一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置专利检索-微件软件组件软件套件软件固件电脑零配件专利检索查询-专利查询网

一种悬浮式的集成成像 增强现实3D显示装置

阅读：1014发布：2020-08-07

专利汇可以提供一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种悬浮式的集成成像增强现实 3D显示装置，该装置由具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件以及投影机组成。复合全息光学元件基于反射式体全息原理制成，同时集合了微透镜阵列实现集成成像3D图像重建的功能以及凸透镜对3D图像的放大和悬浮显示功能；投影机投影的再现光为微图像阵列，再现光的波长和入射角与复合全息光学元件制作过程中参考光的波长和入射角相同，复合全息光学元件只对再现光体现出微透镜阵列和凸透镜的功能，从而重建出悬浮放大的集成成像3D图像，而对真实环境中的光线直接透过，实现悬浮式的增强现实3D显示效果。，下面是一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置，其特征在于，该装置由具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件以及投影机组成：所述复合全息光学元件基于反射式体全息原理制成，同时集合了微透镜阵列实现集成成像3D图像重建的功能以及凸透镜对3D图像的放大和悬浮显示功能，复合全息光学元件制作所需器件为微透镜阵列、凸透镜和全息干板，所述全息干板由全息材料敷涂于透明基底上制成，全息材料的厚度数倍于全息条纹的间距，所述全息干板与凸透镜紧密贴合，所述微透镜阵列与全息干板分布于凸透镜两侧，记录光为一束平行光，垂直照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上会聚为一组球面波，这组球面波继续向前传播，经过凸透镜折射后到达全息干板，参考光与记录光具有相同的波长，分别从全息干板的两侧入射，在全息干板上发生干涉，干涉条纹被记录在全息干板中，记录有干涉条纹的全息干板即为具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件，设置微透镜阵列与凸透镜的间距为两倍微透镜阵列焦距，使得干涉条纹的占空比为100%，提高衍射效率，当微透镜阵列与凸透镜的间距大于两倍微透镜阵列焦距时，在微透镜阵列前方或后方设置掩膜板，控制记录光的有效范围，从而避免相邻的球面波经凸透镜后在全息材料中发生重叠而产生不必要的干涉条纹；所述投影机投影的再现光为微图像阵列，并保证再现光入射角与复合全息光学元件制作过程中参考光的入射角相同，与参考光波长和入射角相同的再现光满足布拉格衍射条件，在复合全息光学元件上发生衍射，衍射光等效于经过了一个微透镜阵列和一个凸透镜的作用，观看者在观看窗口内可观看到微图像阵列同时经过微透镜阵列会聚成像和凸透镜放大后的悬浮3D图像，从而获得悬浮式的集成成像
3D显示效果；对于真实的3D物体，其发出或反射的光线不满足布拉格衍射条件，从而直接透过复合全息光学元件而不发生衍射，可由观看者直接观看，实现悬浮式的集成成像增强现实3D显示效果；观看窗口的大小Δx由公式计算得出，其中p为微透镜阵列的节距，f为微透镜阵列的焦距，F为凸透镜的焦距，g为微透镜阵列与凸透镜的间距，观看窗口与全息干板的间距等于凸透镜的焦距F。

说明书全文

一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及集成成像3D显示技术、悬浮显示技术和增强现实技术，特别涉及一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置。

背景技术

[0002] 集成成像3D显示是一种真3D显示技术，在2D显示屏前附加微透镜阵列，并将2D显示屏上显示的微图像阵列与微透镜阵列精密匹配，微透镜阵列将微图像阵列发出的光线聚集还原，在空间中重建出原3D物体的光场信息，从而实现3D图像显示。集成成像3D显示具有裸眼观看、全真3D再现、无视疲劳、具有正确的深度暗示和准连续的观看视点等优点。在实际应用中，集成成像重建的3D图像深度有限，只能在中心深度平面前后较小的范围内重建出清晰的3D图像。通过在集成成像装置前面加一个凸透镜，可实现集成成像悬浮3D显示，如附图1所示，微图像阵列和微透镜阵列通过凸透镜分别在空间中成悬浮且放大的像，因而再现的3D图像也悬浮在空间中，且同步放大，获得悬浮的3D显示效果。为了将悬浮的3D图像与真实3D物体相融合，通常采用一个半透半反镜来转折光路，将悬浮3D图像的光线反射进入人眼，而真实3D物体的光线透射进入人眼，或采用自由曲面技术，将微型集成成像装置重建的3D图像在不同曲面上成像放大或反射，并结合一个补偿镜来实现虚实融合功能。以上方法需要采用2D显示屏、微透镜阵列、凸透镜、半透半反镜或自由曲面镜等多个器件，光路复杂，系统较大。

