扩瞳装置、双目显示装置、双目显示方法及图像显示方法与流程

1.本发明涉及虚拟显示技术领域，特别涉及扩瞳装置、双目显示装置、双目显示方法及图像显示方法。


背景技术：

2.现有技术中，通常采用多个投影仪和多层波导实现大角度的虚拟图像显示，即多个投影仪与多个波导一一配对，每对投影仪和波导实现部分角度范围内的虚拟图像呈现，各对投影仪和波导呈现的部分图像拼接实现大角度范围内的虚拟图像。该方案采用多层波导，导致波导整体重量上升，成本翻倍。同时该方案为单目成像，因此当双目成像时，则会使光引擎数量翻倍，而众多光引擎则不利于佩戴舒适性，且还会存在成本高、功耗大等缺陷。
3.因此，在当前技术中，所存在的扩瞳装置因为受限于光波导板材料的折射率，其所能实现的虚拟图像的角度展宽较小，不足以满足沉浸感的显示体验。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种扩瞳装置、双目显示装置、双目显示方法及图像显示方法，旨在实现大角度展宽的虚拟图像显示，以提高用户的沉浸感体验并同时兼顾显示装置的成本、重量、体积等关键参数。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种扩瞳装置，包括至少一层光波导板，所述光波导板上设置有第一入瞳单元、第二入瞳单元和出瞳单元，所述第一入瞳单元和第二入瞳单元对称分布于所述出瞳单元的两侧；所述第一入瞳单元用于将以第一角度入射的第一输入光衍射为第一传导光，所述第二入瞳单元用于将以第二角度入射的第二输入光衍射为第二传导光，所述出瞳单元用于将所述第一传导光和第二传导光衍射为输出光。
6.第二方面，本发明实施例一种双目显示装置，包括如第一方面所述的扩瞳装置和光引擎模块，所述光引擎模块包括第一光引擎和第二光引擎；
7.所述第一光引擎沿与所述光波导板的出光面法向量成第三角度的方向向所述第一入瞳单元提供光；所述第二光引擎沿与所述光波导板的出光面法向量成第四角度的方向向所述第二入瞳单元提供光线。
8.第三方面，本发明实施例一种双目显示方法，采用如第二方面所述的双目显示装置实现。
9.第四方面，本发明实施例一种图像显示方法，采用如第二方面所述的双目显示装置实现。
10.本发明实施例提供了一种扩瞳装置、双目显示装置、双目显示方法及图像显示方法，所述扩瞳装置包括至少一层光波导板，所述光波导板上设置有第一入瞳单元、第二入瞳单元和出瞳单元，所述第一入瞳单元和第二入瞳单元对称分布于所述出瞳单元的两侧；所述第一入瞳单元用于将以第一角度入射的第一输入光衍射为第一传导光，所述第二入瞳单元用于将以第二角度入射的第二输入光衍射为第二传导光，所述出瞳单元用于将所述第一
传导光和第二传导光衍射为输出光。本发明实施例将大角度展宽的虚拟图像对半分为两个小角度展宽的虚拟图像，两个小角度展宽的虚拟图像分别通过两个光引擎投影输出，并被构建在单层光波导板上的两个入瞳单元分别耦入光波导板，两个小角度虚拟图像在光波导板内经过扩瞳后，被同一出瞳单元耦出并拼接融合成初始大角度展宽的虚拟图像，并被双眼接受成像。本发明实施例所述的双目显示装置近两倍扩展了现有光波导技术所能呈现的虚拟图像角宽度，并通过单层波导一体化实现了双目同时成像，极大提高了用户沉浸感体验并同时兼顾了成本、重量、体积等关键参数。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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。
12.图1为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的第一结构示意图；
13.图2为本发明实施例提供的一种扩瞳装置对一幅完整的大角度展宽图像的扩展示意图；
14.图3为图2中a部分图像的扩展示意图；
15.图4为图2中b部分图像的扩展示意图；
16.图5为图2中大角度展宽图像的显示示意图；
17.图6为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的第二结构示意图；
18.图7为图6中a部分图像的扩展示意图；
19.图8为图6中b部分图像的扩展示意图；
20.图9为图6中大角度展宽图像的显示示意图；
21.图10为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的另一角度的第一结构示意图；
