CN113608354B - 一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法 - Google Patents

一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。该系统包括点光源扩束准直系统、光线偏折系统、空间光调制器、目镜、眼动追踪系统、控制器。点光源扩束准直系统发出的平行光经过光线偏折系统控制发生偏折后照射到空间光调制器上，空间光调制器加载计算全息图对入射光束衍射调制，调制后的图像光通过目镜会聚到人眼。采用眼动追踪装置追踪人眼瞳孔的位置，通过控制器计算观看焦点位置坐标，计算振幅、相位，编码后生成计算全息图加载到空间光调制器上，同时控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压改变入射到空间光调制器上的平行光的方向，使全息图衍射光精确地聚焦于人眼瞳孔所在的位置，进而实现二维眼瞳箱扩展效果。

Description

一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展 方法
技术领域
本发明涉及近眼显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。
背景技术
在近眼显示技术中，传统方法一般利用双眼辐辏特性在左右眼加载不同图像，利用双目视差在人眼中形成带有三维立体感的图像，这类方法包括利用不同偏振态、开关切换或进行不同滤光在双眼上加载不同二维图像。但此类方法将产生双眼辐辏与单眼调焦不匹配从而在长久佩戴后容易引起使用者视觉疲劳、头晕等问题，也称辐辏调节冲突。
目前从根本上解决辐辏-调节冲突问题的方法为基于计算机科学和傅里叶光学的计算全息显示技术。全息显示技术可自然的模拟人眼所看到的真实物体的全部波前信息，从而代替传统投射二维图像，生成真正的三维立体图像。具体过程为利用光的干涉记录和衍射再现的原理。用同一束光分光后照射所需呈现的物体形成物光，另一束光为参考光与物光发生干涉，形成干涉图样，记录后通过参考光照射干涉图样，经过衍射后即可重现原物体的像，由于干涉图样记录了物体包括相位和振幅的全部波前信息，因此可生成真实的三维场景，从而解决传统双目视差方法带来的辐辏-调节冲突问题。
随着计算机科学的发展，全息图可由计算机计算后直接生成，无需照射实物生成物光后记录。为实现动态显示一般采用可变振幅或相位的空间光调制器加载计算机生成的全息图。参考光入射至空间光调制器，由空间光调制器进行相位、振幅或相位与振幅一起调制后衍射至目镜经过聚焦在人眼中呈现真实三维场景。然而，全息近眼显示系统由于空间调制器固有在技术上的局限，系统空间带宽积有限从而导致视场角和眼瞳箱大小的相互制约。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法，能够在保证原有视场角大小的情况下实现高精度快速切换出瞳位置的扩展眼瞳箱的全息近眼显示系统及实现方法，使光线发生二维偏折，进而实现二维眼瞳箱扩展的效果。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，包括点光源扩束准直系统、起偏器、光线偏折系统、分束器、空间光调制器、空间光调制器驱动器、目镜、眼动追踪系统、控制器；
点光源扩束准直系统用于产生宽光束的平行光；
起偏器用于将产生的平行光变为线偏平行光；
光线偏折系统由偏折器件和偏折器件驱动组成，偏折器件将平行光进行偏折，与偏折器件驱动相连接并由偏折器件驱动加载的电压控制偏折角度，该光线偏折系统与控制器相连；
分束器将光线偏折系统折射的线偏平行光照射到所述的空间光调制器上；
空间光调制器加载对应瞳孔位置的计算全息图，对光线偏折系统折射的平行光进行衍射调制，为人眼提供三维图像，空间光调制器通过空间光调制器驱动器与控制器相连接；
空间光调制器驱动器与控制器、空间光调制器分别连接，控制加载在空间光调制器上的计算全息图；
目镜将带有图像信息的衍射光线会聚到人眼；
眼动追踪系统与控制器相连接，用于获取人眼瞳孔位置信息并传入控制器；
控制器用于处理人眼瞳孔位置信息，计算焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成计算全息图，并同步控制偏折器件的电压时序以及全息图的加载刷新。
优选地，所述点光源扩束准直系统由点光源、透镜构成，提供用于照明的平行光；所述的点光源可为单色LED光源加窄带滤光片，或光纤耦合激光器的输出端。
优选地，所述起偏器是散射型偏振片，或玻璃堆偏振片或偏振棱镜。
优选地，所述光线偏折系统由偏折器件、偏折器件驱动组成；其中，偏折器件为多个液晶微棱镜阵列构成。
优选地，所述光线偏折系统中的液晶微棱镜阵列包含电控偏振调制器、玻璃基底、双折射液晶和锯齿形微棱镜阵列，电控偏振调制器位于玻璃基底之前，两者表面相互平行；锯齿形微棱镜阵列的平面基底与玻璃基底的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列的锯齿面面向玻璃基底，两者中间注入液晶形成锯齿型的双折射液晶。
优选地，所述光线偏折系统设于点光源扩束准直系统与空间光调制器之间。
优选地，所述光线偏折系统中的液晶微棱镜阵列的材料为TN型液晶、Pi型液晶、IPS型液晶、VA型液晶或ECB型液晶。
