一种波导显示系统技术方案

提供一种波导显示系统和方法。该系统包括：图像源，用于产生成像光束；中继准直系统，用于将所述成像光束准直成相同角度的第一平行光；耦合输入器，用于将所述第一平行光耦入下述波导形成第二平行光；波导，用于将所述第二平行光以全反射的方式向下述耦合输出器传播；耦合输出器，用于将所述第二平行光衍射成会聚光，并离开所述波导，进入下述第一偏振光栅；第一偏振光栅，用于将所述会聚光分成以不同的角度出射的两束旋转方向相反的圆偏振光；以及第二偏振光栅，两束旋转方向相反的圆偏振光经由该第二偏振光栅衍射出横向错位的两束成像光束进入眼睛。该系统结构简单，在实现视网膜显示的同时，扩大出瞳直径，并且可以观看外部真实场景。

【技术实现步骤摘要】
一种波导显示系统
本专利技术属于视网膜投影显示
，具体涉及一种波导显示系统和方法。
技术介绍
增强现实技术的目标是将计算机生成的虚拟图像、场景或者系统提示信息叠加到真实场景的显示技术。该技术能够将虚拟信息应用到真实世界，通过计算机系统提供的信息有效提高用户对现实世界的感知能力和交互体验，因而受到了研究人员的高度关注。但是对于通常的头戴显示系统，存在虚拟显示图像和实际场景距离不匹配的问题，即存在辐辏聚焦矛盾。视网膜投影显示技术不需要经过眼睛晶状体的焦距调节，直接将图像清晰投影到视网膜上，因此人眼无论看向远处还是近处的真实场景，虚拟显示的图像永远是清晰的，因此可以克服传统头戴近眼显示系统辐辏聚焦矛盾的问题。但是视网膜投影显示技术中，通过人眼瞳孔的显示光线会聚到一点，因此该类显示技术存在出瞳直径小的问题。为了扩大视网膜投影显示系统的出瞳直径，可以利用人眼跟踪系统探测人眼瞳孔的位置，然后将投影光线的会聚点投影到瞳孔位置，但是这样会增加系统的复杂程度和成本，且反应速度较慢；还有相关的技术采用多个光引擎调制出多个出瞳，光融合器对生成的多个出瞳进行拼接，以增大出瞳范围，但这样也会增加系统的成本和功耗。鉴于上述，本专利技术旨在提供一种波导显示系统和方法，来解决上述的一个或多个技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，根据本专利技术一方面，提供一种波导显示系统，其特征在于包括：图像源，用于产生成像光束；中继准直系统，用于将所述成像光束准直成相同角度的第一平行光；耦合输入器，用于将所述第一平行光耦入下述波导形成第二平行光；波导，用于将所述第二平行光以全反射的方式向下述耦合输出器传播；耦合输出器，用于将所述第二平行光衍射成会聚光，并离开所述波导，进入下述第一偏振光栅；第一偏振光栅，用于将所述会聚光分成以不同的角度出射的两束光，该两束光为旋转方向相反的圆偏振光；以及第二偏振光栅，与所述第一偏振光栅类型相同且平行于所述第一偏振光栅间隔布置，两束旋转方向相反的圆偏振光经由该第二偏振光栅衍射出横向错位的两束成像光束进入眼睛。根据本专利技术又一方面，横向错位的两束成像光束的传播方向与进入第一偏振光栅之前的会聚光的传播方向相同。根据本专利技术又一方面，所述横向错位的两束成像光束用于扩大出瞳范围。根据本专利技术又一方面，外部真实场景的光线透过波导和耦合输出器后被第一偏振光栅和第二偏振光栅调制，并不改变原来的传播方向，外部真实场景进入眼睛。根据本专利技术又一方面，所述波导显示系统为视网膜投影显示系统。根据本专利技术又一方面，所述图像源包括LCD、LCOS、DLP、OLED或激光扫描系统。根据本专利技术又一方面，所述耦合输入器和耦合输出器为反射式或透射式。根据本专利技术又一方面，所述耦合输出器输出单个或多个会聚光。根据本专利技术又一方面，第一偏振光栅与耦合输出器紧贴或间隔设置。根据本专利技术又一方面，还提供了一种波导显示方法，其特征在于包括以下步骤：产生成像光束；将所述成像光束准直成相同角度的第一平行光；将所述第一平行光耦入波导形成第二平行光；通过所述波导将所述第二平行光以全反射的方式向耦合输出器传播；所述耦合输出器将所述第二平行光衍射成会聚光进入第一偏振光栅；第一偏振光栅将所述会聚光分成以不同的角度出射的两束光，该两束光为旋转方向相反的圆偏振光；两束旋转方向相反的圆偏振光经由第二偏振光栅衍射出横向错位的两束成像光束进入眼睛；外部真实场景的光线透过所述波导和耦合输出器后被第一偏振光栅和第二偏振光栅调制，并不改变原来的传播方向，外部真实场景进入眼睛。与现有技术相比，本专利技术具有以下一个或多个技术效果：系统结构简单；在实现视网膜显示的同时，扩大了出瞳直径；可以观看外部真实场景；成本低；反应速度快。附图说明为了能够理解本专利技术的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的专利技术更详细的描述。附图涉及本专利技术的优选实施例，并描述如下：图1为根据本专利技术第一种优选实施例的波导显示装置的结构示意图；图2为图1中的波导显示装置的中继准直系统的结构示意图；图3a为图1中的波导显示装置的(透射式)全息耦合输入器的工作示意图；图3b为图1中的波导显示装置的(透射式)耦合输出器的工作示意图；图4a为图1中的波导显示装置的第一偏振光栅的工作示意图；图4b为图1中的波导显示装置的第二偏振光栅的工作示意图；图5为图1中的波导显示装置中真实场景光线的传播示意图；图6为根据本专利技术第二种优选实施例的波导显示装置的结构示意图；图7为根据本专利技术第三种优选实施例的波导显示装置的结构示意图；图8为图7中的波导显示装置的中继准直系统的结构示意图；图9为根据本专利技术第四种优选实施例的波导显示装置的结构示意图；图10为图9中的波导显示装置的耦合输出器工作示意图；图11a为图9中的波导显示装置的第一偏振光栅的工作示意图；图11b为图9中的波导显示装置的第二偏振光栅的工作示意图。具体实施方式现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一个或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本专利技术意在包含这类修改和变化。在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的结构。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。实施例1根据本专利技术一种优选实施方式，参见图1，提供了一种波导显示系统，其特征在于包括：图像源101，用于产生成像光束201；中继准直系统102，用于将所述成像光束201准直成相同角度的第一平行光202；耦合输入器103，用于将所述第一平行光202耦入下述波导104形成第二平行光203；波导104，用于将所述第二平行光203以全反射的方式向下述耦合输出器105传播；耦合输出器105，用于将所述第二平行光203衍射成会聚光204，并离开所述波导104，进入下述第一偏振光栅106；第一偏振光栅106，用于将所述会聚光204分成以不同的角度出射的两束光，该两束光为旋转方向相反的圆偏振光2051和2052；以及第二偏振光栅107，与所述第一偏振光栅106类型相同且平行于所述第一偏振光栅106间隔布置，两束旋转方向相反的圆偏振光2051和2052经由该第二偏振光栅107衍射出横向错位的两束成像光束2061和2062进入眼睛。根据本专利技术又一优选实施方式，横向错位的两束成像光束2061和2062的传播方向与进入第一偏振光栅106之前的会聚光204的传播本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导显示系统，其特征在于包括：/n图像源，用于产生成像光束；/n中继准直系统，用于将所述成像光束准直成相同角度的第一平行光；/n耦合输入器，用于将所述第一平行光耦入下述波导形成第二平行光；/n波导，用于将所述第二平行光以全反射的方式向下述耦合输出器传播；/n耦合输出器，用于将所述第二平行光衍射成会聚光，并离开所述波导，进入下述第一偏振光栅；/n第一偏振光栅，用于将所述会聚光分成以不同的角度出射的两束光，该两束光为旋转方向相反的圆偏振光；以及/n第二偏振光栅，与所述第一偏振光栅类型相同且平行于所述第一偏振光栅间隔布置，两束旋转方向相反的圆偏振光经由该第二偏振光栅衍射出横向错位的两束成像光束进入眼睛。/n