发明内容

[0003] 为了解决以上技术问题，本发明提出一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置，该装置由具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件以及投影机组成。所述复合全息光学元件基于反射式体全息原理制成，同时集合了微透镜阵列实现集成成像3D图像重建的功能以及凸透镜对3D图像的放大和悬浮显示功能；所述投影机投影的再现光为微图像阵列，再现光的波长和入射角与所述复合全息光学元件制作过程中参考光的波长和入射角相同，根据布拉格衍射条件，复合全息光学元件只对与其制作过程中参考光的波长和入射角相同的再现光体现出微透镜阵列和凸透镜的功能，从而重建出悬浮放大的集成成像3D图像，而对真实环境中的光线直接透过，实现了悬浮式的增强现实3D显示效果。

[0004] 所述复合全息光学元件的制作如附图2所示，所需器件为微透镜阵列、凸透镜和全息干板。所述全息干板由全息材料敷涂于透明基底上制成，全息材料的厚度数倍于全息条纹的间距。所述全息干板与凸透镜紧密贴合，所述微透镜阵列与全息干板分布于凸透镜两侧。记录光为一束平行光，垂直照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上会聚为一组球面波，这组球面波继续向前传播，经过凸透镜折射后到达全息干板。参考光与记录光具有相同的波长，分别从全息干板的两侧入射，在全息干板上发生干涉，干涉条纹被记录在全息干板中，记录有干涉条纹的全息干板即为具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件。

[0005] 优选地，设置微透镜阵列与凸透镜的间距为两倍微透镜阵列焦距，使得干涉条纹的占空比为100%，提高衍射效率。

[0006] 优选地，当微透镜阵列与凸透镜的间距大于两倍微透镜阵列焦距时，在微透镜阵列前方或后方设置掩膜板，控制记录光的有效范围，如附图3和附图4所示，从而避免相邻的球面波经凸透镜后在全息材料中发生重叠而产生不必要的干涉条纹。

[0007] 所述投影机投影的再现光为微图像阵列，并保证再现光入射角与复合全息光学元件制作过程中参考光的入射角相同。与参考光波长和入射角相同的再现光满足布拉格衍射条件，在复合全息光学元件上发生衍射，衍射光等效于经过了一个微透镜阵列和一个凸透镜的作用，观看者在观看窗口内可观看到微图像阵列同时经过微透镜阵列会聚成像和凸透镜放大后的悬浮3D图像，从而获得悬浮式的集成成像3D显示效果，如附图5所示。对于真实的3D物体，其发出或反射的光线不满足布拉格衍射条件，从而直接透过复合全息光学元件而不发生衍射，可由观看者直接观看，因而实现悬浮式的集成成像增强现实3D显示效果。

[0008] 所述观看窗口的大小Δx由公式（1）计算得出，

[0009] （1）

[0010] 其中p为微透镜阵列的节距，f为微透镜阵列的焦距，F为凸透镜的焦距，g为微透镜阵列与凸透镜的间距，观看窗口与全息干板的间距等于凸透镜的焦距F。

[0011] 本发明提出的虚实融合的集成成像悬浮3D显示装置所需器件较少，光路简单，可应用于头戴式增强现实3D显示。

附图说明

[0012] 附图1为一种常规的集成成像悬浮3D显示示意图

[0013] 附图2为具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件制作示意图[0014] 附图3为掩膜版放置于微透镜阵列前方时的复合全息光学元件制作示意图[0015] 附图4为掩膜版放置于微透镜阵列后方时的复合全息光学元件制作示意图[0016] 附图5为悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置示意图

[0017] 上述附图中的图示标号为：

[0018] 110 微透镜阵列，120放大的微透镜阵列，210微图像阵列，220放大的微图像阵列，3 凸透镜，410 3D图像，420悬浮的3D图像，421 悬浮的3D像点，510 全息干板，520复合全息光学元件，521 等效的微透镜阵列，522等效的凸透镜，6记录光，7 参考光，8掩膜板，9 投影机，10再现光，11真实3D物体，12观看窗口，13观看者。