22.图11为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的另一角度的第二结构示意图；
23.图12为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的波矢图；
24.图13为本发明实施例提供的一种扩瞳装置的另一波矢图。
具体实施方式
25.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，都属于本发明保护的范围。
26.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
27.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
28.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是
指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
29.下面请参见图1，本发明实施例提供了一种扩瞳装置epe1，包括至少一层光波导板sub1，所述光波导板sub1上设置有第一入瞳单元doe1a、第二入瞳单元doe1b和出瞳单元doe3，所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b对称分布于所述出瞳单元doe3的两侧；所述第一入瞳单元doe1a用于将以第一角度入射的第一输入光衍射为第一传导光b1a，所述第二入瞳单元doe1b用于将以第二角度入射的第二输入光衍射为第二传导光b1b，所述出瞳单元doe3用于将所述第一传导光b1a和第二传导光b1b衍射为输出光。
30.本实施例所述的扩瞳装置epe1包括至少一层光波导板sub1，包括至少一层光波导板sub1，所述光波导板sub1上对称地构建了两个入瞳单元(即第一入瞳单元doe1a，第二入瞳单元doe1b)，所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b每分别用于将eng1(即第一光引擎，用于投影图像)和eng2(即第二光引擎，用于投影图像)输出的图像耦合进光波导板sub1，并在近似第一方向(如sy轴方向)扩束，所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b对称分布于共同的出瞳单元doe3的区域两侧，所述出瞳单元doe3实现图像显示区域在近似与第一方向垂直的第二方向(如sx轴方向)扩束，并将光线耦合出光波导板sub1，实现两个光引擎投影图像的拼接，进而实现最终的大角度展宽图像显示。
31.本实施例所述的扩瞳装置epe1具备采用单层光波导板sub1实现图像拼接和双目成像的功能，在实现大角度展宽图像成像的同时，兼顾了佩戴舒适性和生产成本。
32.在一实施例中，所述出瞳单元doe3为一维光栅，所述一维光栅用于实现对应方向上的图像扩展和图像耦合输出，所述一维光栅方向为sy轴方向
±
10
°
。
33.进一步的，如图1所示，所述光波导板sub1上还设置有第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b，所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b对称分布于所述出瞳单元doe3的两侧，且所述第一扩瞳单元doe2a位于所述第一入瞳单元doe1a的下方，所述第二扩瞳单元doe2b位于所述第二入瞳单元doe1b的下方；
34.所述第一扩瞳单元doe2a用于将第一传导光b1a衍射为第三传导光b2a，所述第二扩瞳单元doe2b用于将第二传导光b1b衍射为第四传导光b2b。
35.本实施例中，当出瞳单元doe3为一维光栅时，所述扩瞳装置epe1还包括与两个入瞳单元相对应的两个扩瞳单元(即所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b)，所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b分别接受两个入瞳单元耦合进入光波导板sub1的光束，即所述第一扩瞳单元doe2a用于将第一传导光b1a衍射为第三传导光b2a，所述第二扩瞳单元doe2b用于将第二传导光b1b衍射为第四传导光b2b，并对光束进行第一方向扩展并改变传播方向，所述出瞳单元doe3接受所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b处理过的图像光束，并对光束进行与所述第一方向不同的第二方向的扩展，同时将光束耦合输出光波导板sub1，被人眼观察。在一具体实施例中，所述第一角度和第二角度不同，且所述第一角度与所述第二角度关于光波导板sub1的法线对称。
