CN109254403A - 视网膜扫描成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视网膜扫描成像装置，包括光源、扫描器、第一椭球面反射镜和第二椭球面反射镜，其中，扫描器的出射点与第一椭球面反射镜的第一焦点重合，第一椭球面反射镜的第二焦点与第二椭球面反射镜的第三焦点重合；光源，用于发射光束；扫描器，用于将光束经出射点射出；第一椭球面反射镜，用于将经第一焦点入射的光束反射向第二焦点；第二椭球面反射镜，用于将经第三焦点入射的光束反射并成像。本发明公开的技术方案，在光路传播过程中不会引入像差，使视网膜扫描成像装置具备了在大视场应用中无像差引入的优点。

Description

视网膜扫描成像装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及视网膜扫描成像装置。
背景技术
头戴式增强现实显示装置是将微显示器与成像目镜相结合，能够满足特定情况下人眼对光学现实信息的实时获取，并可将虚拟图像与现实场景相结合，为使用者带来诸多便利。现有技术中，可以将视网膜扫描成像装置应用于头戴式增强现实显示装置，如图1所示，包括光源、扫描器、光学投影系统、半反半透镜及控制器等，其中，半反半透镜用于实现光学融合的功能，将虚拟信息叠加至真实景像之上。光源射出的光束经由扫描器扫过特定的角度范围，然后由光学投影系统将光束重新汇聚于一点，之后由半反半透镜将光束反射进入人眼，并在视网膜上成像。
现有的视网膜扫描成像装置，在视场角较大的情况下，会导致光学投影系统产生较大的像差，降低用户体验。
发明内容
本发明实施例提供了一种视网膜扫描成像装置。旨在解决现有技术中大视场角情况下的像差问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例，提供了一种视网膜扫描成像装置，包括光源、扫描器、第一椭球面反射镜和第二椭球面反射镜，其中，扫描器的出射点与第一椭球面反射镜的第一焦点重合，第一椭球面反射镜的第二焦点与第二椭球面反射镜的第三焦点重合；
光源，用于发射光束；
扫描器，用于将光束经出射点射出；
第一椭球面反射镜，用于将经第一焦点入射的光束反射向第二焦点；
第二椭球面反射镜，用于将经第三焦点入射的光束反射并成像。
可选的，第一椭球面反射镜和第二椭球面反射镜具有相同的长半轴和短半轴。
可选的，第一椭球面反射镜和第二椭球面反射镜的长半轴和短半轴不完全相同。
可选的，光源，还用于对光束进行光谱调制。
可选的，视网膜扫描成像装置还包括：
控制器，用于控制光源发射的光束的颜色和强度；
控制扫描器将光束射向预设方向。
可选的，控制器，还用于控制扫描器的扫描方向，消除像的畸变。
可选的，第二椭球面反射镜为半反半透镜。
可选的，扫描器为二维扫描器。
可选的，扫描器包括第一子扫描器和第二子扫描器，第一子扫描器和第二子扫描器为一维扫描器，其中，
第一子扫描器和第二子扫描器的扫描方向相互垂直。
可选的，扫描器包括旋转多面镜、检流计扫描镜、声光扫描镜、电光扫描镜、微机电系统扫描镜中的一种或多种的组合。
本发明实施例公开的技术方案，在光路传播过程中不会引入像差，使视网膜扫描成像装置具备了在大视场应用中无像差引入的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是现有技术中的一种视网膜扫描成像装置的示意图；
图2是本发明实施例公开的一种视网膜扫描成像装置的示意图；
图3是本发明实施例公开的一种椭球面反射镜光路的示意图；
图4是本发明实施例公开的另一种椭球面反射镜光路的示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种椭球面反射镜光路的示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明实施例公开了一种视网膜扫描成像装置20，如图2所示，包括光源201、扫描器202、第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204，其中，扫描器202的出射点与第一椭球面反射镜203的第一焦点F11重合，第一椭球面反射镜203的第二焦点F12与第二椭球面反射镜204的第三焦点F21重合；
光源201，用于发射光束；
扫描器202，用于将光束经出射点射出；
第一椭球面反射镜203，用于将经第一焦点F11入射的光束反射向第二焦点F12；
第二椭球面反射镜204，用于将经第三焦点F21入射的光束反射并成像。
椭球面反射镜具有经过一个焦点的光线必定汇聚于另一个焦点的特性，如图3所示，椭球方程为：
椭圆的焦点定义为：
a2-c2＝b2
其中，a为长半轴，b为短半轴，c为焦距。
本发明实施例公开的视网膜扫描成像装置20中，光源201发射出的光束，由扫描器202扫描后，变为从扫描器202的出射点射出的分布于各个角度方向的发散光束。当扫描器202的出射点与第一椭球面反射镜203的第一焦点F11重合时，扫描器202扫描射出的发散光束将汇聚于第一椭球面反射镜203的另一个焦点，即第二焦点F12。特别的，当第二椭球面反射镜204的第三焦点F21与第一椭球面反射镜203的第二焦点F12重合时，光束将经过第二椭球面反射镜204的反射，汇聚到第二椭球面反射镜204的第四焦点F22上。
第二椭球面反射镜204可以为半反半透镜，以实现光学融合的功能，将虚拟信息与真实景象相叠加。
第一椭球面反射镜203可以镀增反膜，以提供较高的反射率，增强光能利用率。
光源201可以包括半导体激光器或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)等，可选的，光源201可以对出射光束的光谱进行调制，包括内调制或外调制等，以进行彩色显示。若光源201不对出射光束的光谱进行调制，则出射光束的光谱不变，光源只发射单色光束，进行单色显示。
