CN106842579A - 一种用于近眼式光学系统的目镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于近眼式光学系统的目镜，包括：照明模块，其用于在目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；反射模块，其安置在目镜的与照明模块相对的端处，使在目镜内沿着前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；观看区域，其与用户的眼睛对准；导光柱，第一导光柱将照明模块与反射模块相连通，第二导光柱将照明模块与观看区域相连通，第一导光柱与第二导光柱垂直设置。该目镜通过调整目镜结构来解决视野遮挡问题，还可以通过额外增加一次端面发射器来实现二次放大，解决一次放大倍数过大导致的图像失真度增加的问题。

Description

一种用于近眼式光学系统的目镜
技术领域
本发明涉及光学领域的技术领域，特别涉及一种用于近眼式光学系统的目镜。
背景技术
中国专利ZL201280038118.2发明了一种用于头戴显示器近眼式光学系统的目镜，也就是GOOGLE眼镜，从实际应用反馈来看，由于目镜结构设计特点导致用户在使用时人眼两侧的视野会受到目镜的遮挡，并且由于采用一次端面发射器，从而放大效果有限，如果通过采用调整端面发射器曲率来增大放大倍数的话会导致图像失真度增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于近眼式光学系统的目镜，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种用于近眼式光学系统的目镜，包括：
照明模块，其用于在目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；
反射模块，其安置在目镜的与照明模块相对的端处，使在目镜内沿着前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；
观看区域，其与用户的眼睛对准，包含第一反射器，第一反射器用于使沿着所述前向传播路径行进的CGI光从目镜的朝眼睛侧重新引导出；
导光柱，第一导光柱将照明模块与反射模块相连通，第二导光柱将照明模块与观看区域相连通，第一导光柱与第二导光柱垂直设置。
在一些实施方式中，照明模块包括：
第一偏振光束分离器；
灯，其邻近于第一偏振光束分离器而安置以将照明光引导到第一偏振光束分离器上；
聚光透镜，其安置在灯与第一偏振光分离器之间以减小从所述灯发射的照明光的发散度；
显示器，其与所述反射模块相对而安置，其中第一偏振光束分离器位于两者之间，使得第一偏振光束分离器将来自所述灯的照明光重新引导到显示器上且显示器将照明光发射为通过第一偏振光束分离器的沿着前向传播路径的CGI光；
扩散表面，其安置在第一偏振光束分离器的至少一侧，以抑制非所要的全内反射从照明模块沿着目镜传播到观看区域。
在一些实施方式中，反射模块包括第一凹面反射器、第一偏振旋转器和第二偏振光束分离器，第一凹面反射器，其安置在第一导光柱的端处；第二偏振光束分离器，其安置于第一导光柱内，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；第一偏振旋转器，其安置在第二偏振光束分离器和第一凹面发射器之间；
观看区域还包括第二凹面反射器、第二偏振旋转器，第一反射器为第三偏振光束分离器，第二凹面反射器，其安置在第二导光柱端部，沿着反向传播路径将CGI光反射回；第二偏振旋转器，其安置在第一偏振光束分离器和所述第二凹面反射器之间，第三偏振光束分离器将反射回的CGI光传播途径转变90度从目镜的朝眼睛侧重新引导出。
在一些实施方式中，第一偏振旋转器、第二偏振旋转器均为四分之一波板旋转器。
在一些实施方式中，反射模块包括第三凹面反射器、第三偏振旋转器和第四偏振光束分离器，第三凹面反射器，其安置在第一导光柱的端处；第三偏振光束分离器，其安置于第一导光柱内，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；第三偏振旋转器，其安置在第四偏振光束分离器和第三凹面发射器之间；观看区域的第一反射器使CGI光传播途径转变90度从目镜的朝眼睛侧重新引导出。
在一些实施方式中，第一反射器为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，第三偏振旋转器为四分之一波板旋转器。
在一些实施方式中，反射模块包括第二反射器，其安置于第一导光柱的端处，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；观看区域还包括第四凹面反射器、第四偏振旋转器，其中第一反射器为第五偏振光束分离器，第四凹面反射器，其安置在第二导光柱的端部，沿着反向传播路径将CGI光反射回；第四偏振旋转器，其安置在第一偏振光束分离器和第四凹面反射器之间，第五偏振光束分离器将反射回的CGI光传播途径转变90度从目镜的朝眼睛侧重新引导出。
在一些实施方式中，第二反射器为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，第四偏振旋转器为四分之一波板旋转器。
附图说明
图1为本发明一实施方式中一种用于近眼式光学系统的目镜的结构示意图；
