近眼裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及護(hù)目鏡、眼鏡等近眼裝置。這里公開的實(shí)施例通常涉及用于增加真實(shí)場(chǎng)景或者用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的近眼裝置。更具體地，這里公開的實(shí)施例通常涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的全息投影，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的純相位全息投影技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的近眼裝置等。
[0003]在圖1中，展示了一種已知的近眼裝置。圖1展示了布置為通過分束器105照亮空間光調(diào)制器107的光源101和準(zhǔn)直透鏡103?？臻g光調(diào)制器107包括布置為形成圖像的調(diào)幅元件陣列。更具體地，入射到空間光調(diào)制器107上的光的幅度進(jìn)行空間調(diào)制以形成圖像?？赡芡ㄟ^分束器105觀察該圖像。更具體地，在空間光調(diào)制器107上的圖像形成波束組合器109的第一光學(xué)輸入。波束組合器109還包括提供真實(shí)場(chǎng)景的視域的第二光學(xué)輸入123。
[0004]波束組合器109包括球面111，該球面111導(dǎo)致空間光調(diào)制器107的圖像變成發(fā)散的。該波束組合器109還布置為至少將分散的圖像部分反射到波束組合器的光學(xué)輸出125。
[0005]在第二光學(xué)輸入123上接收到的光線還被引導(dǎo)到波束組合器109的光學(xué)輸出125。在這方面，可以理解的是，波束組合器將真實(shí)圖像與來自空間光調(diào)制器107的分散圖像進(jìn)行組合。因此，可以理解的是，使用來自空間光調(diào)制器的圖像增加了真實(shí)圖像。值得注意的是，參照?qǐng)D1所描述的裝置提供球面111，以致在空間光調(diào)制器上的圖像看起來來自在波束組合器前方的空間中的一些固定點(diǎn)。因此，來自空間光調(diào)制器107的圖像看起來來自由球面111的曲率半徑定義的空間中的一些固定點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明旨在提供改進(jìn)的近眼裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在附加的獨(dú)立權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的各方面。
[0008]本發(fā)明提供一種近眼裝置和相應(yīng)的方法，其使用布置為接收來自空間光調(diào)制器的空間調(diào)制光并提供現(xiàn)實(shí)世界的視域的波束組合器。相應(yīng)地，采用圖像形式的額外信息，可以補(bǔ)充或增強(qiáng)真實(shí)場(chǎng)景。已知的近眼裝置使用物理光學(xué)部件將實(shí)像投射到場(chǎng)景中以增加良視距。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到使用計(jì)算的純相位全息技術(shù)可以有利地提供圖像。該技術(shù)更節(jié)能，并且使得額外的光學(xué)元件能夠被有效編碼或嵌入在成像數(shù)據(jù)中。有利地，不需要額外的復(fù)雜部件。還有利地，可以實(shí)時(shí)控制增強(qiáng)的圖像的距離。
【附圖說明】
[0009]將參照以下附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0010]圖1為已知的近眼裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2展示了布置為在重放場(chǎng)位置產(chǎn)生全息重建的反射SLM，如LC0S ；
[0012]圖3展示了用于計(jì)算機(jī)生成純相位全息圖的示意性算法；
[0013]圖4展示了圖3所示的示意性算法的示意性隨機(jī)相位種子點(diǎn)；
[0014]圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例；
[0015]圖6展示了根據(jù)實(shí)施例計(jì)算菲涅耳全息圖的算法；
[0016]圖7為L(zhǎng)COS SLM的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明目的在于使用在空間光調(diào)制器上的圖像和具有用于增加所謂的良視距的型面的光束組合器，克服已知裝置的一些不足，提供一種改進(jìn)的近眼裝置。具體地，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過使用通用的計(jì)算全息技術(shù)可以提供改進(jìn)的近眼裝置。
[0019]從物體散射的光同時(shí)包括幅度和相位信息。可以通過已知的接口技術(shù)在，例如，光敏板上捕獲這種幅度和相位信息，以形成包括干涉條紋的全息記錄或“全息圖”。該“全息圖”可以通過合適的光照亮而重建以形成表示原物體的全息重建，或重放圖像。
[0020]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以根據(jù)只包含與原物體相關(guān)的相位信息的“全息圖”形成可接受質(zhì)量的全息重建。這樣的全息記錄可以稱為純相位全息圖。計(jì)算機(jī)生成的全息技術(shù)可以使用，例如，傅里葉技術(shù)，數(shù)值模擬干涉過程，以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖。計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖可能用于產(chǎn)生表示物體的全息重建。
