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CN109633905B - 多焦平面显示系统以及设备 - Google Patents

多焦平面显示系统以及设备 Download PDF

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CN109633905B
CN109633905B CN201811647406.3A CN201811647406A CN109633905B CN 109633905 B CN109633905 B CN 109633905B CN 201811647406 A CN201811647406 A CN 201811647406A CN 109633905 B CN109633905 B CN 109633905B
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Abstract

本申请实施例提供一种多焦平面显示系统以及设备，该多焦平面显示系统包括：激光投影光引擎和全息反射光融合器；其中所述激光投影光引擎，用于生成调制至少两个激光光束组，并将所述至少两个激光光束组传输至所述全息反射光融合器；其中，每个所述激光光束组各自对应一幅显示图像；所述全息反射光融合器，用于反射所述至少两个激光光束组，其中，所述至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且所述至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像。本实施例提供的多焦平面显示系统结构简单，易于实现。

Description

多焦平面显示系统以及设备
技术领域
本申请实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种多焦平面显示系统以及设备。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。虚拟现实(Virtual Reality，VR)，是利用计算机系统提供的信息产生一个虚拟世界，例如可以呈现虚拟物体、场景等。
目前，视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)是AR和VR的最大技术难题，严重影响用户体验。其中，视觉辐辏调节冲突指的人眼聚散(Vergence)和晶状体调节(Accommodation)所反应的被观察目标的距离信息不一致的冲突。人眼聚散是指人用双眼观察目标时，眼球的聚散程度，晶状体调节是指人眼观察目标时，通过晶状体调节进行对焦，确保视网膜接收到清晰的图像。现有的增强现实设备均是通过向左右眼显示同一物体不同角度拍摄的画面，利用双眼看到的图像偏移来呈现立体的感觉，但是这些画面并没有深度信息，因而眼睛的焦点调节与纵深感不匹配，而人眼聚散仍然真实反应了虚拟目标的距离信息，从而产生视觉辐辏调节冲突。为了解决视觉辐辏调节冲突，现有技术提出通过多个焦平面来提供更接近自然光场的深度信息，从而缓解视觉辐辏调节冲突。例如，多焦平面显示系统为每只眼睛设置两套液晶投影仪和两套衍射光波导，针对每套液晶投影仪和衍射光波导，液晶投影仪产生的图像，经过中继光路，耦合到衍射光波导中，经衍射光波导扩瞳处理后，出瞳进入人眼，从而产生一个焦平面，两套液晶投影仪和衍射光波导则可以产生两个焦平面。
然而，现有的多焦平面显示系统存在结构复杂等缺点，不便于增强现实或虚拟现实设备的制造。
发明内容
本申请实施例提供一种多焦平面显示系统以及设备，结构简单，便于增强现实设备和虚拟现实设备的制造。
第一方面，本申请实施例提供一种多焦平面显示系统，包括：激光投影光引擎和全息反射光融合器；
激光投影光引擎，用于生成调制至少两个激光光束组，并将至少两个激光光束组传输至全息反射光融合器；其中，每个激光光束组各自对应一幅显示图像；
全息反射光融合器，设置在激光投影光引擎的出射光路上，用于反射至少两个激光光束组，其中，至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像，用户能够同时观看到两个处于不同深度的显示图像，避免或者减轻视觉辐辏调节冲突带来的用户使用的眩晕感和不适现象，用户单眼通过一套激光投影光引擎和全息反射光融合器即能实现多焦平面的显示，结构简单，便于增强现实设备或虚拟虚拟显示设备的制造和轻便化。
在一种可能的设计中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，用于生成至少两个激光光束组；其中，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束存在预设波长差，所述i、j、k为大于等于1的整数；
扫描调制器，设置在所述激光生成器的出射光路上，用于对所述至少两个激光光束组进行调制，使得所述激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器。
本实施例通过设置第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束存在预设波长差，利用全息反射光融合器的波长选择特性，可以实现多焦平面的显示。其中，该预设波长差可以根据用户眼睛对颜色的敏感度来确定，用户眼睛是无法分辨出存在预设波长差的激光光束对应的颜色的不同。其中，全息反射光融合器具有体积小、重量轻、成本低等优点，使得该多焦平面显示系统整体体积小、重量轻，便于制造。
在一种可能的设计中，所述第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的发散角相同，所述第i个激光光束组中的激光光束的数量小于或等于所述第k个激光光束组中的激光光束的数量。
通过将第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的发散角设置的相同，避免了发散角不同对焦平面的影响，能够准确获取多焦平面。
在一种可能的设计中，所述全息反射光融合器包括至少两层全息功能层，每个所述全息功能层用于反射所述至少两个激光光束组中的一组，且不同的全息功能层反射的激光光束组不同。该全息功能层包括至少一种全息微结构，每种全息微结构可以反射一种波长的激光光束。通过全息功能层对波长的选择特性，能够实现多焦平面的显示，全息反射光融合器包括至少两层全息功能层，该全息功能层为全息反射光融合器内部的结构，不会增加全息反射光融合器的体积，保持了全息反射光融合器的体积小、重量轻的特点。
在一种可能的设计中，所述激光光束组包括至少一个激光光束，任一所述激光光束组所包括的所有激光光束的波长均与其它所述激光光束组中所包括的激光光束的波长不同。
在一种可能的设计中，在所有所述激光光束中每两个激光光束之间的波长差均大于所述全息反射光融合器的敏感波长差。敏感波长差是指全息微结构能够反射的波长的波动范围，每两个激光光束之间的波长差大于该敏感波长差，避免不同波长的激光光束被同一全息功能层，无法实现多焦平面的问题。
在一种可能的设计中，所述激光生成器包括至少一个激光芯片，每个所述激光芯片自身用于分时产生不同波长的激光光束；所述至少一个激光芯片用于分时产生所述至少两个激光光束组，其中，所述激光光束组包括所有所述激光芯片在同一时刻产生的激光光束。
该激光芯片可以为可调谐激光芯片，该可调谐激光芯片通过调谐分时生成至少两种波长的激光光束。通过两个激光芯片分时产生不同波长的激光光束，节省了激光芯片的数量，从而节省了成本，便于实现多焦平面显示系统的小型化。
在一种可能的设计中，所述激光生成器包括至少两个激光芯片组，所述激光芯片组包括至少一个激光芯片，所述激光芯片用于产生一个波长的激光光束，所述激光芯片组用于产生一个激光光束组。通过每个激光芯片产生一个波长的激光光束，采用简单结构的激光芯片即可实现，便于多焦平面显示系统的大规模制造。
在一种可能的设计中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，用于生成所述至少两个激光光束组；
扫描调制器，用于对所述至少两个激光光束组进行调制，使得所述激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器；
