基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，將微顯示器(1)放置于波導(dǎo)(3)輸入端表面的全息微透鏡陣列的焦距處，二維基元圖像經(jīng)過(guò)全息微透鏡陣列后成像，得到包含深度與視差信息的圖像，所得圖像被波導(dǎo)(3)輸入端表面的全息透鏡耦合進(jìn)入透明的波導(dǎo)(3)中，經(jīng)過(guò)全反射傳播后，又被設(shè)于波導(dǎo)(3)輸出端表面的全息透鏡耦合輸出，為人眼所觀察。本發(fā)明通過(guò)引入衍射光學(xué)元件克服技術(shù)背景中所述的體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一體化的單目立體三維顯示；同時(shí)引入波導(dǎo)(3)這一光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)離軸、高透過(guò)率、大系統(tǒng)光瞳的視透型單目立體三維顯示。可廣泛應(yīng)用于集成成像三維顯示系統(tǒng)當(dāng)中。
【專利說(shuō)明】基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成成像三維顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集 成成像三維顯示系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 集成成像系統(tǒng)是利用微透鏡陣列來(lái)記錄和再現(xiàn)物空間三維信息的一種真三維顯 示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單目立體成像顯示。但是現(xiàn)有集成成像系統(tǒng)存在體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 很難實(shí)現(xiàn)一體化的缺點(diǎn)；同時(shí)，現(xiàn)有集成成像系統(tǒng)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高透過(guò)率、大系統(tǒng)光瞳的視 透型三維顯示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是如何提供一種高透過(guò)率、大系統(tǒng)光瞳的視透型集成 成像三維顯示系統(tǒng)，同時(shí)避免傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)一體化 的缺點(diǎn)。
[0005] (二）技術(shù)方案
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像 三維顯不系統(tǒng)，其特征在于，包括微顯不器，輸入端衍射光學(xué)兀件、波導(dǎo)、輸出端衍射光學(xué)兀 件；
[0007] 所述微顯示器用于加載二維基元圖像，所述二維基元圖像通過(guò)輸入端衍射光學(xué)元 件進(jìn)入波導(dǎo)中；在波導(dǎo)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入輸出端衍射光學(xué)元件耦合輸出后進(jìn)入人 眼，觀察者可用單眼觀察到三維立體圖像；
[0008] 其中，所述輸入端衍射光學(xué)元件包括全息微透鏡陣列與全息透鏡；所述全息微透 鏡陣列起到產(chǎn)生視差圖像的作用，所述全息透鏡產(chǎn)生光焦度并校正除色差外的其他像差， 起到耦合圖像的作用以及提供目視成像功能；
[0009] 所述輸出端衍射光學(xué)元件包括全息透鏡；
[0010] 所述微顯示器放置于波導(dǎo)輸入端表面的全息微透鏡陣列的焦距處；
[0011] 所述輸入端衍射光學(xué)兀件位于波導(dǎo)的輸入端表面；
[0012] 所述輸出端衍射光學(xué)兀件位于波導(dǎo)的輸出端的表面。
[0013] 優(yōu)選地，所述輸入端衍射光學(xué)元件中的全息微透鏡陣列為反射型全息微透鏡陣列 或透射型全息微透鏡陣列，全息透鏡為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡；
[0014] 所述輸出端衍射光學(xué)元件為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡。
[0015] 優(yōu)選地，所述輸入端衍射光學(xué)元件中，全息微透鏡陣列和全息透鏡分別設(shè)于波導(dǎo) 的輸入端的上表面或下表面；
[0016] 所述輸出端衍射光學(xué)元件中，全息透鏡位于波導(dǎo)的輸出端的上表面或下表面；
[0017] 二維基元圖像經(jīng)過(guò)微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦 合后進(jìn)入波導(dǎo)；在波導(dǎo)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入全息透鏡耦合輸出后進(jìn)入人眼。
[0018] 優(yōu)選地，所述輸入端衍射光學(xué)元件中，全息微透鏡陣列和全息透鏡組合在一起，位 于波導(dǎo)的輸入端的上表面或下表面；
[0019] 所述輸出端衍射光學(xué)元件中，全息透鏡位于波導(dǎo)的輸出端的上表面或下表面；
[0020] 二維基元圖像經(jīng)過(guò)微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦 合后進(jìn)入波導(dǎo)；在波導(dǎo)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入全息透鏡耦合輸出后進(jìn)入人眼。
[0021] 優(yōu)選地，所述波導(dǎo)為平板波導(dǎo)。
