基于全息波导的近眼显示器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于全息波导的近眼显示器，包括：光波导以及设置在所述光波导两侧的阵列光源、入耦合光学元件、反射型空间光调制器、出耦合光学元件；所述阵列光源与入耦合光学元件位于光波导的异侧；所述出耦合光学元件的对侧为人眼视点位置；所述阵列光源发出的光线经入耦合光学元件反射后，照射到反射型空间光调制器上被反射型空间光调制器调制，再反射到出耦合光学元件上，由出耦合光学元件将调制后的光线导出光波导进入人眼；所述反射型空间光调制器与阵列光源的驱动信号同步。本发明专利技术的显示器结构可以极大地缩小光学系统的尺寸，增大全息成像的视场角，提升用户的观看体验效果。

Near-eye Display Based on Holographic Waveguide

【技术实现步骤摘要】
基于全息波导的近眼显示器
本专利技术属于近眼显示系统
，具体是一种基于光波导的全息光场增强现实显示技术的基于全息波导的近眼显示器。
技术介绍
近年来，国内外多家著名的高新科技公司都蓄力于发展虚拟现实与增强现实技术。然而，目前的近眼显示方案大多是通过一些光学元件，如自由曲面，光学透镜，半透半反镜，光波导等，将放置在非明视距离内的显示系统的像源内容投射到瞳孔内。但目前的方案中仍然存在很多挑战，例如设备体积小型化，轻量化，系统低功耗，图像高分辨率，渲染实时性，以及最重要的视觉舒适度等问题。其中为了保障用户可以长时间的使用设备，一个良好的观看体验是必不可少的，然而遗憾的是目前还没有任何一种方案可以有效的同时解决以上所有问题。全息显示的基本原理是光波的干涉记录与衍射再现，这种显示器能够提供人眼需要的所有深度线索和运动视差信息，从而避免单眼聚焦和双眼汇聚的冲突造成的视觉疲劳，因此被认为是理想的真三维显示技术。但是，由于显示原理的限制，具有分辨率损失严重，视场角小，光路复杂等问题，导致了该方案的成像质量不佳，因此难以向商用市场进行应用与推广。公开号为CN105487170A的中国专利公开了一种全息光波导，属于增强现实和虚拟现实
其包括平板光波导以及分别设置于平板光波导两端的光学耦入端和光学耦出端；光学耦入端将接收到的光线进行反射，使被反射的光线满足全反射条件，在平板光波导的两个反射面之间多次全反射后传输到光学耦出端，光学耦出端将接收到的光线衍射出射；所述光学耦出端为全息光栅；所述全息光栅为偏振全息液晶光栅，包括依次排布的透明基底、光取向层、液晶层，所述光取向层上记录有呈周期性结构的偏振全息图案。本专利技术还公开了一种全息光波导显示装置。本专利技术利用偏振全息液晶光栅作为全息光波导的光学耦出端，理论上可以使衍射效率达到100％，同时能抑制零级波，消除共轭像。然而该显示装置的分辨率损失较为严重，且视场角较小，不能提供较好的观看体验效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于全息波导的近眼显示器，可以极大地缩小光学系统的尺寸，增大全息成像的视场角，提升用户的观看体验效果。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于全息波导的近眼显示器，包括：光波导以及设置在所述光波导两侧的阵列光源、入耦合光学元件、反射型空间光调制器、出耦合光学元件；所述阵列光源与入耦合光学元件位于光波导的异侧；所述出耦合光学元件的对侧为人眼视点位置；所述阵列光源发出的光线经入耦合光学元件反射后，照射到反射型空间光调制器上被反射型空间光调制器调制，再反射到出耦合光学元件上，由出耦合光学元件将调制后的光线导出光波导进入人眼；所述反射型空间光调制器与阵列光源的驱动信号同步。具体地，所述阵列光源为可编程的发光单元阵列；所述阵列光源包括微LED阵列、激光光源阵列、液晶显示系统或OLED显示系统；所述阵列光源上任意位置的发光单元均可单独点亮或者关闭；所述阵列光源为单色光源或白光光源。具体地，所述反射型空间光调制器为反射式的相位型空间光调制器或者反射式的振幅型空间光调制器。进一步地，所述阵列光源中某个位置的发光单元被点亮时，所述阵列光源会同步发送一个驱动信号给反射式的相位型空间光调制器，所述调制器上会同步显示相应的相位图。若所述反射型空间光调制器为反射式的振幅型空间光调制器，采用时分复用的方式点亮所述阵列光源中的发光单元时，所述调制器上会同步显示振幅调制图像；所述人眼位置会形成多视点的光场汇聚，从而实现三维光场显示。具体地，所述入耦合光学元件为贴合于光波导表面的全息光学元件、衍射光学元件或者锲形反射镜面；可以利用全息光学元件的波长选择性，利用空间复用的方式实现彩色全息效果。具体地，所述出耦合光学元件为贴合于光波导表面的全息光学元件，用于将所述反射型空间光调制器调制后的光线导出光波导或者在导出光波导的同时对光线进行会聚。