CN108152954A - 一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统 - Google Patents

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毛才近
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Abstract

本发明公开了一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，包括人眼和透镜组，透镜组包括光源模组、第一曲面棱镜以及第二曲面棱镜，第一曲面棱镜和第二曲面棱镜依次设于光源模组到人眼之间，第一曲面棱镜和第二曲面棱镜之间胶合连接，透镜组呈梯形结构。本发明有效改善了重影和鬼像现象，同时结构简单，成像亮度高。

Description

一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体的说是涉及一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统。
背景技术
增强现实（Augmented Reality，简称AR），它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加完美的呈现在用户眼中。而现在已有的增强现实眼镜，大多数存在重影和鬼像，成像亮度低，结构复杂等问题。而鬼像是由于透镜表面反射而在光学系统焦面附近产生的附加像，其亮度一般较暗，且与原像错开。这些问题的存在不仅影响了产品本身的质量，更让消费者对AR行业产生了一定的疑虑，大大降低了用户的认可度。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统。
本发明技术方案如下所述：
一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，包括人眼和透镜组，所述透镜组包括光源模组、第一曲面棱镜以及第二曲面棱镜，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜依次设于所述光源模组到人眼之间，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜之间胶合连接，所述透镜组呈梯形结构。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述光源模组为偏振光、自然光或人造光源的一种。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜分别为一体式结构，所述第一曲面棱镜的曲面朝向所述光源模组，其一平面与所述第二曲面棱镜的一平面连接，所述第二曲面棱镜的另一平面朝向所述人眼，所述第二曲面棱镜的曲面背向所述光源模组。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一曲面棱镜包括第一光学曲面镜和第一棱镜，所述第二曲面棱镜包括第二光学曲面镜和第二棱镜；
所述第一光学曲面镜的曲面朝向所述光源模组，其平面与所述第一棱镜的一平面连接，所述第一棱镜的另一平面与所述第二棱镜的一平面连接，所述第二棱镜的另一平面朝向所述人眼，所述第二棱镜的第三平面与所述第二光学曲面镜的平面连接，所述第二光学曲面镜的曲面背向所述光源模组。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一棱镜和所述第一光学曲面镜之间以及所述第二棱镜与所述第二光学曲面镜之间均胶合连接。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一棱镜的截面和所述第二棱镜的截面均为等腰直角三角形。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述光源模组为偏振光，所述第一光学曲面镜和所述第一棱镜连接处、所述第二光学曲面镜和所述第二棱镜连接处以及所述第二棱镜朝向所述人眼的平面上分别设有第一光学膜片、第二光学膜片以及第三光学膜片。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一光学曲面镜的曲面、所述第一光学曲面镜和所述第一棱镜的连接处以及所述第二光学曲面镜与所述第二棱镜的连接处均镀有多层透射膜。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第二光学曲面镜的曲面上镀有高反射膜。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述第一棱镜与所述第二棱镜的连接处镀有半透半反射膜。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，
系统从人眼到像面方向整体为梯形结构，有效利用光路，精简了结构，两个棱镜两侧面使用斜面设计减少了杂散光通过此两侧面的反射进入人眼，有效改善了多数产品存在的重影和鬼像现象，且很好的控制了材料成本，减小了系统的体积和重量。
整体采用胶合结构，有效增加成像亮度，且简单紧凑，方便后续组装和大批生产。
第一曲面棱镜和第二曲面棱镜的结构，大小完全相同；第一棱镜与第二棱镜或第一光学曲面镜和第二光学曲面镜的结构，大小完全相同，且均可选取玻璃或塑胶材料，进行组合，取材广泛，有利于大规模加工生产。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图。
图2为本发明实施例一的结构示意图。
图3为本发明实施例二的结构示意图。
在图中，10、人眼；10’、人眼；20、透镜组；21、光源模组；21’、光源模组；22、第一曲面棱镜；221、第一光学曲面镜；222、第一棱镜；22’、第一曲面棱镜；23、第二曲面棱镜；231、第二光学曲面镜；232、第二棱镜；23’、第二曲面棱镜；241、第一光学膜片；242、第二光学膜片；243、第三光学膜片；30、像面。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
实施例一
如图1-2所示，一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，包括人眼10和透镜组20，透镜组20包括光源模组21、第一曲面棱镜22以及第二曲面棱镜23，第一曲面棱镜22和第二曲面棱镜23依次设于光源模组21到人眼10之间，第一曲面棱镜22包括第一光学曲面镜221和第一棱镜222，第二曲面棱镜23包括第二光学曲面镜231和第二棱镜232，第一曲面棱镜22上形成像面30。
第一棱镜222和第一光学曲面镜221之间、第一棱镜222和第二棱镜232之间以及第二棱镜232与第二光学曲面镜231之间均胶合连接。
