CN113189772A - 一种装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统。本发明实施方式提供一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统，该装置包括：至少一个激光器、以及沿第一光路依次设置的合束器、全息干板和屈光反射镜；激光器设于合束器的入射面，全息干板设于合束器的出射面，屈光反射镜的反射面靠近全息干板；通过该装置可获取含有屈光度信息的全息干板，对全息干板进行显影、漂白和定影得到全息透镜，该全息透镜应用于近眼显示系统中可实现非正常视力人群的视力校正，并且减轻近眼显示系统的体积和重量。

Description

一种装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统。

背景技术

增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，通常近眼显示设备受光学设计限制需要距离人眼较近，非正常视力人群需要佩戴近视或远视镜片才能看清近眼显示设备的显示内容，给这些使用人群带来不便。

现有技术中一般将波导显示器件嵌入到具有屈光调节的透镜内、实现对视力不正常的佩戴者眼中画面进行屈光度调节，或者，将带有视力矫正度数的镜片和波导显示器件贴合在一起来实现视力矫正，这些方案均存在增大近眼显示设备体积和重量的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统，可以实现视力校正、并且体积和重量较小。

本发明实施方式采用的技术方案为：

第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是提供一种获取屈光度信息的装置，包括：至少一个激光器、以及沿第一光路依次设置的合束器、全息干板和屈光反射镜；所述合束器具有一个出射面和至少一个入射面，所述激光器设于所述入射面，所述全息干板设于所述出射面，所述屈光反射镜的反射面靠近所述全息干板；所述激光器用于输出激光束，所述屈光反射镜的反射面记录有屈光度信息，所述全息干板用于获取含有所述屈光度信息的干涉条纹。

在一些实施例中，所述至少一个激光器包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，所述合束器为合束棱镜；所述合束棱镜具有第一入射面、第二入射面、第三入射面和出射面，所述红光激光器设于所述合束棱镜的第一入射面，所述绿光激光器设于所述合束棱镜的第二入射面，所述蓝光激光器设于所述合束棱镜的第三入射面。

在一些实施例中，所述装置还包括空间滤波器和准直单元；所述空间滤波器和所述准直单元沿所述第一光路依次设于所述合束棱镜的出射面和所述全息干板之间。

在一些实施例中，所述屈光反射镜为凹面反射镜或凸面反射镜。

第二方面，本发明实施方式还提供一种全息透镜的制作方法，包括：

通过如第一方面任意一项所述的装置获得含有屈光度信息的全息干板；

对所述全息干板进行显影、漂白、定影得到全息透镜。

在一些实施例中，所述通过如第一方面任意一项所述的装置获得含有屈光度信息的全息干板，包括：

控制至少一个激光器输出至少一束激光束至合束器；

通过所述合束器输出合束激光至全息干板和屈光反射镜，所述屈光反射镜的反射面记录有屈光度信息；

通过所述屈光反射镜反射所述合束激光至所述全息干板，所述全息干板用于记录含有所述屈光度信息的干涉条纹。

第三方面，本发明实施方式还提供一种全息透镜，所述全息透镜由第二方面所述的制作方法制成。

第四方面，本发明实施方式还提供一种近眼显示系统，包括：光波导和全息透镜；所述光波导具有平行的第一表面和第二表面，所述光波导设置有耦入区域和耦出区域，所述耦入区域用于耦入图像光，所述耦出区域用于耦出所述图像光；所述全息透镜与所述耦出区域对应设置；所述全息透镜与所述光波导的第一表面间隔设置，所述全息透镜为反射式全息透镜，所述全息透镜用于对所述图像光进行屈光矫正。

在一些实施例中，所述全息透镜为第三方面所述的全息透镜。

在一些实施例中，所述全息透镜为同轴式全息透镜或离轴式全息透镜。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式提供一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统，该装置包括：至少一个激光器、以及沿第一光路依次设置的合束器、全息干板和屈光反射镜；激光器设于合束器的入射面，全息干板设于合束器的出射面，屈光反射镜的反射面靠近全息干板；通过该装置可获取含有屈光度信息的全息干板，对全息干板进行显影、漂白和定影得到全息透镜，该全息透镜应用于近眼显示系统中可实现非正常视力人群的视力校正，并且减轻近眼显示系统的体积和重量。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种获取屈光度信息的装置结构示意图；

