光波导指向背光全息显示模组制造技术

本发明专利技术公开一种光波导指向背光全息显示模组，由光波导指向背光组件、光调制器件、会聚器件、控制器件及其它组件组成，其中光波导指向背光组件包括光源结构、准直器件和光波导器件。其中，光源结构投射光经相关组件，可以沿不同指向向光调制器件投射背光，并经会聚器件会聚至对应视区；控制器件同步加载待显示场景的全息编码信息至光调制器件，实现向对应视区的全息三维场景呈现。其中光波导器件的引入实现了指向背光投射结构的薄化，不同背光对应视区对观察者眼睛的追踪覆盖为观察者眼睛提供合理的观察区域。本发明专利技术公开的光波导指向背光全息显示模组可以应用于便携式显示终端，比如手机、iPad、头戴式VR/AR等。头戴式VR/AR等。头戴式VR/AR等。

【技术实现步骤摘要】
光波导指向背光全息显示模组


[0001]本专利技术涉及三维显示
，更具体涉及一种光波导指向背光全息显示模组。

技术介绍

[0002]相对于传统二维显示，具有深度信息呈现能力的三维显示，因为显示场景维度一致于人们生活的真实空间，而备受关注。但现有三维显示大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，通过向观察者两只眼睛分别投射各自对应的一幅视图，基于双目视差原理实现深度信息的呈现。在此过程中，观察者各眼睛需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应视图，而两只眼睛的视向交叉于出屏的显示场景以触发观察者的深度感，由此导致各眼睛聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦
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会聚冲突问题。而在自然情况下，观察者观察真实的三维场景时，各眼睛聚焦深度和双目会聚深度一致于观察者关注的空间深度。由此，传统体视技术的聚焦
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会聚冲突有悖于人体自然进化的生理习惯，会导致观察者视觉不适，是阻碍三维显示技术推广应用的瓶颈性问题。
[0003]全息显示可以同时复现包括振幅和相位信息，从技术原理来说，显示的场景自带自然聚焦和离焦模糊效应，是最理想的三维显示技术，广受关注。但受全息显示所需光源的限制，背光结构都比较臃肿，不利于全息显示结构的小型化和便携化；同时，现有光调制器件有限的空间分辨率，也导致所显示全息场景尺寸合理情况下有限的观察区域。这些问题，极大限制了全息显示技术的实用化。
[0004]中国专利申请名称为《一种紧凑型增强现实近眼显示装置》、专利公开号：CN110488490A、公开日：2019
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22，中公开的几种紧凑型增强现实近眼显示装置，该显示装置包括：光源：用于提供照明光；空间光调制器：用于载入计算全息图，对所述照明光进行调制，产生调制光场；波导：用于对所述照明光进行耦入、传输和耦出；包括将所述照明光耦出为平面波用于照明所述空间光调制器，以及对所述调制光场进行选择性的透射，允许衍射的3D光场透射，阻止非衍射的反射光透射；AR目镜：对所述3D光场进行成像。这几种装置可实现大视场的近眼AR全息三维显示或基于双目视差的增强现实三维显示或二维显示。但是该装置不涉及视区对观察者眼睛的追踪覆盖，无法实现具有合理观察区域尺寸的全息三维显示。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种光波导指向背光全息显示模组，可以作为双目三维显示系统直接向观察者两只眼睛呈现可自然聚焦的三维场景，也可以作为一个目镜，向观察者的一个眼睛呈现可自然聚焦的三维场景，并采用两个该光波导指向背光全息显示模组构建双目全息显示系统。
[0006]该光波导指向背光全息显示模组由光波导指向背光组件、光调制器件、会聚器件、控制器件、眼睛追踪单元及其它组件组成。时序光源通过准直器件、光波导器件及其它组件，可以向光调制器件投射不同指向的背光；各指向背光经会聚器件，分别会聚于对应视
区。在一个指向的背光入射时，控制器件同步加载待显示场景的全息编码信息至光调制器件，实现向视区处观察者眼睛的全息三维场景呈现。眼睛追踪单元实时确定的观察者眼睛位置，控制器件控制光波导指向背光组件投射覆盖观察者眼睛视区所对应背光，实现视区对观察者眼睛的追踪覆盖。
[0007]本专利技术提供如下方案：
[0008]光波导指向背光全息显示模组，包括：
[0009]光调制器件，该光调制器件包括由多个像素排列组成像素阵列，该光调制器件通过像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；
[0010]光波导指向背光组件，该光波导指向背光组件能够沿不同指向投射具有相同颜色特性的背光入射所述光调制器件，其中：该光波导指向背光组件包括由出射相同颜色特性光的M个时序光源组成的光源结构、准直器件和光波导器件，其中光源结构中不同的时序光源的投射光，经准直器件调制和光波导器件引导，作为背光，沿各自对应的不同指向入射所述光调制器件，其中M>1；或者，该光波导指向背光组件包括时序光源构建的光源结构、准直器件、光波导器件和可控偏转器件，其中光源结构投射光经准直器件调制和光波导器件引导，由可控偏转器件偏转，作为背光，沿不同指向入射所述光调制器件；
[0011]会聚器件，会聚光波导指向背光组件沿各指向所投射背光，引导其经光调制器件的调制光向对应视区投射，其中各视区和各背光及其背光指向一一对应；
[0012]控制器件，该控制器件分别与光调制器件、光波导指向背光组件连接，该控制器件用于控制光波导指向背光组件投射背光，并同步加载对应该背光的待显示场景全息编码至光调制器件；
[0013]其中，所述光波导指向背光全息显示模组被设置为满足：所述光波导指向背光组件所投射各背光，经所述光调制器件调制，投射对应全息场景至对应视区。
[0014]进一步地，所述的光波导指向背光全息显示模组，各时序光源设计为由分别出射N种颜色光的N个子光源组成，并被设置为使得：任一子光源投射的光经所述准直器件调制和所述光波导器件引导，作为背光，沿对应指向入射所述光调制器件后，通过光调制器件对应全息编码的同步加载，投射全息场景的对应颜色分量信息至该背光所对应视区，其中N>1；
