用于实现三维图像近眼显示的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及显示技术，特别涉及用于实现三维图像近眼显示的装置。按照本发明专利技术一个方面的用于实现三维图像近眼显示的装置包含：光场再现单元，其配置为重构目标物体的光场信息以再现虚拟景象，所述光场再现单元包括：空间光调制器；以及在所述空间光调制器的出光方向上设置的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述虚拟景象中的不同视角的图像投射至各自对应的观察位置；以及虚实融合单元，其被配置为输出将所述虚拟景象与真实景象融合在一起的三维图像。

A device for near eye display of 3D images

The invention relates to a display technology, in particular to a device for realizing near eye display of a three-dimensional image. According to one aspect of the invention, the device for realizing near eye display of three-dimensional image includes: a light field reproducing unit configured to reconstruct the light field information of a target object to reproduce a virtual scene, the light field reproducing unit includes: a spatial light modulator, and a phase plate arranged on the light output direction of the spatial light modulator, which has a diffraction structure, and the diffraction structure configuration In order to project the images from different perspectives in the virtual scene to their respective observation positions, and the virtual real fusion unit, which is configured to output the three-dimensional image that integrates the virtual scene and the real scene.

【技术实现步骤摘要】
用于实现三维图像近眼显示的装置
本专利技术涉及显示技术，特别涉及用于实现三维图像近眼显示的装置。
技术介绍
目前的三维显示主要基于人眼的双目视差原理，其借助视差屏障或柱透镜阵列等光学元件使得人的左右眼获得不同的图像信息。在美国专利US8989535B2和US9581820B2所公开的近眼显示装置中，采用微投影器件与光波导镜片结合的方式实现了基于双目视差的增强现实3D显示，但是这种方式难以消除轴辏矛盾，容易产生视觉疲劳。美国专利US00795952公开了一种采用光纤微投影及光学波导镜片结合来实现光场三维显示的方法，但是该方法技术难度较大。美国专利US008014050B2公开了一种用于三维显示的光学全息相位板，所描述的纳米相位板包含一个体光栅结构和一种光敏材料，通过通过单个电极阵列可控制单个像素单元的衍射效率与位相延迟，实现光场相位的快速调控。然而利用这种电极阵列难以对单个像素微小化调制，其显示效果难以满足消费者所需的舒适度与清晰度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于实现三维图像近眼显示的装置，其具有制造成本低、设计简便和结构紧凑等优点。按照本专利技术一个方面的用于实现三维图像近眼显示的装置包含：光场再现单元，其配置为重构目标物体的光场信息以再现虚拟景象，所述光场再现单元包括：空间光调制器；以及在所述空间光调制器的出光方向上设置的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述虚拟景象中的不同视角的图像投射至各自对应的观察位置；以及虚实融合单元，其被配置为输出将所述虚拟景象与真实景象融合在一起的三维图像。优选地，在上述装置中，所述装置进一步包括投影单元，其被配置为将光场再现单元输出的虚拟景象传送至虚实融合单元。优选地，在上述装置中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的同一个观察位置。优选地，在上述装置中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的一组观察位置。优选地，在上述装置中，一组观察位置为沿水平方向和/或横向分布的多个观察位置。优选地，在上述装置中，所述空间光调制器为下列中的一种：DLP显示屏、LCOS显示屏或液晶显示屏。优选地，在上述装置中，所述虚实融合单元包括波导、设置于波导内部的第一纳米光栅和第二纳米光栅，其中，所述第一纳米光栅使进入的光线发生衍射，所述波导使被第一纳米光栅衍射的光线全反射，所述第二纳米光栅使全反射的光线发生衍射以将光线从波导引向可视区域。优选地，在上述装置中，所述虚实融合单元包括三层堆叠在一起的透明光场镜片，每层透明光场镜片包括波导、设置于波导内部的第一纳米光栅和第二纳米光栅，其中，所述第一纳米光栅使进入的光线发生衍射，所述波导使被第一纳米光栅衍射的光线全反射，所述第二纳米光栅使全反射的光线发生衍射以将光线从波导引向可视区域，其中，每层透明光场镜片的第一纳米光栅具有各不相同的取向角和/或周期，并且每层透明光场镜片的第二纳米光栅具有各不相同的取向角和/或周期。