼镜片的形态类似，同时有AR的功能，它在AR领域有着巨大的应用潜能。同时，AR光波导显示模组的FOV（Field Of View，视场角）大小一直是各个厂商追求的一个核心参数。更大的FOV意味着用户能接收更多的信息，大视场角的AR产品有着广泛的应用前景和市场需求。
相关技术中，AR几何光波导（AR光波导）与投影模块一体设计，AR设备在出厂时候FOV已经固定，无法根据用户的需求更换AR光波导，灵活性差。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统，能够根据用户需求选配不同的AR光波导，以提升AR光波导的FOV，从而有效提高产品适用性和灵活性。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种模块化AR光波导提升FOV方法，应用于模块化光波导显示模组，所述模块化光波导显示模组包括投影模块和AR光波导模块，所述AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接；
所述方法包括：
获取目标FOV参数；
获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角；
获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数；
根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；
根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导。
在一些可选择的实施方式中，微显示器的显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
所述根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率，包括：
将所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数代入目标FOV函数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；
其中，所述目标FOV函数表示为：
其中，FOVDiagnoal表示目标FOV参数，nd表示所述目标折射率，W表示所述横向像素点数，H表示所述纵向像素点数，FOVinner-Horizontal表示所述已知镜内水平视场角。
在一些可选择的实施方式中，所述获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角，包括：
获取已知AR光波导模块的当前FOV参数和当前折射率；
获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数，所述显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
根据所述当前FOV参数、显示尺寸参数以及第一关系式，计算得到水平视场角，所述第一关系式包括：
其中，FOVH表示当前显示水平视场角，FOVD表示当前FOV参数，W表示所述横向像素点数，H表示所述纵向像素点数；
根据所述显示水平视场角、所述当前折射率以及第二关系式，计算得到所述已知镜内水平视场角，所述第二关系式包括：
其中，FOVinner-Horizontal表示所述已知镜内水平视场角，nds表示所述当前折射率，FOVH表示所述当前显示水平视场角。
在一些可选择的实施方式中，根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导，包括：
根据所述目标折射率和预设的映射关系表，查表得到待更换的AR光波导的型号/类型；
其中，所述映射关系表包含所述目标折射率和AR光波导的型号/类型的映射关系。
为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出一种模块化光波导显示模组，包括：
投影模块，包括微显示器和投影放大系统，所述微显示器用于生成图像信息，所述投影放大系统用于将微显示器出射的图像信号经过处理后出射；
AR光波导模块，所述AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，用于接收来自投影模块的图像信号，并使图像信号和真实环境信息同步进入人眼；
控制器，与所述微显示器电性连接，用于控制微显示器进行显示，并执行如第一方面所述的模块化AR光波导提升FOV方法。
在一些可选择的实施方式中，所述AR光波导模块包括固定连接的光波导镜片和耦入棱镜，所述耦入棱镜与所述投影模块可拆卸连接，所述耦入棱镜用于接收来自投影模块的图像信号。
在一些可选择的实施方式中，模块化光波导显示模组还包括套筒部件，用于可拆卸地连接所述投影模块与所述AR光波导模块；
所述套筒部件中一端与所述投影模块可拆卸连接，另一端与所述耦入棱镜可拆卸连接；
或者，
所述套筒部件中一端与所述投影模块固定连接，另一端与所述耦入棱镜可拆卸连接；
或者，
所述套筒部件中一端与所述投影模块可拆卸连接，另一端与所述耦入棱镜固定连接。
在一些可选择的实施方式中，所述套筒部件设置有调节旋钮，所述调节旋钮用于调节所述投影模块与所述AR光波导模块的距离。
在一些可选择的实施方式中，所述光波导镜片中设置有几何波导阵列面，所述耦入棱镜包括入射面和出射面，所述耦入棱镜的出射面与所述光波导镜片的入射面契合连接，所述耦入棱镜的入射面与所述光波导镜片的上端面形成的夹角θ满足：
