[发明专利]基于点光源的紧凑型穿透式全息近眼三维显示系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于点光源的紧凑型穿透式全息近眼三维显示系统及方法，包括：控制模块(101)、点光源(102)、偏振片(103)、非偏振分光镜104、透镜组105、偏振分光镜(106)、空间光调制器(107)、四分之一波片(108)以及反射镜(109)；本发明通过全息算法将三维图像的强度信息和深度信息计算到普通的二维全息图中，并加载到液晶空间光调制器上，利用空间光调制器的相位调制能力，能够投射出具备真实景深信息的三维图像，从而消除人眼的视觉疲劳；并通过反射镜折转光路来简化4F系统，实现紧凑型穿透式的近眼三维显示系统。

技术领域

本发明涉及全息近眼三维显示技术领域，具体地，涉及一种基于点光源的紧凑型穿透式全息近眼三维显示系统及方法。

背景技术

目前，近眼AR显示技术主要采用OLED和LCos等屏幕，所提供的像源为二维图像，三维图像显示效果需通过双目视差技术来实现，不可避免的造成双目辐辏调节与视觉屈光调节不匹配，从而产生视觉疲劳。

全息三维显示技术作为一种真三维显示技术，能够完整地记录和重建三维物体的光场，提供人眼视觉系统所需的全部信息。

在利用空间光调制器实现全息近眼三维显示的系统中，为了滤除多级衍射像以及零级像对成像的干扰，以及获得更好的眼动范围，往往需要用到4F成像系统，从而导致全息近眼显示系统的体积较大，不利于实现头戴式的显示系统。

专利文献CN111025517A公开了一种粒子场全息4F成像系统及方法，特别涉及一种基于滤波的粒子场全息4F成像系统及方法，解决了采用现有基于滤波的4F成像装置测量时，高精度调节困难、成像质量低、记录图像噪声大、成像背景噪声大、试验成本高以及将前、后镜头组和滤波装置做成一个整体时，在不同应用场景中无法更换滤波装置的问题。该4F成像系统的特殊之处在于：包括沿光路依次设置的脉冲激光器、扩束准直镜、4F成像装置及记录介质；4F成像装置包括前镜头组、真空组件及后镜头组；真空组件包括真空组件套筒、滤波装置、第一真空阀、第二真空阀、前真空密封窗口及后真空密封窗口；滤波装置与真空组件套筒可拆卸密封连接；滤波器玻璃为高通滤波器玻璃。该专利在结构和技术性能上仍然有待提高的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于点光源的紧凑型穿透式全息近眼三维显示系统及方法。

根据本发明提供的一种基于点光源的紧凑型穿透式全息近眼三维显示系统，包括：控制模块101、点光源102、偏振片103、非偏振分光镜104、透镜组105、偏振分光镜106、空间光调制器SLM 107、四分之一波片QWP108以及反射镜109；所述控制模块101将需要显示的三维图像信息经全息算法计算成二维全息图；根据二维全息图信息，将二维全息图输出加载到空间光调制器107上进行显示，并同步控制点光源102发光；所述点光源102出射的发散光透过偏振片103后，由非偏振分光镜104反射向下传播，经透镜组105后准直为平行光，透过偏振分光镜106后入射到空间光调制器107上；将光束经空间光调制器107调制后，反射衍射出的三维成像光束经过由偏振分光镜106、透镜组105、四分之一波片108和反射镜109构成的紧凑型4F系统后，进入人眼，从而使人眼观察到虚拟的三维图像信息；同时外部环境的光束能够透过偏振分光镜106进入人眼；所述控制模块101主要完成图像信息的全息图计算、加载以及空间光调制和光源的同步控制工作。如图2所示，控制模块主要包括主控制单元、控制程序界面、外部通信接口、全息图计算单元、存储单元、SLM驱动单元和光源驱动单元。主控制单元完成整个系统的控制工作；控制程序界面主要提供人机接口界面；外部通信接口主要包括视频、数据等有线接口，或无线、蓝牙、红外等无线接口接收外部数据；全息图计算单元将对应的三维图像信息或者数据通过全息图算法生成全息图，并通过主控制单元输出到空间光调制器驱动单元上，从而驱动空间光调制对入射到其上的光束进行调制从而输出对应的三维图像信息；主控制单元还可以通过内部或者外部的存储单元事先存储的全息图输出显示到空间光调制器上；主控制单元可以实现对空间光调制器和光源的同步驱动。