CN105700148B - 一种光学装置和可穿戴装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装置和可穿戴装置，属于显示技术领域，其可解决现有的可穿戴设备显示效果不佳或重量和制备成本增加的问题。本发明的光学装置，包括第一成像单元、第二成像单元和一个发光单元；所述发光单元，用于向所述第一成像单元发出第一光线，向所述第二成像单元发出第二光线；所述第一成像单元，用于将所述第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；所述第二成像单元，用于将所述第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像。

Description

一种光学装置和可穿戴装置

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光学装置和可穿戴装置。

背景技术

随着科技的高速发展，智能可穿戴装置为用户带来身临其境的视觉体验，通过智能可穿戴装置将实物和通过光学系统形成的虚像相结合，在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，受到市场的广泛欢迎。

现有技术中至少存在如下问题：智能可穿戴装置通常包括单目显示系统或双目显示系统，其中，单目显示系统是指用户仅能通过一个光学装置看到成像，通常来说，该光学装置位于用户的一只眼睛的前方，因此，显示效果并不理想；双目显示系统是指用户通过两个光学装置看到成像，通常来说，这两个光学装置分别位于用户的两只眼睛的前方，相较于单目显示系统，双目显示系统虽然具有更好的显示效果，但由于具有两个光学装置，使得可穿戴装置的重量增加，而且也使得可穿戴装置的制备成本有所提高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种具有更好的显示效果且不增加重量和制备成本的光学装置和可穿戴装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光学装置，包括第一成像单元、第二成像单元和一个发光单元；

所述发光单元，用于向所述第一成像单元发出第一光线，向所述第二成像单元发出第二光线；

所述第一成像单元，用于将所述第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；所述第二成像单元，用于将所述第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像。

其中，所述发光单元包括光源和分束镜；

所述光源用于发出光线；

所述分束镜用于将所述光源发出的光线分成所述第一光线和所述第二光线。

其中，所述第一成像单元和所述第二成像单元均包括：透镜、第一导光板、第二导光板以及位于所述第一导光板和所述第二导光板之间的反射镜；

所述第一光线和所述第二光线分别依次经过所述透镜、所述第二导光板、所述第一导光板和所述反射镜进入人眼；

所述透镜用于使所述第一光线和所述第二光线通过；所述第一导光板和所述第二导光板用于使所述第一光线和所述第二光线在所述第一导光板和所述第二导光板之间进行至少一次全反射；所述反射镜用于将在所述第一导光板和所述第二导光板之间反射的光线射入人眼。

其中，所述反射镜与所述第一导光板之间的角度小于90度。

其中，所述第一成像单元的透镜与所述发光单元之间的距离和所述第二成像单元的透镜与所述发光单元之间的距离相同。

其中，所述透镜为凸透镜。

作为另一技术手段，本发明还提供一种可穿戴装置，包括：上述任意一项所述的光学装置。

其中，所述可穿戴装置，还包括：连接件和两个框架；两个所述框架通过所述连接件连接；

所述第一成像单元和所述第二成像单元分别设置于两个所述框架内，所述发光单元设置于所述连接件中。

其中，所述可穿戴装置为眼镜或头盔。

本发明的光学装置和可穿戴装置中，该光学装置包括第一成像单元、第二成像单元和一个发光单元，发光单元，用于向第一成像单元发出第一光线，向第二成像单元发出第二光线；第一成像单元，用于将第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像，第二成像单元，用于将第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像，通过一个发光单元和两个成像单元，能够在实现双目显示的同时，减少可穿戴装置中光学装置的数量，既降低了可穿戴装置的制备成本，又减轻了可穿戴设备的重量。

附图说明

图1为本发明的实施例1的光学装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例2的可穿戴装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例2的可穿戴装置的眼镜的结构示意图；

其中，附图标记为：100、光学装置；1、第一成像单元；2、第二成像单元；11、透镜；12、第一导光板；13、第二导光板；14、反射镜；3、发光单元；31、光源；32、分束镜；200、连接件；300、框架；400、支架。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

