可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的制作方法

本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及一种头戴式可视设备，具体来说就是一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备。

背景技术：

近年来，头戴式可视设备的大量涌现，例如，联想眼镜、谷歌眼镜、虚拟现实(VR)游戏眼镜等，虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)及混合现实(Mixed Reality，MR)技术逐渐进入我们的日常生活中。头戴式显示器(HMD，也称为头戴式可视设备)是把二维图像直接反射到观看者的眼睛里，具体就是通过一组光学系统(主要是精密光学透镜)放大超微显示屏上的图像，将影像投射于视网膜上，进而将大屏幕图像呈现在观看者眼中，形象点说就是拿放大镜看物体呈现出放大的虚拟物体图像。图像可以直接通过发光二极管(LED)、主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)、有机发光二极管(OLED)或液晶附硅(LCOS)获得，也可以通过光纤等传导方式间接获得。显示系统通过准直透镜成像在无穷远处，然后通过反射面把图像反射进人的眼睛里。头戴式可视设备由于其具有便携性、娱乐性等特点，正在悄然改变人们的现代生活。

然而，由于头戴式可视设备都是针对正常视力的人群设计的，对于很多近视眼或者远视眼人群来说，需要佩戴近视镜或者远视镜后才能正常佩戴头戴式可视设备，用户带上近视镜或者远视镜后，很难再佩戴头戴式可视设备，用户一般采用先佩戴隐形眼镜，然后再佩戴头戴式可视设备。众所周知，隐形眼镜长期佩戴会让用户感觉不适，而且有损眼镜健康，因此，非正常视力人群利用头戴式可视设备非常不方便，用户体验效果差，而且也不利于非正常视力人群用户的拓展。

因此，如何让非正常视力人群不用佩戴眼镜就能直接使用头戴式可视设备是本领域技术人员长期亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备，解决了非正常视力用户不能直接佩戴头戴式可视设备的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的具体实施方式提供一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备，包括：框架，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；照明光源，设置于所述框架上，用于照明；分光棱镜，设置于所述照明光源的传送光路上，用于分光；第一1/4波片，设置于所述分光棱镜的一侧，用于将所述分光棱镜反射的P光转换成S光；动态空间光调制器，设置于所述第一1/4波片的远离所述分光棱镜的一侧，用于根据用户瞳孔与所述分光棱镜之间的距离汇聚或发散来自所述第一1/4波片的光；第二1/4波片，设置于所述分光棱镜的另一侧，用于将从所述第一1/4波片射出的S光转换成P光；全息光栅，设置于所述第二1/4波片的远离所述分光棱镜的一侧，用于汇聚来自所述第二1/4波片的光，以便利用所述分光棱镜将所述第二1/4波片转换的P光聚焦在用户瞳孔上，进而投射到用户视网膜上。

其中，所述分光棱镜进一步包括：与所述第一1/4波片对着的第一斜面；设置于所述第一斜面上的第一偏振分光膜；与所述第二1/4波片对着的第二斜面；设置于所述第二斜面上的第二偏振分光膜。