36.如图2所示，一幅完整的大角度展宽图像被分成a、b两个部分，a、b两部分图像被分别加载到eng1和eng2两个光引擎的显示面板disp1和disp2上，并分别被eng1和eng2投影成像，分别形成输出光束ob0a和ob0b。扩瞳装置epe1包括2个入瞳单元doe1a和doe1b，其中，第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b分别接受eng1(第一光引擎，用于投出投影图像)和eng2(第二光引擎，用于投出投影图像)的投影图像，并将图像光线耦合进入光波导板sub1，
形成第一传导光b1a和第二传导光b1b，并以满足全内反射条件的方式在光波导板内传输。与所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b分别相对应的第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b分别接受第一传导光b1a和第二传导光b1b，实现光束在近似sy轴方向扩束，并改变光束的传播方向，分别形成第三传导光b2a和第四传导光b2b。所述出瞳单元doe3位于所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b之间，用于接受第三传导光b2a和第四传导光b2b，实现光束在近似sx轴方向扩束，并将第三传导光b2a和第四传导光b2b耦合出光波导板sub1，形成自由空间传输光ob3a和ob3b，ob3a和ob3b传输方向分别与光引擎输出光ob0a和ob0b相同。在这里，所述出瞳单元doe3区域覆盖人眼双目观察范围，并且输出光束ob3a和ob3b包含a、b两个部分的图像信息，通过控制光引擎eng1和eng2相对于光波导板的位置角度，可以实现输出图像的对准拼接，进而实现完整的大角度展宽图像的显示。
37.图3和图4分别显示了只有单个光引擎eng1或eng2工作时的光线传输情形，图5以俯视图的方式说明图像光线传输和最终图像拼接形成完整图像的情形。
38.在一实施例中，结合图6，所述出瞳单元doe3为二维光栅，所述二维光栅由两个交叉排布的一维光栅形成，所述二维光栅提供两个方向的光栅矢量，所述两个方向的光栅矢量与所述第一入瞳单元doe1a或第二入瞳单元doe1b的光栅矢量相加之和为0。
39.本实施例中，当所述出瞳单元doe3为二维光栅时，所述出瞳单元doe3直接接受所述两个入瞳单元区域耦合进入光波导板sub1的光束，并对光束进行两个方向上的扩展，同时将光束耦合输出光波导板，被人眼观察。所述扩瞳装置epe1具备采用单层波导板实现图像拼接和双目成像的功能，在实现大角度展宽图像成像的同时，兼顾了佩戴舒适性和生产成本。
40.如图6所示，一幅完整的大角度展宽图像被分成a、b两个部分，a、b两部分图像被分别加载到eng1和eng2两个光引擎的显示面板disp1和disp2上，并分别被eng1和eng2投影成像，分别形成输出光束ob0a和ob0b。扩瞳装置epe1包括第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b，所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b分别接受eng1和eng2的投影图像，并将图像光线耦合进入光波导板sub1，形成第一传导光b1a和第二传导光b1b，并以满足全内反射条件的方式在光波导板sub1内传输。出瞳单元doe3位于所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b之间，用于接受第一传导光b1a和第二传导光b1b。所述出瞳单元doe3为两个一维光栅交叉排布形成的二维光栅，可以实现光束在sx-sy平面两个方向的扩束，并将第一传导光b1a和第二传导光b1b耦合出光波导板sub1，形成自由空间传输光ob3a和ob3b，ob3a和ob3b传输方向分别与光引擎输出光ob0a和ob0b相同。出瞳单元doe3区域覆盖人眼双目观察范围，并且输出光束ob3a和ob3b包含a、b两个部分的图像信息，通过控制光引擎eng1和eng2相对于光波导板sub1的位置角度，可以实现输出图像的对准拼接，进而实现完整的大角度展宽图像的显示。
