自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备与流程
本发明涉及近眼显示，特别是涉及一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备。
背景技术：
1、近年来，诸如增强现实(augmented reality,ar)和虚拟现实(virtual reality,vr)等近眼显示(near-eye display,ned)技术越发火热，并且伴随着led技术和微型显示芯片技术的发展，投影显示越来越趋于小型化，可穿戴近眼显示系统备受关注，人们在追求小体积高分辨率的基础上，对其佩戴舒适度的要求也越来越高，其中良好的双目融合效果是至关重要的。但有时为了满足市场需求，显示系统会根据眼镜外观的需求进行相应的状态调整，随之而来地造成投影光引擎与显示器件之间及显示器件与人眼之间可能存在一定的角度，使得中心市场光线不再垂直进入显示器件，而且相对于波导器件存在一定的角度入射。此时，出射光线同样会存在一定角度进入人眼，使得显示图像可能会偏离人眼视野中心，或伴随着一定的倾斜(畸变)，导致光线角度关系更为复杂，也给装调工作带来了更大的困难。因此，如何有效地对传统双目融合装调方案进行改进，以更好地实现双目融合，在保证装调效果和精度的同时提升装调效率，补偿结构加工和装配误差，提升系统容差能力，这对ned产品更快地向消费类产品转换具有重大的意义。
2、目前，传统的双目近眼显示模组在实现左右眼的双目融合常用的方法是：通过调整显示屏与投影镜头的相对位置，即通过平移显示芯片的方式实现投影主光线垂直入射波导，保证通过波导器件传输后，主光线能垂直进入人眼，使得左右眼的图像中心十字刻线能够重合并呈现在人眼视野中心，实现双目融合，以保证图像实现图像显示效果及佩戴体验。
3、然而，现有的这种方法存在的最大问题在于：模组双目融合装调过程复杂、效率较低；在装调完成、点胶固定显示芯片的过程中，可能因胶水的应力和收缩会导致芯片的位置产生微小变化，并且在模组装入整机的过程中，结构件的配合工厂导致的模组通机壳的挤压等因素均可能会对融合效果造成一定的影响；而此时如果想对双目融合视差进行改善，将是比较困难的，可能需要通过拆装模组返修才能够实现。
技术实现思路
1、本发明的一个优势在于提供一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，其能够提升近眼显示模组的良率和装调效率，实现对装配过程中角度误差的补偿，便于更好地保障双目融合效果。
2、本发明的另一个优势在于提供一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述自适应双目融合装置能够在无需调节显示芯片的物理位置的情况下，改善双目融合效果。
3、本发明的另一个优势在于提供一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述自适应双目融合装置能够通过在波导出射平面上的非可视范围内添加光电传感器，来实现捕捉中心光线的位置和角度进行反馈，以便通过控制显示区域的像素平移，实现中心光线的角度调整，从而完成双目融合。
4、本发明的另一个优势在于提供一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，同时还增加了所述自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备的实用性和可靠性。
5、为了实现本发明的上述至少一个优势或其他优点和目的，本发明提供了一种近眼显示设备，包括：
6、平面光波导，所述平面光波导具有耦入区域、第一耦出区域以及第二耦出区域；
7、投影光引擎，所述投影光引擎包括被对应地设置于所述耦入区域的显示芯片及位于所述显示芯片和所述耦入区域之间光路中的投影镜头，其中所述显示芯片具有像素位置可调的显示区域，用于发出位置可变的中心光线，所述投影镜头用于将经由所述显示区域发出的中心光线角度可变地投影至所述耦入区域；
8、光电传感模组，所述光电传感模组被对应地设置于所述第二耦出区域，用于捕捉经由所述第二耦出区域耦出的中心光线；以及