[0021]因此，術(shù)語“全息圖”涉及包含與物體有關(guān)的信息的記錄，該記錄可以用于形成表示物體的重建。該全息圖可能包含物體在頻域或者傅里葉域中的信息。
[0022]已經(jīng)提出在二維圖像投影系統(tǒng)中使用全息技術(shù)。使用純相位全息圖的投影圖像的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠通過計(jì)算方法控制許多圖像屬性，例如，高寬比、分辨率、對(duì)比度和投影圖像的動(dòng)態(tài)范圍。純相位全息圖的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于通過通過幅度調(diào)制沒有損失光能。
[0023]計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖可能是“像素化的”。也就是說，純相位全息圖可能由分立的相位元件的陣列所表示。每個(gè)分立的相位元件可能成為“像素”。每個(gè)像素均充當(dāng)光調(diào)制元件，如相位調(diào)制元件。因此，計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖可能由相位調(diào)制元件(如，液晶空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator，SLM))的陣列所表示。該SLM可能反光，意味著，調(diào)制光以反射的形式從SLM輸出。
[0024]每個(gè)相位調(diào)制元件，或者像素，可能狀態(tài)不同，從而向入射到相位調(diào)制元件上的光提供可控制的相位延遲。相位調(diào)制元件陣列，因此，例如，娃基液晶(Liquid Crystal OnSilicon, LC0S)SLM可能表示(或“顯示”)計(jì)算確定的相位延遲分布。如果入射到相位調(diào)制元件上的光是一致的，將使用全息信息或全息圖對(duì)該光進(jìn)行調(diào)制。全息信息可能處于頻域或傅里葉域中。
[0025]可選地，相位延遲分布可能記錄在相息圖上。詞語“相息圖”通常用來指代純相位的全息記錄或全息圖。
[0026]可以量化相位延遲。也就是說，每個(gè)像素可能設(shè)為離散數(shù)量的相位等級(jí)中的一個(gè)。
[0027]相位延遲分布可能(例如，通過照射LCOS SLM)被應(yīng)用于入射光波，并被重建。可能通過使用透鏡執(zhí)行光學(xué)傅里葉變換控制重建在空間中的位置，以在空間域中形成全息重建，或“圖像”。可選地，如果重建發(fā)生在遠(yuǎn)場(chǎng)，可能不需要透鏡。
[0028]可能通過多種方式計(jì)算計(jì)算機(jī)生成的全息圖，包括使用撒克斯通(Gerchberg-Saxton)等算法。撒克斯通算法可能用于根據(jù)在空間域(如2D圖像)中的幅度信息得到在頻域中的相位信息。也就是說，可能只根據(jù)在空間域中的強(qiáng)度或幅度信息，“得到”關(guān)于物體的相位信息。于是，可以在頻域中計(jì)算出物體的純相位全息再現(xiàn)。
[0029]可能通過照射全息圖，并且必要的話，使用例如傅里葉變換透鏡執(zhí)行光學(xué)傅里葉變換，形成全息重建，從而在重放域，例如屏幕上形成圖像(全息重建)。在菲涅耳全息圖的情況下，全息重建形成在預(yù)定位置。
[0030]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明使用反射的SLM，如LC0S-SLM，在重放域位置產(chǎn)生傅里葉全息重建的例子。
[0031]光源(210)，例如激光或激光二級(jí)管設(shè)置為通過準(zhǔn)直透鏡(211)照射SLM(240)。準(zhǔn)直透鏡使得光通常在同一個(gè)平面上的波陣面變成入射在SLM上。該波陣面的方向輕微移位(例如，相對(duì)真實(shí)地正交于透明層的平面偏離兩度或三度)。布置為，從光源發(fā)出的光被SLM裝有鏡子的后表面反射，與相位調(diào)制層相互作用形成退出波陣面(212)。該退出波陣面(212)施加于具有傅里葉變換透鏡(220)的光學(xué)設(shè)備，該傅里葉變換透鏡(220)聚焦在屏幕(225)上。
[0032]傅里葉變換透鏡(220)接收從SLM離去的相位調(diào)制光的波束，并執(zhí)行頻率-空間轉(zhuǎn)換以在屏幕(225)產(chǎn)生空間域的全息重建。
[0033]在這個(gè)過程中，對(duì)于圖像投影系統(tǒng)的光，來自光源的可見光分布到SLM(240)和相位調(diào)制層(例如，相位調(diào)制元件的陣列)。離開相位調(diào)制層的光可能遍及重放域地分布。全息圖的每個(gè)像素整體地促成重放圖像。也就是說，重放圖像上的具體點(diǎn)和具體相位調(diào)制元件之間不存在--對(duì)應(yīng)。
[0034]撒克斯通算法考慮到當(dāng)分別在平面A和B中的光束IA(x，y)和IB(x，y)的強(qiáng)度截面已知和由單個(gè)傅里葉變換關(guān)聯(lián)IA(x，y)和IB(x，y)時(shí)的相位恢復(fù)問題。采用給定的強(qiáng)度截面，可以找到分別在平面A和B中的相位分別的近似值，Φα(χ，7)和ΦΒ(χ，γ)。撒克斯通算法通過以下迭代過程找到解決這一問題的方案。
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