41.图7和图8分别显示了只有单个光引擎eng1或eng2工作时的光线传输情形，图9为本实施例所述的扩瞳装置epe1的正视图。
42.在一实施例中，所述光波导板sub1的厚度为0.1mm～3mm；所述出瞳单元doe3长度为60mm～150mm；所述第一入瞳单元doe1a、第二入瞳单元doe1b与所述出瞳单元doe3之间的几何中心距离均为40mm～100mm。
43.本实施例中，如图10所示，所述光波导板sub1为可以将光线束缚在其内以全内反
射的方式传输的光波导板，其厚度取值可以在0.1mm～3mm之间。出瞳单元doe3为一长方形区域，并使长方形的长度足以覆盖大部分人眼双目观察区域，具体的，所述出瞳单元doe3长度尺寸可以在60mm～150mm之间。所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b，对称分布于出瞳单元两侧，其典型形状为圆形，也可以为方形或其他形状，其典型尺寸可以在1mm～15mm之间。所述第一扩瞳单元doe2a和第二扩瞳单元doe2b分别与所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b相对应，用于接受第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b耦合进入光波导板sub1的图像光束，并将光束扩展后传输的出瞳单元doe3。
44.如图11所示，所述出瞳单元doe3为二维光栅，可以实现光束在sx-sy面内两个方向上的扩展。所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b对称分布于出瞳单元doe3两侧，二者各自到出瞳单元doe3几何中心距离可以在40mm～100mm之间。
45.在一具体实施例中，所述第一入瞳单元doe1a和第二入瞳单元doe1b具有相同的光栅周期和光栅方向。
46.在另一具体实施例中，所述第一扩瞳单元doe2a与所述第二扩瞳单元doe2b具有相同的光栅周期，且所述第一扩瞳单元doe2a与所述第二扩瞳单元doe2b的光栅方向镜像对称。
47.在一实施例中，通过分析图像光束波矢和光栅倒格矢的方法，分析光束的走向。
48.结合图12，图12为对应于图2所示的一种扩瞳装置epe1的第一结构下的波矢图。波矢图反应了图像的角谱信息、光栅对图像角谱信息的改变以及光波导板能够承载的光线角谱信息范围。bnd1表示用于满足光波导板sub1中的全内反射(tir)标准的第一边界。bnd2表示光波导板sub1中的最大波矢的第二边界。最大波矢可以由光波导板的折射率确定。仅当所述光的波矢在第一边界bnd1与第二边界bnd2之间的区域zone1中时，光才可以在光波导板sub1中波导。如果光的波矢在区域zone1之外，则光可能会泄漏出光波导板sub1或根本不传播。
49.由于zone1区域受限于光波导板sub1的折射率和宽度有限，当图像的角度展宽过大时，zone1区域不足以容纳整个图像的光线传输，在波矢图上表现为代表图像角谱信息的长方形区域落在zone1区域之外。本实施例通过将大角度展宽图像拆分为两个小角度展宽图像并分别传输来解决这一问题。如图12中的(a)和(b)所示，大角度展宽图像本分为a、b两个部分，分别通过路径a和路径b传输，并被再次拼接为完整图像输出。
50.不同区域衍射光栅通过往图像角谱上加载光栅矢量的方式影响光束的传播，即使图像角谱信息在波矢图中发生平移。所述衍射光栅矢量v由该区域光栅的光栅周期(d)和光栅方向(θ)确定。光栅矢量v的方向垂直于衍射光栅条纹方向，其幅值大小为2π/d。
51.如图12所示，所述第一入瞳单元doe1a具有沿sy轴负方向的光栅矢量v1a，具有方向θ1a和大小2π/d1a。所述第二入瞳单元doe1b具有沿sy轴负方向的光栅矢量v1b，具有方向θ1b和大小2π/d1b。所述出瞳单元doe3具有沿sx轴正方向的光栅矢量v3，具有方向θ3和大小2π/d3。所述第一扩瞳单元doe2a具有沿一定方向θ2a的光栅矢量v2a，具有大小2π/d2a。所述第二扩瞳单元doe2b具有沿一定方向θ2b的光栅矢量v2b，具有大小2π/d2b。扩瞳装置epe1上光栅区域分布和光栅矢量关于sy轴镜像对称。对于图12中所示路径a和路径b，光栅矢量满足v1a+v2a-v3＝0，以及v1b+v2b+v3＝0，即光束在从耦入光波导板sub1到从光波导板sub1耦出，所经历的不同区域光栅波矢总和为0，即形成闭合路径。
