[发明专利]全息三维虚拟现实眼镜光学结构

说明书

本发明公开了一种全息三维虚拟现实眼镜光学结构，使全息图承载在空间光调制器上，读出光源经光束调整后成为平行光束再现出三维图像，读出的三维图像经过光学4f系统和有小孔的光阑，滤掉高阶像，只保留一个低阶最佳图像，经过有一个作为目镜的透镜后，进入人的一只眼睛。本发明采用两套光路，分别对应人的左眼和右眼，生成的2幅三维图像要按照人的观察习惯分别进入人的左眼和右眼，光路系统为了适合人佩戴在头部，将光束进行了必要的反射，集成为小体积易携带系统，形成全息真三维虚拟现实眼镜系统。本发明三维效果更真实，解决了交互距离与成像距离不协调问题，而且因为全息图视场角的存在，能允许不同个体瞳距的差异，避免产生晕眩感。

技术领域

本发明涉及一种显示器，特别是涉及一种全息三维显示器，还涉及可穿戴虚拟现实眼镜设备，应用于全息显示设备技术领域。

背景技术

全息眼镜是一种基于全息显示技术的头戴式显示器，需要用到全息光学元件HOE，其核心部件是光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)。

光调制器是一种可以对光波的空间分布进行调制的光学器件，其作用是把空间上的光波的振幅，相位，偏振态和波长进行改变。可以将计算机制作的计算全息图CGH通过透射或反射的方式衍射出全息三维的图像。

全息显示技术是一种终极的三维显示技术，区别于分光立体显示技术，体三维显示技术等立体显示技术。原理是通过光的干涉记录信息，再通过衍射将信息再现。现有的虚拟现实眼镜大多数运用的是双目视差的分光立体显示技术，缺点是立体感不够真实，交互距离与成像距离不一致，无法适配所有瞳距大小的佩戴者，而且长时间佩戴眼镜会产生晕眩感，传统成像原理的虚拟现实眼镜易于产生视觉疲劳。

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，提供一种全息三维虚拟现实眼镜光学结构，全息三维虚拟现实显示的立体效果更加真实，显示效果更加良好，交互距离与成像距离一致，适应所有瞳距大小的佩戴者，避免产生晕眩感，不易引起视觉疲劳，可以长时间佩戴使用。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种全息三维虚拟现实眼镜光学结构，主要包括安装在眼镜框架中的读出光源和两套光路系统，电源为读出光源和两套光路系统供电，其中第一套光路系统和第二套光路系统分别由一套使用傅立叶变换的4f系统滤波结构组成，使用傅立叶变换的4f系统滤波结构主要由光调制器和光学4f系统傅立叶透镜组组成，根据计算两套光路系统生成的全息图像的成像距离不同，在对应的光学4f系统傅立叶透镜组的前方的不同距离呈现三维立体的全息图像，从两套光路系统的不同的光学4f系统傅立叶透镜组发出的全息图像出射光线分别通过对应的目镜，向人的双眼发射对应的图像光束，两套光路系统分别对应人的左右眼独立形成相应的光学系统，在使用全息三维虚拟现实眼镜光学结构时，基于实物三维采集方法或计算机生成方法生成的三维模型通过全息成像方法计算出全息图像，再将全息图像分别承载在两套光路系统的光调制器上，来自读出光源的光线以平行光束式的入射光线分别入射到两套光路系统的光调制器上，通过光学衍射方法，分别将光调制器上的全息图像读出为对应的三维图像，读出的三维图像再分别经过光学4f系统傅立叶透镜组对在光学4f系统傅立叶透镜组中传播的三维图像光波进行消除图像背景杂光的处理，滤掉高阶图像，并保留低阶图像，然后经过对应的目镜后，使全息图像呈现在用于人的左右眼观察的不同的对应视窗的范围内，通过视窗分别进入人的左右眼睛，使人的双眼分别得到对应的图像。

作为本发明的第一种优选的技术方案，每套光路系统皆采用透射式的光调制器形成成像光路。

作为本发明的第二种优选的技术方案，每套光路系统皆采用反射式的光调制器形成成像光路，在两套光路系统之间设有分光结构，来自读出光源的光线经过分光结构转为两束入射光线，分别作为两套光路系统的光调制器配合使用的入射光源。