[发明专利]一种近眼显示设备及显示方法

说明书

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。

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。