[發(fā)明專利]全息三維虛擬現實眼鏡光學結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611191601.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN107065178B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設計）人: 高洪躍;許凡;周文;鄭志強;姚秋香;劉攀;劉吉成
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/22
• 代理公司: 31205 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顧勇華<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，其特征在于，主要包括安裝在眼鏡框架(11)中的讀出光源(2)和兩套光路系統(tǒng)，電源為讀出光源(2)和兩套光路系統(tǒng)供電，其中第一套光路系統(tǒng)和第二套光路系統(tǒng)分別由一套使用傅立葉變換的4f系統(tǒng)濾波結構組成，所述使用傅立葉變換的4f系統(tǒng)濾波結構主要由光調制器(1)和光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組組成，根據計算兩套光路系統(tǒng)生成的全息圖像的成像距離不同，在對應的光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組的前方的不同距離呈現三維立體的全息圖像，從兩套光路系統(tǒng)的各自不同的光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組(S)發(fā)出的全息圖像出射光線分別通過這兩套光路系統(tǒng)各自對應的目鏡(7)，向人的雙眼發(fā)射對應的圖像光束，兩套光路系統(tǒng)分別對應人的左右眼獨立形成相應的光學系統(tǒng)，在使用全息三維虛擬現實眼鏡光學結構時，基于實物三維采集方法或計算機生成方法生成的三維模型通過全息成像方法計算出全息圖像，再將全息圖像分別承載在兩套光路系統(tǒng)的光調制器(1)上，來自所述讀出光源(2)的光線以平行光束式的入射光線分別入射到兩套光路系統(tǒng)的光調制器(1)上，通過光學衍射方法，分別將光調制器(1)上的全息圖像讀出為對應的三維圖像，讀出的三維圖像再分別經過光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組對在光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組中傳播的三維圖像光波進行消除圖像背景雜光的處理，濾掉高階圖像，并保留低階圖像，然后經過對應的所述目鏡(7)后，使全息圖像呈現在用于人的左右眼觀察的不同的對應視窗(12)的范圍內，通過視窗(12)分別進入人的左右眼睛(8)，使人的雙眼分別得到對應的圖像；

在所述使用傅立葉變換的4f系統(tǒng)濾波結構中，所述光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組由一個帶有小孔的光闌(9)和一對凸透鏡(4)組成，將所述光闌(9)設置在第一個的凸透鏡(4)的焦點處，并將第二個的凸透鏡(4)設置于第一個的凸透鏡(4)的2倍焦距處，構成4f光學系統(tǒng)，從光調制器(1)發(fā)射的衍射圖像光線入射到第一個的凸透鏡(4)，再通過光闌(9)入射到第二個的凸透鏡(4)，然后通過目鏡(7)進入觀察者的眼睛(8)，兩套光路系統(tǒng)分別對應人的左眼和右眼生成的兩幅三維圖像，使觀察者看清全息圖像；所述讀出光源(2)采用激光、LED或OLED作為光源，當所述讀出光源(2)采用激光作為光源時，來自所述讀出光源(2)的光線通過光束調整裝置以平行光束式的入射光線分別入射到兩套光路系統(tǒng)的光調制器(1)上。

2.根據權利要求1所述全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，其特征在于：每套光路系統(tǒng)皆采用透射式的光調制器(1)形成成像光路。

3.根據權利要求1所述全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，其特征在于：每套光路系統(tǒng)皆采用反射式的光調制器(1)形成成像光路，在兩套光路系統(tǒng)之間設有分光結構，來自所述讀出光源(2)的光線經過分光結構轉為兩束入射光線，分別作為兩套光路系統(tǒng)的光調制器(1)配合使用的入射光源。

4.根據權利要求3所述全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，其特征在于：兩套光路系統(tǒng)具有相同結構，且共用一個讀出光源(2)，所述分光結構由兩個分光棱鏡(5)和一個半波片(10)組成分光系統(tǒng)，利用分光棱鏡(5)的半反半透的特性，使讀出光源(2)先通過分光棱鏡(5)反射，再經過光調制器(1)發(fā)生衍射，衍射出的全息像再通過分光棱鏡(5)的透射作用穿過分光棱鏡(5)的本體進行成像，分光結構為，來自所述讀出光源(2)的光線經過第一個分光棱鏡(5)轉為兩束入射光線，其中通過第一個分光棱鏡(5)后的第一束入射光線直接入射到第一套光路系統(tǒng)的光調制器(1)上，其中通過第一個分光棱鏡(5)后的第二束入射光線繼續(xù)入射到第二個分光棱鏡(5)上作為第二光源，第二光源作為第二套光路系統(tǒng)的光調制器(1)的讀出光源，在兩個分光棱鏡(5)之間放置所述半波片(10)，利用所述半波片(10)調節(jié)分光比。

5.根據權利要求1所述全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，其特征在于：當所述讀出光源(2)采用激光器發(fā)射激光作為光源時，光束調整裝置由擴束鏡頭(3)和一個獨立的調整光束的凸透鏡(4)組成，在激光器的前端設置具有固定倍率的擴束鏡頭(3)，再經過調整光束的凸透鏡(4)作用得到平行光，使平行光入射光調制器(1)的光束面積，達到光調制器(1)向光學4f系統(tǒng)傅立葉透鏡組發(fā)射的三維圖像的光束面積。