增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)，包括光瞳，所述系統(tǒng)包括圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦入元件及設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦出元件，其中：所述光耦入元件用于將所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合進(jìn)所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)，并在所述平板波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射；所述光耦出元件用于將所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)的圖像信號(hào)耦合輸出并匯聚在所述光瞳內(nèi)。由于本發(fā)明僅采用了圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、光耦入元件及光耦出元件即可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作難度小、體積小、便于佩戴的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
増強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmentedreality，簡(jiǎn)稱AR)顯示系統(tǒng)是將人工生成的數(shù)字輔助信號(hào)與人眼實(shí)時(shí)觀察到的真實(shí)三維場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合的系統(tǒng)，極大地豐富了人類與真實(shí)環(huán)境之間的交互能力，在醫(yī)學(xué)、軍工和工業(yè)制造等領(lǐng)域中存在巨大的應(yīng)用潛力。但是，目前的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于佩戴。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對(duì)以上缺陷，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明提供的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)包括光瞳，所述系統(tǒng)包括圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦入元件及設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦出元件，其中:
[0005]所述光耦入元件用于將所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合進(jìn)所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)，并在所述平板波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射；
[0006]所述光耦出元件用于將所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)的圖像信號(hào)耦合輸出并匯聚在所述光瞳內(nèi)。
[0007]可選的，所述光耦入元件設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)的一端，所述光耦出元件設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)的另一端。
[0008]可選的，所述光耦入元件為自由曲面光學(xué)元件。
[0009]可選的，所述光耦入元件為全息透鏡。
[0010]可選的，所述光耦入元件為全息光柵，所述全息光柵為空間調(diào)制器輸出的物光與參考光在全息材料上干涉所形成的光柵;所述系統(tǒng)還包括透鏡組，所述透鏡組包括若干個(gè)透鏡，所述透鏡組用于對(duì)所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)進(jìn)行像差校正。
[0011]可選的，所述全息光柵為透射式全息光柵或反射式全息光柵。
[0012]可選的，所述全息材料為透光率大于50%的鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折晶體。
[0013]可選的，所述全息材料的厚度在Ium?lOOum。
[0014]可選的，所述平板透明波導(dǎo)的厚度在Imm?10mm。
[0015]可選的，所述平板透明波導(dǎo)的材質(zhì)為光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
[0016]本發(fā)明提供的一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)中，采用光耦入元件將圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合輸入到平板透明波導(dǎo)內(nèi)，圖像信號(hào)在平板透明波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射，并通過(guò)光耦出元件耦出，匯聚在光瞳內(nèi)，這樣人眼便可以在光瞳處看到二維圖像，而由于波導(dǎo)為透明的，因此人眼還可以觀看到周圍的外界場(chǎng)景，從而將虛擬圖像疊加在真實(shí)場(chǎng)景中的目的。由于本發(fā)明僅采用了圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、光耦入元件及光耦出元件即可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作難度小、體積小、便于佩戴的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本公開實(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公開的一些實(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)這些圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施例中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2示出了本發(fā)明另一實(shí)施例中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3示出了本發(fā)明又一實(shí)施例中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面將結(jié)合本公開實(shí)施例中的附圖，對(duì)本公開實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒竟_中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)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，都屬于本公開保護(hù)的范圍。
[0022]本發(fā)明提供一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光瞳，還包括圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、設(shè)置在平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦入元件及設(shè)置在平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦出元件，其中:
[0023]光耦入元件用于將圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合進(jìn)平板透明波導(dǎo)內(nèi)，并在平板波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射；
[0024]光耦出元件用于將平板透明波導(dǎo)內(nèi)的圖像信號(hào)耦合輸出并匯聚在光瞳內(nèi)。
[0025]本發(fā)明提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)中，采用光耦入元件將圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合輸入到平板透明波導(dǎo)內(nèi)，圖像信號(hào)在平板透明波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射，并通過(guò)光耦出元件耦出，匯聚在光瞳內(nèi)，這樣人眼便可以在光瞳處看到二維圖像，而由于波導(dǎo)為透明的，因此人眼還可以觀看到周圍的外界場(chǎng)景，從而將虛擬圖像疊加在真實(shí)場(chǎng)景中的目的。由于本發(fā)明僅采用了圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、光耦入元件及光耦出元件即可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示，不需要自由曲面棱鏡，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作難度小、體積小、便于佩戴的優(yōu)點(diǎn)。
