投影系统、制造投影系统的方法及投影设备与流程

1.本技术涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种投影系统、制造该投影系统的方法以及具有该投影系统的投影设备。


背景技术：

2.增强现实显示(augmented reality,ar)是当前显示领域的一大热点。ar眼镜作为增强现实显示领域的代表性应用，其可以将虚拟图像与现实世界相融合。目前，ar设备逐渐在各个行业兴起，尤其是在军工、医疗以及教学等诸多领域中极大地体现了ar技术的独特优势，大大改进了信息交互方式，使得其具有广阔的应用前景。然而，传统的ar设备看到的虚拟图像均为2d图像，即传统的ar设备具有相同的视角，没有运动视差，这使得使用者不能感受到3d运动图像的体验效果。
3.为了满足市场需求，目前诸多ar设备研发者已经开始研究如何实现ar设备的3d运动图像的效果。尽管市场上已经出现了浮雕光栅光波导型三维运动图像技术，但是，该技术对光能的利用率以及外界光透过率均较低，且还容易出现彩虹条纹等现象。


技术实现要素：

4.本技术提出的实施方式可解决或部分解决上述背景技术部分提出的不足或现有技术中的其它不足。
5.本技术一方面提供了这样一种投影系统。所述投影系统包括：投影模块，以预定角度投射多束相互平行、具有预定波长且携带图像信息的图像光；以及全息器件，所述全息器件上的多个区域分别接收所述多束图像光并将所接收到的多束图像光衍射为多个视点位置处的目标图像。
6.在一个实施方式中，所述多个区域的每个区域相对于所述多束图像光具有一个衍射点。
7.在一个实施方式中，所述全息器件由光致聚合物材质的薄膜制成。
8.在一个实施方式中，利用物光和与所述物光对应的参考光共同照射曝光所述薄膜后形成所述全息器件。
9.在一个实施方式中，对所述薄膜的多个区域依次经过所述物光和所述参考光共同照射曝光后形成所述全息器件上的所述多个区域。
10.在一个实施方式中，所述投影模块被配置为将相互平行的所述多束图像光分别沿所述参考光照射所述多个区域时的多个光路入射至所述全息器件。
11.在一个实施方式中，所述预定波长与所述参考光的波长相同。
12.在一个实施方式中，所述预定角度与所述参考光入射至所述全息器件的角度相同。
13.本技术另一方面提供了一种制造投影系统的方法。该方法包括：设置用于以预定角度投射多束相互平行、具有预定波长且携带图像信息的图像光的投影模块；以及在所述
图像光的光路上设置全息器件，所述全息器件上的多个区域分别接收所述多束图像光并将所接收到的多束图像光衍射为多个视点位置处的目标图像。
14.在一个实施方式中，在所述全息器件上的各个区域均设置一个衍射点。
15.在一个实施方式中，所述方法还包括：利用光致聚合物材质的薄膜制成所述全息器件。
16.在一个实施方式中，利用光致聚合物材质的薄膜制成所述全息器件的步骤包括：利用物光和与所述物光对应的参考光共同照射曝光所述薄膜，以形成所述全息器件。
17.在一个实施方式中，在所述照射曝光步骤中，通过所述物光和所述参考光共同照射曝光所述薄膜的多个区域从而形成所述全息器件上的所述多个区域。
18.在一个实施方式中，所述投影模块被配置为将相互平行的所述多束图像光分别沿所述参考光照射所述多个区域时的多个光路入射至所述全息器件。
19.在一个实施方式中，所述预定波长与所述参考光的波长相同。
20.在一个实施方式中，所述预定角度与所述参考光入射至所述全息器件的角度相同。
21.申请另一方面提供了一种投影设备。该投影设备包括：上述投影系统；以及显示模块，用于显示所述全息器件衍射形成的所述目标图像。
22.根据本技术提供的投影系统、制造投影系统的方法以及具有投影系统的投影设备可至少具有以下其中之一的优点：
23.1)本技术提供的投影系统通过将多束图像光投射至全息器件的多个区域，进而衍射至多个视点位置，可以形成多个不同视角下的图像；
24.2)本技术提供的投影系统可以实现将多个不同视角下的图像按照预定距离分布，使得多个不同视角下的图像具有运动视差；以及
25.3)本技术提供的投影系统具有较高的光利用率和外界光透过率。
附图说明
26.结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
27.图1是根据本技术实施方式的投影系统的结构示意图；
28.图2是根据本技术实施方式的投影系统的投影效果图；
29.图3是根据本技术实施方式的全息器件的制备原理图；
30.图4是根据本技术实施方式的另一投影系统的效果图；
31.图5是根据本技术实施方式的制造投影系统的方法的流程图；以及
32.图6是根据本技术实施方式的投影设备的结构示意图。
具体实施方式
33.为了更好地理解本技术，将参考附图对本技术的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本技术的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本技术的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
