[发明专利]三维动态显示的全息光波导装置和增强现实显示设备

权利要求书

1.一种三维动态显示的全息光波导装置，其特征在于，包括：光机系统、透镜系统、耦入复用体全息光栅、波导板和耦出复用体全息光栅；

所述光机系统，包括激光照明系统和微显示器，所述微显示器用来加载通过对三维场景进行波前编码后获得的三维计算全息图，根据所述三维计算全息图调制由所述激光照明系统照射至所述微显示器的光波，被调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进入所述透镜系统；

所述透镜系统，用于将经由所述微显示器加载的三维计算全息图调制后的携带有三维场景波前信息分布的光波进行滤波处理后射入所述耦入复用体全息光栅；

所述耦入复用体全息光栅，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波耦入所述波导板；

所述波导板，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波通过全反射的方式传输至所述耦出复用体全息光栅；

所述耦出复用体全息光栅，用于将所述携带有三维场景波前信息分布的光波耦出至人眼;

所述激光照明系统包括：激光器、衰减片、半波片、光纤耦合器、单模保偏光纤、光纤准直器、电控旋转台、聚焦透镜和偏振分光棱镜；

所述激光器，用于出射偏振光；

所述衰减片和所述半波片，沿所述偏振光的传播方向依次设置，用于将所述激光器出射的偏振光处理成线偏振光并调节激光输入能量；

所述光纤耦合器，用于将所述线偏振光耦入所述单模保偏光纤；

所述单模保偏光纤，通过光纤准直器固定在所述电控旋转台上，并使光纤出射端位于所述电控旋转台的旋转圆盘的中心延长线上，且所述光纤出射端所处的平面是所述聚焦透镜的焦平面；

所述偏振分光棱镜，用于将出射的倾斜平面光波反射入所述微显示器，并将经由所述微显示器加载的所述三维计算全息图调制过的并携带有三维场景波前信息分布的出射光波射入所述透镜系统；

通过调整所述旋转圆盘的旋转角度调整耦入所述单模保偏光纤的线偏振光的极向角，通过调整光纤出射端沿着所述旋转圆盘直径在竖直或水平方向上微移动的距离来调整所述线偏振光的方位角；

其中，所述微显示器按照预设时间间隔加载所述三维计算全息图，并根据所述三维计算全息图确定射入所述微显示器的光波的角度，以根据所述角度通过电控旋转台的伺服控制系统调整所述电控旋转台的旋转角度以及在所述旋转角度停留的时长，使所述微显示器射出的光波中携带有三维场景波前信息分布，且能实现动态显示。

2.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述耦入复用体全息光栅和所述耦出复用体全息光栅的周期相同且镜像对称。

3.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述透镜系统包括：第一透镜、光阑和第二透镜；

所述第一透镜，用于将所述微显示器射入的携带有三维场景波前信息分布的光波成像于第一平面；

所述光阑，设置在所述第一透镜的后焦平面处，所述光阑偏移成像中心，用于滤除掉除一级衍射光波之外的零级光斑以及其他衍射级次的光波；

所述第二透镜，用于将过滤后的光波进行会聚后入射到所述耦入复用体全息光栅。

4.根据权利要求3所述的全息光波导装置，其特征在于，所述第二透镜与所述第一平面的距离满足以下条件：

其中，z₁表示所述第二透镜与所述第一平面的距离，f₂表示所述第二透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的全息光波导装置，其特征在于，所述耦入复用体全息光栅和耦出复用体全息光栅包括角度复用体全息光栅。

6.根据权利要求5所述的全息光波导装置，其特征在于，所述角度复用体全息光栅在记录干涉条纹时，保持物光和参考光的位置固定，通过转动记录材料得到不同的角度通道，并在每个角度通道复用记录干涉条纹，其中，所述记录材料的初始位置是使体全息光栅的光轴位于所述物光和所述参考光的角平分线上。