[发明专利]基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器

说明书

本发明是基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器，其中光源模块包括激光光源、扩束系统短焦透镜和扩束系统长焦透镜；微显示模块包括微显示器、半透半反镜、缩束系统长焦透镜、缩束系统短焦透镜和模式片组，成像模块包括偏振体全息光栅阵列；激光光源产生的激光光路顺次穿过扩束系统短焦透镜和长焦透镜、模式片组、半透半反镜、缩束系统长焦透镜和缩束系统短焦透镜到达偏振体全息光栅阵列；微显示器接收半透半反镜的反射光产生的光路顺次穿过半透半反镜、缩束系统长焦透镜和缩束系统短焦透镜到达偏振体全息光栅阵列；该种近眼光场显示器可以重建出可连续变焦的光场场景，且系统串扰可以完美消除，同时具有高透明度、大视场角和器件小巧的优势。

技术领域

本发明涉及近目显示系统技术领域，具体的说是基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器。

背景技术

目前的近目显示方案大多是通过一些光学元件，如自由曲面，光学透镜，半透半反镜，光波导等可以，将放置在非明视距离内的显示系统的像源内容投射到瞳孔内。但目前的方案中仍然存在很多挑战，例如设备体积小型化，轻量化，系统低功耗，图像高分辨率，渲染实时性，以及最重要的视觉舒适度等问题。其中为了保障用户可以长时间的使用设备，一个良好的观看体验是必不可少的，然而遗憾的是目前还没有任何一种方案可以有效的同时解决以上所以问题。不过针对视觉舒适度里最重要的调节与辐辏角冲突问题，目前有很多有效的方案可以通过提供准确或者接近准确的深度线索来缓解，如基于麦克斯韦视图的显示方案；基于多平面的显示方案；基于全息的光场显示方案；基于双层液晶的光场显示方案；以及基于集成成像原理的光场显示方案等等。

其中全息方法被视为最佳3D重建方案。其主要原理是通过对原始光场的相位信息进行精确重建，可以在空间形成一个可连续变焦的重建光场。但是，由于显示原理的限制，具有分辨率损失严重，视场角小，光路复杂等问题，导致了该方案的成像质量不佳，严重影响立体显示技术的推广与应用。目前比较理想型的光学器件是偏振体全息光栅(PVG)，其制备流程可参考专利CN 109917547A。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器，可以重建出可连续变焦的光场场景，且系统串扰可以完美消除，同时具有高透明度、大视场角和器件小巧的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器，其特征是：包括光源模块、微显示模块和成像模块，所述的光源模块包括激光光源、扩束系统短焦透镜和扩束系统长焦透镜；所述的微显示模块包括微显示器、半透半反镜、缩束系统长焦透镜、缩束系统短焦透镜和模式片组；所述的成像模块包括偏振体全息光栅阵列；

所述的激光光源产生的激光光路顺次穿过扩束系统短焦透镜、扩束系统长焦透镜、模式片组、半透半反镜、缩束系统长焦透镜和缩束系统短焦透镜到达偏振体全息光栅阵列；

所述的微显示器接收半透半反镜的反射光产生的光路顺次穿过半透半反镜、缩束系统长焦透镜和缩束系统短焦透镜到达偏振体全息光栅阵列；

所述的微显示器和模式片组共同作用产生不同偏振方向的投射光；

所述的偏振体全息光栅阵列用于对入射方向相同，但偏振方向不同的入射光线进行特定角度方向上的反射；

所述的微显示器上的每个显示模块一一对应于偏振体全息光栅阵列上指定光栅上。

所述的激光光源采用窄波段的单色激光光源。

所述的偏振体全息光栅阵列采用偏振态敏感反射型光栅，所述的偏振体全息光栅阵列呈m×m网格阵列分布，所述的偏振体全息光栅阵列固定安装在透明玻璃一侧，观测位设置在透明玻璃的另一侧。

所述的模式片组由沿光轴方向上并列排布的n片电控偏振片组成，相邻两电控偏振片之间的偏振角度间隔为α，所述的偏振角度间隔电控偏振片的数量n＝m²。