一种自由曲面-自由体全息型目视光学成像装置及其近眼显示系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自由曲面

【技术实现步骤摘要】
一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置及其近眼显示系统


[0001]本专利技术涉及目视显示
，尤其涉及一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置及其近眼显示系统。

技术介绍

[0002]增强现实(Augmented Reality，以下简称AR)，是一种将虚拟信息叠加到现实世界信息的技术，可以丰富多种感知效果，例如视觉、听觉、嗅觉甚至触觉等，无论在多媒体娱乐还是在军事、工业、医疗等领域都有着巨大的市场应用价值。
[0003]全息光学元件(Holographic Optical elements，以下简称HOE)被运用于轻型AR设备中，其是根据全息术原理制成的光学元件。通常做在感光薄膜材料上，利用平面波、球面波的组合发生干涉，在光敏材料上得到全息图。被光线照射时，光线由于衍射效应，发生非常规的大角度偏折。它是一种衍射原件。
[0004]AR设备的关键在于用户的沉浸式体验。小型化、轻型化、大视场、大眼盒和高性能是当前AR设备的发展趋势。现有的近眼显示设备采用多种方案，如Epson的自由曲面波导方案、Lumus阵列波导方案、Google Glass的共轴侧视棱镜方案、Hololens的全息光栅方案以及OPPO Air Glass的衍射光波导方案等。体全息光学元件作为一种全息光学元件打破了传统的反射定律，可以实现大角度非常规的反射，从而显著减轻整个系统的体积和重量，使小型化、轻型化成为可能，而自由曲面对波前的调控显得十分灵活，因此将自由曲面和体全息光学元件结合起来，设计一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置及其近眼显示系统十分有意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置及其近眼显示系统，近眼显示系统由两个镜像对称的目视光学系统组合而成，通过两片自由体全息光学元件矫正色差和单色像差实现轻薄光学透射式双目近眼显示，可适用于RGB彩色AR、VR的应用场景。
[0006]本专利技术首先提供了一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置，其包括第一光学透镜(15)、第一玻璃平板(12)、第二玻璃平板(17)、反射镜(14)、第一体全息光学元件(13)、第二体全息光学元件(16)以及图像显示器(11)；
[0007]所述的图像显示器(11)发出的图像信号光依次经过第一玻璃平板(12)和第一体全息光学元件(13)，经过反射镜(14)反射到第一体全息光学元件(13)上，然后经过第一体全息光学元件(13)反射到第一光学透镜(15)，再经过第一光学透镜(15)透射到第二体全息光学元件(16)上，最后由第二体全息光学元件(16)反射进入人眼，另一方面环境光经过第二玻璃平板(17)、第二体全息光学元件(16)透射后进入人眼。
[0008]作为本专利技术的优选方案，所述第一光学透镜为非球面透镜或自由曲面透镜。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述第一体全息光学元件(13)贴在第一玻璃平板的后表面(122)上；图像显示器产生的图像信号光经过第一玻璃平板后入射到第一自由体全息光学元件，不满足第一自由体全息光学元件的布拉格条件；
[0010]经过反射镜反射到第一自由体全息光学元件上的光线，满足第一自由体全息光学元件的布拉格入射关系。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述第二体全息光学元件(16)贴在第二玻璃平板的前后面(171)上
[0012]第一光学透镜透射到第二自由体全息光学元件上的光线，满足第二自由体全息光学元件的布拉格入射关系；
[0013]环境光经过第二玻璃平板入射到第二体全息光学元件上，不满足第二体全息光学元件的入射关系。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述反射镜为非球面反射镜或自由曲面反射镜。
[0015]作为本专利技术的优选方案，图像显示器可以为OLED微型显示器、LCOS微型显示器、MicroLED微型显示器。
[0016]作为本专利技术的优选方案，第一玻璃平板(12的前表面(121)和后表面(122)都是平面，第二玻璃平板(17)的前表面(171)和后表面(172)都是平面。
[0017]本专利技术还提供了一种基于自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置的近眼显示系统，其包括两个上述的基于自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置，且所述的两个基于自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置左右镜像对称。
