CN112859337A - 一种超多视点显示系统 - Google Patents

Abstract

一种超多视点显示系统，包括光源，用于产生入射光束；光学调制装置，用于接收光源产生的入射光束，将入射光束转换成多束视点光束，并将所述多束视点光束入射至光学融合器，其中，所述多束视点光束携带不同的视点图案；所述光学融合器用于将多束视点光束分别汇聚到多个视点；所述多个视点相互分离，并且相互之间的距离小于人眼瞳孔的直径。本发明提供的超多视点显示方法及系统，能够提供多束视点光束进而使人眼产生三维立体视觉，而且利用能够汇聚于一点的光源，能够大大拓展该显示系统的景深，使得在头戴式三维显示设备的有限体积内，提供始终清晰并且景深较深的三维立体影像。而且能够防止用户恶心、头晕、假三维感知等症状，有效解决了AC矛盾。

Description

一种超多视点显示系统

技术领域

本发明实施例涉及三维视觉显示系统，特别是涉及一种超多视点显示系统。

背景技术

我们生活在三维世界里，我们的双眼不仅能感知物体的色彩、明暗，同时还能感知到物体的远近，感知三维空间中物体的相互位置关系。然而，在信息通信技术高速发展的今天，我们所接触到的各种信息显示设备大多都是通过二维图像呈现在我们眼前，我们无法通过双眼的直接观测来感知显示的三维物体。因此，研究一种可直接观看、交互的3D显示技术，一直是信息显示技术领域研究人员长期的奋斗目标。三维显示利用双眼视差产生的三维立体逼真图像，与二维显示相比，三维显示更具有深度感、层次感以及真实感，使观众通过视觉感知产生生理愉悦。三维显示在虚拟现实和增强现实、3D电视,3D电影，甚至军事、医疗、航天等领域都有广泛的应用。而其中的增强现实被认为是基于智能手机后的下一代产业变革。

随着技术的发展，增强现实在很多领域都有广泛的应用，关于一些可穿戴的AR(Augmented Reality)设备在市场上也很常见，如微软的HoloLens， Magic Leap，Googleglass等。但事实上，增强现实仍然不是十分成熟，存在一些问题，比如设备重，低功大，出瞳小以及调焦辐辏矛盾 (Accomodation-convergence conflict，AC)。AC矛盾是指用户在观看时，每只眼球需要调焦在显示屏像的位置以清晰观察到显示画面，而渲染的虚拟三维物体可能是偏离屏幕拥有一定纵深的，此时双眼的辐辏距离也会相应地偏离屏幕像，造成调焦距离和辐辏距离的不一致，长期观看后会感到疲惫甚至产生头晕、恶心等不适症状。

为了消除视觉疲劳，给用户带来更好的体验，现有多种不同的解决方案。

麦克斯韦显示技术(Maxwellian View)体现了一种通过去除晶状体调节来解决AC矛盾的方法。麦克斯韦显示设备的基本思想是产生理想的光束，并将这些光束投射到用户的眼睛中，以便生成虚拟现实。麦克斯韦显示技术中，较细的光束将图像信息通过瞳孔并直接投影到视网膜上。每个像素点发出的光线通过水晶体，这使得投影图像独立于眼睛晶状体的调焦，因此麦克斯韦显示扩展了图像自由度，在一定的范围内，我们不管怎样调焦都可以看到一个清晰的图像，因此可以解决AC矛盾。

特别地，在麦克斯韦显示设备中，通过非常窄，例如，直径小于0.5mm 的光束将图像的每个像素投射到用户的眼睛中，从而使图像的像素总是聚焦在视网膜上。另一个优点是，麦克斯韦显示设备所需的主要组件仅仅主要是扫描显示组件和反射器，这使得整个设备比较紧凑。

