[發明專利]三維動態顯示的全息光波導裝置和增強現實顯示設備

有效

• 申請號: 202011006071.4
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN111948824B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李艷;崔海濤;錢進;雍海波
• 申請（專利權）人: 谷東科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理有限公司 11756
• 代理人: 祝妍

1.一種三維動態顯示的全息光波導裝置，其特征在于，包括：光機系統、透鏡系統、耦入復用體全息光柵、波導板和耦出復用體全息光柵；

所述光機系統，包括激光照明系統和微顯示器，所述微顯示器用來加載通過對三維場景進行波前編碼后獲得的三維計算全息圖，根據所述三維計算全息圖調制由所述激光照明系統照射至所述微顯示器的光波，被調制后的攜帶有三維場景波前信息分布的光波進入所述透鏡系統；

所述透鏡系統，用于將經由所述微顯示器加載的三維計算全息圖調制后的攜帶有三維場景波前信息分布的光波進行濾波處理后射入所述耦入復用體全息光柵；

所述耦入復用體全息光柵，用于將所述攜帶有三維場景波前信息分布的光波耦入所述波導板；

所述波導板，用于將所述攜帶有三維場景波前信息分布的光波通過全反射的方式傳輸至所述耦出復用體全息光柵；

所述耦出復用體全息光柵，用于將所述攜帶有三維場景波前信息分布的光波耦出至人眼;

所述激光照明系統包括：激光器、衰減片、半波片、光纖耦合器、單模保偏光纖、光纖準直器、電控旋轉臺、聚焦透鏡和偏振分光棱鏡；

所述激光器，用于出射偏振光；

所述衰減片和所述半波片，沿所述偏振光的傳播方向依次設置，用于將所述激光器出射的偏振光處理成線偏振光并調節激光輸入能量；

所述光纖耦合器，用于將所述線偏振光耦入所述單模保偏光纖；

所述單模保偏光纖，通過光纖準直器固定在所述電控旋轉臺上，并使光纖出射端位于所述電控旋轉臺的旋轉圓盤的中心延長線上，且所述光纖出射端所處的平面是所述聚焦透鏡的焦平面；

所述偏振分光棱鏡，用于將出射的傾斜平面光波反射入所述微顯示器，并將經由所述微顯示器加載的所述三維計算全息圖調制過的并攜帶有三維場景波前信息分布的出射光波射入所述透鏡系統；

通過調整所述旋轉圓盤的旋轉角度調整耦入所述單模保偏光纖的線偏振光的極向角，通過調整光纖出射端沿著所述旋轉圓盤直徑在豎直或水平方向上微移動的距離來調整所述線偏振光的方位角；

其中，所述微顯示器按照預設時間間隔加載所述三維計算全息圖，并根據所述三維計算全息圖確定射入所述微顯示器的光波的角度，以根據所述角度通過電控旋轉臺的伺服控制系統調整所述電控旋轉臺的旋轉角度以及在所述旋轉角度停留的時長，使所述微顯示器射出的光波中攜帶有三維場景波前信息分布，且能實現動態顯示。

2.根據權利要求1所述的全息光波導裝置，其特征在于，所述耦入復用體全息光柵和所述耦出復用體全息光柵的周期相同且鏡像對稱。

3.根據權利要求1所述的全息光波導裝置，其特征在于，所述透鏡系統包括：第一透鏡、光闌和第二透鏡；

所述第一透鏡，用于將所述微顯示器射入的攜帶有三維場景波前信息分布的光波成像于第一平面；

所述光闌，設置在所述第一透鏡的后焦平面處，所述光闌偏移成像中心，用于濾除掉除一級衍射光波之外的零級光斑以及其他衍射級次的光波；

所述第二透鏡，用于將過濾后的光波進行會聚后入射到所述耦入復用體全息光柵。

4.根據權利要求3所述的全息光波導裝置，其特征在于，所述第二透鏡與所述第一平面的距離滿足以下條件：

其中，z₁表示所述第二透鏡與所述第一平面的距離，f₂表示所述第二透鏡的焦距。

5.根據權利要求1所述的全息光波導裝置，其特征在于，所述耦入復用體全息光柵和耦出復用體全息光柵包括角度復用體全息光柵。

6.根據權利要求5所述的全息光波導裝置，其特征在于，所述角度復用體全息光柵在記錄干涉條紋時，保持物光和參考光的位置固定，通過轉動記錄材料得到不同的角度通道，并在每個角度通道復用記錄干涉條紋，其中，所述記錄材料的初始位置是使體全息光柵的光軸位于所述物光和所述參考光的角平分線上。