CN109874302B - 光学系统、放大影像装置、虚拟现实眼镜及增强现实眼镜 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种光学组件、系统、放大影像装置、虚拟及增强现实眼镜，属于显示技术领域。光学系统，包括：屏幕以及设置于所述屏幕与观看位置之间的光学组件。光学组件包括：第一反射镜片和第二反射镜片。第一反射镜片，用于接收屏幕所发出的入射光。第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经反射的所述入射光向所述观看位置处反射，所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能。通过本申请实施例提供的第一反射镜片和第二反射镜片，使得用户在观看手机等显示屏或显示画面较小的终端时，画面被放大，提高了用户的体验感和舒适度。

Description

光学系统、放大影像装置、虚拟现实眼镜及增强现实眼镜
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种光学系统、放大影像装置、虚拟现实眼镜及增强现实眼镜。
背景技术
随着人们对物质生活追求的越来越高，使得人们对消耗品、电子设备等各种产品的使用体验要求越来越高。但是，在使用手机或者平板电脑等来观看视频时，希望输出的视频够大且清晰。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种光学系统、放大影像装置、虚拟现实眼镜及增强现实眼镜，以解决上述缺陷。
为此，第一方面，本申请实施例提供了一种光学组件，包括：第一反射镜片和第二反射镜片。第一反射镜片，用于接收屏幕所发出的入射光。第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经反射的所述入射光反射至所述观看位置处，所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能。
进一步地，所述第二反射镜片可部分透光。
进一步地，所述第二反射镜片包括第一镜面，所述第一镜面上设有第一反光膜，所述第一镜面用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经所述第一反射镜片反射的入射光反射至所述观看位置，其中，所述第一反光膜为部分透光部分反光膜。
进一步地，所述第二反射镜片的第一镜面朝向所述第一反射镜片的反射面，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将所述第一反射镜片反射的入射光反射至所述观看位置。
进一步地，所述第二反射镜片的远离所述第一反射镜片的一面为第二镜面，所述第二镜面设有增透膜。
进一步地，所述第一反射镜片的表面形状选自平面、球面或非球面中的一种，所述第二反射镜片的表面形状选自球面或非球面中的一种。
进一步地，所述第一反射镜片与所述第二反射镜片的表面形状满足关系式：
Figure GDA0002000214800000021
其中，z为镜片矢高，c为镜片曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径， a1～a8为非球面高次项系数。
进一步地，所述屏幕的中心点发射的垂直于所述屏幕的平面的光束射入所述第一反射镜片的第一入射点，经所述第一反射镜片的反射由所述第一入射点射入所述第二反射镜片的第二入射点，经所述第二反射镜片的反射由所述第二入射点向所述观看位置处反射。
进一步地，经过所述屏幕的中心点的水平线为第一水平线，经过所述第一反射镜片的第一入射点的水平线为第二水平线，经过所述第二反射镜片的第二入射点的水平线为第三水平线，所述屏幕的中心点与所述第一反射镜片的第一入射点之间的距离为第一距离，所述第一入射点与所述第二入射点之间的距离为第二距离，所述第二入射点与所述观看位置之间的距离为第三距离。当所述屏幕的平面与所述第一水平线的夹角小于90°时，所述第一距离的取值范围为20-60mm，所述第二距离的取值范围为 40-100mm，所述第三距离的取值范围为70-110mm。
进一步地，所述屏幕的中心点的法线与所述第一水平线的夹角为第一夹角，所述第一入射点的位置处的法线与所述第二水平线的夹角为第二夹角，所述第二入射点的位置处的法线与所述第三水平线的夹角为第三夹角，所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角均为锐角，所述屏幕的平面与所述第一反射镜片的反光面之间的夹角等于所述第一夹角和所述第二夹角之和。
进一步地，经过所述屏幕的中心点的水平线为第一水平线，经过所述第一反射镜片的第一入射点的水平线为第二水平线，经过所述第二反射镜片的第二入射点的水平线为第三水平线，所述屏幕的中心点与所述第一反射镜片的第一入射点之间的距离为第一距离，所述第一入射点与所述第二入射点之间的距离为第二距离，所述第二入射点与所述观看位置之间的距离为第三距离。当所述屏幕的平面与所述第一水平线垂直时，所述第一距离的取值范围为30-90mm，所述第二距离的取值范围为40-100mm，所述第三距离的取值范围为70-110mm。
进一步地，所述第一入射点的位置处的法线与所述第二水平线的夹角为第二夹角，所述第二入射点的位置处的法线与所述第三水平线的夹角为第三夹角，所述第二夹角和所述第三夹角均为锐角。
进一步地，所述屏幕的中心点、所述第一入射点和所述第二入射点的光路为所述光学系统的光轴，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光轴设置。
第二方面，本申请实施例还提供了一种光学系统，包括屏幕和上述光学组件，所述光学组件设置于所述屏幕与观看位置之间。
第三方面，本申请实施例还提供了一种放大影像装置，包括对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组。所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：第一反射镜片和第二反射镜片。第一反射镜片用于接收屏幕所发出的入射光。第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将所述入射光反射至所述第二反射镜片对应的观看位置处。所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能。
