近眼全息顯示系統的製作方法

2023-05-25 12:19:41

本發明涉及光學顯示技術領域，尤其涉及一種近眼全息顯示系統。

背景技術：

世界上第一臺頭戴顯示設備由美國科學家Sutherland於20世紀60年代發明的，在之後很長一段時間內，頭戴顯示器主要是用於軍事領域。隨著電子科技技術、數字圖像處理技術以及精密光學製造技術的發展，頭戴顯示技術逐漸由軍事領域進入人們的日常生活。

近年來，美國著名網際網路企業Google公司推出的Google Glass產品以及Facebook收購專注於虛擬實境領域的Oculus公司之舉，使得頭戴顯示受到人們的密切關注。相比於智慧型手機、智能平板電腦、筆記本電腦和桌面式電腦，頭戴顯示器能夠提供更大視角畫面信息的展示，被認為繼智慧型手機後的下一代移動智能終端。

然而，由於目前的光學顯示技術的不成熟，目前的頭戴顯示設備體積一般比較笨重，並且長時間觀看畫面內容會造成人眼的不適與疲勞，這使得頭戴顯示器的顯示效果以及便攜性還遠遠無法達到人們的使用預期。目前市面上的立體頭戴顯示設備都是分別給左右眼提供左右視差圖像，從而讓人眼感知到顯示畫面的立體信息。但是這種顯示方式人眼觀看到的立體信息跟實際觀看物理世界是有區別的，這是因為人眼感知真實世界的深度信息時不僅利用了雙目的輻輳功能，還利用了單目的調節功能。而目前市面上的頭戴顯示器無法提供多種感知深度的線索，這就使得人眼觀看立體頭戴顯示器畫面時候輻輳與調節功能無法協同作用，長時間觀看會造成眩暈、疲勞、噁心等不適的反應。

技術實現要素：

針對現有頭戴顯示器無法提供多種感知深度的線索，使得人眼觀看立體頭戴顯示器畫面時候輻輳與調節功能無法協同作用，造成眩暈、疲勞、噁心等不適反應的缺陷，本發明提出如下技術方案：

一種近眼全息顯示系統，包括照明裝置、全息圖加載裝置和近眼投射光學裝置；

所述照明裝置用於產生照明相干光；

所述全息圖加載裝置用於加載生成的全息圖，並利用所述全息圖對所述照明相關光進行調製，根據所述調製的光波進行衍射，以形成一衍射三維圖像；

所述近眼投射光學裝置用於將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

可選地，所述系統還包括分光裝置；

所述分光裝置用於將所述三維立體虛擬圖像和真實環境光進行混合疊加。

可選地，所述分光裝置包括分光鏡。

可選地，所述照明裝置包括雷射器。

可選地，所述照明裝置包括LED燈。

可選地，所述照明相關光包括平行光、會聚光或發散光。

可選地，所述全息圖加載裝置包括空間光調製器。

可選地，所述空間光調製器的使用方式包括透過式或反射式。

可選地，所述空間光調製器的調製方式包括振幅調製、相位調製或復振幅調製。

可選地，所述近眼投射光學裝置的結構包括組合透鏡方式、波導耦合方式、分光稜鏡方式、自由曲面稜鏡方式或離軸反射方式。

本發明的近眼全息顯示系統，通過照明裝置產生照明相干光，並通過全息圖加載裝置加載生成的全息圖，並利用所述全息圖對所述照明相關光進行調製，根據所述調製的光波進行衍射，以形成一衍射三維圖像，進而通過近眼投射光學裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像，可以實現利用光的幹涉衍射原理重構物體發出的空間三維光波，能夠真實地再現物體的實際光場，提供所有的人眼生理感知線索，極大程度地改進顯示畫面的效果，提升用戶體驗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一個實施例的近眼全息顯示系統的結構示意圖；

圖2為本發明一個實施例的近眼全息顯示系統的原理示意圖；

圖3為本發明另一個實施例的近眼全息顯示系統的原理示意圖；

圖4為本發明一個實施例的近眼全息顯示方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1為本發明一個實施例的近眼全息顯示系統的結構示意圖；如圖1所示，該系統包括照明裝置10、全息圖加載裝置20和近眼投射光學裝置30，其中：

