[发明专利]基于光源阵列的大视场角高分辨全息近眼显示装置和显示方法

说明书

本发明提供了一种基于光源阵列的大视场角高分辨全息近眼显示装置和显示方法。本发明装置包括光源阵列、透镜、分束器、空间光调制器、中继光学系统、光源阵列控制器、空间光调制器驱动器以及总控制器。光源阵列中不同位置点光源发出的光线被透镜准直成不同角度的平行光照明空间光调制器，经空间光调制器上的计算全息图调制并衍射，衍射的图像光通过中继光学系统会聚到出瞳位置供人眼观看。本发明在保证出瞳大小一定的情况下通过时序依次点亮不同位置点光源来增加观看图像的可视角度范围以及图像分辨率，采用视场角分时扫描的方法同时实现大视场角和大出瞳的高分辨全息近眼显示。

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于光源阵列的大视场角高分辨全息近眼显示装置和显示方法。

背景技术

在传统的近眼显示技术当中，一般是利用双目视觉原理给人呈现具有立体信息的三维图像，但这种方式往往存在着辐辏-调节冲突问题，因为人的双目视差形成的深度感知和单目调节形成的深度感知具有差异，从而在长时间佩戴设备后会引起使用者眼镜疲劳、头晕、恶心等一系列不适感。

基于全息的显示技术可以从根本上解决辐辏-调节冲突问题。全息显示技术利用干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，再利用光的衍射原理在一定条件下将物光波还原，由于这种技术保留了物光波的全部振幅和位相信息，因此可生成真实的三维场景，是一种真实空间的三维显示技术，不存在传统双目视差方法带来的辐辏-调节冲突问题。

而全息近眼显示一般采用振幅或相位型的空间光调制器加载计算全息图来数字再现三维场景。参考光入射至空间光调制器，由空间光调制器进行相位、振幅或相位与振幅一起调制后衍射经光学系统聚焦在人眼，可以让用户以符合人眼特性的方式观察三维图像内容，不存在传统双目视差方法带来的辐辏-调节冲突问题。然而，对于基于全息原理的近眼显示系统，其图像显示效果仍然很大程度上受到空间光调制器特性的制约，其中最为突出的问题，就是空间光调制器的像素总数决定了显示系统的空间带宽积，限制了系统能呈现的数据总量，从而导致视场角和眼瞳箱相互制约。如果眼瞳箱太小，近眼显示设备晃动或眼睛转动，就无法观看到整幅显示画面或仅能观看到不完整的画面，极大降低用户体验。而视场角也是一个提升视觉体验的重要因素，它直接决定着能够看到的虚拟图像的画幅大小，视场角越大显示虚拟图像面积越大，越接近人眼自然观看场景，沉浸式体验的效果也就越好。而现有的全息近眼显示在眼瞳箱尺寸满足正常观看需求的情况下，视场角的范围非常小。即使实现大视场角，但图像分辨率不高，颗粒感较大。因此需要在保证眼瞳箱尺寸满足正常观看需求的情况下，实现大视场角高分辨的全息近眼显示。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的是克服已有技术存在的不足，提供一种基于光源阵列的大视场角高分辨全息近眼显示装置和显示方法，能够在保证出瞳大小一定的情况下实现视场角的扫描扩展。

为了达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光源阵列的大视场角高分辨全息近眼显示装置，包括光源阵列、透镜、分束器、空间光调制器及驱动系统、中继光学系统、光源阵列控制器、总控制器；构成虚拟现实式全息近眼显示装置；其中：

光源阵列用于提供照明光，与光源阵列控制器相连接；

透镜的前焦面设有光源阵列，用于产生不同角度的宽光束平行光；

分束器将透镜准直的平行光反射照射到空间光调制器的有效工作区域上；

空间光调制器及驱动系统通过驱动将相应视场角的计算全息图加载到空间光调制器上，对照射在上面的不同角度平行光进行衍射调制，其与总控制器相连接；

中继光学系统将空间光调制器成像到人眼瞳孔附近，保证空间光调制器和人眼瞳孔面基本成共轭关系；

光源阵列控制器控制光源阵列中每个点光源的开关及出光强度，其与总控制器相连接；