[0015]该光波导指向背光全息显示模组被设置为满足：N个对应不同颜色的、发生最大程度重叠的视区成组，并定义其最大重叠区域为一个彩色视区，各彩色视区和其N个组员视区的对应背光及背光指向对应。
[0016]进一步地，所述N＝3，所述N种颜色为红(R)、绿(G)、蓝(B)。
[0017]进一步地，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛放置，光波导指向背光组件沿两个指向时序投射背光，该两个背光所对应视区分别对应覆盖观察者的两只眼睛。
[0018]进一步地，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛放置，还包括与所述该控制器件连接的眼睛追踪单元，该眼睛追踪单元能够确定观察者眼睛实时位置，从而能够确定对应视区分别覆盖观察者不同眼睛的背光，控制器件能够控制所述光波导指向背光组件时序投射该背光，并同步加载对应全息编码至光调制器件。
[0019]进一步地，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛放置，光波导指向背光组件时序投射两个彩色视区对应背光，该两个彩色视区分别对应覆盖观察者的两只
眼睛。
[0020]进一步地，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛放置，还包括与所述该控制器件连接的眼睛追踪单元，该眼睛追踪单元能够确定观察者眼睛实时位置，从而能够确定覆盖观察者不同眼睛的不同彩色视区，控制器件能够控制所述光波导指向背光组件时序投射该不同彩色视区所对应背光，并同步加载对应全息编码至光调制器件。
[0021]进一步地，所述模组对应观察者一只眼睛置放，还包括与所述该控制器件连接的眼睛追踪单元，眼睛追踪单元能够确定观察者眼睛实时位置，从而能够确定对应视区覆盖观察者眼睛的背光，控制器件能够控制所述光波导指向背光组件投射该背光，并同步加载对应全息编码至光调制器件。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，包括：光调制器件(10)，该光调制器件(10)包括由多个像素排列组成像素阵列，该光调制器件(10)通过像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；光波导指向背光组件(20)，该光波导指向背光组件(20)能够沿不同指向投射具有相同颜色特性的背光入射所述光调制器件(10)，其中：该光波导指向背光组件(20)包括由出射相同颜色特性光的M个时序光源组成的光源结构(21)、准直器件(22)和光波导器件(23)，其中光源结构(21)中不同的时序光源的投射光，经准直器件(22)调制和光波导器件(23)引导，作为背光，沿各自对应的不同指向入射所述光调制器件(10)，其中M>1；或者，该光波导指向背光组件(20)包括时序光源构建的光源结构(21)、准直器件(22)、光波导器件(23)和可控偏转器件(50)，其中光源结构(21)投射光经准直器件(22)调制和光波导器件(23)引导，由可控偏转器件(50)偏转，作为背光，沿不同指向入射所述光调制器件(10)；会聚器件(30)，会聚光波导指向背光组件(10)沿各指向所投射背光，引导其经光调制器件(10)的调制光向对应视区投射，其中各视区和各背光及其背光指向一一对应；控制器件(40)，该控制器件(40)分别与光调制器件(10)、光波导指向背光组件(20)连接，该控制器件(40)用于控制光波导指向背光组件(20)投射背光，并同步加载对应该背光的待显示场景全息编码至光调制器件(20)；其中，所述光波导指向背光组件(20)所投射各背光，经所述光调制器件(10)调制，投射对应全息场景至对应视区。2.根据权利要求1所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，各时序光源设计为由分别出射N种颜色光的N个子光源组成，并被设置为使得：任一子光源投射的光经所述准直器件(22)调制和所述光波导器件(23)引导，作为背光，沿对应指向入射所述光调制器件(10)后，通过光调制器件(10)对应全息编码的同步加载，投射全息场景的对应颜色分量信息至该背光所对应视区，其中N>1；该光波导指向背光全息显示模组被设置为满足：N个对应不同颜色的、发生最大程度重叠的视区成组，并定义其最大重叠区域为一个彩色视区，各彩色视区和其N个组员视区的对应背光及背光指向对应。3.根据权利要求2所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，所述N＝3，所述N种颜色为红、绿、蓝。4.根据权利要求1所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛(70)放置，光波导指向背光组件(20)沿两个指向时序投射背光，该两个背光所对应视区分别对应覆盖观察者的两只眼睛(70)。5.根据权利要求1所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛(70)放置，还包括与所述该控制器件(40)连接的眼睛追踪单元(60)，该眼睛追踪单元(60)能够确定观察者眼睛(70)实时位置，从而能够确定对应视区分别覆盖观察者不同眼睛(70)的背光，控制器件(40)能够控制所述光波导指向背光组件(20)时序投射该背光，并同步加载对应全息编码至光调制器件(20)。6.根据权利要求2所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛(70)放置，光波导指向背光组件(20)时序投射两个彩色视区对应背光，该两个彩色视区分别对应覆盖观察者的两只眼睛(70)。
7.根据权利要求2所述的光波导指向背光全息显示模组，其特征在于，该光波导指向背光全息显示模组对应观察者两只眼睛(70)放置，还包括与所述该控制器件(40)连接的眼睛追踪单元(60)，该眼睛追踪单元(60)能够确定观察者眼睛(70)实时位置，从而能够确定覆盖观察者不同眼睛(...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕东东，刘立林，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：