[0019] 应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

[0020] 下面详细说明本发明一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

[0021] 一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置，该装置由具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件以及投影机组成。所述复合全息光学元件基于反射式体全息原理制成，同时集合了微透镜阵列实现集成成像3D图像重建的功能以及凸透镜对3D图像的放大和悬浮显示功能；所述投影机投影的再现光为微图像阵列，再现光的波长和入射角与所述复合全息光学元件制作过程中参考光的波长和入射角相同，根据布拉格衍射条件，复合全息光学元件只对与其制作过程中参考光的波长和入射角相同的再现光体现出微透镜阵列和凸透镜的功能，从而重建出悬浮放大的集成成像3D图像，而对真实环境中的光线直接透过，实现了悬浮式的增强现实3D显示效果。

[0022] 所述复合全息光学元件的制作基于基于反射式体全息原理，其基本结构如附图2所示，所需器件为微透镜阵列、凸透镜和全息干板。本实施例所使用的微透镜阵列节距为p=10mm，焦距为f=19.6mm，包含5×5透镜元，凸透镜焦距为F=50mm，全息干板由全息材料敷涂于透明基底上制成，全息材料厚度为15±1um，灵敏度为10mJ/cm2，感光波长为532nm，分辨率为12000lp/mm，平均折射率为1.47，折射率调制度＞0.02，激光光源为绿色固体激光器，波长为532nm，功率为2W。所述全息干板与凸透镜紧密贴合，所述微透镜阵列与全息干板分布于凸透镜两侧。记录光为一束平行光，垂直照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上会聚为一组球面波，这组球面波继续向前传播，经过凸透镜折射后到达全息干板。参考光与记录光具有相同的波长532nm，分别从全息干板的两侧入射，在全息干板上发生干涉，干涉条纹被记录在全息干板中，记录有干涉条纹的全息干板即为具有微透镜阵列和凸透镜功能的复合全息光学元件。

[0023] 本实施例设置微透镜阵列与凸透镜的间距为两倍微透镜阵列焦距，即g=6.6mm，使得干涉条纹的占空比为100%，提高衍射效率。

[0024] 当微透镜阵列与凸透镜的间距大于两倍微透镜阵列焦距时，在微透镜阵列前方或后方设置掩膜板，控制记录光的有效范围，如附图3和附图4所示，从而避免相邻的球面波经凸透镜后在全息材料中发生重叠而产生不必要的干涉条纹。

[0025] 所述投影机投影的再现光为微图像阵列，并保证再现光入射角与复合全息光学元件制作过程中参考光的入射角相同。与参考光波长和入射角相同的再现光满足布拉格衍射条件，在复合全息光学元件上发生衍射，衍射光等效于经过了一个微透镜阵列和一个凸透镜的作用，观看者在观看窗口内可观看到微图像阵列同时经过微透镜阵列会聚成像和凸透镜放大后的悬浮3D图像，从而获得悬浮式的集成成像3D显示效果，如附图5所示。对于真实的3D物体，其发出或反射的光线不满足布拉格衍射条件，从而直接透过复合全息光学元件而不发生衍射，可由观看者直接观看，因而实现悬浮式的集成成像增强现实3D显示效果。

[0026] 所述观看窗口的大小Δx由公式（1）计算得出，Δx=25.5mm。

[0027] 本发明提出的虚实融合的集成成像悬浮3D显示装置所需器件较少，光路简单，可应用于头戴式增强现实3D显示。

标题	发布/更新时间	阅读量
力-电-热耦合场作用下含裂纹铁电材料强度分析预测方法	2020-05-08	931
一种巨量转移装置及方法	2020-05-08	256
一种基于嵌套式法拉第筒的高场非对称波形离子迁移谱仪	2020-05-08	541
基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料及其应用装置	2020-05-08	40
指纹检测装置和电子设备	2020-05-08	946
一种软件编辑微服务的可视化方法及系统	2020-05-11	190
光学元件和系统	2020-05-11	901
一种氮掺杂二硫化钼/C/石墨烯复合材料	2020-05-08	535
一种氮掺杂二硫化钼/碳纳米管复合材料	2020-05-08	185
基于BIM模型的施工进度预测方法及系统	2020-05-08	745

一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置

一种悬浮式的集成成像增强现实3D显示装置

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：