光场显示全息图像叠加光学系统的制作方法

本发明涉及光场镜片显示领域，特别涉及头盔显示系统中的光场镜片显示技术。

背景技术：

传统的头戴式显示系统无法做到显示图像与外界视场中的场景实时的叠加，本发明通过光场镜片提供一种可行的全息投影方式，并能够解决信号图像与外界视场的完美融合。

技术实现要素：

本发明主要是提供一种光场显示全息图像叠加光学系统，目的在于向观察者显示需要传输的图像信号的同时能够让观察者看到外界的真实场景，并且把信号图像与外界场景实时的融合显示给观察者。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

光场显示全息图像叠加光学系统，包括光场镜片，所述光场镜片具有一个射入信号的信号部位以及与观看视角直对的直线观察部位，所述射入信号在光场镜片内折射并与所述观察部位的影响叠加形成全息图像。

在一些实施例中，所述光场镜片内具有光栅。

在一些实施例中，所述光场镜片两侧分别具有表面镀膜，使得所述射入信号在所述光场镜片全反射的临界角减小。

在一些实施例中，所述光场镜片由导光材料制成，用来传输信号光场，同时对信号光场实现横向拉伸。

在一些实施例中，所述射入信号为向观察者展示的图片信号。

在一些实施例中，所述光场镜片内具有与光栅在同一平面的分光板，用来增加信号光场与光栅的作用次数从而提高第一光场镜片的输出均匀度。

使用本发明的有益效果是：

本发明包括光场镜片，所述光场镜片具有一个射入信号的信号部位以及与观看视角直对的直线观察部位，所述射入信号在光场镜片内折射并与所述观察部位的影响叠加形成全息图像。目的在于向观察者显示需要传输的图像信号的同时能够让观察者看到外界的真实场景，并且把信号图像与外界场景实时的融合显示给观察者。

附图说明

为了更好的说明本发明的实施案例与现有技术的实例，下面对实施案例或者现有技术的实例所需要的附图做简要介绍。显而易见的，附图中提及的一些附图仅仅是本发明的一些实施案例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以通过这些附图获得其他附图。

图1正视图视角信号放大的简单原理阐述。

图2正视图视角信号放大的另一简单原理阐述。

图3正视图视角传输信号与外视场信号的叠加。

图4正视图视角镀膜光场镜片对信号光的反射系数与入射角度的关系。

图5正试图视角外界视场信号到达观察者的原理。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明是一种低能耗高均匀度光场显示技术

在图1中，信号发生装置1发射出图片光场信号，如图1-5所示，，信号光场6中的某一单一的信号2在经过表面光学元件5的作用后被放大为信号光场6，信号光场6在第一光场镜片3中传播，第一光场镜片113包含基质4和相互平行的边界8、9，光学边界8、9满足信号光场6在基质4和边界8，9形成的光学腔中发生震荡并向前传播的要求。

这样信号光场6就能够在基质4中多次传播，并与示意光栅7发生多次作用，示意光栅7为一个低效率光栅，每次只对达到其表面的信号光场6进行部分衍射作用，因此会有如图所示的多次作用发生，而示意光栅7的另一个作用就是将信号光场6对边界9的入射角度改变从而能够使信号光场6离开第一光场镜片11，如图中10a-10f所示。

这样，单一的信号光场62在经过表面光学元件5和示意光栅7与第一光场镜片11作用后就变成了一个被放大的的信号光场10(a-f)，如图中所示，信号光场6从图标2到图标10只在横向被放大。

当信号光场6从图中10传播进入第二光场镜片11，我们会看到光场会再次与第二第二光栅12发生作用，第二光场镜片11同样能使信号光场6在其内部发生震荡并向前传播，第二第二光栅12也是低效率光栅，这样就能再次形成信号光场10与第二光栅12之间的多次作用，而形成13a-13d多重出射信号，这样就可以在纵向实现对信号光场6的拉伸。

通过以上的简单描述，我们就能通过系统对单一信号光场62进行放大处理，最终由第二光场镜片11中的第三光栅14作用离开第二光场镜片11形成向观察者传输的信号图像而被获取。

如图2所示，简单描述实现观察者同时看到传输的信号图像和外部视场的原理。

观察者35透过第二光场镜片11来观察，图中有两个不同的信号10，31，信号10是通过光场镜片11传输而来的信号，信号31是由外界视场而来的信号，为了能够使两者同时到达观察者35，我们需要保证信号31能够透过光场镜片11，图中的镀膜层29的作用能够增加外部信号光31到达光场镜片11后的透过率，使信号31不被反射回去，这样就会很顺利的进入光场镜片11，与信号10一起经过第二光栅14到达观察者35.

为提高光场镜片11的传输效率，减小它的全反射临界角，我们在光场镜片11的表面镀膜28，29，而在镀膜之后，发生全反射的临界角被减小，即在入射角度大于某一角度(临界角)时光场镜片11内的信号光完全被反射，同时还使得在小于这一角度时光场镜片11对光线的反射率下降到了0或者近似为0，这就使外部信号光也能顺利的透过光场镜片11到达观察者35.

光线在临界面发生反射是由于临界面两测的介质有不同的折射率，而使得临界面对不同角度的光信号有不同的反射系数，如图3描述了这一反射系数与入射角度的关系。

当光场镜片11表面没有镀膜时，反射系数随着入射角度从零度变大而呈现先变小再变大的趋势，而且在30度时达到最小，如图中非镀膜曲线所示。而在有了镀膜层之后，我们发现，临界角从30度减小到25度，同时在入射角小于25度时反射系数为0或者基本为0，而入射角大于25度时反射系数为100，则角度小于临界角入射的信号光可以完全不受影响的穿透临界面，而大于临界角的入射光线则被全反射，同时表面镀膜29能够使外部场景的信号光线31以很大的百分比进入光场镜片11，那么在小于临界角的角度范围内的信号光线就能够透过光场镜片11的另一面到达观察者。

如图4，在a，b包含的范围内为小于光场镜片11的临界角的角度范围，对于观察者35此时的视场角，有外部信号60和传输信号61向着观察者传播，外部信号60经过表面镀膜层29的作用，进入光场镜片11内部，到达第二光栅14后分成传输角度仍在a，b范围内的62和传输角度不在a，b范围内的52，而在镀膜层28的作用下，62能离开光场镜片11到达观察者35，52被反射回光场镜片11再次与第二光栅14发生作用。同样，信号61也在第二光栅14处分成两部分光线63，光线51，只有光线63在a，b范围内能够离开光场镜片11达到观察者35，光线51被反射回去再次与第二光栅14发生作用。

通过这种方式，实现了外部信号60和传输信号61同时能够被观察者接收到，完成内外场景全息图像的实时叠加。

在一些实施例中，光场镜片11内具有与示意光栅7在同一平面的分光板，用来增加信号光场6与示意光栅7的作用次数从而提高第一光场镜片11的输出均匀度。