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一种全息波导显示系统及显示方法技术方案

技术编号:15328008 阅读:215 留言:0更新日期:2017-05-16 11:59
本发明专利技术公开了一种全息波导显示系统及显示方法,包括微显示器、准直透镜、波导、入耦合叠层衍射光学元件、出耦合叠层衍射光学元件、色彩校正驱动模块;所述叠层衍射光学元件包括两片反射型体全息光栅,所述色彩校正驱动模块包括RGB色彩分离模块、XYZ转LAB模块、LAB转LCH模块、色彩映射模块、LCH转LAB模块、LAB转XYZ模块、RGB色彩合成模块。所述驱动模块可以分别比较不同视场的基色与微显示器的基色的差异,并将不同视场下的色彩以及亮度校正至与微显示器色彩相同。本发明专利技术可以使不同视场的色域都接近微显示器的色域,从而提高显示色均匀性,更好地还原微显示器的图像。

Holographic waveguide display system and display method

The invention discloses a holographic waveguide display system and method, including micro display, collimating lens, waveguide, coupling laminated diffractive optical element, a correction coupling laminated diffractive optical element, color drive module; the laminated diffractive optical element comprises two reflection volume holographic grating, the color the correction drive module includes RGB color separation module, XYZ module, LAB LAB module, LCH module, LCH color mapping to LAB module, LAB XYZ module, RGB color synthesis module. The driving module can compare the primary colors of different field of view and the primary colors of the micro display, and adjust the colors and brightness in different field of view to the same color as the micro display. The invention can make the gamut of the different field of view close to the color gamut of the micro display, thereby improving the uniformity of the display color and better reducing the image of the micro display.