然而，窄投影光束也限制了该显示设备中的眼动框。因此，当眼睛转动到不同角度时，投射到眼睛中的图像将丢失。这对消费品而言是不合适的。

超多视点技术(Super Multiview，SMV)也可以解决AC矛盾的问题。超多视点技术(SMV)的原理为，当我们观看3D物体时，眼睛会自动汇聚到3D物体上。如果只有一个视点进入人眼时，由于人眼无法根据一束光线判断物体的深度，所以为了得到清晰的图像人眼就只能调焦在屏幕上而非 3D物体。这样就造成了调焦和辐辏之间的矛盾。但是当多于一个视点进入人眼时，我们可以认为光线是从光束相交的地方发出而非屏幕。这时，人眼就会自动调焦到3D物体上，从而解决了该矛盾。由于密集的视点区域，运动视差也比传统的3D显示的运动视差更平滑。现有技术中有团队设计并测量了在实际使用中人眼调焦对SMV技术的反应，表明SMV显示器技术可以正确促使眼睛产生正确的调焦。具体来说，实现SMV也有很多的方式，比如使用堆叠多个能产生视点的投影单元实现了水平扩展视点的 SMV。除此之外，很多先前提出的系统只支持水平视差，后续出现了全视差的SMV显示技术，比如使用光源阵列系统，通过不同的光源产生对应的视点，实现了21个视点，构成了全视差SMV。由于视点变得密集，SMV技术往往需要一些特别的要求，比如高分辨率的屏幕，高分辨率的投影仪等，或者通过缩小出瞳的方式来降低硬件要求。而SMV技术中，景深的范围，与光束的粗细成反比，因此，需要实现较大的3D深度范围，对设备的要求也较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种超多视点显示系统，主要目的在于不但解决了立体显示中的辐辏调焦矛盾，而且能够始终提供清晰的三维图案。

为了解决上述问题，本发明实施例主要提供如下技术方案：一种超多视点显示系统，包括

光源，用于产生入射光束；

光学调制装置，用于接收光源产生的入射光束，将入射光束转换成多束视点光束，并将所述多束视点光束入射至光学融合器，其中，所述多束视点光束携带不同的视点图案；

所述光学融合器用于将多束视点光束分别汇聚到多个视点；

所述多个视点相互分离，并且相互之间的距离小于人眼瞳孔的直径。

优选地，所述光学融合器将多束视点光束分别反射汇聚到多个视点，并且所述光学融合器将外界光线透过传递至所述多个视点一侧。光学融合器在反射多束视点光束的同时，将外界光线也同时透过至眼睛一侧，实现虚实融合的目的。

优选地，作为本发明的一个优选实施例，所述光学融合器包括多个区域，多个区域分别对应多束视点光束，分别将视点光束汇聚至各自对应的视点。

优选地，所述光学调制装置与光学融合器之间还设有光学偏转器件，所述光学偏转器件接收从所述光学调制装置射出的多束视点光束，并将多束视点光束偏转至各自的角度，然后入射至所述光学融合器。

优选地，所述多束视点光束入射至光学融合器前，先入射至一导光器件，经由所述导光器件入射至所述光学融合器。

优选地，所述光学融合器包括全息光学元件。

优选地，所述光学调制装置包括空间光调制器，所述空间光调制器用于分区域显示多个视点图像，或者分时显示多个视点图像。

优选地，所述光学偏转器件用于分时或者同时将所述多束视点光束偏转至各自的方向。

优选地，所述光学偏转器件包括第一偏振片，以及偏振光偏转器件；所述第一偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片，用于将入射的所述多束视点光束转变为圆偏光，所述偏振光偏转器件用于将入射的圆偏光偏转至其各自对应的角度射出。

优选地，所述偏振光偏转器件后还设有第二偏振片，所述第一偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片中的其中一种，所述第二偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片中的另一种。

优选地，所述光学偏转器件包括偏振切换器件、1/4波片、以及偏振光偏转器件，所述偏振切换器件和1/4波片用于将入射的视点光束分时转换为圆偏光，所述偏振光偏转器件将入射的圆偏光偏转至其各自对应的角度射出。

优选地，所述偏振光偏转器件包括有源几何相位偏转器 (Pancharatnam-Berryphase deflector,PBD)或者无源几何相位偏转器(Pancharatnam-Berry phasedeflector,PBD)，或者多区域的几何相位光学元件(Pancharatnam-Berry phase OpticalElement,PBOE)，所述者多区域的几何相位光学元件的每个区域对应空间光调制器中的对应的视点图像。

优选地，所述全息光学元件包括采用聚合物材料的全息光学器件，或者采用液晶材料的偏振体光学元件(Polarization Volume Optical Element， PVOE)，或者超表面全息器件(Metasurface Hologram)。

