CN108333753A - 一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统，属于显示用的光学设备领域。该近眼显示光学系统主要包括光学模块、OLED微显示器、外壳；所述OLED微显示器提供图像源经位于外壳内的光学模块后，形成图像的大视场角棱镜近眼显示；所述光学模块包括中继补偿透镜组和棱镜部件；所述中继补偿透镜组包括依次布置的透镜一、透镜二和双胶合透镜三；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七胶合而成。OLED微显示器提供一个图像源，它有体积小，质量轻、分辨率高、视场较大，与之相匹配的光学模块的体积小，质量也轻，在保证系统的显示视场时，将显示器面在置于光学模块外面，便于调教校安装。

Description

一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统
技术领域
本发明涉及显示用的光学设备领域，具体为一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统。
技术背景
目前，市场上主流近眼显示模组的视场角一般在15°～17°，视场角小，会产生黑边效应，即在视野边缘处清晰可见黑色区域，且不能通过现有技术手段进行消除，视场角过小不仅影响用户视野，且增加用户对图像信息获取难度，从而增加近眼显示设备体积，不利于用户长时间佩戴从而降低了用户体验程度。此外，现有的近眼显示模组，图像源与人眼成180度。
发明内容
本发明提供如下方案：一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统，主要包括光学模块、OLED微显示器、外壳；所述OLED微显示器提供图像源经位于外壳内的光学模块后，形成图像的大视场角棱镜近眼显示；
所述光学模块包括中继补偿透镜组和棱镜部件；所述中继补偿透镜组包括依次布置的透镜一、透镜二和双胶合透镜三；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七胶合而成；
所述透镜一与透镜二的作用为消除光源单色像差；所述双胶合透镜三的作用为消除色差；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七，胶合而成，其作用为将图像转像90°；
所述透镜一为双凹透镜，OLED微显示器和透镜二分别置于透镜一两侧，其中OLED微显示器位于透镜一的焦平面上；所述透镜二为凸凹透镜，透镜一和双胶合透镜三分别置于透镜二的两侧；所述双胶合透镜三由透镜三、透镜四胶合而成，透镜三为平凸透镜，透镜四为平凹镜，透镜二和棱镜部件分别置于双胶合透镜三两侧；所述棱镜部件，由透镜五出光面与棱镜六入光面，棱镜六出光面与透镜七入光面胶合而成。透镜五与透镜七均为平凸透镜；所述棱镜六为直角梯形棱镜，所述直角梯形棱镜的底边面与相邻直角边面分别构成棱镜六的入光面和出光面，棱镜六的斜边面与底边面构成45°夹角。
为满足成像设计要求，OLED微显示器与透镜一、相对位置关系应满足：
dO4＝f4'
其中dO4为OLED微显示器与透镜一间距，f'4为透镜一的焦距。
上述一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统的光路如下：OLED微显示器提供图像源，该图像源经过该光学系统,图像源出射的发散光线经过透镜一后以近准直的方式经透镜二后汇聚出射，汇聚光束经过双胶合透镜三以发散状态到达棱镜部件，棱镜部件对该发散光束进行适当的准直以保证其出射的光束在棱镜部件的斜边面发生全反射，提高光的利用率。且棱镜部件出射光为准直光束，保证了在长时间观看使用时，使用者眼睛不疲劳。
所述OLED微显示器提供一个图像源，它有体积小，质量轻、分辨率高、视场较大，与之相匹配的光学模块的体积小，质量也轻，在保证系统的显示视场时，将显示器面在置于光学模块外面，便于调校安装。该近眼显示光学系统的出瞳直径为6mm，出瞳距离为13mm，视场角为35°。
所述小尺寸、高像素的微显示器一般要求采用长焦距的光学模块，而大出瞳距离一般采用的是长焦距的光学模块。当采用小尺寸、高像素的微显示器，同时还要求出瞳直径和大视场角，必然会导致很大的入射角和投射高，从而引起很大的高级像差；本发明中透镜一、透镜二、双胶合透镜三组合而成的中继补偿组，可以校正补偿平衡光学系统的各种像差：色差、场曲、弥散、畸变等，使得系统有关良好的成像质量；使用胶合透镜，它可以折转光路，使光路折转 90°。棱镜两端各有一胶合正透镜，可以汇聚光路，使得系统有即较大的视场和出瞳，又能减少中继补偿透镜组的尺寸。OLED微显示器和光学模块，就可以是使得种大视场角的棱镜近眼显示光学系统视场角发，质量轻、体积小，使用安全方便。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
(1)本发明的视场角:35°；
(2)本发明的光学模块部件由玻璃磨合而成，不仅质量轻便，可以耐高低温等恶劣的环境；
附图说明
图1是实施例中光学系统实物图；
图2是实施例中光学模块；
图3是实施例中中继补偿透镜组合示意图；
图4是实施例中双胶合透镜；
图5是实施例中棱镜部件；
图中，1-光学模块，2-OLED微显示器，3-外壳，4-透镜一，5-透镜二，6- 双胶合透镜三，7-棱镜部件，8-透镜四，9-透镜五，10-透镜六，11-棱镜七，12- 透镜八；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统，主要包括光学模块1、OLED微显示器2、外壳3，所述光学模块1设有中继补偿透镜组和棱镜部件。所述中继补偿透镜组设有透镜一4、透镜二5、双胶合透镜三6。所述双胶合透镜三6设有透镜四8、透镜五9，所述棱镜部件7设由透镜六10、棱镜七 11和透镜八12胶合而成。
本实例中，出瞳直径为6mm，出瞳距离为13mm，视场角为35°，系统总长44mm；外壳3从右往左内依次装有OLED微显示器2、透镜一4、透镜二5、双胶合透镜三6、棱镜部件7；OLED微显示器2与透镜一4间距dO4与透镜一4 的焦距f'4相等，均为5.65mm；
本实施例中，透镜一3采用BaK等钡冕玻璃；透镜二4采用LaF3B等澜火石玻璃；透镜四8采用ZK9B重冕玻璃；透镜五9采用ZF重火石玻璃；透镜六 10采用ZK9B重冕玻璃；棱镜七11采用ZF重火石玻璃；透镜八12采用K9L冕玻璃。