其中，α为所述几何波导阵列面的倾角；
所述耦入棱镜的厚度与所述光波导显示模组的宽度需求相匹配。
为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出一种模块化光波导显示系统，包括：
如第二方面所述的模块化光波导显示模组，其中，所述投影模块还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制器电性连接；
智能终端，与所述模块化光波导显示模组无线通信连接，用于实现所述模块化光波导显示系统与用户的人机交互。
本申请实施例提出的模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统，其中，模块化AR光波导提升FOV方法应用于模块化光波导显示模组包括投影模块和AR光波导模块，AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，所述方法包括：获取目标FOV参数；获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角；获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数；根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导。本申请实施例与相关技术相比，一方面通过AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，实现AR产品的模块化设计，另一方面，通过根据目标FOV需求计算并自动推荐AR光波导模块，实现根据用户需求选配不同的AR光波导，以提升AR光波导的FOV，从而有效提高产品适用性和灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例中的模块化光波导显示系统的结构示意图。
图2是本申请又一实施例中几何光波导结构示意图。
图3是本申请又一实施例中的模块化光波导显示系统的结构示意图。
图4是本申请一实施例提供的模块化AR光波导提升FOV方法流程图。
图5是本申请一实施例提供的模块化光波导显示模组的结构示意图。
图6是本申请一实施例提供的微显示器的结构示意图。
图7是本申请一实施例提供的模块化AR光波导提升FOV方法的视场角转化关系示意图。
图8是本申请一实施例提供的镜内水平视场角与显示水平视场角的关系示意图；
图9是本申请一实施例提供的AR光波导模块的结构示意图。
具体实施方式
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。
为了便于理解，下面首先对本申请中涉及的若干名词进行解析：
几何光波导：即AR光波导，也称AR几何阵列光波导，通过阵列反射镜堆叠来实现光线或图像的输出。通常将一束光耦合进几何光波导，通过反射面或棱镜的多轮全反射后会遇到一个“半透半反”镜面阵列，每一个镜面会将部分光线反射出光波导剩下的光线透射过去继续在几何光波导中前进，然后这部分前进的光又遇到另一个“半透半反”镜面，从而重复上面的“反射-透射”过程，直到镜面阵列里的最后一个镜面将剩下的全部光反射出几何光波导。
增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种利用显示芯片、摄像设备、传感器等设备，对现实影像的位置进行感知和计算，再将虚拟影像叠加到现实影像上从而实现虚拟和现实相拼合的计算机技术。AR技术通过多个级联光学阵列面形成几何光波导，使虚拟信息和真实环境同步进入人眼，实现增强现实显示。
申请人发现，一方面，由于AR产品出瞳口径小，人眼的眼动范围小的特点，是AR变成电子消费品的巨大障碍，给用户带了不良的用户体验。AR几何光波导，由于它形态跟眼镜片的形态类似，同时有AR的功能，它在AR领域有着巨大的应用潜能。同时，AR光波导显示模组的FOV大小及视场范围大小一直是各个厂商追求的一个核心参数。更大的FOV视场意味着用户能接收更多的信息，大视场角的AR产品有着广泛的应用前景和市场需求。相关技术中，AR几何光波导（AR光波导）与投影模块一体设计，AR设备在出厂时候FOV已经固定，无法根据用户的需求更换AR光波导，灵活性差。
基于此，本申请实施例提出的模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统，其中，模块化AR光波导提升FOV方法应用于模块化光波导显示模组包括投影模块和AR光波导模块，AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，所述方法包括：获取目标FOV参数；获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角；获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数；根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导。本申请实施例与相关技术相比，一方面通过AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，实现AR产品的模块化设计，另一方面，通过根据目标FOV需求计算并自动推荐AR光波导模块，实现根据用户需求选配不同的AR光波导，以提升AR光波导的FOV，从而有效提高产品适用性和灵活性。