52.另外，还可以通过选择第一入瞳单元doe1a的光栅周期d1a和光栅方向，使得经过第一入瞳单元doe1a区域光栅衍射的一半图像角谱信息box1a落在zone1区域内，同样的，也可以选择第一扩瞳单元doe2a的光栅周期d2a和光栅方向，使得经过第一扩瞳单元doe2a区域光栅衍射的一半图像角谱信息box2a落在zone1区域内。还可以选择出瞳单元doe3的光栅周期d3和光栅方向，使得经过出瞳单元doe3区域光栅衍射的一半图像角谱信息box3a回到初始位置，与初始入射信息的图像角谱信息相同。相应地，可以选择第二入瞳单元doe1b的光栅周期d1b和光栅方向，使得经过第二入瞳单元doe1b区域光栅衍射的一半图像角谱信息box1b落在zone1区域内，也可以选择第二扩瞳单元doe2b的光栅周期d2b和光栅方向，使得经过第二扩瞳单元doe2b区域光栅衍射的一半图像角谱信息box2b落在zone1区域内，还可以选择光出瞳单元doe3的光栅周期d3和光栅方向，使得经过出瞳单元doe3区域光栅衍射的一半图像角谱信息box3b回到初始位置，与初始入射信息的图像角谱信息相同。
53.结合图13，图13为所提出的对应于图6所示的扩瞳装置epe1的第二结构下的波矢图。图6所示扩瞳装置epe1中的出瞳单元doe3为二维光栅，可以提供两个方向上的光栅矢量。如图13中的(a)和(b)所示，对于路径a，存在两条环路，两条环路的光栅波矢都满足v1a-v3a-v3b＝0。对于路径b，与路径a对称的也存在两条环路，两条环路的光栅波矢都满足v1b+v3a+v3b＝0。可以选择入瞳单元和出瞳单元doe3的光栅矢量大小和方向，使得经过两个入瞳单元和出瞳单元doe3内的单一光栅矢量处理后的一半图像角谱信息落在zone1区域内，即光线可在光波导板sub1内以全内反射方式传播，同时使得经过所述第一入瞳单元doe1a和所述第二入瞳单元doe1b和出瞳单元doe3内两个方向光栅矢量处理后的一半图像角谱信息回到初始位置。
54.也就是说，光线从进入光波导板sub1到从光波导板sub1输出，所经历的所有光学元件光栅矢量总和为零。
55.本发明实施例还提供了一种双目显示装置，包括如上所述的扩瞳装置epe1和光引擎模块，所述光引擎模块包括第一光引擎eng1和第二光引擎eng2；
56.所述第一光引擎eng1沿与所述光波导板sub1的出光面法向量成第三角度的方向向所述第一入瞳单元doe1a提供光；所述第二光引擎eng2沿与所述光波导板sub1的出光面法向量成第四角度的方向向所述第二入瞳单元doe1b提供光线。
57.本实施例提出的双目显示装置通过将大角度展宽的虚拟图像对半分为两个小角度展宽的虚拟图像，两个小角度展宽的虚拟图像分别通过两个光引擎投影输出，并被构建在单层光波导板上的两个入瞳单元分别耦入光波导板sub1，两个小角度虚拟图像在光波导板内经过扩瞳后，被同一出瞳单元耦出并拼接融合成初始大角度展宽的虚拟图像，并被双眼接受成像。该新型双目显示装置近两倍扩展了现有光波导技术所能呈现的虚拟图像角宽度，并通过单层波导一体化实现了双目同时成像，极大提高了用户沉浸感体验并同时兼顾了成本、重量、体积等关键参数。
58.结合图2，所述双目显示装置通过将大角度展宽图像拆分再拼接融合的方法实现大角度展宽图像的双目显示，所述双目显示装置具体包括两个光引擎(即所述第一光引擎eng1和第二光引擎eng2)和一个扩瞳装置epe1，所述第一光引擎和第二光引擎分别实现一半图像的投影输出，所述扩瞳装置epe1接受两个光引擎的输出图像并扩展、拼接图像，以实现覆盖双眼的大角度展宽图像显示。所述扩瞳装置epe1包括两个入瞳单元和一个出瞳单