图2是图1的光路示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种获取屈光度信息的装置结构示意图；

图4是图3的光路示意图；

图5是本发明实施例提供的再一种获取屈光度信息的装置结构示意图；

图6是图5的光路示意图；

图7是本发明实施例提供的一种全息透镜的制作流程图；

图8是图7中步骤S1的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的一种全息透镜的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种近眼显示系统的结构示意图；

图11是图10的光路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

本发明实施例提供一种获取屈光度信息的装置，请参阅图1，该装置10包括：至少一个激光器1、以及沿第一光路依次设置的合束器2、全息干板3和屈光反射镜4；其中，合束器2具有一个出射面和至少一个入射面，激光器1设于合束器2的入射面，激光器1用于输出激光束至合束器2，全息干板3设于合束器2的出射面，屈光反射镜4的反射面靠近全息干板3；在屈光反射镜4的反射面上记录有屈光度信息，全息干板3用于获取含有所述屈光度信息的干涉条纹。

具体的，在该装置10中，屈光反射镜4的反射面记录有非正常视力的佩戴者矫正视力所需的屈光度信息，全息干板3上涂有感光材料。请参阅图2，在该获取屈光度信息的装置10中，通过合束器2将激光器1的平行光合为一束平行光；接着，平行光输出至全息干板3、并透过全息干板3输出至屈光反射镜4的反射面、再由屈光反射镜4反射至全息干板3中，该反射光为发散光或者是汇聚光；然后，反射光和平行光在全息干板3中发生干涉，从而在全息干板3上形成干涉条纹，此时，矫正视力所需的屈光度信息被记录在全息干板3。可见，通过该装置可获取记录有矫正视力的屈光度信息的全息干板，后续经过显影、漂白和定影可得到该全息干板对应的反射式全息透镜，则该全息透镜含有矫正视力所需的屈光度信息，那么，该全息透镜可用于矫正视力；最后，将该全息透镜应用于近眼显示系统中，不仅可以矫正佩戴者的视力，而且能够减轻近眼显示系统的体积和重量。

进一步地，在其中一些实施例中，请参阅图3，所述屈光反射镜4为凹面反射镜，此时，凹面反射镜4的反射面为凹面，其反射面记录有近视的佩戴者矫正近视视力时、所需的负光焦度的屈光度信息，请参阅图4，当平行光输出至该凹面反射镜4时，反射光线为汇聚光。在其他一些实施例中，请参阅图5，所述屈光反射镜4为凸面反射镜，此时，凸面反射镜4的反射面为凸面，其反射面记录有远视的佩戴者矫正远视视力时、所需的正光焦度的屈光度信息，请参阅图6，当平行光输出至该凹面反射镜4时，反射光线为发散光。可见，通过不同的凹面反射镜或凸面反射镜应用在该获取屈光度信息的装置中，可个性化设计出含不同矫正屈光度信息的全息干板，后续可获得不同矫正屈光度信息的全息透镜，从而实现对远视人群或近视人群的视力矫正。

为了实现全彩的视力矫正，在其中一些实施例中，请结合参阅图1和图3，所述至少一个激光器1包括红光激光器11、绿光激光器12和蓝光激光器13，合束器为合束棱镜2；其中，合束棱镜2具有第一入射面、第二入射面、第三入射面和出射面，红光激光器11设于合束棱镜2的第一入射面，绿光激光器12设于合束棱镜2的第二入射面，蓝光激光器13设于合束棱镜2的第三入射面。具体地，合束棱镜2为X棱镜，由四个直角棱镜胶合而成，X棱镜的对角面上分别有相互正交的第一分色膜和第二分色膜，其中，第一分色膜是反射红光、透射绿光和蓝光的分色膜，第二分色膜是反射蓝光、透射红光和绿光的分色膜。这样，请参阅图4，该合束棱镜2可将红光激光器11发射的红光、绿光激光器12发射的绿光以及蓝光激光器13发射的蓝光合为一束激光输出，在实际应用中，激光器的排布和合束棱镜的结构可根据实际需要进行设置，合束器也可以为其他合适的光谱合束器件，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