[0018]本专利技术还提供了一种上述近眼显示系统的近眼显示方法，其包括如下步骤：
[0019]在左侧自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置中，其图像显示器产生的图像信号光经过第一玻璃平板后入射到第一自由体全息光学元件，由于不满足第一自由体全息光学元件的布拉格条件，光线透过第一自由体全息光学元件，之后经过反射镜再一次反射到第一自由体全息光学元件上，由于满足第一自由体全息光学元件的布拉格入射关系，光线入射到第一自由体全息光学元件上并不会发生透射，而是通过第一自由体全息光学元件将图像反射到第一光学透镜，再经过第一光学透镜透射到第二自由体全息光学元件上，由于入射光线依然满足第二自由体全息光学元件的布拉格入射关系，光线入射到第二自由体全息光学元件上时并不会发生透射，而是经过第二自由体全息光学元件反射进入使用者的眼镜并成像；另一方面，环境光经过第二玻璃平板入射到第二体全息光学元件上，由于不满足第二体全息光学元件的入射关系，光线透过第二体全息光学元件后进入左眼，
[0020]右侧目视光学成像装置由于具有与左侧目视光学成像装置同样的构造和工作方式；因此，通过左右两侧镜像对称的两个目视光学成像装置组成的近眼显示系统可以实现光学透射式的双目近眼显示。
[0021]本专利技术的有益效果：根据本专利技术的目视光学成像装置，通过采用自由曲面光学元件和自由体全息光学元件，在极大地提高系统像差校正自由度的同时，显著减小了系统的体积和重量，实现了近眼显示系统的高性能和轻小型化。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的目视光学成像装置的光路图；
[0023]图2A、图2B和图2C分别为本专利技术实施例的系统R、G、B三色MTF曲线图；
[0024]图3A、图3B和图3C分别为本专利技术实施例的系统R、G、B三色畸变曲线图；
[0025]图中，11图像显示器，12第一玻璃平板，121第一玻璃平板前表面，122第一玻璃平板后表面，13第一体全息光学元件，14反射镜，15第一光学透镜，151第一光学透镜前表面，152第一光学透镜后表面，16第二体全息光学元件，17第二玻璃平板，171第二玻璃平板前表面，172第二玻璃平板后表面。
具体实施方式
[0026]下面将根据附图来具体描述本专利技术的具体实施方式，本专利技术可以以多种不同形式来实现且不应解释为限于下述的实施方式，而是，提供这个实施例使得本公开充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面
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自由体全息型目视光学成像装置，其特征在于，包括第一光学透镜(15)、第一玻璃平板(12)、第二玻璃平板(17)、反射镜(14)、第一体全息光学元件(13)、第二体全息光学元件(16)以及图像显示器(11)；所述的图像显示器(11)发出的图像信号光依次经过第一玻璃平板(12)和第一体全息光学元件(13)，经过反射镜(14)反射到第一体全息光学元件(13)上，然后经过第一体全息光学元件(13)反射到第一光学透镜(15)，再经过第一光学透镜(15)透射到第二体全息光学元件(16)上，最后由第二体全息光学元件(16)反射进入人眼，另一方面环境光经过第二玻璃平板(17)、第二体全息光学元件(16)透射后进入人眼。2.如权利要求1所述的目视光学成像装置，其特征在于，第一光学透镜为非球面透镜或自由曲面透镜。3.如权利要求1所述的目视光学成像装置，其特征在于，所述第一体全息光学元件(13)贴在第一玻璃平板的后表面(122)上；图像显示器产生的图像信号光经过第一玻璃平板后入射到第一自由体全息光学元件，不满足第一自由体全息光学元件的布拉格条件；经过反射镜反射到第一自由体全息光学元件上的光线，满足第一自由体全息光学元件的布拉格入射关系。4.如权利要求1所述的目视光学成像装置，其特征在于，所述第二体全息光学元件(16)贴在第二玻璃平板的前后面(171)上第一光学透镜透射到第二自由体全息光学元件上的光线，满足第二自由体全息光学元件的布拉格入射关系；环境光经过第二玻璃平板入射到第二体全息光学元件上，不满足第二体全息光学元件的入射关系。5.如权利要求1所述的目视光学成像装置，其特征在于，所述反射镜为非球面反射镜或自由曲面反射镜。6.如权利要求1所述的目视光学成像装置，其特征在于，图像显示器可以为OLED微型显示器、LCOS微型显示器、MicroLED微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仍茂，胡广银，舒天，裴春洋，李海峰，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：