[发明专利]一种基于全息光学元件的近眼真三维显示系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于全息光学元件的近眼真三维显示系统及其方法，包括激光器、第一全息光学元件、第二全息光学元件和空间光调制器，激光器用于发出细光束并倾斜照射到第一全息光学元件上；第一全息光学元件用于将激光器发出的细光束进行扩束处理产生一个横截面光斑为椭圆形的光束并倾斜照射到第二全息光学元件上；第二全息光学元件用于将经第一全息光学元件扩束处理后产生的一个横截面光斑为椭圆形的光束再次进行扩束处理后产生一个横截面光斑为圆形的准直粗光束；空间光调制器用于将经第二全息光学元件扩束处理后产生的一个横截面光斑为圆形的准直粗光束作为光源入射并产生全息3D图像光，该全息3D图像光返回第二全息光学元件，被第二全息光学元件放大并偏转到人眼。

技术领域

本发明涉及信息显示技术领域，特别涉及一种基于全息光学元件的近眼真三维显示系统及其方法。

背景技术

目前，市场上主要的AR(Augmented Reality，增强现实)产品都不具备真3D显示功能，所使用的都只是2D显示技术或者双目视差式3D技术。例如，Google Glass和Lumus的显示效果虽好，但不具备3D功能。Epson Moverio和Pinlight则是使用了双目视差式3D技术，它是利用一些具有双目视差的二维图像，在特定的位置观看到三维图像，此种三维显示由于不能解决眼球聚焦深度和眼球辐辏之间的矛盾，容易使观看者感到视觉眩晕。如需解决这一问题，必须在增强现实中采用真3D显示技术，例如全息显示、体显示、光场显示等等。

一些研究者将集成成像技术应用在了增强现实(″H.Hua et al.，Opt.Exp.，22(11)，pp.13484-13491，2014″，″J.Hong et al.，App.Opt.51(18)，pp.4201-4209，2012″，″K.Hong et al.，Opt.Let.39(1)，pp.127-130，2014″)，在实验室中搭建了模型，也可以实现三维效果，不过其固有的问题是三维深度比较小。

相比之下，全息技术可以完美再现3D光场，被视为最具前景的3D技术之一。Moon等人采用全息技术(E.Moon et al.，Optics Express，22(6)，pp.6526-6534，2014.)解决了眼球聚焦深度和眼球辐辏之间的矛盾，并采用立方体光学分束器作为耦合器，实现了虚实融合的增强现实效果，其主要的缺点是全息显示系统以及立方体分束器的体积较大，不适合头戴式显示。韩国首尔大学采用了一个全息光学元件，取代了立方体光学分束器和一个透镜，将全息光场导入人眼，实现了AR效果(Gang Li et al.，Opt.Lett.41(11)，pp.2486-2489.2016.)。不过，该系统体积仍然较大，不适合近眼显示和头戴式设备。日本的NICT公司也设计了结构类似的系统(Koki Wakunami et al.，NatureCommunication7，pp.12954，2016)，缺点也是类似的。

本发明的技术方案便是针对上述问题对现有增强现实设备进行的改进。

发明内容

为了克服现有增强现实设备的不足，即不具有真三维显示功能，本发明提供一种基于全息光学元件的近眼真三维显示系统及其方法，通过特别设计和巧妙安放的两个全息光学元件，能够实现小巧、轻薄的全息真三维图像，并且具有虚实融合的增强现实效果。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种基于全息光学元件的近眼真三维显示系统，包括激光器、第一全息光学元件、第二全息光学元件和空间光调制器，其中：

所述激光器，用于发出细光束并倾斜照射到所述第一全息光学元件上；

所述第一全息光学元件，用于将所述激光器发出的细光束进行扩束处理产生一个横截面光斑为椭圆形的光束并倾斜照射到所述第二全息光学元件上；