[发明专利]用于呈现图像的装置和用于实现增强现实显示的系统

说明书

本发明涉及图像显示技术，特别涉及用于呈现图像的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。用于呈现图像的装置包含：光波导镜片；以及设置于光波导镜片表面的第一～第四光学功能结构，其中，第一和第二光学功能结构位于光波导镜片的中部，并且第三和第四光学功能结构位于光波导镜片的表面的两侧，其中，光线经第一光学功能结构耦合进入光波导镜片内，随后经全反射到达第二光学功能结构，并且在第二光学功能结构的作用下，产生第一和第二衍射光束，第一和第二衍射光束在光波导镜片内经全反射分别到达第三和第四光学功能结构并且从第三和第四光学功能结构出射，其中，第三和第四光学功能结构具有相对于第二光学功能结构的距离逐渐变化的结构参数。

技术领域

本发明涉及图像显示技术，特别涉及用于呈现图像的装置和包含该装置的用于实现增强现实显示的系统。

背景技术

增强现实(AR)技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成在一起的新型显示技术。它不仅展现真实世界的信息，而且还将虚拟信息同时显示出来，从而实现两种信息的相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，利用头盔显示器将真实世界与计算机生成的虚拟图像叠加在一起的混合图像呈现给用户。

目前主流的近眼式增强现实显示设备大多采用光波导原理。例如，在典型的增强现实显示设备中，微显示空间光调制器(例如LCOS)上的图像经过三片全息光栅耦合至光波导，随后经三片光波导分别传输，最后在人眼正前方通过相应的全息光栅耦合输出以投影至人眼。为了实现彩色投影，可以采用多层光波导的方式。然而基于上述工作原理的增强现实显示设备存在多个缺点。例如，不能很好地解决视窗内视觉亮度突变的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于呈现图像的装置，其能够在出瞳范围内提供良好的效率均衡性，从而避免视觉亮度突变。

按照本发明一个方面的用于呈现图像的装置包含：

光波导镜片；以及

设置于所述光波导镜片表面的第一光学功能结构、第二光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构，

其中，所述第一光学功能结构和第二光学功能结构位于所述光波导镜片的中部，并且所述第三光学功能结构和第四光学功能结构位于所述光波导镜片的表面的两侧，

其中，光线经所述第一光学功能结构耦合进入所述光波导镜片内，随后经全反射到达所述第二光学功能结构，并且在所述第二光学功能结构的作用下，产生第一衍射光束和第二衍射光束，所述第一衍射光束和第二衍射光束在所述光波导镜片内经全反射分别到达所述第三光学功能结构和第四光学功能结构并且从所述第三光学功能结构和第四光学功能结构出射。

其中，所述第三光学功能结构和第四光学功能结构具有相对于所述第二光学功能结构的距离逐渐变化的结构参数。

优选地，在上述装置中，所述第一光学功能结构、第三光学功能结构和第四光学功能结构为一维光栅，所述第二光学功能结构为二维光栅。

优选地，在上述装置中，所述一维光栅为下列中的一种：倾斜光栅、矩形光栅、闪耀光栅和体光栅。

优选地，在上述装置中，所述第三光学功能结构和第四光学功能结构为光栅高度渐变的一维光栅，其中，所述高度随着所述一维光栅相对于所述第二光学功能结构的距离的增大而增大。

优选地，在上述装置中，所述第三光学功能结构和第四光学功能结构为占空比渐变的一维光栅，其中，所述占空比随着所述一维光栅相对于所述第二光学功能结构的距离的增大而增大。