由于激光器的准直性能较差，为了保证平行光的质量，在其中一些实施例中，请继续参阅图3，所述获取屈光度信息的装置10还包括空间滤波器5和准直单元6；其中，空间滤波器5和准直单元6沿第一光路依次设于合束棱镜2的出射面和全息干板3之间。此时，请参阅图4，空间滤波器5可以使合束光变为发散光，接着，发散光再经过准直单元6后变为平行光，这样可以保证平行光的质量。具体地，准直单元6可以为准直透镜。

下面结合图3所示的实施例详细阐述本发明提供的获取屈光度信息的装置的具体光路。此时，准直单元6为准直透镜，全息干板3上涂抹有全彩感光材料。请参阅图4，此时，红光激光器11发射的红光通过合束棱镜2的第一入射面到达合束棱镜2、绿光激光器12发射的绿光通过合束棱镜2的第二入射面到达合束棱镜2、以及蓝光激光器13发射的蓝光通过合束棱镜2的第三入射面到达合束棱镜2；接着，合束棱镜2将红光、蓝光和绿光合为一束激光输出至空间滤波器5，空间滤波器5将合束光变为发散光输出至准直透镜6，准直透镜6将发散光变为平行光；接着，平行光输出至全息干板3、以及透过全息干板3输出至凹面反射镜4的反射面，凹面反射镜4反射光线至全息干板3，此时，反射光线为汇聚光；最后，汇聚光和平行光在全息干板3上发生干涉形成干涉条纹，使凹面反射镜4的屈光度信息记录在全息干板3的干涉条纹，则全息干板3记录有矫正近视人群近视视力所需的负光焦度的屈光度信息。后续可以根据该全息干板3制作得到反射型负光焦度全息透镜，通过该反射型负光焦度全息透镜来矫正近视人群的视力。

应当注意的是，在该装置中，如果准直透镜6输出至全息干板3的平行光线所在的光轴与凹面反射镜4的汇聚光线所在的光轴重合，那么全息干板3记录的是一组包括圆心在内的同心条纹，根据该全息干板，后续可制成同轴式全息透镜；如果准直透镜6输出至全息干板3的平行光线所在的光轴与凹面反射镜4的汇聚光线所在的光轴有一定的夹角，那么全息干板3记录的是远离圆心的同心条纹的一部分，根据该全息干板，后续可制成离轴式全息透镜。

在其他一些实施例中，凹面反射镜还可以为凸面反射镜，请参阅图5和图6，与图4所示光路不同的地方在于，此时，凸面反射镜4反射光线为发散光，在全息干板3上是平行光和发散光发生干涉形成干涉条纹，此时，全息干板3上记录有矫正远视人群远视视力所需的正光焦度的屈光度信息。后续可以根据该全息干板3制作得到反射型正光焦度全息透镜，来矫正远视人群的视力。同样地，通过调整准直透镜6输出至全息干板3的平行光线所在的光轴与凸面反射镜4的汇聚光线所在的光轴之间的角度，可以在全息干板3上获得不同的条纹，后续可根据记录有不同条纹的全息干板来制作同轴式全息透镜或者是离轴式全息透镜。

第二方面，本发明实施方式还提供一种全息透镜的制作方法，请参阅图7，所述方法包括：

步骤S1：通过获取屈光度信息的装置获得含有屈光度信息的全息干板；

具体地，通过上述第一方面任一实施例所述的装置获得含有屈光度信息的全息干板，所述屈光度信息可以用于矫正非正常视力人群的视力。

在其中一些实施例中，请参阅图8，所述步骤S1具体包括：

步骤S11:控制至少一个激光器输出至少一束激光束至合束器；

步骤S12:通过所述合束器输出合束激光至全息干板和屈光反射镜，所述屈光反射镜的反射面记录有屈光度信息；

步骤S13:通过所述屈光反射镜反射所述合束激光至所述全息干板，所述全息干板用于记录含有所述屈光度信息的干涉条纹。

进一步地，所述至少一个激光器包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，合束器为合束棱镜，所述获取屈光度信息的装置还包括空间滤波器和准直单元；其中，合束棱镜具有第一入射面、第二入射面、第三入射面和出射面，并且，红光激光器设于合束棱镜的第一入射面，绿光激光器设于合束棱镜的第二入射面，蓝光激光器设于合束棱镜的第三入射面，空间滤波器和准直单元沿所述第一光路依次设于合束棱镜的出射面和全息干板之间。