优选地，所述空间光调制器是反射式空间光调制器或透射式的空间光调制器。
优选地，所述空间光调制器是相位型空间光调制器、振幅型空间光调制器或振幅相位混合型空间光调制器。
优选地，所述虚拟现实式全息近眼显示系统中的目镜为单透镜或多个透镜的组合，或具有类似功能的全息光学元件，从而构成虚拟现实式全息近眼显示系统。增强现实式全息近眼显示系统中的目镜为全息光学元件和合光器的组合，或透镜和合光器的组合，或单个半透半反的曲面合光器，从而构成增强现实式全息近眼显示系统；所述目镜中的合光器是半透半反镜、分束器或全息光学元件。
一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示眼瞳箱扩展方法，采用本发明基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统进行操作，操作步骤如下：
第一步:通过眼动追踪系统，获取人眼瞳孔所在的位置信息；
第二步:根据瞳孔位置坐标，控制器计算待显示图像的焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成全息图；
第三步:控制器控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压；
第四步:计算机控制空间光调制器驱动加载计算全息图至空间光调制器；
第五步:人眼瞳孔位置改变，跳转第一步循环以保证人眼看见相应的清晰三维场景。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明扩展出瞳尺寸的全息近眼显示；
2.本发明根据人眼瞳孔运动后的实际位置，采用分时复用对多个液晶微棱镜阵列加载电压可以控制偏折器件二维偏折角度从而控制光线入射至空间光调制器的角度，经过空间光调制器上载的全息图衍射调制后进而会聚到人眼瞳孔所在位置，使人眼无论如何转动，均能观看到清晰三维图像，从而达到了扩展眼瞳箱的效果；
3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于反射式空间光调制器的可扩展眼瞳箱的虚拟现实式全息近眼显示系统的结构示意图。
图2为优选实施例提供的一对液晶微棱镜阵列结构组成的偏折器件在x、z平面上折射的过程示意图。
图3为优选实施例提供的多个液晶微棱镜阵列结构组成的偏折器件在y、z平面上折射的过程示意图。
图4为本发明实施例2提供的基于反射式空间光调制器的可扩展眼瞳箱的增强现实式全息近眼显示系统的结构示意图。
图5为本发明实施例3提供的基于透射式空间光调制器的可扩展眼瞳箱的虚拟现实式全息近眼显示系统的结构示意图。
图6为本发明实施例4提供的基于透射式空间光调制器的可扩展眼瞳箱的增强现实式全息近眼显示系统的结构示意图。
图7为本发明优选实施例提供的实现可扩展眼瞳箱的全息近眼显示系统的显示方法概览流程图。
应当理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
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，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚描述，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。基于本发明的实施例，本领域的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。
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例1
在本实施例中，参见图1-图3，一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，包括点光源扩束准直系统100、起偏器110、光线偏折系统120、分束器130、空间光调制器140、空间光调制器驱动器170、目镜150、眼动追踪系统160、控制器180；
点光源扩束准直系统100，用于产生宽光束的平行光；
起偏器110，用于将产生的平行光变为线偏平行光；
光线偏折系统120，由偏折器121和偏折器件驱动122组成，偏折器件121将平行光进行偏折，与偏折器件驱动122相连接并由偏折器件驱动加载的电压控制偏折角度，该光线偏折系统与控制器相连；
分束器130，将光线偏折系统120折射的线偏平行光照射到所述的空间光调制器140上；
空间光调制器140，加载对应瞳孔位置的计算全息图，对光线偏折系统120折射的平行光进行衍射调制，为人眼提供三维图像，空间光调制器140通过空间光调制器驱动器170与控制器180相连接；
空间光调制器驱动器170，与控制器180、空间光调制器140分别连接，控制加载在空间光调制器上的计算全息图；
目镜150，将带有图像信息的衍射光线会聚到人眼；
眼动追踪系统160，与控制器180相连接，用于获取人眼瞳孔位置信息并传入控制器；
控制器180，用于处理人眼瞳孔位置信息，计算焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成计算全息图，并同步控制偏折器件的电压时序以及全息图的加载刷新。