优选地，所述多个视点的直径小于2mm。

一种超多视点显示方法，包括

将从光源射出的入射光束光加载视点图像，进而形成多束视点光束，所述入射光束能够经过透镜汇聚成一点，所述多束视点光束包含不同的视点图像；所述入射光束经过透镜能够汇聚成一点；

将多束视点光束入射至光学融合器；

所述光学融合器将多束视点光束分别汇聚至多个视点；

所述多个视点相互分离，并且相互之间的距离小于人眼瞳孔直径。

优选地，所述将多束视点光束入射至光学融合器，包括将多束视点光束同角度或者不同角度分别入射至光学融合器的多个区域；或者包括将多束视点光束以不同角度入射至光学融合器的同一区域。

优选地，将多束视点光束入射至光学融合器，包括将多束视点光束同时或者分时转换成具有各自偏振态的视点光束，将具有各自偏振态的视点光束分别偏转至各自方向后，入射至光学融合器。

优选地，所述光学融合器将多束视点光束分别汇聚至多个视点位置包括所述光学融合器将多束视点光束分别反射汇聚至多个视点位置，并且同时所述光学融合器将外界光透过传递至所述多个视点一侧。

借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：

本发明实施例提供的超多视点显示方法及系统，能够提供多束视点光束进而使人眼产生三维立体视觉，而且利用能够汇聚于一点的光源，能够大大拓展该显示系统的景深，使得在头戴式三维显示设备的有限体积内，提供始终清晰并且景深较深的三维立体影像。而且能够防止用户恶心、头晕、假三维感知等症状，有效解决了AC矛盾。

上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明实施例的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明实施例的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明第一实施例提供的显示系统的示意图；

图2示出了本发明第二实施例提供的显示系统的示意图；

图3a示出了本发明第二实施例提供的显示系统中的PVG的原理图；

图3b示出了本发明第二实施例提供的显示系统中的PVOE的示意图；

图4示出了本发明第三实施例提供的显示系统的示意图；

图5示出了本发明第三实施例提供的显示系统中的偏振光偏转器件的原理图；

图6示出了本发明第四实施例提供的显示系统的示意图；

图7示出了本发明第四实施例提供的光学偏转器件的示意图；

图8示出了本发明第五实施例提供的显示系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1、2所示，本发明实施例一提供的一种超多视点显示系统。图1 中，光源以及光学调制装置并没有示出，示出了从光学调制装置射出的多束视点光束151、152，该多束视点光束151、152分别携带不同的视点图像。并且该实施例中，该多束视点光束151、152平行入射至光学融合器130的不同区域，分别为对应第一视点光束151的第一区域131，和对应第二视点光束152的第二区域132。所述第一区域131和第二区域132具有各自的汇聚方向，分别将第一视点光束151和第二视点光束152汇聚至相分离的第一视点161和第二视点162。该第一视点161和第二视点162之间的距离，小于人眼的瞳孔直径，使得人眼能够同时接收到两个视点图像，两束视点光束的汇聚点即为空间虚拟点160，人眼会聚焦至该空间虚拟点，认为光束是从该空间虚拟点160发出，进而形成立体视觉。

并且该实施例中，多束视点光束也可以为三束或者更多，相对应的，所述光学融合器130可以包括与多束视点光束对应的三个区域或者更多。每个区域对应各自的视点光束具有各自的汇聚方向，进而将多束平行入射的视点光束，汇聚至各自的视点位置。优选的，最终该系统所汇聚形成的多个视点的尺寸，需要小于2mm。

当然本领域技术人员也可以了解到，所述光学融合器130也可以不分区域，不分区域时，就需要多束视点光束以不同的角度入射到光学融合器 130的同一区域，因此经过光学融合器130的反射，才可以将不同入射角度的视点光束分别反射汇聚至各个相分离的视点。进一步地，也可以是光学融合器130分的区域个数与视点光束不相对应，例如光学融合器具有2个区域，视点光束为四束，每两束视点光束对应一个区域，对应同一区域的视点光束具有各自不同的入射角度，进而四束视点光束分别汇聚至四个相分离的视点。

该光学融合器130将多束视点光束分别反射汇聚至多个视点的同时，将另一侧的外界光也透过传递至多个视点同一侧位置，所述多个视点位于人眼上，因此，光学融合器130也同时将外界光透过传递至人眼，使得人眼能够在接收到来自视点光束的光，形成虚拟立体视觉的同时，也能接收到环境光线。光学融合器130起到虚实融合的作用。

