基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法，該方法包括：利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號；所述復振幅信號經(jīng)第一耦合衍射光學元件調制后，以一定的角度進行波導傳輸；所述波導輸出的信號經(jīng)第二耦合衍射光學元件調制后，與外界真實場景進行疊加。本發(fā)明還提供了基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相位型空間光調制器或激光LCD顯示器、分束鏡、輸入耦合衍射光學元件、波導及輸出耦合衍射光學元件。本發(fā)明基于復振幅調制技術產(chǎn)生三維信號，沒有視差，因此避免了人眼觀察時的調焦-聚焦矛盾，使得系統(tǒng)具有較高的觀感質量。
【專利說明】基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學增強現(xiàn)實【技術領域】，具體涉及基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯 示方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 增強現(xiàn)實（AugmentedReality,AR)顯示系統(tǒng)將人工生成的數(shù)字輔助信號與人眼 實時觀察到的真實H維場景進行集合，極大地豐富了人類與真實環(huán)境之間的交互能力，在 醫(yī)學、軍事和工業(yè)制造等領域中存在巨大的應用潛力。
[0003]目前增強現(xiàn)實的技術方案主要分為兩類；一是基于自由曲面棱鏡禪合的增強現(xiàn)實 系統(tǒng)，其通過精密設計一個自由曲面并鍛半反半透膜，將顯示器所顯示的數(shù)字信號與真實 場景進行禪合。該類系統(tǒng)較常見于各類頭盎式顯示器中；二是基于波導傳輸和衍射光學元 件值ifTractive化ticalElement, 00巧禪合的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，該種系統(tǒng)采用波導原理傳 輸顯示器生成的虛擬信號，在衍射光學的調制下與外界場景進行禪合。由于集成度較高，該 類系統(tǒng)可設計成各種增強現(xiàn)實眼鏡，佩戴方便。
[0004] 現(xiàn)有的增強現(xiàn)實技術一般顯示的是二維圖像信號或二維雙目視差圖像。雖然在一 定程度上可W由人類的視覺習慣和大腦處理形成立體的H維觀感，但由于存在調焦-聚焦 矛盾，違背人們的觀察習慣，長時間觀察較容易使人出現(xiàn)視覺疲勞、胺暈等不舒適感。
[0005] 近期，HongHua和B址ramJavidi在OpticsExpress上發(fā)表文章"A3Dintegral imagingopticalsee-t虹ou曲head-mounteddisplay",提出了使用集成成像技術來生成 立體的物體信號，并經(jīng)由自由曲面棱鏡與外界真實場景進行禪合，在一定程度上達到了消 除調焦-聚焦矛盾的目的。但集成成像技術對于硬件的要求較高，且計算算法比較復雜，不 利于H維信號的實時刷新。此外由于采用自由曲面棱鏡進行禪合，其設計和制造比較困難， 精度要求高。


【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法 及系統(tǒng)，基于復振幅調制技術產(chǎn)生H維信號，沒有視差，使得系統(tǒng)的視覺觀察友好度好，避 免了人眼觀察調焦-聚焦矛盾的不舒適感。
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法，所述方 法包括：
[0008] 利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號；
[0009] 所述復振幅信號經(jīng)第一禪合衍射光學元件調制后，W預設的角度進行波導傳輸；
[0010] 所述波導輸出的信號經(jīng)第二禪合衍射光學元件調制后，與外界真實場景進行疊 加。
[0011] 優(yōu)選地，所述利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號，包括：
[0012] 利用雙相位調制方法產(chǎn)生復振幅信號，將兩個預設的相位分別加載至兩個相位型 空間光調制器，經(jīng)過一定距離的衍射后，得到目標復振幅信號。
[0013] 優(yōu)選地，所述利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號，包括：
[0014] 利用雙振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號，將兩個預設的強度值分別加載至兩個激光 LCD顯示器，經(jīng)過一定距離的衍射后，得到目標復振幅信號。