图2为本发明一实施方式中一种用于近眼式光学系统的目镜结构示意图；
图3为本发明一实施方式中一种用于近眼式光学系统的目镜结构示意图；
图4为本发明一实施方式中一种用于近眼式光学系统的目镜结构示意图；
图5为本发明一实施方式中一种用于近眼式光学系统的目镜结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。
如图1、4和5所示，一种用于近眼式光学系统的目镜，包括：照明模块，其用于在目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；
反射模块，其安置在目镜的与照明模块相对的端处，使在目镜内沿着前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；
观看区域，其与用户的眼睛对准，包含第一反射器11，第一反射器11用于使沿着所述前向传播路径行进的CGI光从目镜的朝眼睛侧重新引导出；
导光柱，第一导光柱6将照明模块与反射模块相连通，第二导光柱12将照明模块与观看区域相连通，第一导光柱6与第二导光柱12垂直设置。
其中，照明模块包括：第一偏振光束分离器4；灯1，其邻近于第一偏振光束分离器4而安置以将照明光引导到第一偏振光束分离器4上；聚光透镜2，其安置在灯1与第一偏振光分离器4之间以减小从所述灯1发射的照明光的发散度；显示器3，其安置于目镜的端部，其中第一偏振光束分离器4位于两者之间，使得第一偏振光束分离器4将来自所述灯1的照明光重新引导到显示器3上且显示器3将照明光发射为通过第一偏振光束分离器4的沿着前向传播路径的CGI光；扩散表面5，其安置在第一偏振光束分离器4的至少一侧，以抑制非所要的全内反射从照明模块沿着目镜传播到观看区域10。
反射模块包括第一凹面反射器9、第一偏振旋转器8和第二偏振光束分离器7，第一凹面反射器9，其安置在第一导光柱6的端处；第二偏振光束分离器7，其安置于第一导光柱6内，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；第一偏振旋转器8，其安置在第二偏振光束分离器7和第一凹面发射器之间9；
观看区域10还包括第二凹面反射器14、第二偏振旋转器13、第一反射器为第三偏振光束分离器11，第二凹面反射器14，其安置在第二导光柱12端部，沿着反向传播路径将CGI光反射回；第二偏振旋转器13，其安置在第三偏振光束分离器11和所述第二凹面反射器14之间，第三偏振光束分离器11将反射回的CGI光传播途径转变90度从目镜的朝眼睛侧重新引导出。其中，第一偏振旋转器、第二偏振旋转器均为四分之一波板旋转器。
工作原理：
灯1可使用发光二极管源来实施，其经由第一偏振光束分离器4，第一偏振光束分离器4使得第一线性偏振光通过，例如90％以上的P偏振通过，同时实质上反射第一偏振的光，例如反射99％以上的S偏振光，两个线性偏振为正交线性偏振。显示器3，例如LCD面板，将图像数据赋予到由灯1输出的照明灯上，以经由图像像素阵列的选择性反射而输出计算机产生图像CGI光，显示器3反射使入射灯光的偏振旋转90度，即S偏振光变成P偏振光。P偏振光通过第一导光柱6，经由第二偏振光束分离器7，第一偏振旋转器8将P偏振光旋转45度，通过第一凹面反射器9反射，第二次通过第一偏振旋转器8将偏振光再次旋转45度得到S偏振光，S偏振光通过第二偏振光束分离器7，99％反射后，CGI传播途径旋转90度进入第二导致柱12，在观看区域10，通过第三偏振光束分离器11，第二偏振旋转器13将S偏振光旋转45度，经过第二凹面反射器14反射，再次经过第二偏振旋转器13将偏振光再次旋转45度得到P偏振光，P偏振光通过第三偏振光束分离器11，反射后，改变CGI传播途径，朝眼睛侧重新引导出。根据实际需求，可通过设置第三偏振光束分离器11的角度，调整反射的CGI的传播途径，来设计目镜在人的眼睛前的佩戴方式。如图4的佩戴方式，能最大限度的降低目镜对眼睛的妨碍。此实施案例中，经过二次凹面反射器进行放大，可以增大放大倍数的话，且不会导致图像失真。
如图2所示，一种用于近眼式光学系统的目镜，包括：照明模块，其用于在目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；
反射模块，其安置在目镜的与照明模块相对的端处，使在目镜内沿着前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；
观看区域，其与用户的眼睛对准，包含第一反射器11，第一反射器11用于使沿着所述前向传播路径行进的CGI光从目镜的朝眼睛侧重新引导出；
导光柱，第一导光柱6将照明模块与反射模块相连通，第二导光柱12将照明模块与观看区域相连通，第一导光柱6与第二导光柱12垂直设置。
其中，照明模块包括：第一偏振光束分离器4；灯1，其邻近于第一偏振光束分离器4而安置以将照明光引导到第一偏振光束分离器4上；聚光透镜2，其安置在灯1与第一偏振光分离器4之间以减小从所述灯1发射的照明光的发散度；显示器3，其与所述反射模块相对而安置，其中第一偏振光束分离器4位于两者之间，使得第一偏振光束分离器4将来自所述灯1的照明光重新引导到显示器3上且显示器3将照明光发射为通过第一偏振光束分离器4的沿着前向传播路径的CGI光；扩散表面5，其安置在第一偏振光束分离器4的至少一侧，以抑制非所要的全内反射从照明模块沿着目镜传播到观看区域10。
