光学组件、显示系统及制造方法技术方案

本公开涉及一种光学元件的制造方法，包括：提供光传导介质，其具有相互非平行的第一表面和第二表面，第一感光膜/第一感光板位于第一表面上，第二感光膜/第二感光板位于第二表面上；利用激光器发射出激光；将激光分束成第一激光光束和第二激光光束；将第一激光光束分束成第三激光光束和第四激光光束；使第三激光光束汇聚到光传导介质外的第一点，并在从第一点出射后入射到第一感光膜/第一感光板上；使第四激光光束汇聚到光传导介质外的第二点，并在从第二点出射后入射到第一感光膜/第一感光板上；被汇聚到第一点的第三激光光束与被汇聚到第二点的第四激光光束在第一感光膜/第一感光板的感光材料内部产生干涉曝光，获得第一体全息光学元件。体全息光学元件。体全息光学元件。

【技术实现步骤摘要】
光学组件、显示系统及制造方法


[0001]本公开大致涉及光学显示领域，尤其涉及一种基于梯形逆向投影补偿的无成像畸变的光学组件、显示系统及制造方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术和显示技术的发展，通过计算机仿真系统来体验虚拟世界的虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术以及将显示内容融合到真实环境背景中的增强现实(Augmented Reality，AR)技术和混合现实(Mixed Reality，MR)技术已经迅猛发展。
[0003]将上述VR、AR和MR技术与近眼显示结合的近眼VR、AR和MR显示技术是重要的新型显示技术，能够给人带来前所未有的视觉体验和人机交互感。近眼VR显示主要追求浸没式大视场的虚拟显示，对应的是虚拟现实显示头盔。而近眼AR和MR技术的目的是实现透视式的虚实融合，对应的是增强现实智能眼镜或头盔。原则上，用于AR以及MR的近眼显示装置，在阻挡了外界环境光进入使用者眼睛的情况下，也叫做虚拟现实技术。
[0004]近眼显示装置通常构造为头盔显示装置或眼镜形态的显示装置，用于将微显示芯片显示的图像通过光学系统成像于远处，人眼直接通过近眼显示装置看到显示的放大的位于远处的图像，同时结合SLAM技术实现空间感知定位，通过手势识别、语音识别、眼球跟踪等技术实现交互，是具有重要潜在商业应用价值的新型显示技术，被认为是有望“取代智能手机”的新型显示技术。
[0005]近年来，虚拟现实显示装置呈现出爆炸性的发展，设备种类诸多。诸如Oculus、HTC、Sony、Samsung等国际巨头公司都分别推出了虚拟现实头盔显示装置，国内的平行现实、大鹏光电等也在积极进行虚拟现实显示产品的研发。用于这些虚拟现实头盔显示器的近眼显示装置大多是基于单一正透镜成像原理的，也即通过在单一正透镜的物方焦平面附近放置显示器，使得该显示器通过该单一正透镜后在透镜的物方无穷远处成正立、放大的虚像。
[0006]用于AR和MR的近眼显示装置同样在近年来得到很大发展。如Microsoft公司和Magic Leap公司等都推出了基于增强现实光学引擎的增强现实产品，其增强现实光学引擎利用衍射光波导实现了图像的耦入、耦出和扩瞳等功能。所述的技术实现了基于双目视差的三维显示或双层深度的体显示或普通的二维显示。国内的珑璟光电、耐德佳、谷东科技等采用阵列波导或自由曲面AR目镜的方式实现增强现实。采用该技术可实现二维显示或三维显示，但所实现的三维显示中存在辐辏调节冲突问题，即观看者的人眼聚焦和双目视轴汇聚不一致，导致视觉疲劳、眩晕等问题，尤其是观看距离较近的虚拟场景时，不适感更加强烈。长期佩戴此种类型的近眼显示装置，对视力发育尚未成熟的青少年的视力情况有着潜在的危害。
[0007]目前对于增强现实的头盔或者眼镜来说，最大的挑战之一在于开发出尺寸更小、更紧促的光学显示核心组件，实现无辐辏调节冲突的三维显示技术或舒适的二维显示，使得用户更乐于长时间佩戴，并满足特定场合使用的一些具体要求。
[0008]另外，视网膜成像技术是通过光学手段将图像直接投影至视网膜的显示技术。传统的视网膜成像技术通过LCoS等显示芯片作为图像载体，通过透镜系统进行成像，使用半透半反镜将图像导入人眼，环境光透过人眼实现穿透式显示。该方案的透镜组体积较大，半透半反镜会将环境光亮度衰减一半，实现紧凑型的、不衰减环境光的大视场显示模组是视网膜成像技术亟待解决的重要问题。
[0009]此外，上述问题的解决，需要对现有的光学成像装置及其制造方法进行改进。
[0010]
技术介绍
部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

[0011]有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本公开提供一种光学组件，包括：