其中，第i个所述激光光束组中的第j个激光光束与第k个所述激光光束组中的第j个激光光束的波长相同，所述激光光束组组内的激光光束的波长互不相同，所有波长相同的所述激光光束的发散角不同，相同波长不同发散角的所述激光光束经所述全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，所述i、j、k为大于等于1的整数。
通过相同波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，利用全息反射光融合器对相同波长不同发散角的激光光束可以显示在不同焦平面，实现多焦平面的显示，其中，全息反射光融合器具有体积小、重量轻、成本低等优点，使得该多焦平面显示系统整体体积小、重量轻，便于制造。
在一种可能的设计中，所述第i个激光光束组中的激光光束的数量小于或等于所述第k个激光光束组中的激光光束的数量。
在一种可能的设计中，所述激光生成器包括：
至少两个激光芯片组和与所述激光芯片组中的每个所述激光芯片一一对应的光束整形部件，所述激光芯片组包括至少一个所述激光芯片，所述激光芯片用于产生一个波长的激光光束；所述激光芯片组用于产生一个所述激光光束组，其中，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的波长相同；
所述光束整形部件，用于对所述激光芯片生成的激光光束进行整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同。
通过光束整形部件对波长相同的激光光束整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同，其中，光束整形部件可以为液体透镜、反射镜阵列、可变焦透镜组等，即通过简单的光学部件就可以使得所有波长相同的激光光束的发散角不同，该光束整形部件易于大规模生成且成本低，从而使得多焦平面显示系统结构简单、易于实现。
在一种可能的设计中，所述激光生成器包括：
至少一个激光芯片，所述激光芯片用于产生一个激光光束；
与每个所述激光芯片一一对应的可调焦光束整形部件，用于将与自身对应的激光芯片生成的激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，所述激光光束组包括所述可调焦光束整形部件在同一时刻整形的激光光束。
通过可调焦光束整形部件将与自身对应的激光芯片生成的激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，减少了激光芯片的数量，从而降低了多焦平面显示系统的成本。
在一种可能的设计中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，所述激光生成器包括至少一个激光芯片，所述至少一个激光芯片用于产生至少一个激光光束；
扫描调制器，用于对所述至少一个激光光束进行调制，使得所述至少一个激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器；
可调焦中继光学部件，用于将所述扫描调制器处理后的同一所述激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，并将所述至少两种发散角的激光光束传输至所述全息反射光融合器，所述激光光束组包括所述可调焦中继光学部件在同一时刻整形的激光光束；
其中，同一波长不同发散角的激光光束经所述全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同。
通过可调焦中继光学部件将扫描调制器处理后的同一激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，通过单个光学部件即实现了对多个激光光束进行分时整形的效果，使得多焦平面显示系统的结构简单，易于实现。
在一种可能的设计中，还包括：
显示控制器，用于向所述激光投影光引擎发送配置信息，所述配置信息为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的信息。
在一种可能的设计中，还包括：
眼球追踪设备，用于确定用户的注视方向；
所述显示控制器，具体用于根据所述注视方向生成配置信息，并向所述激光投影光引擎发送所述配置信息，所述配置信息具体为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像，且各所述显示图像的焦点与所述注视方向匹配的信息。
通过根据用户的注视方向来生成激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的配置信息，多焦平面图像能够位于用户的注视方向，避免偏移用户注视方向，提高了用户体验。
在一种可能的设计中，所述扫描调制器具体为反射扫描振镜或致动器。
第二方面，本申请实施例提供一种增强现实设备，所述增强现实设备包括载体和如上第一方面或第一方面各种可能的设计所述的系统；其中，所述系统设置在所述载体上。
在一种可能的设计中，所述增强现实设备为增强现实眼镜；
所述载体包括镜架和镜片；
所述激光投影光引擎设置在所述镜架内；
所述全息反射光融合器设置在所述镜片上。
第三方面，本申请实施例提供一种虚拟现实设备，所述虚拟现实设备包括载体和如上第一方面或第一方面各种可能的设计所述的系统；其中，所述系统设置在所述载体上。
在一种可能的设计中，所述虚拟现实设备为虚拟现实眼镜；
所述载体包括镜架和镜片；
所述激光投影光引擎设置在所述镜架内；
所述全息反射光融合器设置在所述镜片上。
本申请实施例提供的多焦平面显示系统，通过激光投影光引擎生成调制至少两个激光光束组，并将至少两个激光光束组传输至全息反射光融合器；其中，每个激光光束组各自对应一幅显示图像；全息反射光融合器反射所述至少两个激光光束组，其中，至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，使得至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像，采用激光投影光引擎以及全息反射光融合器，实现了多焦平面显示系统的极简架构，便于AR和VR设备的制造。
本申请实施例通过采用极简的多焦平面显示系统来制作增强现实眼镜，将全息反射光融合器设置在镜片上，使得镜片结构简单且镜片轻巧，将激光投影光引擎设置在镜架内，由于二者结构轻便小巧，使得镜架同样具有结构简单和轻巧的特点，使得该增强现实眼镜与用户日常佩戴的眼镜类似，提高了用户体验。
本申请实施例通过采用极简的多焦平面显示系统来制作虚拟现实眼镜，将全息反射光融合器设置在镜片上，并在镜片上设置遮光层，使得镜片结构简单且镜片轻巧，将激光投影光引擎设置在镜架内，由于二者结构轻便小巧，使得镜架同样具有结构简单和轻巧的特点，使得该虚拟现实眼镜与用户日常佩戴的眼镜类似，提高了用户体验。
附图说明
图1为本申请实施例提供的多焦平面显示系统架构示意图；
图2为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的应用场景示意图；
图3为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图一；
图4为本申请实施例提供的扫描调制器的结构示意图一；
图5为本申请实施例提供的扫描调制器的结构示意图二；
图6为本申请实施例提供的全息反射膜的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图二；
图8为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图三；
图9为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图四；
图10为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图五；
图11为本申请提供的多焦平面显示系统的结构示意图六；
