CN210348107U - 视力矫正装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光学技术领域，公开一种视力矫正装置，以解决传统视力矫正装置厚重、存在像差的固有缺陷。本实用新型装置包括：共光轴的线性偏振片、衍射透镜、以及位于所述线性偏振片与所述衍射透镜之间的1/4波片；衍射透镜，用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转，以等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，和/或等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种视力矫正装置。
背景技术
视力矫正装置的核心原理是，通过光学系统对外界入射到人眼的环境光进行一定程度的发散、或者聚焦，使得成像光束最终能够聚焦到人眼视网膜上。现有的视力矫正技术方案，普遍采用传统的曲面凹/凸透镜来实现光束的发散/聚焦，其缺陷在于：1、镜片厚度大、笨重，尤其对1000度以上的高度近视，镜片边缘厚度往往能达到10mm左右；2、曲面透镜不是理想光学系统，无法成完善像，必然会存在像差，使得人眼感知到的景象与实际存在一定偏差。
实用新型内容
本实用新型目的在于公开一种视力矫正装置，以解决传统视力矫正装置厚重、存在像差的固有缺陷。
为达上述目的，本实用新型公开一种视力矫正装置，包括：
共光轴的线性偏振片、衍射透镜、以及位于所述线性偏振片与所述衍射透镜之间的1/4波片；
衍射透镜，用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转，以等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，和/或等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散。
可选的，所述衍射透镜还用于：将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光；和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
可选的，当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为45°，以使得：波片出射光束偏振态为左旋圆偏振光。
又或者：当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：波片出射光束偏振态为右旋圆偏振光。
又或者：当光束从平板透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为+45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角+45°的线偏振光。
又或者：当光束从平板透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角-45°的线偏振光。
本实用新型具有以下有益效果：
采用衍射透镜来实现对入射光的发散和/或会聚，实现了等同于凹透镜和/或凸透镜的视力矫正功能。其中，对屈光度的调节可通过衍射透镜的几何相位进行调制，实现无像差成像的同时还有效避免了对镜片厚度的依赖，从而也使得本实用新型产品具有很广的视力调节范围。而且基于本实用新型方案的产品，摆脱了对曲面这一特定形状的限制，可做成各种超薄、复合人体工学且美观的产品。
下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型实施例公开的以平板透镜实现凸透镜的功能示意图；
图2是本实用新型实施例公开的以平板透镜实现凹透镜的功能示意图；
图3是本实用新型实施例公开的一种组件排列及纠正近视的应用场景示意图；
图4是本实用新型实施例公开的一种组件排列及纠正远视的应用场景示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一
本实施例公开一种视力矫正装置，包括：共光轴的线性偏振片、衍射透镜、以及位于所述线性偏振片与所述衍射透镜之间的1/4波片。其中，该衍射透镜，用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转，以等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚(如图1所示)，和/或等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散(如图2所示)。
可选的，本实施例衍射透镜可采用双折射材料。具体的，该双折射材料可由液晶或液晶聚合物制成。
本实施例中，衍射透镜根据所部署的情况不同分别实现不同的功能，具体功能可包括下述A、B、C中的任意一种或任意组合：
A、将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光。
B、将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光。
C、将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
作为一种具体的表现形式，本实施例的视力矫正装置可具体为眼镜。其中，当对光束实现会聚即作为远视眼镜使用。当对光束实现发散即作为近视眼镜使用。同时，在实际的产品部署过程中，邻近用户眼睛的可以是衍射透镜，也可以是线性偏振片。其不同之处在于：若入射光首先经过线性偏振片，就相当于由线性偏振片先过滤掉部分光，变成了线性偏振光，然后由1/4波片将线性偏转光转换为(左旋或右旋)圆偏振光，最终从几何相位透镜出射的也为(右旋或左旋)圆偏振光。若入射光首先是从衍射透镜入射之后再经过线性偏振片出射，则外部自然光经衍射透镜所出射的光既包括左旋的圆偏振光，又包括右旋的圆偏振光，且两者的衍射角相反。
基于上述可行的多种物理部署情况，相关线性偏振片与1/4波片所关联的位置关系归类如下：
一、当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为+45°，以使得：波片出射光束偏振态为左旋圆偏振光。
二、当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：波片出射光束偏振态为右旋圆偏振光。
三、当光束从衍射透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为+45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角+45°的线偏振光。
