[发明专利]光波导指向背光全息显示模组

说明书

本发明公开一种光波导指向背光全息显示模组，由光波导指向背光组件、光调制器件、会聚器件、控制器件及其它组件组成，其中光波导指向背光组件包括光源结构、准直器件和光波导器件。其中，光源结构投射光经相关组件，可以沿不同指向向光调制器件投射背光，并经会聚器件会聚至对应视区；控制器件同步加载待显示场景的全息编码信息至光调制器件，实现向对应视区的全息三维场景呈现。其中光波导器件的引入实现了指向背光投射结构的薄化，不同背光对应视区对观察者眼睛的追踪覆盖为观察者眼睛提供合理的观察区域。本发明公开的光波导指向背光全息显示模组可以应用于便携式显示终端，比如手机、iPad、头戴式VR/AR等。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及一种光波导指向背光全息显示模组。

背景技术

相对于传统二维显示，具有深度信息呈现能力的三维显示，因为显示场景维度一致于人们生活的真实空间，而备受关注。但现有三维显示大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，通过向观察者两只眼睛分别投射各自对应的一幅视图，基于双目视差原理实现深度信息的呈现。在此过程中，观察者各眼睛需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应视图，而两只眼睛的视向交叉于出屏的显示场景以触发观察者的深度感，由此导致各眼睛聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦-会聚冲突问题。而在自然情况下，观察者观察真实的三维场景时，各眼睛聚焦深度和双目会聚深度一致于观察者关注的空间深度。由此，传统体视技术的聚焦-会聚冲突有悖于人体自然进化的生理习惯，会导致观察者视觉不适，是阻碍三维显示技术推广应用的瓶颈性问题。

全息显示可以同时复现包括振幅和相位信息，从技术原理来说，显示的场景自带自然聚焦和离焦模糊效应，是最理想的三维显示技术，广受关注。但受全息显示所需光源的限制，背光结构都比较臃肿，不利于全息显示结构的小型化和便携化；同时，现有光调制器件有限的空间分辨率，也导致所显示全息场景尺寸合理情况下有限的观察区域。这些问题，极大限制了全息显示技术的实用化。

中国专利申请名称为《一种紧凑型增强现实近眼显示装置》、专利公开号：CN110488490A、公开日：2019-11-22，中公开的几种紧凑型增强现实近眼显示装置，该显示装置包括：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透射；AR目镜：对所述3D光场进行成像。这几种装置可实现大视场的近眼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。但是该装置不涉及视区对观察者眼睛的追踪覆盖，无法实现具有合理观察区域尺寸的全息三维显示。

发明内容

本发明提出一种光波导指向背光全息显示模组，可以作为双目三维显示系统直接向观察者两只眼睛呈现可自然聚焦的三维场景，也可以作为一个目镜，向观察者的一个眼睛呈现可自然聚焦的三维场景，并采用两个该光波导指向背光全息显示模组构建双目全息显示系统。

该光波导指向背光全息显示模组由光波导指向背光组件、光调制器件、会聚器件、控制器件、眼睛追踪单元及其它组件组成。时序光源通过准直器件、光波导器件及其它组件，可以向光调制器件投射不同指向的背光；各指向背光经会聚器件，分别会聚于对应视区。在一个指向的背光入射时，控制器件同步加载待显示场景的全息编码信息至光调制器件，实现向视区处观察者眼睛的全息三维场景呈现。眼睛追踪单元实时确定的观察者眼睛位置，控制器件控制光波导指向背光组件投射覆盖观察者眼睛视区所对应背光，实现视区对观察者眼睛的追踪覆盖。

本发明提供如下方案：

光波导指向背光全息显示模组，包括：

光调制器件，该光调制器件包括由多个像素排列组成像素阵列，该光调制器件通过像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；