[發明專利]一種自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置及其近眼顯示系統

在審

• 申請號: 202210294637.0
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114647088A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 吳仍茂;胡廣銀;舒天;裴春洋;李海峰;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置，其特征在于，包括第一光學透鏡(15)、第一玻璃平板(12)、第二玻璃平板(17)、反射鏡(14)、第一體全息光學元件(13)、第二體全息光學元件(16)以及圖像顯示器(11)；

所述的圖像顯示器(11)發出的圖像信號光依次經過第一玻璃平板(12)和第一體全息光學元件(13)，經過反射鏡(14)反射到第一體全息光學元件(13)上，然后經過第一體全息光學元件(13)反射到第一光學透鏡(15)，再經過第一光學透鏡(15)透射到第二體全息光學元件(16)上，最后由第二體全息光學元件(16)反射進入人眼，另一方面環境光經過第二玻璃平板(17)、第二體全息光學元件(16)透射后進入人眼。

2.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，第一光學透鏡為非球面透鏡或自由曲面透鏡。

3.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，所述第一體全息光學元件(13)貼在第一玻璃平板的后表面(122)上；圖像顯示器產生的圖像信號光經過第一玻璃平板后入射到第一自由體全息光學元件，不滿足第一自由體全息光學元件的布拉格條件；

經過反射鏡反射到第一自由體全息光學元件上的光線，滿足第一自由體全息光學元件的布拉格入射關系。

4.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，所述第二體全息光學元件(16)貼在第二玻璃平板的前后面(171)上

第一光學透鏡透射到第二自由體全息光學元件上的光線，滿足第二自由體全息光學元件的布拉格入射關系；

環境光經過第二玻璃平板入射到第二體全息光學元件上，不滿足第二體全息光學元件的入射關系。

5.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，所述反射鏡為非球面反射鏡或自由曲面反射鏡。

6.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，圖像顯示器可以為OLED微型顯示器、LCOS微型顯示器、MicroLED微型顯示器。

7.如權利要求1所述的目視光學成像裝置，其特征在于，第一玻璃平板(12的前表面(121)和后表面(122)都是平面，第二玻璃平板(17)的前表面(171)和后表面(172)都是平面。

8.一種基于自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置的近眼顯示系統，其特征在于，包括兩個權利要求1-7任一項所述的基于自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置，且所述的兩個基于自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置左右鏡像對稱。

9.一種權利要求8所述近眼顯示系統的近眼顯示方法，其特征在于，包括如下步驟：

在左側自由曲面-自由體全息型目視光學成像裝置中，其圖像顯示器產生的圖像信號光經過第一玻璃平板后入射到第一自由體全息光學元件，由于不滿足第一自由體全息光學元件的布拉格條件，光線透過第一自由體全息光學元件，之后經過反射鏡再一次反射到第一自由體全息光學元件上，由于滿足第一自由體全息光學元件的布拉格入射關系，光線入射到第一自由體全息光學元件上并不會發生透射，而是通過第一自由體全息光學元件將圖像反射到第一光學透鏡，再經過第一光學透鏡透射到第二自由體全息光學元件上，由于入射光線依然滿足第二自由體全息光學元件的布拉格入射關系，光線入射到第二自由體全息光學元件上時并不會發生透射，而是經過第二自由體全息光學元件反射進入使用者的眼鏡并成像；另一方面，環境光經過第二玻璃平板入射到第二體全息光學元件上，由于不滿足第二體全息光學元件的入射關系，光線透過第二體全息光學元件后進入左眼，

右側目視光學成像裝置由于具有與左側目視光學成像裝置同樣的構造和工作方式；因此，通過左右兩側鏡像對稱的兩個目視光學成像裝置組成的近眼顯示系統可以實現光學透射式的雙目近眼顯示。