一种光学系统及增强现实眼镜技术方案

本发明专利技术提供了一种光学系统，包括透镜组、分光镜以及曲面镜，图像源的图像光依次经过透镜组、分光镜、曲面镜，经曲面镜反射后再次经过分光镜，到达人眼，环境光经过曲面镜、分光镜到达人眼；曲面镜的内表面和外表面相配合调整光焦度；相应的，透镜组的透镜与曲面镜相配合调整光焦度；分光镜的上表面和曲面镜的内表面镀有预定透反比的反射膜。本发明专利技术还提供了一种增强现实眼镜，采用本发明专利技术所述的光学系统和增强现实眼镜，不需单独佩戴视度眼镜，同时扩大了人眼的观察视野。

An optical system and augmented reality glasses

The invention provides an optical system, including a lens group, a spectroscope and a curved surface mirror. The image light of the image source passes through the lens group, a spectroscope and a curved surface mirror in turn, passes through the spectroscope again after being reflected by the curved surface mirror, and reaches the human eye, and the environment light passes through the curved surface mirror and the spectroscope; the inner surface and the outer surface of the curved surface mirror coordinate to adjust the optical power; correspondingly, the inner surface and the outer surface of the lens group The upper surface of the spectroscope and the inner surface of the curved mirror are coated with a reflective film with a predetermined transmittance. The invention also provides an augmented reality glasses, which adopts the optical system and the augmented reality glasses of the invention, does not need to wear the visibility glasses alone, and at the same time expands the observation field of the human eye.