该实施例中，所述光学融合器130为全息光学器件(Holographic OpticalElement，HOE)，所述全息光学器件包括多个区域，该实施例中，该光学融合器130相当于是多个部分透射部分反射的全息透镜，每个透镜将入射的视点光束汇聚到各自的视点。

优选的，所述全息光学器件可以是包含聚合物材料的全息光学器件，或者也可以是采用液晶材料的全息光学器件，或者也可以是其他采用全息干涉法制备的光学器件，或者是计算全息方法设计的全息光学器件，也可以为超表面全息器件(MetasurfaceHologram)。只要该全息光学器件能够反射汇聚特定的入射角度和波长的光束，并且透过其他条件的光束，将特定的多束视点光束分别汇聚反射至多个视点。

该全息光学器件，能够一边透过环境光，一边对特定视点光束的反射汇聚，起到虚实融合的作用。并且，本领域技术人员也可以了解到，该全息光学器件的功能也可以通过设置透镜以及半反半透镜等多种组合式的光学元件来实现。

该实施例的另一可选实施方式，该实施方式中，可以在光学融合器130 的前侧设有导光器件，例如光波导。多束视点光束，从光波导的一端侧入射，并且在光波导内平行反射传输，进而入射至光学融合器130的多个区域，经过光学融合器130多个区域的反射，通过光波导汇聚至多个视点。

如图2所示，为本发明第二实施例的超多视点显示系统，同样，该图中也省略了光源和光学调制装置，示出的是从所述光学调制装置射出的多束相互平行的视点光束，包括第一视点光束251和第二视点光束252。该第一视点光束251和第二视点光束252分别携带不同的视点图像。并且该实施例中，该第一视点光束251和第二视点光束252平行入射至光学融合器 230的两个区域，分别为对应第一视点光束251的第一区域231，和对应第二视点光束252的第二区域232，所述第一区域231和第二区域232分别针对该第一视点光束251和第二视点光束252具有各自的汇聚方向，进而分别将第一视点光束251和第二视点光束252汇聚至第一视点261和第二视点262。该第一视点261和第二视点262之间的距离，小于人眼的瞳孔直径，使得人眼能够同时接收到两个视点图像，进而形成立体视觉。

优选的，该实施例中的入射光束能够通过透镜聚焦成一尺寸较小光斑，因此，入射光束符合麦克斯韦显示(Maxwellian View)系统中的光源要求，最终该系统所汇聚形成的多个视点的直径，小于2mm。

并且该光学融合器230的前侧也设有导光器件，例如该实施例中的光波导241，第一视点光束251和第二视点光束252从光波导241的一端入射，并且通过光波导241的多次全反射，导入至光波导241的另一端，光波导 241的另一端的一侧上紧贴光学融合器230，因此，第一视点光束251和第二视点光束252平行入射光波导241后，经过光波导241的多次反射分别平行入射至光学融合器230的第一区域231和第二区域232，然后经过光学融合器230反射，再次通过光波导241后，分别汇聚至第一视点位置261 和第二视点位置262。

该实施例中，所述光学融合器230为偏振体光学元件(Polarization VolumeOptical Element，PVOE)，该偏振体光学元件可以为偏振体透镜 (Polarized VolumeLens,PVL)等。该偏振体光学元件可以看作是无数个微小的偏振体光栅(PolarizationVolume Grating，PVG)的组合。如图3所示，为该偏振体光栅PVG的结构示意图，该偏振体光栅PVG为基于胆甾相液晶材料的液晶装置，是一种具有偏振选择的几何相位器件。该液晶装置包括基板，液晶材料和手性材料搭配形成的胆甾相液晶材料(Cholesteric LiquidCrystal,CLC)，手性材料促进液晶分子自组织形成不对称的螺旋结构，只会衍射与螺旋结构具有相同手性的且满足布拉格条件入射光，因此 PVG仅对某一手性的圆偏振光作出响应。