9、自适应双目融合装置，所述自适应双目融合装置可通电地连接于所述投影光引擎和所述光电传感模组，用于接收并根据所述光电传感模组的捕捉结果，控制所述显示芯片中所述显示区域的像素平移，使得经由所述第一耦出区域耦出的中心光线沿着预定耦出角度出射。
10、根据本技术的一个实施例，所述第一耦出区域处于所述平面光波导上人眼可视区域之内的位置，并且所述第二耦出区域处于所述平面光波导上人眼可视区域之外的位置。
11、根据本技术的一个实施例，所述预定耦出角度等于所述平面光波导的出射平面法线与人眼观察轴之间的夹角。
12、根据本技术的一个实施例，所述光电传感模组包括光电传感器及位于所述光电传感器和所述第二耦出区域之间光路中的聚焦器件，并且所述光电传感模组的具体参数满足其中h为所述光电传感器的有效接收范围；f为所述聚焦器件的焦距；α为双目融合允许的双目视差。
13、根据本技术的一个实施例，所述近眼显示设备进一步包括用于测量人眼观察轴与所述平面光波导的出射平面法线之间夹角的角度测量装置和与所述光电传感模组可驱动地连接的微机械转轴，所述自适应双目融合装置可通电地连接于所述角度测量装置和所述微机械转轴，所述自适应双目融合装置用于接收并将经由所述角度测量装置测量的结果定义为所述预定耦出角度，控制所述微机械转轴转动以驱使所述光电传感模组的感光轴旋转至所述预定耦出角度。
14、根据本技术的一个实施例，所述角度测量装置包括红外光源、位于所述红外光源的发射路径的红外反射件以及被对应地设置的红外接收器；所述红外反射件被对应地设置于所述平面光波导的出射平面，用于将来自所述红外光源的红外光线反射至人眼；所述红外接收器用于接收经由人眼反射的红外光线以计算出人眼观察轴与所述平面光波导的出射平面法线之间的夹角而作为测量结果。
15、根据本技术的一个实施例，所述平面光波导为衍射波导；其中所述衍射波导包括设置于所述耦入区域的耦入光栅、设置于所述第一耦出区域的第一耦出光栅、设置于所述第二耦出区域的第二耦出光栅以及位于所述耦入光栅和所述第一耦出光栅之间光路中的扩瞳光栅。
16、根据本技术的一个实施例，所述耦入光栅和所述第二耦出光栅位于所述衍射波导的对角位置；或者，所述耦入光栅和所述第二耦出光栅位于所述扩瞳光栅的相对两侧。
17、根据本技术的一个实施例，所述平面光波导为几何阵列波导。
18、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种自适应双目融合方法，包括步骤：
19、接收经由光电传感模组捕捉经由平面光波导的第二耦出区域耦出的中心光线，以得到该光电传感模组的捕捉结果；和
20、根据该光电传感模组的捕捉结果，控制投影光引擎的显示芯片中显示区域的像素平移，以调节经由该平面光波导的耦入区域耦入的中心光线的角度，使得经由该平面光波导的第一耦出区域耦出的中心光线沿着预设耦出角度出射。
21、根据本技术的一个实施例，在所述接收经由光电传感模组捕捉经由平面光波导的第二耦出区域耦出的中心光线，以得到该光电传感模组的捕捉结果的步骤之前，进一步包括步骤：
22、接收经由角度测量装置测量的人眼观察轴与该平面光波导的出射平面法线之间的夹角，以将该角度测量装置的测量结果定义为该预设耦出角度；和
23、控制微机械转轴转动以驱使该光电传感模组的感光轴旋转至该预设耦出角度，使得该光电传感模组的感光轴与该平面光波导的出射平面法线之间的夹角等于该预设耦出角度。
24、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种自适应双目融合装置，包括相互可通信地连接的接收模块和控制模块，所述接收模块用于接收经由光电传感模组捕捉经由平面光波导的第二耦出区域耦出的中心光线，以得到该光电传感模组的捕捉结果；所述控制模块用于根据该光电传感模组的捕捉结果，控制投影光引擎的显示芯片中显示区域的像素平移，以调节经由该平面光波导的耦入区域耦入的中心光线的角度，使得经由该平面光波导的第一耦出区域耦出的中心光线沿着预设耦出角度出射。
技术特征：
1.近眼显示设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一耦出区域处于所述平面光波导上人眼可视区域之内的位置，并且所述第二耦出区域处于所述平面光波导上人眼可视区域之外的位置。
