一种显示系统及头戴显示设备的制作方法

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示系统及头戴显示设备。

背景技术：

增强现实(augmentedreality，ar)技术是一种光学技术，能够将现实场景的光线和虚拟图像叠加后投入人眼，达到一种增强现实的显示效果，并且目前ar产品还能够集成环境感知和交互等功能，能够给用户带来身临其境的感受和体验，使得ar技术受到越来越广泛的关注和应用。

光波导技术是增强现实显示主流采用的实现方式，它具备大眼盒区域、轻薄等特点，能够将增强现实显示光学系统打造成一种接近普通眼镜外形的产品，因此受到人们的青睐。

现有技术中，基于光波导技术的ar光学系统中，投像装置使用基于反射式显示原理的设备，比如数字光处理(digitallightprocessing，dlp)投影光机或者硅基液晶(liquidcrystalonsilicon，lcos)投影光机，其结构包括光源、显示屏和成像镜头，这种设备体积大，很难满足ar产品小型化的需求。并且，由于其显示原理决定，这种投像装置无论投射任何显示画面，照明光源消耗的功率是恒定的，除非降低亮度；此外，由于其反射式工作原理，光利用率不可能达到100％，这进一步增大了光机功耗。而为了保证ar产品的续航时间，就需要一个比较大的电池容量，不满足ar产品小型化和轻量化的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种显示系统及头戴显示设备，能够减小头戴显示设备体积，降低头戴显示设备功耗。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种显示系统，包括波导和至少三个投像装置，至少三个所述投像装置用于分别投射出至少三种不同的原色光，每一所述投像装置输出的原色光携带图像信息；

所述波导包括第二区域以及至少三个第一区域，至少三个所述第一区域与至少三个所述投像装置分别一一对应，所述第一区域用于将与自身对应的所述投像装置输出的原色光耦合入所述波导内，所述第二区域用于将通过所述波导传播的各种原色光耦合出所述波导外，使得耦合出的各种原色光汇合。

优选的，至少三个所述投像装置排布在所述波导的同一侧，或者至少三个所述投像装置分别排布在所述波导的两侧。

优选的，所述第一区域的工作光谱波段与自身对应的所述投像装置输出的原色光的光谱波段匹配。

优选的，各个所述投像装置投射出的原色光图像大小一致。

优选的，还包括与各个所述投像装置分别相连的处理装置，用于将各个所述投像装置输出图像进行像素偏移，使得由所述第二区域输出的图像中各种原色光图像的对应像素重合。

优选的，所述处理装置具体用于以任意一个所述投像装置输出的原色光图像为基准，对其它所述投像装置输出图像进行像素偏移，使得由所述第二区域输出的图像中，由其它所述投像装置输出的原色光图像像素与基准图像中相应像素重合。

优选的，所述投像装置包括多分区布光独立控制发光二极管投像装置。

优选的，包括三个所述投像装置，各个所述投像装置用于分别投射出三种不同的原色光。

一种头戴显示设备，包括如上所述的显示系统。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种显示系统，包括波导和至少三个投像装置，波导包括第二区域以及至少三个第一区域，至少三个第一区域与至少三个投像装置分别一一对应，投像装置用于投射出携带图像信息的原色光，各投像装置分别投射出至少三种不同的原色光，第一区域用于将与自身对应的投像装置输出的原色光耦合入波导内，第二区域用于将通过波导传播的各种原色光耦合出波导外，使得耦合出的各种原色光汇合，使用户观看到虚拟图像。与现有技术相比，本发明的显示系统中投像装置可以采用结构小型化的设备，并且无需另外采用合光元件将各个投像装置的输出光汇合，从而能够减小设备体积，降低设备功耗。

本发明提供的一种头戴显示设备，采用如上所述的显示系统，能够减小头戴显示设备体积，降低头戴显示设备功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种显示系统的示意图；

图2为本发明又一实施例提供的一种显示系统的示意图；

图3为本发明实施例中显示系统输出的第一原色光图像；

图4为本发明实施例中显示系统校准前输出的图像；

图5为对图4所示图像校准后的图像。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种显示系统，其能够应用于头戴显示设备尤其是ar设备中，亦可应用于其他显示设备中，本实施例以ar设备为例介绍该显示系统。所述显示系统包括波导和至少三个投像装置，至少三个所述投像装置用于分别投射出至少三种不同的原色光，每一所述投像装置输出的原色光携带图像信息；

