一种近眼显示光学系统技术方案

一种近眼显示光学系统，涉及增强现实眼镜光学设计技术领域，为解决现有AR眼镜视场角小，出瞳直径小，系统笨重的问题，包括透明显示系统、球面反射镜片、变焦调节系统、镜框和镜腿；人眼前方放置透明显示系统，透明显示系统前方设置球面反射镜片且位于球面反射镜片的焦面距离1cm的范围内，球面反射镜片的部分反射面和透射面的位置可对调；透明显示系统包括靠近人眼一侧的透明显示系统基底层，透明显示系统基底层上沿远离人眼一侧依次设置电致变色层、透明集成电路层、透明发光层以及透明显示系统发光侧保护膜；根据显示图案的远近，实现动态变焦，改善使用效果，解决眩晕，提高广泛性，大视场角，高分辨率，小体积，完善了变焦，近视矫正。

【技术实现步骤摘要】
一种近眼显示光学系统
本专利技术涉及增强现实眼镜光学设计
，具体涉及一种近眼显示光学系统。
技术介绍
增强现实(简称AR)，能够给使用者提供大画面和3D效果，是第三代计算平台和显示终端。具有非常广泛的应用前景。目前，有多种AR技术，包括自由曲面棱镜，离轴折反射结构，波导眼镜等，属于面对称或者轴对称结构，都无法解决大视场角，大出瞳直径与体积之间的矛盾。且现有AR光学显示系统无法实现变焦以及矫正近视等功能。
技术实现思路
本专利技术为解决现有AR眼镜视场角小，出瞳直径小，系统笨重的问题，提供一种近眼显示光学系统。一种近眼显示光学系统，包括透明显示系统、球面反射镜片和变焦调节系统；人眼前方放置透明显示系统，透明显示系统前方设置球面反射镜片，其特征是:所述透明显示系统能够显示图像，并具有透明的性质；所述变焦调节系统能够调节透明显示系统与球面反射镜片之间的距离，实现动态变焦，用以显示不同距离的虚拟物体，或者矫正佩戴者的度数。所述透明显示系统包括靠近人眼一侧的透明显示系统基底层，在所述透明显示系统基底层上沿远离人眼一侧依次设置电致变色层、透明集成电路层、透明发光层以及透明显示系统发光侧保护膜；所述透明发光层由多个微米级透明发光像素单元构成；所述电致变色层由多个毫米级或亚毫米级电致变色像素单元构成；所述透明集成电路层根据所要显示的图像通过电压驱动单个透明发光像素单元扫描发出的光线，同时控制发光的透明发光像素单元背侧的电致变色像素单元变暗来吸收通向人眼的光；所述透明显示系统基底层靠近人眼一侧的弧度根据使用者的度数相应调整。在球面反射镜片表面可以安装动态遮光层，所述动态遮光层由单像素或者像素阵列构成，其中每个像素通过电信号单独控制其透过率，从而实现AR和VR的切换，或者增强虚拟图像的对比度。本专利技术还提出一种近眼显示光学系统，包括线状显示系统、球面反射镜片、透明保护层和变焦系统；其特征是：人眼前方依次为透明保护层，线状显示系统和球面反射镜片；所述线状显示系统中的发光像素单元分布在线状显示系统上；所述线状显示系统运动刷新出画面，通过视觉暂留效应，实现显示功能；所述变焦系统能够通过动态调节线状显示系统与球面反射镜片之间的距离进行变焦。所述透明保护层两侧表面弧度可以根据使用者的度数相应调整。所述线状显示系统为多条，每条线状显示系统上分布有阵列式红绿蓝混合像素单元；多列红绿蓝混合像素单元对齐排布或沿着线状显示系统两端方向逐渐增多像素数排布；或者每条线状显示系统上分别分布红色像素单元、绿色像素单元和蓝色像素单元，独立驱动每种像素单元在空间对应的位置上显示的光强，通过转动的各像素单元在同一显示位置上发出不同颜色的光叠加之后合成所需要的彩色。所述线状显示系统为弧线状显示系统，其制造方法采用下述步骤实现：步骤一、采用小于或等于100微米的硅基板作为线状显示系统的基底；步骤二、在步骤一所述的基底上通过光刻，蒸镀的工艺，制造出控制集成电路后放置多个发光单元形成控制与发光层；步骤三、将步骤二所生产的发光面板切成小于2mm宽度的直线状发光细条；步骤四、将步骤三获得的直线状发光细条放置在所需柱面控制基底上，在两侧施加压力；步骤五、将线状的发光细条紧贴在柱面控制基底上，形成所述线状显示系统。