可选的，视网膜扫描成像装置20还可以包括控制器205，
控制器205，可以用于控制光源201发射的光束的颜色和强度；
还可以用于控制扫描器202将光束射向预设方向。
可选的，扫描器202可以包括旋转多面镜、检流计扫描镜、声光扫描镜、电光扫描镜、微机电系统扫描镜中的一种或多种的组合。
扫描器202可以为二维扫描器，将光束扫描在二维平面上以便最终成像在观察者的眼中。
扫描器202还可以包括第一子扫描器2021和第二子扫描器2022，其中，第一子扫描器2021和第二子扫描器2022为一维扫描器，且第一子扫描器2021和第二子扫描器2022的扫描方向相互垂直。扫描方向相互垂直的第一子扫描器2021和第二子扫描器2022共同组成的扫描器202也可以将光束扫描在二维平面上。
控制器205通过控制光源201发射的光束的颜色和强度，以及控制扫描器202的光束出射方向，可以将完整的图像成像在观察者的眼中。
可选的，第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204可以具有相同的长半轴和短半轴，即，第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204可以使用相同参数来进行设计制造。第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204有相同的长半轴和短半轴，可以使扫描器202出射的光束经过两个椭球面反射后，从第二椭球面反射镜204出射的光束可以与扫描器202出射的光束相平行，即在光路传播过程中不会引入像差，使视网膜扫描成像装置20具备了在大视场应用中无像差引入的优点。特别的，第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204的实际有效反射区域可以由光束扫描的角度范围决定，有效反射区域可以包括一个区域，或多个区域，多个区域之间可以通过其他材质的组件进行连接，用于装置的结构支撑等。
可选的，第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204可以具有不完全相同的长半轴和短半轴。当第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204的参数可以不相同或不完全相同时，将给视网膜扫描成像装置20的设计带来更大的便利，可以对更多的参数变量进行设计，以满足不同应用场景的需求。图4和图5分别示出了第一椭球面反射镜203和第二椭球面反射镜204具有不相同参数时的光路，其中，第一焦点F11处光束扫过的角度Theta1小于第四焦点F22处光线扫过的角度Theta2，本发明实施例公开的技术方案可以实现扫描角度范围的放大。
可选的，控制器205，还可以用于控制扫描器202的扫描方向，消除像的畸变。
当Theta1小于Theta2，扫描角度范围被放大后，还可以通过控制器205进行标定控制等方式，修正扫描器202的扫描角度，进一步保证消除像差，获得无畸变图像。
本发明实施例公开的视网膜扫描成像装置20，出瞳孔径大，图像显示准确，结构简单，重量轻便，适合应用于头戴式增强现实显示器领域，能够提高用户体验，并提升佩戴者的舒适度。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种视网膜扫描成像装置，包括光源、扫描器、第一椭球面反射镜和第二椭球面反射镜，其中，所述扫描器的出射点与所述第一椭球面反射镜的第一焦点重合，所述第一椭球面反射镜的第二焦点与所述第二椭球面反射镜的第三焦点重合；
所述光源，用于发射光束；
所述扫描器，用于将所述光束经所述出射点射出；
所述第一椭球面反射镜，用于将经所述第一焦点入射的所述光束反射向所述第二焦点；
所述第二椭球面反射镜，用于将经所述第三焦点入射的所述光束反射并成像。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一椭球面反射镜和所述第二椭球面反射镜具有相同的长半轴和短半轴。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一椭球面反射镜和所述第二椭球面反射镜的长半轴和短半轴不完全相同。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光源，还用于对所述光束进行光谱调制。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
控制器，用于控制所述光源发射的所述光束的颜色和强度；
控制所述扫描器将所述光束射向预设方向。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述控制器，还用于控制所述扫描器的扫描方向，消除所述像的畸变。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二椭球面反射镜为半反半透镜。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫描器为二维扫描器。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫描器包括第一子扫描器和第二子扫描器，所述第一子扫描器和所述第二子扫描器为一维扫描器，其中，
所述第一子扫描器和所述第二子扫描器的扫描方向相互垂直。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫描器包括旋转多面镜、检流计扫描镜、声光扫描镜、电光扫描镜、微机电系统扫描镜中的一种或多种的组合。
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