图12为本申请实施例提供的增强现实眼镜的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的虚拟现实眼镜的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例描述的系统架构以及应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统架构的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
图1为本申请实施例提供的多焦平面显示系统架构示意图。该多焦平面显示系统可以应用在增强现实(Augmented Reality，AR)和虚拟现实(Virtual Reality，VR)领域中。例如可以应用在AR眼镜、AR头盔、VR眼镜、VR头盔等设备中，本申请实施例对该多焦平面显示系统所应用的设备不做特别限制。如图1所示，显示控制器对虚拟图像进行图像解码、渲染、控制等操作，然后将该虚拟图像的配置信息传输到光引擎，由光引擎进行图像调制，调制成激光光束，该激光光束再通过光融合器进行反射，用户将眼睛置于光融合器所提供的出瞳范围内，用户眼睛可以接收到光融合器反射到的虚拟的显示图像。
图2为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的应用场景示意图。如图2所示，光引擎为每只眼睛提供显示图像，光融合器的作用是反射光引擎投影的显示图像，同时提供一定的光学能力，使得所有光束的出瞳位置位于同一位置，从而使得光引擎投影的图像以虚像的形式反射至用户的眼睛。如图2所示，光引擎发射的光束可以提供树的图像，光融合器设置在该光引擎的出光的光路上，将该树的图像发射至用户眼睛，使得用户能够看到虚拟的树。
为了解决现有的多焦平面显示系统结构复杂，不便于VR设备和AR设备的制造的技术问题，本申请实施例提供一种极简架构的多焦平面显示系统，该系统基于激光投影光引擎和全息反射光融合器来实现，下面结合具体的实施例来进行详细说明。
图3为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图一。如图3所示，该多焦平面显示系统包括：激光投影光引擎20以及全息反射光融合器30。其中
激光投影光引擎20，用于生成调制至少两个激光光束组，并将所述至少两个激光光束组传输至所述全息反射光融合器；其中，每个所述激光光束组各自对应一幅显示图像。
全息反射光融合器30，用于反射所述至少两个激光光束组，其中，所述至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且所述至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像。激光投影光引擎20可以生成调制至少两个激光光束组，并传输至全息反射光融合器30。其中，一个激光光束组包括多个激光光束，对应一个焦距的显示图像，至少两个激光光束组则对应至少两个焦距的显示图像。
可选地，该激光投影光引擎20可以包括激光生成器，用于生成至少两个激光光束组；扫描调制器，用于对至少两个激光光束组进行调制，使得激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向全息反射光融合器。其中，偏转角是根据虚拟图像中的像素点所在位置确定的，激光光束在偏转后可以在该位置生成该像素点。
在一种可能的实现方式中，该激光投影光引擎20是以激光为光源，以微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)为扫描调制器，所构成的激光MEMS扫描光引擎。其中，如图4所示MEMS扫描调制器可以是操纵光束偏转的MEMS反射扫描振镜22a，激光生成器21出射的激光光束可以射向该MEMS反射扫描振镜22a。如图5所示，MEMS扫描调制器也可以是用于驱动光纤扫描的MEMS致动器，激光生成器21出射的激光光束经光纤50至MEMS致动器22b。
全息反射光融合器30也可以称为全息反射薄膜，该全息反射光融合器30是利用全息原理所制作的透明反射薄膜，其特征是只对特定入射角度、特定波长的光具有反射作用，对其它波段的环境光透过无影响。因此，该全息反射光融合器30可以将上述激光投影光引擎20提供的至少两个激光光束组反射至用户眼睛，使得至少两幅虚拟图像被调制到两个不同的焦平面上，用户能够同时观看到两个处于不同深度的显示图像，避免或者减轻视觉辐辏调节冲突带来的用户使用的眩晕感和不适现象。
可选地，该全息反射膜的原材料包含呈矩阵排列的初级粒子(Precursor)与成像组分(Imaging Component)；在薄膜成型过程中，初级粒子通过原位生成(In-situformation)形成具有交联矩阵结构的薄膜基材，具有光敏特性的成像组分则仍分布在薄膜基材内；在全息膜制作过程中，激光器发出的激光通过分光器分成两路，一路作为照明光，通过实物(如：凹面发射镜)或空间光调制器(又称：波前发生器)对波前进行调制后，从一侧照射到薄膜基材上，另一路作为参考光，从另一侧照射到薄膜基材上，由于两路激光波长相同，二者在薄膜基材内部产生干涉，形成的干涉条纹，诱导光聚合反应(曝光)，在薄膜内形成与干涉条纹相对应的全息微结构，由此制成全息反射薄膜。图6为本申请实施例提供的全息反射膜的结构示意图。如图6所示，该全息反射膜包括一个全息功能层，该全息功能层包括三种全息微结构，可选地，每种全息微结构可以反射一种波长的激光光束，在图6所示的示例中，可以反射红绿蓝三种波长的激光光束。本领域技术人员可以理解，当有其它光需要从该全息功能层反射时，例如红外光等，该全息功能层还可以包括该其它光对应的全息微结构。
可选地，该多焦平面显示系统还可以包括中继光学部件40，用于对激光投影光引擎出射的不同扫描视场的激光光束分别进行矫正，该中继光学部件50可以为包括光学透镜(组)或二元光学元件的部件。本领域技术人员可以理解，该可调焦中继光学部件40也可以为激光投影光引擎的组成部分，在本实施例中，为了便于说明和绘图，将该中继光学部件40绘示在激光投影光引擎的外部。
可选地，该多焦平面显示系统还包括显示控制器10，该显示控制器10用于向激光投影光引擎发送配置信息，该配置信息为激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的信息。
具体地，该显示控制器10可以对虚拟图像进行解码与渲染，从而生成配置信息，该配置信息可以对激光扫描投影光引擎进行配置与控制，使激光投影光引擎调制两幅显示图像。可选地，该显示控制器10还可以与其它设备通过有线或者无线连接实现网络连接，从而使得显示控制器10可以从其它设备获取待增强的内容。
本领域技术人员可以理解，如图3所示，在具体实现过程中，可以针对用户的左右眼分别设置一套显示控制器、激光投影光引擎、全息反射光融合器以及中继光学部件。其中，显示控制器可以根据该显示图像为用户左眼看到的显示图像或右眼看到的显示图像生成不同的配置信息。可选地，还可以为左右眼配置一套显示控制器，由该显示控制器向左、右眼各自对应的激光投影光引擎发送配置信息。
如图3所示，以两个焦平面为例来进行说明，实线代表光路传输，激光投影光引擎20生成调制的两个激光光束组在经过中继光学部件40后，传输至全息反射光融合器30，该全息反射光融合器30将该两个激光光束组反射至用户的眼睛。虚线代表用户的视角，用户在视角范围内，用户眼睛看到的是深度为D1的焦平面一上呈现的显示图像以及深度为D2的焦平面二上呈现的显示图像。在本实施例中，为了便于说明，显示图像绘制成了立方体和圆柱体。本领域技术人员可以理解，在具体实现过程中，多个焦平面上呈现的显示图像可以为同一物体在不同深度的影像。
可选地，该系统还可以包括眼球追踪设备，用于确定用户的注视方向，该显示控制器可以根据注视方向生成配置信息，并向激光投影光引擎发送配置信息。
本申请实施例提供的多焦平面显示系统，通过激光投影光引擎生成调制至少两个激光光束组，并将至少两个激光光束组传输至全息反射光融合器；其中，每个激光光束组各自对应一幅显示图像；全息反射光融合器反射所述至少两个激光光束组，其中，至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，使得至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像，采用激光投影光引擎以及全息反射光融合器，实现了多焦平面显示系统的极简架构，便于AR和VR设备的制造。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述，对于相同的结构可能在某些实施例不再标注。