34.应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。因此，在不背离本技术的教导的情况下，本技术中讨论的第一区域也可被称作第二区域，第一视点位置也可被称作第二视点位置，反之亦然。
35.在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
36.还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
37.除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本技术所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本技术中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
39.以下对本技术的特征、原理和其它方面进行详细描述。
40.图1是根据本技术实施方式的投影系统100的结构示意图。投影系统100可包括投影模块110和全息器件120。
41.投影模块110可以预定角度投射多束携带图像信息的图像光，其中多束图像光相互平行且具有预定波长。投影模块110可以是投影镜头，其可以投射出多束相互平行的图像光。
42.全息器件120可以是全息膜120。全息膜120可以是由光致聚合物材质的薄膜制成的。全息膜120上可具有多个不同的区域，其中多个区域可分别接收多束图像光并将所接收到的多束图像光衍射为多个视点位置处的目标图像。多个视点位置可根据多束图像光的衍射结果确定。具体地，全息膜120上的各个区域均可接收入射至该区域内的图像光，并将所接收到的图像衍射至视点位置处，以在该视点位置处形成一幅目标图像。例如多个视点位置可以在视场角范围内等间距均匀分布。由于全息膜120上具有多个区域，多束相互平行的图像光分别入射至多个区域后，最终将在多个视点位置处形成多幅目标图像。多幅目标图像具有不同的视角，因此，当人眼观察多幅目标图像，由于眼球的转动可以观察到具有运动视差三维运动图像。多个视点位置可以在人眼转动的范围内等间距均匀分布，进而实现人眼可观察到视场角范围内的图像，例如，视场角可为20
×
10
°
。
43.在本技术示例性实施方式中，全息膜上的每个区域可仅具有一个衍射点。全息膜上的多个区域可具有相应的多个衍射点。例如，全息膜上可具有第一区域、第二区域以及第三区域，其中第一区域、第二区域以及第三区域上可分别具有第一衍射点、第二衍射点和第
三衍射点。加载有三个视角图像的投影模块，以平行光的方式将三个视角的图像光分别入射至全息膜上的第一区域、第二区域以及第三区域。第一区域、第二区域以及第三区域上的第一衍射点、第二衍射点和第三衍射点分别将三个视角的入射图像光衍射至第一视点位置处、第二视点位置处以及第三视点位置处，形成第一聚焦点1、第二聚焦点2以及第三聚焦点3。此时这三个聚焦点就分别具有了第一视角、第二视角以及第三视角的图像内容。示例性地，投影模块加载的三个视角的图像可具有相同的图像信息，即投影模块投射出的三束图像光的图像信息相同，只是视角信息不同，这样人眼在转动的过程中，即可看到不同的内容。图2示例性示出了三个不同视点位置处的图像。例如，当投影系统同时加载三个不同视角的图像如字母“sunny”，这样人眼就可以在三个不同的视点位置看到三个不同视角的字母“sunny”。当人眼观察三个不同视角的字母“sunny”时，由于眼球的转动可以观察到具有运动视差三维运动图像。应理解，本技术并不具体限定多束图像光、全息膜上多个区域以及多个视点位置的数目。在实际应用中，可根据不同的视觉体验具体限定多个区域、多束图像光以及多个视点位置的数目。还应理解，虽然本技术并不具体限定多束图像光、全息膜上多个区域以及多个视点位置的数目，但是多束图像光、全息膜上多个区域以及多个视点位置的数目是一一对应的，即这三者的数目是相同的。
44.在本技术示例性实施方式中，光致聚合物材质的薄膜在经过物光和与物光对应的参考光共同照射曝光后可形成全息膜。示例性地，如图3所示，物光10可平行地射入透镜20，并经过透镜20汇聚到视点位置a、b、c处。具有特定角度和特定波长的参考光30可入射至全息膜40上。物光10和参考光30可在全息膜40表面会发生干涉使全息膜的材料发生变化，进而可完成全息膜40的制作。在全息膜40制作成功后，即可去除透镜20。在使用全息膜40时，可通过将具有预定波长和预定角度的、携带图像信息的图像光投射至全息膜4上，以在全息膜4上发生衍射，产生a、b、c三个视点位置。应理解，图像光的预定波长和预定角度，与参考光30的特定波长和特定角度相一致。
45.示例性地，参考光30的特定角度可根据视场角大小进行设定。例如，当视场角在水平方向上为20
°
