一種近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種近眼顯示系統(tǒng)，包括三色光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)，圖像顯示系統(tǒng)的顯示元件為透明數(shù)字全息顯示元件；三色光源系統(tǒng)產(chǎn)生的三色光以高頻方式輪流照射到透明數(shù)字全息顯示元件上，以反射方式激活全息圖，相應(yīng)的，本實用新型還公開了一種頭戴顯示設(shè)備，本實用新型充分利用計算全息技術(shù)，使得該近眼顯示系統(tǒng)輕巧，并且可實現(xiàn)大視場顯示以及通過計算全息實現(xiàn)景深調(diào)節(jié)。
【專利說明】
一種近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及近眼顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，增強現(xiàn)實智能眼鏡逐漸出現(xiàn)在大眾視野，例如谷歌的GoogleGlass和微軟的HoloIensc3Google Glass通過一個投影光學(xué)系統(tǒng)將LCOS微顯不器上的圖像投影，經(jīng)過一個棱鏡和反射鏡，通過內(nèi)置在棱鏡中的分光鏡將投影的圖像反射到用戶眼睛。Hololens是將LCOS或者DLP微顯示器上的圖像通過全息光柵耦合進(jìn)入波導(dǎo)，并通過波導(dǎo)傳輸，最后在人眼正前方通過相應(yīng)的全息光柵耦合輸出，投影進(jìn)入人眼。這兩者的近眼顯示技術(shù)均存在視場較小的問題，前者的視場在14°左右，后者的視場在30°左右，無法滿足目前消費類產(chǎn)品的需求。增強現(xiàn)實智能眼鏡要想滿足消費類產(chǎn)品的需求，大視場成為亟待解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種可實現(xiàn)大視場、景深可調(diào)的近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備。
[0004]為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了一種近眼顯示系統(tǒng)，包括三色光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)，圖像顯示系統(tǒng)的顯示元件為透明數(shù)字全息顯示元件;三色光源系統(tǒng)產(chǎn)生的三色光以高頻方式輪流照射到透明數(shù)字全息顯示元件上，以反射方式激活全息圖。
[0005]優(yōu)選的，三色光源系統(tǒng)中的光源為RGB三色激光光源或RGB三色LED光源。
[0006]優(yōu)選的，所述三色光源系統(tǒng)包括:RGB三色激光光源、合光系統(tǒng)和激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，RGB三色激光光源發(fā)出三色激光，先通過合光系統(tǒng)進(jìn)行合光，再經(jīng)過激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，將三色激光束調(diào)制成準(zhǔn)直寬光束，照射到透明數(shù)字全息顯示元件上。
[0007]優(yōu)選的，所述合光系統(tǒng)為合色X立方體棱鏡或二向色鏡。
[0008]相應(yīng)的，本實用新型還提出一種頭戴顯示設(shè)備，包括微處理器和近眼顯示系統(tǒng)，所述近眼顯示系統(tǒng)為本實用新型前述的近眼顯示系統(tǒng)，所述微處理器與近眼顯示系統(tǒng)中的光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)相連。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0010]1.本實用新型近眼顯示系統(tǒng)是基于計算全息顯示技術(shù)設(shè)計，利用衍射的成像原理，可以將近眼顯示的視場做得很大(衍射角可以做得很大)，可突破傳統(tǒng)的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)對視場的限制；
[0011 ] 2.本實用新型頭戴顯示設(shè)備采用基于計算全息的近眼顯示技術(shù)，可以通過算法實現(xiàn)投射圖像的景深調(diào)節(jié)，實現(xiàn)物體顯示的三維效果。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(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，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖:
