[发明专利]一种用于光场显示的紧凑光学结构

说明书

本发明公开一种用于光场显示的紧凑光学结构，包括成像组件，该成像组件包括：偏光分光器，该偏光分光器完全反射偏光态为S态的入射光束，完全透射偏光态为P态的入射光束；显示屏，该显示屏由M个子屏组成，各子屏出射的光信息分别入射所述偏光分光镜；两个波片，用于改变入射光束的偏光态；两个反射调制器件，用于对光进行相位调制；该紧凑光学结构还包括：小间距孔径阵列，控制单元，光阑。本发明一种用于光场显示的紧凑光学结构，借助偏光分光镜和波片对偏光态的调控，设计一种可以实现单目多视图呈现的紧凑型光学结构，以通过可自然聚焦的三维显示，提高三维视觉舒适度。该紧凑光学结构可以单独作为头戴式VR/AR的一个目镜。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及一种用于光场显示的紧凑光学结构。

背景技术

现有基于体视技术的三维显示系统，基于各目分别接收到的不同视图，通过双目视向会聚于不同空间位置，构建三维深度感知。但为了清晰地看到双目各自对应的视图，观察者需要将他/她的眼睛聚焦于显示面。由此产生的聚焦-会聚冲突，和人眼观察真实三维空间景物时的自然生理反应不一致，是三维观影时视觉疲劳产生的主要原因。

专利PCT15/481,467(THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISIONMULTIPLEXING OF THE VIEWER'S ENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD THEREOF)公开了一种克服聚焦-会聚冲突的光场显示技术，通过过观察者瞳孔不同区域投射不同视图，利用对应眼睛接收不同视图出射光线的空间叠加，形成该单目可自然聚焦的真实空间光点，用以克服聚焦-会聚冲突。但上述专利中所述头戴式近眼显示系统中，所采用投影透镜焦距较大，导致较大尺寸的光学结构。

发明内容

为了克服背景技术中的缺陷，即在克服聚焦-会聚冲突的光场显示的同时，能够减小光学结构的尺寸，本发明提供如下方案：

一种用于光场显示的紧凑光学结构，包括成像组件，该成像组件包括：

偏光分光器，该偏光分光器完全反射偏光态为S态的入射光束，完全透射偏光态为P态的入射光束；

显示屏，该显示屏由M个子屏组成，所述显示屏置于与所述偏光分光器对应的位置使得各子屏出射的光信息分别入射所述偏光分光器，相邻子屏出射光的偏光态分别为S态和P态中的一个，且相邻子屏出射光的偏光态互不相同，其中M≧2；

两个波片，该两个波片分别沿所述偏光分光器透射光传输方向和反射光传输方向，置于所述偏光分光器前，用于改变入射光束的偏光态，使两次经过该波片的P态光束变为S态光束，两次经过该波片的S态光束变为P态光束；

两个反射调制器件，用于对光进行相位调制，该两个反射调制器件与所述两个波片分别对应，各自反射经对应波片入射的光束，使之反向二次入射对应波片后，再次入射所述偏光分光器，所述两个反射调制器件分别成各S态子屏和各P态子屏的放大虚像；

该成像组件被设置为能够向+z向投射沿+x向排列的M个子屏虚像，该M个子屏虚像组成的显示屏虚像等效出射光沿-z向传输；其中相邻子屏虚像等效出射光的偏光态分别为S态和P态中的一个，且相邻子屏虚像等效出射光的偏光态互不相同；

该紧凑光学结构还包括：

小间距孔径阵列，由M×N个沿+x向相邻间距小于观察者瞳孔直径Dp的孔径组成，沿-z向置于所述成像组件前，其间隔N-1个孔径的M个孔径分别成组，成组的N个孔径组沿x向依次错位一个孔径交错排列，且沿+x向，各孔径组中M个孔径和M个子屏虚像依次一一对应，各孔径打开时允许通过光的偏光态，和对应子屏虚像等效出射光偏光态一致，其中N≧2；

控制单元，在各N个相邻时间点控制N个孔径组依次仅一组打开，并控制显示屏同步投射待显示场景关于该打开孔径组的视图；