本申请实施例提供AR几何光波导的模块化AR光波导提升FOV方法、模组及系统，具体通过如下实施例进行说明。
为了便于理解本申请实施例，下面首先描述本申请实施例的模块化光波导显示系统。
图1是本实施例中模块化光波导显示系统的结构示意图。
参照图1和图5，从图中可见，模块化光波导显示系统的结构包括模块化光波导显示模组10，模块化光波导显示模组10包括：投影模块100和AR光波导模块300，投影模块100和AR光波导模块300分离式设计，投影模块100和AR光波导模块300可拆卸连接。
其中，投影模块100包括微显示器120、投影放大系统130和控制器110。
在一些实施例中，控制器110与微显示器120电性连接，用于控制微显示器120进行显示，微显示器120用于生成图像信息，投影放大系统130用于将微显示器120出射的图像信号（光信号）经过处理后出射。微显示器120为模块化光波导显示系统提供像源，例如微显示器120可以是720P、1080P或其他更高分辨率的显示器。在一实施例中，微显示器120的尺寸通常有15英寸、17英寸、20英寸等尺寸或其他尺寸，尺寸和分辨率是相关关系。本实施例对微显示器120的尺寸不做具体限定。也即是说，微显示器120用于载入虚拟图像影像信息，微显示器120可以是LCoS、micro LED或micro OLED等，微显示器120足够小，但是通常有高分辨率。在一实施例中，微显示器120为液晶显示设备，液晶显示设备对每一帧图像进行刷新后显示，当前帧未刷新的区域保留前一帧的视差图像，显示时间根据人眼视觉暂留来设定，每次刷新即切换第一显示状态或第二显示状态。显示单元以第二预设频率接收到切换信号时，将驱动像素点阵中的液晶分子进行翻转。由于电容效应，场效应管能够保持电位状态，故完成翻转的液晶分子会保持这种状态，直到再次接收到刷新信号。
在一些实施例中，投影放大系统130是一种目镜系统，用于接收微显示器120的画面信息，并将接收的画面信息（图像信号）放大输出。在一实施例中，投影放大系统130是一个无焦投影系统，即焦距在无穷远处，从投影放大系统130中出射光线均为平行光，使得用户可以看到很小的微显示器120上的信息，形成虚拟影像。在另一些实施例中，投影放大系统130可由3至5片透镜组成，能够减少画面畸变，调整色差。
AR光波导模块300与投影模块100可拆卸连接，用于接收来自投影模块100的图像信号，并使图像信号和真实环境信息同步进入人眼。即是说，投影放大系统130将虚拟影像（图像信号）的光信息传导到（耦合入）AR光波导（光波导镜片310）内全反射传输，随后各个阵列面311反射进入人眼。AR光波导（光波导镜片310）的作用是使得AR模组的形态类似于眼镜片，可以耦合出投影系统里面的虚拟图像信息进入人眼，使得用户同时可以观看虚拟信息（图像信号）以及外部真实景象。AR光波导（光波导镜片310）中包含多个光学阵列面311（图中以一个示例），其中光学阵列面311可以是半透半反镜，AR光波导（光波导镜片310）一方面可以使环境光信号（图中虚线所示）进入人眼，另一方面可以使得经过投影系统放大后的显示画面（图中实线所示）进入人眼，从而实现虚拟信息和真实环境信息同时进入人眼，实现增强现实显示。
参照图2，为几何光波导的结构示意图。其中，AR光波导（光波导镜片310）300内设置有多个光学阵列面311。其中，多个光学阵列面311依次均匀平行排列在AR光波导（光波导镜片310）内，AR光波导（光波导镜片310）用于通过光学阵列面311的堆叠来实现光线或图像的输出。一方面，AR光波导（光波导镜片310）将来自微显示器120的显示画面光信号（图中实线示意）在AR光波导（光波导镜片310）的中进行全反射传输，由于存在光学阵列面311，在AR光波导（光波导镜片310）中传输的光信号遇到光学阵列面311会改变传播方向，从预设的出射区域F发出。另一方面，AR光波导（光波导镜片310）将环境光信号（图中虚线所示）通过多个光学阵列面311反射至出射区域F。显示画面光信号和环境光信号在出射区域F同时进入人眼，这里的出射区域F即为人眼能够看到的范围。可以理解的是，多个光学阵列面311平行设置，可以使人眼观看到完整优质的画面信息。
在AR行业，AR几何光波导是一个核心器件，同时表征一个显示模组的高端层次/参数等级，观看视场范围（FOV）的大小是一个核心参数。各个厂家都在追求更大的显示视场，更大的FOV为用户提供更好的观感。因为更大的FOV意味着用户可以接受更多的信息，不至于观看到的视野过于小，过于局促。相关技术中，AR几何光波导（AR光波导（光波导镜片310））与投影模块100一体设计，AR设备在出厂时候FOV已经固定，如果用户需要其他FOV范围，只能更换整个AR设备，灵活性差，降低了用户体验。在一些实施例中，AR光波导（光波导镜片310）是一个由反射、透射型器件组成的波导镜片，不引入额外的像差。
在一些实施例中，控制器110是模块化光波导显示模组10的神经中枢和指挥中心。控制器110可以包括一个或多个处理单元，例如：控制器110可以包括应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processingunit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，存储器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。控制器110可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。例如，在一些实施例中，控制器110可以控制微显示器120进行显示；或者，控制器110可以读取自身存储的参数，以实现模块化AR光波导提升FOV方法；或者，控制器110可以通过无线通信模块获取来自外部智能终端20传输的参数，以实现模块化AR光波导提升FOV方法。控制器110的功能和执行步骤将在下文进一步展开说明。