用于虚拟现实的全息近眼显示系统如图1所示。所述的全息近眼显示系统包括点光源扩束准直系统100、起偏器110、光线偏折系统120、分束器130、空间光调制器140、目镜150、眼动追踪系统160、空间光调制器驱动器170、控制器180。
所述的点光源扩束准直系统100由点光源101、透镜102构成，提供用于照明的平行光，一般是由点光源101经过透镜102准直后生成的平行光，点光源可为单色LED光源加窄带滤光片，或光纤耦合激光器的输出端。
所述的起偏器110可为散射型偏振片或玻璃堆偏振片或偏振棱镜，将透过光线调整为线偏平行光，偏振方向与光线偏折系统120相对应。
所述的光线偏折系统120由偏折器件121、偏折器件驱动122组成，其中偏折器件121为多个液晶微棱镜阵列123构成，液晶微棱镜阵列123的具体结构包含电控偏振调制器511、玻璃基底512、双折射液晶513和锯齿形微棱镜阵列514。电控偏振调制器511位于玻璃基底512之前，两者表面相互平行，两者表面可间隔一定的距离也可直接紧贴。锯齿形微棱镜阵列514的平面基底与玻璃基底512的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列514的锯齿面面向玻璃基底512两者中间注入液晶并封装形成锯齿型的双折射液晶513。
所述的点光源扩束准直系统100位于光线偏折系统120之前，点光源101经过透镜102准直形成宽光束的平行光后通过起偏器110出射线偏平行光。经过光线偏折系统120，二维偏折后传输至分束器130。其中，光线偏折系统120由偏折器件121使平行光束发生二维偏折。偏折器件121由控制器180通过偏折器件驱动122分时加载电信号进行时序控制。经过分束器130反射至空间光调制器140，所述的分束器130为块状分束棱镜，或平板分束镜。
所述的空间光调制器140可以是相位型、振幅型、振幅相位混合型的反射式空间光调制器，对照射到其上的平行光进行相位、振幅或复振幅衍射调制后再反射经分束器130透射后，通过目镜150将带有图像信息的衍射光线会聚呈现在人眼中。需注意当空间光调制器为相位型时，需在分束器130前光线偏折系统120后加1/4波片产生圆偏光，之后再经过起偏器从而产生符合相位型空间光调制器的偏振入射光线。
所述目镜150为单透镜，或多个透镜的组合，或具有类似功能的全息光学元件。眼动追踪系统160由眼动追踪驱动器161和眼动捕捉相机162构成，用于获取人眼瞳孔的空间位置坐标。眼动追踪系统160与控制器180相连接。在人眼位置发生变化时，眼动追踪系统160获取人眼瞳孔位置信息，传输至控制器180。
所述的眼动捕捉相机162可以是CCD或CMOS相机模块，也可是多个单点探测器的组合。所述的空间光调制器驱动器170，与空间光调制器140、控制器180分别相连接，主要用来控制空间光调制器140的显示图像、显示帧率、分辨率等并驱动其显示刷新图像，其控制模式由控制器180决定。空间光调制器驱动器170与控制器180通过VGA、HDMI、DVI、DisplayPort等视频接口、USB、串口以及通用I/O方式连接。控制器180对眼动追踪系统160获取的人眼瞳孔位置坐标进行分析计算后再次控制光线偏折系统120控制光线发生偏折，从而实现二维眼瞳箱扩展。
所述控制器180处理信息主要包括三个方面：一、对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理；二、根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理；三、根据视景与坐标叠加后分析瞳孔位置和尺寸分析聚焦深度信息从而计算加载到空间光调制器的全息图。
本实施例所述的偏折器件121的基本结构以及偏折器件121在二维平面上透射的结构示意图如图2所示。所述的偏折器件121最少叠加单个液晶微棱镜阵列123可实现一维(x轴或y轴)光线偏折，叠加两个正交的液晶微棱镜阵列123可控制二维(x轴，y轴)光线偏折。液晶微棱镜阵列123中所采用的液晶材料可为TN型液晶、Pi型液晶、IPS型液晶、VA型液晶和传统的ECB型液晶，其基本结构包括电控偏振调制器511、玻璃基底512、双折射液晶513、锯齿形微棱镜阵列514；或可根据出射角度的需求，在电控偏振调制器511和玻璃基底512间继续加入电控偏振调制器511用来控制光束的偏振态以匹配后续的光线偏折角度。
所述点光源扩束准直系统100经起偏器110产生平行的线偏光入射到施加电压V后的电控偏振调制器，保持原有偏振态通过玻璃基底512后入射至下一层锯齿形双折射液晶513，经过锯齿形微棱镜阵列514后发生折射出射。由于液晶的双折射特性，当光线偏振态为s光时光线出射不发生偏折，当光线偏振态为p光时光线发生一定角度的偏折出射。偏折角度由棱镜的顶角和液晶的双折射特性决定。对于较大的偏转角，增加锯齿型棱镜514的顶角或液晶的双折射率差是常用的方法。为了简化起见，假设玻璃基底512的折射率，锯齿形微棱镜阵列514和液晶的普通折射率都具有相同的值，设双折射率两个折射率之差Δn，α是锯齿形棱镜阵列514的顶角。则可以计算出三个液晶微棱镜阵列123的左偏角βL和右偏角βR，βL≈(Δn)α；βR≈(Δn)α。其中，第一个液晶微棱镜阵列123的锯齿棱镜阵列514顶角α与z轴正方向相反，下表面和z轴正方向的夹角为钝角，与第二个的锯齿棱镜阵列514的顶角α方向相对，第二个锯齿棱镜阵列514顶角α的下表面和z轴正方向的夹角为锐角，第三个锯齿棱镜阵列514的顶角α方向与第一个呈90°旋转关系，顶角方向与第一个相同，下表面与z轴正方向的夹角为钝角。理论上可以在x、z平面上偏折状态为0、±θ。在y、z平面上达到0、θ共6个有效状态。四个双折射液晶微棱镜阵列123(两个沿x轴方向，两个沿y轴方向)的角度可达到x、z平面±θ、0，在y、z平面上达到±θ、0共9种状态。所述液晶微棱镜阵列123中锯齿形微棱镜阵列514棱镜顶角可不同。经过多个具有不同顶角的液晶微棱镜阵列123组合和叠加后，可进一步扩大眼瞳箱有效范围和状态。
