本申请涉及一种光学元件的制造方法，包括：提供波导，其一表面上设置感光膜/感光板；提供自由曲面透镜，其配置成使得穿过其不同区域的光束各自发生预定角度的折射；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；使第一激光光束汇聚到波导外的第一点，并在出射后穿过自由曲面透镜发生折射；使经折射的第一激光光束耦入波导发生全反射；使第二激光光束穿过感光膜/感光板后汇聚到波导外的第二点；使经全反射的第一激光光束与汇聚到第二点的第二激光光束在感光膜/感光板内干涉曝光。包括通过本申请方法制造的体全息光学元件的光学组件不仅能够对图像畸变进行校正，更可视情况对投影效果主动调节，具有改善的适用性和灵活性。用性和灵活性。用性和灵活性。
【技术实现步骤摘要】
光学组件、近眼显示装置及制造方法
[0001]本申请大致涉及光学显示领域，尤其涉及一种基于自由曲面折射校正的光学组件、近眼显示装置及制造方法。
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的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技术与近眼显示相结合的近眼VR、AR和MR显示技术是重要的新型显示技术，能够给人们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，而近眼AR和MR显示旨在实现透视式的虚实融合。原则上，用于AR和MR的近眼显示装置，在阻挡外界环境光进入人眼的情况下，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，人眼直接通过该装置看到显示的位于远处的放大图像，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，具有重要的潜在商业应用价值，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和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基于单一正透镜成像原理，即通过在单一正透镜的物方焦平面附近放置显示器，使得显示器通过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公司以及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。该技术能够实现基于双目视差的三维显示或双层深度的体显示或者普通的二维显示。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眼镜来说，最大的挑战之一在于开发出尺寸更小、更紧凑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，视网膜显示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。传统的视网膜显示技术通过LCoS等显示芯片作为图像载体，通过透镜系统进行成像，并使用半透半反镜将图像导入人眼，使环境光透过人眼实现穿透式显示。该技术中的透镜组体积
较大，且半透半反镜会将环境光亮度衰减一半，因此实现紧凑、不衰减环境光的大视场显示模组是视网膜显示技术中亟待解决的重要问题。
[0009]并且，当例如图像光的主传播方向与拟投射图像的平面并非垂直布置时，所形成的投影图像可能会因拉伸程度不同而产生形状变化，因此需要对畸变的图像进行校正。更一般性地，在实际应用中，往往存在各种客观条件下的限制和要求以及难以预料的变数，需要因地制宜地对投影效果进行主动调节，因此期望对相关光学组件的适用性和灵活性实现改善。
技术实现思路
[0010]本申请的目的是提供一种光学组件，以及基于该光学组件的近眼显示装置和图像投射方法，其至少部分地解决了现有技术中存在的上述问题。
[0011]根据本申请的一个方面，提供一种光学组件，包括：
[0012]光束生成器，配置成形成光锥分布的光束组；
[0013]波导，具有耦入面，用于将入射到其上的光束耦合进入所述波导，在所述波导与自由空间的界面处发生全反射；
[0014]自由曲面透镜，位于所述光束组的光锥顶点与所述波导的耦入面之间，配置成使得所述光束组穿过所述自由曲面透镜后入射到所述波导的耦入面上，其中所述光束组中穿过所述自由曲面透镜的不同区域的光束各自发生预定角度的折射；
[0015]光束合成器，位于所述波导的一个表面上，配置成改变入射到其上的光束的传播方向，使其以不同角度离开所述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离开所述光束合成器后汇聚于一点。
[0016]在本申请的一个实施方案中，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，与在所述光束合成器上形成的照射区域的轮廓，二者成等比例。
[0017]在本申请的一个实施方案中，所述自由曲面透镜的入射面具有双曲面形状，其中所述入射面上的每个点具有预定的曲率。
[0018]在本申请的一个实施方案中，所述自由曲面透镜的入射面整体上为凸状、凹状或二者的组合。
[0019]在本申请的一个实施方案中，所述自由曲面透镜的入射面上任一点的曲率，通过预设拟穿过该点的光束的入射方向和出射方向并经计算得到。
[0020]在本申请的一个实施方案中，所述光锥分布的光束组的主方向不垂直于所述光束合成器所在的平面。
