近眼装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及护目镜、眼镜等近眼装置。这里公开的实施例通常涉及用于增加真实场景或者用于增强现实的近眼装置。更具体地，这里公开的实施例通常涉及增强现实的全息投影，如增强现实的纯相位全息投影技术。
【背景技术】
[0002]现在已经开发出增强现实的近眼装置等。
[0003]在图1中，展示了一种已知的近眼装置。图1展示了布置为通过分束器105照亮空间光调制器107的光源101和准直透镜103。空间光调制器107包括布置为形成图像的调幅元件阵列。更具体地，入射到空间光调制器107上的光的幅度进行空间调制以形成图像。可能通过分束器105观察该图像。更具体地，在空间光调制器107上的图像形成波束组合器109的第一光学输入。波束组合器109还包括提供真实场景的视域的第二光学输入123。
[0004]波束组合器109包括球面111，该球面111导致空间光调制器107的图像变成发散的。该波束组合器109还布置为至少将分散的图像部分反射到波束组合器的光学输出125。
[0005]在第二光学输入123上接收到的光线还被引导到波束组合器109的光学输出125。在这方面，可以理解的是，波束组合器将真实图像与来自空间光调制器107的分散图像进行组合。因此，可以理解的是，使用来自空间光调制器的图像增加了真实图像。值得注意的是，参照图1所描述的装置提供球面111，以致在空间光调制器上的图像看起来来自在波束组合器前方的空间中的一些固定点。因此，来自空间光调制器107的图像看起来来自由球面111的曲率半径定义的空间中的一些固定点。
[0006]本发明旨在提供改进的近眼装置。
【发明内容】
[0007]在附加的独立权利要求中限定了本发明的各方面。
[0008]本发明提供一种近眼装置和相应的方法，其使用布置为接收来自空间光调制器的空间调制光并提供现实世界的视域的波束组合器。相应地，采用图像形式的额外信息，可以补充或增强真实场景。已知的近眼装置使用物理光学部件将实像投射到场景中以增加良视距。发明人已经认识到使用计算的纯相位全息技术可以有利地提供图像。该技术更节能，并且使得额外的光学元件能够被有效编码或嵌入在成像数据中。有利地，不需要额外的复杂部件。还有利地，可以实时控制增强的图像的距离。
【附图说明】
[0009]将参照以下附图对实施例进行说明。
[0010]图1为已知的近眼装置的结构示意图；
[0011]图2展示了布置为在重放场位置产生全息重建的反射SLM，如LC0S ；
[0012]图3展示了用于计算机生成纯相位全息图的示意性算法；
[0013]图4展示了图3所示的示意性算法的示意性随机相位种子点；
[0014]图5展示了根据本发明的实施例；
[0015]图6展示了根据实施例计算菲涅耳全息图的算法；
[0016]图7为LCOS SLM的结构示意图。
[0017]在附图中，相似的附图标记表示相似的部件。
【具体实施方式】
[0018]本发明目的在于使用在空间光调制器上的图像和具有用于增加所谓的良视距的型面的光束组合器，克服已知装置的一些不足，提供一种改进的近眼装置。具体地，发明人已经认识到，通过使用通用的计算全息技术可以提供改进的近眼装置。
[0019]从物体散射的光同时包括幅度和相位信息。可以通过已知的接口技术在，例如，光敏板上捕获这种幅度和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。该“全息图”可以通过合适的光照亮而重建以形成表示原物体的全息重建，或重放图像。
[0020]已经发现，可以根据只包含与原物体相关的相位信息的“全息图”形成可接受质量的全息重建。这样的全息记录可以称为纯相位全息图。计算机生成的全息技术可以使用，例如，傅里叶技术，数值模拟干涉过程，以产生计算机生成的纯相位全息图。计算机生成的纯相位全息图可能用于产生表示物体的全息重建。
[0021]因此，术语“全息图”涉及包含与物体有关的信息的记录，该记录可以用于形成表示物体的重建。该全息图可能包含物体在频域或者傅里叶域中的信息。
