【技术实现步骤摘要】
单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法和装置
[0001]本申请涉及波导
,特别是涉及单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法和装置。
技术介绍
[0002]增强现实(AR)技术能够实时将计算机产生的虚拟画面与现实场景叠加,能够直观地高效率地进行信息显示。因此,自从1968年首次被提出后,增强现实技术就吸引了广泛关注,被不少机构誉为继智能手机、电脑后的新一代智能现实技术。近年来,AR技术迅速发展,并已经广泛应用于医疗设备、教育和娱乐等各个领域。光学近眼显示器(NED)是AR技术实现虚拟
‑
现实融合的关键硬件。NED能够在不阻挡真实世界视线的情况下在人眼面前完成虚拟图像的放大、投影、显示,实现虚拟图像与真实世界的场景融合。为了实现更好的显示效果,NED技术正朝着更轻薄、更大的视场角(Field of view,FOV)、更宽眼动范围(Eye
‑
box)和更高显示质量的方向发展。近年来很多公司发布了他们的产品,比如微软的HoloLens、Lumus、MagicLeap、Waveoptics、LingxiAR。相关的研究提出了实现NED很多种方法,比如棱镜、自由曲面,Birdbath,视网膜投影,光波导,超构透镜显示等等。然而,目前并没有让人完全满意的方案能够同时实现大的出瞳范围(Exit pupil diameter,EPD)、薄厚度和大视场角。
[0003]以自由曲面、棱镜为代表的传统的光学显示方案能够实现较大的FOV,但是通常具有超过10mm的厚度。程德文等 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法,其特征在于,包括:获取单片式二维扩瞳几何波导的性能指标,并构建光波导结构;根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,使眼动范围条件满足所述性能指标,得到垂直视场角需要满足的第一限制条件;根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,使全反射条件满足成像条件,得到垂直视场角需要满足的第二限制条件;根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,使杂散光抑制条件满足成像质量要求,得到垂直视场角需要满足的第三限制条件;根据所述第一限制条件、所述第二限制条件以及所述第三限制条件,得到最大垂直视场角。2.根据权利要求1所述的单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法,其特征在于,根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,使眼动范围条件满足所述性能指标,得到垂直视场角需要满足的第一限制条件,包括:根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,计算垂直扩瞳区域的部分反射镜之间的距离以及垂直方向上眼动范围,使眼动范围条件满足所述性能指标,得到垂直视场角需要满足的第一限制条件。3.根据权利要求2所述的单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法,其特征在于,根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,计算垂直扩瞳区域的部分反射镜之间的距离以及垂直方向上眼动范围,使眼动范围条件满足所述性能指标,得到垂直视场角需要满足的第一限制条件,包括:根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,垂直扩瞳区域的部分反射镜之间的距离满足:式中,H为垂直扩瞳区域的部分反射镜之间的距离,d为波导片的厚度,θ
v
为垂直扩瞳区域的半透半反膜阵列与波导片底边的倾角;垂直方向上眼动范围满足:(EPD
y
)
max
=m
·
H
‑
2ERF
·
tan(Ω
vmax
)式中,EPD
y
为眼动范围在垂直方向上的尺寸,m为垂直扩瞳区域的部分反射镜数量,ERF为出瞳距离,Ω
vmax
为空气中垂直方向上显示视场角的一半;得到垂直视场角需要满足的第一限制条件:4.根据权利要求1所述的单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法,其特征在于,根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,使全反射条件满足成像条件,得到垂直视场角需要满足的第二限制条件,包括:根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,计算光线在波导片内部的折射角以及光线在波导片内部传播时满足的全反射条件,使全反射条件满足成像条件,得到垂直视场角需要满足的第二限制条件。
5.根据权利要求4所述的单片式二维扩瞳几何波导的最大垂直视场分析方法,其特征在于,根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,计算光线在波导片内部的折射角以及光线在波导片内部传播时满足的全反射条件,使全反射条件满足成像条件,得到垂直视场角需要满足的第二限制条件,包括:根据所述光波导结构,对垂直视场进行分析,计算光线在波导片内部的折射角:ω
v
=arcsin(sin(Ω
v
)/n)式中,ω
v
为垂直扩瞳区域沿垂直方向的宽度,Ω
v
为空气中垂直方向上的视场的角度,n为波导片的折射率;光...
【专利技术属性】
技术研发人员:石峰,田野,阮宁烨,翟德德,彭星,乔硕,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学,
类型:发明
国别省市:
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