进一步地，所述出耦合光学元件为简单功能全息光学元件或复合功能全息光学元件；若所述出耦合光学元件为简单功能全息光学元件，其作用为将反射型空间光调制器调制后的光线导出光波导，进入人眼；若所述出耦合光学元件为复杂功能全息光学元件，则其作用除了将光线导出光波导外，还兼具正透镜的会聚功能。具体地，所述出耦合光学元件采用具有一定角度带宽的全息光学元件，配合阵列光源，可以有效增大出瞳面积，从而增大视场角。具体地，所述光波导为平板结构或弯曲结构。具体地，所述阵列光源与反射型空间光调制器位于光波导的同侧或异侧；所述入耦合光学元件与反射型空间光调制器位于光波导的同侧或异侧；所述出耦合光学元件与反射型空间光调制器位于光波导的同侧或异侧。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过将阵列光源与反射型空间光调制器贴合到光波导器件上，可以极大地缩小光学系统的尺寸，为可穿戴设备的小型化提供技术支持；(2)本专利技术采用阵列光源可以有效增大全息成像的视场角，从而提升用户的观看体验效果；(3)本专利技术反射型空间光调制器与阵列光源之间采用同步驱动信号控制，阵列光源中不同位置的发光单元被点亮时，所述阵列光源会同步发送一个驱动信号给反射型空间光调制器；当所述反射型空间光调制器为振幅型空间光调制器时，采用时分复用的方式点亮阵列光源中的发光单元，就会在瞳孔位置形成多视点的光场汇聚，从而实现三维光场显示。附图说明图1为本专利技术实施例1基于全息波导的近眼显示器的结构示意图；图2为本专利技术实施例1基于全息波导的近眼显示器的光路示意图；图3为本专利技术实施例1中曲面结构的光波导结构示意图；图4为本专利技术实施例1中入耦合光学元件为锲型反射弧面的结构示意图；图5为本专利技术中光源阵列与反射型空间光调制器信号同步传输示意图；图6为本专利技术实施例2中第一发光单元对应的光路示意图；图7为本专利技术实施例2中第二发光单元对应的光路示意图；图中：1、光波导；2、阵列光源；3、入耦合光学元件；4、反射型空间光调制器；5、出耦合光学元件；6、人眼；7、第一发光单元；8、目镜；9、第一视点的光场会聚点；10、第二发光单元；11、第二视点的光场会聚点。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1、2所示，本实施例提供了基于全息波导的近眼显示器，包括：光波导1以及设置在所述光波导1两侧的阵列光源2、入耦合光学元件3、反射型空间光调制器4、出耦合光学元件5；所述阵列光源2与入耦合光学元件3位于光波导1的异侧；所述出耦合光学元件5的对侧为人眼6视点位置；所述阵列光源2发出的光线经入耦合光学元件3反射后，照射到反射型空间光调制器4上被反射型空间光调制器4调制，再反射到出耦合光学元件5上，由出耦合光学元件5将调制后的光线导出光波导1进入人眼6；所述反射型空间光调制器4与阵列光源2的驱动信号同步。具体地，所述阵列光源2为可编程的发光单元阵列；所述阵列光源2可以是微LED阵列、激光光源阵列、液晶显示系统或OLED显示系统；所述阵列光源2上任意位置的发光单元均可单独点亮或者关闭；所述阵列光源2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于全息波导的近眼显示器，其特征在于，包括：光波导以及设置在所述光波导两侧的阵列光源、入耦合光学元件、反射型空间光调制器、出耦合光学元件；所述阵列光源与入耦合光学元件位于光波导的异侧；所述出耦合光学元件的对侧为人眼视点位置；所述阵列光源发出的光线经入耦合光学元件反射后，照射到反射型空间光调制器上被反射型空间光调制器调制，再反射到出耦合光学元件上，由出耦合光学元件将调制后的光线导出光波导进入人眼；所述反射型空间光调制器与阵列光源的驱动信号同步。

【技术特征摘要】
1.基于全息波导的近眼显示器，其特征在于，包括：光波导以及设置在所述光波导两侧的阵列光源、入耦合光学元件、反射型空间光调制器、出耦合光学元件；所述阵列光源与入耦合光学元件位于光波导的异侧；所述出耦合光学元件的对侧为人眼视点位置；所述阵列光源发出的光线经入耦合光学元件反射后，照射到反射型空间光调制器上被反射型空间光调制器调制，再反射到出耦合光学元件上，由出耦合光学元件将调制后的光线导出光波导进入人眼；所述反射型空间光调制器与阵列光源的驱动信号同步。2.根据权利要求1所述的基于全息波导的近眼显示器，其特征在于，所述阵列光源为可编程的发光单元阵列；所述阵列光源包括微LED阵列、激光光源阵列、液晶显示系统或OLED显示系统；所述阵列光源上任意位置的发光单元均可单独点亮或者关闭；所述阵列光源为单色光源或白光光源。3.根据权利要求1所述的基于全息波导的近眼显示器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞雨燕，赵建，
申请(专利权)人：句容福芯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32