[發明專利]一種基于光偏振方向大出瞳快速計算的全息平面混合近眼顯示系統

有效

• 申請號: 201910596410.X
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110376739B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 李海峰;張雋懌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發明公開了一種基于光偏振方向大出瞳快速計算的全息平面混合近眼顯示系統，將圖像分成視覺中心區域和外部區域，視覺中心區域用全息三維顯示，外部區域用平面二維顯示，基于光偏振方向使用偏振分束器合成全息顯示圖像和平面顯示圖像，使用帶孔的偏振片對全息濾波，實現緊湊型裝置。對比目前市面上主流的頭戴顯示裝置，本裝置基于全息原理，因此能夠為人類視覺系統提供物理上的立體感。同時由于解決了聚焦輻輳的沖突，用戶長期佩戴也不會出現暈眩等不適癥狀。對比全息顯示裝置，本裝置的出瞳大，且計算速度快，裝置大小緊湊。

技術領域

本發明屬于三維顯示技術鄰域，尤其涉及基于光偏振方向大出瞳快速計算的全息平面混合近眼顯示系統。

背景技術

三維顯示技術是顯示技術的一個重要研究發展方向。近年來，由于VR、AR技術的普及應用，關于頭戴顯示裝置的研究也漸漸增多。其中基于全息近眼顯示受到廣泛的關注。

我們知道，優秀的三維顯示設備不僅可以為用戶提供心理三維感，還可以提供物理三維感，包括聚焦，會聚，運動視差和雙目視差。目前，市場上大多數主流的頭戴式顯示設備使用雙目視差來形成偽3D顯示，這導致用戶視覺系統的聚焦和會聚沖突，并且可能長期佩戴感到不舒服。

目前用于解決頭戴顯示器聚焦輻輳沖突的裝置有基于全息的近眼顯示器。但是由于全息的原理，全息顯示的出瞳很小，因此如果眼球轉動全息像就會消失。此外由于計算全息的計算量很大，如果想得到分辨率很高的近眼顯示，則無法做到實時高幀率的動態顯示。

因此，增大出瞳和降低計算時間是全息近眼顯示領域亟待解決的一個課題。

發明內容

本發明的目的是為解決全息近眼顯示器出瞳小和計算時間長的問題，而設計的一種全息平面混合近眼顯示系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于光偏振方向大出瞳快速計算的全息平面混合近眼顯示系統的實現方式一，該系統包括：眼球跟蹤單元、點光源、準直透鏡、偏振片、相位型空間光調制器、四分之一波片、偏振分束器、平面顯示器、面光源、透鏡、帶孔的偏振片和目鏡。

所述眼球跟蹤單元用于跟蹤視覺中心的方向，根據視覺中心的方向把待顯示圖像分成視覺中心區域和視覺外部區域，全息顯示的圖像視覺中心區域為通過待顯示圖像的視覺中心區域全息計算得到的全息圖，視覺外部區域的灰度值設為0，得到的圖像用相位型空間光調制器顯示；平面顯示的圖像只有視覺外部區域顯示和待顯示圖像一樣，視覺中心區域的灰度值設為0，得到的圖像用平面顯示器顯示。

所述點光源發出的光經準直透鏡變成平行光，經偏振片變成線偏振光，經偏振分束器反射后第一次入射四分之一波片，經過四分之一波片變成圓偏振光，經過相位型空間光調制器調制后得到全息再現像，全息光第二次入射四分之一波片變成與第一次入射時方向偏轉90度的線偏振光，再經過偏振分束器透射后，經過由透鏡和帶孔的偏振片組成的低通濾波器濾波，最后經過目鏡形成第一虛像；所述帶孔的偏振片的透振方向與全息光的偏振方向垂直。

所述面光源發出的光經平面顯示器得到平面像，經偏振分束器反射后，經過由透鏡和帶孔的偏振片組成的低通濾波器，最后經過目鏡形成第二虛像。

所述由透鏡和帶孔的偏振片組成的低通濾波器只對全息顯示濾波。

第一虛像和第二虛像構成待顯示圖像。

進一步地，所述點光源用于全息照明，采用激光光源或LED光源；所述面光源用于平面顯示器的照明。

進一步地，所述平面顯示器采用LCD或OLED顯示器，采用OLED時不需要面光源。

進一步地，所述相位型空間光調制器與平面顯示器顯示的像的區域能夠重疊；所述相位型空間光調制器傾斜離軸角，實現離軸全息。