如图3a所示，为该PVG的结构图，CLC的螺旋轴如图所示倾斜于基板，CLC的布拉格镜面与螺旋轴垂直，该布拉格镜面与基板之间的倾斜角度为α，螺旋轴也可以垂直于基板，即α为0度。除了靠近基板处很薄的部分，其他所有液晶分子的指向矢都垂直于螺旋轴，整体上形成布拉格结构。与螺旋结构具有相同手性且满足布拉格条件的圆偏振光以特定角度入射到PVG层后被反射，不满足条件的则被透射。一个布拉格周期Λ_B的液晶材料为一布拉格层，当布拉格层数足够多(一般大于10)，反射效率较高，可接近100％。其中，CLC的光栅周期为Λx，布拉格周期Λ_B等于胆甾相液晶材料螺距的一半。

该布拉格体光栅具有波长选择性和角度选择性，波长在λ附近的入射圆偏光与布拉格镜面法线的夹角θ时，可获得最高衍射效率，具体可以根据下述公式(2)计算得出，其中n为液晶材料的平均折射率。

2nΛ_Bcos(θ)＝λ (2)

由上面的公式推导可知，当一束特定波长和手性的圆偏光入射到PVG 器件时，该PVG器件对某个特定角度入射的光具有最高衍射效率，该特定角度由PVG的布拉格周期、入射光波长和液晶材料的平均折射率决定。

因此，只要将偏振体光学元件PVOE看作是无数个偏振体光栅(PVG) 组成的结构，每个偏振体光栅具有各自的手性，能够反射特定手性的入射光，并且反射的角度可以通过PVG的布拉格周期来控制，液晶材料的布拉格周期与布拉格镜面与基板之间的倾斜角度α以及液晶材料的光栅周期Λx相关。因此，只要合理配置上述参数，就可以将一束入射至PVOE的入射光反射汇聚至特定的位置，如图3b所示，该PVOE器件的光栅周期与倾斜角度都不相同，但是仍然保证整个器件具有一致的布拉格周期，以及相同的最大衍射角度θ，因此当一束光入射到该PVOE器件时，反射的光束汇聚至一个特定的视点位置。

可以将多束视点光束分别设置具有各自的手性，也将PVOE设置成多个区域分别具有各自的手性和布拉格周期，入射至PVOE各个区域的各个视点光束，即可发生反射汇聚至各自对应的视点位置，而其他光束会透过该PVOE射出。各个不同区域的手性可以相同也可以不同，各束视点光束的手性可以相同也可以不同。

另外，在PVOE另一侧的外界光线，不满足PVOE的每个区域的手性的光线，即可透射至视点一侧，实现虚实融合的功能。每束视点光束各自的手性，可以相同也可以不同，对应地，PVOE每个区域的手性，可以相同也可以不同，只要与视点光束对应设置即可。

如图4、5所示，为本发明第三实施例的显示系统，该系统包括光源，所述光源包括激光器311，优选的，为532nm激光，设于激光器311前侧的偏振片312，所述偏振片312为线偏振片，以及设于偏振片312后的扩束器313，将激光器311射出的光转换为入射光束350。所述入射光束350能够通过透镜聚焦成一尺寸较小光斑，因此，入射光束350符合MaxwellianView系统中的光源要求。

入射光束350入射至光调制装置，所述光调制装置包括空间光调制器 (SpatialLight Modulator，SLM)321和与空间光调制器321连接的控制端 322。所述控制端322用于生成不同的视点图像分区域显示于空间光调制器 321上，该入射光束350为准直光束。因此，入射至空间光调制器321上的入射光束350光经过空间光调制器321的调制，出射形成多束视点光束，如图5所示，包括从空间光调制器321射出的相互平行的第一视点光束351、第二视点光束352和第三视点光束353。

所述第一视点光束351、第二视点光束352和第三视点光束353分别携带不同的视点图像。所述多束视点光束，平行入射至光学偏转器件，该光学偏转器件将多束视点光束，即第一、第二、第三视点光束偏转至各自的角度，再入射至光学融合器330。

所述光学偏转器件，包括依次设置的线偏振片342、第一偏振片343、偏振光偏转器件344、第二偏振片345和透镜346。该线偏振片342用于保证视点光束的线偏振状态以及使得空间光调制器的图像达到高对比度状态，并且与光源中的偏振片312配合使用，即两者的偏振方向互相垂直。第一偏振片343与第二偏振片345其中之一为左旋圆偏振片，另一个为右旋圆偏振片。如图4所示，第一偏振片343为右旋圆偏振片，第二偏振片 345为左旋圆偏振片。该偏振光偏转器件344为几何相位光学元件 (Pancharatnam-Berry phase OpticalElement,PBOE)，可以为有源PBOE，也可以为无源PBOE。该PBOE器件分为多个区域，每个区域均为一个几何相位偏转器(Pancharatnam-Berry phase deflector,PBD)，PBOE上的多个区域与空间光调制器上的多个视点图像区域相对应，即与多束视点光束分别对应，平行的多束的视点光束入射至其对应的PBOE的区域后，出射的视点光束能够分别偏转至各自对应的角度。

