一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统和方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统和方法。该全息近眼显示系统包括控制模块、多个空间光调制子系统、第二分光镜、第二透镜组和第三分光镜，每个空间光调制子系统包括光源、偏振片、第一分光镜、空间光调制器、第一透镜组和光阑；光源出射的发散光经第一透镜组准直为平行光入射到空间光调制器上，由空间光调制器反射衍射形成三维成像光束；三维成像光束经第二分光镜、第二透镜组和第三分光镜进入人眼。本发明专利技术实施例能够投射出具备真实景深信息的三维图像，消除人眼视觉疲劳；并且，通过多个空间光调制器的视场角无缝拼接和视场角放大系统的共同作用，可以扩大全息近眼显示系统的视场角，获得大视场角的三维显示效果。的三维显示效果。的三维显示效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统和方法


[0001]本专利技术实施例涉及虚拟显示
，尤其涉及一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统和方法。

技术介绍

[0002]目前，近眼增强现实(Augmented Reality，AR)显示技术主要采用有机电致发光(Organic Electroluminescence Display，OLED)和液晶覆硅(Liquid Crystal On Silicon，LCos)等屏幕，所提供的像源为二维图像，三维图像显示效果需通过双目视差技术来实现，不可避免的造成双目辐辏调节与视觉屈光调节不匹配，从而产生视觉疲劳。
[0003]全息三维显示技术作为一种真三维显示技术，能够完整地记录和重建三维物体的光场，提供人眼视觉系统所需的全部信息。由于受半导体工艺所限，当前商用像素化空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)的像素尺寸难以达到可见光波长量级，且空间带宽积严重不足，致使基于单个空间光调制器得到的全息三维再现像的视场角较小，无法达到理想的三维显示效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统和方法，以实现大视场角的全息三维显示。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统，包括控制模块、多个空间光调制子系统、第二分光镜、第二透镜组和第三分光镜，每个空间光调制子系统包括光源、偏振片、第一分光镜、空间光调制器、第一透镜组和光阑；
>[0006]所述控制模块将需要显示的三维图像信息计算成二维全息图，同步输出加载到多个所述空间光调制子系统中的所述空间光调制器上进行显示，并同步控制多个空所述间光调制子系统中的所述光源发光；
[0007]在同一所述空间光调制子系统中，所述光源出射的发散光透过所述偏振片后，由所述第一分光镜反射后，经所述第一透镜组准直为平行光入射到空间光调制器上，由所述空间光调制器反射衍射形成三维成像光束；
[0008]不同所述空间光调制子系统中形成的所述三维成像光束分别经所述第一透镜组、所述光阑、所述第二分光镜和所述第二透镜组构成的多空间光调制器视场角拼接系统和视场角放大系统后，经所述第三分光镜反射进入人眼。
[0009]可选地，所述控制模块包括：主控制单元、控制程序界面单元、外部通信接口、全息图计算单元、存储单元、SLM驱动单元以及光源驱动单元；
[0010]所述主控制单元与存储单元、控制程序界面单元、全息图计算单元、外部通信接口、SLM驱动单元分别电连接。
[0011]可选地，在任意一个所述空间光调制子系统中，其中的所述第一透镜组的焦距f1大于所述第二透镜组的焦距f2，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的光程为f1+f2，所
述第一透镜组和所述第二透镜组视场角的放大倍数为f1/f2。
[0012]可选地，以全息近眼显示系统的成像光轴为基准，多个所述空间光调制子系统中的所述空间光调制器的倾斜角度依次递增，且倾斜角度相邻的两个所述空间光调制器反射出的零级光束的夹角为α，任意一个所述空间光调制器的视场角为θ，其中α≤θ。
[0013]可选地，所述空间光调制器的数量为N，N为大于或等于2的整数，所述全息近眼显示系统的视场角θ
t
满足：θ
t
＝f1/f2·
[θ+(N
‑
1)α]。
[0014]可选地，在任意一个所述空间光调制子系统中，所述空间光调制器和所述第一透镜组之间的距离S1小于所述第一透镜组的焦距f1。
[0015]可选地，在任意一个所述空间光调制子系统中，所述光阑位于所述第一透镜组的傅里叶变换面上。