在一些实施例中，如图3所示，模块化光波导显示系统还包括智能终端20，智能终端20与模块化光波导显示模组10无线通信连接。智能终端20可以为移动终端设备，也可以为非移动终端设备。移动终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载终端设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机、上网本、个人数字助理、CPE、UFI（无线热点设备）等；非移动终端设备可以为个人计算机、电视机、柜员机或者自助机等；本申请实施方案不作具体限定。智能终端20可以包括处理器，外部存储器接口，内部存储器，通用串行总线(universal serial bus，USB)接口，充电管理模块，电源管理模块，电池，天线，移动通信模块，WIFI通信模块，音频模块，扬声器，受话器，麦克风，耳机接口传感器模块，按键，马达，指示器，摄像头，显示屏以及用户标识模块(subscriber identification module，SIM)卡接口等。其中，传感器模块可以包括压力传感器，陀螺仪传感器，气压传感器，磁传感器，加速度传感器，距离传感器，接近光传感器，指纹传感器，温度传感器，触摸传感器，环境光传感器，骨传导传感器等。其中，触摸传感器可以用于接收用户输入的信号，例如，接收用户输入的目标FOV参数或当前FOV参数；显示屏可以用于显示输出信息，例如，显示待更换的AR光波导信息。
投影模块100还包括无线通信模块，模块化光波导显示模组10通过无线通信模块与智能终端20通信连接，智能终端20可以接收来自模块化光波导显示模组10传输的信息，执行模块化AR光波导提升FOV方法。无线通信模块可以是移动网络通信模块（如3G/4G/5G通信模块）、局域网通信模块（如WIFI通信模块）、蓝牙通信模块或红外通信模块等，本申请实施例对此不做作限定。
需要说明的是，本申请实施例模块化光波导显示模组10可以用于多种AR产品中，例如，可以用于AR眼镜中。
需要说明的是，本申请实施例描述的模块化光波导显示系统的结构是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着设备架构的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图1和图3中示出的模块化光波导显示系统并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
在图1和图3所示的模块化光波导显示系统中，控制器110可以调用其储存的程序，以执行模块化AR光波导提升FOV方法。
下面描述本申请实施例的AR几何光波导的光学性能测量方法。
图4是本申请实施例提供的AR几何光波导的光学性能测量方法的一个可选的流程图，图4中的方法可以包括但不限于包括步骤S110至步骤S150。同时可以理解的是，本实施例对图4中步骤S110至步骤S150的顺序不做具体限定，可以根据实际需求调整步骤顺序或者减少、增加某些步骤。
本申请实施例的提出了一种模块化AR光波导提升FOV方法，应用于模块化光波导显示模组10，模块化光波导显示模组10包括：
投影模块100，包括微显示器120和投影放大系统130，微显示器120用于生成图像信息，投影放大系统130用于将微显示器120出射的图像信号经过处理后出射；
AR光波导模块300，AR光波导模块300与投影模块100可拆卸连接，用于接收来自投影模块100的图像信号，并使图像信号和真实环境信息同步进入人眼；
方法包括：
步骤S110，获取目标FOV参数；
步骤S120，获取已知AR光波导模块300的已知镜内水平视场角；
步骤S130，获取投影模块100的微显示器120的显示尺寸参数；
步骤S140，根据目标FOV参数、镜内水平视场角、显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块300的目标折射率；
步骤S150，根据目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导。
可以理解的是，步骤S110中，目标FOV参数可以是接收来自用户输入的指令获取的，例如，控制器110可以通过无线通信模块与智能终端20实现无线通信连接。智能终端20通过触摸传感器（如触摸屏）接收用户输入的指令获取目标FOV参数，并将FOV参数传输给模式化光波导显示模组10的控制器110。例如，智能终端20可以安装有AR光波导（光波导镜片310）更换应用（APP），通过应用界面与用户实现人机交互。用户可根据自身需求输入目标FOV参数。步骤S120中，已知AR光波导模块300的已知镜内水平视场角可以是存储在投影模块100中的，例如，可以存储在控制器110集成的存储器中；已知AR光波导模块300的已知镜内水平视场角也可以是接收来自智能终端20传输的数据获得的，例如，智能终端20通过触摸传感器（如触摸屏）接收用户输入的指令获取已知镜内水平视场角，并将已知镜内水平视场角传输给模式化光波导显示模组10的控制器110；已知AR光波导模块300的已知镜内水平视场角也可以是通过计算得到的，将在下文描述。目标FOV参数一般大于当前AR光波导模块（已知AR光波导模块）的FOV参数，以实现FOV的提升。