如图5所示，示出了PBOE器件其中一个区域的PBD结构，该PBD 为基于液晶材料的器件，包括平行设置的ITO玻璃基板3441，以及位于ITO 玻璃基板3441之间相对设置的光配向层3442，以及设于光配向层之间的液晶材料3443。光配向层3442为光敏材料，通过曝光定向排列，形成每个区域各自的配向，再诱导液晶材料3443相互作用诱导液晶材料中液晶分子的指向矢。该液晶材料3443不含手性材料，液晶材料的液晶分子的指向矢垂直于液晶盒的厚度方向，平行于液晶盒的方向。该PBD可以将具有手性的入射圆偏光改变其手性并且衍射偏转到某个方向，PBD对于不同手性的入射圆偏光具有不同的偏转方向。例如当输入的光为左旋圆偏振光3444时，经过该PBD后的光束中，手性为右旋圆偏振光的+1级衍射光3445较强，而零级光依旧为左旋圆偏振光，光强很弱，可以在PBD后加右旋圆偏振片将零级光进行滤除，该出射的+1级衍射光3445向上偏转。同时，如果输入为右旋圆偏振光3446，经过该PBD后的光束中，手性为左旋圆偏振光的+1 级衍射光3447较强，而零级光依旧为右旋圆偏振光，光强很弱，可以在PBD 后加左旋圆偏振片将零级光进行滤除，该出射的+1级衍射光3447向下偏转。当然，如果该PBD的衍射效率极高，即该零级光可以忽略不计时，也可以省略在PBD后侧的对应的左旋或者右旋圆偏振片，即可以省略上述第二偏振片。

因此，配合上述图5中的第一、第二偏振片，即可将入射的左旋、或者右旋圆偏光的零级光去除，仅剩下偏转后的+1级衍射光。而+1级衍射光偏转的角度公式为：

其中Λ为PBD的光栅周期，λ为入射光波长，对于特定波长的入射光， PBD的光栅周期决定该+1级光的偏转角度β，光栅周期的方向决定该经过 PBD的入射光出射时的偏转方向。因此可以设置PBOE中的多个区域的 PBD具有不同的光栅周期Λ和周期方向，进而针对同一波长的多束视点光束，PBOE的各个区域具有各自的偏转角度β，将多束视点光束偏转至各自对应的位置。因此，可以将入射至PBOE多个区域的视点光束分别偏转至各自的角度。如图5所示，偏转后的多束视点光束通过透镜346入射至光学融合器330。

该PBOE也可以为有源PBOE，有源PBOE器件通过电压的切换，在不加电时，如上所述，有源PBOE器件将入射的具有某一手性的圆偏振光偏转为另一相反手性的圆偏振光，并且更改入射光的方向；加电时，使得液晶分子的指向矢垂直于基板，形成均匀的折射率分布，进而衍射效率为零，入射的光可以不改变方向和手性从PBOE直接射出。

该实施例中的光学融合器330，为全息光学器件(Holographic Optical Element，HOE)，由于该实施例中的多束视点光束被光学偏转器件偏转至不同的角度入射至该光学融合器，因此，该光学融合器无需进行分区处理，不同的入射角度入射的多束视点光束通过光学融合器330分别被反射至不同的视点位置。该光学融合器330也可以为不分区的PVG器件或者部分反射曲面镜。

如图6所示，为本发明第四实施例的超多视点显示系统的示意图。该实施例中的光源同样包括激光器411，和扩束器412，以及设于扩束器412 后的第一线偏振片413，该第一线偏振片用于将入射光束保持在线偏振片。用于将激光器射出的激光转换成入射光束450，该入射光束450为准直光束，多束平行入射至光调制装置，所述光调制装置同样包括空间光调制器421 和与空间光调制器421连接的控制端422。所述控制端422用于生成不同的视点图像分时显示于空间光调制器421上。因此，入射至空间光调制器421 上的入射光束450光经过空间光调制器421的调制，分时出射形成多束视点光束，如图7所示，包括在第一时刻出射的第一视点光束451，和在第二时刻出射的第二视点光束452，该第一视点光束451和第二视点光束452分别带有不同的视点图像。