本实施例所述的另一种偏折器件121的透射结构示意图如图3所示。通过叠加两个或以上液晶微棱镜阵列123可控制二维(x轴，y轴)光线偏折，其中至少一对液晶微棱镜阵列成正交状态。所述偏折器件121可由三个或更多液晶微棱镜阵列123构成。其出射角度大小可由加载电压分时控制，其出射角度最大值可叠加多个液晶微棱镜阵列123来扩大，液晶微棱镜阵列123可根据出射方向需要进行不同形式(翻转、旋转等)的组合进行安装。但需注意的是叠加多个液晶微棱镜阵列123需考虑其响应时间。多个液晶微棱镜阵列123可实现二维眼瞳箱扩展，点光源扩束准直系统100发出的线偏光入射到施加电压V后的电控偏振调制器，保持原有偏振态通过玻璃基底512后入射至下一层锯齿形双折射液晶513，再经过双折射从锯齿形微棱镜阵列514发生折射后出射。当光线偏振态为s光时光线出射不发生偏折，当光线偏振态为p光时光线在x轴发生一定角度的偏折出射，然后再进入下一个液晶微棱镜阵列123结构对线偏光继续进行y轴方向上的偏折，从而实现二维眼瞳箱扩展。
实施例2
本用于增强现实式全息近眼显示系统如图4所示。所述的全息近眼显示系统包括点光源扩束准直系统100、起偏器110、光线偏折系统120、分束器130、空间光调制器140、目镜150、眼动追踪系统160、空间光调制器驱动器170、控制器180。
所述的点光源扩束准直系统100，由点光源101、透镜102构成，提供用于照明的平行光，一般是由点光源101经过准直后生成的平行光，点光源可为单色LED光源加窄带滤光片，或光纤耦合激光器的输出端。
所述的起偏器110可为散射型偏振片或玻璃堆偏振片或偏振棱镜，将透过光线调整为线偏平行光，偏振方向与光线偏折系统相对应。
所述的光线偏折系统120由偏折器件121、偏折器件驱动122组成，其中偏折器件121为多个液晶微棱镜阵列123构成，液晶微棱镜阵列123的具体结构包含电控偏振调制器511、玻璃基底512、双折射液晶513和锯齿形微棱镜阵列514。电控偏振调制器511位于玻璃基底512之前，两者表面相互平行，两者表面可以间隔一定的距离也可直接紧贴。锯齿形微棱镜阵列514的平面基底与玻璃基底512的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列514的锯齿面面向玻璃基底512两者中间注入液晶并封装形成锯齿型双折射液晶513。光线偏折系统120的具体结构和工作原理与实施例1中的结构和原理相同。
所述的点光源扩束准直系统100位于光线偏折系统120的前面，点光源101经过透镜102准直形成宽光束的平行光后通过起偏器110出射线偏平行光。经过光线偏折系统120，二维偏折后传递至分束器130。其中光线偏折系统120由偏折器件121使光线发生二维折射。而偏折器件121由控制器180通过偏折器件驱动122分时加载电压时序控制。经过分束器130至空间光调制器140，所述的分束器130为可为块状分束棱镜或平板分束镜。
所述的空间光调制器140可以是相位型、振幅型、振幅相位混合型的反射式空间光调制器，对照射到其上的平行光进行相位、振幅或复振幅衍射调制后再反射经分束器130透射后，通过目镜150将带有图像信息的衍射光线会聚成实像呈现在人眼中，同时也可以观看到透射的真实环境场景。需注意的是，当空间光调制器为相位型时，需在分束器130前光线偏折系统120后位置加装1/4波片产生圆偏光后继续加装起偏器从而产生符合相位型空间光调制器的偏振光。应注意空间光调制器位置需与实施例1，用于虚拟现实的全息近眼显示系统的一个实施例相区分。
所述目镜150可为全息光学元件151和合光器152的组合，也可由透镜加合光器或透镜加半反半透镜组成，或由分束器和透镜组成，或由分束器和凹面反射镜构成，或单个半透半反的曲面合光器。人眼可以直接穿透所述目镜150观看到透射的真实场景。在人眼位置发生变化时，眼动追踪系统160获取人眼瞳孔位置信息与控制器180相连接，由眼动追踪驱动器161和眼动捕捉相机162构成，用于获取人眼瞳孔的空间位置坐标。
所述的眼动捕捉相机162可以是CCD或CMOS相机模块，也可以是多个单点探测器的组合。所述的空间光调制器驱动器170，与空间光调制器140、控制器180分别相连接，主要用来控制空间光调制器140的显示图像、显示帧率、分辨率等，其控制模式由控制器180决定，其与控制器180一般通过VGA、HDMI、DVI、DisplayPort等视频接口、USB、串口以及通用I/O等方式连接。由控制器180对眼动追踪系统160获取的人眼瞳孔位置坐标进行分析计算后再次控制光线偏折系统110控制光线发生折射，从而实现二维眼瞳箱扩展。