[0026]在具體實(shí)施時(shí)，圖像顯示元件可以為液晶顯示元件，也可以為有機(jī)電致發(fā)光顯示元件。
[0027]在具體實(shí)施時(shí)，可以將光耦入元件設(shè)置在平板透明波導(dǎo)的一端，將光耦出元件設(shè)置在平板透明波導(dǎo)的另一端。
[0028]在具體實(shí)施時(shí)，光耦入元件為自由曲面光學(xué)元件，也可以是全息透鏡、全息光柵，其中全息光柵是空間調(diào)制器輸出的物光與參考光在全息材料上干涉所形成的光柵，當(dāng)光耦入元件為全息光柵時(shí)，本發(fā)明提供的系統(tǒng)中還包括透鏡組，所述透鏡組包括若干個(gè)透鏡，透鏡組用于對(duì)所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)進(jìn)行像差校正。其中，全息透鏡既作為耦入光學(xué)元件具有校正像差的功能。當(dāng)然，還可以是其他的光學(xué)元件作為光耦入元件。
[0029]與制作全息光柵的方法極相似，全息透鏡也是利用兩束相干光在疊加區(qū)域產(chǎn)生干涉，形成干涉條紋，記錄這些干涉條紋就得到全息透鏡。所不同的是制作全息光柵采用的是兩束平面波的疊加，而制作全息透鏡一般是采用記錄平面波與球面波的干涉疊加條紋而成。制作全息透鏡還可以采用兩束球面波的干涉疊加，一束是發(fā)散的；另一束是會(huì)聚的。該全息透鏡由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的所需要特定記錄波前作為物光與參考光進(jìn)行干涉形成。全息透鏡具有光焦度，起到校正像差的作用，代替透鏡組，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輕小化。
[0030]在具體實(shí)施時(shí)，光耦出元件可以采用全息光柵，當(dāng)然還可以采用其他光學(xué)元件。[0031 ]其中，全息光柵按照嚴(yán)格耦合波理論起到耦合圖像的作用。
[0032]下面以自由曲面光學(xué)元件作為光耦入元件，以全息光柵為光耦出元件為例進(jìn)行說(shuō)明:
[0033]如圖1所示，圖像顯示元件發(fā)出的光線A、B、C，經(jīng)過(guò)自由曲面光學(xué)元件F進(jìn)入平板透明波導(dǎo)G中，并在頂面rl和底面r2發(fā)生全反射，到達(dá)光耦出元件CGH2，并匯聚到光瞳P處，被人眼觀察到。同時(shí)，人眼在光瞳處還可以觀察到外界的真實(shí)場(chǎng)景。
[0034]下面以全息透鏡為光耦入元件，以全息光柵作為光耦出元件為例進(jìn)行說(shuō)明:
[0035]如圖2所示，圖像顯示元件發(fā)出的光線A、B、C，經(jīng)過(guò)全息透鏡CGHl進(jìn)入平板透明波導(dǎo)G中，并在頂面rl和底面r2發(fā)生全反射，到達(dá)全息光柵CGH2，并匯聚到光瞳P處，被人眼觀察到。同時(shí)，人眼在光瞳處還可以觀察到外界的真實(shí)場(chǎng)景。
[0036]下面以全息光柵作為光耦入元件和光耦出元件為例進(jìn)行說(shuō)明:
[0037]如圖3所示，圖像顯示元件發(fā)出的光線A、B、C，經(jīng)過(guò)全息光柵CGH1’和透鏡組G1-G8進(jìn)入平板透明波導(dǎo)G中，并在頂面rI和底面r2發(fā)生全反射，到達(dá)全息光柵CGH2，并匯聚到光瞳P處，被人眼觀察到。同時(shí)，人眼在光瞳處還可以觀察到外界的真實(shí)場(chǎng)景。
[0038]在具體實(shí)施時(shí)，全息光柵為透射式全息光柵或反射式全息光柵。其中，所謂的透射式全息光柵是指形成光柵的物光和參考光均在全息材料的一側(cè)照向全息材料。所謂的反射式全息光柵是指形成光柵的物光在全息材料的一側(cè)照向全息材料，而參考光設(shè)置在全息材料的另一側(cè)照向全息材料。
[0039]在具體實(shí)施時(shí)，全息材料可以采用透光率大于50%的鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折晶體。
[0040]在具體實(shí)施時(shí)，全息材料的厚度可在Ium?10um之內(nèi)。
[0041]在具體實(shí)施時(shí)，平板透明波導(dǎo)的厚度可在Imm?1mm之內(nèi)。
[0042]在具體實(shí)施時(shí)，平板透明波導(dǎo)的材質(zhì)為光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
[0043]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或者部分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，前述的程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟。
[0044]本發(fā)明的說(shuō)明書中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對(duì)本說(shuō)明書的理解。
[0045]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)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(shuō)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;而這些修改或者替換，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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)，包括光瞳，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括圖像顯示元件、平板透明波導(dǎo)、設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦入元件及設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)頂面或底面的光耦出元件，其中: 所述光耦入元件用于將所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)耦合進(jìn)所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)，并在所述平板波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生全反射； 所述光耦出元件用于將所述平板透明波導(dǎo)內(nèi)的圖像信號(hào)耦合輸出并匯聚在所述光瞳內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦入元件設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)的一端，所述光耦出元件設(shè)置在所述平板透明波導(dǎo)的另一端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦入元件為自由曲面光學(xué)元件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦入元件為全息透鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦入元件為全息光柵，所述全息光柵為空間調(diào)制器輸出的物光與參考光在全息材料上干涉所形成的光柵;所述系統(tǒng)還包括透鏡組，所述透鏡組包括若干個(gè)透鏡，所述透鏡組用于對(duì)所述圖像顯示元件發(fā)出的圖像信號(hào)進(jìn)行像差校正。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述全息光柵為透射式全息光柵或反射式全息光柵。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述全息材料為透光率大于50%的鹵化銀、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物、光致抗蝕劑、光導(dǎo)熱塑或光折晶體。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述全息材料的厚度在Ium?lOOum。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述平板透明波導(dǎo)的厚度在Imm?IOmm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述平板透明波導(dǎo)的材質(zhì)為光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK105938252SQ201610519811
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】劉娟, 劉佩琳
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)