【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于增强现实显示的光学镜片组、使用其的虚像显示成像装置以及近眼显示器，上述增强现实显示用光学镜片组具有与普通矫正镜片极其类似的外观和尺寸，并具备良好的光学性能以实现增强现实显示的要求，可以通过实施特定的固定使其在佩戴时与普通眼镜正面外观无异。
技术介绍
1、增强现实(augmented reality，ar)的概念提出以来，基于ar模式的近眼图像显示装置发展成多个方向和产品实现路线，从光学透射性来区分，实现ar的模式为光学透射式(optical-see through)和视频透射式(video-see through)，光学透射式ar必然依赖于一个具体的近眼显示光学方案实现。
2、要想兼顾结构紧凑和透视显示，通常需虚拟图像的光线在光学元件内部以全反射的形式传播，并在近眼处与环境透视光路实现融合。因为近眼显示需要佩戴在人头部，所以其轻小型和良好的显示效果就显得尤为重要。近眼显示装置中光学系统的设计，直接影响头戴式设备的体积和重量。现有技术中，存在使用自由曲面棱镜实现微显示器图像放大的近眼光学系统，为了满足近眼显示时大出瞳直径、大出瞳距离的使用需求，至少大于14mm，因此，大多数现有的自由曲面棱镜方案都较难实现接近普通眼镜外观特征的形态。基于同轴光路的birdbath方案也具有类似的缺陷。
3、受制于显示图像源尺寸、亮度、色彩方面的性能表现，光学透射式的ar近眼显示一直追求达成显示效果和装置尺寸的平衡，具有弧度的光学系统的整体厚度较厚，在外观形态上难以模拟于普通近视矫正性眼镜产品而导致使用者
技术实现思路
1、本专利技术提供一种相对薄而稳定性的、具有曲面的增强现实显示的光学镜片组，附加微型显示元件形成虚像成像装置，进而作为近眼显示器，以光学透射式实现增强现实的近眼显示。
2、根据本专利技术的一种增强现实显示的光学镜片组，由主镜片(10)以及至少相邻于所述主镜片至少一个面的辅镜片(20)，其中，主镜片包括用于承接图像光的第一光学表面，所述图像光经第一光学表面进入主镜片后在主镜片内至少发生一次全反射和一次依赖透反分光比的反射后透射出主镜片到达出瞳位置，主镜片的朝向出瞳位置的光学表面顶点位置处的法线相对出瞳平面法线的倾斜角θ满足0°<θ<10°，且仅由主镜片决定所述镜片组接收到的图像光在出瞳位置对于人眼的视场角；辅镜片被设置为至少与主镜片的远离第一光学表面的光学表面相邻，所述辅镜片的朝向环境侧的表面从主镜片的远离第一光学表面的表面延伸以呈与主镜片的第二光学表面接续状态，或从主镜片的远离第一光学表面的表面向主镜片的第二光学表面方向延伸以达成部分的覆盖第二光学表面状态。
3、主镜片包括至少四个有效光学表面，分别为第一光学表面、第二光学表面、第三光学表面和第四光学表面，其中第一光学表面用于承接图像光进入主镜片内向第二光学表面的方向传播，在第二光学表面上发生第一次光线反射朝向第三光学表面方向传播，到达第三光学表面后被全反射而后朝向第四光学表面方向传播，到达第四光学表面后发生第二次反射而返回向第三光学表面传播，最终图像光透过第三光学表面出射到达该主镜片的出瞳位置。
4、主镜片的第二光学表面与第三光学表面被设置于不同侧；第四光学表面为远离第一光学表面的光学表面并被用于连接第二与第三光学表面，所述主镜片的各光学表面被构造为满足图像光第一次到达第三光学表面时满足全反射条件。
5、优选的，主镜片的第二和/或第四光学表面为自由曲面面型，所述第三光学表面选自球面或非球面。
6、在一种实施方式中，主镜片被构造为满足图像光到达第二光学表面时被第二光学表面的反射为全反射，所述辅镜片被构造为包括从第二光学表面与第四光学表面连接位置附近向第二光学表面方向延伸直到部分的覆盖第二光学表面，辅镜片与第二光学表面之间存在空气间隙，从而使此时的辅镜片最上端至辅镜片的最底端直线距离长度超过25cm，仅由辅镜片的最上端至最底端边缘决定通过所述镜片组接收到的环境光在出瞳位置对于人眼的视场角。
7、本专利技术还包括一种使用了上述用于增强现实近眼显示的光学镜片组的虚像成像装置，进一步包括微型显示器件作为图像源，所述微型显示器件通过边框被固定在第一光学表面附近。
8、上述被边框固定后的所述光学镜片组在沿出瞳中心的视轴上整体厚度小于12mm，达成的视场角不小于36°。
9、优选的，使所述虚像成像装置的朝向出瞳的光学表面与远离出瞳而朝向环境侧的光学表面具有相同的面型或呈达成既定视度的面型差异。
10、根据本专利技术的虚拟成像装置构造的近眼显示器呈眼镜状，包括被置于眼镜本体中镜片位置的虚像成像装置，以及被置于眼镜腿中的主电路板和电池。
