近眼全息显示光机和近眼全息显示设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其能够充分利用光程，缩短自空间光调制器出射后的光路长度，有助于缩减光学体积，满足近眼显示设备的小型化需求。该近眼全息显示光机包括用于发射偏振照明光的偏振照明组件、分光调制组件以及透镜组件。该透镜组件被对应地设置于该偏振照明组件和该分光调制组件之间的光路中。该分光调制组件包括空间光调制器和被对应地设置于该透镜组件和该空间光调制器之间光路中的分光棱镜，该分光棱镜用于将该偏振照明光传输至该空间光调制器，该空间光调制器用于将该偏振照明光调制成会聚的全息图像光以反射回该分光棱镜，该分光棱镜进一步用于将该会聚的全息图像光传输至目镜显示组件。输至目镜显示组件。输至目镜显示组件。

【技术实现步骤摘要】
近眼全息显示光机和近眼全息显示设备


[0001]本技术涉及近眼显示
，特别是涉及一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备。

技术介绍

[0002]伴随着AR/VR等近眼显示设备的兴起，人们对于近眼显示方案的尝试层出不穷，其中基于LCOS、Micro
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led、DLP或OLED等的显示方案日趋成熟，并且后期的改进大都基于像质和光学参数的提升。然而，这些显示方案都属于平面显示方案，其立体效果都是基于双目视差的原理，即左右眼显示不同角度的图像，从而使得显示画面中的物体具有空间深度的感觉，但在实际显示屏的投影虚像距又是固定的，因此不可避免地存在视觉辐辏调节冲突(英文：Vergence
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accommodation conflict；简称：VAC)的问题。
[0003]为了解决VAC问题，目前基于空间光调制器(英文：Spatial Light Modulator；简称SLM)的全息显示方案，能够利用衍射再现图像而不是直接显示画面的原理，以通过全息图在空间不同深度位置形成全息像来很好地解决VAC问题，使得SLM全息显示方案成为真三维显示方案中最具潜力的方案，有助于提升近眼显示设备的体验。
[0004]然而，现有的傅里叶(Fourier)全息成像光路中，激光出射先经偏振选择，再通过准直透镜的准直后照明相位型或振幅型SLM，以根据SLM上加载的全息图调制对应像素位置处光的相位和振幅；进而在图像光出射后，需要在SLM后设置成像透镜，以在成像透镜的焦平面处经快速傅里叶变换(英文：Fast Fourier Transform；简称FFT变换)衍射形成全息再现像。由于全息像的大小与成像透镜的焦距f1成正比，且最后出瞳处观察到的成像效果还与目镜焦距f2相关，因此根据SLM的空间带宽积守恒，最终入眼的视场大小和出瞳大小分别正比于f1/f2和f2/f1，这就导致这种傅里叶全息成像光路方案中至少存在如下问题：1)经SLM出射后的后端光路较长，需要等效的4f系统，使得中间棱镜和空气间隙的光程未被有效利用，导致体积较大，难以满足近眼显示设备的小型化需求；2)在成像透镜和目镜参数一定的情况下，无法调节显示视场和出瞳的大小；3)准直透镜、成像透镜以及目镜均为独立镜头，导致其需要分开设计，设计工作量较大；4)光路中光学元件数量较多，小型化排布较难，重量和成本均较高。

