近眼全息显示系统及方法与流程

本发明涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种近眼全息显示系统及方法。

背景技术：

世界上第一台头戴显示设备由美国科学家Sutherland于20世纪60年代发明的，在之后很长一段时间内，头戴显示器主要是用于军事领域。随着电子科技技术、数字图像处理技术以及精密光学制造技术的发展，头戴显示技术逐渐由军事领域进入人们的日常生活。

近年来，美国著名互联网企业Google公司推出的Google Glass产品以及Facebook收购专注于虚拟现实领域的Oculus公司之举，使得头戴显示受到人们的密切关注。相比于智能手机、智能平板电脑、笔记本电脑和桌面式电脑，头戴显示器能够提供更大视角画面信息的展示，被认为继智能手机后的下一代移动智能终端。

然而，由于目前的光学显示技术的不成熟，目前的头戴显示设备体积一般比较笨重，并且长时间观看画面内容会造成人眼的不适与疲劳，这使得头戴显示器的显示效果以及便携性还远远无法达到人们的使用预期。目前市面上的立体头戴显示设备都是分别给左右眼提供左右视差图像，从而让人眼感知到显示画面的立体信息。但是这种显示方式人眼观看到的立体信息跟实际观看物理世界是有区别的，这是因为人眼感知真实世界的深度信息时不仅利用了双目的辐辏功能，还利用了单目的调节功能。而目前市面上的头戴显示器无法提供多种感知深度的线索，这就使得人眼观看立体头戴显示器画面时候辐辏与调节功能无法协同作用，长时间观看会造成眩晕、疲劳、恶心等不适的反应。

技术实现要素：

针对现有头戴显示器无法提供多种感知深度的线索，使得人眼观看立体头戴显示器画面时候辐辏与调节功能无法协同作用，造成眩晕、疲劳、恶心等不适反应的缺陷，本发明提出如下技术方案：

一种近眼全息显示系统，包括照明装置、全息图加载装置和近眼投射光学装置；

所述照明装置用于产生照明相干光；

所述全息图加载装置用于加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像；

所述近眼投射光学装置用于将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像。

可选地，所述系统还包括分光装置；

所述分光装置用于将所述三维立体虚拟图像和真实环境光进行混合叠加。

可选地，所述分光装置包括分光镜。

可选地，所述照明装置包括激光器或LED灯。

可选地，所述照明相关光包括平行光、会聚光或发散光。

可选地，所述全息图加载装置包括空间光调制器。

可选地，所述空间光调制器的使用方式包括透过式或反射式。

可选地，所述空间光调制器的调制方式包括振幅调制、相位调制或复振幅调制。

可选地，所述近眼投射光学装置的结构包括组合透镜方式、波导耦合方式、分光棱镜方式、自由曲面棱镜方式或离轴反射方式。

一种基于上述任一种所述系统的近眼全息显示方法，包括：

照明装置产生照明相干光；

全息图加载装置加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像；

近眼投射光学装置将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像。

本发明的近眼全息显示系统及方法，通过照明装置产生照明相干光，并通过全息图加载装置加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像，进而通过近眼投射光学装置将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像，可以实现利用光的干涉衍射原理重构物体发出的空间三维光波，能够真实地再现物体的实际光场，提供所有的人眼生理感知线索，极大程度地改进显示画面的效果，提升用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的近眼全息显示系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的近眼全息显示系统的原理示意图；

图3为本发明另一个实施例的近眼全息显示系统的原理示意图；

图4为本发明一个实施例的近眼全息显示方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

图1为本发明一个实施例的近眼全息显示系统的结构示意图；如图1所示，该系统包括照明装置10、全息图加载装置20和近眼投射光学装置30，其中：

所述照明装置10用于产生照明相干光；举例来说，所述照明装置10照明装置可以包括激光器或LED灯，所述照明相关光可以包括平行光、会聚光或发散光。

所述全息图加载装置20用于加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像；

举例来说，所述全息图加载装置可以包括空间光调制器。

作为本实施例的优选，所述空间光调制器的使用方式可以包括透过式或反射式；

在此基础上，所述空间光调制器的调制方式可以包括振幅调制、相位调制或复振幅调制。

所述近眼投射光学装置30用于将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像。

其中，作为本实施例的优选，所述近眼投射光学装置的结构可以包括组合透镜方式、波导耦合方式、分光棱镜方式、自由曲面棱镜方式或离轴反射方式。

本实施例的近眼全息显示系统，通过照明装置产生照明相干光，并通过全息图加载装置加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像，进而通过近眼投射光学装置将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像，可以实现利用光的干涉衍射原理重构物体发出的空间三维光波，能够真实地再现物体的实际光场，提供所有的人眼生理感知线索，极大程度地改进显示画面的效果，提升用户体验。

进一步地，作为上述系统实施例的优选，所述系统还可以包括分光装置(例如为分光镜)；

所述分光装置用于将所述三维立体虚拟图像和真实环境光进行混合叠加。

图2为本发明一个实施例的近眼全息显示系统的原理示意图；其中，所述近眼全息显示系统为遮挡式全息虚拟现实应用显示系统。如图2所示，该系统的工作原理包括：

照明装置发出的照明相干光1照射在加载全息图的衍射器件(全息图加载装置)2上；衍射器件2根据加载的全息图对照明相干光1进行调制；经过调制的衍射光波3在空间进行衍射，在一定距离内构建出具有深度信息的三维全息再现像4；由于全息再现像4具有深度信息，各个深度平面距离近眼投射光学结构5的距离是不同的，因此不同的深度平面会被投射结构5投射到空间离观察人眼6的不同深度的位置上，以使观察人眼6能够观看到被放大的同时具有深度层次的虚拟物体7。

在此基础上，图3示出了本发明另一个实施例的近眼全息显示系统的原理示意图；其中，所述另一个实施例的近眼全息显示系统为混合式全息增强现实应用显示系统。

可以理解的是，上述的遮挡式全息虚拟现实应用显示系统只能显示虚拟图像，外界光线完全被遮挡。而本实施例的混合式全息增强现实应用显示系统利用分光镜8将虚拟物体的光波9和真实环境光10进行混合叠加后被人眼6观察。这样，人眼既能看到虚拟物体的同时，也能看到真实世界。

图4为本发明一个实施例的近眼全息显示方法的流程示意图；如图4所示，该方法包括：

S1：照明装置产生照明相干光；

S2：全息图加载装置加载生成的全息图，并利用所述全息图对所述照明相关光进行调制，根据所述调制的光波进行衍射，以形成一衍射三维图像；

S3：近眼投射光学装置将所述衍射三维图像投射成三维立体虚拟图像。

本实施例为对应于上述系统实施例的近眼全息显示方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

需要说明的是，对于方法实施例而言，由于其与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明的近眼全息显示系统及方法，可以实现将全息显示技术用于头戴显示技术中，全息显示技术是利用光的干涉衍射原理重构物体发出的空间三维光波，能够真实地再现物体的实际光场，是真正三维显示技术，因此全息显示技术能够提供所有的人眼生理感知线索，三维显示应用领域具有很大的潜力，将能极大改进显示画面的效果，提升用户体验。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。