从光调制装置420出射的第一视点光束451和第二视点光束452分别通过光学偏转器件440后入射至光学融合器430。如图8所示，该光学偏转器件440包括依次设置的第二线偏振片441、偏振切换器件442、1/4波片 443、偏振光偏转器件444。经过第二线偏振片441的多束视点光束能够继续保持在其线偏振状态，并且过滤其他杂散光，该第一视点光束和第二视点光束的原始偏振方向相同。该第二线偏振片441的偏振方向与光源中的第一线偏振片413相匹配。

第一视点光束451和第二视点光束452经过偏振切换器件442和1/4 波片443后，变成不同旋转方向的圆偏光。例如，偏振切换器件422在不加电时，使入射光的偏振方向偏转90度，加电时，不改变其偏振方向。通过分时控制该偏振切换器件442，即可使得在不同时刻入射的视点光束具有不同的偏振状态。例如，在第一时刻，偏振切换器件加电，从偏振切换器件射出的第一视点光束451不改变其偏振方向，为原始偏振方向；在第二时刻，偏振切换器件不加电，从偏振切换器件射出的第二视点光束452的偏振方向偏转90度，即均相对其原始偏振方向偏转90度。

该1/4波片的光轴方向与入射光的偏振方向被设置成成45度角，即与第一视点光束451和第二视点光束452的原始偏振方向成45度角。当不同时刻的第一视点光束451和第二视点光束452分别经过偏振切换器件442 以及其后的1/4波片443时，例如，在第一时刻，偏振切换器件加电时，通过其以及1/4波片的第一视点光束被转换为左旋圆偏振光；在第二时刻，偏振切换器件不加电时，通过其以及1/4波片的第二视点光束被转换成右旋圆偏振光。

当第一时刻的左旋的第一视点光束451和第二时刻的右旋的第二视点光束452入射至该偏振光偏转器件444时，该偏振光偏转器件444将第一视点光束和第二视点光束偏转至各自对应的方向，进而，该第一视点光束和第二视点光束以各自对应的入射角入射至光学融合器430。

如图7所示，该偏振光偏转器件444为几何相位偏转器 (Pancharatnam-Berryphase deflector，PBD)，该PBD可以为无源PBD，进而在两个时刻将入射的左旋圆偏光和右旋圆偏光偏转至不同的方向，即可以用于形成两束视点光束。而当该PBD为有源PBD时，通过时序控制，可以在第三时刻，将入射的第三视点光束不偏转直接射出，进而可用于偏转形成三束视点光束，该第三时刻的第三视点光束为左旋或者右旋圆偏光均可。因此，上述在三个时刻可以产生三束不同方向的视点光束。

该实施例中，三束视点光束以各自不同的入射角度入射至光学融合器 430，因此，该光学融合器430可以不需要分区域，即可将三个时刻入射的三束视点光束汇聚至三个相分离的视点位置。

同理，本领域技术人员也可以了解到，所述偏振切换器件和1/4波片用于分时将入射的视点光束转换为圆偏振光，该不同时刻转换后的圆偏振光其手性可以相同也可以不同，所述圆偏振光经过偏振光偏转器件后，就可以在多个时刻产生多束具有各自偏转角度的视点光束。该多束视点光束之间的偏转角度可以相同，也可以不同。光学融合器430可以分区也可以不分区，可以在多个时刻分时将多束视点光束汇聚至各自对应的视点位置。