当全息干板上的感光材料为全彩感光材料时，则分别控制红光激光器输出红色激光束至合束棱镜的第一入射面；控制绿光激光器输出绿色激光束至所述合束棱镜的第二入射面；控制蓝光激光器输出蓝色激光束至所述合束棱镜的第三入射面；则合束棱镜的出射面输出合束激光；接着，合束激光通过空间滤波器后变为发散光、再经过准直单元后变为平行光；然后，平行光达到全息干板、并且透过全息干板透射至屈光反射镜，屈光反射镜再将光线反射成发散光或者汇聚光至全息干板；最后，平行光和反射光在全息干板的感光材料内部进行干涉，此时，全息干板可同时对不同波长的激光进行干涉曝光，后续可以直接对该全息干板进行处理得到全彩矫正的全息透镜。

当全息干板上的感光材料为单彩感光材料时，则可以相继通过控制红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器相继输出红光、绿光和蓝光，并通过上述方式，分别在对红光、绿光和蓝光敏感的三个全息干板上记录干涉条纹，进而分别得到对红光、绿光和蓝光矫正的三层全息透镜，最后再将三层全息透镜复合成一个可以实现全彩矫正的全息透镜。

进一步地，可以在获取屈光度信息的装置中，通过调整屈光反射镜的反射光线所在的光轴与输入至全息干板的平行光线所在的光轴之间的角度，来获取记录有不同条纹的全息干板，据此来制作同轴式全息透镜或者是离轴式全息透镜，以便后续用于调整人眼与近眼显示系统之间的角度。

步骤S2：对所述全息干板进行显影、漂白、定影得到全息透镜。

该步骤中的显影、漂白、定影过程具体可以参见现有技术中的操作步骤，在此不做限定。

综上，通过本发明提供的制作方法可制作得到全息透镜，由于该全息透镜记录有不同的屈光度信息，可用于矫正远视人群或者近视人群的视力，同时，由于全息透镜重量比普通屈光镜片轻，当应用于近眼显示系统时，可降低近眼显示系统的重量。

第三方面，本发明实施方式还提供一种全息透镜，所述全息透镜由第二方面所述的制作方法制成。请参阅图9，图为本发明实施例提供的一种反射型正光焦度全息透镜，可用于矫正远视人群的视力。在实际应用中，可以通过含有不同屈光度信息的屈光反射镜来制作正光焦度或者是负光焦度的反射型全息透镜，也可以通过调整在获取屈光度信息的装置中的光轴来制作同轴式全息透镜或者是离轴式全息透镜。该全息透镜由于记录有矫正视力所需的屈光度信息，因此可用于实现对非正常视力人群的视力矫正，后续通过将全息透镜应用于近眼显示系统中时，可以减小近眼显示系统的体积和质量。

第四方面，本发明实施方式还提供一种近眼显示系统，请参阅图10，该近眼显示系统100包括：光波导20和全息透镜30；其中，光波导20具有平行的第一表面A和第二表面B，在光波导20上设置有耦入区域21和耦出区域22，耦入区域21用于耦入图像光，耦出区域22用于耦出图像光；全息透镜30与耦出区域22对应设置；请参阅图10，全息透镜30与光波导20的第一表面A间隔设置，此时，全息透镜30为反射式全息透镜，可用于对图像光进行屈光矫正。

具体地，光波导20可以是玻璃、树脂等透明材料。进一步地，在其中一些实施例中，光波导20为阵列光波导，此时，耦入区域可以为耦入棱镜，耦出区域可以为光波导内部的选择性透过反射膜。在其他一些实施例中，请继续参阅图10，光波导20也可以为光栅光波导，此时，耦入区域21可以为设置在光波导20的第二表面B上的耦入光栅，耦出区域22可以为设置在光波导20的第二表面B上的耦出光栅。在实际应用中，耦入区域和耦出区域可根据实际需要进行设置对应的结构，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

