三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备制造方法及图纸

本公开是关于一种三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备，全息光波导装置，包括：光机系统，包括激光照明系统和微显示器，微显示器用来加载通过对三维场景进行波前编码后获得的三维计算全息图，根据三维计算全息图调制由激光照明系统照射至微显示器的光波，被调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进入透镜系统；透镜系统，将携带有三维场景波前信息分布的光波进行滤波处理后射入耦入复用体全息光栅；耦入复用体全息光栅，将携带有三维场景波前信息分布的光波耦入波导板；波导板，将携带有三维场景波前信息分布的光波通过全反射方式传输至耦出复用体全息光栅；耦出复用体全息光栅，将携带有三维场景波前信息分布的光波耦出至人眼。分布的光波耦出至人眼。分布的光波耦出至人眼。

【技术实现步骤摘要】
三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备
[0001]本专利技术要求中国专利申请CN202010418635.9的优先权，该优先权文件的说明书、说明书附图和权利要求书所记载的内容全文引入本专利技术的说明书并被作为本专利技术说明书原始记载的一部分。申请人进一步声明，申请人拥有基于该优先权文件修改本专利技术的说明书和权利要求书的权利。


[0002]本公开涉及增强现实
，尤其涉及一种三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备。

技术介绍

[0003]近眼显示是观察者在观看外界真实物体的同时，叠加在真实环境中的图像或者数据等信息也可被观看，其提供了传统显示设备不具有的与真实环境无障碍的实时实地交互的功能，从而给用户带来了全新的视觉体验，因此被广泛应用于各个领域。全息波导将波导的全反射特性和全息光栅的衍射特性相结合，可实现大视场、大出瞳图像输出，从而被应用于新一代头盔显示系统，而且其具有整体质量和体积更为紧凑的优点，但是全息光栅无法用于处理任意形状相位分布的衍射光线，所以无法对真实三维物体进行快速实时动态显示，大大限制了其应用的范围。
[0004]计算全息术是通过计算机图形学产生所需要的物体模型，并对其波阵面进行抽样后，将得到的离散分布的物光波场表达式输入计算机中通过一定的编码方式后形成数字全息图。然后将该计算全息图加载到SLM等液晶屏上，当有一束参考光照射时，即可在一定距离的显示屏上再现出清晰的该物体模型的再现像。但是，目前的计算全息术主要用于直接通过液晶屏显示，并未应用到增强现实
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技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备，用以实现对任意三维物体模型的实时动态显示过程。
[0006]根据本公开实施例的第一方面，提供一种三维动态显示的全息光波导装置，包括：光机系统、透镜系统、耦入复用体全息光栅、波导板和耦出复用体全息光栅；
[0007]所述光机系统，包括激光照明系统和微显示器，所述微显示器用来加载通过对三维场景进行波前编码后获得的三维计算全息图，根据所述三维计算全息图调制由所述激光照明系统照射至所述微显示器的光波，被调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进入所述透镜系统；
[0008]所述透镜系统，用于将经由所述微显示器加载的三维计算全息图调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进行滤波处理后射入所述耦入复用体全息光栅；
[0009]所述耦入复用体全息光栅，用于将携带有三维场景波前信息分布的光波耦入所述波导板；
[0010]所述波导板，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波通过全反射的方式传输至所述耦出复用体全息光栅；
[0011]所述耦出复用体全息光栅，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波耦出至人眼。
[0012]在一个实施例中，微显示器包括反射式硅基液晶显示器。
[0013]在一个实施例中，优选地，所述耦入复用体全息光栅和所述耦出复用体全息光栅的周期相同且镜像对称。
[0014]在一个实施例中，优选地，所述激光照明系统包括：激光器、衰减片、半波片、光纤耦合器、单模保偏光纤、光纤准直器、电控旋转台、聚焦透镜和偏振分光棱镜；
[0015]所述激光器，用于出射偏振光；
[0016]所述衰减片和所述半波片，沿所述偏振光的传播方向依次设置，用于将所述激光器出射的偏振光处理成线偏振光并调节激光输入能量；
[0017]所述光纤耦合器，用于将所述线偏振光耦入所述单模保偏光纤；
[0018]所述单模保偏光纤，通过光纤准直器固定在所述电控旋转台上，并使光波出射端位于所述电控旋转台的旋转圆盘的中心延长线上，且所述光波出射端所处的平面是所述聚焦透镜的焦平面，以通过调整所述电控旋转台的旋转角度调整出射光波的角度；
[0019]所述偏振分光棱镜，用于将所述出射光波射入所述微显示器，并将所述微显示器出射的光波射入所述透镜系统。
[0020]在一个实施例中，优选地，所述微显示器按照预设时间间隔加载所述三维计算全息图，并根据所述三维计算全息图确定射入所述微显示器的光波的角度，以根据所述角度通过电控旋转台的伺服控制系统调整所述电控旋转台的旋转角度以及在所述旋转角度停留的时长，使所述微显示器射出的光波中携带有三维场景波前信息分布，且能实现动态显示。
