[发明专利]一种基于电控偏振调制器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电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。该系统包括点光源扩束准直系统、光线偏折系统、空间光调制器、目镜、眼动追踪系统、控制器。点光源扩束准直系统发出的平行光经过光线偏折系统控制发生偏折后照射到空间光调制器上，空间光调制器加载计算全息图对入射光束衍射调制，调制后的图像光通过目镜会聚到人眼。采用眼动追踪装置追踪人眼瞳孔的位置，通过控制器计算观看焦点位置坐标，计算振幅、相位，编码后生成计算全息图加载到空间光调制器上，同时控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压改变入射到空间光调制器上的平行光的方向，使全息图衍射光精确地聚焦于人眼瞳孔所在的位置，进而实现二维眼瞳箱扩展效果。

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。

背景技术

在近眼显示技术中，传统方法一般利用双眼辐辏特性在左右眼加载不同图像，利用双目视差在人眼中形成带有三维立体感的图像，这类方法包括利用不同偏振态、开关切换或进行不同滤光在双眼上加载不同二维图像。但此类方法将产生双眼辐辏与单眼调焦不匹配从而在长久佩戴后容易引起使用者视觉疲劳、头晕等问题，也称辐辏调节冲突。

目前从根本上解决辐辏-调节冲突问题的方法为基于计算机科学和傅里叶光学的计算全息显示技术。全息显示技术可自然的模拟人眼所看到的真实物体的全部波前信息，从而代替传统投射二维图像，生成真正的三维立体图像。具体过程为利用光的干涉记录和衍射再现的原理。用同一束光分光后照射所需呈现的物体形成物光，另一束光为参考光与物光发生干涉，形成干涉图样，记录后通过参考光照射干涉图样，经过衍射后即可重现原物体的像，由于干涉图样记录了物体包括相位和振幅的全部波前信息，因此可生成真实的三维场景，从而解决传统双目视差方法带来的辐辏-调节冲突问题。

随着计算机科学的发展，全息图可由计算机计算后直接生成，无需照射实物生成物光后记录。为实现动态显示一般采用可变振幅或相位的空间光调制器加载计算机生成的全息图。参考光入射至空间光调制器，由空间光调制器进行相位、振幅或相位与振幅一起调制后衍射至目镜经过聚焦在人眼中呈现真实三维场景。然而，全息近眼显示系统由于空间调制器固有在技术上的局限，系统空间带宽积有限从而导致视场角和眼瞳箱大小的相互制约。

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，提供一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法，能够在保证原有视场角大小的情况下实现高精度快速切换出瞳位置的扩展眼瞳箱的全息近眼显示系统及实现方法，使光线发生二维偏折，进而实现二维眼瞳箱扩展的效果。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，包括点光源扩束准直系统、起偏器、光线偏折系统、分束器、空间光调制器、空间光调制器驱动器、目镜、眼动追踪系统、控制器；

点光源扩束准直系统用于产生宽光束的平行光；

起偏器用于将产生的平行光变为线偏平行光；

光线偏折系统由偏折器件和偏折器件驱动组成，偏折器件将平行光进行偏折，与偏折器件驱动相连接并由偏折器件驱动加载的电压控制偏折角度，该光线偏折系统与控制器相连；

分束器将光线偏折系统折射的线偏平行光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，对光线偏折系统折射的平行光进行衍射调制，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；

空间光调制器驱动器与控制器、空间光调制器分别连接，控制加载在空间光调制器上的计算全息图；

目镜将带有图像信息的衍射光线会聚到人眼；

眼动追踪系统与控制器相连接，用于获取人眼瞳孔位置信息并传入控制器；