[0022] 優(yōu)選地，所述波導(dǎo)厚度為Imm-lOmm，材料為透明的光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
[0023] 優(yōu)選地，所述輸入端衍射光學(xué)兀件、輸出端衍射光學(xué)兀件的厚度為1 μ m-100 μ m， 材料為齒化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折變晶體，光透過(guò)率 大于50%。
[0024] 本發(fā)明的基于衍射光學(xué)兀件的波導(dǎo)式集成成像三維顯不系統(tǒng)的光瞳直徑大于 8mm η
[0025] (三）有益效果
[0026] 本發(fā)明的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，通過(guò)引入衍射光學(xué) 元件克服技術(shù)背景中所述的體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一體化的單目立體三維 顯示；同時(shí)引入波導(dǎo)這一光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)離軸、高透過(guò)率、大系統(tǒng)光瞳的視透型單目立體三 維顯示。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028] 圖1 :本發(fā)明提供的一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)原理示意圖：
[0029] 圖2 :實(shí)施例1提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3 :實(shí)施例2提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4 :實(shí)施例3提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5 :實(shí)施例4提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖6 :實(shí)施例5提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖7 :實(shí)施例6提供的方案對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 附圖標(biāo)記：1、微顯不器；2、輸入端衍射光學(xué)兀件；3、波導(dǎo)；4、輸出端衍射光學(xué)兀 件；5、系統(tǒng)光瞳。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于 說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系 統(tǒng)，其特征在于，包括微顯不器1，輸入端衍射光學(xué)兀件2、平板波導(dǎo)、輸出端衍射光學(xué)兀件 4 ；
[0038] 其中，所述輸入端衍射光學(xué)元件2包括全息微透鏡陣列與全息透鏡；所述全息微 透鏡陣列起到產(chǎn)生視差圖像的作用，所述全息透鏡產(chǎn)生光焦度并校正除色差外的其他像 差，起到耦合圖像的作用以及提供目視成像功能；
[0039] 所述輸出端衍射光學(xué)元件4包括全息透鏡；
[0040] 所述微顯示器1放置于平板波導(dǎo)輸入端表面的全息微透鏡陣列的焦距處。
[0041] 所述平板波導(dǎo)厚度為Imm-lOmm，材料為透明的光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
[0042] 所述輸入端衍射光學(xué)兀件2、輸出端衍射光學(xué)兀件4的厚度為1 μ m-100 μ m，材料 為鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折變晶體，光透過(guò)率大于 50%。
[0043] 實(shí)施1中，如圖2所示，所述微顯示器1用于加載二維基元圖像，所述二維基元圖 像經(jīng)過(guò)設(shè)于平板波導(dǎo)輸入端下表面的透射型全息微透鏡陣列后成像，得到的包含深度與視 差信息的圖像，被設(shè)于平板波導(dǎo)輸入端上表面的反射型全息透鏡耦合進(jìn)入透明的平板波導(dǎo) 中；經(jīng)過(guò)全反射傳播后，又被設(shè)于平板波導(dǎo)輸出端上表面的反射型全息透鏡耦合輸出，為人 眼所觀察。
[0044] 實(shí)施2中，如圖3所示，所述微顯示器1用于加載二維基元圖像，所述二維基元圖 像經(jīng)過(guò)設(shè)于平板波導(dǎo)輸入端下表面的透射型全息微透鏡陣列后成像，得到的包含深度與視 差信息的圖像，被設(shè)于平板波導(dǎo)輸入端上表面的反射型全息透鏡耦合進(jìn)入透明的平板波導(dǎo) 中；經(jīng)過(guò)全反射傳播后，又被設(shè)于平板波導(dǎo)輸出端下表面的透射型全息透鏡耦合輸出，為人 眼所觀察。
[0045] 實(shí)施例3中，如圖4所示，所述輸入端衍射光學(xué)元件2為透射型全息微透鏡陣列與 透射型全息透鏡組合，位于平板波導(dǎo)輸入端的下表面，所述輸出端衍射光學(xué)元件4為反射 型全息透鏡，位于平板波導(dǎo)輸出端的上表面。所述透射型全息微透鏡陣列與透射型全息透 鏡組合兼具上述全息微透鏡陣列和全息透鏡的功能。
[0046] 實(shí)施例4中，如圖5所示，所述輸入端衍射光學(xué)元件2為透射型全息微透鏡陣列與 透射型全息透鏡組合，位于平板波導(dǎo)輸入端的下表面，所述輸出端衍射光學(xué)元件4為透射 型全息透鏡，位于平板波導(dǎo)輸出端的下表面。所述透射型全息微透鏡陣列與透射型全息透 鏡組合兼具上述全息微透鏡陣列和全息透鏡的功能。