其中，所述第一斜面与所述第二斜面平行，用户瞳孔与所述照明光源位于所述分光棱镜的两侧。

其中，所述第一斜面与所述第二斜面垂直，用户瞳孔与所述照明光源位于所述分光棱镜的同侧。

其中，所述第一斜面与所述第一1/4波片之间的夹角为45度。

其中，所述第二斜面与所述第二1/4波片之间的夹角为45度。

其中，所述第一1/4波片与所述动态空间光调制器的入射光面平行。

其中，所述第二1/4波片与所述全息光栅平行。

其中，所述动态空间光调制器为反射式空间光调制器。

其中，所述动态空间光调制器为液晶附硅空间光调制器或者为数字微晶空间光调制器；所述动态空间光调制器通过改变自身的微结构排布，并基于衍射再现原理调制来自所述第一1/4波片的光，从而再现图像的同时调整所述动态空间光调制器波面的汇聚或者发散程度。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，可以进行视网膜投影的头戴式可视设备至少具有以下有益效果：通过控制动态空间光调制器的微结构排布，改变衍射光的分布，以适应不同用户瞳孔与分光棱镜之间的距离，从而可以满足不同头型、脸型用户佩戴头戴式可视设备时，动态空间光调制器生成的虚拟图像可以刚好在不同头型、脸型的用户瞳孔处聚焦；利用全息光栅对图像光线进行聚焦，将图像信息通过用户瞳孔直接投射到用户视网膜上，从而可以让近视或远视用户均能看清楚动态空间光调制器生成的虚拟图像，近视或远视用户不用佩戴近视镜或者远视镜就能利用头戴式可视设备，用户体验度好，有利于头戴式可视设备的推广应用。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的整体结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的实施例一的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的实施例二的结构示意图；

图4为图2中的头戴式可视设备的分光棱镜的结构示意图；

图5为图3中的头戴式可视设备的分光棱镜的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的动态空间光调制器的实施例一的结构示意图；

图7为本实用新型具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的动态空间光调制器的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的整体结构示意图；图2为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的实施例一的结构示意图；图3为本实用新型具体实施方式提供的一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备的实施例二的结构示意图，如图1-图3所示，通过控制动态空间光调制器的微结构排布，改变衍射光的分布，以适应不同用户瞳孔与分光棱镜之间的距离；利用分光棱镜对光线进行聚焦，将光线聚焦在瞳孔处，并穿过瞳孔直接投射到视网膜上。

该附图所示的具体实施方式中，该头戴式可视设备包括框架10、照明光源20、分光棱镜30、第一1/4波片40、动态空间光调制器50、第二1/4波片60和全息光栅70，其中，框架10用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；照明光源20设置于所述框架10上，照明光源20用于照明；分光棱镜30设置于所述照明光源20的传送光路上，分光棱镜30用于分光；第一1/4波片40设置于所述分光棱镜30的一侧，第一1/4波片40用于将所述分光棱镜30反射的P光转换成S光；动态空间光调制器50设置于所述第一1/4波片40的远离所述分光棱镜30的一侧，动态空间光调制器50用于根据用户瞳孔与所述分光棱镜30之间的距离汇聚或发散来自所述第一1/4波片40的光；第二1/4波片60设置于所述分光棱镜30的另一侧，第二1/4波片60用于将从所述第一1/4波片40射出的S光转换成P光；全息光栅70设置于所述第二1/4波片60的远离所述分光棱镜30的一侧，全息光栅70用于汇聚来自所述第二1/4波片60的光，以便利用所述分光棱镜30将所述第二1/4波片60转换的P光聚焦在用户瞳孔上，进而投射到用户视网膜上。本实用新型的具体实施例中，所述第一1/4波片40与所述动态空间光调制器50的入射光面平行；所述第二1/4波片60与所述全息光栅70平行；所述动态空间光调制器50为反射式空间光调制器；所述动态空间光调制器50为液晶附硅(LCOS)空间光调制器或者为数字微晶(DMD)空间光调制器；所述动态空间光调制器50通过改变自身的微结构排布，并基于衍射再现原理调制来自所述第一1/4波片40的光，从而再现图像(虚拟图像)的同时调整所述动态空间光调制器50波面的汇聚或者发散程度。

参见图1，通过控制动态空间光调制器的微结构排布，改变衍射光的分布，以适应不同用户瞳孔与分光棱镜之间的距离，从而可以满足不同头型、脸型用户佩戴头戴式可视设备时，动态空间光调制器生成的虚拟图像可以刚好在不同头型、脸型用户的瞳孔处聚焦；利用全息光栅对虚拟图像进行聚焦，将虚拟图像通过瞳孔直接投射到视网膜上，可以让非正常视力人群(近视用户或远视用户)不用佩戴近视镜或者远视镜就能利用头戴式可视设备，用户体验度好，有利于头戴式可视设备的推广、应用。

