[发明专利]一种复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统及方法

说明书

本发明提供一种复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统及方法，包括位于波导基体两侧正相对的光调制器和第一衍射光学元件，波导基体另一端设置有位于第一衍射光学元件同侧/相对侧的第二衍射光学元件；通过一台光调制器同时加载两幅相位图像，并由第一衍射光学元件不同的曝光区域的不同调制处理，形成待显示物体的复振幅波前，并在波导基板内以全内反射的方式传输。本发明的复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统及方法，实现三维增强现实显示系统的轻薄化，同时，能够有效提高复振幅信号的质量。

技术领域

本发明涉及三维增强现实显示技术，更具体地，涉及一种复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统及方法。

背景技术

现有三维增强现实显示系统一般是基于双目视差，集成成像，复振幅调制等技术。

基于双目视差原理的三维增强现实显示系统，由大脑进行合成生成三维信号。其目前的装置结构主要有两大类，一类是基于自由曲面波导(或棱镜)的三维增强现实显示系统。

如中国专利申请CN104090330A、CN105629478，通过在光波导中引入自由曲面，完成光线的传输，以减少装置体积和质量。也有通过在光波导中引入全息光学元件，以进一步实现系统结构的轻薄化，如美国专利US20140168735A1。

但是，基于双目视差的的三维增强现实显示系统需要通过人的大脑完成两幅二维图像的融合，由于视角图像少，聚焦和调焦的不匹配，观察时间过长会给观察者带来视疲劳和眩晕感。

基于集成成像的增强现实显示系统通过在水平和垂直方向显示多个视角图像近似恢复显示物体光场信息，解决了聚焦和调焦的不匹配的问题，但集成成像算法复杂，对系统要求高。

基于单目复振幅调制技术的真三维增强现实显示系统，通过虚拟物体复振幅的准确再现，消除了聚焦和调焦的不匹配问题，且算法简单，易实现实时处理显示。

但是，为了实现复振幅的准确对准，在系统中不得不加入分束镜等光学元件实现合束，增大了系统体积和质量。此外，对准精度难以控制。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的体积小、结构简单的复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统以及应用该系统的调制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统，其包括：位于波导基板两侧正相对的用于同时加载两幅相位图像的光调制器和用于调制耦合复振幅信号的第一衍射光学元件，所述波导基板另一端设置用于耦合输出复振幅信号的第二衍射光学元件。

由于采用一台光调制器同时加载两幅相位图像，极大的降低了复振幅信号对准过程的难度，极大的提高了产生复振幅信号的质量，同时，系统结构简单，实现了三维增强现实显示系统的轻薄化。

根据本发明的另一个方面，提供一种复振幅调制增强现实显示的方法，其包括以下步骤：

S1、采用一台光调制器同时加载两幅相位图像信号，该两幅相位图像信号调制入射光形成两种不同相位分布的信号；

S2、将两种相位分布的信号经过第一次调制耦合，产生复振幅信号E′e^iθ′；

S3、经第一次调制耦合后的复振幅信号E′e^iθ′在波导基板内经过一定距离的传输，经第二次调制耦合得到复振幅信号Ee^iθ，以输出叠加于真实场景之上的虚拟图像。

该方法有效的提高的复振幅信号的质量，减少了产生复振幅信号所需的光学元件，大幅减小了系统的体积，增强了三维增强现实显示的效果。

本申请提出的一种复振幅调制全息超薄波导增强现实显示系统及方法，其有益效果主要如下：