[0047] 實(shí)施例5中，如圖6所示，所述輸入端衍射光學(xué)元件2為反射型全息微透鏡陣列與 反射型全息透鏡組合，位于平板波導(dǎo)輸入端的上表面，所述輸出端衍射光學(xué)元件4為反射 型全息透鏡，位于平板波導(dǎo)輸出端的上表面。所述反射型全息微透鏡陣列與反射型全息透 鏡組合兼具上述全息微透鏡陣列和全息透鏡的功能。
[0048] 實(shí)施例6中，如圖7所示，所述輸入端衍射光學(xué)元件2為反射型全息微透鏡陣列與 反射型全息透鏡組合，位于平板波導(dǎo)輸入端的上表面，所述輸出端衍射光學(xué)元件4為透射 型全息透鏡，位于平板波導(dǎo)輸出端的下表面。所述反射型全息微透鏡陣列與反射型全息透 鏡組合兼具上述全息微透鏡陣列和全息透鏡的功能。
[0049] 實(shí)施例3至實(shí)施例7中的工作原理同實(shí)施例1和實(shí)施例2中是一樣的，因此不再 --贅述。
[0050] 上述實(shí)施例的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，具有高透過(guò) 率，相對(duì)較大的系統(tǒng)光瞳5,以及單目立體三維顯示的效果。
[0051] 上述實(shí)施例中，全息透鏡、全息微透鏡陣列采用反射型還是透射型并非固定，而要 結(jié)合人眼和微顯示器1所在的方位對(duì)應(yīng)于平板波導(dǎo)的位置來(lái)確定。
[0052] 以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括微顯示 器（1)，輸入端衍射光學(xué)兀件（2)、波導(dǎo)（3)、輸出端衍射光學(xué)兀件（4); 所述微顯示器（1)用于加載二維基元圖像，所述二維基元圖像通過(guò)輸入端衍射光學(xué)元 件（2)進(jìn)入波導(dǎo)（3)中；在波導(dǎo)（3)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入輸出端衍射光學(xué)元件（4)耦 合輸出后進(jìn)入人眼； 其中，所述輸入端衍射光學(xué)元件（2)包括全息微透鏡陣列與全息透鏡；所述全息微透 鏡陣列起到產(chǎn)生視差圖像的作用，所述全息透鏡產(chǎn)生光焦度并校正除色差外的其他像差， 起到耦合圖像的作用以及提供目視成像功能； 所述輸出端衍射光學(xué)元件（4)包括全息透鏡； 所述微顯示器（1)放置于波導(dǎo)（3)輸入端表面的全息微透鏡陣列的焦距處； 所述輸入端衍射光學(xué)兀件（2)位于波導(dǎo)（3)的輸入端表面； 所述輸出端衍射光學(xué)兀件（4)位于波導(dǎo)（3)的輸出端表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，其特征 在于，所述輸入端衍射光學(xué)元件（2)中的全息微透鏡陣列為反射型全息微透鏡陣列或透射 型全息微透鏡陣列，全息透鏡為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡； 所述輸出端衍射光學(xué)元件為反射型全息透鏡或透射型全息透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，其特征 在于，所述輸入端衍射光學(xué)元件（2)中，全息微透鏡陣列和全息透鏡分別設(shè)于波導(dǎo)（3)的輸 入端的上表面或下表面； 所述輸出端衍射光學(xué)元件（4)中，全息透鏡位于波導(dǎo)（3)的輸出端的上表面或下表 面； 二維基元圖像經(jīng)過(guò)微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦合后 進(jìn)入波導(dǎo)（3);在波導(dǎo)（3)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入全息透鏡耦合輸出后進(jìn)入人眼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，其特征 在于，所述輸入端衍射光學(xué)元件（2)中，全息微透鏡陣列和全息透鏡組合在一起，位于波導(dǎo) (3)的輸入端的上表面或下表面； 所述輸出端衍射光學(xué)元件（4)中，全息透鏡位于波導(dǎo)（3)的輸出端的上表面或下表 面； 二維基元圖像經(jīng)過(guò)微透鏡陣列生成包含深度與視差信息的圖像后，被全息透鏡耦合后 進(jìn)入波導(dǎo)（3);在波導(dǎo)（3)中經(jīng)過(guò)全反射傳播后，進(jìn)入全息透鏡耦合輸出后進(jìn)入人眼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯 示系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)（3)為平板波導(dǎo)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維顯 示系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)（3)厚度為Imm-lOmm，材料為透明的光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于衍射光學(xué)元件的波導(dǎo)式集成成像三維 顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入端衍射光學(xué)元件（2)、輸出端衍射光學(xué)元件（4)的厚度為 1 μ m-100 μ m，材料為鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折變 晶體，光透過(guò)率大于50%。
【文檔編號(hào)】G02B27/22GK104090372SQ201410330611
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】劉娟, 韓劍, 王涌天 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)