3.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述预定耦出角度等于所述平面光波导的出射平面法线与人眼观察轴之间的夹角。
4.根据权利要求1至3中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述光电传感模组包括光电传感器及位于所述光电传感器和所述第二耦出区域之间光路中的聚焦器件，并且所述光电传感模组的具体参数满足其中h为所述光电传感器的有效接收范围；f为所述聚焦器件的焦距；α为双目融合允许的双目视差。
5.根据权利要求1至3中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备进一步包括用于测量人眼观察轴与所述平面光波导的出射平面法线之间夹角的角度测量装置和与所述光电传感模组可驱动地连接的微机械转轴，所述自适应双目融合装置可通电地连接于所述角度测量装置和所述微机械转轴，所述自适应双目融合装置用于接收并将经由所述角度测量装置测量的结果定义为所述预定耦出角度，控制所述微机械转轴转动以驱使所述光电传感模组的感光轴旋转至所述预定耦出角度。
6.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述角度测量装置包括红外光源、位于所述红外光源的发射路径的红外反射件以及被对应地设置的红外接收器；所述红外反射件被对应地设置于所述平面光波导的出射平面，用于将来自所述红外光源的红外光线反射至人眼；所述红外接收器用于接收经由人眼反射的红外光线以计算出人眼观察轴与所述平面光波导的出射平面法线之间的夹角而作为测量结果。
7.根据权利要求1至3中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述平面光波导为衍射波导；其中所述衍射波导包括设置于所述耦入区域的耦入光栅、设置于所述第一耦出区域的第一耦出光栅、设置于所述第二耦出区域的第二耦出光栅以及位于所述耦入光栅和所述第一耦出光栅之间光路中的扩瞳光栅。
8.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述耦入光栅和所述第二耦出光栅位于所述衍射波导的对角位置；或者，所述耦入光栅和所述第二耦出光栅位于所述扩瞳光栅的相对两侧。
9.根据权利要求1至3中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述平面光波导为几何阵列波导。
10.自适应双目融合方法，其特征在于，包括步骤：
11.根据权利要求10所述的自适应双目融合方法，其特征在于，在所述接收经由光电传感模组捕捉经由平面光波导的第二耦出区域耦出的中心光线，以得到该光电传感模组的捕捉结果的步骤之前，进一步包括步骤：
12.自适应双目融合装置，其特征在于，包括相互可通信地连接的接收模块和控制模块，所述接收模块用于接收经由光电传感模组捕捉经由平面光波导的第二耦出区域耦出的中心光线，以得到该光电传感模组的捕捉结果；所述控制模块用于根据该光电传感模组的捕捉结果，控制投影光引擎的显示芯片中显示区域的像素平移，以调节经由该平面光波导的耦入区域耦入的中心光线的角度，使得经由该平面光波导的第一耦出区域耦出的中心光线沿着预设耦出角度出射。
技术总结
本发明提供了一种自适应双目融合装置及其方法和近眼显示设备，其能够实现对装配过程中角度误差的补偿，便于更好地保障双目融合效果。该近眼显示设备包括：平面光波导；投影光引擎，包括被对应地设置于耦入区域的显示芯片及投影镜头，显示芯片具有像素位置可调的显示区域，用于发出位置可变的中心光线，以通过投影镜头角度可变地投影至耦入区域；光电传感模组，被对应地设置于第二耦出区域，用于捕捉经由第二耦出区域耦出的中心光线；以及自适应双目融合装置，可通电地连接于投影光引擎和光电传感模组，用于接收并根据光电传感模组的捕捉结果，控制显示区域的像素平移，使得经由第一耦出区域耦出的中心光线沿着预定耦出角度出射。
技术研发人员：陈杭,张倩,胡增新
受保护的技术使用者：浙江舜为科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23