【技术实现步骤摘要】
一种全息波导显示系统及显示方法
本专利技术属于头盔显示
,具体涉及一种全息波导显示系统中的色彩管理装置及方法。
技术介绍
头盔显示是以微型显示器作为像源,以透明的全息护目镜为显示屏,通过光学系统将图像投射到人眼上进行成像。因此,头盔显示技术的关键技术是通过光学耦合元件,实现光学系统的小型化。现有的可实现头盔显示的技术中,相比于之前的离轴光学系统,全息波导显示系统拥有结构简单,可实现轻薄化设计等优势,但是由于体全息光栅的波长选择性和角度选择性,往往会限制输出图像的视场。现有技术中的一种基于全息波导的头盔显示装置的结构原理如图3所示,其包括微显示器401、准直透镜402、波导403、入耦合全息光学元件404、出耦合全息光学元件405。如图1所示,该显示装置在工作过程中,微显示器401向外发射带有图像信息的发散光L40,发散光L40通过准直透镜402后转变为平行光L41,所述平行光L41垂直入射到入耦合全息光学元件404的表面,其中一部分穿过404,为透射光L42,另一部分构成衍射光L43,进入波导403中,以全反射的形式传播,直至被出耦合全息光学元件405衍射输出平行光L44,进入人眼406。由于全息光学元件的衍射方向性比较强,视场比较小,所以当视角不是正对输出平行光时,人眼406所能接收到的图像色差会较大,色域与微显示器的色域差异较大。如图1所示,本实验室发现某一波长的光以不同入射角进入反射型体全息光栅后,衍射光的波长会随着入射角的变化发生偏移,入射角度偏移量越大,波长偏移量也会增大。同时,不同入射角对应的输出图像的色域并不相同,最终会使人眼不同视点接收到的图像色域不同,从而会影响显示效果。如图2所示为光栅倾角分别为15°和30°的反射型体全息光栅,在五种不同入射角度(-5°、-2°、0°、2°和5°)下的色域分布情况。由图中可以看出,当光栅倾角减小时,不同入射角下的色域变化趋势会相应减小,因此减小光栅矢量与入射光线的夹角可以有效地控制不同入射角的色域变化。通过减小光栅倾角可减小该夹角,但是不能保证衍射光在波导中发生全反射并传播至出耦合衍射光学元件,且仅仅减小改夹角仍不能很好地实现不同入射角的色域均匀性。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足,本专利技术提供一种全息波导显示系统及显示方法,能够改善头盔显示技术中不同视角色域差异大的问题,提高全息波导显示系统的成像质量。技术方案:为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种全息波导显示系统,包括依次排列设置的微显示器(401)、准直透镜(402)和波导(403)。所述波导(403)的一端内嵌有入耦合衍射光学元件(404),另一端内嵌有出耦合衍射光学元件(405)。还包括色彩校正驱动模块,所述色彩校正驱动模块用于根据微显示器中不同视角的图像的三基色进行色彩映射,减小不同视角的图像的三种基色的色彩与微显示器的基色色彩的色差。所述色彩校正驱动模块包括依次排列设置的色彩分离模块(501)、XYZ转LAB模块(502)、LAB转LCH模块(503)、色彩映射模块(504)、LCH转LAB模块(505)、LAB转XYZ模块(506)以及色彩合成模块(507)。其中:所述色彩分离模块(501)用于将微显示器(401)向外发射的带有图像信息分离为红、绿、蓝三种颜色的信号。所述XYZ转LAB模块(502)用于将分离后的红、绿、蓝三种颜色的信号从XYZ空间转换到LAB空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标。所述LAB转LCH模块(503)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到LCH空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标。所述色彩映射模块(504)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标分别与预先测量设置好的微显示器的红、绿、蓝在LCH空间的色度坐标比较,在保持饱和度值H不变的情况下,将红、绿、蓝在L-C平面的点坐标分别映射至微显示器的红、绿、蓝在L-C平面的点坐标上,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标。所述LCH转LAB模块(505)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标转换到LAB空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标。所述LAB转XYZ模块(506)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到XYZ空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号。所述色彩合成模块(507)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号进行色彩混合,得到处理后的图像信息,该处理后的图像信息用于微显示器(401)向外发射。优选的:所述入耦合衍射光学元件(404)和出耦合衍射光学元件(405)均为两种倾角不同的反射型体全息光栅叠层结构,且所述入耦合衍射光学元件(404)和出耦合衍射光学元件(405)对称内嵌于波导(403)中。优选的:所述波导(403)为自由曲面波导或者平板波导。优选的:所述波导(403)的厚度为1mm-3mm。优选的:所述入耦合衍射光学元件(404)和出耦合衍射光学元件(405)的厚度均为15um-20um。一种全息波导显示系统的显示方法,微显示器(401)向外发射的图像信息进入到色彩分离模块(501)被分离为红、绿、蓝三种颜色的信号。分离后的红、绿、蓝三种颜色的信号进入到XYZ转LAB模块(502)进行坐标变换得到红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标。红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标进入到LAB转LCH模块(503)进行坐标变换得到红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标。红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标进入到色彩映射模块(504),色彩映射模块(504)将得到的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标分别与预先测量设置好的微显示器的红、绿、蓝在LCH空间的色度坐标比较,在保持饱和度值H不变的情况下,将红、绿、蓝在L-C平面的点坐标分别映射至微显示器的红、绿、蓝在L-C平面的点坐标上,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标。处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标进入到LCH转LAB模块(505)中进行坐标变换得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标。处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标进入到LAB转XYZ模块(506)中进行坐标变换得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号。处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号进入到色彩合成模块(507)进行色彩混合,得到处理后的图像信息。所述微显示器(401)加载处理后的图像信息,向外发射带有图像信息的发散光。发散光通过准直透镜(402)后转变为平行光。平行光垂直入射到入耦合衍射光学元件(404)的表面,其中一部分穿过入耦合衍射光学元件(404)为透射光,另一部分构成衍射光进入波导(403)中,在波导(403)中以全反射的形式传播,直至被出耦合衍射光学元件(405)衍射输出平行光进入人眼(406)。有益效果:本专利技术相比现有技术,具有以下有益效果:为解决全息波导显示系统平行光入射角不同导致的色域不均匀问题,本专利技术采用色彩校正驱动模块,根据微显示器中不同视角的图像的三基色进行色彩映本文档来自技高网
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一种全息波导显示系统及显示方法