请参照图1，本实施例提供一种光学装置100，包括第一成像单元1、第二成像单元2和发光单元3；发光单元3用于向第一成像单元1发出第一光线，向第二成像单元2发出第二光线；第一成像单元1用于将第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；第二成像单元2用于将第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像。本实施例中的第一光线和第二光线可以理解为第一束光线、第二束光线。

也就是说，发光单元3向第一成像单元1发出第一光线，第一成像单元1将第一光线反射至人眼，使人眼在空气中看到虚像，同理，发光单元3向第二成像单元2发出第二光线，第二成像单元2将第二光线反射至人眼，使人眼在空气中看到虚像。一般来说，第一成像单元1形成的虚像与第二成像单元2形成的虚像是相同的，但是有一定的角度偏差，最终，人眼看到的是一个立体画面。

其中，发光单元3包括光源31和分束镜32；光源31用于发出光线；分束镜32用于将光源31发出的光线分成第一光线和第二光线。

如图1所示，光源31发出的光线通过分束镜32后，生成两部分光线，即朝向第一成像单元1的第一光线和朝向第二成像单元2的第二光线。之所以如此设置，是由于第一成像单元1和第二成像单元2共用一个光源31，由于在空气中，光是沿直线传播的，因此，必须通过分束镜32将光源31发出的光线分成两部分，以分别射入第一成像单元1和第二成像单元2并形成虚像。需要说明的是，这里所说的光源31，主要指具有能够将图像通过光的形式发出的显示屏幕或投影系统等。当然，本实施例并不局限于使用分束镜32进行分光，还可以使用其他的分光装置，在此不再赘述。

其中，第一成像单元1和第二成像单元2均包括：透镜11、第一导光板12、第二导光板13以及位于第一导光板12和第二导光板13之间的反射镜14；第一光线和第二光线分别依次经过透镜11、第二导光板13、第一导光板12和反射镜14进入人眼；透镜11用于使第一光线和第二光线通过；第一导光板12和第二导光板13用于使第一光线和第二光线在第一导光板12和第二导光板13之间进行至少一次全反射；反射镜14用于将在第一导光板12和第二导光板13之间反射的光线射入人眼。

也就是说，通过分束镜32生成的第一光线在射入第一成像单元1时，依次经过透镜11、第二导光板13、第一导光板12和反射镜14，最终进入人眼，当然，不同角度的第一光线的反射路线不同，其可能在经过透镜11后，只在第二导光板13发生一次全反射就直接射向反射镜14，而不在第一导光板12上发生全反射，因此，第一光线由于入射角度不同，在第一导光板12和第二导光板13之间至少会发生一次全反射，但最终都会通过反射镜14反射进入人眼，以使人眼在空气中看到虚像；第二光线的路径与第一光线相似，在此不再赘述。其中，反射镜14与第一导光板12之间的角度小于90度。

之所以如此设置，是为了使在第一导光板12或第二导光板13发生了全反射的光线通过反射镜14的反射作用射入人眼，以使人眼看到虚像。当然，反射镜14与第一导光板12之间的角度可以根据实际情况进行调节，只要能使光线通过反射镜14的反射作用射入人眼即可，在此不再赘述。

其中，第一成像单元1的透镜11与发光单元3之间的距离和第二成像单元2的透镜11与发光单元2之间的距离相同。

从图1中可以看出，发光单元3相较于第一成像单元1和第二成像单元2更靠近人眼，同时，发光单元3实际上是位于第一成像单元1和第二成像单元2之间的中心线上，因此，第一成像单元1与发光单元3之间的距离和第二成像单元2与发光单元3之间的距离是相等的，从而使发光单元3发出的光线到达第一成像单元1和第二成像单元2的时间相同，进而使第一成像单元1和第二成像单元2形成虚像的时间相同。其中，透镜11为凸透镜。

之所以如此设置，是由于凸透镜可以将分束镜32分散的朝向不同方向的光线汇聚成多条平行的光线，即形成第一光线和第二光线。当然，透镜11的类型并不局限于凸透镜，还可以是其他类型的具有聚光作用的透镜，在此不再赘述。

