一种衍射光波导均匀性补偿的方法与流程

本发明属于衍射光波导，具体涉及一种衍射光波导均匀性补偿的方法。

背景技术：

1、基于微光机以及衍射光波导的显示系统因其重量轻、尺寸小、可穿戴性强且具有大视场角、大眼眶而广泛应用于ar、mr以及hmd领域。其中，显示系统中的微光机能够提供具有一定视场角以及一定尺寸且亮度均匀的输入图像，经过衍射光波导的输入耦合器，通过其第一衍射级次以将亮度均匀的输入图像耦合进入透明或者半透明的光波导中，并通过全内反射的方式在光波导中进行传输，之后经过输出耦合器扩展并输出进入眼眶，如图1所示。

2、为了使用户在ar相关的显示设备具有更好的体验，需要保证用户在眼眶的范围内能够看到亮度均匀的图像。当前技术中，在确定的视场角及出瞳尺寸的情况下，微光机提供的图像的亮度不完全均匀，如一般能达到90％，而衍射光波导的输入耦合器以及输出耦合器一般为衍射光学元件，如矩形光栅、闪耀光栅、倾斜光栅、多台阶光栅以及超表面光栅和全息光栅，由于各类光栅的最小特征尺寸在波长甚至是亚波长范围内，此类元件对入射角度及入射波长非常敏感，因此针对不同的入射角和入射波长，其第一衍射级次的效率不一样，如输入耦合器会导致第一次不均匀性，如图2所示，为采用有限元方法对不同角度下倾斜光栅的第一衍射级次的衍射效率以及均匀性进行计算所得结果，表明当输入耦合器为衍射光学元件时，其会导致输出图像的不均匀性，如其将一种倾斜光栅作为输入光栅，在-20°～20°的视场角内，其第一衍射级次的均匀性仅有7.7％。且在经过输出耦合器出瞳复制和输出过程中多次衍射效应的叠加后，产生了第二次不均匀性，并最终导致输出到眼眶内的图像非常不均匀，进而影响了用户在使用ar等相关设备的体验感，因此，需要一种方法来提高输出图像的均匀性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述问题，提出一种衍射光波导均匀性补偿的方法，能够使衍射光波导显示装置为用户提供亮度均匀的图像，以提高用户在ar、mr以及hmd等可穿戴式显示设备的使用体验感，且成本低、调试方便快捷。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、本发明提出的一种衍射光波导均匀性补偿的方法，应用于衍射光波导显示装置，衍射光波导显示装置包括微光机、波导片、输入耦合器和输出耦合器，输入耦合器和输出耦合器贴附于波导片上，衍射光波导均匀性补偿的方法包括如下步骤：

4、s1、搭建均匀性补偿模型，均匀性补偿模型包括终端设备和光学检测设备；

5、s2、利用终端设备发送第一原始图像至微光机，根据预设模式调整微光机并将微光机接收的第一原始图像通过输入耦合器耦入波导片，在波导片内全反射传输后通过输出耦合器耦出形成第一输出图像，第一原始图像为纯白图像，预设模式包括r单通道打开模式、g单通道打开模式、b单通道打开模式和rgb全通道打开模式；

6、s3、利用光学检测设备接收第一输出图像并进行亮度均匀性检测，判断亮度均匀性检测结果是否小于等于第一预设阈值，若是，执行步骤s4，否则，认为衍射光波导显示装置的亮度均匀性满足要求，无需补偿；

7、s4、利用终端设备对第一输出图像依次进行灰度图转换和反相操作生成调制图像；

8、s5、将调制图像发送至衍射光波导装置耦出形成第二输出图像，利用光学检测设备接收第二输出图像并进行亮度均匀性检测，判断亮度均匀性检测结果是否小于等于第二预设阈值，若是，计算出第二输出图像的平均亮度值l，执行步骤s6，否则，认为衍射光波导显示装置的亮度均匀性满足要求，完成对应预设模式下的均匀性补偿，结束流程；

9、s6、将第二输出图像中每个像素位置对应的亮度值m-pixel与平均亮度值l进行差值计算，获得亮度值m-pixel高于平均亮度值l的像素位置坐标(x,y)，并将调制图像中对应像素位置坐标(x,y)的灰度值乘以系数n以更新调制图像，其中，0.5<n<0.9，返回执行步骤s5。