所述波导包括第二区域以及至少三个第一区域，至少三个所述第一区域与至少三个所述投像装置分别一一对应，所述第一区域用于将与自身对应的所述投像装置输出的原色光耦合入所述波导内，所述第二区域用于将通过所述波导传播的各种原色光耦合出所述波导外，使得耦合出的各种原色光汇合。

所述投像装置用于投射出原色光，其中原色光携带图像信息，至少三个投像装置投射出至少三种不同的原色光，若各种原色光汇合进入用户眼睛，用户能够观看到颜色接近实际场景的图像。投像装置投射出的光线通过波导上相应的第一区域耦合入波导内，各种原色光在波导内传播，光线到达第二区域时通过波导的第二区域耦合出波导外，耦合出的各种原色光汇合进入用户眼睛，从而用户观看到虚拟图像。与现有技术相比，本实施例的显示系统中投像装置可以采用结构小型化的设备，并且无需另外采用合光元件将各个投像装置的输出光汇合，从而能够减小设备体积，降低设备功耗。

下面结合具体实施方式和附图对本显示系统进行详细说明。本实施例的显示系统包括波导和至少三个投像装置，其中波导用于传播光线，进入波导内的光线通过发生全反射而沿波导传播。

至少三个投像装置分别投射出至少三种不同的原色光，每一投像装置输出的原色光携带图像信息，将各个投像装置输出的原色光汇合，当用户眼睛获取到汇合光线时能够观看到颜色接近实际场景的图像。

波导包括第二区域以及至少三个第一区域，至少三个第一区域与至少三个投像装置分别一一对应，第一区域用于将与自身对应的投像装置输出的原色光耦合入波导内。在具体实施时，可以在波导的第一区域制作光栅结构或者在波导的第一区域设置衍射元件，光线入射到第一区域通过发生衍射而耦合入波导内。本实施例对第一区域可具有的光栅结构以及衍射元件不做具体限定。优选的，第一区域的工作光谱波段与自身对应的投像装置输出的原色光的光谱波段匹配，第一区域的工作光谱波段为窄光谱，只能够将对应投像装置输出的原色光耦合入波导内，使得具有较高的耦合效率。

示例性的请参考图1，图1为一种实施例的显示系统的示意图，由图可看出，所述显示系统包括波导10和第一投像装置11、第二投像装置12、第三投像装置13，第一投像装置11、第二投像装置12和第三投像装置13分别投射出三种不同的原色光。波导10包括第一区域100、第一区域101、第一区域102和第二区域103，其中第一投像装置11、第二投像装置12和第三投像装置13与波导10的第一区域100、第一区域101、第一区域102分别对应。第一投像装置11投射出的原色光通过波导10的第一区域100耦合入波导10内，第二投像装置12投射出的原色光通过波导10的第一区域101耦合入波导10内，第三投像装置13投射出的原色光通过波导10的第一区域102耦合入波导10内。

可选的，显示系统包括的至少三个投像装置可以排布在波导的同一侧，比如如图1所示，第一区域101、第一区域102和第二区域103布置在波导10同一侧，相应的第一投像装置11、第二投像装置12和第三投像装置13排布在波导10同一侧。

可选的，显示系统包括的至少三个投像装置可分别排布在波导的两侧。示例性的请参考图2所示，图2为又一种实施例的显示系统的示意图，可看出，所述显示系统包括波导20和第一投像装置21、第二投像装置22、第三投像装置23，波导20包括第一区域200、第一区域201、第一区域202和第二区域203，其中第一投像装置21、第二投像装置22和第三投像装置23分别投射出三种不同的原色光，第一投像装置21、第二投像装置22和第三投像装置23与波导20的第一区域200、第一区域201、第一区域202分别对应。第一区域200、第一区域201和第一区域202位于波导20的两侧，相应的第一投像装置21、第二投像装置22和第三投像装置23分别设置在波导20的两侧。

图1和图2所示的显示系统仅作为示例说明本显示系统的各个投像装置和波导的排布方式，在实际应用中并不限于上述实施方式，可以根据应用需求或者产品要求确定各个投像装置与波导的排布方式，可以灵活设计。另外，图1和图2所示的显示系统是以包括三个分别发出三种原色光的投像装置为例说明的，在其它实施例中，本显示系统可以包括其它数量的用于投射出原色光的投像装置，也都在本发明保护范围内。