图4为图2中的头戴式可视设备的分光棱镜的结构示意图；图5为图3中的头戴式可视设备的分光棱镜的结构示意图，如图4、图5所示，利用偏振分光膜和1/4波片将动态空间光调制器生成的虚拟图像投射至用户视网膜上。

该附图所示的具体实施方式中，所述光学组件30进一步包括第一斜面301、第一偏振分光膜302、第二斜面303和第二偏振分光膜304，其中，第一斜面301与所述第一1/4波片40对着；第一偏振分光膜302设置于所述第一斜面301上；第二斜面303与所述第二1/4波片60对着；第二偏振分光膜304设置于所述第二斜面303上。本实用新型的具体实施例中，所述第一斜面301与所述第二斜面303平行，用户瞳孔与所述照明光源20位于所述分光棱镜30的两侧，如图2所示；所述第一斜面301与所述第二斜面303垂直，用户瞳孔与所述照明光源20位于所述分光棱镜30的同侧，如图3所示；所述第一斜面301与所述第一1/4波片40之间的夹角为45度；所述第二斜面303与所述第二1/4波片60之间的夹角为45度。

参见图2-图5，照明光源20的光线照射到第一偏振分光膜302上，P光被反射，S光透过，被反射的P光穿过第一1/4波片40进入动态空间光调制器50的入射光面；动态空间光调制器50对入射光进行衍射后反射，再次穿过第一1/4波片40变成S光；S光依次穿过第一偏振分光膜302、分光棱镜30、第二偏振分光膜304和第二1/4波片60后，进入全息光栅70；全息光栅70对入射光进行汇聚后，反射出反射光，反射光再次穿过第二1/4波片60转换成P光，P光被第二偏振分光膜304反射后，穿过用户瞳孔投影到用户视网膜上，此时用户就能看到动态空间光调制器50生成的虚拟图像了。P光被第二偏振分光膜304反射后，刚好在用户瞳孔处聚焦，从而可以穿过用户瞳孔在用户视网膜上成像，因此可以让近视或远视用户均能看清动态空间光调制器50生成的虚拟图像，近视或远视用户不用佩戴近视镜或者远视镜就能利用头戴式可视设备，用户体验度好，有利于头戴式可视设备的推广、应用。

图6为本实用新型具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的动态空间光调制器的实施例一的结构示意图；图7为本实用新型具体实施方式提供的一种头戴式可视设备的动态空间光调制器的实施例二的结构示意图，动态空间光调制器50的微结构排布用于将平面波汇聚或者发散成球面波。如图6所示，入射光经过动态空间光调制器50衍射后由平面光变成球面光；如图7所示，入射光经过动态空间光调制器50衍射后由平面光变成汇聚光，从而可以满足不同头型、脸型用户佩戴头戴式可视设备时，动态空间光调制器50生成的虚拟图像的光线刚好能够穿过用户瞳孔投影到用户视网膜上，即虚拟图像的光线刚好在用户瞳孔处聚焦，进一步扩大了头戴式可视设备的应用范围，进一步提高了用户体验度。

本实用新型提供一种可以进行视网膜投影的头戴式可视设备，通过控制动态空间光调制器的微结构排布，改变衍射光的分布，以适应不同用户瞳孔与分光棱镜之间的距离，从而可以满足不同头型、脸型的用户佩戴头戴式可视设备时，动态空间光调制器50生成的虚拟图像可以刚好在不同头型、脸型用户瞳孔处聚焦，进而在用户视网膜上投影；利用全息光栅对图像光线进行聚焦，将虚拟图像通过用户瞳孔直接投射到用户视网膜上，从而可以让近视或远视用户均能看清动态空间光调制器生成的虚拟图像，近视或远视用户不用佩戴近视镜或者远视镜就能直接佩戴头戴式可视设备，用户体验度好，有利于头戴式可视设备的推广、应用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。