[發明專利]全息三維虛擬現實眼鏡光學結構

有效

• 申請號: 201611191601.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN107065178B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（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

本發明公開了一種全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，使全息圖承載在空間光調制器上，讀出光源經光束調整后成為平行光束再現出三維圖像，讀出的三維圖像經過光學4f系統和有小孔的光闌，濾掉高階像，只保留一個低階最佳圖像，經過有一個作為目鏡的透鏡后，進入人的一只眼睛。本發明采用兩套光路，分別對應人的左眼和右眼，生成的2幅三維圖像要按照人的觀察習慣分別進入人的左眼和右眼，光路系統為了適合人佩戴在頭部，將光束進行了必要的反射，集成為小體積易攜帶系統，形成全息真三維虛擬現實眼鏡系統。本發明三維效果更真實，解決了交互距離與成像距離不協調問題，而且因為全息圖視場角的存在，能允許不同個體瞳距的差異，避免產生暈眩感。

技術領域

本發明涉及一種顯示器，特別是涉及一種全息三維顯示器，還涉及可穿戴虛擬現實眼鏡設備，應用于全息顯示設備技術領域。

背景技術

全息眼鏡是一種基于全息顯示技術的頭戴式顯示器，需要用到全息光學元件HOE，其核心部件是光調制器(Spatial Light Modulator,SLM)。

光調制器是一種可以對光波的空間分布進行調制的光學器件，其作用是把空間上的光波的振幅，相位，偏振態和波長進行改變。可以將計算機制作的計算全息圖CGH通過透射或反射的方式衍射出全息三維的圖像。

全息顯示技術是一種終極的三維顯示技術，區別于分光立體顯示技術，體三維顯示技術等立體顯示技術。原理是通過光的干涉記錄信息，再通過衍射將信息再現。現有的虛擬現實眼鏡大多數運用的是雙目視差的分光立體顯示技術，缺點是立體感不夠真實，交互距離與成像距離不一致，無法適配所有瞳距大小的佩戴者，而且長時間佩戴眼鏡會產生暈眩感，傳統成像原理的虛擬現實眼鏡易于產生視覺疲勞。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，全息三維虛擬現實顯示的立體效果更加真實，顯示效果更加良好，交互距離與成像距離一致，適應所有瞳距大小的佩戴者，避免產生暈眩感，不易引起視覺疲勞，可以長時間佩戴使用。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種全息三維虛擬現實眼鏡光學結構，主要包括安裝在眼鏡框架中的讀出光源和兩套光路系統，電源為讀出光源和兩套光路系統供電，其中第一套光路系統和第二套光路系統分別由一套使用傅立葉變換的4f系統濾波結構組成，使用傅立葉變換的4f系統濾波結構主要由光調制器和光學4f系統傅立葉透鏡組組成，根據計算兩套光路系統生成的全息圖像的成像距離不同，在對應的光學4f系統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，從兩套光路系統的不同的光學4f系統傅立葉透鏡組發出的全息圖像出射光線分別通過對應的目鏡，向人的雙眼發射對應的圖像光束，兩套光路系統分別對應人的左右眼獨立形成相應的光學系統，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的光調制器上，來自讀出光源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的光調制器上，通過光學衍射方法，分別將光調制器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系統傅立葉透鏡組對在光學4f系統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，然后經過對應的目鏡后，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的范圍內，通過視窗分別進入人的左右眼睛，使人的雙眼分別得到對應的圖像。

作為本發明的第一種優選的技術方案，每套光路系統皆采用透射式的光調制器形成成像光路。

作為本發明的第二種優選的技術方案，每套光路系統皆采用反射式的光調制器形成成像光路，在兩套光路系統之間設有分光結構，來自讀出光源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的光調制器配合使用的入射光源。