优选地，在上述装置中，所述虚实融合单元包括棱镜、波导和设置于波导内部的纳米光栅，其中，所述棱镜使入射光线折射进入波导，所述波导使折射的光线全反射，所述纳米光栅使全反射的光线发生衍射以将光线从波导引向可视区域。优选地，在上述装置中，所述虚实融合单元包括棱镜、波导和设置于波导内部的一对反射镜，其中，所述棱镜使入射光线折射进入波导，所述波导使折射的光线全反射，所述反射镜使全反射的光线发生衍射以将光线从波导引向可视区域。优选地，在上述装置中，所述虚实融合单元包含第一波导镜片、第二波导镜片、第一组纳米光栅、第二组纳米光栅和第三组纳米光栅，所述第一组纳米光栅位于第一与第二波导镜片之间，所述第二组纳米光栅位于第二波导镜片的、远离第一波导镜片的表面，所述第三组纳米光栅位于所述第二组纳米光栅之上，所述第一-第三组纳米光栅具有各不相同的取向角和/或周期。附图说明图1为按照本专利技术一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的示意框图。图2为可用于图1所示装置中的位相板的结构示意图。图3为图2所示位相板在X-Y平面与X-Z平面内的结构示意图。图4为实现单个视点汇聚的指向性功能薄膜的纳米结构分布图。图5a和5b分别为按照本专利技术另一个实施例的利用光场再现单元实现单视点和多视点的示意图。图6为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的结构示意图。图7为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的结构示意图。图8为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的结构示意图。图9为按照本专利技术另一个实施例的虚实融合单元的俯视图。图10为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的结构示意图。图11a和11b为利用如上所述的位相板分别实现纵向和横向可视区域拓展的示意图。图12为按照本专利技术另一个实施例的虚实融合单元的示意图。图13为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像的近眼显示的装置的示意图。图14为按照本专利技术另一个实施例的用于实现三维图像的近眼显示的装置的示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的目的进行详细说明。图1为按照本专利技术一个实施例的用于实现三维图像近眼显示的装置的示意框图。图1所示的用于实现三维图像近眼显示的装置100包括光场再现单元110、投影单元120和虚实融合单元130。在本实施例中，光场再现单元110被配置为重构目标物体的光场信息以再现虚拟景象。投影单元120光学耦合在光场再现单元110与虚实融合单元130之间，其被配置为例如通过诸如反射、折射或衍射之类的几何光学方式，将光场再现单元110输出的虚拟景象传送至虚实融合单元130。虚实融合单元130被配置为输出将虚拟景象与真实景象融合在一起的三维图像。需要指出的是，投影单元120是可选的部件。可选地，通过合适的设计，可以使光场再现单元110重构的虚拟景象直接耦合至虚实融合单元130。在本实施例中，光场再现单元110包含空间光调制器和位相板以实现光场的重建。空间光调制器用于振幅调制，即加载多视角混合的图像信息。空间光调制器例如可包括显示面板、驱动电路、控制系统和软件控制等。根据具体应用领域需要，空间光调制器可以实现单色或彩色显示。优选地，空间光调制器可采用DLP显示屏、LCOS显示屏和液晶显示屏中的一种。空间光调制器可包含多个体像素或振幅调制像素，每个体像素包含多个亚像素，并且每个亚像素对应于不同的视角。位相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实现三维图像近眼显示的装置，其特征在于，包含：/n光场再现单元，其配置为重构目标物体的光场信息以再现虚拟景象，所述光场再现单元包括：/n空间光调制器；以及在所述空间光调制器的出光方向上设置的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述虚拟景象中的不同视角的图像投射至各自对应的观察位置；以及虚实融合单元，其被配置为输出将所述虚拟景象与真实景象融合在一起的三维图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于实现三维图像近眼显示的装置，其特征在于，包含：
光场再现单元，其配置为重构目标物体的光场信息以再现虚拟景象，所述光场再现单元包括：
空间光调制器；以及在所述空间光调制器的出光方向上设置的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述虚拟景象中的不同视角的图像投射至各自对应的观察位置；以及虚实融合单元，其被配置为输出将所述虚拟景象与真实景象融合在一起的三维图像。


2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置进一步包括投影单元，其被配置为将光场再现单元输出的虚拟景象传送至虚实融合单元。


3.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的同一个观察位置。


4.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的同一组观察位置。


5.如权利要求4所述的装置，其中，同一组观察位置为沿水平方向和/或横向分布的多个观察位置。


6.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间光调制器为下列中的一种：DLP显示屏、LCOS显示屏或液晶显示屏。


7.如权利要求1所述的装置，其中，所述虚实融合单元包括波导、设置于波导内部的第一纳米光栅和第二纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林森，张云莉，乔文，黄文彬，花尔凯，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32