所述控制器180处理信息主要包括三个方面：一、对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理，二、根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理。三、根据视景与坐标叠加后分析瞳孔数据大小分析聚焦深度信息计算上载空间光调制器全息图。
需注意，所述的本发明用于增强现实式全息近眼显示系统的该实施例在结构上相较实施例1，目镜150不可仅由单透镜构成，需加上合光器或类似功能的光学元件等。
实施例3
本用于虚拟现实式全息近眼显示系统如图5所示，所述的全息近眼显示系统包括点光源扩束准直系统100、起偏器110、光线偏折系统120、透射式空间光调制器310、目镜150、眼动追踪系统160、空间光调制器驱动器170、控制器180。
所述的点光源扩束准直系统100由点光源101、透镜102构成，提供用于照明的平行光，一般是由点光源101经过准直起偏器110起偏后生成的平行光，点光源可为单色LED光源加窄带滤光片，或光纤耦合激光器的输出端。
所述起偏器110可为散射型偏振片，或玻璃堆偏振片，或偏振棱镜，将透过光线调整为线偏平行光。
所述的光线偏折系统120由偏折器件121、偏折器件驱动122组成，其中偏折器件121为多个液晶微棱镜阵列123构成，液晶微棱镜阵列123的具体结构包含电控偏振调制器511、玻璃基底512、双折射液晶513和锯齿形微棱镜阵列514。电控偏振调制器511位于玻璃基底512之前，两者表面相互平行，两者表面可以间隔一定的距离也可直接紧贴。锯齿形微棱镜阵列514的平面基底与玻璃基底512的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列514的锯齿面面向玻璃基底512两者中间注入液晶并封装形成锯齿型的双折射液晶513。光线偏折系统120的具体结构和工作原理与实施例1中的结构和原理相同。
所述的点光源扩束准直系统100位于光线偏折系统120的前面，点光源101经过透镜102准直形成宽光束的平行光后通过起偏器110出射线偏平行光。经过光线偏折系统120，二维偏折后传递至空间光调制器310。其中光线偏折系统120由偏折器件121使光线发生二维折射。而偏折器件121由控制器180通过偏折器件驱动122分时加载电压时序控制。
所述的空间光调制器310可以是相位型、振幅型、振幅相位混合型的透射式空间光调制器，对照射到其上的平行光进行相位、振幅或复振幅衍射调制后再经反射镜320反射后传播至目镜150。需注意当空间光调制器为相位型时，需在空间光调制器310前光线偏折系统120后放置1/4波片产生圆偏光后经起偏器从而产生符合相位型空间光调制器的偏振光。
所述目镜150为单透镜，或多个透镜的组合，或具有类似功能的全息光学元件。在人眼位置发生变化时，眼动追踪系统160获取人眼瞳孔位置信息与控制器180相连接，由眼动追踪驱动器161和眼动捕捉相机162构成，用于获取人眼瞳孔的空间位置坐标。
所述的眼动捕捉相机162可以是CCD或CMOS相机模块，也可以是多个单点探测器的组合。所述的空间光调制器驱动器170，与空间光调制器310、控制器180分别相连接，主要用来控制空间光调制器310的显示图像、显示帧率、分辨率等，其控制模式由控制器180决定，其与控制器180一般通过VGA、HDMI、DVI、DisplayPort等视频接口、USB、串口以及通用I/O等方式连接。由控制器180对眼动追踪系统160获取的人眼瞳孔位置坐标进行分析计算后再次控制光线偏折系统110控制光线发生折射，从而实现二维眼瞳箱扩展。
所述控制器180处理信息主要包括三个方面：一、对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理，二、根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理。三、根据视景与坐标叠加后分析瞳孔数据大小分析聚焦深度信息计算上载空间光调制器全息图。
需注意，所述的本发明用于虚拟现实式全息近眼显示系统的该实施例在结构上相较实施例1更为紧凑，但在图像亮度上有所损失。
实施例4
本用于增强现实的全息近眼显示系统如图6所示，所述的全息近眼显示系统包括点光源扩束准直系统100、起偏器110、光线偏折系统110、透射式空间光调制器310、目镜150、眼动追踪系统160、空间光调制器驱动器170、控制器180。
所述的点光源扩束准直系统100由点光源101、透镜102构成，提供用于照明的平行光，一般是由点光源101经过准直起偏器110起偏后生成的线偏平行光，点光源可为单色LED光源或光纤耦合激光器的输出端。
所述的起偏器110可为散射型偏振片或玻璃堆偏振片或偏振棱镜，将透过光线调整为线偏平行光。
所述的光线偏折系统120由偏折器件121、偏折器件驱动122组成，其中偏折器件121为多个液晶微棱镜阵列123构成，液晶微棱镜阵列123的具体结构包含电控偏振调制器511、玻璃基底512、双折射液晶513和锯齿形微棱镜阵列514。电控偏振调制器511位于玻璃基底512之前，两者表面相互平行，两者表面可以间隔一定的距离也可直接紧贴。锯齿形微棱镜阵列514的平面基底与玻璃基底512的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列514的锯齿面面向玻璃基底512两者中间注入液晶并封装形成锯齿型的双折射液晶513。光线偏折系统120的具体结构和工作原理与实施例1中的结构和原理相同。