如图8所示，为本发明第五实施例的超多视点显示系统，该实施例中，光源、光学调制器、光学融合器与第四实施例基本相同，光源也包括激光器511，和扩束器512，以及设于扩束器512后的第一线偏振片513，该第一线偏振片用于将入射光束550保持在线偏振片。用于将激光器射出的激光转换成入射光束450。不同的是该光学偏转器件，光学偏转器件也与第四实施例基本相同，也包括第二线偏振片541、偏振切换器件542、1/4波片543、偏振光偏转器件544。不同的是还包括光波导545，从偏振光偏转器件544射出的多束视点光束，例如第一视点光束551和第二视点光束552，从光波导545的第一端的第一侧入射，该光波导545的第一端的第二侧设有反射器件570，该反射器件570将不同入射角的多束视点光束都反射成平行光束，多束视点光束平行在光波导545内全反射传输至光波导545的第二端。光波导545的第二端的第二侧上设置所述光学融合器530，该光学融合器530分区域，多束视点光束入射至光学融合器530的多个区域，进而，光学融合器530的多个区域将多束视点光束反射汇聚至不同视点位置，如图8所示的第一视点561和第二视点562。该多束视点光束的汇聚点即为空间虚拟560。同时，位于光波导545第二侧外的外界光，能够透过光学融合器530和光波导545，进入至视点一侧，进而进入人眼，实现虚实融合的显示效果。

该反射器件570起到耦合光束并且将多束视点光束转换为平行光的功能。该反射器件570可以为分区域的全息光学器件，或者分区域的反射光栅，或者是分区域的半反半透器件等，该反射器件的多个区域分别对多束视点光束具有各自的反射角度，进而经过该反射器件570后的多束光束，形成平行的出射光。所述光学融合器430也可以为如实施例一、二种所示的方式，分区域的光学融合器430，将不同手性的多束视点光束分别反射汇聚至多个视点。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种超多视点显示系统，包括

光源，用于产生入射光束；

光学调制装置，用于接收光源产生的入射光束，将入射光束转换成多束视点光束，并将所述多束视点光束入射至光学融合器，其中，所述多束视点光束携带不同的视点图案；

所述光学融合器用于将多束视点光束分别汇聚到多个视点；

所述多个视点相互分离，并且相互之间的距离小于人眼瞳孔的直径。

2.如权利要求1所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学融合器将多束视点光束分别反射汇聚到多个视点，并且所述光学融合器将外界光线透过传递至所述多个视点一侧。

3.如权利要求1所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学融合器包括多个区域，多个区域分别对应多束视点光束，分别将视点光束汇聚至各自对应的视点。

4.如权利要求1所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学调制装置与光学融合器之间还设有光学偏转器件，所述光学偏转器件接收从所述光学调制装置射出的多束视点光束，并将多束视点光束偏转至各自的角度，然后入射至所述光学融合器。

5.如权利要求4所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述多束视点光束入射至光学融合器前，先入射至一导光器件，经由所述导光器件入射至所述光学融合器。

6.如权利要求2所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学融合器包括全息光学元件。

7.如权利要求1所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学调制装置包括空间光调制器，所述空间光调制器用于分区域显示多个视点图像，或者分时显示多个视点图像。

8.如权利要求4所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学偏转器件用于分时或者同时将所述多束视点光束偏转至各自的方向。

9.如权利要求8所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述光学偏转器件包括第一偏振片，以及偏振光偏转器件；所述第一偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片，用于将入射的所述多束视点光束转变为圆偏光，所述偏振光偏转器件用于将入射的圆偏光偏转至其各自对应的角度射出。

10.如权利要求9所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述偏振光偏转器件后还设有第二偏振片，所述第一偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片中的其中一种，所述第二偏振片为左旋圆偏振片或右旋圆偏振片中的另一种。

11.如权利要求8所述的超多视点显示装置，其特征在于：所述光学偏转器件包括偏振切换器件、1/4波片、以及偏振光偏转器件，所述偏振切换器件和1/4波片用于将入射的视点光束分时转换为圆偏光，所述偏振光偏转器件将入射的圆偏光偏转至其各自对应的角度射出。

12.如权利要求9-11中任一项所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述偏振光偏转器件包括有源几何相位偏转器(Pancharatnam-Berry phase deflector,PBD)或者无源几何相位偏转器(Pancharatnam-Berry phase deflector,PBD)，或者多区域的几何相位光学元件(Pancharatnam-Berry phase Optical Element,PBOE)，所述者多区域的几何相位光学元件的每个区域对应空间光调制器中的对应的视点图像。

13.如权利要求6所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述全息光学元件包括采用聚合物材料的全息光学器件，或者采用液晶材料的偏振体光学元件(Polarization VolumeOptical Element，PVOE)，或者超表面全息器件(Metasurface Hologram)。

14.如权利要求1所述的超多视点显示系统，其特征在于：所述多个视点的直径小于2mm。

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