10、优选地，输入耦合器和输出耦合器均为一维表面浮雕光栅、一维体全息光栅、二维表面浮雕光栅或二维体全息光栅其中一种，周期为200nm～500nm。

11、优选地，波导片为单层单色光波导、单层全彩光波导、多层多色光波导其中一种。

12、优选地，终端设备为计算机、手机、平板其中一种。

13、优选地，均匀性补偿模型还包括转换模块，终端设备、转换模块和微光机依次连接，转换模块用于将终端设备提供的第一原始图像进行格式转换后发送至微光机。

14、优选地，微光机为micro-leds显示屏、lcos显示屏、dlp显示屏、oled显示屏和micro-oleds显示屏其中一种。

15、优选地，微光机为单个发光像素尺寸在2.5um～5um之间的micro-leds显示屏。

16、优选地，亮度均匀性检测结果，计算如下：

17、lvuniformity＝(minlv/maxlv)*100

18、式中，minlv为所有测试点中的最小亮度值，maxlv为所有测试点中的最大亮度值。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明通过检测衍射光波导显示装置的输出图像并进行亮度均匀性检测，根据亮度均匀性检测结果生成调制图像作为所需的预补偿图像，并将调制图像再次输入微光机进行输出显示，可解决由于微光机提供图像的亮度不均匀性、衍射光波导显示装置中输入耦合器以及输出耦合器中由于衍射光学元件对角度和波长的敏感性而导致的衍射过程中产生的第一次不均匀性和第二次不均匀性，三种不均匀性叠加进而导致最终输出图像的亮度不均匀性的问题，从而使衍射光波导显示装置能够为用户提供亮度均匀的图像，以提高用户在ar、mr以及hmd等可穿戴式显示设备的使用体验感，且成本低、调试方便快捷。

技术特征：

1.一种衍射光波导均匀性补偿的方法，应用于衍射光波导显示装置，所述衍射光波导显示装置包括微光机、波导片、输入耦合器和输出耦合器，所述输入耦合器和输出耦合器贴附于所述波导片上，其特征在于：所述衍射光波导均匀性补偿的方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述输入耦合器和输出耦合器均为一维表面浮雕光栅、一维体全息光栅、二维表面浮雕光栅或二维体全息光栅其中一种，周期为200nm～500nm。

3.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述波导片为单层单色光波导、单层全彩光波导、多层多色光波导其中一种。

4.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述终端设备为计算机、手机、平板其中一种。

5.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述均匀性补偿模型还包括转换模块，所述终端设备、转换模块和微光机依次连接，所述转换模块用于将终端设备提供的第一原始图像进行格式转换后发送至所述微光机。

6.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述微光机为micro-leds显示屏、lcos显示屏、dlp显示屏、oled显示屏和micro-oleds显示屏其中一种。

7.如权利要求6所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述微光机为单个发光像素尺寸在2.5um～5um之间的micro-leds显示屏。

8.如权利要求1所述的衍射光波导均匀性补偿的方法，其特征在于：所述亮度均匀性检测结果，计算如下：

技术总结
本发明公开了一种衍射光波导均匀性补偿的方法，包括：搭建均匀性补偿模型；利用终端设备发送第一原始图像至微光机，根据预设模式调整微光机并将接收的第一原始图像通过衍射光波导装置耦出形成第一输出图像；利用光学检测设备接收第一输出图像并进行亮度均匀性检测，判断亮度均匀性检测结果是否小于等于第一预设阈值，若是，利用终端设备生成调制图像，否则，认为无需补偿；将调制图像发送至衍射光波导装置耦出第二输出图像，利用光学检测设备接收第二输出图像并进行亮度均匀性检测，根据亮度均匀性检测结果判断是否完成对应预设模式下的均匀性补偿。可提供亮度均匀的图像，以提高用户在可穿戴式显示设备的使用体验感，且成本低、调试方便快捷。

技术研发人员：饶鹏辉,孙雪伟,华建飞
受保护的技术使用者：江西凤凰光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12