所述的点光源扩束准直系统100位于光线偏折系统120的前面，点光源101经过透镜102准直形成宽光束的平行光后通过起偏器110出射线偏平行光。经过光线偏折系统120，二维偏折后传递至空间光调制器310。其中光线偏折系统120由偏折器件121使光线发生二维折射。而偏折器件121由控制器180通过偏折器件驱动122分时加载电压时序控制。所述的空间光调制器310可以是相位型、振幅型、振幅相位混合型的透射式空间光调制器，对照射到其上的平行光进行相位、振幅或复振幅衍射调制后再透射到目镜150上，通过目镜150将带有图像信息的衍射光线会聚成实像呈现在人眼中。需注意当空间光调制器为相位型时，需在空间光调制器310前光线偏折系统120后位置加装1/4波片产生圆偏光后经过起偏器产生符合相位型空间光调制器的偏振光。应注意空间光调制器位置需与实施例1，用于虚拟现实的全息近眼显示系统的一个实施例相区分。让现实场景可透射目镜150中的合光器152并叠加于图像光一起进入人眼。衍射调制后的光线通过目镜150中的全息光学元件151将带有图像信息和现实场景信息的衍射光线会聚成实像呈现在人眼中。
所述目镜150可为全息光学元件151和合光器152的组合，也可为透镜和合光器152的组合，或为单个半透半反的曲面合光器。合光器152是半透半反镜、分束器或具有类似功能的全息光学元件。在人眼位置发生变化时，眼动追踪系统160获取人眼瞳孔位置信息与控制器180相连接，由眼动追踪驱动器161和眼动捕捉相机162构成，用于获取人眼瞳孔的空间位置坐标。所述的眼动捕捉相机162可以是CCD或CMOS相机模块，也可以是多个单点探测器的组合。
所述的空间光调制器驱动器170，与空间光调制器310、控制器180分别相连接，主要用来控制空间光调制器310的显示图像、显示帧率、分辨率等，其控制模式由控制器180决定，其与控制器180一般通过VGA、HDMI、DVI、DisplayPort等视频接口、USB、串口以及通用I/O等方式连接。由控制器180对眼动追踪系统160获取的人眼瞳孔位置坐标进行分析计算后再次控制光线偏折系统110控制光线发生折射，从而实现二维眼瞳箱扩展。
所述控制器180处理信息主要包括三个方面：一、对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理，二、根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理。三、根据视景与坐标叠加后分析瞳孔位置和尺寸分析聚焦深度信息计算上载空间光调制器全息图。
需注意，所述的本发明用于增强现实式全息近眼显示系统的该实施例在结构上相较实施例1，目镜150不可仅由单透镜构成，需加上合光器或类似功能的光学元件等该实施例在结构上相较实施例2更为紧凑，但在相同视场角大小和相同光线偏折系统120下实现的二维眼瞳箱扩展范围较小。
本实施例提供的基于眼瞳箱扩展的全息近眼显示系统的显示方法示意流程图，如图7所示，该方法包括如下操作步骤：
第一步:通过眼动追踪系统，获取人眼瞳孔所在的位置信息。
第二步:根据瞳孔位置坐标，控制器计算焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成全息图。处理信息主要包括三个方面：一、对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理；二、根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理；三、根据视景与坐标叠加后分析瞳孔位置与大小分析聚焦深度信息计算上载空间光调制器全息图。在本发明当中，空间光调制器的调制方式有振幅、相位以及复振幅调制这三种，因此全息图的编码可以根据空间光调制器的种类进行振幅编码、相位编码以及复振幅编码。其全息图生成和编码流程如下：
1.根据所需的三维模型进行三维场景渲染常用方法有：点源法、片层法、三角形法、多边形法和全息体素法等；
2.复振幅传播模型常用方法有：角谱法、菲涅尔衍射法、弗朗和费衍射和卷积法等来计算出瞳位置的复振幅分布Ui，后经过逆变换反向传播并结合各光学元件后得到空间光调制器上加载的复振幅分布Uslm；
3.将空间光调制器复振幅分布Uslm根据不同的调制方式，编码为空间光调制器相应的加载全息图像信息，并对其进行像差校正后得到最终全息图。
第三步:控制器控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压。偏折器件121由控制器180通过偏折器件驱动122分时加载电压时序控制。采用分时复用对多个液晶微棱镜阵列加载电压控制偏折器件二维偏折角度，使光线折射后最终打至眼动跟踪装置得到的瞳孔位置坐标处。具体方法可为，光线以角度βR偏向右侧。为了简化起见，假设玻璃的折射率，棱镜阵列和液晶的普通折射率都具有相同的值，设双折射率两个折射率之差Δn，α是锯齿形棱镜阵列的顶角。则可以计算出偏角βL和βR。其中βL≈(Δn)α和βR≈(Δn)α。
第四步:计算机控制空间光调制器驱动并上载计算全息图至空间光调制器。空间光调制器加载人眼位置对应的全息图，对光束进行波前调制使其具有深度信息。同时，控制器控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压和控制空间光调制器驱动上载计算全息图至空间光调制器同步进行。