可选地，在一种理解层面中，可以采用独立调制或者时分调制的方式，来生成至少两个焦平面的显示图像。在本实施例中，为了便于说明，各种举例方式通常以两个焦平面为例，对于多个焦平面的实现方式类似，本实施例此处不再赘述。
例如，独立调制的流程为：显示控制器对虚拟图像进行解码后，分别渲染两幅虚拟图像，将虚拟图像一的渲染信号传递给激光投影光引擎中的光源一，将虚拟图像二的渲染信号传递给激光投影光引擎中的光源二，再由激光投影光引擎同时执行光源调制和扫描调制，得到激光光束组一和激光光束组二；激光光束组一经全息反射光融合器反射出瞳后，用户眼睛接收到的是显示图像在深度D1的焦平面一上呈现，激光光束组二经全息反射光融合器出瞳后，用户眼睛接收到的是显示图像在深度D2的焦平面二上呈现。针对独立调制的流程，将结合图7至图9进行举例说明。
例如，时分调制的流程为：显示控制器对显示图像进行解码后，按照时分的方式，以逐帧交替的方式渲染得到两幅显示图像，如：单数帧构成显示图像一、双数帧构成显示图像二；两幅显示图像的渲染信号传递给激光投影光引擎后，由激光投影光引擎执行光源调制和扫描调制，得到激光光束组一和激光光束组二；激光光束组一经全息反射光融合器反射出瞳后，用户眼睛接收到的是显示图像在深度D1的焦平面一呈现，激光光束组二经全息反射光融合器出瞳后，用户眼睛接收到的显示图像在深度D2的焦平面二上呈现。针对时分调制的流程将结合图10和图11进行举例说明。
可选地，在另一种理解层面中，可通过调整激光光束组内的激光光束的参数，来生成至少两个焦平面的显示图像。该参数可以为波长或发散角。
在一种可能的实现方式中，当该参数为波长时，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束存在预设波长差，i、j、k为大于等于1的整数。其中，该预设波长差可以根据用户眼睛对颜色的敏感度来确定，例如，在两个激光光束的波长差为10纳米的情况下，用户眼睛是无法分辨出存在预设波长差的激光光束对应的颜色的不同。
可选地，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的发散角相同。例如，可以在激光芯片生成激光光束时，实现发散角的相同，也可以通过中继光学部件40对激光光束进行整形，实现发散角相同，本实施例对实现发散角相同的方式不做特别限制。
可选地，利用全息反射光融合器对波长的选择性，在全息反射光融合器内设置至少两层全息功能层，每个全息功能层用于反射至少两个激光光束组中的一组，且不同的全息功能层反射的激光光束组不同，从而至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像。下面将结合图7和图8实施例进行说明。
可选地，激光光束组包括至少一个激光光束，任一组所包括的所有激光光束的波长均与其它组中所包括的激光光束的波长不同。同时，在所有所述激光光束中每两个激光光束之间的波长差均大于全息反射光融合器的敏感波长差。如上所述，全息反射光融合器包括全息功能层，全息功能层包括全息微结构。其中，敏感波长差是指全息微结构能够反射的波长的波动范围，例如，该敏感波长差为2纳米，若全息微结构能够反射波长为640纳米的激光光束，则波长为639或641纳米的激光光束也可能被该全息微结构反射，因此，每两个激光光束之间的波长差大于该敏感波长差，避免不同波长的激光光束被同一全息功能层，无法实现多焦平面的问题。
可选地，每两组对应的激光光束的预设波长差可以相同，也可以不同，例如，第1激光光束组中的第1束激光光束与第2激光光束组中的第1束激光光束的预设波长差为10纳米，第3激光光束组中的第1束激光光束与第2激光光束组中的第1束激光光束的预设波长差为8纳米。每组内的激光光束与其它组内的激光光束的预设波长差可以相同，也可以不同，例如，例如，第1激光光束组中的第1束激光光束与第2激光光束组中的第1束激光光束的预设波长差为10纳米，第1激光光束组中的第2束激光光束与第2激光光束组中的第2束激光光束的预设波长差为8纳米。
在一种可能的实现方式中，当该参数为发散角时，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的波长相同，激光光束组内的激光光束的波长不同，i、j、k为大于等于1的整数。其中，全息反射光融合器包括一层全息功能层，相同波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，从而至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像。下面将结合图9至图11实施例进行说明。
在上述两种可能的实现方式中，可选地，第i个激光光束组中的激光光束的数量小于或等于第k个激光光束组中的激光光束的数量。例如，当两个激光光束组均包括红、绿、蓝三种激光光束时，则第i个激光光束组中的激光光束的数量等于第k个激光光束组中的激光光束的数量。例如，第k个激光光束组还包括红外光时，则第i个激光光束组中的激光光束的数量小于第k个激光光束组中的激光光束的数量。
图7为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图二。如图7所示，该多焦平面显示系统包括：激光投影光引擎20，全息反射光融合器30，可选地，还包括中继光学部件40。
其中，激光投影光引擎20包括激光生成器21和扫描调制器22。
该激光生成器21包括至少一个激光芯片211，每个激光芯片211自身用于分时产生不同波长的激光光束，至少一个激光芯片用于分时产生至少两个激光光束组，其中，激光光束组包括所有激光芯片在同一时刻产生的激光光束。该激光芯片211可以为可调谐激光芯片，该可调谐激光芯片通过调谐分时生成至少两种波长的激光光束。
可选地，该激光生成器21还包括一个光束整形部件212。该激光芯片211可以为红绿蓝(Red-Green-Blue，RGB)激光芯片，即采用红绿蓝颜色模式，通过对红、绿、蓝三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。本实施例还可以采用其他颜色模式的激光芯片，本实施例此处不做特别限制。
该激光芯片211自身可以分时产生多个存在预设波长差的激光光束。其中，波长在递增的过程中，在存在多个预设波长差时，该多个预设波长差可以相等也可以不等，本实施例对此不做特别限制。
如图7所示，该激光生成器21包括三个激光芯片211，其中一个可以分时产生波长为λ1和λ4的激光光束，另一个可以分时产生波长为λ2和λ5的激光光束，最后一个可以分时产生波长为λ3和λ6的激光光束。
其中，激光光束组包括所有激光芯片在同一时刻产生的激光光束。例如，第一激光光束组包括三个激光芯片211在第一时刻产生的波长为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)的激光光束；第二激光光束组包括三个激光芯片211在第二时刻产生的波长为λ4(650nm)，λ5(510nm)，λ6(460nm)的激光光束，其中，λ1与λ4、λ2与λ5、λ3与λ6之间的预设波长差为10nm。该预设波长差的设定取决于全息反射光融合器的波长选择敏感性，且λ1与λ4、λ2与λ5、λ3与λ6所对应的激光光源可以分别进行独立调制。该扫描调制器22可以对至少两个激光光束组进行调制，使得激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向全息反射光融合器30。
全息反射光融合器30用于对激光投影光引擎20所投影的两个激光光束组进行反射，使得两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置；全息反射光融合器30内部含有针对λ1，λ2，λ3的全息功能层一31，以及针对λ4，λ5，λ6的全息功能层二32，作用于λ1，λ2，λ3的全息功能层一对光束的光学调制能力一与作用于λ4，λ5，λ6的全息功能层二所具有的光学调制能力二不同；具备光学调制能力一的全息功能层一将由λ1，λ2，λ3组成的第一激光光束组反射后，经人眼成像后获得焦平面为焦平面一的显示图像；具备光学调制能力二的全息功能层二将由λ4，λ5，λ6组成的第二激光光束组反射后，经人眼成像后获得焦平面为焦平面二的显示图像，此时，系统就形成了双焦平面显示；依次类推，可以实现更多焦平面显示。
