[发明专利]一种AR显示系统及方法

说明书

本发明涉及AR技术领域，具体是一种AR显示系统及方法。包括终端设备和AR设备，终端设备上有AR光波导显示系统，AR光波导显示系统包括微像源、准直光学系统、耦入耦出光栅及基底波导，光波在系统中的传输过程首先是带有图像的光波通过微像源发出，经过准直系统后变成不同角度的平行光束，带有图像信息的光束被一个折射率为余弦调制的透射全息输入光栅耦合到基底内，使光束在基底内以全反射的形式进行传输。本发明提供一种通过改变曝光角度来制作具有不同倾斜角的全息光栅，并且通过将不同倾斜角的光栅进行叠加处理的方法来增大视场角，增加学习效果的AR显示系统及方法。

技术领域

本发明涉及AR技术领域，具体是一种AR显示系统及方法。

背景技术

增强现实技术(Augmented Reality,AR),是一种将现实环境拍摄到的影像加以计算处理实时显示在相应的图像、视频、3D模型的技术。

全息波导通过耦入全息光栅将经过准直的光耦合到波导内进行全反射传播，由耦出全息光栅将光耦合到人眼，全息光栅因此相比于几何阵列波导拥有较高的透明度，同时全息光栅具有较高的衍射效率，在制作上比较简单，易于大批量生产。但是由于全息光栅对波长及入射角非常敏感，很难获得较大的FOV。现有的技术是对单个全息光栅进行复用，以此来拓宽全息光栅的选择角带宽，从而增大FOV，而复合光栅过程复杂且对曝光精度要求比较高。

常见的展览，图片展示较为单一，不能让人进入身临其境的感觉，学习效果不佳，同时常见的AR显示技术中视场角较小。

发明内容

本发明提供一种通过改变曝光角度来制作具有不同倾斜角的全息光栅，并且通过将不同倾斜角的光栅进行叠加处理的方法来增大视场角，增加学习效果的AR显示系统及方法。

本发明所采用的技术方案为：一种AR显示系统，其特征在于：包括终端设备和AR设备，所述AR设备是将终端设备所显示扩展的内容放置在AR设备上播放，所述终端设备上设有AR光波导显示系统，所述AR光波导显示系统包括微像源、准直光学系统、耦入耦出光栅及基底波导，光波在系统中的传输过程首先是带有图像的光波通过微像源发出，经过准直系统后变成不同角度的平行光束，带有图像信息的光束被一个折射率为余弦调制的透射全息输入光栅耦合到基底内，使光束在基底内以全反射的形式进行传输，当被耦合进入波导的光源传播到输出耦合光栅上时，经过耦合出去的光与原来进入波导的光具有相同的方向，在此输入到AR设备上，最后进入人眼。

所述光束从一种介质传播到另一种介质时满足n₀ sinθ₀＝n₁ sinθ₁；带有带有图像信息的光束通过准直系统后，变成带有角度的平行光，该平行光束由空气传播到折射率为n₁的基底时，其发散角折射为入射光被光栅耦合进入基底，满足布拉格条件的入射光与衍射光的波矢和光栅矢量之间的夹角相等；确定光栅矢量方向，可以得到发散角为的入射光被输入耦合光栅衍射后在波导内传播的最大和最小传播角θ_max和θ_min；根据折射率为n₁的波导内全反射条件:n₀ sinθ_c＝n₁ sin90°，图像光线在波导上下表面以θ角进行全反射传播，其中，θ_min≤θ≤θ_max，该角决定了系统FOV的大小；通过对光栅的设计，使更大的视场角能够被光栅耦合进波导，并满足全反射条件，最终扩大系统的视场角。

所述n₀是空气的折射率；所述θ₀为光束的入射角；所述n₁为基底介质折射率；所述θ₁为折射角；所述θ_max大于全反射临界角θ_c。