[发明专利]无零级光干扰的同轴全息近眼AR显示系统及其应用和全息图优化方法

说明书

本发明公开了一种无零级光干扰的同轴全息近眼AR显示系统，包括：光源模块，为空间光调制器提供汇聚照明光；空间光调制器，受控于计算机并由计算机载入全息图，经照明光照射发出被全息图调制的衍射图像光和未被调制的零级光；滤波器，位于零级光的汇聚点所在平面上，用于滤除零级光；全息透镜，对滤除零级光后的图像光产生反向衍射作用并汇聚进入人眼；计算机，用于制作所述全息图并输出到所述空间光调制器，同步控制光源模块和空间光调制器；环境光不受干扰地透过所述全息透镜进入人眼。本发明还公开了一种无零级光干扰的纯相位同轴全息图的优化方法。本发明的同轴全息近眼AR显示系统，结构简单紧凑，相比于离轴全息显示，具有更大的视场。

技术领域

本发明涉及全息三维显示领域，尤其涉及一种无零级光干扰的同轴全息近眼AR显示系统及其应用和全息图优化方法。

背景技术

目前近眼AR显示是一个重要的研究领域，实现近眼AR的方式有多种，如使用微显示器和复杂的目镜系统，实现AR显示，利用该方案实现的三维显示多为双目视差三维显示，存在辐辏冲突，佩戴此种AR显示设备会引起眼睛疲劳和眩晕。采用光波导和耦合光栅技术实现近眼AR显示，相比于复杂的目镜系统而言，体积和重量大大减少，是目前一个重要发展方向，然而绝大多数基于光波导的近眼AR三维显示仍旧为双目视差三维显不。

全息三维显示是基于干涉记录三维物光信息，衍射再现三维场景的一种真三维显示技术，是国际上公认的最理想的三维显示方案。全息近眼显示可再现完整三维光场，并且无辐辏冲突问题，受到越来越多的青睐。

计算机与全息相结合，形成计算全息。计算全息相比于传统的光学全息，具有很大的灵活性，如：(1)可实现虚拟物体的全息记录和显示；(2)计算的全息图为数字数据，方便存储、传输并可重复使用；(3)可实现动态全息显示和彩色全息三维显示。

计算全息研究领域分为大尺寸静态全息三维显示和动态全息显示两个方面。目前，随着全息输出设备的日益完善，大尺寸静态全息显示逐步实现商用，其在全息包装、防伪等领域得到了广泛的应用。受到空间光调制器SLM分辨率和像素尺寸的限制，动态全息显示所再现的三维图像，存在视差角和视场角较小的问题，很难满足多人同时观看全息三维显示的要求。

零级光是直射到空间光调制器上没有被载入空间光调制器的全息图调制而直接反射出来的光，对于纯相位型空间光调制器而言，主要由照明到空间光调制器的照明光的偏振态与空间光调制器所需要的偏振态不一致，以及像素结构填充率引起的，目前是不可消除的一种现象。在同轴全息三维显示时，除需要的物体再现像外，零级光也同时在屏幕上以杂乱的散射光形式出现，对再现像的分辨率造成很大影响。如何消除零级光的影响一直是全息显示领域研究的热点。

为了去除零级光的干扰，一般使用离轴全息方案，利用4f光学系统进行滤波，之后使用半透半反镜将滤波后的光场导入人眼进行观看。虽然离轴全息显示方案解决了零级光干扰问题，但由于4f光学系统的存在，使得整个全息显示光路变的复杂，并且在同等条件下离轴全息的视场角仅为同轴全息视场角的一半。

发明内容

本发明提供一种无零级光干扰的同轴全息近眼AR显示系统，可消除零级光对同轴全息再现像的干扰。

本发明提供了如下技术方案：

一种无零级光干扰的同轴全息近眼AR显示系统，包括：

光源模块，受控于计算机，为空间光调制器提供汇聚的照明光；

空间光调制器，受控于计算机并由计算机载入全息图，对照明光进行调制，发出受所述全息图调制的衍射图像光和未被调制的零级光；

滤波器，位于所述零级光的汇聚点所在平面上，用于滤除零级光；

全息透镜，为反射式体全息光学元件，对滤除零级光后的衍射图像光产生衍射作用，反向衍射汇聚进入人眼；