，垂直方向上为10
°
，即视场角在20
×
10
°
范围内时，参考光30以特定角度入射至全息膜40上，进而使得投影模块投射的图像光以预定角度投射至全息膜4上，实现人眼可观察到20
×
10
°
视场角范围内的图像。
46.示例性地，物光和参考光可以由同一光源产生，例如，采用分光镜将光源产生的光分为物光和参考光，并用反射镜反射参考光，使得物光和参考光分别从薄膜的两侧入射。当然，物光和参考光也可由不同的光源产生。示例性地，薄膜的多个区域可依次在经过物光和参考光共同照射曝光后形成全息膜上的多个区域。具体地，本技术可将薄膜分为多个小区域如六个，即将薄膜分为第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域以及第六区域。物光和参考光可先共同照射第一区域，第一区域在经过物光和参考光共同照射曝光后形成全息膜上的第一区域。然后，将物光和参考光移动预定距离，在共同照射第二区域，其中，预定距离即为第二区域和第一区域的中心点的间距。第二区域在经过物光和参考光共同照射曝光后形成全息膜上的第二区域。依次类推，最终全息膜上将形成不同折射率的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域以及第六区域。由于三维立体感是依靠双目视差原理产生的，本技术提供的投影系统可以在不同的视角方向投射出不同的图像，进而可保证左右眼看到的是不同的视差图像。例如，在投影系统投射出六幅不同视差的图像
的应用场景中，本技术根据全息原物光衍射复现的特点，可将这六幅图像物光依次从其各自对应的方向投射至薄膜上对应的六个区域，并与参考光相干形成干涉条纹被记录在该六个区域上，以形成全息膜上的六个区域。当投影系统将六束图像光分别沿参考光的方向入射至本技术提供的全息膜上的六个区域时，即可在如图4所示的六个不同视点位置处再现六幅不同视角的图像，进而人眼可观察到具有运动视场的图像。
47.应理解，本技术涉及的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域以及第六区域仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。本技术涉及的预定距离，既可以表示第二区域和第一区域的中心点的间距，也可以表示第三区域和第一区域的中心点的间距，以此类推，即预定距离可以表示第一区域至第六区域中任意两区域的中心点的间距。本技术另一方面提供了一种制造上述投影系统的方法。图5是根据本技术实施方式的制造投影系统的方法200流程图。
48.制造投影系统的方法200可包括：步骤210，设置用于以预定角度投射多束相互平行、具有预定波长且携带图像信息的图像光的投影模块；以及步骤220，在图像光的光路上设置全息膜，全息膜上的多个区域分别接收多束图像光并将所接收到的多束图像光衍射为多个视点位置处的目标图像。
49.根据本技术示例性实施方式，在步骤220中，可以在全息膜上的各个区域上均设置一个衍射点。即全息膜上的多个区域可具有相应的多个衍射点。这样加载有如三个视角图像的投影模块就可以以平行光的方式将三个视角的图像光分别入射至全息膜上的第一区域、第二区域以及第三区域。第一区样人眼在转动的过程中，即可看到不同的内容。域、第二区域以及第三区域上的第一衍射点、第二衍射点和第三衍射点分别可将三个视角的入射图像光衍射至第一视点位置处、第二视点位置处以及第三视点位置处，形成第一聚焦点1、第二聚焦点2以及第三聚焦点3。此时这三个聚焦点就分别具有了第一视角、第二视角以及第三视角的图像内容。
50.根据本技术示例性实施方式，薄膜在经过物光和与物光对应的参考光共同照射曝光后可形成全息膜。具体地，薄膜的多个区域依次在经过物光和参考光共同照射曝光后可形成全息膜上的多个区域，这样形成的全息膜上的多个区域可具有不同的折射率，进而可以实现对入射至全息膜上的图像光的精确调控，可以有效控制多个视点位置处的图像的运动视差。由于三维立体感是依靠双目视差原理产生的，本技术提供的投影系统可以在不同的视角方向投射出不同的图像，进而可保证左右眼看到的是不同的视差图像。
51.根据本技术示例性实施方式，设置相互平行的多束图像光分别沿参考光照射多个区域时的多个光路入射至全息膜，即可沿物光路径再现具有图像信息的目标图像。
52.图6是根据本技术实施方式的投影设备300的结构示意图。投影设备300可包括上述投影系统100和显示模块310。显示模块可用于显示上述全息器件120衍射形成的目标图像。例如，在ar眼镜的应用场景中，显示模块310可以是ar眼镜镜片，用于显示全息器件120衍射形成的目标图像。当使用者戴上ar眼镜时，便可观看到三维运动图像。
53.以上描述仅为本技术的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能
的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。