在一些可选择的实施方式中，微显示器120的显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
步骤S140，根据目标FOV参数、镜内水平视场角、显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块300的目标折射率，包括：
步骤S141，将目标FOV参数、镜内水平视场角、显示尺寸参数代入目标FOV函数，计算得到待更换的AR光波导模块300的目标折射率；
其中，目标FOV函数表示为：
其中，FOVDiagnoal表示目标FOV参数，nd表示目标折射率，W表示横向像素点数（水平方向上的像素点数），H表示纵向像素点数（垂直方向上的像素点数），FOVinner-Horizontal表示已知镜内水平视场角。
可以理解的是，不同AR光波导（光波导镜片310）的基底玻璃的目标折射率nd不同。用户对AR光波导（光波导镜片310）有不同FOV的需求，例如，用户希望更换AR光波导（光波导镜片310）部件后增大FOV，我们可以构建目标FOV（FOVDiagnoal）与更换后新的AR光波导（光波导镜片310）基底玻璃的目标折射率nd的函数，即目标FOV函数：
在该函数关系式中，更换后的AR光波导（光波导镜片310）的目标折射率nd越大，所对应得到的AR光波导（光波导镜片310）的目标FOV也就越大。反过来说，根据目标FOV即可确定特定的投影模块100对应需要匹配的AR光波导（光波导镜片310）基底玻璃的目标折射率nd，根据目标折射率nd即可确定对应的AR光波导（光波导镜片310）。
示例性的，目标FOV函数可以为：
其中，如图6所示，对于特定的投影模块100，其微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，出射的光信号在AR光波导（光波导镜片310）内的已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal均为固定的，即为常数，AR光波导（光波导镜片310）基底玻璃的目标折射率nd决定了目标FOV（FOVDiagnoal）的大小。
在一些实施例中，微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，出射的光信号在AR光波导（光波导镜片310）内的已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal可以是接收来自智能终端20传输的数据获得的，例如，投影模块100出厂原配的AR光波导（光波导镜片310）（即已知AR光波导（光波导镜片310））可以标明有配置参数（微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，出射的光信号在AR光波导（光波导镜片310）内的已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal等），用户可通过智能终端20的触摸传感器（如触摸屏）输入该投影模块100的相应配置参数，以传输给模式化光波导显示模组10的控制器110。在另一些实施例中，已知AR光波导模块300的微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，出射的光信号在AR光波导（光波导镜片310）内的已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal可以是存储在投影模块100中的，例如，可以存储在控制器110集成的存储器中，控制器110可以直接调用得到。
在一些可选择的实施方式中，步骤S120，获取已知AR光波导模块300的已知镜内水平视场角，包括：
步骤S121，获取已知AR光波导模块300的当前FOV参数和当前折射率；
步骤S122，获取投影模块100的微显示器120的显示尺寸参数，显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
步骤S123，根据当前FOV参数、显示尺寸参数以及第一关系式，计算得到水平视场角，第一关系式包括：
其中，FOVH表示当前显示水平视场角，FOVD表示当前FOV参数，W表示横向像素点数，H表示纵向像素点数。
步骤S124，根据显示水平视场角、当前折射率以及第二关系式，计算得到镜内水平视场角，第二关系式包括：
其中，FOVinner-Horizontal表示已知镜内水平视场角，nds表示当前折射率，FOVH表示当前显示水平视场角。