[0021]在一个实施例中，优选地，所述透镜系统包括：第一透镜、光阑和第二透镜；
[0022]所述第一透镜，用于将所述微显示器射入的携带有三维场景波前信息分布的光波成像于第一平面；
[0023]所述光阑，设置在所述第一透镜的后焦平面处，所述光阑偏移成像中心，用于滤除掉除一级衍射光波之外的其他衍射级次的光波；
[0024]所述第二透镜，用于将过滤后的光波进行会聚后入射到所述耦入复用体全息光栅。
[0025]在一个实施例中，优选地，所述第二透镜与所述第一平面的距离满足以下条件：
[0026]f2＜z1＜2f2[0027]其中，z1表示所述第二透镜与所述第一平面的距离，f2表示所述第二透镜的焦距。
[0028]在一个实施例中，优选地，所述耦入复用体全息光栅和耦出复用体全息光栅包括角度复用体全息光栅。
[0029]在一个实施例中，优选地，所述角度复用体全息光栅在记录干涉条纹时，保持物光和参考光的位置固定，通过转动记录材料得到不同的角度通道，并在每个角度通道复用记录干涉条纹，其中，所述记录材料的初始位置是使体全息光栅的光轴位于所述物光和所述参考光的角平分线上。
[0030]在一个实施例中，优选地，所述记录材料的转动角度满足以下条件：
[0031][0032]其中，θ0表示所述记录材料的转动角度，n表示需要复用记录的光栅总数，Δθ
min
表示最小复用角度间距；
[0033]所述最小复用角度间距满足以下条件：
[0034][0035]Δθ
min
表示最小复用角度间距，Δθ
b
表示布拉格角，L为所述记录材料的厚度，入为记录光的波长，θ为记录时物光和参考光与光轴之间的夹角。
[0036]根据本公开实施例的第二方面，提供一种增强现实显示设备，包括上述技术方案中任一项所述的三维动态显示的全息光波导装置。
[0037]本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0038]本专利技术实施例中，利用全息波导有效缩短纵向长度且扩展出瞳的特性，与反射式硅基液晶显示器LCOS计算全息装置简单，光波场可以任意控制的优点相结合，实现了对任意三维物体模型的实时动态显示过程。
[0039]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0040]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0041]图1是根据一示例性实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维动态显示的全息光波导装置，其特征在于，包括：光机系统、透镜系统、耦入复用体全息光栅、波导板和耦出复用体全息光栅；所述光机系统，包括激光照明系统和微显示器，所述微显示器用来加载通过对三维场景进行波前编码后获得的三维计算全息图，根据所述三维计算全息图调制由所述激光照明系统照射至所述微显示器的光波，被调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进入所述透镜系统；所述透镜系统，用于将经由所述微显示器加载的三维计算全息图调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进行滤波处理后射入所述耦入复用体全息光栅；所述耦入复用体全息光栅，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波耦入所述波导板；所述波导板，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波通过全反射的方式传输至所述耦出复用体全息光栅；所述耦出复用体全息光栅，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波耦出至人眼。2.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述耦入复用体全息光栅和所述耦出复用体全息光栅的周期相同且镜像对称。3.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述激光照明系统包括：激光器、衰减片、半波片、光纤耦合器、单模保偏光纤、光纤准直器、电控旋转台、聚焦透镜和偏振分光棱镜；所述激光器，用于出射偏振光；所述衰减片和所述半波片，沿所述偏振光的传播方向依次设置，用于将所述激光器出射的偏振光处理成线偏振光并调节激光输入能量；所述光纤耦合器，用于将所述线偏振光耦入所述单模保偏光纤；所述单模保偏光纤，通过光纤准直器固定在所述电控旋转台上，并使光波出射端位于所述电控旋转台的旋转圆盘的中心延长线上，且所述光波出射端所处的平面是所述聚焦透镜的焦平面，以通过调整所述电控旋转台的旋转角度调整出射光波的角度；所述偏振分光棱镜，用于将所述出射光波射入所述微显示器，并将所述微显示器出射的光波射入所述透镜系统。4.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述微显示器按照预设时间间隔加载所述三维计算全息图，并根据所述三维计算全息图确定射入所述微显...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，崔海涛，钱进，雍海波，
申请(专利权)人：谷东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：