【技术保护点】
一种全息波导显示系统,包括依次排列设置的微显示器(401)、准直透镜(402)和波导(403);所述波导(403)的一端内嵌有入耦合衍射光学元件(404),另一端内嵌有出耦合衍射光学元件(405);其特征在于:还包括色彩校正驱动模块,所述色彩校正驱动模块用于根据微显示器中不同视角的图像的三基色进行色彩映射,减小不同视角的图像的三种基色的色彩与微显示器的基色色彩的色差;所述色彩校正驱动模块包括依次排列设置的色彩分离模块(501)、XYZ转LAB模块(502)、LAB转LCH模块(503)、色彩映射模块(504)、LCH转LAB模块(505)、LAB转XYZ模块(506)以及色彩合成模块(507);其中:所述色彩分离模块(501)用于将微显示器(401)向外发射的带有图像信息分离为红、绿、蓝三种颜色的信号;所述XYZ转LAB模块(502)用于将分离后的红、绿、蓝三种颜色的信号从XYZ空间转换到LAB空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标;所述LAB转LCH模块(503)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到LCH空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标;所述色彩映射模块(504)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标分别与预先测量设置好的微显示器的红、绿、蓝在LCH空间的色度坐标比较,在保持饱和度值H不变的情况下,将红、绿、蓝在L‑C平面的点坐标分别映射至微显示器的红、绿、蓝在L‑C平面的点坐标上,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标;所述LCH转LAB模块(505)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标转换到LAB空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标;所述LAB转XYZ模块(506)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到XYZ空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号;所述色彩合成模块(507)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号进行色彩混合,得到处理后的图像信息,该处理后的图像信息用于微显示器(401)向外发射。...

【技术特征摘要】
1.一种全息波导显示系统,包括依次排列设置的微显示器(401)、准直透镜(402)和波导(403);所述波导(403)的一端内嵌有入耦合衍射光学元件(404),另一端内嵌有出耦合衍射光学元件(405);其特征在于:还包括色彩校正驱动模块,所述色彩校正驱动模块用于根据微显示器中不同视角的图像的三基色进行色彩映射,减小不同视角的图像的三种基色的色彩与微显示器的基色色彩的色差;所述色彩校正驱动模块包括依次排列设置的色彩分离模块(501)、XYZ转LAB模块(502)、LAB转LCH模块(503)、色彩映射模块(504)、LCH转LAB模块(505)、LAB转XYZ模块(506)以及色彩合成模块(507);其中:所述色彩分离模块(501)用于将微显示器(401)向外发射的带有图像信息分离为红、绿、蓝三种颜色的信号;所述XYZ转LAB模块(502)用于将分离后的红、绿、蓝三种颜色的信号从XYZ空间转换到LAB空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标;所述LAB转LCH模块(503)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到LCH空间,分别得到红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标;所述色彩映射模块(504)用于将得到的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标分别与预先测量设置好的微显示器的红、绿、蓝在LCH空间的色度坐标比较,在保持饱和度值H不变的情况下,将红、绿、蓝在L-C平面的点坐标分别映射至微显示器的红、绿、蓝在L-C平面的点坐标上,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标;所述LCH转LAB模块(505)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LCH空间的色度坐标转换到LAB空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标;所述LAB转XYZ模块(506)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在LAB空间的色度坐标转换到XYZ空间,得到处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号;所述色彩合成模块(507)用于将处理后的红、绿、蓝色彩信号在XYZ空间的色彩信号进行色彩混合,得到处理后的图像信息,该处理后的图像信息用于微显示器(401)向外发射。2.根据权利要求1所述的全息波导显示系统,其特征在于:所述入耦合衍射光学元件(404)和出耦合衍射光学元件(405)均为两种倾角不同的反射型体全息光栅叠层结构,且所述入耦合衍射光学...

【专利技术属性】
技术研发人员:张宇宁沈忠文徐石刘奡翁一士
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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