可以理解的是，投影模块100出厂原配的AR光波导（光波导镜片310）（即已知AR光波导（光波导镜片310））通常标明的配置参数包括微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，当前FOV参数FOVD，即可通过上述第一关系式和第二关系式，换算得到镜内水平视场角。目标FOV参数一般大于当前FOV参数，以实现更换后的FOV的提升。在一些实施例中，微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，当前FOV参数FOVD，当前折射率nd，均可以是接收来自智能终端20传输的数据获得的，例如，投影模块100出厂原配的AR光波导（光波导镜片310）（即已知AR光波导（光波导镜片310））可以标明有配置参数（微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，当前FOV参数FOVD，当前折射率nd等），用户可通过智能终端20的触摸传感器（如触摸屏）输入该投影模块100的相应配置参数，以传输给模式化光波导显示模组10的控制器110。在另一些实施例中，已知AR光波导模块300的微显示器120的横向像素点数W、纵向像素点数H，当前FOV参数FOVD，当前折射率nd等参数可以是存储在投影模块100中的，例如，可以存储在控制器110集成的存储器中，控制器110可以直接调用得到。
示例性的，以当前AR光波导模块300为市场上常见的对角线为40度的几何光波导显示模组为例进行说明，当前AR光波导模块300基底材质为H-K9L玻璃，折射率为1.51673。即是说，当前AR光波导模块300的当前FOV参数FOVD=40，当前折射率nds=1.51673，用户需要通过更换几何光波导部件达到增大FOV至50度的效果。
如图7所示，我们通常的AR显示模组的视场参数，通常说的是对角线FOV，即目标
FOV（FOVDiagnoal）当前FOV参数FOVD均为对角线FOV。与对角线FOV相对应的有水平FOV（表示为
，当前显示水平视场角FOVH即为水平FOV）以及垂直FOV（表示为
）。
对角线FOV与水平FOV、垂直FOV的关系分别为：
因此，对应参数为40度的对角线的光波导显示模组10，可以根据第一关系式计算水平FOV（当前显示水平视场角FOVH）为：
其中，对于已知AR光波导模块300，其对角线FOV为FOVD=40度，代入上式中，即可得当前显示水平视场角FOVH值。
可以理解的是，如图8所示，对应的水平的方向的FOV视场角参数，还有另外一个参数是AR光波导（光波导镜片310）的玻璃器件内的FOV参数，即已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal。已知镜内水平视场角FOVinner-Horizontal与水平FOV（当前显示水平视场角FOVH）及当前折射率nds的第二关系式为：
其中，nds为折射率1.51673，前述第一关系式计算得到了
值，通过第二关系
式，可以得到玻璃器件内的水平方向FOV，即已知镜内水平视场角
值。
在一些可选择的实施方式中，步骤S150，根据目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导，包括：
步骤S151，根据目标折射率和预设的映射关系表，查表得到待更换的AR光波导的型号/类型；
其中，映射关系表包含目标折射率和AR光波导（光波导镜片310）的型号/类型的映射关系。
可以理解的是，映射关系表可以预先存储在控制器110的存储器中，当计算得到目标折射率后，通过查表即可得到对应的待更换AR光波导模块300的材质类型。
示例性的，映射关系表可以包含AR光波导模块300的玻璃基底的材质、目标折射率的对应关系，如下表一所示。
表一
| 材质类型 | 折射率 |
| H-QK1 | 1.47047 |
| PMMA | 1.491756 |
| k9 | 1.5163 |
| H-K9L | 1.5168 |
| E48R | 1.53116 |
| H-BaK7 | 1.56883 |
| PC | 1.58547 |
| OKP-4 | 1.60728 |
| H-ZK6 | 1.61272 |
| OPK-4HT | 1.63191 |
| EP5000 | 1.6355 |
| OKP1 | 1.6425 |
| H-LaK7 | 1.713 |
| ZF7L | 1.80518 |
在一些实施例中，映射关系表可以包含AR光波导模块300的玻璃基底的材质、目标折射率、对角线FOV的对应关系，如下表二所示。
表二
| 材质 | 折射率 | 对角线FOV |
| H-QK1 | 1.47047 | 38.75 |
| PMMA | 1.491756 | 39.33 |
| k9 | 1.5163 | 40 |
| H-K9L | 1.5168 | 40.01 |
| E48R | 1.53116 | 40.4 |
| H-BaK7 | 1.56883 | 41.43 |
| PC | 1.58547 | 41.89 |
| OKP-4 | 1.60728 | 42.48 |
| H-ZK6 | 1.61272 | 42.63 |
| OPK-4HT | 1.63191 | 43.16 |
| EP5000 | 1.6355 | 43.26 |
| OKP1 | 1.6425 | 43.45 |
| H-LaK7 | 1.713 | 45.39 |
| ZF7L | 1.80518 | 47.95 |
如表二所示，其中当AR光波导（光波导镜片310）的材质是原有的玻璃材K9玻璃的时候，对应的对角线FOV为40度，当增大更换后光波导基底的折射率后，对应的AR显示模组的折射率更大，如更换为折射率为1.8时，得到的FOV为48度，如果跟换后的光波导基底折射率为1.9，得到的AR几何波导显示模组的FOV可达到50度。
因此，本申请实施例这在不改变原有投影模块100设计的情况下，通过更换AR光波导模块300，可实现不同需求的目标FOV，例如50度。需要说明的是，50度FOV市场在AR行业来讲，是一个非常有产品竞争力的FOV参数。
