CN106019528A - 一种轻量、广视场的成像结构设计 - Google Patents

一种轻量、广视场的成像结构设计 Download PDF

Info

Publication number
CN106019528A
CN106019528A CN201610681125.4A CN201610681125A CN106019528A CN 106019528 A CN106019528 A CN 106019528A CN 201610681125 A CN201610681125 A CN 201610681125A CN 106019528 A CN106019528 A CN 106019528A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
supporting layer
imaging arrangement
design
support layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610681125.4A
Other languages
English (en)
Inventor
孙川
张希娟
张文君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Li Paiguang Crystal Technique Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Li Paiguang Crystal Technique Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Li Paiguang Crystal Technique Co Ltd filed Critical Shanghai Li Paiguang Crystal Technique Co Ltd
Priority to CN201610681125.4A priority Critical patent/CN106019528A/zh
Publication of CN106019528A publication Critical patent/CN106019528A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/1805—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G02B5/06—Fluid-filled or evacuated prisms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种轻量、广视场的成像结构设计，属于光学结构设计领域。使用2个或3个镀膜的透明支撑层构架一个空心的楔形棱镜，拥有自由曲面棱镜广视场的优点，具有更小的成像色差，克服了自由曲面棱镜重量大的缺点，对实现智能穿戴设备的轻量化、推进现实增强的普及有重要的现实意义。

Description

一种轻量、广视场的成像结构设计
技术领域
本发明涉及一种轻量、广视场的成像结构设计，属于光学结构设计领域。
背景技术
正常人的双眼视场约120°，更贴近人眼视场的智能穿戴设备能带来更好的体验。一般的智能眼镜视场只有14°到40°，而自由曲面棱镜（Free-Form Prism）成像系统的视场可达53.5°。然而，这种成像元件由两个实体棱镜组成，极大增加了智能眼镜的重量，影响了舒适度。对佩戴重量要求严格的行业（如飞行员）来说，更是一个必须要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种轻量、广视场的成像设计构想，旨在给智能穿戴设备提供一种广视场，轻重量、低色差的成像设计方案。
为实现上述目的，本发明实施方案如下：
一种轻量、广视场的成像设计，参考日本学者Okuyama与 Yamazakic提出的具有广视场的自由曲面棱镜，使用3个表面为自由曲面的透明支撑层组成楔形空心棱镜，如图1（a），或者使用2个表面为自由曲面的透明支撑层组成无顶楔形空心棱镜，如图1（b）。
所述结构的支撑层中，11、12为主支撑层，是厚度均匀或接近均匀的透明薄层，表面是自由曲面，13是厚度均匀或不均匀的副支撑层，可根据情况加入或去掉。
所述结构的主支撑层内表面或外表面镀膜。
所述结构的主支撑层11表面镀选择性反射膜，光束入射角大于某个临界角度时反射，小于临界角度时透射。
所述结构的主支撑层12表面镀半反半透膜，光线入射时，部分光束反射，部分光束透射，反射光与透射光的比例可根据实际要求进行选择。
由于本发明只有透明支撑层组成，没有实体棱镜，元件组的质量会大大减小；支撑层的自由曲面与相对位置经过特殊设计，有着与自由曲面棱镜相近的光学效果，具有较广的视场；因为支撑层极薄，材料色散效应引起的成像色差相较自由曲面棱镜会有较大的改善；又因为本发明结构简单，只有2、3个透明支撑层，在加工与安装时拥有更多的可选方案。
附图说明
图1为轻量、广视场元件的结构示意图，其中（a）为楔形空心棱镜，（b）为楔形无顶空心棱镜；
图2为轻量、广视场元件的成像光路示意图；
附图标记说明：
1、楔形空心棱镜；2、楔形无顶空心棱镜；3、LCD显示屏；4、外界光线；5、人眼；6、LCD发出的光线；11、镀有选择性反射膜的主支撑层；12、镀有半反半透膜的主支撑层；13、副支撑层。
具体实施方式
下面以LCD为光源，结合光路图2，对本发明的结构和原理做进一步地详细说明。
使用楔形空心棱镜结构，以主支撑层11、12内表面镀膜为例。LCD发出的光经过13后入射到11内侧，11表面经过特殊设计，使得经过13的光线在11的入射角大于等于临界角度，光线会发生反射，打到12内侧。12表面设计基于凹球面，为了减小像差做成了自由曲面的形式。入射到12内侧的光线经过半反半透膜后，部分透射，部分被再次反射到11内侧。11、12的特殊表面与位置设计使得第二次入射11的光线入射角小于临界角度，光线穿透11，射入人眼。
外界的光线4经过12时，由于半反半透膜的作用，部分光线反射，部分光线会透过12打到11内侧，此时光线的入射角小于11内侧的选择性反射膜的临界角，光线透过11，射入人眼。同时， 11和12 外侧可以通过镀增透膜的方式减小鬼像的产生。
LCD发出的携带数字信息的光线6经过此结构后会有部分在人眼的视网膜上成像；外界的现实光线4射入成像结构也有部分在人眼的视网膜上成像。这样一来，人眼可以同时接收来自外界的现实信息与来自LCD的数字信息，两种信息相互叠加补充，增强了视觉化效果，实现了现实增强。
本发明中，13的存在是为了提供额外的光程差值以矫正像差，它的存在不是必须的，如果11、12能够形成较高质量的像，13可以去掉，元件会简化成楔形无顶空心棱镜，如图1（b）所示。
本发明中的透明支撑层具有一定厚度，这会对射入人眼的现实信息造成一定影响，但由于透明支撑层极薄，对现实光线的影响很小，在一定误差范围内可以忽略。
本发明中支撑层的自由曲面结构参照了自由曲面棱镜，其光学效果与自由曲面棱镜类似，也能够具有较高的成像视场角，给人们提供更舒适的体验。
本发明仅使用透明薄层做支撑，没有实体棱镜，元件重量相较自由曲面棱镜会极大减小。
由于本发明的支撑层厚度极薄，光束的色散现象会非常微小，造成的成像色差是极小的。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种轻量、广视场的成像结构设计，其特征在于：由2个或3个透明的自由曲面支撑层构架起来的空心棱镜。
2.根据权利要求1所述的成像结构设计，其特征在于：支撑层都是透明的，表面都是自由曲面，具有一定机械应力。
3.根据权利要求1所述的成像结构设计，其特征在于：2个或3个透明支撑层中，两个主支撑层内表面或外表面镀膜，1个副支撑层表面无特殊要求并且此副支撑层可根据情况加入或去掉。
4.根据权利要求1所述的成像结构设计，其特征在于：由支撑层构架起来的空心棱镜表面可以是闭合的也可以是不闭合的。
5.根据权利要求1或3所述的成像结构设计，其特征在于：主支撑层厚度均匀或接近均匀，副支撑层厚度均匀或不均匀。
6.根据权利要求1或3所述的成像结构设计，其特征在于：一个主支撑层表面镀有反射膜，在光线入射角大于某个临界值时反射，光线入射角小于临界值时透射；另一个主支撑层表面镀半反半透膜，部分光线透射，部分光线反射，透射光线与反射光线之比可按照实际要求自行选择；副支撑层表面可根据实际要求镀膜或不镀膜。
CN201610681125.4A 2016-08-17 2016-08-17 一种轻量、广视场的成像结构设计 Pending CN106019528A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610681125.4A CN106019528A (zh) 2016-08-17 2016-08-17 一种轻量、广视场的成像结构设计