技术实现思路

[0005]本技术的一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其能够充分利用光程，缩短自空间光调制器出射后的光路长度，有助于缩减光学体积，满足近眼显示设备的小型化需求。
[0006]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够省去现有傅里叶全息成像光路方案中的成像透镜，减少光学元件，简化光路，便于小型化排布，有助于降低成本和重量。
[0007]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够通过会聚透镜来替代原有的准直透镜，使得照明光会聚地入射至空间光调制器，以便充分利用原本未被利用的光程，有效地压缩后端光学长度，为近眼显示设备的小型化提供了解决方案。
[0008]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够通过调节会聚透镜的位置来实现等效成像透镜焦距的改变，进而配合光阑及目镜后组的移动，可以灵活调节系统的视场和出瞳大小。
[0009]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够在全息图上叠加球面会聚波因子，使得全息像经空间光调制器反射后就开始会聚，仍能够省去成像透镜，充分利用原本未被利用的部分光程，有效地压缩后端光学长度。
[0010]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够通过调节所添加的球面波前半径来实现等效成像透镜焦距的改变，进而配合光阑和目镜后组的移动，也可以灵活调节系统的视场和出瞳大小。
[0011]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机能够通过会聚透镜承担部分光焦度，并结合会聚球面波引入的光焦度，来共同实现成像透镜的功能，以便在省去成像透镜的同时，更加灵活地设计光路，且确保零级亮斑的大小可控。
[0012]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述近眼全息显示光机相对于光学元件相对固定的光路，能够灵活地实现像面位置及大小的调整，有助于降低光学系统的设计难度。
[0013]本技术的另一个优势在于提供一种近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，其中为了达到上述目的，在本技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本技术成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的近眼全息显示光机和近眼全息显示设备，同时还增加了所述近眼全息显示光机和近眼全息显示设备的实用性和可靠性。
[0014]为了实现本技术的上述至少一个优势或其他优点和目的，本技术提供了一种近眼全息显示光机，用于投射全息图像光至目镜显示组件以进行全息显示，所述近眼全息显示光机包括：
[0015]偏振照明组件，用于发射偏振照明光；
[0016]分光调制组件；以及
[0017]透镜组件，所述透镜组件被对应地设置于所述偏振照明组件和所述分光调制组件之间的光路中，用于使来自所述偏振照明组件的该偏振照明光在透过所述透镜组件后，传播至所述分光调制组件；
[0018]其中，所述分光调制组件包括空间光调制器和被对应地设置于所述透镜组件和所述空间光调制器之间光路中的分光棱镜，所述分光棱镜用于将透过所述透镜组件的该偏振照明光传输至所述空间光调制器，所述空间光调制器用于将经由所述分光棱镜传输来的该
偏振照明光调制成会聚的全息图像光以反射回所述分光棱镜，所述分光棱镜进一步用于将经由所述空间光调制器调制成的该会聚的全息图像光传输至该目镜显示组件。
[0019]根据本申请的一实施例，所述透镜组件的光心与所述偏振照明组件的发光面之间的距离大于所述透镜组件的焦距，以形成会聚透镜，用于对来自所述偏振照明组件的该偏振照明光进行会聚，以形成会聚的偏振照明光，进而被所述空间光调制器调制成该会聚的全息图像光。
[0020]根据本申请的一实施例，所述透镜组件被可移动地设置于所述偏振照明组件和所述空间光调制器之间的光路中，用于通过调节所述透镜组件的位置以改变等效成像透镜的焦距。
[0021]根据本申请的一实施例，所述空间光调制器用于基于全息图，将经由所述分光棱镜传输来的该会聚的偏振照明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.近眼全息显示光机，用于投射全息图像光至目镜显示组件以进行全息显示，其特征在于，所述近眼全息显示光机包括：偏振照明组件，用于发射偏振照明光；分光调制组件；以及透镜组件，所述透镜组件被对应地设置于所述偏振照明组件和所述分光调制组件之间的光路中，用于使来自所述偏振照明组件的该偏振照明光在透过所述透镜组件后，传播至所述分光调制组件；其中，所述分光调制组件包括空间光调制器和被对应地设置于所述透镜组件和所述空间光调制器之间光路中的分光棱镜，所述分光棱镜用于将透过所述透镜组件的该偏振照明光传输至所述空间光调制器，所述空间光调制器用于将经由所述分光棱镜传输来的该偏振照明光调制成会聚的全息图像光以反射回所述分光棱镜，所述分光棱镜进一步用于将经由所述空间光调制器调制成的该会聚的全息图像光传输至该目镜显示组件。2.根据权利要求1所述的近眼全息显示光机，其特征在于，所述透镜组件的光心与所述偏振照明组件的发光面之间的距离大于所述透镜组件的焦距，以形成会聚透镜，用于对来自所述偏振照明组件的该偏振照明光进行会聚，以形成会聚的偏振照明光，进而被所述空间光调制器调制成该会聚的全息图像光。3.根据权利要求2所述的近眼全息显示光机，其特征在于，所述透镜组件被可移动地设置于所述偏振照明组件和所述空间光调制器之间的光路中，用于通过调节所述透镜组件的位置以改变等效成像透镜的焦距。4.根据权利要求2所述的近眼全息显示光机，其特征在于，所述空间光调制器用于基于全息图，将经由所述分光棱镜传输来的该会聚的偏振照明光调制成该会聚的全息图像光。5.根据权利要求2所述的近眼全息显示光机，其特征在于，所述空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涨敏，陈元恺，郝希应，张本好，
申请(专利权)人：舜宇光学浙江研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：