[0021]在本申请的一个实施方案中，所述光学组件具有入瞳和出瞳，其中所述光束组的光锥顶点为所述入瞳，来源于同一光锥分布的光束组的光束离开所述光束合成器后所汇聚的所述一点为所述出瞳。
[0022]在本申请的一个实施方案中，所述光束生成器包括图像源和微机电系统，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/或亮度信息的光束；所述微机电系统配置成可对所述光束进行扫描而形成所述光锥分布的光束组。
[0023]在本申请的一个实施方案中，所述图像源包括多个激光器、控制器和合束器，其中
所述控制器与所述多个激光器耦合，控制所述多个激光器发射出激光束；所述合束器包括透镜组以及分别与所述多个激光器的波长对应的光学薄膜分光片，将所述多个激光器发射出的激光束合成为在空间上传播路径重合的近平行性细光束。
[0024]在本申请的一个实施方案中，所述微机电系统包括MEMS振镜，所述图像源所产生的图像是通过所述MEMS振镜对来自于所述多个激光器的携带图像像素的颜色信息和/或亮度信息的细光束扫描而形成的。
[0025]在本申请的一个实施方案中，所述光束合成器包括衍射光学元件，被耦合进入所述波导中的光束在所述波导与自由空间的界面处发生全反射后，入射到所述衍射光学元件的不同位置时均发生衍射，衍射光的传播方向改变并离开所述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离开所述光束合成器后汇聚于一点。
[0026]在本申请的一个实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光学元件的制造方法，包括以下步骤：S81：提供波导，所述波导具有耦入面，感光膜/感光板位于所述波导的一个表面上；S82：提供自由曲面透镜，所述自由曲面透镜位于所述波导的耦入面与拟入射到该耦入面上的光束之间，并配置成使得穿过其不同区域的光束各自发生预定角度的折射；S83：利用激光器发射出激光；S84：将所述激光分束成第一激光光束和第二激光光束；S85：使所述第一激光光束汇聚到所述波导外的第一点，并在从所述第一点出射后形成发散球面波，其中的光束穿过所述自由曲面透镜的不同区域而各自发生预定角度的折射；S86：使经所述自由曲面透镜折射的第一激光光束入射到所述波导的耦入面上而被耦合进入该波导内部，在所述波导与自由空间的界面处发生全反射，并入射到所述感光膜/感光板上；S87：使所述第二激光光束穿过所述感光膜/感光板后，汇聚到所述波导外的第二点；S88：使被汇聚到所述第一点后经所述自由曲面透镜折射并在所述波导内部全反射的第一激光光束，与被汇聚到所述第二点的第二激光光束在所述感光膜/感光板的感光材料内部产生干涉曝光，获得体全息光学元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述感光膜/感光板的感光材料为全彩感光材料，其中所述步骤S83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S88包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述感光材料内部同时进行干涉曝光，或者其中所述步骤S83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S88包括：对应于所述多个激光器的不同波长，在所述感光材料内部相继地进行多次干涉曝光。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述感光膜/感光板的感光材料为单色感光材料，其中所述步骤S83包括：利用激光器发出与所述单色感光材料对应波长的激光光束并出射；所述步骤S88包括：对应于所述激光器的波长，在所述感光材料内部进行干涉曝光，获得与所述波长对应的体全息光学元件，优选地，所述方法还包括：更换可对不同波长的激光进行曝光的感光膜/感光板，通过所述步骤S83、S84、S85、S86、S87和S88，获得与所述不同波长对应的体全息光学元件。4.一种体全息光学元件，通过根据权利要求1-3中任一项所述的方法制造。5.一种光学组件，包括：光束生成器，配置成形成光锥分布的光束组；波导，具有耦入面，用于将入射到其上的光束耦合进入所述波导，在所述波导与自由空间的界面处发生全反射；自由曲面透镜，位于所述光束组的光锥顶点与所述波导的耦入面之间，配置成使得所述光束组穿过所述自由曲面透镜后入射到所述波导的耦入面上，其中所述光束组中穿过所述自由曲面透镜的不同区域的光束各自发生预定角度的折射；光束合成器，包括根据权利要求1-3中任一项所述的方法制造的体全息光学元件，其位于所述波导的一个表面上，配置成改变入射到其上的光束的传播方向，使其以不同角度离开所述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离开所述光束合成
器后汇聚于一点。6.根据权利要求5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...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄正宇，
申请(专利权)人：蒋晶，
类型：发明
国别省市：
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