[0016]可选地，所述光源采用具有相干性的单色激光光源或彩色激光光源，或者，所述光源采用具有设定相干性的单色LED光源或彩色LED光源。
[0017]可选地，所述空间光调制器采用反射式或者透射式空间光调制器，调制方式采用相位调制或者振幅调制方式。
[0018]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于多空间光调制器的全息近眼显示方法，采用第一方面任意一项所述的基于多空间光调制器的全息近眼显示系统，进行基于多空间光调制器的全息近眼显示。
[0019]本专利技术实施例提供的基于多个空间光调制器的大视场角全息近眼显示系统，通过设置多个空间光调制子系统以及构成视场角拼接系统和视场角放大系统，利用全息算法将三维图像的强度信息和深度信息计算到普通的二维全息图中，并加载到液晶空间光调制器上，利用空间光调制器的相位调制能力，能够投射出具备真实景深信息的三维图像，从而消除人眼的视觉疲劳；并且，通过多个空间光调制器的视场角无缝拼接和视场角放大系统的共同作用，可以扩大整个全息近眼显示系统的视场角，获得大视场角的三维显示效果。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的控制模块的结构示意图；
[0022]图3是图1所示全息近眼显示系统的拼接等效原理图；
[0023]图4是本专利技术实施例提供的多空间光调制器的排布等效示意图；
[0024]图5是图1所示全息近眼显示系统的放大示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统的结构示意图，参考图1，该全息近眼显示系统包括控制模块101、多个空间光调制子系统、第二分光镜114、第二透镜组115和第三分光镜116，每个空间光调制子系统包括光源、偏振片、第一
分光镜、空间光调制器、第一透镜组和光阑。图中以两个空间光调制子系统为例进行示意，其中包括第一空间光调制子系统和第二空间光调制子系统，第一空间光调制子系统包括第一光源102、第一偏振片103、第一子分光镜104、第一空间光调制器105、第一子透镜组106和第一光阑107。第二空间光调制子系统包括第二光源108、第二偏振片109、第二子分光镜110、第二空间光调制器111、第二子透镜组112和第二光阑113。
[0027]在第一空间光调制子系统中，第一分光镜即为第一子分光镜104，第一透镜组即为第一子透镜组106。在第二空间光调制子系统中，第一分光镜即为第二子分光镜110，第一透镜组即为第二子透镜组112。
[0028]控制模块101将需要显示的三维图像信息计算成二维全息图，同步输出加载到多个空间光调制子系统中的空间光调制器上进行显示，并同步控制多个空间光调制子系统中的光源发光；在同一空间光调制子系统中，光源出射的发散光透过偏振片后，由第一分光镜反射后，经第一透镜组准直为平行光入射到空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多空间光调制器的全息近眼显示系统，其特征在于，包括控制模块、多个空间光调制子系统、第二分光镜、第二透镜组和第三分光镜，每个空间光调制子系统包括光源、偏振片、第一分光镜、空间光调制器、第一透镜组和光阑；所述控制模块将需要显示的三维图像信息计算成二维全息图，同步输出加载到多个所述空间光调制子系统中的所述空间光调制器上进行显示，并同步控制多个空所述间光调制子系统中的所述光源发光；在同一所述空间光调制子系统中，所述光源出射的发散光透过所述偏振片后，由所述第一分光镜反射后，经所述第一透镜组准直为平行光入射到空间光调制器上，由所述空间光调制器反射衍射形成三维成像光束；不同所述空间光调制子系统中形成的所述三维成像光束分别经所述第一透镜组、所述光阑、所述第二分光镜和所述第二透镜组构成的多空间光调制器视场角拼接系统和视场角放大系统后，经所述第三分光镜反射进入人眼。2.根据权利要求1所述的全息近眼显示系统，其特征在于，所述控制模块包括：主控制单元、控制程序界面单元、外部通信接口、全息图计算单元、存储单元、SLM驱动单元以及光源驱动单元；所述主控制单元与存储单元、控制程序界面单元、全息图计算单元、外部通信接口、SLM驱动单元分别电连接。3.根据权利要求1所述的全息近眼显示系统，其特征在于，在任意一个所述空间光调制子系统中，其中的所述第一透镜组的焦距f1大于所述第二透镜组的焦距f2，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的光程为f1+f2，所述第一透镜组和所述第二透镜组视场角的放大倍数为f1/f2。4.根据权利要求3所述的全息近眼显示系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾震湘，薛翰聪，
申请(专利权)人：极瞳科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：