[0012]光束生成器，配置成出射光锥分布的光束组；
[0013]光传导介质，所述光传导介质具有第一表面和第二表面，所述第一表面与第二表面非平行；
[0014]第一光束合成器，位于所述光传导介质的第一表面上；和
[0015]第二光束合成器，位于所述光传导介质的第二表面上，
[0016]其中，所述第一光束合成器配置成可接收所述光锥分布的光束组，并改变其传播方向，使得其中至少一部分通过所述光传导介质传播到所述第二光束合成器上；所述第二光束合成器配置成改变从所述第一光束合成器入射到其上的光束的传播方向，使其以不同角度离开所述第二光束合成器继续传播，其中来源于同一光锥分布的光束组的光束，经过所述第一光束合成器和第二光束合成器改变方向后，离开所述第二光束合成器后汇聚于一点。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述光锥分布的光束组在垂直于所述光束组主方向的任一截面上的照射区域的轮廓，与在所述第二光束合成器上形成的照射区域的轮廓，二者成等比例。
[0018]根据本专利技术的一个方面，所述光束组的主方向垂直于所述第二光束合成器所在的平面。
[0019]根据本专利技术的一个方面，所述第一光束合成器和第二光束合成器之间的角度范围为20
°
～80
°
，优选为45
°
。
[0020]根据本专利技术的一个方面，所述第一光束合成器和第二光束合成器在垂直于所述光束组的主方向的方向上彼此不重叠。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述光传导介质包括波导，其中从所述第一光束合成器出射的光束在所述波导中经过至少一次全反射后，入射到所述第二光束合成器上。
[0022]根据本专利技术的一个方面，从所述第一光束合成器出射的光束通过所述光传导介质直接入射到所述第二光束合成器上。
[0023]根据本专利技术的一个方面，所述光传导介质为空气，所述第一光束合成器和第二光束合成器通过外部结构固定。
[0024]根据本专利技术的一个方面，所述光学组件具有入瞳和出瞳，所述光锥的顶点为所述入瞳，来源于同一光锥分布的光束组的光束离开所述第二光束合成器后所汇聚的所述一点
为所述出瞳。
[0025]根据本专利技术的一个方面，所述光束生成器包括图像源和微机电系统，
[0026]其中所述图像源配置成可生成携带图像像素的颜色信息和/或亮度信息的激光光束；微机电系统配置成可对所述激光光束进行扫描，形成所述光锥分布的光束组，
[0027]其中所述激光光束为单色或三色激光光束。
[0028]根据本专利技术的一个方面，所述光束生成器包括：
[0029]光源，其中所述光源为单色或三色的激光光源、LED光源或OLED光源，发出发散照明光；
[0030]DMD、LCoS、LCD中的一个或多个，配置成可载入图像，并根据所述图像对所述光源照射到其上的光进行调制；
[0031]光阑或透镜，配置成接收所述调制的光以形成所述光锥分布的光束组。
[0032]根据本专利技术的一个方面，所述光束生成器包括：
[0033]光源，其中所述光源为单色或三色的激光光源、LED光源或OLED光源，发出发散照明光；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学元件的制造方法，包括：步骤S91：提供一光传导介质，所述光传导介质具有相互非平行的第一表面和第二表面，第一感光膜/第一感光板位于所述第一表面上，第二感光膜/第二感光板位于所述第二表面上；步骤S92：利用激光器发射出激光；步骤S93：将所述激光分束成第一激光光束和第二激光光束；步骤S94：将所述第一激光光束分束成第三激光光束和第四激光光束；步骤S95：使所述第三激光光束汇聚到所述光传导介质外的第一点，并在从所述第一点出射后入射到所述第一感光膜/第一感光板上；步骤S96：使所述第四激光光束汇聚到所述光传导介质外的第二点，并在从所述第二点出射后入射到所述第一感光膜/第一感光板上；步骤S97：被汇聚到所述第一点的第三激光光束与被汇聚到所述第二点的第四激光光束在所述第一感光膜/第一感光板的感光材料内部产生干涉曝光，获得第一体全息光学元件。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：步骤S98：使所述第四激光光束穿过所述第一感光膜/第一感光板，进入所述光传导介质内部，并入射到所述第二感光膜/第二感光板上；步骤S99：使所述第二激光光束穿过所述第二感光膜/第二感光板后，汇聚到所述光传导介质外的第三点；步骤S100：穿过所述第一感光膜/第一感光板并进入所述光传导介质内部的第四激光光束与被汇聚到所述第三点的第二激光光束在所述第二感光膜/第二感光板的感光材料内部产生干涉曝光，获得第二体全息光学元件。