所述照明裝置10用於產生照明相干光；舉例來說，所述照明裝置10照明裝置可以包括雷射器或LED燈，所述照明相關光可以包括平行光、會聚光或發散光。

所述全息圖加載裝置20用於加載生成的全息圖，並利用所述全息圖對所述照明相關光進行調製，根據所述調製的光波進行衍射，以形成一衍射三維圖像；

舉例來說，所述全息圖加載裝置可以包括空間光調製器。

作為本實施例的優選，所述空間光調製器的使用方式可以包括透過式或反射式；

在此基礎上，所述空間光調製器的調製方式可以包括振幅調製、相位調製或復振幅調製。

所述近眼投射光學裝置30用於將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

其中，作為本實施例的優選，所述近眼投射光學裝置的結構可以包括組合透鏡方式、波導耦合方式、分光稜鏡方式、自由曲面稜鏡方式或離軸反射方式。

本實施例的近眼全息顯示系統，通過照明裝置產生照明相干光，並通過全息圖加載裝置加載生成的全息圖，並利用所述全息圖對所述照明相關光進行調製，根據所述調製的光波進行衍射，以形成一衍射三維圖像，進而通過近眼投射光學裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像，可以實現利用光的幹涉衍射原理重構物體發出的空間三維光波，能夠真實地再現物體的實際光場，提供所有的人眼生理感知線索，極大程度地改進顯示畫面的效果，提升用戶體驗。

進一步地，作為上述系統實施例的優選，所述系統還可以包括分光裝置(例如為分光鏡)；

所述分光裝置用於將所述三維立體虛擬圖像和真實環境光進行混合疊加。

圖2為本發明一個實施例的近眼全息顯示系統的原理示意圖；其中，所述近眼全息顯示系統為遮擋式全息虛擬實境應用顯示系統。如圖2所示，該系統的工作原理包括：

照明裝置發出的照明相干光1照射在加載全息圖的衍射器件(全息圖加載裝置)2上；衍射器件2根據加載的全息圖對照明相干光1進行調製；經過調製的衍射光波3在空間進行衍射，在一定距離內構建出具有深度信息的三維全息再現像4；由於全息再現像4具有深度信息，各個深度平面距離近眼投射光學結構5的距離是不同的，因此不同的深度平面會被投射結構5投射到空間離觀察人眼6的不同深度的位置上，以使觀察人眼6能夠觀看到被放大的同時具有深度層次的虛擬物體7。

在此基礎上，圖3示出了本發明另一個實施例的近眼全息顯示系統的原理示意圖；其中，所述另一個實施例的近眼全息顯示系統為混合式全息增強現實應用顯示系統。

可以理解的是，上述的遮擋式全息虛擬實境應用顯示系統只能顯示虛擬圖像，外界光線完全被遮擋。而本實施例的混合式全息增強現實應用顯示系統利用分光鏡8將虛擬物體的光波9和真實環境光10進行混合疊加後被人眼6觀察。這樣，人眼既能看到虛擬物體的同時，也能看到真實世界。

圖4為本發明一個實施例的近眼全息顯示方法的流程示意圖；如圖4所示，該方法包括：

S1：照明裝置產生照明相干光；

S2：全息圖加載裝置加載生成的全息圖，並利用所述全息圖對所述照明相關光進行調製，根據所述調製的光波進行衍射，以形成一衍射三維圖像；

S3：近眼投射光學裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

本實施例為對應於上述系統實施例的近眼全息顯示方法實施例，其原理和技術效果類似，此處不再贅述。

需要說明的是，對於方法實施例而言，由於其與系統實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

本發明的近眼全息顯示系統，可以實現將全息顯示技術用於頭戴顯示技術中，全息顯示技術是利用光的幹涉衍射原理重構物體發出的空間三維光波，能夠真實地再現物體的實際光場，是真正三維顯示技術，因此全息顯示技術能夠提供所有的人眼生理感知線索，三維顯示應用領域具有很大的潛力，將能極大改進顯示畫面的效果，提升用戶體驗。

以上實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。