通过执行步骤S151得到AR光波导材质类型后，可通过无线通信模块发给智能终端20，通过智能终端20显示屏输出给用户，以提醒用户可更换对应的AR光波导。
另外，本申请实施例还提出一种模块化光波导显示模组10，包括：
投影模块100，包括微显示器120和投影放大系统130，微显示器120用于生成图像信息，投影放大系统130用于将微显示器120出射的图像信号经过处理后出射；
AR光波导模块300，AR光波导模块300与投影模块100可拆卸连接，用于接收来自投影模块100的图像信号，并使图像信号和真实环境信息同步进入人眼。
控制器110，与微显示器120电性连接，用于控制微显示器120进行显示，并执行如前述的模块化AR光波导提升FOV方法。
可以理解的是，AR光波导提升FOV方法的相关说明如前述，在此不做赘述。
在一些可选择的实施方式中，AR光波导模块300包括固定连接的光波导镜片310和耦入棱镜320，耦入棱镜320与投影模块100可拆卸连接，耦入棱镜320用于接收来自投影模块100的图像信号。
可更换几何光波导（AR光波导模块300）的部件由光波导镜片310和耦入棱镜320组成，耦入棱镜320是光波导镜片310和投影模块100的连接部分。光波导镜片310与耦入棱镜320固定连接，在一些实施例中，如果工艺允许的情况下，可以把光波导镜片310和耦入棱镜320作为一体成型的部件。
在一些可选择的实施方式中，模块化光波导显示模组10还包括套筒部件200，用于可拆卸地连接投影模块100与AR光波导模块300；
套筒部件200中一端与投影模块100可拆卸连接，另一端与耦入棱镜320可拆卸连接；
或者，
套筒部件200中一端与投影模块100固定连接，另一端与耦入棱镜320可拆卸连接；
或者，
套筒部件200中一端与投影模块100可拆卸连接，另一端与耦入棱镜320固定连接。
在一些可选择的实施方式中，套筒部件200设置有调节旋钮210，调节旋钮210用于调节投影模块100与AR光波导模块300的距离。
参照图5，示例性的，套筒部件200可以通过卡扣结构可拆卸地连接投影模块100与AR光波导模块300，例如，在套筒部件200的两端设计有卡扣结构，投影模块100与AR光波导模块300分别通过套筒部件200的两端的卡扣结构连接固定。套筒部件200为可伸缩结构，可以通过调节旋钮210伸长或缩短套筒部件200，从而调节投影模块100与AR光波导模块300的距离。这样可以使得可拆卸的投影模块100与AR光波导模块300中间有微小的缝隙，通过调节旋钮210调节投影模块100与AR光波导模块300的距离，能补偿不同的产品工艺差异，从而方便得到最清楚的光波导显示画面。又例如，套筒部件200可以通过螺纹结构可拆卸地连接投影模块100与AR光波导模块300，例如，在套筒部件200的内侧设置有内螺纹，在投影模块100与AR光波导模块300端部设置有与之匹配的外螺纹，投影模块100与AR光波导模块300分别通过外螺纹与套筒部件200连接，可通过外螺纹与内螺纹接触的面积调节投影模块100与AR光波导模块300的距离。
在一些可选择的实施方式中，光波导镜片310中设置有几何波导阵列面311，耦入棱镜320包括入射面和出射面，耦入棱镜320的出射面与光波导镜片310的入射面契合连接，耦入棱镜320的入射面与光波导镜片310的上端面形成的夹角θ满足：
其中，α为几何波导阵列面311的倾角。
可以理解的是，如图9所示，耦入棱镜320上端面与光波导镜片310的入射面相契
合，右下面为耦入棱镜320的入射面，耦入棱镜320的入射面的角度不是随意，需要要求垂直
入射的光线能与对应几何波导阵列面311的零度视场出射的光线相对应，即满足
。
在一些实施例中，耦入棱镜320的厚度与光波导显示模组10的宽度需求相匹配。
可以理解的是，如图9所示，耦入棱镜320的厚度可以根据实际的AR显示模组的外观形态增厚或减小，如图第一虚线P1所示，但要求该面要求平行的减小或增加，即要求耦入棱镜320的入射面的角度固定。耦入棱镜320的最小厚度值为该平面与几何波导片相接的位置（第二虚线Pm对应的位置）。
示例性的，当光波导显示模组10应用于AR眼镜时，根据不同人的脸部宽度不同，可以通过调节耦入棱镜320的厚度，从而调节眼镜镜片（光波导镜片310）与脸部边缘的距离，从而提高佩戴舒适度和AR显示观看效果。
综上，第一方面，本申请实施例灵活性好，可以在不改变投影模块100，即使用同一个投影模块100的情况下，更改FOV视场范围；第二方面，本申请实施例可以节约资源，通用性强，即可以利用同一个投影模块100作为一个共用的光学系统部件，在不同的显示模组中使用，具有通用性；第三方面，本申请实施例设计可拆卸结构，用户可以选配不同的AR光波导模块300，实现个性化的不同的需求；第四方面，本申请实施例设计了一个旋钮210调节结构，可以使得可拆卸的投影模块100与AR光波导模块300中间有微小的缝隙，通过调节旋钮210能补偿不同的产品工艺差异之间，得到最清楚的光波导显示画面。
另外，本申请实施例的还提出一种模块化光波导显示系统，包括：
如前述的模块化光波导显示模组10，其中，投影模块100还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制器电性连接；
智能终端20，与模块化光波导显示模组10无线通信连接，用于实现模块化光波导显示系统与用户的人机交互。