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第三激光光束的方向垂直于所述第二表面。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一感光膜/第一感光板以及所述第二感光膜/第二感光板的感光材料为全彩感光材料，所述步骤S92包括：利用多个激光器发出不同波长的激光光束，合束后出射；所述步骤S97包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述第一感光膜/第一感光板的感光材料内部同时进行干涉曝光；所述步骤S100包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述第二感光膜/第二感光板的感光材料内部同时进行干涉曝光。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一感光膜/第一感光板以及所述第二感光膜/第二感光板的感光材料为全彩感光材料，所述步骤S92包括：相继地利用多个激光器发出不同波长的激光光束并出射；所述步骤S97包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述第一感光膜/第一感光板的感光材料内部相继地进行多次干涉曝光；所述步骤S100包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述第二感光膜/第二感光板的感光材料内部相继地进行多次干涉曝光。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一感光膜/第一感光板以及所述第二感光
膜/第二感光板的感光材料为单色感光材料，所述步骤S92包括：利用激光器发出与该单色感光材料对应波长的激光光束并出射；所述步骤S97包括：对应于所述激光器的波长，在所述第一感光膜/第一感光板的感光材料内部进行干涉曝光，获得与所述波长对应的第一体全息光学元件；所述步骤S100包括：对应于所述激光器的波长，在所述第二感光膜/第二感光板的感光材料内部进行干涉曝光，获得与所述波长对应的第二体全息光学元件。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：更换可对不同波长的激光进行曝光的第一感光膜/第一感光板以及第二感光膜/第二感光板，通过所述步骤S92、S93、S94、S95、S96、S97、S98、S99和S100，获得与所述不同波长对应的第一体全息光学元件和第二体全息光学元件。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤S92包括：由多个激光器发射出不同波长的激光光束；通过光学薄膜分光器对所述不同波长的激光光束进行合束；和对合束后的激光光束进行滤波和扩束准直。9.根据权利要求2所述的方法，还包括：分别将所获得的第一体全息光学元件和第二体全息光学元件作为母版，进行复制。10.一种体全息光学元件，通过根据权利要求1-9中任一项所述的方法制成。11.根据权利要求10所述的体全息光学元件，其中所述体全息光学元件是透射式体全息光学元件或反射式体全息光学元件。12.一种光学组件，包括：光束生成器，配置成出射光锥分布的光束组；光传导介质，所述光传导介质具有第一表面和第二表面，所述第一表面与第二表面非平行；第一光束合成器，包括根据权利要求1-9中任一项所述的方法制造的第一体全息光学元件，其位于所述光传导介质的第一表面上；和第二光束合成器，包括根据权利要求1-9中任一项所述的方法制造的第二体全息光学元件，其位于所述光传导介质的第二表面上，其中，所述第一光束合成器配置成可接收所述光锥分布的光束组，并改变其传播方向，使得其中至少一部分通过所述光传导介质传播到所述第二光束合成器上；所述第二光束合成器配置成改变从所述第一光束合成器入射到其上的光束的传播方向，使其以不同角度离开所述第二光束合成器继续传播，其中来源于同一光锥分布的光束组的光束，经过所述第一光束合成器和第二光束合成器改变方向后，离开所述第二光束合成器后汇聚于一点。13.根据权利要求12所述的光学组件，其中所述光锥分布的光束组在垂直于所述光束组主方向的任一截面上的照射区域的轮廓，与在所述第二光束合成器上形成的照射区域的轮廓，二者成等比例。14.根据权利要求12所述的光学组件,其中所述光束组的主方向垂直于所述第二光束合成器所在的平面。15.根据权利要求12所述的光学组件，其中所述第一光束合成器和第二光束合成器之间的角度范围为20
°
～80
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，黄正宇，
申请(专利权)人：蒋晶，
类型：发明
国别省市：