本發(fā)明涉及光學(xué)顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種近眼全息顯示系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

世界上第一臺(tái)頭戴顯示設(shè)備由美國科學(xué)家Sutherland于20世紀(jì)60年代發(fā)明的，在之后很長一段時(shí)間內(nèi)，頭戴顯示器主要是用于軍事領(lǐng)域。隨著電子科技技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)以及精密光學(xué)制造技術(shù)的發(fā)展，頭戴顯示技術(shù)逐漸由軍事領(lǐng)域進(jìn)入人們的日常生活。

近年來，美國著名互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)Google公司推出的Google Glass產(chǎn)品以及Facebook收購專注于虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的Oculus公司之舉，使得頭戴顯示受到人們的密切關(guān)注。相比于智能手機(jī)、智能平板電腦、筆記本電腦和桌面式電腦，頭戴顯示器能夠提供更大視角畫面信息的展示，被認(rèn)為繼智能手機(jī)后的下一代移動(dòng)智能終端。

然而，由于目前的光學(xué)顯示技術(shù)的不成熟，目前的頭戴顯示設(shè)備體積一般比較笨重，并且長時(shí)間觀看畫面內(nèi)容會(huì)造成人眼的不適與疲勞，這使得頭戴顯示器的顯示效果以及便攜性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到人們的使用預(yù)期。目前市面上的立體頭戴顯示設(shè)備都是分別給左右眼提供左右視差圖像，從而讓人眼感知到顯示畫面的立體信息。但是這種顯示方式人眼觀看到的立體信息跟實(shí)際觀看物理世界是有區(qū)別的，這是因?yàn)槿搜鄹兄鎸?shí)世界的深度信息時(shí)不僅利用了雙目的輻輳功能，還利用了單目的調(diào)節(jié)功能。而目前市面上的頭戴顯示器無法提供多種感知深度的線索，這就使得人眼觀看立體頭戴顯示器畫面時(shí)候輻輳與調(diào)節(jié)功能無法協(xié)同作用，長時(shí)間觀看會(huì)造成眩暈、疲勞、惡心等不適的反應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有頭戴顯示器無法提供多種感知深度的線索，使得人眼觀看立體頭戴顯示器畫面時(shí)候輻輳與調(diào)節(jié)功能無法協(xié)同作用，造成眩暈、疲勞、惡心等不適反應(yīng)的缺陷，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種近眼全息顯示系統(tǒng)，包括照明裝置、全息圖加載裝置和近眼投射光學(xué)裝置；

所述照明裝置用于產(chǎn)生照明相干光；

所述全息圖加載裝置用于加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像；

所述近眼投射光學(xué)裝置用于將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

可選地，所述系統(tǒng)還包括分光裝置；

所述分光裝置用于將所述三維立體虛擬圖像和真實(shí)環(huán)境光進(jìn)行混合疊加。

可選地，所述分光裝置包括分光鏡。

可選地，所述照明裝置包括激光器或LED燈。

可選地，所述照明相關(guān)光包括平行光、會(huì)聚光或發(fā)散光。

可選地，所述全息圖加載裝置包括空間光調(diào)制器。

可選地，所述空間光調(diào)制器的使用方式包括透過式或反射式。

可選地，所述空間光調(diào)制器的調(diào)制方式包括振幅調(diào)制、相位調(diào)制或復(fù)振幅調(diào)制。

可選地，所述近眼投射光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)包括組合透鏡方式、波導(dǎo)耦合方式、分光棱鏡方式、自由曲面棱鏡方式或離軸反射方式。

一種基于上述任一種所述系統(tǒng)的近眼全息顯示方法，包括：

照明裝置產(chǎn)生照明相干光；

全息圖加載裝置加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像；

近眼投射光學(xué)裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

本發(fā)明的近眼全息顯示系統(tǒng)及方法，通過照明裝置產(chǎn)生照明相干光，并通過全息圖加載裝置加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像，進(jìn)而通過近眼投射光學(xué)裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像，可以實(shí)現(xiàn)利用光的干涉衍射原理重構(gòu)物體發(fā)出的空間三維光波，能夠真實(shí)地再現(xiàn)物體的實(shí)際光場(chǎng)，提供所有的人眼生理感知線索，極大程度地改進(jìn)顯示畫面的效果，提升用戶體驗(yàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(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單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(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。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的原理示意圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該系統(tǒng)包括照明裝置10、全息圖加載裝置20和近眼投射光學(xué)裝置30，其中：

