[发明专利]一种基于出瞳扫描的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法

说明书

本发明公开了一种基于出瞳扫描的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。该全息显示设备包括准直光源系统、反射镜、反射镜旋转系统、分束器、空间光调制器、合光器、控制器等。点光源发出的光被透镜准直以后照射到反射镜上面，反射镜再将其反射到分束器上面，平行光被分束器反射照射到空间光调制器上，被加载到空间光调制器上的计算全息图调制并衍射，衍射的图像光通过透镜会聚到人眼。采用眼动追踪装置追踪人眼的位置，通过控制器计算反射镜转动角度、方向以及加载到空间光调制器的相应全息图，转动反射镜即可改变入射到空间光调制器上的平行光的方向，使全息图精确地会聚到人眼所在的位置，进而实现扩展眼瞳箱的效果。

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种提供扩展眼瞳箱的全息近眼显示系统及显示方法。

背景技术

传统的近眼显示技术一般利用双目视觉的原理分别给左右眼提供稍有不同的视差图像，从而让人眼感受到显示画面的立体信息。但是人眼按这种方式得到的立体信息和实际观看现实世界是有所区别的，这是因为人眼感知现实世界的深度信息时不仅利用了双目的辐辏功能，还利用了单目的调节功能，传统近眼显示技术的辐辏与调节功能无法协同工作，往往会带来辐辏—调节冲突。

全息显示技术是利用光的干涉和衍射原理，将由物体发出的特定波面以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原来物体立体像的显示方式。全息显示保留了物光波的全部振幅和位相信息，人们在观察全息三维图像时就会得到与观察原物时完全相同的视觉效果，从原理上克服了辐辏—调节冲突问题，是一种理想的显示技术。

将全息的方法应用到近眼显示中，一般采用空间光调制器和计算机生成的全息图来呈现一个三维的图像或者场景，照亮空间光调制器的光被计算全息图衍射以后传递到用户的眼睛，在人的眼前形成虚像，该虚像并不局限于固定的平面二维图像，而是具有完整深度信息的三维图像，这个功能可以让用户以符合人眼特性的方式去观看图像内容，而不会有传统双目立体视觉带来的辐辏—调节冲突。虽然全息近眼显示系统能够克服辐辏—调节冲突，但从原理上受系统的空间带宽积限制，一般在保证一定视场角的前提下出瞳尺寸较小。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于出瞳扫描的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法，采用眼动追踪装置追踪人眼的位置，通过控制器计算反射镜转动角度、方向以及加载到空间光调制器的相应全息图，转动反射镜即可改变入射到空间光调制器上的平行光的方向，使全息图精确地会聚到人眼所在的位置，进而实现扩展眼瞳箱的效果。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于出瞳扫描的全息近眼显示系统，包括准直光源系统、反射镜、分束器、空间光调制器、眼动追踪系统、反射镜旋转系统、空间光调制器驱动器以及控制器；还包括透镜或合光器，分别构成包含透镜的虚拟现实式全息近眼显示系统或包含合光器的增强现实式全息近眼显示系统。

优选地，基于出瞳扫描的全息近眼显示系统包括准直光源系统、反射镜、分束器、空间光调制器、透镜、眼动追踪系统、反射镜旋转系统、空间光调制器驱动器以及控制器，构成虚拟现实式全息近眼显示系统；其中：

准直光源系统用于产生宽光束的平行光；

反射镜将平行光进行反射，与反射镜旋转系统相连，由反射镜旋转系统的驱动器和旋转装置带动其旋转，该反射镜旋转系统与控制器连接；

分束器将反射镜反射的平行光反射照射到所述的空间光调制器上；空间光调制器加载对应瞳孔位置的计算全息图，对反射镜反射的平行光进行衍射调制，该衍射调制的平行光经过光学系统为人眼提供三维图像，空间光调制器通过空间光调制器驱动器与控制器相连接；

透镜将带有图像信息的衍射光线会聚进入人眼；

眼动追踪系统用于获取人眼瞳孔的位置信息，与控制器相连接；