光波导显示系统的相关说明请参照前述，在此不做赘述。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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，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。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。
以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。
Claims (8)
1.一种模块化AR光波导提升FOV方法，其特征在于，应用于模块化光波导显示模组，所述模块化光波导显示模组包括投影模块和AR光波导模块，所述AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接；
所述方法包括：
获取目标FOV参数；
获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角；
获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数；其中，微显示器的显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；
根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导；
所述根据所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率，包括：
将所述目标FOV参数、所述已知镜内水平视场角、所述显示尺寸参数代入目标FOV函数，计算得到待更换的AR光波导模块的目标折射率；
其中，所述目标FOV函数表示为：
其中，FOVDiagnoal表示目标FOV参数，nd表示所述目标折射率，W表示所述横向像素点数，H表示所述纵向像素点数，FOVinner-Horizontal表示所述已知镜内水平视场角；
所述获取已知AR光波导模块的已知镜内水平视场角，包括：
获取已知AR光波导模块的当前FOV参数和当前折射率；
获取所述投影模块的微显示器的显示尺寸参数，所述显示尺寸参数包括横向像素点数和纵向像素点数；
根据所述当前FOV参数、显示尺寸参数以及第一关系式，计算得到水平视场角，所述第一关系式包括：
其中，FOVH表示当前显示水平视场角，FOVD表示当前FOV参数，W表示所述横向像素点数，H表示所述纵向像素点数；
根据所述显示水平视场角、所述当前折射率以及第二关系式，计算得到所述已知镜内水平视场角，所述第二关系式包括：
其中，FOVinner-Horizontal表示所述已知镜内水平视场角，nds表示所述当前折射率，FOVH表示所述当前显示水平视场角。
2.根据权利要求1所述的一种模块化AR光波导提升FOV方法，其特征在于，根据所述目标折射率，匹配得到待更换的AR光波导，包括：
根据所述目标折射率和预设的映射关系表，查表得到待更换的AR光波导的型号/类型；
其中，所述映射关系表包含所述目标折射率和AR光波导的型号/类型的映射关系。
3.一种模块化光波导显示模组，其特征在于，包括：
投影模块，包括微显示器和投影放大系统，所述微显示器用于生成图像信息，所述投影放大系统用于将微显示器出射的图像信号经过处理后出射；
AR光波导模块，所述AR光波导模块与所述投影模块可拆卸连接，用于接收来自投影模块的图像信号，并使图像信号和真实环境信息同步进入人眼；
控制器，与所述微显示器电性连接，用于控制微显示器进行显示，并执行如权利要求1或2所述的模块化AR光波导提升FOV方法。
4.根据权利要求3所述的一种模块化光波导显示模组，其特征在于，所述AR光波导模块包括固定连接的光波导镜片和耦入棱镜，所述耦入棱镜与所述投影模块可拆卸连接，所述耦入棱镜用于接收来自投影模块的图像信号。
5.根据权利要求4所述的一种模块化光波导显示模组，其特征在于，还包括套筒部件，用于可拆卸地连接所述投影模块与所述AR光波导模块；
所述套筒部件中一端与所述投影模块可拆卸连接，另一端与所述耦入棱镜可拆卸连接；
或者，
所述套筒部件中一端与所述投影模块固定连接，另一端与所述耦入棱镜可拆卸连接；
或者，
所述套筒部件中一端与所述投影模块可拆卸连接，另一端与所述耦入棱镜固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种模块化光波导显示模组，其特征在于，所述套筒部件设置有调节旋钮，所述调节旋钮用于调节所述投影模块与所述AR光波导模块的距离。
7.根据权利要求4至6任一项所述的一种模块化光波导显示模组，其特征在于，所述光波导镜片中设置有几何波导阵列面，所述耦入棱镜包括入射面和出射面，所述耦入棱镜的出射面与所述光波导镜片的入射面契合连接，所述耦入棱镜的入射面与所述光波导镜片的上端面形成的夹角θ满足：
其中，α为所述几何波导阵列面的倾角；
所述耦入棱镜的厚度与所述光波导显示模组的宽度需求相匹配。
8.一种模块化光波导显示系统，其特征在于，包括：
如权利要求3至7任一项所述的模块化光波导显示模组，其中，所述投影模块还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制器电性连接；
智能终端，与所述模块化光波导显示模组无线通信连接，用于实现所述模块化光波导显示系统与用户的人机交互。
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