[0013]圖1為本實用新型近眼顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1中合光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0015]圖3為圖1中合光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0017]全息技術(shù)，是虛擬成像技術(shù)中的一種，其利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像。
[0018]計算全息是建立在數(shù)學(xué)計算與現(xiàn)代光學(xué)的基礎(chǔ)上，利用計算機編碼制作全息圖，它可以全面記錄光波的振幅和相位，噪聲低，重復(fù)性高，可記錄任何物體的全息圖，甚至可以實現(xiàn)自然界尚不存在的三維物體的立體顯示。
[0019]本實用新型近眼顯示系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)方案是基于計算全息技術(shù)而設(shè)計，下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進(jìn)行介紹。
[0020]本實用新型中的透明數(shù)字全息顯示元件采用高分辨空間光調(diào)制器，例如透明IXD、透明OLED等顯示元件。
[0021 ]本實施例近眼顯示系統(tǒng)包括三色光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)，圖像顯示系統(tǒng)的顯示元件為透明數(shù)字全息顯示元件;三色光源系統(tǒng)產(chǎn)生的三色光以高頻方式輪流照射到透明數(shù)字全息顯示元件上，以反射方式激活全息圖。所述三色光源系統(tǒng)中的光源為可以為RGB三色激光光源，也可以為RGB三色LED光源。透明數(shù)字全息顯示元件在處理器的控制下，根據(jù)顯示信息實時改變?nèi)⒔Y(jié)構(gòu)，使得通過相干光照明可以復(fù)現(xiàn)虛擬物，使人眼可見。具體采用的原理是:照明光束被全息結(jié)構(gòu)衍射生成所需要的虛擬顯示光源，該光進(jìn)入人眼，人即可看見虛擬物。圖像顯示系統(tǒng)上顯示的全息圖像是處理器生成的計算全息圖像，由于計算全息計算可以全面記錄光波的振幅和相位，通過調(diào)節(jié)生成計算全息圖的算法，可以實現(xiàn)將物投影在距離人眼250mm至無限遠(yuǎn)位置處，因此可以實現(xiàn)近眼顯示，并且可以實現(xiàn)景深的調(diào)節(jié)，本方案所指景深指虛擬圖像離人眼距離，即成像深度。
[0022]另外，計算全息顯示投影出的視場角由數(shù)字全息顯示元件(空間光調(diào)制器)的像素尺寸決定θΧ.χ = λ/ ΔΧ,θγΜ3Χ=λ/ Δ γ，λ是光源激光波長，Δ X，Δ Y分別是空間光調(diào)制器的長寬尺寸，9Xmax和0Ymax是水平方向和垂直方向的最大視場角，以波長為650nm紅色激光器為例，當(dāng)像素尺寸為1μπι*?Μ?時，其視場角可以達(dá)到40度左右，因此本實用新型近眼顯示系統(tǒng)可實現(xiàn)大視場。
[0023]參見圖1，為本實用新型實施例近眼顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中的三色光源系統(tǒng)中的光源為RGB三色激光光源，如圖1中的R激光光源1、G激光光源2和B激光光源3，三色光源系統(tǒng)還包括合光系統(tǒng)4和激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)5，RGB三色激光光源發(fā)出三色激光，先通過合光系統(tǒng)4進(jìn)行合光，再經(jīng)過激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)5，激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)5將三色激光束調(diào)制成準(zhǔn)直寬光束，照射到透明數(shù)字全息顯示元件6上，以反射方式激活全息圖。激活全息圖的原理為:數(shù)字全息元件根據(jù)顯示信息實時改變?nèi)⒔Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得照明光束被其衍射生成所需要的虛擬顯示光源，虛擬顯示光源射入人眼，人眼即可以看見虛擬顯示信息。
[0024]圖1中，合光系統(tǒng)4可以采用合色X立方體棱鏡或二向色鏡，合色X立方體棱鏡結(jié)構(gòu)可參考圖2，二向色鏡結(jié)構(gòu)可參考圖3，合光系統(tǒng)的作用是將紅綠藍(lán)三色激光器發(fā)出的R、G、B光束的路徑組合在相同方向的相同路徑上。
[0025]圖2中合色X立方體棱鏡包括R入射面171，G入射面172，B入射面173以及出射面174，兩個選擇反射表面175和176，紅綠藍(lán)三色激光器將各自出射的R、G和B光束分別輻射到入射表面171，172和173，選擇反射層形成在選擇反射表面175上以反射光束R并且透射光束G和B。另一選擇反射層形成在選擇反射表面176上以反射光束B并且透射光束R和G。通過三入射表面171，172和173入射的R、G和B光束分別通過出射面174射出，在這個結(jié)構(gòu)中，R、G和B的光束路徑重合。