第五步:人眼瞳孔位置改变，再次循环第一步重新获取人眼位置信息，重复上述操作让人眼看见与其位置相应的清晰三维场景。
综上所述，上述实施例基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统及眼瞳箱扩展方法。该系统包括点光源扩束准直系统、光线偏折系统、空间光调制器、目镜、眼动追踪系统、控制器。点光源扩束准直系统发出的平行光经过光线偏折系统控制发生偏折后照射到空间光调制器上，空间光调制器加载计算全息图对入射光束衍射调制，调制后的图像光通过目镜会聚到人眼。采用眼动追踪装置追踪人眼瞳孔的位置，通过控制器计算观看焦点位置坐标，计算振幅、相位，编码后生成计算全息图加载到空间光调制器上，同时控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压改变入射到空间光调制器上的平行光的方向，使全息图衍射光精确地聚焦于人眼瞳孔所在的位置，进而实现二维眼瞳箱扩展效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以合理顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化；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；而这些修改或者替换，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范围。

Claims (10)

1.一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，包括点光源扩束准直系统（100）、起偏器（110）、光线偏折系统（120）、分束器（130）、空间光调制器（140）、空间光调制器驱动器（170）、目镜（150）、眼动追踪系统（160）、控制器（180），其特征在于：
点光源扩束准直系统（100），用于产生宽光束的平行光；
起偏器（110），用于将产生的平行光变为线偏平行光；
光线偏折系统（120），由偏折器件（121）和偏折器件驱动（122）组成，偏折器件（121）将平行光进行偏折，与偏折器件驱动（122）相连接并由偏折器件驱动加载的电压控制偏折角度，该光线偏折系统与控制器相连；
分束器（130），将光线偏折系统（120）折射的线偏平行光照射到所述的空间光调制器（140）上；
空间光调制器（140），加载对应瞳孔位置的计算全息图，对光线偏折系统（120）折射的平行光进行衍射调制，为人眼提供三维图像，空间光调制器（140）通过空间光调制器驱动器（170）与控制器（180）相连接；
空间光调制器驱动器（170），与控制器（180）、空间光调制器（140）分别连接，控制加载在空间光调制器上的计算全息图；
目镜（150），将带有图像信息的衍射光线会聚到人眼；
眼动追踪系统（160），与控制器（180）相连接，用于获取人眼瞳孔位置信息并传入控制器；
控制器（180），用于处理人眼瞳孔位置信息，计算焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成计算全息图，并同步控制偏折器件的电压时序以及全息图的加载刷新；具体地，所述控制器（180）处理信息主要包括如下：
a.对提取到的瞳孔位置坐标进行视景与坐标叠加，对瞳孔位置图像进行数据分析处理；
b.根据提取到的瞳孔位置坐标对偏折器件加载时序电压信号计算处理；
c.根据视景与坐标叠加后分析瞳孔位置和尺寸分析聚焦深度信息，从而计算加载到空间光调制器的全息图。
2.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述点光源扩束准直系统（100）由点光源（101）、透镜（102）构成，提供用于照明的平行光；所述的点光源（101）可为单色LED光源加窄带滤光片，或光纤耦合激光器的输出端。
3.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述起偏器（110）是散射型偏振片，或玻璃堆偏振片或偏振棱镜。
4.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述光线偏折系统（120）由偏折器件（121）、偏折器件驱动（122）组成；其中，偏折器件（121）为多个液晶微棱镜阵列（123）构成。
5.根据权利要求4所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述光线偏折系统（120）中的液晶微棱镜阵列（123）包含电控偏振调制器（511）、玻璃基底（512）、双折射液晶（513）和锯齿形微棱镜阵列（514），电控偏振调制器（511）位于玻璃基底（512）之前，两者表面相互平行；锯齿形微棱镜阵列（514）的平面基底与玻璃基底（512）的通光表面相平行，锯齿形微棱镜阵列（514）的锯齿面面向玻璃基底（512），两者中间注入液晶形成锯齿型的双折射液晶（513）。
6.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述光线偏折系统（120）设于点光源扩束准直系统（100）与空间光调制器（140）之间；