本实施例的光学装置100，包括第一成像单元1、第二成像单元2和一个发光单元3；发光单元3用于向第一成像单元1发出第一光线，向第二成像单元2发出第二光线；第一成像单元1用于将第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；第二成像单元2用于将第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像，通过一个发光单元和两个成像单元，能够在实现双目显示的同时，减少可穿戴装置中光学装置的数量，既降低了可穿戴装置的制备成本，又减轻了可穿戴设备的重量。

实施例2：

本实施例提供一种可穿戴装置，包括：实施例1的光学装置100。

请参照图2，其中，可穿戴装置还包括：连接件200和两个框架300；两个框架300通过连接件200连接；第一成像单元1和第二成像单元2分别设置于两个框架300内，发光单元3设置于连接件200中。

需要说明的是，连接件200和两个框架300之间应分别设置通路，以使发光单元3发出的光线通过该通路分别进入第一成像单元1和第二成像单元2。

其中，可穿戴装置为眼镜或头盔。

请参照图3，以可穿戴装置为眼镜为例，第一成像单元1和第二成像单元2分别位于眼镜框(框架300)内，第一成像单元1和第二成像单元2可直接作为眼镜的镜片，发光单元3位于架设于用户鼻梁上的连接件200内，当然，还包括用于将眼镜架设于用户耳朵上的支架400，即眼镜腿。当然，本实施例的可穿戴装置的类型并不局限于此，还可以为其它类型，只要包括实施例1的光学装置即可，在此不再赘述。

本实施例的可穿戴装置，包括实施例1的光学装置100，该光学装置100，包括第一成像单元1、第二成像单元2和一个发光单元3；发光单元3用于向第一成像单元1发出第一光线，向第二成像单元2发出第二光线；第一成像单元1用于将第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；第二成像单元2用于将第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像，通过一个发光单元和两个成像单元，能够在实现双目显示的同时，减少可穿戴装置中光学装置的数量，既降低了可穿戴装置的制备成本，又减轻了可穿戴设备的重量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光学装置，其特征在于，包括第一成像单元、第二成像单元和发光单元；

所述发光单元，用于向所述第一成像单元发出第一光线，并向所述第二成像单元发出第二光线；

所述第一成像单元，用于将所述第一光线反射至人眼，以使人眼看到虚像；所述第二成像单元，用于将所述第二光线发射至人眼，以使人眼看到虚像；

所述第一成像单元和所述第二成像单元均包括：透镜、第一导光板、第二导光板以及位于所述第一导光板和所述第二导光板之间的反射镜；

所述第一光线和所述第二光线分别依次经过所述透镜、所述第二导光板、所述第一导光板和所述反射镜进入人眼；所述透镜为凸透镜；

所述透镜用于将所述第一光线和所述第二光线汇聚，以形成相互平行的第一光线和相互平行的第二光线；所述第一导光板和所述第二导光板用于使所述第一光线和所述第二光线在所述第一导光板和所述第二导光板之间进行至少一次全反射；所述反射镜用于将在所述第一导光板和所述第二导光板之间反射的光线射入人眼。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述发光单元包括光源和分束镜；

所述光源用于发出光线；

所述分束镜用于将所述光源发出的光线分成所述第一光线和所述第二光线。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述反射镜与所述第一导光板之间的角度小于90度。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一成像单元的透镜与所述发光单元之间的距离和所述第二成像单元的透镜与所述发光单元之间的距离相同。

5.一种可穿戴装置，其特征在于，包括：权利要求1-4任意一项所述的光学装置。

6.根据权利要求5所述的可穿戴装置，其特征在于，还包括：连接件和两个框架；两个所述框架通过所述连接件连接；

所述第一成像单元和所述第二成像单元分别设置于两个所述框架内，所述发光单元设置于所述连接件中。

7.根据权利要求5或6所述的可穿戴装置，其特征在于，所述可穿戴装置为眼镜或头盔。