四、当光束从衍射透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角-45°的线偏振光。
可选的，本实施例的衍射透镜可采用平板结构。
本实施例适用场景之一为近视视力缺陷矫正。如图3所示，近视矫正装置沿z方向依次由线性偏振片1、1/4波片2和衍射透镜3构成，三者贴合在一起，组成共轴光学系统，其中，线性偏振片的偏振方向与x轴方向为45゜，1/4波片的快轴在x轴上。则外界自然光经过线性偏振片后变成线偏振光，且偏振方向与1/4波片快轴(x轴)的夹角为45゜，以琼斯矩阵A1表示它的线偏振状态，则：
1/4波片的琼斯矩阵记为A2，则：
经过1/4波片后，出射光的琼斯矢量矩阵记为：
藉此，从1/4波片出射的光为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光入射到衍射透镜上，该衍射透镜可视为多个环状偏振光栅，每个环状偏振光栅都将入射的左旋圆偏振光衍射到向外发散的-1级上，发散后的光束经过近视人眼，即可成像在人眼视网膜上，具体如图3中的实线所示(虚线代表无本实用新型中视力矫正装置时，外界入射光线在近视人眼中成像于视网膜前)。从而矫正近视缺陷。
同理，本实用新型适用场景之二为远视视力缺陷矫正，如图4。与近视矫正不同的是，线性偏振片的偏振方向与x轴方向为-45゜。外界入射自然光经过线性偏振后，变成线性偏振光，再经过1/4波片，变成右旋圆偏振光。衍射透镜将右旋圆偏振光衍射到+1级上，实现对光的会聚，从而矫正远视。
本实施例中线性偏振片、1/4波片及平板透镜不仅限于上述两场景中给出的组合方式，还可以采用其他的组合方式。例如：沿z方向依次为：衍射透镜、1/4波片和线性偏振片；藉此则：液晶聚合物平板透镜在前，外界自然光首先入射到液晶聚合物平板透镜上，变成会聚的+1级和发散的-1级两级衍射光出射。其中会聚的+1级衍射光为左旋圆偏振光，偏振态琼斯矩阵记为B1，发散的-1级衍射光为右旋圆偏振光，偏振态琼斯矩阵记为B2，1/4波片的快轴沿x轴方向设置，琼斯矩阵记为B3，则有：
上式中，i为虚数，左旋/右旋圆偏振光再经过1/4波片，变成振动方向相互垂直的会聚/发散线偏振光。会聚线偏振光的偏振态琼斯矩阵记为Bc,发散线偏振光的偏振态琼斯矩阵记为Bd,则：
从线偏振光的琼斯矩阵可知，会聚线偏振光的偏振方向与x轴夹角为-45゜，发散线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为+45゜。那么将线性偏振片的偏振方向设置为与x轴夹角为+45゜时，最终只有发散的线偏振光透过，实现了对入射光的发散，同样可以矫正近视视力缺陷。反之，当线性偏振片的偏振方向设置为与x轴夹角为-45゜时，出射为会聚的线偏振光，矫正远视视力缺陷。
值得说明的是：上述实施例只是定义会聚的为+1级衍射，发散的为-1级衍射，但到底是让出射的左旋圆偏振光会聚到+1级，还是让出射的右旋圆偏振光会聚到+1级是可以通过不同的衍射透镜设计来实现的。换言之：当衍射透镜-1衍射级光束基于虚焦点发散时，其+1衍射级光束基于实焦点会聚；或者：当衍射透镜+1衍射级光束基于虚焦点发散时，其-1衍射级光束基于实焦点会聚。
综上，本实施例公开的视力矫正装置，具有以下有益效果：
采用衍射透镜来实现对入射光的发散和/或会聚，实现了等同于凹透镜和/或凸透镜的视力矫正功能。其中，对屈光度的调节可通过衍射透镜的几何相位进行调制，实现无像差成像的同时还有效避免了对镜片厚度的依赖，从而也使得本实用新型产品具有很广的视力调节范围。而且基于本实用新型方案的产品，摆脱了对曲面这一特定形状的限制，可做成各种超薄、复合人体工学且美观的产品。
值得说明的是：本实用新型基于线性偏振片对光的过滤作用，会部分削弱视网膜成像的光强，从而更适合于在强光下使用，并使其天然集成了墨镜的功能。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种视力矫正装置，其特征在于，包括：
共光轴的线性偏振片、衍射透镜、以及位于所述线性偏振片与所述衍射透镜之间的1/4波片；
衍射透镜，用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转，以等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，和/或等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散。
2.根据权利要求1所述的视力矫正装置，其特征在于，所述衍射透镜采用双折射材料。
3.根据权利要求2所述的视力矫正装置，其特征在于，所述双折射材料由液晶或液晶聚合物制成。
4.根据权利要求3所述的视力矫正装置，其特征在于，所述衍射透镜采用平板结构。
5.根据权利要求1至4任一所述的视力矫正装置，其特征在于，所述衍射透镜还用于：将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光；和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
6.根据权利要求5所述的视力矫正装置，其特征在于，当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为+45°，以使得：波片出射光束偏振态为左旋圆偏振光。
7.根据权利要求5所述的视力矫正装置，其特征在于，当光束从偏振片端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：波片出射光束偏振态为右旋圆偏振光。
8.根据权利要求5所述的视力矫正装置，其特征在于，当光束从衍射透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为+45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角+45°的线偏振光。
9.根据权利要求5所述的视力矫正装置，其特征在于，当光束从衍射透镜端面入射时，线性偏振片偏振方向与1/4波片快轴方向夹角为-45°，以使得：线性偏振片出射光束为与1/4波片快轴方向夹角-45°的线偏振光。
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| CN110361874A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-10-22 | 深圳市麓邦技术有限公司 | 视力矫正装置 |
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