所述光线偏折系统（120）中的液晶微棱镜阵列（123）的材料为TN型液晶、Pi型液晶、IPS型液晶、VA型液晶或ECB型液晶。
7.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述空间光调制器（140）是反射式空间光调制器或透射式的空间光调制器。
8.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述空间光调制器（140）是相位型空间光调制器、振幅型空间光调制器或振幅相位混合型空间光调制器。
9.根据权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统，其特征在于：所述目镜（150）为单透镜或多个透镜的组合，或具有类似功能的全息光学元件，从而构成虚拟现实式全息近眼显示系统；所述目镜（150）为全息光学元件（151）和合光器（152）的组合，或透镜和合光器（152）的组合，或单个半透半反的曲面合光器，从而构成增强现实式全息近眼显示系统；所述合光器（152）是半透半反镜、分束器或全息光学元件。
10.一种基于电控偏振调制器的全息近眼显示眼瞳箱扩展方法，采用权利要求1所述基于电控偏振调制器的全息近眼显示系统进行操作，其特征在于，操作步骤如下：
第一步: 通过眼动追踪系统，获取人眼瞳孔所在的位置信息；
第二步: 根据瞳孔位置坐标，控制器计算待显示图像的焦点位置坐标，计算振幅、相位，包裹编码后生成全息图；
第三步: 控制器控制偏折器件驱动对偏折器件加载相应电压；
第四步: 计算机控制空间光调制器驱动加载计算全息图至空间光调制器；
第五步: 人眼瞳孔位置改变，跳转第一步循环以保证人眼看见相应的清晰三维场景。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115097637B (zh) * 2022-08-26 2022-12-09 杭州光粒科技有限公司 一种平视显示器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103176308A (zh) * 2013-04-03 2013-06-26 上海交通大学 基于液晶棱镜阵列的全分辨率自由立体显示设备及方法
CN109765694A (zh) * 2019-03-05 2019-05-17 杭州光粒科技有限公司 混合近眼ar三维显示系统
EP3513254A1 (en) * 2016-09-16 2019-07-24 Microsoft Technology Licensing, LLC Holographic wide field of view display
CN110376739A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 浙江大学 一种基于光偏振方向大出瞳快速计算的全息平面混合近眼显示系统
CN110389449A (zh) * 2019-07-03 2019-10-29 浙江大学 一种基于光波长范围大出瞳快速计算的全息平面混合近眼显示系统
CN110989174A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 南京工程学院 基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器
CN111812842A (zh) * 2020-06-29 2020-10-23 深圳珑璟光电技术有限公司 一种全息图显示方法、装置及近眼显示系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103176308A (zh) * 2013-04-03 2013-06-26 上海交通大学 基于液晶棱镜阵列的全分辨率自由立体显示设备及方法
EP3513254A1 (en) * 2016-09-16 2019-07-24 Microsoft Technology Licensing, LLC Holographic wide field of view display
CN109765694A (zh) * 2019-03-05 2019-05-17 杭州光粒科技有限公司 混合近眼ar三维显示系统
CN110376739A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 浙江大学 一种基于光偏振方向大出瞳快速计算的全息平面混合近眼显示系统
CN110389449A (zh) * 2019-07-03 2019-10-29 浙江大学 一种基于光波长范围大出瞳快速计算的全息平面混合近眼显示系统
CN110989174A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 南京工程学院 基于新型偏振体全息光栅的近眼光场显示器
CN111812842A (zh) * 2020-06-29 2020-10-23 深圳珑璟光电技术有限公司 一种全息图显示方法、装置及近眼显示系统

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