本申请实施例提供的激光生成器包括至少一个激光芯片，每个激光芯片自身用于分时产生不同波长的激光光束，该至少一个激光芯片用于分时产生多个激光光束组，全息反射光融合器包括至少两层全息功能层；每个全息功能层用于反射一激光光束组，该激光光束组经人眼成像后产生一个焦平面的显示图像，从而产生多焦平面，结构简单易于实现。
图8为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图三，本申请实施例与图7所示实施例所不同的是本申请实施例提供了两个激光芯片组，可以同时产生两个激光芯片组。如图8所示，该多焦平面显示系统包括：激光投影光引擎20，全息反射光融合器30，可选地，还包括中继光学部件40。
其中，激光投影光引擎20包括激光生成器和扫描调制器22。
激光生成器包括至少两个激光芯片组，所述激光芯片组包括至少一个激光芯片，所述激光芯片用于产生一个波长的激光光束，所述激光芯片组用于产生一个激光光束组。
在图8中，激光生成器包括两个激光芯片组，其中第一激光芯片组包括三个激光芯片21a，第二激光芯片组包括三个激光芯片21b。可选地，每个激光芯片21a各自对应连接一个光束整形部件，每个激光芯片21b各自对应连接一个光束整形部件。
每个激光芯片组分别产生一激光光束组，则得到两个激光光束组。本领域技术人员可以理解，两个激光光束组可以同时产生也可以分时产生。其中，包含激光芯片21a的第一激光芯片组产生第一激光光束组，波长为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)；包含激光芯片21b的第二激光芯片组产生第二激光光束组，波长为λ4(650nm)，λ5(510nm)，λ6(460nm)，其中，λ1与λ4、λ2与λ5、λ3与λ6之间的预设波长差为10nm。该扫描调制器22可以对至少两个激光光束组进行调制，使得激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向全息反射光融合器30。
本实施例的全息反射光融合器30的结构与图7所示实施例类似，该全息反射光融合器30内部含有针对λ1，λ2，λ3的全息功能层一，以及针对λ4，λ5，λ6的全息功能层二，具备光学调制能力一的全息功能层一将由λ1，λ2，λ3组成的第一激光光束组反射后，经人眼成像后获得焦平面为焦平面一的显示图像；具备光学调制能力二的全息功能层二将由λ4，λ5，λ6组成的第二激光光束组反射后，经人眼成像后获得焦平面为焦平面二的显示图像，此时，系统就形成了双焦平面显示；依次类推，可以实现更多焦平面显示。
本申请实施例提供的激光生成器包括至少两个激光芯片组，针对任意一个激光芯片组，该激光芯片组包括至少一个激光芯片，针对任意一个激光芯片，该激光芯片用于产生一个波长的激光光束，由此，该激光芯片组用于产生一个激光光束组，全息反射光融合器包括至少两层全息功能层；每个全息功能层用于反射一激光光束组，该激光光束组经人眼成像后产生一个焦平面的显示图像，从而产生多焦平面，结构简单易于实现。
图9为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图四，如图9所示，该多焦平面显示系统包括：
激光投影光引擎20和全息反射光融合器30，可选地，还包括中继光学部件40。
其中，激光生成器包括至少两个激光芯片组和与激光芯片组中的每个激光芯片一一对应的光束整形部件，针对任意一个激光芯片组，该激光芯片组包括至少一个激光芯片，针对任意一个激光芯片，该激光芯片用于产生一个波长的激光光束；所述全息反射光融合器包括一层全息功能层；
光束整形部件，用于对激光芯片生成的激光光束进行整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同；其中，不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同。
具体地，激光芯片与光束整形部件可以为一一对应的关系。可选地，也可以多个激光芯片对应一个光束整形部件，本实施例对激光芯片与光束整形部件的对应关系不做特别限制，只要光束整形部件能够对每激光光束组进行整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同，使得全息反射光融合器30能够反射得到至少两个焦平面的显示图像即可。
在图9中，激光生成器包括两个激光芯片组，其中第一激光芯片组包括三个激光芯片21a，第二激光芯片组包括三个激光芯片21b。每个激光芯片组分别产生一激光光束组，则得到两个激光光束组。
其中，包含激光芯片21a的第一激光芯片组产生第一激光光束组，波长为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)；包含激光芯片21b的第二激光芯片组产生第二激光光束组，波长为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)。第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的波长相同，两个激光光束组在经过光束整形部件之后，波长为λ1的两个激光光束的发散角不同，波长为λ2的两个激光光束的发散角不同，波长为λ3的两个激光光束的发散角不同。同一激光光束组内的激光光束的发散角可以相同也可以不同，此处不做特别限制。该扫描调制器22可以对至少两个激光光束组进行调制，使得激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向全息反射光融合器30。
本实施例的全息反射光融合器30包括一个全息功能层，内部含有针对λ1，λ2，λ3波长的反射全息微结构，用于反射两个激光光束组。其中，相同波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，最终使得经过全息反射光融合器30反射后，第一激光光束组落在焦平面一上，第二激光光束组落在焦平面二上，此时，系统就形成了双焦平面显示；依次类推，可以实现更多焦平面显示。
本申请实施例提供的激光生成器包括至少两个激光芯片组和与激光芯片组中的每个激光芯片一一对应的光束整形部件，激光芯片组包括至少一个激光芯片，激光芯片产生一个波长的激光光束；全息反射光融合器包括一层全息功能层；激光芯片组产生一个激光光束组，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的波长相同，光束整形部件对所述激光芯片生成的激光光束进行整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同；由于相同波长不同发散角的激光光束经所述全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，因此实现多焦平面的显示，结构简单易于实现。
图10为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图五，如图10所示，该多焦平面显示系统包括：激光投影光引擎20，全息反射光融合器30，可选地，还包括中继光学部件40。
该激光投影光引擎20包括激光生成器21和扫描调制器22。可选地，该激光生成器21包括：
至少一个激光芯片211，激光芯片211用于产生一个波长的激光光束；
与每个激光芯片一一对应的可调焦光束整形部件，用于将与自身对应的激光芯片生成的激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，激光光束组包括所述可调焦光束整形部件在同一时刻整形的激光光束。该可调焦光束整形部件212可以为液体透镜、MEMS反射镜阵列、可变焦透镜组等。
具体地，激光芯片与可调焦光束整形部件可以为一一对应的关系。可选地，也可以多个激光芯片对应一个可调焦光束整形部件，本实施例对激光芯片与可调焦光束整形部件的对应关系不做特别限制。
该扫描调制器22可以对至少两个激光光束组进行调制，使得激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向全息反射光融合器30。其中，该全息反射光融合器30包括一个全息功能层，同一波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同。
