一种电控的动态出瞳波导显示系统及方法

本发明涉及一种电控的动态出瞳波导显示系统及方法，属于波导显示。

背景技术：

1、近年来，增强现实（ar）头戴式设备备受关注。基于几何光学原理的近眼显示方案如棱镜方案、自由曲面方案等，受到位于眼前的光学部件太厚以及大视场范围下出瞳尺寸限制的问题，因此通过波导传输过程中光束的不断复制与输出实现出瞳扩展功能的衍射波导显示方案脱颖而出。

2、出瞳大小与人眼的移动范围、佩戴舒适度、应用场景都有着密切的关系，出瞳大意味着能够使人更舒服更轻松的的看全整个fov，也能匹配更多不同瞳距的人群。虽然目前衍射光波导可以获得较大出瞳，然而，只有部分光线进入使用者的眼睛，这意味着其余光线将被浪费掉，这将导致光能量大大的浪费。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电控的动态出瞳波导显示系统及方法，提高波导显示扩瞳过程中的光能利用率。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，一种电控的动态出瞳波导显示系统，包括：波导介质、入耦合光栅、出耦合光栅和眼动追踪摄像机。

4、所述波导介质内设置有入耦合光栅、出耦合光栅。

5、所述眼动追踪摄像机用于捕捉人眼瞳孔位置。

6、作为优选方案，所述出耦合光栅包括多个可电控的光栅，多个可电控的光栅依次排列在波导介质上。

7、作为优选方案，所述出耦合光栅包括多个分区分效率的可电控的光栅，多个分区分效率的可电控的光栅依次排列在波导介质上。每个分区分效率的可电控的光栅包括：m个出光区域，m个出光区域依次连接，m为正整数。

8、作为优选方案，还包括：中间转折光栅，所述中间转折光栅采用1*m排列的可电控的光栅，所述出耦合光栅采用n*m排列的可电控的光栅，n，m为正整数。

9、作为优选方案，还包括：中间转折光栅，所述中间转折光栅采用1*m排列的分区分效率的可电控的光栅，所述出耦合光栅采用n*m排列的分区分效率的可电控光栅。每个分区分效率的可电控的光栅包括：m个出光区域，m个出光区域依次连接，m为正整数。

10、第二方面，一种电控的动态出瞳波导显示方法，包括如下步骤：

11、通过入耦合光栅光信息耦入至波导介质内，并在波导介质内全反射。

12、获取人眼瞳孔位置，根据人眼瞳孔位置确定需要激活的可电控的光栅。

13、将不需要激活的可电控的光栅的衍射效率降为0。

14、在波导内全反射的光信息遇到有效率的需要激活的可电控的光栅被耦出。

15、作为优选方案，所述可电控的光栅在未施加电压时，具有设置的衍射效率。所述可电控的光栅在施加电压时，衍射效率降为0。

16、第三方面，一种电控的动态出瞳波导显示方法，包括如下步骤：

17、通过入耦合光栅光信息耦入至波导介质内，并在波导介质内全反射。

18、获取人眼瞳孔位置，根据人眼瞳孔位置确定需要激活的分区分效率的可电控的光栅。

19、将不需要激活的分区分效率的可电控的光栅的衍射效率降为0。

20、在波导内全反射的光信息遇到需要激活的分区分效率的可电控的光栅，根据分区分效率的可电控的光栅内各出光区域不同的衍射效率 η m被耦出。

21、作为优选方案，不需要激活的分区分效率的可电控的光栅的各出光区域分别施加电压，使各出光区域的衍射效率降为0。需要激活的分区分效率的可电控的光栅的各出光区域分别施加不同电压，使各出光区域的衍射效率设置为 η m。

22、作为优选方案， η m计算公式如下：

23、

24、其中，m是出光区域的序号，m是出光区域的数量， η m是第m个出光区域的效率。

25、第四方面，一种电控的动态出瞳波导显示方法，包括如下步骤：

26、通过入耦合光栅光信息耦入至波导介质内，并在波导介质内全反射。

27、获取人眼瞳孔位置，根据人眼瞳孔位置确定需要激活的n*m排列的可电控的光栅中的第一可电控的光栅，并根据需要激活的第一可电控的光栅激活1*m排列的可电控的光栅中的第二可电控的光栅。

28、将不需要激活的n*m排列的可电控的光栅和1*m排列的可电控的光栅中的可电控的光栅的衍射效率降为0。

29、在波导内全反射的光信息遇到有效率的第二可电控的光栅、第一可电控的光栅被耦出。

30、作为优选方案，所述第一可电控的光栅、第二可电控的光栅在未施加电压时，具有设置的衍射效率。所述可电控的光栅在施加电压时，衍射效率降为0。

31、作为优选方案，所述第一可电控的光栅、第二可电控的光栅设置在同一行。

32、第五方面，一种电控的动态出瞳波导显示方法，包括如下步骤：

33、通过入耦合光栅光信息耦入至波导介质内，并在波导介质内全反射。

34、获取人眼瞳孔位置，根据人眼瞳孔位置确定需要激活的n*m排列的分区分效率的可电控的光栅中的第一分区分效率的可电控的光栅，并根据需要激活的第一分区分效率的可电控的光栅激活1*m排列的分区分效率的可电控的光栅中的第二分区分效率的可电控的光栅。

35、将不需要激活的n*m排列的分区分效率的可电控的光栅和1*m排列的分区分效率的可电控的光栅中的分区分效率的可电控的光栅的衍射效率降为0。

36、在波导内全反射的光信息根据第二分区分效率的可电控的光栅、第一分区分效率的可电控的光栅中各出光区域不同的衍射效率 η m被耦出。

37、作为优选方案，不需要激活的分区分效率的可电控的光栅的各出光区域分别施加电压，使各出光区域的衍射效率降为0。第一分区分效率的可电控的光栅、第二分区分效率的可电控的光栅的各出光区域分别施加不同电压，使各出光区域的衍射效率设置为 η m。

38、作为优选方案， η m计算公式如下：

39、

40、其中，m是出光区域的序号，m是出光区域的数量， η m是第m个出光区域的效率。

41、有益效果：本发明提供的一种电控的动态出瞳波导显示系统及方法，该方法通过入耦合光栅将微像源中的光信息耦入至波导内，并在波导内全反射，同时通过眼动追踪方法捕获人眼瞳孔位置，确定所需要出光的出耦合光栅位置区域，将不需要的出光部分的出耦合光栅区域效率降为0，在波导内全反射的光信息直到遇到有效率的光栅才被耦出，实现特定区域出光的波导显示。利用可电控的液晶偏振体光栅作为出耦合光栅，当某一区域施加电压时，通过调整液晶分子的取向，控制该区域的光栅效率。本发明公开的方法，可以减少波导显示中光能量的浪费，提高光效。

42、本发明利用一种可电控偏振体光栅，提高了ar波导显示系统光能利用率，大大提高了波导可入眼亮度。同时，利用电控偏振体光栅控制光栅效率，从而提高波导亮度均匀性。