基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统和方法技术方案

提供一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，包括：位相型空间光调制器，其上加载有两个位相型子全息图作为原始三维图像；阿贝滤波成像系统，用于再现原始三维图像的三维复振幅信息以及对原始三维图像进行第一次放大成像；以及凹面反射镜，用于接收阿贝滤波成像系统第一次放大后的三维图像并对该第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像与真实世界的场景叠加后入射至眼睛。采用阿贝滤波成像系统与曲面反射结构，实现了对复振幅调制型三维近眼显示系统视场角的两步放大，同时具有结构紧凑，体积小，重量轻等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统和方法
本专利技术涉及一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统和方法，属于三维近眼显示领域。
技术介绍
三维近眼显示技术是近年来国际显示领域的研究热点，该技术通过在真实世界的场景上叠加人工调制的虚拟三维信号，从而为观察者提供全新的视觉体验。该技术可用于增强现实(AR)、虚拟现实(VR)，在军事、医疗、教育、娱乐等领域具有重要的应用前景。在实现三维近眼显示技术的诸多方案中，复振幅调制技术作为全息三维显示技术的一种，被认为是最有发展潜力的技术之一。复振幅调制技术除了具有全息三维显示可实现连续深度变化三维再现的优点之外，其可以对入射光波的振幅与相位同时进行调制，从而对目标三维图像进行完整的还原，不丢失任何信息，获得更加真实的三维效果。此外，复振幅调制技术不需要对全息图的计算进行迭代，节省了大量的计算时间，具有实现动态三维显示的能力。因此，复振幅调制技术非常适合应用于三维近眼显示系统的设计之上。例如中国专利CN105824128A公开了一种基于复振幅光栅调制的三维增强现实显示系统，能实现真三维图像与外界真实场景的叠加，该系统包括：振幅型空间光调制器、4f透镜系统、正弦光栅、相移器和半透半反镜；振幅型空间光调制器和正弦光栅依次放置在4f透镜系统的输入焦平面和频谱面上，相移器靠近振幅型空间光调制器放置，半透半反镜置于4f透镜系统输出焦平面后一定距离，振幅型空间光调制器的两个分区分别加载两个全息图，在激光的照射下，两全息图于4f透镜系统的频域经正弦光栅调制，并在输出面合成为目标复振幅波前，该目标复振幅波前传播至半透半反镜处经半透半反镜耦合叠加至人眼的视野内。然而，该系统由于显示器件限制，观看视场角十分有限。现有复振幅调制型三维近眼显示系统的核心器件为空间光调制器。受限于空间光调制器的栅格结构，并且其像素尺寸在数个微米量级，使得调制输出图像的衍射角较小，此外由于空间光调制器面板尺寸较小，使得现有的复振幅调制型三维近眼显示系统输出的图像视场角有限，严重影响了观看体验。此外，现有复振幅调制型三维近眼显示系统，部分方案采用双空间光调制器，部分方案采用4f系统进行滤波，导致系统元件数量多，尺寸大，不符合近眼显示系统便携、轻便的设计要求。鉴于上述，本专利技术旨在提供一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统和方法，来解决上述的一个或多个技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，根据本专利技术一方面，提供一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其包括：位相型空间光调制器，其上加载有两个位相型子全息图作为原始三维图像；阿贝滤波成像系统，用于再现原始三维图像的三维复振幅信息以及对原始三维图像进行第一次放大成像；以及凹面反射镜，用于接收阿贝滤波成像系统第一次放大后的三维图像并对该第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像与真实世界的场景叠加后入射至眼睛。根据本专利技术又一方面，阿贝滤波成像系统包括凸透镜以及位于该凸透镜的后焦面上的正弦光栅。根据本专利技术又一方面，阿贝滤波成像系统包括双胶合透镜以及位于该双胶合透镜的后焦面上的正弦光栅。根据本专利技术又一方面，所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统还包括设置在阿贝滤波成像系统与凹面反射镜之间的半透半反镜，用于将凹面反射镜放大后的三维图像反射至眼睛，真实世界的场景直接通过该半透半反镜透射进入眼睛。根据本专利技术又一方面，所述凹面反射镜相对于位相型空间光调制器和阿贝滤波成像系统的光轴以离轴的方式设置，该凹面反射镜放大后的三维图像与真实世界的场景直接进入眼睛。根据本专利技术又一方面，所述凹面反射镜为凹面半透半反镜，用于对所述第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像直接入射至眼睛，真实世界的场景透过该凹面半透半反镜进入眼睛。根据本专利技术又一方面，所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统还包括位于阿贝滤波成像系统与凹面反射镜之间光路上的半透半反镜，该半透半反镜用于将阿贝滤波成像系统第一次放大后的三维图像反射至凹面反射镜，该凹面反射镜为凹面半透半反镜且用于对所述第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像经所述半透半反镜透射后入射至眼睛，真实世界的场景依次透过该凹面半透半反镜和所述半透半反镜后进入眼睛。根据本专利技术又一方面，所述位相型空间光调制器为透射式或反射式。根据本专利技术又一方面，两个位相型子全息图以一定间距加载于位相型空间光调制器上。