具体地，3个激光芯片产生3个激光光束，波长分别为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)，其中，单数帧对应虚拟图像一，双数帧对应虚拟图像二，可调焦光束整形部件212分时调制激光光束，使单数帧时序时，同一激光光束的发散角总为发散角一，使双数帧时序时，同一激光光束的发散角总为发散角二。第一激光光束组包括单数帧时序对应的激光光束，第二激光光束组包括双数帧时序对应的激光光束。
通过扫描调制器22传输至全息反射光融合器30，全息反射光融合器30内部含有针对λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)波长的全息功能层，则由全息反射光融合器30反射后，第一激光光束组落在焦平面一上，第二激光光束组落在焦平面二上，此时，系统就形成了双焦平面显示；依次类推，可以实现更多焦平面显示。
本申请实施例提供的激光生成器包括至少一个激光芯片，激光芯片用于产生一个激光光束；与每个所述激光芯片一一对应的可调焦光束整形部件将与自身对应的激光芯片生成的激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，激光光束组包括可调焦光束整形部件在同一时刻整形的激光光束；其中，同一波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，结构简单易于实现。
图11为本申请实施例提供的多焦平面显示系统的结构示意图六，本实施例与图10实施例相比，主要在于激光光束的调制由可调焦中继光学部件承担，即上述的同样是使激光投影光引擎按时分调制的方式，使两幅投影图像的激光光束具有不同的发散角，以形成多焦平面。如图11所示，该多焦平面显示系统包括：
激光投影光引擎20，全息反射光融合器30以及可调焦中继光学部件40。
该激光投影光引擎20包括激光生成器21和扫描调制器22。
可选地，该激光生成器21包括：至少一个激光芯片，激光芯片用于产生一个波长的激光光束；
该扫描调制器22用于对所述至少一个激光光束进行调制，使得所述至少一个激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器30。
射向全息反射光融合器30的激光光束还需先经过可调焦中继光学部件40，该可调焦中继光学部件40能够将同一激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束。激光光束组包括可调焦中继光学部件在同一时刻整形的激光光束。
该可调焦中继光学部件40可以为液体透镜、MEMS反射镜阵列、可变焦透镜组等，本实施例对可调焦中继光学部件40的实现方式不做特别限制。
同一波长不同发散角的激光光束射向全息反射光融合器30，该全息反射光融合器30包括一个全息功能层，同一波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同。
具体地，3个激光芯片产生3个激光光束，波长分别为λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)，其中，单数帧对应虚拟图像一，双数帧对应虚拟图像二，通过扫描调制器22传输至可调焦中继光学部件40，该可调焦中继光学部件40分时调制激光光束的发散角，使单数帧时序时，同一激光光束的发散角总为发散角一，使双数帧时序时，同一激光光束的发散角总为发散角二。第一激光光束组包括单数帧时序对应的激光光束，第二激光光束组包括双数帧时序对应的激光光束。
同一波长不同发散角的激光光束传输至全息反射光融合器30，全息反射光融合器30内部含有针对λ1(640nm)，λ2(520nm)，λ3(450nm)波长的全息功能层，则由全息反射光融合器30反射后，第一激光光束组落在焦平面一上，第二激光光束组落在焦平面二上，此时，系统就形成了双焦平面显示；依次类推，可以实现更多焦平面显示。
本申请实施例通过激光生成器包括：至少一激光芯片，每个激光芯片用于产生一个波长的激光光束；可调焦中继光学部件将扫描调制器处理后的同一所述激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，并将至少两种发散角的激光光束传输至全息反射光融合器，该激光光束组包括可调焦中继光学部件在同一时刻整形的激光光束，其中，同一波长不同发散角的激光光束经全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，结构简单易于实现。
上述图7至图11示例性的给出了多焦平面显示系统的一些实现方式，在具体实现过程中，还可以在上述实施例的基础衍生或扩展出其他实施例，或者组合出其他实施例，本实施例此处对各种实施例不再一一赘述。
本申请实施例还提供一种增强现实设备，所述增强现实设备包括如上图3至图11所述的系统。该增强显示设备可以为眼镜、头盔等等，本实施例此处不做特别限制。当该增强现实设备为眼镜时，具体的结构可如图12所示。
图12为本申请实施例提供的增强现实眼镜的结构示意图。如图12所示，增强现实眼镜包括镜架110和镜片120；显示控制器10和激光投影光引擎20设置在镜架110内；全息反射光融合器30设置在镜片上。可选地，中继光学部件40设置在镜架110内。
其中，该全息反射光融合器30可以贴合设置在镜片上，也可以作为夹层设置在镜片内，本实施例对全息反射光融合器30设置在镜片上的方式不做特别限制。
本申请实施例通过采用极简的多焦平面显示系统来制作增强现实眼镜，将全息反射光融合器设置在镜片上，使得镜片结构简单且镜片轻巧，将激光投影光引擎和显示控制器设置在镜架内，由于二者结构轻便小巧，使得镜架同样具有结构简单和轻巧的特点，使得该增强现实眼镜与用户日常佩戴的眼镜类似，提高了用户体验。
图13为本申请实施例提供的虚拟现实眼镜的结构示意图。如图13所示，该虚拟现实眼镜的实现原理与图12所示的增强现实眼镜的实现原理类似，所不同的是该虚拟现实眼镜的镜片上设置有遮光层50，该遮光层50可以遮挡现实物体反射的光，使得用户只能看到虚拟图像，而看不到现实物体。该遮光层50可以为遮光罩，也可以为遮光涂层，本实施例对该遮光层的实现方式不做特别限制。
本申请实施例通过采用极简的多焦平面显示系统来制作虚拟现实眼镜，将全息反射光融合器设置在镜片上，并在镜片上设置遮光层，使得镜片结构简单且镜片轻巧，将激光投影光引擎和显示控制器设置在镜架内，由于二者结构轻便小巧，使得镜架同样具有结构简单和轻巧的特点，使得该虚拟现实眼镜与用户日常佩戴的眼镜类似，提高了用户体验。
本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
此外，在申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“固定”、“安装”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例的具体含义。

Claims (25)

1.一种多焦平面显示系统，其特征在于，包括：激光投影光引擎和全息反射光融合器，其中：
所述激光投影光引擎，用于生成调制至少两个激光光束组，并将所述至少两个激光光束组传输至所述全息反射光融合器；其中，每个所述激光光束组各自对应一幅显示图像；
所述全息反射光融合器，用于反射所述至少两个激光光束组，其中，所述至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且所述至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像；
其中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，用于生成所述至少两个激光光束组；其中，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束存在预设波长差，所述i、j、k为大于等于1的整数；
