[發明專利]基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統

有效

• 申請號: 201410330611.2
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104090372B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉娟;韓劍;王涌天
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G02B27/42;G02B6/12
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 郝瑞剛

技術領域

本發明涉及集成成像三維顯示領域，尤其涉及一種基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統。

背景技術

集成成像系統是利用微透鏡陣列來記錄和再現物空間三維信息的一種真三維顯示系統，可實現單目立體成像顯示。但是現有集成成像系統存在體積大、重量大、結構復雜，很難實現一體化的缺點；同時，現有集成成像系統不能同時實現高透過率、大系統光瞳的視透型三維顯示。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就是如何提供一種高透過率、大系統光瞳的視透型集成成像三維顯示系統，同時避免傳統系統存在的體積大、重量大、結構復雜，很難實現一體化的缺點。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統，其特征在于，包括微顯示器，輸入端衍射光學元件、波導、輸出端衍射光學元件；

所述微顯示器用于加載二維基元圖像，所述二維基元圖像通過輸入端衍射光學元件進入波導中；在波導中經過全反射傳播后，進入輸出端衍射光學元件耦合輸出后進入人眼，觀察者可用單眼觀察到三維立體圖像；

其中，所述輸入端衍射光學元件包括全息微透鏡陣列與全息透鏡；所述全息微透鏡陣列起到產生視差圖像的作用，所述全息透鏡產生光焦度并校正除色差外的其他像差，起到耦合圖像的作用以及提供目視成像功能；

所述輸出端衍射光學元件包括全息透鏡；

所述微顯示器放置于波導輸入端表面的全息微透鏡陣列的焦距處；

所述輸入端衍射光學元件位于波導的輸入端表面；

所述輸出端衍射光學元件位于波導的輸出端的表面。

優選地，所述輸入端衍射光學元件中的全息微透鏡陣列為反射型全息微透鏡陣列或透射型全息微透鏡陣列，全息透鏡為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡；

所述輸出端衍射光學元件為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡。

優選地，所述輸入端衍射光學元件中，全息微透鏡陣列和全息透鏡分別設于波導的輸入端的上表面或下表面；

所述輸出端衍射光學元件中，全息透鏡位于波導的輸出端的上表面或下表面；

二維基元圖像經過微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦合后進入波導；在波導中經過全反射傳播后，進入全息透鏡耦合輸出后進入人眼。

優選地，所述輸入端衍射光學元件中，全息微透鏡陣列和全息透鏡組合在一起，位于波導的輸入端的上表面或下表面；

所述輸出端衍射光學元件中，全息透鏡位于波導的輸出端的上表面或下表面；

二維基元圖像經過微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦合后進入波導；在波導中經過全反射傳播后，進入全息透鏡耦合輸出后進入人眼。

優選地，所述波導為平板波導。

優選地，所述波導厚度為1mm-10mm，材料為透明的光學玻璃或光學塑料。

優選地，所述輸入端衍射光學元件、輸出端衍射光學元件的厚度為1μm-100μm，材料為鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導熱塑或光折變晶體，光透過率大于50％。

本發明的基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統的光瞳直徑大于8mm。

(三)有益效果

本發明的基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統，通過引入衍射光學元件克服技術背景中所述的體積大、重量大、結構復雜等缺點，實現一體化的單目立體三維顯示；同時引入波導這一光學元件，實現離軸、高透過率、大系統光瞳的視透型單目立體三維顯示。

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，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于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：本發明提供的一種基于衍射光學元件的波導式集成成像三維顯示系統的結構原理示意圖：

圖2：實施例1提供的方案對應的結構示意圖；

圖3：實施例2提供的方案對應的結構示意圖；

圖4：實施例3提供的方案對應的結構示意圖；

圖5：實施例4提供的方案對應的結構示意圖；

圖6：實施例5提供的方案對應的結構示意圖；

圖7：實施例6提供的方案對應的結構示意圖。