反射模块包括第三凹面反射器9、第三偏振旋转器8和第四偏振光束分离器7，第三凹面反射器9，其安置在第一导光柱6的端处；第三偏振光束分离器7，其安置于第一导光柱6内，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；第三偏振旋转器8，其安置在第四偏振光束分离器7和第三凹面发射器9之间；观看区域10第一反射器11使CGI光传播途径转变90度从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。
第一反射器11为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，第三偏振旋转器为四分之一波板旋转器。
工作原理：灯1可使用发光二极管源来实施，其经由第一偏振光束分离器4，第一偏振光束分离器4使得第一线性偏振光通过，例如90％以上的P偏振通过，同时实质上反射第二偏振的光，例如反射99％以上的S偏振光，两个线性偏振为正交线性偏振。显示器3，例如LCD面板，将图像数据赋予到由灯1输出的照明灯上，以经由图像像素阵列的选择性反射而输出计算机产生图像CGI光，显示器3反射使入射灯光的偏振旋转90度，即S偏振光变成P偏振光。P偏振光通过第一导光柱6，第四偏振光束分离器7，第三偏振旋转器8将P偏振光旋转45度，通过第三凹面反射器9反射，再次通过第三偏振旋转器8将偏振光旋转45度得到S偏振光，S偏振光通过第四偏振光束分离器7，99％反射后，CGI传播途径旋转90度进入第二导致柱12，在观看区域10，S偏振光通过第一反射器11，第一反射器11可以为单面反射器，第一反射器11将S偏振光反射后，改变CGI传播途径，朝眼睛侧重新引导出。
根据实际需求，可通过设置第三偏振光束分离器11的角度，调整反射的CGI的传播途径，来设计目镜在人的眼睛前的佩戴方式。而本实施案例中，采用单面反射器取代端面反射器，可以解决端面反射器对人眼睛视野的阻挡。
如图3所示，一种用于近眼式光学系统的目镜，包括：照明模块，其用于在目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；
反射模块，其安置在目镜的与照明模块相对的端处，使在目镜内沿着前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；
观看区域，其与用户的眼睛对准，包含第一反射器11，第一反射器11用于使沿着所述前向传播路径行进的CGI光从目镜的朝眼睛侧重新引导出；
导光柱，第一导光柱6将照明模块与反射模块相连通，第二导光柱12将照明模块与观看区域相连通，第一导光柱6与第二导光柱12垂直设置。
其中，照明模块包括：第一偏振光束分离器4；灯1，其邻近于第一偏振光束分离器4而安置以将照明光引导到第一偏振光束分离器4上；聚光透镜2，其安置在灯与第一偏振光分离器4之间以减小从所述灯1发射的照明光的发散度；显示器3，其与所述反射模块相对而安置，其中第一偏振光束分离器4位于两者之间，使得第一偏振光束分离器4将来自所述灯1的照明光重新引导到显示器3上且显示器3将照明光发射为通过第一偏振光束分离器4的沿着前向传播路径的CGI光；扩散表面5，其安置在第一偏振光束分离器4的至少一侧，以抑制非所要的全内反射从照明模块沿着目镜传播到观看区域10。
反射模块包括第二反射器15，第二反射器15为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，其安置于第一导光柱6的端处，用于使沿着前向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；观看区域还包括第四凹面反射器14、第四偏振旋转器13，第一反射器11为第五偏振光束分离器11，第四凹面反射器14，其安置在第二导光柱14的端部，沿着反向传播路径将CGI光反射回；第四偏振旋转器13，其安置在第一偏振光束分离器11和第四凹面反射器14之间，第五偏振光束分离器11将反射回的CGI光传播途径转变90度从目镜的朝眼睛侧重新引导出。
工作原理：灯1可使用发光二极管源来实施，其经由第一偏振光束分离器4，第一偏振光束分离器4使得第一线性偏振光通过，例如90％以上的P偏振通过，同时实质上反射第二偏振的光，例如反射99％以上的S偏振光，两个线性偏振为正交线性偏振。显示器3，例如LCD面板，将图像数据赋予到由灯1输出的照明灯上，以经由图像像素阵列的选择性反射而输出计算机产生图像CGI光，显示器3反射使入射灯光的偏振旋转90度，即S偏振光变成P偏振光。P偏振光通过第一导光柱6，经过平面反射器15时，平面反射器15将P偏振光反射后，改变其传播途径90度，使其进入第二导光柱12，在观看区域10，通过第一偏振光束分离器11，第四偏振旋转器13将P偏振光旋转45度，经过第四凹面反射器14反射，再次经过第四偏振旋转器13将P偏振光变成S偏振光，S偏振光通过第五偏振光束分离器11，反射后，改变CGI传播途径，朝眼睛侧重新引导出。
根据实际需求，可通过设置第三偏振光束分离器11的角度，调整反射的CGI的传播途径，来设计目镜在人的眼睛前的佩戴方式。而本实施案例中，采用第二反射器代替端面反射器，可以解决端面反射器对视野的遮挡。
本发明提供的实施方案中的一种用于近眼式光学系统的目镜通过调整目镜结构来解决视野遮挡问题，还可以通过额外增加一次端面发射器来实现二次放大，解决一次放大倍数过大导致的图像失真度增加的问题。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于近眼式光学系统的目镜，其特征在于，包括：