扫描调制器，用于对所述至少两个激光光束组进行调制，使得所述激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的发散角相同，所述第i个激光光束组中的激光光束的数量小于或等于所述第k个激光光束组中的激光光束的数量。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述全息反射光融合器包括至少两层全息功能层，每个所述全息功能层用于反射所述至少两个激光光束组中的一组，且不同的全息功能层反射的激光光束组不同。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述激光光束组包括至少一个激光光束，任一所述激光光束组所包括的所有激光光束的波长均与其它所述激光光束组中所包括的激光光束的波长不同。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在所有所述激光光束中每两个激光光束之间的波长差均大于所述全息反射光融合器的敏感波长差。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述激光生成器包括至少一个激光芯片，每个所述激光芯片自身用于分时产生不同波长的激光光束；所述至少一个激光芯片用于分时产生所述至少两个激光光束组，其中，所述激光光束组包括所有所述激光芯片在同一时刻产生的激光光束。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述激光生成器包括至少两个激光芯片组，所述激光芯片组包括至少一个激光芯片，所述激光芯片用于产生一个波长的激光光束，所述激光芯片组用于产生一个所述激光光束组。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：
显示控制器，用于向所述激光投影光引擎发送配置信息，所述配置信息为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的信息。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
眼球追踪设备，用于确定用户的注视方向；
所述显示控制器，具体用于根据所述注视方向生成配置信息，并向所述激光投影光引擎发送所述配置信息，所述配置信息具体为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像，且各所述显示图像的焦点与所述注视方向匹配的信息。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述扫描调制器具体为反射扫描振镜或致动器。
11.一种多焦平面显示系统，其特征在于，包括：激光投影光引擎和全息反射光融合器，其中：
所述激光投影光引擎，用于生成调制至少两个激光光束组，并将所述至少两个激光光束组传输至所述全息反射光融合器；其中，每个所述激光光束组各自对应一幅显示图像；
所述全息反射光融合器，用于反射所述至少两个激光光束组，其中，所述至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且所述至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像；
其中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，用于生成所述至少两个激光光束组；
扫描调制器，用于对所述至少两个激光光束组进行调制，使得所述激光光束组中的激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器；
其中，第i个所述激光光束组中的第j个激光光束与第k个所述激光光束组中的第j个激光光束的波长相同，所述激光光束组组内的激光光束的波长互不相同，所有波长相同的所述激光光束的发散角不同，相同波长不同发散角的所述激光光束经所述全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同，所述i、j、k为大于等于1的整数。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第i个激光光束组中的激光光束的数量小于或等于所述第k个激光光束组中的激光光束的数量。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述激光生成器包括：
至少两个激光芯片组和与所述激光芯片组中的每个所述激光芯片一一对应的光束整形部件，所述激光芯片组包括至少一个所述激光芯片，所述激光芯片用于产生一个波长的激光光束；
所述激光芯片组用于产生一个所述激光光束组，其中，第i个激光光束组中的第j个激光光束与第k个激光光束组中的第j个激光光束的波长相同；
所述光束整形部件，用于对所述激光芯片生成的激光光束进行整形，使得所有波长相同的激光光束的发散角不同。
14.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述激光生成器包括：
至少一个激光芯片，所述激光芯片用于产生一个激光光束；
与每个所述激光芯片一一对应的可调焦光束整形部件，用于将与自身对应的激光芯片生成的激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，所述激光光束组包括所述可调焦光束整形部件在同一时刻整形的激光光束。
15.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，还包括：
显示控制器，用于向所述激光投影光引擎发送配置信息，所述配置信息为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的信息。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括：
眼球追踪设备，用于确定用户的注视方向；
所述显示控制器，具体用于根据所述注视方向生成配置信息，并向所述激光投影光引擎发送所述配置信息，所述配置信息具体为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像，且各所述显示图像的焦点与所述注视方向匹配的信息。
17.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述扫描调制器具体为反射扫描振镜或致动器。
18.一种多焦平面显示系统，其特征在于，包括：激光投影光引擎和全息反射光融合器，其中：
所述激光投影光引擎，用于生成调制至少两个激光光束组，并将所述至少两个激光光束组传输至所述全息反射光融合器；其中，每个所述激光光束组各自对应一幅显示图像；
所述全息反射光融合器，用于反射所述至少两个激光光束组，其中，所述至少两个激光光束组的出瞳位置位于同一位置，且所述至少两个激光光束组经人眼成像后获得至少两个焦平面的显示图像；
其中，所述激光投影光引擎包括：
激光生成器，所述激光生成器包括至少一个激光芯片，所述至少一个激光芯片用于产生至少一个激光光束；
扫描调制器，用于对所述至少一个激光光束进行调制，使得所述至少一个激光光束以不同的偏转角射向所述全息反射光融合器；
可调焦中继光学部件，用于将所述扫描调制器处理后的同一所述激光光束分时整形为至少两种发散角的激光光束，并将所述至少两种发散角的激光光束传输至所述全息反射光融合器，所述激光光束组包括所述可调焦中继光学部件在同一时刻整形的激光光束；
其中，同一波长不同发散角的激光光束经所述全息反射光融合器反射，且经人眼成像后获得的显示图像的焦平面不同。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括：
显示控制器，用于向所述激光投影光引擎发送配置信息，所述配置信息为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像的信息。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括：
眼球追踪设备，用于确定用户的注视方向；
所述显示控制器，具体用于根据所述注视方向生成配置信息，并向所述激光投影光引擎发送所述配置信息，所述配置信息具体为所述激光投影光引擎用于调制至少两幅显示图像，且各所述显示图像的焦点与所述注视方向匹配的信息。