根据本专利技术又一方面，还提供一种利用前述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统进行显示的方法，其特征在于包括以下步骤：再现原始三维图像的三维复振幅信息，对原始三维图像进行第一次放大成像；对第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像；将第二次放大后的三维图像与真实世界的场景叠加后入射至眼睛。与现有技术相比，本专利技术具有以下一个或多个技术效果：采用阿贝滤波成像系统与曲面反射结构，实现了对复振幅调制型三维近眼显示系统视场角的两步(次)放大，同时具有结构紧凑，体积小，重量轻等优点，与4f滤波系统相比，减少了光学元件的数量，降低了系统的复杂度。附图说明为了能够理解本专利技术的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的专利技术更详细的描述。附图涉及本专利技术的优选实施例，并描述如下：图1为根据本专利技术第一种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统结构示意图；图2为根据本专利技术第二种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统结构示意图；图3为根据本专利技术第三种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统结构示意图；图4为根据本专利技术第四种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统结构示意图；图5为根据本专利技术第五种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统结构示意图。具体实施例现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一个或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本专利技术意在包含这类修改和变化。在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的结构。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。实施例1参见图2，其示出了根据本专利技术一种优选实施例的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统的结构示意图。该基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统可包括：位相型空间光调制器1，其上加载有两个位相型子全息图201、202作为原始三维图像；阿贝滤波成像系统，用于再现原始三维图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于包括：/n位相型空间光调制器，其上加载有两个位相型子全息图作为原始三维图像；/n阿贝滤波成像系统，用于再现原始三维图像的三维复振幅信息以及对原始三维图像进行第一次放大成像；以及/n凹面反射镜，用于接收阿贝滤波成像系统第一次放大后的三维图像并对该第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像与真实世界的场景叠加后入射至眼睛。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于包括：
位相型空间光调制器，其上加载有两个位相型子全息图作为原始三维图像；
阿贝滤波成像系统，用于再现原始三维图像的三维复振幅信息以及对原始三维图像进行第一次放大成像；以及
凹面反射镜，用于接收阿贝滤波成像系统第一次放大后的三维图像并对该第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像与真实世界的场景叠加后入射至眼睛。


2.根据权利要求1所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于阿贝滤波成像系统包括凸透镜以及位于该凸透镜的后焦面上的正弦光栅。


3.根据权利要求1所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于阿贝滤波成像系统包括双胶合透镜以及位于该双胶合透镜的后焦面上的正弦光栅。


4.根据权利要求1-3任一项所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于还包括设置在阿贝滤波成像系统与凹面反射镜之间的半透半反镜，用于将凹面反射镜放大后的三维图像反射至眼睛，真实世界的场景直接通过该半透半反镜透射进入眼睛。


5.根据权利要求1-3任一项所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于所述凹面反射镜相对于位相型空间光调制器和阿贝滤波成像系统的光轴以离轴的方式设置，该凹面反射镜放大后的三维图像与真实世界的场景直接进入眼睛。


6.根据权利要求1-3任一项所述的基于复振幅调制的轻便型大视角三维近眼显示系统，其特征在于所述凹面反射镜为凹面半透半反镜，用于对所述第一次放大后的三维图像进行第二次放大成像，该第二次放大后的三维图像直接入射至眼睛，真实世界的场景透过该凹面半透半反镜进入眼睛。


7.根据权利要求1-3任一项所述的基于复振幅调...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，张智齐，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11