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610681125.4A CN106019528A (zh) 2016-08-17 2016-08-17 一种轻量、广视场的成像结构设计

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106019528A true CN106019528A (zh) 2016-10-12

Family

ID=57128087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610681125.4A Pending CN106019528A (zh) 2016-08-17 2016-08-17 一种轻量、广视场的成像结构设计

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106019528A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109085734A (zh) * 2017-06-13 2018-12-25 艾优优（深圳）技术有限公司 激光光源合光装置
CN112083546A (zh) * 2020-09-08 2020-12-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种柔性支撑装置及利用该装置装调方形曲面棱镜的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5689736A (en) * 1995-02-28 1997-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Image observation apparatus
CN201664294U (zh) * 2010-03-01 2010-12-08 贾怀昌 一种医用肠胃扫描机器人的照明系统
CN102081175A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 武汉天宇光电仪器有限公司 空心锥体棱镜
CN204269910U (zh) * 2014-12-09 2015-04-15 张毅 一种折射光学镜头

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5689736A (en) * 1995-02-28 1997-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Image observation apparatus
CN102081175A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 武汉天宇光电仪器有限公司 空心锥体棱镜
CN201664294U (zh) * 2010-03-01 2010-12-08 贾怀昌 一种医用肠胃扫描机器人的照明系统
CN204269910U (zh) * 2014-12-09 2015-04-15 张毅 一种折射光学镜头

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109085734A (zh) * 2017-06-13 2018-12-25 艾优优（深圳）技术有限公司 激光光源合光装置
CN112083546A (zh) * 2020-09-08 2020-12-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种柔性支撑装置及利用该装置装调方形曲面棱镜的方法
CN112083546B (zh) * 2020-09-08 2023-09-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种柔性支撑装置及利用该装置装调方形曲面棱镜的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104614858B (zh) 增强现实的锯齿结构平面波导目视光学显示器件
CN203012240U (zh) 虚像显示装置
CN104503087B (zh) 偏振导光的平面波导光学显示器件
CN107111132A (zh) 通过超精细结构保护的紧凑型头戴式显示系统
CN103984099B (zh) 虚像显示装置
CN104678555B (zh) 屈光度矫正的齿形镶嵌平面波导光学器件
EP3591456A1 (en) Near-eye display and near-eye display system
CN106489094A (zh) 用于透明的头部可戴显示器的薄型弯曲目镜
WO2023207953A1 (zh) 显示装置及可穿戴显示设备
CN104903777A (zh) 增强现实光学模块
US9019175B2 (en) Optical device for virtual image display with unequal focal length and high magnification
CN206178246U (zh) 显示装置及头戴式显示系统
CN110376738B (zh) 一种大视场轻型自由曲面波导型目视光学成像装置及其近眼显示系统
CN106405719A (zh) 一种偏振反射片、增强现实近眼显示系统及头戴显示设备
CN206224056U (zh) 一种增强现实式头戴显示器及其光路结构
CN110161688A (zh) 屈光矫正ar显示装置和穿戴式ar设备
CN210776039U (zh) 微型化短距离光学系统
CN208580263U (zh) 一种增强现实光学显示系统
CN106855655A (zh) 非对称曲面棱镜影像显示光学系统
WO2018058473A1 (zh) 可穿戴显示设备及无人机系统
CN106681003A (zh) 一种vr透镜系统
CN106019528A (zh) 一种轻量、广视场的成像结构设计
CN106646891B (zh) 一种虚拟现实设备
CN105717643A (zh) 一种反射式虚拟现实光学系统
CN112305758A (zh) 一种ar显示眼镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161012

RJ01 Rejection of invention patent application after publication