[0022]已经提出在二维图像投影系统中使用全息技术。使用纯相位全息图的投影图像的优点在于，能够通过计算方法控制许多图像属性，例如，高宽比、分辨率、对比度和投影图像的动态范围。纯相位全息图的进一步优点在于通过通过幅度调制没有损失光能。
[0023]计算机生成的纯相位全息图可能是“像素化的”。也就是说，纯相位全息图可能由分立的相位元件的阵列所表示。每个分立的相位元件可能成为“像素”。每个像素均充当光调制元件，如相位调制元件。因此，计算机生成的纯相位全息图可能由相位调制元件(如，液晶空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM))的阵列所表示。该SLM可能反光，意味着，调制光以反射的形式从SLM输出。
[0024]每个相位调制元件，或者像素，可能状态不同，从而向入射到相位调制元件上的光提供可控制的相位延迟。相位调制元件阵列，因此，例如，娃基液晶(Liquid Crystal OnSilicon, LC0S)SLM可能表示(或“显示”)计算确定的相位延迟分布。如果入射到相位调制元件上的光是一致的，将使用全息信息或全息图对该光进行调制。全息信息可能处于频域或傅里叶域中。
[0025]可选地，相位延迟分布可能记录在相息图上。词语“相息图”通常用来指代纯相位的全息记录或全息图。
[0026]可以量化相位延迟。也就是说，每个像素可能设为离散数量的相位等级中的一个。
[0027]相位延迟分布可能(例如，通过照射LCOS SLM)被应用于入射光波，并被重建。可能通过使用透镜执行光学傅里叶变换控制重建在空间中的位置，以在空间域中形成全息重建，或“图像”。可选地，如果重建发生在远场，可能不需要透镜。
[0028]可能通过多种方式计算计算机生成的全息图，包括使用撒克斯通(Gerchberg-Saxton)等算法。撒克斯通算法可能用于根据在空间域(如2D图像)中的幅度信息得到在频域中的相位信息。也就是说，可能只根据在空间域中的强度或幅度信息，“得到”关于物体的相位信息。于是，可以在频域中计算出物体的纯相位全息再现。
[0029]可能通过照射全息图，并且必要的话，使用例如傅里叶变换透镜执行光学傅里叶变换，形成全息重建，从而在重放域，例如屏幕上形成图像(全息重建)。在菲涅耳全息图的情况下，全息重建形成在预定位置。
[0030]图2展示了根据本发明使用反射的SLM，如LC0S-SLM，在重放域位置产生傅里叶全息重建的例子。
[0031]光源(210)，例如激光或激光二级管设置为通过准直透镜(211)照射SLM(240)。准直透镜使得光通常在同一个平面上的波阵面变成入射在SLM上。该波阵面的方向轻微移位(例如，相对真实地正交于透明层的平面偏离两度或三度)。布置为，从光源发出的光被SLM装有镜子的后表面反射，与相位调制层相互作用形成退出波阵面(212)。该退出波阵面(212)施加于具有傅里叶变换透镜(220)的光学设备，该傅里叶变换透镜(220)聚焦在屏幕(225)上。
[0032]傅里叶变换透镜(220)接收从SLM离去的相位调制光的波束，并执行频率-空间转换以在屏幕(225)产生空间域的全息重建。
[0033]在这个过程中，对于图像投影系统的光，来自光源的可见光分布到SLM(240)和相位调制层(例如，相位调制元件的阵列)。离开相位调制层的光可能遍及重放域地分布。全息图的每个像素整体地促成重放图像。也就是说，重放图像上的具体点和具体相位调制元件之间不存在--对应。
[0034]撒克斯通算法考虑到当分别在平面A和B中的光束IA(x，y)和IB(x，y)的强度截面已知和由单个傅里叶变换关联IA(x，y)和IB(x，y)时的相位恢复问题。采用给定的强度截面，可以找到分别在平面A和B中的相位分别的近似值，Φα(χ，7)和ΦΒ(χ，γ)。撒克斯通算法通过以下迭代过程找到解决这一问题的方案。
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