所述线状显示系统可由多段直线子显示单元拼接组成，其制造方法采用下述步骤实现：将多段直线子显示单元进行连接，在相邻的直线子显示单元的连接处填充直线子显示补偿单元，最后拼接成所需的线状显示系统；或将多段直线子显示单元进行连接，直线子显示单元拼接不发光区域相互错位，通过旋转相互补偿实现完整显示。所述线状显示系统通过中心旋转轴与透明保护层连接，中心旋转轴支撑线状显示系统旋转；或者所述线状显示系统通过位于边缘的滑动轴承来支撑旋转；所述球面反射镜片表面亦可安装动态遮光层，所述动态遮光层由单像素或者像素阵列构成，其中每个像素通过电信号单独控制其透过率，从而实现AR和VR的切换，或者增强虚拟图像的对比度。所述球面反射镜片还可以制造成带状旋转球面反射镜片，所述带状旋转球面反射镜片同线状显示系统同步旋转，实现图像的显示。所述线状显示系统采用无线数据接收器接收图像信息；或采用感应线圈和信号发送槽，实现图像信息的无线传输；所述感应线圈放置在信号发送槽中间，与信号发送槽两壁不接触；感应线圈通过电磁感应，接收信号发送槽发出的数据。本专利技术的有益效果：提出了一种近眼显示可变焦的光学系统，根据所显示图案的远近，实现动态变焦，从而改善使用效果，解决眩晕的问题。同时，本专利技术提出的近视或老花矫正方案可以适应不同视力的人群，提高广泛性。本专利技术提出了具体的透明显示屏幕的构造原理，提出的线阵显示系统的不同构造方案和制造方案，能够提升显示的分辨率，制造过程可行性高，能够实现量产。本专利技术所述的光学系统具有球对称结构的AR光学显示系统，能够同时实现大视场角，高分辨率，小体积。完善了变焦，近视矫正。附图说明图1为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统的结构示意图；图2为图1中部分反射面的位置关系示意图；图3为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统中透明显示系统的结构示意图；图4为图3中透明显示系统基底层的形状示意图；图5为图3中透明显示系统基底层的另一种形状示意图；图6为本专利技术所述的另一种近眼显示光学系统的结构示意图；图7为图6中无线传输部分的结构示意图；图8为图6中旋转中心有轴的结构示意图；图9为旋转系统中PCB接收板示意图，其中，图9a为使用分区线圈结构，图9b为使用连续线圈；图10为图6中线状显示系统的结构示意图，其中，图10a为红绿蓝混合像素单元排布示意图，图10b为红绿蓝混合像素单元的分解示意图；图11为红绿蓝三基色像素单元在线状显示系统上排布原理图；其中，图11a为绿蓝三基色像素单元间隔120°设置的示意图，图11b为采用等角度排布的原理图；图12中图12a为两列红绿蓝混合像素单元排布示意图，图12b为四条独立线状显示系统中，每条上分布一列红绿蓝混合像素单元的示意图；图13中图13a和图13b分别为两条和四条红绿蓝混合像素单元的示意图，图13c为像素在整个球面上任意分布的示意图；图14为图6中线状显示系统的一种制作方法流程图；图15为图6中线状显示系统的另一种制作方法原理图；图16为图6中线状显示系统的第三种制作方法原理图；图16a为显示子单元的连接关系示意图；图16b为采用补偿单元的原理图；图16c为距离中心上下补偿的示意图；图17为使用带状反射镜与显示系统同步旋转的示意图；图18为采用动态遮光层的示意图；图19为显示系统以及球面反射镜允许形变的示意图；图中：1、透明显示系统，1-1、透明显示系统发光侧保护膜，1-2、透明显示系统基底层，1-3、透明显示系统延伸端，1-4、透明集成电路层，1-5、电致变色本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近眼显示光学系统，包括透明显示系统(1)、球面反射镜片(2)和变焦调节系统(4)；人眼前方放置透明显示系统(1)，透明显示系统(1)前方设置球面反射镜片(2)，其特征是：/n所述球面反射镜片(2)的部分反射面(2-1)和透射面(2-2)的位置可对调；/n所述透明显示系统(1)能够显示图像，并具有透明的性质；/n所述变焦调节系统(4)能够调节透明显示系统(1)与球面反射镜片(2)之间的距离，实现动态变焦。/n