【技术特征摘要】
1.一种波导显示系统，其特征在于包括：
图像源，用于产生成像光束；
中继准直系统，用于将所述成像光束准直成相同角度的第一平行光；
耦合输入器，用于将所述第一平行光耦入下述波导形成第二平行光；
波导，用于将所述第二平行光以全反射的方式向下述耦合输出器传播；
耦合输出器，用于将所述第二平行光衍射成会聚光，并离开所述波导，进入下述第一偏振光栅；
第一偏振光栅，用于将所述会聚光分成以不同的角度出射的两束光，该两束光为旋转方向相反的圆偏振光；以及
第二偏振光栅，与所述第一偏振光栅类型相同且平行于所述第一偏振光栅间隔布置，两束旋转方向相反的圆偏振光经由该第二偏振光栅衍射出横向错位的两束成像光束进入眼睛。


2.根据权利要求1所述的波导显示系统，其特征在于横向错位的两束成像光束的传播方向与进入第一偏振光栅之前的会聚光的传播方向相同。


3.根据权利要求2所述的波导显示系统，其特征在于所述横向错位的两束成像光束用于扩大出瞳范围。


4.根据权利要求1-3任一项所述的波导显示系统，其特征在于外部真实场景的光线透过波导和耦合输出器后被第一偏振光栅和第二偏振光栅调制，并不改变原来的传播方向，外部真实场景进入眼睛。


5.根据权利要求1-3任一项所述的波导显示系统，其特征在于所述波导显示系统为视网膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，施学良，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11