下面以光栅光波导为例阐述本实施例的光路。在该近眼显示系统100中，请结合参阅图10和图11，首先，图像光经过耦入区域21耦入到光波导20中发生全反射传播，到达耦出区域22后图像光线被耦出至全息透镜30；然后，图像光线经过全息透镜30汇聚或发散衍射至人眼中。由于全息透镜30记录有视力矫正的屈光度信息，此时，全息透镜30会对图像光进行屈光矫正，实现正确屈光，从而矫正非正常视力人群的视力。由此可见，该近眼显示系统能够使非正常视力人群在佩戴近眼显示设备时，无需佩戴厚重的近视或远视镜片也能看清图像信息；另外，由于全息透镜30与常规具有光焦度的透镜相比较，全息透镜30具有超薄厚度的优点，因此，可以减小近眼显示系统的体积和重量。

进一步地，该反射式全息透镜可以为第三方面所述的全息透镜，也可以是通过其他一切合适方式制作的、记录有矫正视力的屈光度信息的反射式全息透镜。在实际应用中，全息透镜不仅可以采用全息曝光方式制作，也可以采用光刻工艺进行制作。

为了调整人眼与近眼显示系统之间的角度，在其中一些实施例中，所述全息透镜30可以为同轴式的反射式全息透镜，也可以为离轴式的反射式全息透镜。

本发明实施方式提供一种获取屈光度信息的装置、全息透镜及其制作方法、近眼显示系统，该装置包括：至少一个激光器、以及沿第一光路依次设置的合束器、全息干板和屈光反射镜；激光器设于合束器的入射面，全息干板设于合束器的出射面，屈光反射镜的反射面靠近全息干板；通过该装置可获取含有屈光度信息的全息干板，对全息干板进行显影、漂白和定影得到全息透镜，该全息透镜应用于近眼显示系统中可实现非正常视力人群的视力校正，并且减轻近眼显示系统的体积和重量。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种获取屈光度信息的装置，其特征在于，包括：至少一个激光器、以及沿第一光路依次设置的合束器、全息干板和屈光反射镜；

所述合束器具有一个出射面和至少一个入射面，所述激光器设于所述入射面，所述全息干板设于所述出射面，所述屈光反射镜的反射面靠近所述全息干板；

所述激光器用于输出激光束，所述屈光反射镜的反射面记录有屈光度信息，所述全息干板用于获取含有所述屈光度信息的干涉条纹。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个激光器包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，所述合束器为合束棱镜；

所述合束棱镜具有第一入射面、第二入射面、第三入射面和出射面，所述红光激光器设于所述合束棱镜的第一入射面，所述绿光激光器设于所述合束棱镜的第二入射面，所述蓝光激光器设于所述合束棱镜的第三入射面。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括空间滤波器和准直单元；

所述空间滤波器和所述准直单元沿所述第一光路依次设于所述合束棱镜的出射面和所述全息干板之间。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的装置，其特征在于，所述屈光反射镜为凹面反射镜或凸面反射镜。

5.一种全息透镜的制作方法，其特征在于，包括：

通过如权利要求1-4任意一项所述的装置获得含有屈光度信息的全息干板；

对所述全息干板进行显影、漂白、定影得到全息透镜。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述通过如权利要求1-4任意一项所述的装置获得含有屈光度信息的全息干板，包括：

控制至少一个激光器输出至少一束激光束至合束器；

通过所述合束器输出合束激光至全息干板和屈光反射镜，所述屈光反射镜的反射面记录有屈光度信息；

通过所述屈光反射镜反射所述合束激光至所述全息干板，所述全息干板用于记录含有所述屈光度信息的干涉条纹。

7.一种全息透镜，其特征在于，所述全息透镜由权利要求5-6任意一项所述的制作方法制成。

8.一种近眼显示系统，其特征在于，包括：光波导和全息透镜；

所述光波导具有平行的第一表面和第二表面，所述光波导设置有耦入区域和耦出区域，所述耦入区域用于耦入图像光，所述耦出区域用于耦出所述图像光；

所述全息透镜与所述耦出区域对应设置；

所述全息透镜与所述光波导的第一表面间隔设置，所述全息透镜为反射式全息透镜，所述全息透镜用于对所述图像光进行屈光矫正。

9.根据权利要求8所述的近眼显示系统，其特征在于，所述全息透镜为权利要求7所述的全息透镜。

10.根据权利要求8或9所述的近眼显示系统，其特征在于，所述全息透镜为同轴式全息透镜或离轴式全息透镜。

Images