【技术特征摘要】
20200117 CN 20201005211271.一种近眼显示光学系统，包括透明显示系统(1)、球面反射镜片(2)和变焦调节系统(4)；人眼前方放置透明显示系统(1)，透明显示系统(1)前方设置球面反射镜片(2)，其特征是：
所述球面反射镜片(2)的部分反射面(2-1)和透射面(2-2)的位置可对调；
所述透明显示系统(1)能够显示图像，并具有透明的性质；
所述变焦调节系统(4)能够调节透明显示系统(1)与球面反射镜片(2)之间的距离，实现动态变焦。


2.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：所述透明显示系统(1)包括靠近人眼一侧的透明显示系统基底层(1-2)，在所述透明显示系统基底层(1-2)上沿远离人眼一侧依次设置电致变色层(1-5)、透明集成电路层(1-4)、透明发光层(1-6)以及透明显示系统发光侧保护膜(1-1)；所述透明发光层(1-6)由多个微米级透明发光像素单元(1-6-1)构成；所述电致变色层由多个毫米级或亚毫米级电致变色像素单元(1-5-1)构成；所述透明集成电路层(1-4)根据所要显示的图像通过电压驱动单个透明发光像素单元(1-6-1)扫描发出的光线，同时控制发光的透明发光像素单元(1-6-1)背侧的电致变色像素单元(1-5-1)变暗来吸收通向人眼的光；所述透明显示系统基底层(1-2)靠近人眼一侧的弧度根据使用者的度数相应调整。


3.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：球面反射镜片(2)表面安装动态遮光层(17)，所述动态遮光层(17)由单像素或者像素阵列构成，其中每个像素通过电信号单独控制其透过率。


4.一种近眼显示光学系统，包括线状显示系统(1-7)、球面反射镜片(2)透明保护层(7)和变焦调节系统(4)；其特征是：
人眼前方依次为透明保护层(7)，线状显示系统(1-7)和球面反射镜片(2)；所述球面反射镜片(2)的部分反射面(2-1)和透射面(2-2)的位置可对调；
所述线状显示系统(1-7)中的发光像素单元分布在线状显示系统(1-7)上；
所述线状显示系统(1-7)运动刷新出画面，通过视觉暂留效应，实现显示功能；
所述变焦调节系统(4)能够通过动态调节线状显示系统(1-7)与球面反射镜片(2)之间的距离进行变焦；
所述透明保护层(7)两侧表面弧度根据使用者的度数相应调整。


5.根据权利要求4所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：所述线状显示系统(1-7)为多条，每条线状显示系统(1-7)上分布有阵列式红绿蓝混合像素单元(1-7-1)；
多列红绿蓝混合像素单元(1-7-1)对齐排布或沿着线状显示系统(1-7)两端方向逐渐增多像素数排布；
或者每条线状显...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建明，范群文，
申请(专利权)人：光感上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31