Claims (1)

1.一种大视场角的棱镜近眼显示光学系统，主要包括光学模块、OLED微显示器、外壳；所述OLED微显示器提供图像源经位于外壳内的光学模块后，形成图像的大视场角棱镜近眼显示；
所述光学模块包括中继补偿透镜组和棱镜部件；所述中继补偿透镜组包括依次布置的透镜一、透镜二和双胶合透镜三；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七胶合而成；
所述透镜一与透镜二的作用为消除光源单色像差；所述双胶合透镜三的作用为消除色差；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七，胶合而成，其作用为将图像转像90°；
所述透镜一为双凹透镜，OLED微显示器和透镜二分别置于透镜一两侧，其中OLED微显示器位于透镜一的焦平面上；所述透镜二为凸凹透镜，透镜一和双胶合透镜三分别置于透镜二的两侧；所述双胶合透镜三由透镜三、透镜四胶合而成，透镜三为平凸透镜，透镜四为平凹镜，透镜二和棱镜部件分别置于双胶合透镜三两侧；所述棱镜部件，由透镜五出光面与棱镜六入光面，棱镜六出光面与透镜七入光面胶合而成；透镜五与透镜七均为平凸透镜；所述棱镜六为直角梯形棱镜，所述直角梯形棱镜的底边面与相邻直角边面分别构成棱镜六的入光面和出光面，棱镜六的斜边面与底边面构成45°夹角；
所述OLED微显示器与透镜一、相对位置关系应满足；
dO4＝f′4
其中dO4为OLED微显示器与透镜一间距，f'4为透镜一的焦距。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109709676A (zh) * 2019-03-07 2019-05-03 浙江水晶光电科技股份有限公司 一种增强现实光学模组及增强现实装置
CN110045503A (zh) * 2019-03-29 2019-07-23 北京蚁视科技有限公司 一种基于全反射的紧凑型大视场角近眼显示装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202948204U (zh) * 2012-12-07 2013-05-22 香港应用科技研究院有限公司 可透视型头戴式显示器光学系统
CN105527713A (zh) * 2016-01-26 2016-04-27 深圳市谛源光科有限公司 一种用于虚拟现实设备的光学系统
CN205539713U (zh) * 2016-01-26 2016-08-31 深圳市谛源光科有限公司 一种用于虚拟现实设备的新型光学系统
CN106646885A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种投影物镜及三维显示装置
CN206224045U (zh) * 2016-08-31 2017-06-06 深圳超多维科技有限公司 一种光学器件及头戴式显示装置
US20170276913A1 (en) * 2016-03-28 2017-09-28 Apple Inc. Folded lens system with five refractive lenses

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202948204U (zh) * 2012-12-07 2013-05-22 香港应用科技研究院有限公司 可透视型头戴式显示器光学系统
CN105527713A (zh) * 2016-01-26 2016-04-27 深圳市谛源光科有限公司 一种用于虚拟现实设备的光学系统
CN205539713U (zh) * 2016-01-26 2016-08-31 深圳市谛源光科有限公司 一种用于虚拟现实设备的新型光学系统
US20170276913A1 (en) * 2016-03-28 2017-09-28 Apple Inc. Folded lens system with five refractive lenses
CN206224045U (zh) * 2016-08-31 2017-06-06 深圳超多维科技有限公司 一种光学器件及头戴式显示装置
CN106646885A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种投影物镜及三维显示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109709676A (zh) * 2019-03-07 2019-05-03 浙江水晶光电科技股份有限公司 一种增强现实光学模组及增强现实装置
CN110045503A (zh) * 2019-03-29 2019-07-23 北京蚁视科技有限公司 一种基于全反射的紧凑型大视场角近眼显示装置

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