[發(fā)明專利]基于全息光學元件的集成成像頭盔3D顯示裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710844922.4
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107505717A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瓊?cè)A;張漢樂;鄧歡;何岷陽;李大海
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D顯示技術(shù)，特別涉及基于全息光學元件的集成成像頭盔3D顯示裝置。

背景技術(shù)

頭盔顯示技術(shù)隨著全息光學元件成像技術(shù)的成熟而發(fā)展起來。全息光波導技術(shù)為頭盔顯示技術(shù)提供了全新的解決方案，該技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)頭盔顯示系統(tǒng)中復雜的光學系統(tǒng)，利用全息光波導完成圖像傳導和顯像功能。全息光波導頭盔顯示系統(tǒng)具有小尺寸和重量輕的優(yōu)點，但是大多數(shù)全息光波導頭盔顯示系統(tǒng)只能顯示2D圖像或有視疲勞的3D圖像。集成成像3D顯示技術(shù)具有連續(xù)的視點、全視差、無視疲勞和無需輔助設(shè)備等優(yōu)點。具有微透鏡陣列功能的全息光學元件是根據(jù)透射式體全息的原理制作出的光學元件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于全息光學元件的集成成像頭盔3D顯示裝置，該裝置主要包括微顯示器、微準直透鏡、全息光波導、入射光柵和具有微透鏡陣列功能的全息光學元件。

如附圖1所示，微顯示器位于微準直透鏡的物方焦平上，微準直透鏡位于微顯示器與全息光波導的中間，入射光柵的光柵面與全息光波導緊密耦合，具有微透鏡陣列功能的全息光學元件與全息光波導緊密耦合。微顯示器投射出帶有微圖像陣列的圖像信息，經(jīng)過微準直透鏡的準直形成平行光波I，平行光波I由入射光柵的衍射效應改變傳輸方向并沿光波導方向向前無損傳播，當平行光波I傳播到具有微透鏡陣列功能的全息光學元件時，平行光波I與具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的傾斜夾角為θ，帶有微圖像陣列的圖像信息經(jīng)過具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的調(diào)制后重建出3D圖像，觀看者透過全息光波導和具有微透鏡陣列功能的全息光學元件觀看到3D圖像。

具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的制作方法如附圖2所示，平行光波II垂直入射微透鏡陣列形成球面波陣列I，透鏡I和透鏡II組合形成一個4F系統(tǒng)，4F系統(tǒng)將球面波陣列I向前搬移形成球面波陣列II，全息材料位于球面波陣列II的焦平面上，平行光波III以傾斜角度θ入射全息材料層，平行光波III和球面波陣列II具有相同的波長和偏振態(tài)，球面波陣列II和平行光波III從全息材料層的同側(cè)入射并發(fā)生干涉，干涉條紋被記錄在全息材附圖說明

附圖1為集成成像頭盔3D顯示裝置示意圖

附圖2為具有微透鏡陣列功能的全息光學元件制作方法示意圖

上述附圖中的圖示標號為：

1 微顯示器，2 微準直透鏡，3 全息光波導，4 入射光柵，5 具有微透鏡陣列功能的全息光學元件，6 平行光波I，7 3D圖像，8 觀看者，9 平行光波II，10 微透鏡陣列，11 球面波陣列I，12 透鏡I，13 透鏡II，14 球面波陣列II，15，全息材料層，16，平行光波III。

應該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。

具體實施方式

下面詳細說明本發(fā)明基于全息光學元件的集成成像頭盔3D顯示裝置的一個典型實施例，對本發(fā)明進行進一步的具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于本發(fā)明做進一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提出一種基于全息光學元件的集成成像頭盔3D顯示裝置，該裝置主要包括微顯示器、微準直透鏡、全息光波導、入射光柵和具有微透鏡陣列功能的全息光學元件。

如附圖1所示，微顯示器位于微準直透鏡的物方焦平上，微準直透鏡的焦距為15mm，微準直透鏡位于微顯示器與全息光波導的中間，入射光柵的光柵面與全息光波導緊密耦合，具有微透鏡陣列功能的全息光學元件與全息光波導緊密耦合。微顯示器投射出帶有微圖像陣列的圖像信息，經(jīng)過微準直透鏡的準直形成平行光波I，平行光波I由入射光柵的衍射效應改變傳輸方向并沿光波導方向向前無損傳播，當平行光波I傳播到具有微透鏡陣列功能的全息光學元件時，平行光波I與具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的傾斜夾角為θ，θ=30°，帶有微圖像陣列的圖像信息經(jīng)過具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的調(diào)制后重建出3D圖像，觀看者透過全息光波導和具有微透鏡陣列功能的全息光學元件觀看到3D圖像。

具有微透鏡陣列功能的全息光學元件的制作方法如附圖2所示，平行光波II垂直入射微透鏡陣列形成球面波陣列I，微透鏡陣列透鏡元的焦距f₀=3.3mm，節(jié)距為1mm，透鏡I和透鏡II組合形成一個4F系統(tǒng)，透鏡I和透鏡II的焦距和節(jié)距完全相同，焦距f=150mm，節(jié)距為70mm，4F系統(tǒng)將球面波陣列I向前搬移形成球面波陣列II，全息材料層位于球面波陣列II的焦平面上，平行光波III以傾斜角度θ入射全息材料層，θ=30°，平行光波III和球面波陣列II具有相同的波長和偏振態(tài)，波長為632nm，偏振態(tài)為垂直偏振，球面波陣列II和平行光波III從全息材料的同側(cè)入射并發(fā)生干涉，干涉條紋被記錄在全息材料層上，經(jīng)過后期處理就得到了具有微透鏡陣列功能的全息光學元件。