[发明专利]一种具有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及集成成像三维显示领域，尤其涉及一种具有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统。

背景技术

21世纪以来，科学技术发展日新月异，智能化产品也逐渐进入人们的视野，传统功能单一的产品已经不能满足人们高质量生活的需求，高度自动化以及智能控制的产品相继进入市场。集成成像三维显示领域中，传统的集成成像系统是利用微透镜阵列来记录和再现物空间三维信息的一种真三维显示系统，可实现单目立体成像显示，但其存在体积大、重量大、结构复杂等缺点，难以实现一体化的单目立体三维显示；并且现有集成成像三维显示系统不能同时实现高透过率、大系统光瞳的视透型三维显示。更进一步的，目前的三维显示系统功能单一，缺乏人性化设计，无法实时显示人眼动态。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何提供一种性能优化的有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统，包括波导式集成成像三维显示系统和红外眼动追踪系统；

所述波导式集成成像三维显示系统包括微显示器，输入端衍射光学元件、波导、输出端衍射光学元件；

所述微显示器用于加载二维基元图像，所述二维基元图像通过输入端衍射光学元件进入波导中，在波导中经过全反射传播后，进入输出端衍射光学元件耦合输出后进入人眼，观察者可用单眼观察到三维立体图像；

其中，所述输入端衍射光学元件包括全息微透镜阵列与全息透镜；所述全息微透镜阵列起到产生视差图像的作用，所述全息透镜产生光焦度并校正除色差外的其他像差，起到耦合图像的作用以及提供目视成像功能；

所述输出端衍射光学元件包括全息透镜；

所述微显示器放置于波导输入端表面的全息微透镜阵列的焦距处；

所述输入端衍射光学元件位于波导的输入端表面；

所述输出端衍射光学元件位于波导的输出端的表面；

所述红外眼动追踪系统包括红外发光二级管以及微型红外相机；

所述红外发光二级管发出的光照射在人眼表面，散射后被微型红外相机接收；

所述微型红外相机接收散射后的光获得使用者的眼动图像。

优选地，所述输入端衍射光学元件中的全息微透镜阵列为反射型全息微透镜阵列或透射型全息微透镜阵列，全息透镜为反射型全息透镜或透射型全息透镜；

所述输出端衍射光学元件为反射型全息透镜或透射型全息透镜。

优选地，所述输入端衍射光学元件中，全息微透镜阵列和全息透镜分别设于波导的对立的两侧，或者所述全息微透镜阵列和所述全息透镜组合在一起，位于波导的同一侧；

二维基元图像经过微透镜阵列生成包含深度与视差信息的图像后，被全息透镜耦合后进入波导；在波导中经过全反射传播后，进入全息透镜耦合输出后进入人眼。

优选地，所述红外发光二极管置于波导一侧，所述微型红外相机置于波导上红外发光二极管的对侧，都朝向人眼方向放置。

优选地，所述红外发光二极管与所述微型红外相机波长相匹配，波长范围为近红外780nm-1000nm，优选波长为850nm、980nm。

优选地，所述波导为平板波导，所述波导厚度为2mm-10mm，材料为透明的光学玻璃或光学塑料。

优选地，所述输入端衍射光学元件、输出端衍射光学元件的厚度为3μm-30μm，材料为卤化银、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光致抗蚀剂、光导热塑或光折变晶体，光透过率大于50％。

优选地，所述微显示器的光源为中心波长532nm±20nm的绿光波段。

优选地，所述一种具有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统还包括动作识别系统，和动作反馈系统；

所述微型红外相机捕捉到人眼红外实时图像，并传输给动作识别系统；

所述动作识别系统判断是否满足动作判断条件，若是动作则将其传输给所述动作反馈系统，该系统判断出实时指令后进行处理，反馈给所述微显示器，控制微显示器上所加载的基元图像。

优选地，所述具有眼动追踪功能的波导式集成成像三维显示系统的系统光瞳直径大于8mm小于15mm。

(三)有益效果