进一步的，本显示系统中各个投像装置投射出的原色光图像的大小一致，图像的大小一致包括图像的长度、宽度一致，这样由各个投像装置投射出的光线耦合入波导内，各部分光线都通过波导的第二区域耦合出，能够使得各种原色光图像的相应像素对齐。

第二区域用于将通过波导传播的各种原色光耦合出波导外，使得耦合出的各种原色光汇合。可参考图1所示，第一投像装置11、第二投像装置12和第三投像装置13分别投射出三种不同的原色光，耦合进入波导10内的各种原色光分别沿波导10传播，各种原色光到达第二区域103时都通过第二区域103向波导10外耦合出光，耦合出的各种原色光汇合进入用户眼睛15，从而用户观看到虚拟图像。在具体实施时，可以在波导的第二区域制作光栅结构或者在波导的第二区域设置衍射元件，光线到达第二区域通过发生衍射而向波导外耦合出光。本实施例对第二区域可具有的光栅结构以及衍射元件不做具体限定。

在实际应用中，由于结构小型化的显示系统的显示画面像素点非常小，通常只有数十到几个微米，如果仅靠光学设计和生产装配实现图像像素级的对齐，对于生产的精度要求太高，不具有可生产性。针对此，本实施例的显示系统还包括处理装置，处理装置与各个投像装置分别相连，用于将各个投像装置输出图像进行像素偏移，使得由第二区域输出的图像中各种原色光图像的对应像素重合。

可选的，在具体实施时，处理装置具体用于以任意一个所述投像装置输出的原色光图像为基准，对其它所述投像装置输出图像进行像素偏移，使得由所述第二区域输出的图像中，由其它所述投像装置输出的原色光图像像素与基准图像中相应像素重合。

请参考图3，图3为一种实施例中显示系统输出的第一原色光图像，其中包括两种灰度值的像素点，灰度值为a1的像素点300，灰度值为a2的像素点301表示第一原色光图像的像素，中间区域即像素点301分布的区域为正常显示区域，周围的像素点300用来调整和偏移像素点。

请参考图4和图5，图4为一种实施例中显示系统校准前输出的图像，图5为对图4所示图像校准后的图像，其中包括三种灰度值的像素点，灰度值为a1的像素点300，灰度值为a2的像素点301表示第一原色光图像的像素，灰度值为a3的像素点302表示第二原色光图像的像素。可以看出，图4中第一原色光图像的像素点301和第二原色光图像的像素点302没有完全对齐，存在位置偏差，通过对两幅图像的像素进行像素偏移，具体可以以第二原色光图像的像素点302为基准，将第一原色光图像的像素点301向右且向上偏移1个像素点，对图4进行像素偏移后的图像如图5所示，在图5中第一原色光图像的像素点301和第二原色光图像的像素点302重合(在图5中为方便观察，没有把像素点301和像素点302完全重合)。

优选的，本实施例的显示系统中投像装置可以采用多分区布光独立控制发光二极管投像装置即uled投像装置，uled投像装置采用自发光显示技术，由于其自发光的显示原理，只有亮的像素点消耗功率，其它未亮像素点完全不消耗功率，亮度低的像素点功耗也会降低，可以大大节省功耗，有利于提高使用电池供电的ar眼镜的续航时间。并且，uled投像装置可以具有小的结构尺寸，不需要照明光路，能够大大地缩小光机体积，有利于ar显示系统的小型化。

相应的，本发明实施例还提供一种头戴显示设备，包括以上所述的显示系统。

本实施例的头戴显示设备，采用的显示系统包括波导和至少三个投像装置，波导包括第二区域以及至少三个第一区域，至少三个第一区域与至少三个投像装置分别一一对应，投像装置用于投射出携带图像信息的原色光，各投像装置分别投射出至少三种不同的原色光，第一区域用于将与自身对应的投像装置输出的原色光耦合入波导内，第二区域用于将通过波导传播的各种原色光耦合出波导外，使得耦合出的各种原色光汇合，使用户观看到虚拟图像。与现有技术相比，本头戴显示设备中投像装置可以采用结构小型化的设备，并且无需另外采用合光元件将各个投像装置的输出光汇合，从而能够减小设备体积，降低设备功耗。

以上对本发明所提供的一种显示系统及头戴显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。