【技术实现步骤摘要】
一种光学系统及增强现实眼镜
本专利技术属于增强现实领域，特别是指一种光学系统及应用该光学系统的增强现实眼镜。
技术介绍
在增强现实(augmentedreality，AR)的概念提出以来，基于AR模式的近眼显示装置取得了长足的发展。近眼显示装置的光路结构有波导、自由曲面等。其中BirdBath(BB)结构也是一种常见的光路实现方式。传统的BB光路结构如图1及图2所示，其中，1为近视或远视人群佩戴的视度镜片，2为图像源，图像光依次经过透镜组3，分光镜4，曲面镜5，然后再次通过分光镜4到达人眼。由图1可以看出，BB结构的光路出瞳距离较短，对于佩戴视度镜片的使用者，会影响其佩戴的舒适性。另外，从图1至图2可以看到，采用这种光路结构时，下方的光线会通过分光镜4传递到人眼，这部分信息容易对使用者造成干扰。为了避免这一现象，采取的方式是在下方设置可以遮挡光线的遮挡板6，但是，使用遮挡板结构造成观察范围如图3中的7所示，对使用者的观察视野会比较小。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种适应人眼视度的光学系统和增强现实眼镜。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种光学系统，包括透镜组、分光镜以及曲面镜，图像源的图像光依次经过透镜组、分光镜、曲面镜，经曲面镜反射后再次经过分光镜，到达人眼，环境光经过曲面镜、分光镜到达人眼；曲面镜的内表面和外表面相配合调整光焦度；相应的，透镜组的透镜与曲面镜相配合调整光焦度；分光镜的上表面和曲面镜的内表面镀有预定透反比的反射膜；曲面镜向下延展以贴近使用者面部，且在视轴方向上，不超过分光镜的左侧外缘。进一步的，所述光学系统进一步包括曲率可调的柱面镜，所述柱面镜位于图像源和透镜组之间。进一步的，所述柱面镜满足如下关系式：F＝n-1/r，其中，F为柱面镜的屈光力，n为柱面镜的折射率，r为其曲率半径。进一步的，曲面镜内表面焦距范围为：10mm～100mm。进一步的，曲面镜的倾斜角为-20～20度；分光镜的倾斜角为30～60度。进一步的，所述透镜组包含至少一片透镜。进一步的，所述曲面镜在视轴方向上，不超过分光镜的左侧外缘。进一步的，所述光学系统满足关系式：D1＝2*f’*tan(F1/2)其中，D1为图像源的对角线长度，f’为透镜组和曲面镜的组合焦距，F1为人眼可以看到的视场范围。本专利技术还提供了一种增强现实眼镜，包括光学系统、微显示器、显示部件以及支撑光学系统的眼镜架，所述微显示器为OLED、LCOS、LCD或者高亮OLED，安装与眼镜架的镜框之上；眼镜架的镜框用于支撑镜片，所述镜片和光学系统共用；显示控制部件内置于眼镜架的镜腿；向微显示器发送要显示的图像；光学系统的其他部分位于镜片的上方内侧，接收微显示器发送的图像光。进一步的，所述显示控制部件包括存储部、控制部以及传感器；其中，存储部用于存储光学系统要显示的图像内容；控制部，用于将存储部中的内容传递给微显示器；根据传感器发送的检测信息控制微显示器图像的显示；传感器，用于检测外部信息，传递给控制部。采用本专利技术所述的光学系统，以及使用该光学系统的增强现实眼镜，通过光学系统自身的透镜和曲面镜的光焦度调整，适应不同视度的用户使用，使有视度问题的用户在不需单独佩戴视度镜片的情况下，也能清晰的看到增强显示图像；同时，通过增加柱面镜可以进一步适用具有散光问题的用户，使其看到显示的画面更舒适。进一步的，本专利技术中的光学系统的曲面镜可向下延展，有效遮挡下部的光线，减少对人眼的干扰，并扩大了观察视野。附图说明图1～图3为现有技术中BB结构的光路示意图；图4为本专利技术第一实施例的光路结构示意图；图5为本专利技术实施例的观察视野示意图；图6为本专利技术第二实施例的光路结构示意图；图7为本专利技术实施例中增强现实眼镜示意图。具体实施方式下面通过具体实施例与附图来对本专利技术进行详细说明。第一实施例一种光学系统，如图4所示的，包括透镜组41、分光镜42以及曲面镜43，图像源44的发出的光依次经过透镜组41、分光镜42、曲面镜43，然后再次经过分光镜42到达人眼，在人眼中成像，同时，环境光经过曲面镜43、分光镜42到达人眼。使人眼可以同时看到图像源图像和环境图像，达到增强现实显示的目的。其中，透镜组包含至少一片透镜，在本专利技术实施例中为透镜41，对图像源的光路进行放大，所述透镜41的面型不做限制，可以为球面、非球面或自由曲面等。透镜组中的透镜和曲面镜43的曲率相互配合形成一定的光焦度，以使不同视度的用户可以清晰的观看来自图像源44的虚拟图像显示效果。分光镜42靠近图像源44的一侧为上表面，其上表面镀有预定透反比的分光膜，以调整人眼看到的画面亮度，达到比较舒适的程度。分光镜42相对于人眼视轴x成预定的倾斜角，倾斜角不同，分光镜42反射、透射的光线也不同，虚拟图像的亮度也随之调整。所述倾斜角为30～60度；优选的，倾斜角为45度时，人眼看到的图像会有比较好的效果。曲面镜43靠近分光镜42的一侧为内表面431，靠近环境侧的一面为外表面432，内表面431与外表面432配合形成一定的光焦度，以适应人眼的不同视度，使使用者可以观察到清晰的环境图像。曲面镜43的面型、材料不做限制，优选的为球面、非球面或者自由曲面。曲面镜43的形状可以根据需要设定，鉴于本专利技术方案的轻薄设计，曲面镜43可以形成普通眼镜的外观。曲面镜43的内表面镀有预定透反比的分光膜，以调整人眼看到的画面亮度，达到比较舒适的程度。曲面镜43与垂直于视轴x的方向形成预定的倾斜角，用以调整人眼看到的图像亮度。所述倾斜角范围为-20～20度，优选的，倾斜角为0度时，人眼看到的图像会有比较好的效果。进一步的，曲面镜43内表面的焦距范围为10mm～100mm，可适用视度在-20D～20D范围内的用户使用。作为用于近眼显示设备的光学系统，考虑到重量、轻小型等因素，图像源采用OLED、LCOS、LCD、DLP等，优选的，使用发光亮度高的OLED、DLP会有更好的显示效果。本专利技术实施例的光学系统，可通过如下公式来描述：D1＝2*f’*tan(F1/2)其中，D1为图像源44的对角线长度，f’为透镜41和曲面镜43的组合焦距，F1为人眼可以看到的虚拟图像的视场角度范围。根据本专利技术第一实施例，各光学表面参数如表1、表2所示，其中，透镜411为透镜靠近图像源的一面，透镜412位透镜远离图像源的一面：表1：表2：序号形状曲率半径(mm)厚度(mm)属性Y偏心Alpha倾斜瞳孔球面无限22折射02543球面-502反射42球面无限15反射042412球面1119.72折射10.30588-5411球面-1119.74.5折射44球面无限0折射1.654213-6.77699431球面-501反射432球面-50无限-如图4及表1所示，为本专利技术实施例针对视度为0.3D的结构及参数示例。表1中曲面镜43内表面为球面，曲率半径为-55mm，分光镜42为平面，厚度为15mm，透镜41的上表面和下表面为球面，曲率半径为53.1mm，其可适用视度为0.3D的用户。表2中，曲面镜43内表面为球面，曲率半径为-50mm，分光镜42为平面，厚度为15mm，透镜41的上表面和下表面均为球面，曲率半径约1119mm，其可适用于视度为0D的用户。在本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其特征在于，包括透镜组、分光镜以及曲面镜，图像源的图像光依次经过透镜组、分光镜、曲面镜，经曲面镜反射后再次经过分光镜，到达人眼，环境光经过曲面镜、分光镜到达人眼；曲面镜的内表面和外表面相配合调整光焦度；相应的，透镜组的透镜与曲面镜相配合调整光焦度；分光镜的上表面和曲面镜的内表面镀有预定透反比的反射膜；所述曲面镜向下延展以贴近使用者面部，且在视轴方向上，不超过分光镜的左侧外缘。

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括透镜组、分光镜以及曲面镜，图像源的图像光依次经过透镜组、分光镜、曲面镜，经曲面镜反射后再次经过分光镜，到达人眼，环境光经过曲面镜、分光镜到达人眼；曲面镜的内表面和外表面相配合调整光焦度；相应的，透镜组的透镜与曲面镜相配合调整光焦度；分光镜的上表面和曲面镜的内表面镀有预定透反比的反射膜；所述曲面镜向下延展以贴近使用者面部，且在视轴方向上，不超过分光镜的左侧外缘。2.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统进一步包括曲率可调的柱面镜，所述柱面镜位于图像源和透镜组之间。3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述柱面镜满足如下关系式：F＝n-1/r，其中，F为柱面镜的屈光力，n为柱面镜的折射率，r为柱面镜的曲率半径。4.根据权利要求1或3所述的光学系统，其特征在于，曲面镜内表面焦距范围为：10mm～100mm。5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，曲面镜的倾斜角为-20～20度。6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述透镜组包含至少一片透镜。7.根据权利要求6所述的光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德文，陈海龙，王其为，
申请(专利权)人：苏州耐德佳天成光电科技有限公司，北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32