21.根据权利要求18至20任一项所述的系统，其特征在于，所述扫描调制器具体为反射扫描振镜或致动器。
22.一种增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备包括载体和如权利要求1至10任一项，或者11至17任一项，或者18至21任一项所述的系统；其中，所述系统设置在所述载体上。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述增强现实设备为增强现实眼镜；
所述载体包括镜架和镜片；
所述激光投影光引擎设置在所述镜架内；
所述全息反射光融合器设置在所述镜片上。
24.一种虚拟现实设备，其特征在于，所述虚拟现实设备包括载体和如权利要求1至10任一项，或者11至17任一项，或者18至21任一项所述的系统；其中，所述系统设置在所述载体上。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述虚拟现实设备为虚拟现实眼镜；
所述载体包括镜架和镜片；
所述激光投影光引擎设置在所述镜架内；
所述全息反射光融合器设置在所述镜片上。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633905B (zh) * 2018-12-29 2020-07-24 华为技术有限公司 多焦平面显示系统以及设备
CN111999891B (zh) * 2019-05-27 2023-02-28 杭州海康威视数字技术股份有限公司 增强现实设备及曝光设备
TWI690745B (zh) 2019-06-26 2020-04-11 點晶科技股份有限公司 多功能眼鏡裝置
CN111290164B (zh) 2020-03-31 2024-07-12 京东方科技集团股份有限公司 透明显示面板、显示装置及眼镜
CN113671721B (zh) * 2020-05-15 2023-03-28 华为技术有限公司 一种显示装置和系统以及方法
CN214011669U (zh) * 2020-10-29 2021-08-20 华为技术有限公司 镜片及智能眼镜
CN113218519B (zh) * 2021-06-04 2023-03-28 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种基于双层亚波长孔结构的径向剪切波前测量系统
DE102021125627A1 (de) * 2021-10-04 2023-04-06 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Komponente für eine datenbrille und datenbrille
CN114994928B (zh) * 2022-05-12 2024-09-13 成都莱普科技股份有限公司 基于衍射光学元件的斜向多焦点产生系统及方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH068906A (ja) 1991-06-28 1994-01-18 Nippon Seiki Co Ltd ヒートシール装置における被包装物の充填装置
JPH1068906A (ja) * 1996-05-30 1998-03-10 Asahi Glass Co Ltd ホログラフィック表示装置
US6466185B2 (en) * 1998-04-20 2002-10-15 Alan Sullivan Multi-planar volumetric display system and method of operation using psychological vision cues
JP2006017991A (ja) * 2004-07-01 2006-01-19 Konica Minolta Holdings Inc 映像表示装置
KR20070064319A (ko) * 2004-08-06 2007-06-20 유니버시티 오브 워싱톤 가변 응시 시거리 주사 광 디스플레이
GB2461294B (en) * 2008-06-26 2011-04-06 Light Blue Optics Ltd Holographic image display systems
US20110075257A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-31 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona 3-Dimensional electro-optical see-through displays
US9971153B2 (en) * 2014-03-29 2018-05-15 Frimory Technologies Ltd. Method and apparatus for displaying video data
TWI588535B (zh) * 2014-11-20 2017-06-21 英特爾股份有限公司 可調式焦距平面光學系統
EP3234920A1 (en) * 2014-12-23 2017-10-25 Meta Company Apparatuses, methods and systems coupling visual accommodation and visual convergence to the same plane at any depth of an object of interest
AU2016220134A1 (en) * 2015-02-17 2017-08-31 Thalmic Labs Inc. Systems, devices, and methods for eyebox expansion in wearable heads-up displays
JP6661885B2 (ja) * 2015-03-09 2020-03-11 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
WO2016191709A1 (en) * 2015-05-28 2016-12-01 Thalmic Labs Inc. Systems, devices, and methods that integrate eye tracking and scanning laser projection in wearable heads-up displays
JP6565407B2 (ja) * 2015-07-16 2019-08-28 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
US10088685B1 (en) * 2015-10-19 2018-10-02 Meta Company Apparatuses, methods and systems for multiple focal distance display
JP6696236B2 (ja) * 2016-03-14 2020-05-20 セイコーエプソン株式会社 表示装置および導光装置
US11067797B2 (en) * 2016-04-07 2021-07-20 Magic Leap, Inc. Systems and methods for augmented reality
JPWO2018034131A1 (ja) * 2016-08-16 2019-06-13 コニカミノルタ株式会社 画像表示装置
WO2018190007A1 (ja) * 2017-04-13 2018-10-18 ソニー株式会社 画像表示装置
CN107894666B (zh) * 2017-10-27 2021-01-08 杭州光粒科技有限公司 一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法
CN109633905B (zh) * 2018-12-29 2020-07-24 华为技术有限公司 多焦平面显示系统以及设备

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