元，两个入瞳单元分别用于接受两个光引擎投影输出的图像并分别形成波导内传输的第一传导光b1a和第二传导光b1b。两个入瞳单元均为一维光栅，光栅槽线都沿sx轴方向，光栅周期分别为d1a和d1b，并且d1a与d1b相等，所述两个入瞳单元分别可以提供沿sy负方向大小为2π/d1a(或2π/d1b)的光栅矢量v1a和v1b。所述出瞳单元为一维光栅，区域大小可以覆盖人眼双目观察区域，光栅槽线沿sy轴方向，光栅周期为d3，可以提供沿sx正方向大小为2π/d3的光栅矢量v3。所述扩瞳装置epe1还包括两个扩瞳单元，两个扩瞳单元分别接受所述两个入瞳单元耦合进入光波导板的第一传导光b1a和第二传导光b1b，并分别形成第三传导光b2a和第四传导光b2b，所述第三传导光b2a和第四传导光b2b相向传输到所述出瞳单元的区域。两个扩瞳单元对称分布于所述出瞳单元两侧，且两个扩瞳单元光栅矢量关于sy轴对称。两个扩瞳单元为一维光栅，光栅周期分别为d2a和d2b，并且d2a与d2b相等，所述两个扩瞳单元可以分别提供与sy轴成一定夹角θ的大小为2π/d2a(或2π/d2b)的光栅矢量v2a和v2b。并且为使光线在经历入瞳、扩瞳、出瞳环路光栅波矢总和为零。光栅周期d1a、d1b、d2a、d2b、d3和θ满足关系：
[0059][0060][0061]
得到d2a＝d3
×
sinθ。
[0062]
以图12中路径a为例，描述图像光线传播过程，入射光ob0a以角谱box0入射到第一入瞳单元doe1a，所述第一入瞳单元doe1a区域光栅通过衍射将入射光ob0a耦合进入光波导形成第一传导光b1a，所述第一传导光b1a以全内反射的方式在光波导板内传输到第一扩瞳单元doe2a，所述第一扩瞳单元doe2a区域光栅通过衍射将第一传导光b1a光束扩展并转向形成第三传导光b2a，所述第三传导光b2a以全内反射的方式在光波导板内传输到出瞳单元doe3；所述第三传导光b2a在出瞳单元区域全内反射传播的同时，部分地被出瞳单元的光栅通过光栅衍射的方式耦合出光波导板，形成自由空间光束ob3a，并被人眼观察，ob3a的传播方向与入射光ob0a相同，且ob3a在经过所述扩瞳装置epe1扩展后，可以覆盖人眼双目观察范围，从而实现人眼双目成像。,
[0063]
如图6所示，所述双目显示装置装置包括两个光引擎和一个扩瞳装置epe1，每个光引擎实现一半图像的投影输出，所述扩瞳装置epe1接受两个光引擎的输出图像并扩展、拼接图像，以实现覆盖双眼的大角度展宽图像显示。所述扩瞳装置epe1包括两个入瞳单元和一个出瞳单元，两个入瞳单元分别用于接受两个光引擎投影输出的图像并分别形成波导内传输的第一传导光b1a和第二传导光b1b。两个入瞳单元为一维光栅，光栅槽线都沿sy轴方向，光栅周期分别为d1a和d1b，并且d1a与d1b相等，所述两个入瞳单元分别可以提供沿sx正方向大小为2π/d1a的光栅矢量v1a和沿sx负方向大小为2π/d1b的光栅矢量v1b。所述出瞳单元为由两个方向的一维光栅交叉形成的二维光栅，区域大小可以覆盖人眼双目观察区域，两个一维光栅的槽线方向典型地分别为与sy轴正方向成60o和120o角，光栅周期分别为d3a，d3b，且d3a、d3b、d1a、d1b相等。两个一维光栅可以分别提供沿与sy轴正方向成120o大小为2π/d3a的光栅矢量v3a和沿与sx轴正方向成60o大小为2π/d3b的光栅矢量v3b。
[0064]
该扩瞳装置epe1各区域提供的光栅矢量如图13所示，各区域光栅矢量叠加呈现一
正三角形环路。以路径a为例，入射光ob0a以角谱box0入射到第一入瞳单元doe1a，所述第一入瞳单元doe1a区域光栅通过衍射将入射光ob0a耦合进入光波导形成第一传导光b1a，所述第一传导光b1a以全内反射的方式在光波导板内传输到所述出瞳单元doe3，因为所述出瞳单元doe3为两个一维光栅交叠形成的二维光栅，故可以提供两个方向的光栅矢量，所述出瞳单元doe3的其中一个一维光栅通过光栅衍射的方式改变第一传导光b1a的传播方向，形成第三传导光b2a，所述出瞳单元doe3中的另一个一维光栅通过光栅衍射的方式作用于第三传导光b2a，形成自由空间输出光束ob3a，并被人眼观察，输出光束ob3a的传播方向与入射光ob0a相同，且ob3a在经过所述扩瞳装置epe1扩展后，可以覆盖人眼双目观察范围，从而实现人眼双目成像。
[0065]
本发明实施例还提供了一种双目显示方法，采用如上所述的双目显示装置实现。
[0066]
本发明实施例还提供了一种图像显示方法，采用如上所述的双目显示装置实现。
[0067]
由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
[0068]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
[0069]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。