11、由于本专利技术镜片组可以达成相对轻薄性和弧面的外观，可以实现普通视力矫正功能，有利于构成为一种模拟眼镜状的近眼显示器外观，并具有高度客制化的可行性，使图像融合更加准确，佩戴更加时尚和友好，眼镜腿中的电路板和电池为图像源提供必要的控制和动力。
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1.一种用于增强现实近眼显示的光学镜片组，由主镜片(10)以及至少相邻于所述主镜片至少一个面的辅镜片(20)，其中，
2.如权利要求1所述的光学镜片组，所述主镜片包括至少四个有效光学表面，分别为第一光学表面(101)、第二光学表面(102)、第三光学表面(103)和第四光学表面(104)，其中第一光学表面用于承接图像光进入主镜片内向第二光学表面(102)的方向传播，在第二光学表面(102)上发生第一次光线反射朝向第三光学表面(103)方向传播，到达第三光学表面(103)后被全反射而后朝向第四光学表面(104)方向传播，到达第四光学表面后发生第二次反射而返回向第三光学表面传播，最终图像光透过第三光学表面出射到达该主镜片的出瞳位置。
3.如权利要求2所述的光学镜片组，所述主镜片的第二光学表面与第三光学表面被设置于不同侧；
4.如权利要求3所述的光学镜片组，所述主镜片的第二和/或第四光学表面为自由曲面面型，所述第三光学表面选自球面或非球面。
5.如权利要求1-4任一所述的光学镜片组，所述主镜片(10)和辅镜片(20)的材料选自光学玻璃材料
6.如权利要求2或3所述的光学镜片组，所述主镜片被构造为满足图像光到达第二光学表面时被第二光学表面的反射为全反射，所述辅镜片被构造为包括从第二光学表面与第四光学表面连接位置附近向第二光学表面方向延伸直到部分的覆盖第二光学表面，辅镜片与第二光学表面之间存在空气间隙，从而使此时的辅镜片最上端至辅镜片的最底端直线距离长度超过25cm，仅由辅镜片的最上端至最底端边缘决定通过所述镜片组接收到的环境光在出瞳位置对于人眼的视场角。
7.如权利要求6所述的光学镜片组，所述空气间隙通过将主镜片的第二光学表面和辅镜片上与之相邻的表面构造不连续的延伸表面以形成台阶而实现。
8.一种使用了如权利要求1-7所述用于增强现实近眼显示的光学镜片组的虚像成像装置，其特征在于，还包括微型显示器件作为图像源，所述微型显示器件通过边框被固定在第一光学表面附近。
9.如权利要求8所述的虚像成像装置，所述微型显示器件选自微型OLED，微型Micro-LED，LCoS，微型LCD或者DLP型。
10.如权利要求9所述的虚像成像装置，上述被边框固定后的所述光学镜片组在沿出瞳中心的视轴上整体厚度小于12mm，达成的视场角不小于36°。
11.如权利要求10所述的虚像成像装置，所述虚像成像装置的朝向出瞳的光学表面与远离出瞳而朝向环境侧的光学表面具有相同的面型或呈达成既定视度的面型差异。
12.一种近眼显示器，所述近眼显示器呈眼镜状，包括被置于眼镜本体中镜片位置的如权利要求9-11所述的虚像成像装置，以及被置于眼镜腿中的主电路板和电池。
...【技术特征摘要】
1.一种用于增强现实近眼显示的光学镜片组，由主镜片(10)以及至少相邻于所述主镜片至少一个面的辅镜片(20)，其中，
2.如权利要求1所述的光学镜片组，所述主镜片包括至少四个有效光学表面，分别为第一光学表面(101)、第二光学表面(102)、第三光学表面(103)和第四光学表面(104)，其中第一光学表面用于承接图像光进入主镜片内向第二光学表面(102)的方向传播，在第二光学表面(102)上发生第一次光线反射朝向第三光学表面(103)方向传播，到达第三光学表面(103)后被全反射而后朝向第四光学表面(104)方向传播，到达第四光学表面后发生第二次反射而返回向第三光学表面传播，最终图像光透过第三光学表面出射到达该主镜片的出瞳位置。
3.如权利要求2所述的光学镜片组，所述主镜片的第二光学表面与第三光学表面被设置于不同侧；
4.如权利要求3所述的光学镜片组，所述主镜片的第二和/或第四光学表面为自由曲面面型，所述第三光学表面选自球面或非球面。
5.如权利要求1-4任一所述的光学镜片组，所述主镜片(10)和辅镜片(20)的材料选自光学玻璃材料、光学树脂材料或其他光学材料任一，主镜片和辅镜片用相同的光学材料制成。
6.如权利要求2或3所述的光学镜片组，所述主镜片被构造为满足图像光到达第二光学表面时被第二光学表面的反射为全反射，所述辅镜片被构造为包括从第二光学表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚成，王其为，王赫，李丹阳，李阳，
申请(专利权)人：北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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