第一光学曲面镜221的曲面朝向光源模组21，其平面与第一棱镜222的一平面连接，第一棱镜222的另一平面与第二棱镜232的一平面连接，第二棱镜232的另一平面朝向人眼10，第二棱镜232的第三平面与第二光学曲面镜231的平面连接，第二光学曲面镜231的曲面背向光源模组21。
第一棱镜222的截面和第二棱镜232的截面均为等腰直角三角形，两者尺寸形状相同，便于生产。
第一光学曲面镜221的曲面、第一光学曲面镜221和第一棱镜222的连接处以及第二光学曲面镜231与第二棱镜232的连接处均镀有多层透射膜；第二光学曲面镜231的曲面上镀有高反射膜；第一棱镜222与第二棱镜232的连接处镀有半透半反射膜。
从人眼10到像面30方向上，透镜组20呈梯形结构，棱镜两侧面使用斜面设计减少了杂散光通过此两侧面的反射进入人眼10，有效改善了多数产品存在的重影和鬼像现象；另外，整体为梯形结构，有效利用光路，精简了结构，且很好的控制了材料成本，减小了系统的体积和重量。
光源模组21可选用偏振光、自然光或人造光源的一种。例如可选择OLED模组、VFD发光模组、或微投影模组中的任一种。可根据光源的不同，对应为偏正分光或无偏正分光，若光源模组21选择偏振光，第一光学曲面镜221和第一棱镜222连接处、第二光学曲面镜231和第二棱镜232连接处以及第二棱镜232朝向人眼10的平面上分别设有第一光学膜片241、第二光学膜片242以及第三光学膜片243。
第一光学曲面镜221和第二光学曲面镜231的曲面可选择光学球面，非球面，自由曲面中的一种，有效减小像差。
第一棱镜222和第二棱镜232以及第一光学曲面镜221和第二光学曲面镜231的大小、结构完全相同，便于加工生产。
系统整体胶合结构，减少了空气和玻璃分界面的个数。从而减少空气和玻璃分界面的反射光能损失，增加成像亮度。
所有透镜及棱镜均可选择玻璃或塑胶材料，且所有透镜及棱镜可使用相同材料或使用不同材料组合，取材广泛，有利于大规模加工生产。
本实施例的原理为：
从光源模组21发出的光线，经由靠近光源模组21的第一光学曲面镜221透射进入第一棱镜222和第二棱镜232，在第一棱镜222和第二棱镜232的界面进行分光，再由远离光源模组21的第二光学曲面镜231反射第二棱镜232的透射光，在分光面再次反射，最终分光面的反射光进入人眼10成像。
实施例二
如图1、3所示，一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，包括人眼10’和透镜组20，透镜组20包括光源模组21’、第一曲面棱镜22’以及第二曲面棱镜23’，第一曲面棱镜22’和第二曲面棱镜23’依次设于光源模组21’到人眼10’之间，第一曲面棱镜22’和第二曲面棱镜23’之间胶合连接，第一曲面棱镜22’上形成像面30。
从人眼10’到像面30方向上，透镜组20呈梯形结构，棱镜组两侧面使用斜面设计减少了杂散光通过此两侧面的反射进入人眼10’，有效改善了多数产品存在的重影和鬼像现象；另外，整体为梯形结构，有效利用光路，精简了结构，且很好的控制了材料成本，减小了系统的体积和重量。
光源模组21’可选用偏振光、自然光或人造光源的一种。例如可选择OLED模组、VFD发光模组、或微投影模组中的任一种。
第一曲面棱镜22’和第二曲面棱镜23’分别为一体式结构，第一曲面棱镜22’的曲面朝向光源模组21’，其一平面与第二曲面棱镜23’的一平面连接，第二曲面棱镜23’的另一平面朝向人眼10’，第二曲面棱镜23’的曲面背向光源模组21’。
第一曲面棱镜22’和第二曲面棱镜23’的曲面可选择光学球面，非球面，自由曲面中的一种，有效减小像差。
第一曲面棱镜22’和第二曲面棱镜23’的大小、结构完全相同，便于加工生产。
系统整体胶合结构，减少了空气和玻璃分界面的个数。从而减少空气和玻璃分界面的反射光能损失，增加成像亮度。
所有透镜及棱镜均可选择玻璃或塑胶材料，且所有透镜及棱镜可使用相同材料或使用不同材料组合，取材广泛，有利于大规模加工生产。
在一个具体的实施例中，整个光学系统的体积=，上述各个长度尺寸的单位均为毫米。
本实施例的原理为：
从光源模组21’发出的光线，经由靠近光源模组21’的第一曲面棱镜22’的光学曲面透射进入棱镜组，在棱镜组界面进行分光，再由远离光源模组21’的第二曲面棱镜23’的光学曲面反射棱镜组的透射光，在分光面再次反射，最终分光面的反射光进入人眼10’成像。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，包括人眼和透镜组，所述透镜组包括光源模组、第一曲面棱镜以及第二曲面棱镜，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜依次设于所述光源模组到所述人眼之间，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜之间胶合连接，所述透镜组呈梯形结构。
2.根据权利要求1所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述光源模组为偏振光、自然光或人造光源的一种。
3.根据权利要求1所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述第一曲面棱镜和所述第二曲面棱镜分别为一体式结构，所述第一曲面棱镜的曲面朝向所述光源模组，其一平面与所述第二曲面棱镜的一平面连接，所述第二曲面棱镜的另一平面朝向所述人眼，所述第二曲面棱镜的曲面背向所述光源模组。
4.根据权利要求1所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述第一曲面棱镜包括第一光学曲面镜和第一棱镜，所述第二曲面棱镜包括第二光学曲面镜和第二棱镜；
所述第一光学曲面镜的曲面朝向所述光源模组，其平面与所述第一棱镜的一平面连接，所述第一棱镜的另一平面与所述第二棱镜的一平面连接，所述第二棱镜的另一平面朝向所述人眼，所述第二棱镜的第三平面与所述第二光学曲面镜的平面连接，所述第二光学曲面镜的曲面背向所述光源模组。
5.根据权利要求4所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述第一棱镜和所述第一光学曲面镜之间以及所述第二棱镜与所述第二光学曲面镜之间均胶合连接。
6.根据权利要求4所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述光源模组为偏振光，所述第一光学曲面镜和所述第一棱镜连接处、所述第二光学曲面镜和所述第二棱镜连接处以及所述第二棱镜朝向所述人眼的平面上分别设有第一光学膜片、第二光学膜片以及第三光学膜片。
7.根据权利要求4所述的可改善重影和鬼像的增强现实光学系统，其特征在于，所述第一棱镜与所述第二棱镜的连接处镀有半透半反射膜。
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