照明模块，其用于在所述目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；
反射模块，其安置在所述目镜的与所述照明模块相对的端处，使在所述目镜内沿着所述前向传播路径行进的CGI光，转变90度的传播途径重新引导出；
观看区域，其与用户的眼睛对准，包含第一反射器，所述第一反射器用于使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出；
导光柱，所述第一导光柱将照明模块与反射模块相连通，所述第二导光柱将照明模块与观看区域相连通，所述第一导光柱与第二导光柱垂直设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，其特征在于，所述照明模块包括：
第一偏振光束分离器；
灯，其邻近于所述第一偏振光束分离器而安置以将照明光引导到所述第一偏振光束分离器上；
聚光透镜，其安置在所述灯与第一偏振光分离器之间以减小从所述灯发射的所述照明光的发散度；
显示器，其与所述反射模块相对而安置，其中所述第一偏振光束分离器位于两者之间，使得所述第一偏振光束分离器将来自所述灯的照明光重新引导到所述显示器上且所述显示器将所述照明光发射为通过所述第一偏振光束分离器的沿着所述前向传播路径的所述CGI光。
3.根据权利要求2所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，其特征在于，所述照明模块还包括扩散表面，其安置在所述第一偏振光束分离器的至少一侧，以抑制非所要的全内反射从所述照明模块沿着所述目镜传播到所述观看区域。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，反射模块包括第一凹面反射器、第一偏振旋转器和第二偏振光束分离器，所述第一凹面反射器，其安置在所述第一导光柱的端处；所述第二偏振光束分离器，其安置于所述第一导光柱内，用于使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；所述第一偏振旋转器，其安置在所述第二偏振光束分离器和所述第一凹面发射器之间；
所述观看区域还包括第二凹面反射器、第二偏振旋转器，所述第一反射器为第三偏振光束分离器，所述第二凹面反射器，其安置在所述第二导光柱端部，沿着反向传播路径将所述CGI光反射回；第二偏振旋转器，其安置在所述第三偏振光束分离器和所述第二凹面反射器之间，所述第三偏振光束分离器将反射回的CGI光传播途径转变90度从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。
5.根据权利要求4所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，第一偏振旋转器、第二偏振旋转器均为四分之一波板旋转器。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，反射模块包括第三凹面反射器、第三偏振旋转器和第四偏振光束分离器，所述第三凹面反射器，其安置在所述第一导光柱的端处；所述第三偏振光束分离器，其安置于所述第一导光柱内，用于使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，使得经过反射后向传播路径行进的CGI光传播途径转变90度后重新引导出；所述第三偏振旋转器，其安置在所述第四偏振光束分离器和所述第三凹面发射器之间；所述观看区域的第一反射器将所述CGI光传播途径转变90度从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。
7.根据权利要求6所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，所述第一反射器为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，所述第三偏振旋转器为四分之一波板旋转器。
8.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，反射模块包括第二反射器，其安置于第一导光柱的端处，用于使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光传播途径转变90度后重新引导出；所述观看区域还包括第四凹面反射器、第四偏振旋转器，所述第一反射器为第五偏振光束分离器，所述第四凹面反射器，其安置在所述第二导光柱的端部，沿着反向传播路径将所述CGI光反射回；第四偏振旋转器，其安置在所述第五偏振光束分离器和所述第四凹面反射器之间，所述第五偏振光束分离器将反射回的CGI光传播途径转变90度从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。
9.根据权利要求8所述的一种用于近眼式光学系统的目镜，特征在于，所述第二反射器为偏振光束分离器、镜面反射器或者单面反射器中的一种，所述第四偏振旋转器为四分之一波板旋转器。
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