[发明专利]一种紧凑型增强现实近眼显示装置

说明书

本发明提供了几种紧凑型增强现实近眼显示装置，一种显示装置包括：光源：用于提供照明光；空间光调制器：用于载入计算全息图，对所述照明光进行调制，产生调制光场；波导：用于对所述照明光进行耦入、传输和耦出；包括将所述照明光耦出为平面波用于照明所述空间光调制器，以及对所述调制光场进行选择性的透射，允许衍射的3D光场透射，阻止非衍射的反射光(也就是零级光)透射；AR目镜：对所述3D光场进行成像。本发明的几种装置结构简单，轻便紧凑，可实现大视场的无零级光干扰的近眼AR全息三维显示或基于双目视差的增强现实三维显示或二维显示。

技术领域

本发明属于增强现实的显示技术领域，具体涉及一种紧凑型增强现实近眼显示装置。

背景技术

随着科技的不断发展，近眼增强现实(Augmented Reality,AR)显示逐渐变成一个重要的研究领域和应用领域，通过增强现实技术将虚拟信息与真实世界巧妙的融合，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。

实现近眼AR显示的方式有多种，一种为通过使用微显示器和复杂的目镜系统实现近眼AR显示，这种方式实现的三维显示为双目视差三维显示，存在辐辏冲突，佩戴此种AR显示设备会引起眼睛疲劳和眩晕，影响使用者的体验；另外一种是采用光波导和耦合光栅技术实现近眼AR显示，这种方式相比于复杂的目镜系统而言，体积和重量大大减少，是目前一个重要发的发展方向之一。目前绝大多数基于光波导的近眼AR三维显示也是双目视差三维显示，仍然存在辐辏冲突问题，一样不利于传播及使用。

计算机与全息相结合，形成计算全息。计算全息，相比于传统的光学全息，具有很大的灵活性，其优点有：

(1)可实现实际三维物体或虚拟三维物体的全息记录和三维显示；

(2)计算的全息图为数字数据，方便存储、传输并可重复使用；

(3)可实现动态全息三维显示和彩色全息三维显示。

在动态全息的三维显示中，使用空间光调制器实现全息图的显示，零级光是一种直射到空间光调制器上但没有被载入空间光调制器的全息图调制而直接反射出来的光，这种光主要是由于照明到空间光调制器的照明光的偏振态与空间光调制器所需要的偏振态不一致，以及像素结构填充率不足，像素之间存在一定的间隙引起的，是不可消除的一种现象。现有技术中采用离轴全息的方式实现的振幅型全息图，再现像为包含零级光、正负一级光以及由空间光调制器的像素结构引起的高级像。去除零级光的影响一般是利用4f光学系统进行滤波，之后使用半透半反镜将滤波后的光场导入人眼进行观看。虽然上述离轴全息显示的方法解决了零级光和高级像干扰的问题，但由于4f光学系统的存在，使得整个全息三维显示系统变的复杂和庞大，太过复杂同样不利于近眼AR显示的实现。另外，高级像本身的强度很多，在一定情况下，不会对显示产生较大的影响，可忽略，而零级光是一个较强的光，直接进入人眼可能会损害视力。

因此现有的显示技术仍需进一步研究改进。

另外，在基于双目视差的增强现实3D显示技术中，OLED是自发光元件，能够用于增强现实智能眼镜，但目前的技术条件下分辨率和发光亮度，散热问题是OLED用于增强现实智能眼镜的限制因素。MicroLED能够实现更小的像素和更高分辨率，目前量产的成品率低，价格昂贵是制约其在曾倩增强现实智能眼镜应用的重要因素。

反射式空间光调制器，如LCOS，具有分辨率高，结构紧促，工艺成熟等优点，能够实现高亮度的增强现实显示，是一个重要的显示器件。

LCOS为反射式空间光调制器，在实现增强现实显示时，需要将光源发出的光准直后通过分光棱镜反射进入LCOS，分光棱镜和准直透镜的使用增大了体积和重量，对增强现实智能眼镜的显示不利，是一个需要解决的重要问题。

发明内容