所述照明裝置10用于產(chǎn)生照明相干光；舉例來說，所述照明裝置10照明裝置可以包括激光器或LED燈，所述照明相關(guān)光可以包括平行光、會(huì)聚光或發(fā)散光。

所述全息圖加載裝置20用于加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像；

舉例來說，所述全息圖加載裝置可以包括空間光調(diào)制器。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述空間光調(diào)制器的使用方式可以包括透過式或反射式；

在此基礎(chǔ)上，所述空間光調(diào)制器的調(diào)制方式可以包括振幅調(diào)制、相位調(diào)制或復(fù)振幅調(diào)制。

所述近眼投射光學(xué)裝置30用于將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

其中，作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述近眼投射光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)可以包括組合透鏡方式、波導(dǎo)耦合方式、分光棱鏡方式、自由曲面棱鏡方式或離軸反射方式。

本實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)，通過照明裝置產(chǎn)生照明相干光，并通過全息圖加載裝置加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像，進(jìn)而通過近眼投射光學(xué)裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像，可以實(shí)現(xiàn)利用光的干涉衍射原理重構(gòu)物體發(fā)出的空間三維光波，能夠真實(shí)地再現(xiàn)物體的實(shí)際光場(chǎng)，提供所有的人眼生理感知線索，極大程度地改進(jìn)顯示畫面的效果，提升用戶體驗(yàn)。

進(jìn)一步地，作為上述系統(tǒng)實(shí)施例的優(yōu)選，所述系統(tǒng)還可以包括分光裝置(例如為分光鏡)；

所述分光裝置用于將所述三維立體虛擬圖像和真實(shí)環(huán)境光進(jìn)行混合疊加。

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的原理示意圖；其中，所述近眼全息顯示系統(tǒng)為遮擋式全息虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用顯示系統(tǒng)。如圖2所示，該系統(tǒng)的工作原理包括：

照明裝置發(fā)出的照明相干光1照射在加載全息圖的衍射器件(全息圖加載裝置)2上；衍射器件2根據(jù)加載的全息圖對(duì)照明相干光1進(jìn)行調(diào)制；經(jīng)過調(diào)制的衍射光波3在空間進(jìn)行衍射，在一定距離內(nèi)構(gòu)建出具有深度信息的三維全息再現(xiàn)像4；由于全息再現(xiàn)像4具有深度信息，各個(gè)深度平面距離近眼投射光學(xué)結(jié)構(gòu)5的距離是不同的，因此不同的深度平面會(huì)被投射結(jié)構(gòu)5投射到空間離觀察人眼6的不同深度的位置上，以使觀察人眼6能夠觀看到被放大的同時(shí)具有深度層次的虛擬物體7。

在此基礎(chǔ)上，圖3示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)的原理示意圖；其中，所述另一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示系統(tǒng)為混合式全息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用顯示系統(tǒng)。

可以理解的是，上述的遮擋式全息虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用顯示系統(tǒng)只能顯示虛擬圖像，外界光線完全被遮擋。而本實(shí)施例的混合式全息增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用顯示系統(tǒng)利用分光鏡8將虛擬物體的光波9和真實(shí)環(huán)境光10進(jìn)行混合疊加后被人眼6觀察。這樣，人眼既能看到虛擬物體的同時(shí)，也能看到真實(shí)世界。

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的近眼全息顯示方法的流程示意圖；如圖4所示，該方法包括：

S1：照明裝置產(chǎn)生照明相干光；

S2：全息圖加載裝置加載生成的全息圖，并利用所述全息圖對(duì)所述照明相關(guān)光進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)所述調(diào)制的光波進(jìn)行衍射，以形成一衍射三維圖像；

S3：近眼投射光學(xué)裝置將所述衍射三維圖像投射成三維立體虛擬圖像。

本實(shí)施例為對(duì)應(yīng)于上述系統(tǒng)實(shí)施例的近眼全息顯示方法實(shí)施例，其原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。

需要說明的是，對(duì)于方法實(shí)施例而言，由于其與系統(tǒng)實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

本發(fā)明的近眼全息顯示系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)將全息顯示技術(shù)用于頭戴顯示技術(shù)中，全息顯示技術(shù)是利用光的干涉衍射原理重構(gòu)物體發(fā)出的空間三維光波，能夠真實(shí)地再現(xiàn)物體的實(shí)際光場(chǎng)，是真正三維顯示技術(shù)，因此全息顯示技術(shù)能夠提供所有的人眼生理感知線索，三維顯示應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的潛力，將能極大改進(jìn)顯示畫面的效果，提升用戶體驗(yàn)。

以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。