[0015] 優(yōu)選地，所述復振幅信號經(jīng)第一禪合衍射光學元件調制后，W-定的角度進行波 導傳輸，包括：
[0016] 所述復振幅信號經(jīng)第一禪合衍射光學元件的調制后，W預設的角度在玻璃基板內 形成波導傳輸，其中，所述預設的角度滿足：
[0017]
[

【權利要求】
1. 一種基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示方法，其特征在于，所述方法包括： 利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號； 所述復振幅信號經(jīng)第一耦合衍射光學元件調制后，以預設的角度進行波導傳輸； 所述波導輸出的信號經(jīng)第二耦合衍射光學元件調制后，與外界真實場景進行疊加。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信 號，包括： 利用雙相位調制方法產(chǎn)生復振幅信號，將兩個預設的相位分別加載至兩個相位型空間 光調制器，經(jīng)過一定距離的衍射后，得到目標復振幅信號。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用復振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信 號，包括： 利用雙振幅調制方法產(chǎn)生復振幅信號，將兩個預設的強度值分別加載至兩個激光LCD 顯示器，經(jīng)過一定距離的衍射后，得到目標復振幅信號。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述復振幅信號經(jīng)第一耦合衍射光學元 件調制后，以一定的角度進行波導傳輸，包括： 所述復振幅信號經(jīng)第一耦合衍射光學元件的調制后，以預設的角度在玻璃基板內形成 波導傳輸，其中，所述預設的角度滿足：
其中，只為復振幅信號傳播角，R為全反射角，η為玻璃基板的折射率，％為布拉格角。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一耦合衍射光學元件和所述第二 耦合衍射光學元件，均為兩束平面波按一定的角度干涉疊加生成的體全息光柵。
6. -種基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括兩個相 位型空間光調制器、分束鏡、第一耦合衍射光學元件、波導玻璃基板及第二耦合衍射光學元 件； 相位型空間光調制器，用于加載兩個預設的相位信號，并將加載后的信號傳播至分束 鏡； 分束鏡，用于接收所述相位型空間光調制器傳輸?shù)男盘?，并將所述信號傳輸至第一?合衍射光學元件； 第一耦合衍射光學元件，用于接收所述分束鏡傳輸?shù)男盘?，并對所述信號進行調制，使 得所述信號以一定角度傳輸至波導玻璃基板； 波導玻璃基板，用于接收所述第一耦合衍射光學元件傳輸?shù)男盘?，并使所述信號進行 全反射傳輸； 第二耦合衍射光學元件，用于接收所述波導玻璃基板傳輸?shù)男盘?，并對所述信號進行 調制，使得所述信號耦合輸出至人眼。
7. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個相位型空間光調制器與所述分 束器的距離相等。
8. -種基于復振幅調制的波導增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括兩個激 光LCD顯不器、分束鏡、第一稱合衍射光學兀件、波導玻璃基板及第二稱合衍射光學兀件； 激光LCD顯示器，用于加載兩個預設的強度信號，并將加載后的信號傳播至分束鏡； 分束鏡，用于接收所述激光LCD顯示器傳輸?shù)男盘?，并將所述信號傳輸至第一耦合?射光學元件； 第一耦合衍射光學元件，用于接收所述分束鏡傳輸?shù)男盘枺λ鲂盘栠M行調制，使 得所述信號以一定角度傳輸至波導玻璃基板； 波導玻璃基板，用于接收所述第一耦合衍射光學元件傳輸?shù)男盘枺⑹顾鲂盘栠M行 全反射傳輸； 第二耦合衍射光學元件，用于接收所述波導玻璃基板傳輸?shù)男盘枺λ鲂盘栠M行 調制，使得所述信號耦合輸出至人眼。
9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括π/2相移片，所述π/2 相移片位于一個激光IXD顯不器接近分束鏡的一側。
10. 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述π/2相移片與所述分束鏡的距離等 于另一個激光IXD顯示器與所述分束鏡的距離。
【文檔編號】G02B27/42GK104375271SQ201410678004
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權日:2014年11月21日
【發(fā)明者】劉娟, 高乾坤, 韓劍 申請人:北京理工大學