[0026]圖3為二向色鏡示意圖，二向色鏡又稱雙色鏡，常用于激光技術(shù)中，其特點是對一定波長的光幾乎完全透過，而對另一些波長的光幾乎完全反射。圖3中，177鏡對G光完全透過，對R光完全反射;178鏡對G光完全透過，對B光完全反射。
[0027]本實用新型近眼顯示系統(tǒng)全息圖復(fù)現(xiàn)的具體實現(xiàn)原理為:
[0028]某一時刻，綠色光源和藍(lán)色光源關(guān)閉，紅色光源發(fā)出的紅色光，以反射的方式照射到透明計算全息顯示芯片上，此時透明芯片顯示輸出的是紅色光束記錄物的計算全息圖，從而顯示出圖像信息的紅光部分。在下一時刻，紅色光源和藍(lán)色光源關(guān)閉，綠色光源出射的綠色光束激活相應(yīng)的綠光記錄的計算全息圖，從而投影出圖像信息的綠光部分。同理，可以投影出圖像信息的藍(lán)光部分，當(dāng)計算全息圖和光源的切換速率可以足夠快，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，人眼就可以看見三色疊加的彩色圖像信息。同時人眼還可以透過透明顯示元件看到真實的外界環(huán)境，實現(xiàn)增強現(xiàn)實的效果。
[0029]本實用新型近眼顯示系統(tǒng)充利用了計算全息技術(shù)，使得該近眼顯示系統(tǒng)輕巧，并且可實現(xiàn)大視場顯示以及通過計算全息實現(xiàn)景深調(diào)節(jié)，因此可以廣泛應(yīng)用于智能眼鏡或者頭戴顯示設(shè)備領(lǐng)域。
[0030]為此，本實用新型還提出一種包含本實用新型近眼顯示系統(tǒng)的頭戴顯示設(shè)備，包括微處理器和近眼顯示系統(tǒng)，所述微處理器與近眼顯示系統(tǒng)中的光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)相連，提供光調(diào)制、全息計算以及操作系統(tǒng)載入等功能。另外硬件方面，頭戴顯示設(shè)備還可以集成可充電電池、耳機、通訊芯片、wifi模塊，藍(lán)牙等模塊中的一種或多種，實現(xiàn)和其他智能設(shè)備互聯(lián)，如智能手機，電腦等。軟件方面，頭戴顯示設(shè)備可配置圖像識別系統(tǒng)和交互系統(tǒng)，圖像識別系統(tǒng)通過對外界圖像的識別，可以很好的將虛擬圖像和真實環(huán)境進(jìn)行融合，交互系統(tǒng)允許人通過手勢或者眼球控制輸入相應(yīng)的操作信息。
[0031]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0032]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0033]本實用新型并不局限于前述的【具體實施方式】。本實用新型擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組入口 ο
【主權(quán)項】
1.一種近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括三色光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)，圖像顯示系統(tǒng)的顯示元件為透明數(shù)字全息顯示元件;三色光源系統(tǒng)產(chǎn)生的三色光以高頻方式輪流照射到透明數(shù)字全息顯示元件上，以反射方式激活全息圖。2.如權(quán)利要求1所述的近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，三色光源系統(tǒng)中的光源為RGB三色激光光源或RGB三色LED光源。3.如權(quán)利要求1所述的近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述三色光源系統(tǒng)包括:RGB三色激光光源、合光系統(tǒng)和激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，RGB三色激光光源發(fā)出三色激光，先通過合光系統(tǒng)進(jìn)行合光，再經(jīng)過激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，將三色激光束調(diào)制成準(zhǔn)直寬光束，照射到透明數(shù)字全息顯示元件上。4.權(quán)利要求3所述的近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述合光系統(tǒng)為合色X立方體棱鏡或二向色鏡。5.一種頭戴顯示設(shè)備，包括微處理器和近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述近眼顯示系統(tǒng)為權(quán)利要求1至4任一項所述的近眼顯示系統(tǒng)，所述微處理器與近眼顯示系統(tǒng)中的光源系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)相連。
【文檔編號】G02B27/01GK205450454SQ201620171521
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】周旭東, 黃琴華
【申請人】成都理想境界科技有限公司