第四方面，本申请实施例还提供了一种放大影像装置，包括：对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组。所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：第一反射镜组和第二反射镜组。第一反射镜组，包括多个第一反射镜片，其中，所述第一反射镜组由多个所述第一反射镜片组合成，且多个所述第一反射镜片的反射面组成所述第一反射镜组的反射面。第二反射镜组，包括多个第二反射镜片，其中，所述第二反射镜组由多个所述第二反射镜片组合成，且多个所述第二反射镜片的反射面组成所述第二反射镜组的反射面。所述第二反射镜组处于所述第一反射镜组的反射光路径上，用于将所述第一反射镜组反射的光束反射至所对应的眼睛的观看位置处。
进一步地，所述第一反射镜组与垂直于所述屏幕的方向不一致，所述第一反射镜组与所述第二反射镜组的光轴的延伸方向不一致。
进一步地，所述第一反射镜组的光焦度选自正数、负数或者零中的一个，所述第二反射镜组的光焦度选自正数或负数。
进一步地，所述第一反射镜组与所述第二反射镜组的光焦度满足关系式：
-0.55＜(Φ1+Φ2-(Φ1*Φ2)*d12)＜0.55；
其中，Φ1和Φ2分别为所述第一反射镜组和所述第二反射镜组的光焦度，d12为所述第一反射镜组与所述第二反射镜组之间的等效间隔。
进一步地，所述第二反射镜组活动设置。
第五方面，本申请实施例还提供了一种虚拟现实眼镜，包括壳体和放大影像装置。所述壳体上设有安装槽和第二窗口，所述安装槽用于放置屏幕。所述安装槽的底部设有贯穿的第一窗口，所述屏幕的出光面朝向所述第一窗口。所述放大影像装置设置在所述壳体内，包括：对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组。所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：第一反射镜片和第二反射镜片。第一反射镜片用于接收所述屏幕所发出的入射光。第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经所述第二反射镜片反射的所述入射光射入所述第二窗口。所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能。
进一步地，所述第二窗口位于所述第二反射镜片的光轴的延长线上，且所述第二反射镜片的光轴的延长线与所述第一反射镜片不相交。
第六方面，本申请实施例还提供了一种增强现实眼镜，包括壳体和放大影像装置。所述壳体上设有安装槽，所述安装槽用于放置屏幕；所述放大影像装置设置在所述壳体内，包括：对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组；所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：第一反射镜片和第二反射镜片，所述第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能，所述第二反射镜片可部分透光。
进一步地，所述壳体还包括第二窗口和第三窗口；所述屏幕的出光面发出的入射光经所述第一反射镜片的反射后射向所述第二反射镜片，经所述第二反射镜片反射的所述入射光射入所述第二窗口，而由所述第三窗口输入的外部光线经过所述第二反射镜片的透射后向射入所述第二窗口。
进一步地，所述第二窗口位于所述第二反射镜片的光轴的延长线上，且所述第二反射镜片的光轴的延长线与所述第一反射镜片不相交。
本申请实施例的有益效果：
本申请实施例提供的光学系统、放大影像装置、虚拟现实眼镜及增强现实眼镜，由于从屏幕到观看者的双眼方向依次布置有第一反射镜片与第二反射镜片，通过第一反射镜片与第二反射镜片对影像所发入射光的反射实现了影像的放大效果。因此，用户在观看手机等显示屏或显示画面较小的终端时，通过第一反射镜片和第二反射镜片的偶次反射将画面放大，提高了用户的体验感和舒适度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请第一实施例提供的光学系统的结构示意图；
图2示出了本申请第一实施例提供的光学系统的各组件位置关系图；
图3示出了本申请第一实施例提供的第一反射镜片的结构示意图；
图4示出了本申请第一实施例提供的第二反射镜片的结构示意图；
图5示出了本申请第二实施例提供的光学系统的结构示意图；
图6示出了本申请第二实施例提供的光学系统的各组件位置关系图；
图7示出了本申请实施例提供的放大影像装置的结构示意图；
图8示出了本申请实施例提供的一种虚拟现实眼镜的第一视角下的结构示意图；
图9示出了本申请实施例提供的一种虚拟现实眼镜的第二视角下的结构示意图；
图10示出了本申请实施例提供的一种虚拟现实眼镜的移动终端的显示界面所显示的画面的示意图；
图11示出了本申请实施例提供的一种虚拟现实眼镜的用户所观察到的画面的示意图；
图12示出了本申请一实施例提供的增强现实眼镜的结构示意图；
图13示出了本申请另一实施例提供的增强现实眼镜的结构示意图。
主要元件符合说明：
光学系统10A，10B；光学组件101；屏幕1000；第一反射镜片100；反射面101；第二反射镜片200；第一镜面201；第二镜面202；用户的眼睛2000；放大影像装置60；左眼镜组61；右眼镜组62；第一反射镜组611；第二反射镜组612；第三反射镜组621；第四反射镜组622；虚拟现实眼镜 80；壳体810；伸缩带820；安装槽830；移动终端840；调节组件850；第一挡片860；第二窗口870；前端910；第三窗口920；凹槽930；第二挡片 940。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1，示出了本申请实施例提供的一种光学系统。光学系统10A 包括屏幕1000和光学组件101，光学组件101设置于屏幕1000与用户的眼睛2000之间。
屏幕1000用于显示图像，以供用户通过光学组件101观看。作为一种实施方式，屏幕1000可以是智能终端的显示屏，例如手机和平板电脑的显示屏，也可以是MP4播放器等多媒体视频、图片播放器的显示屏。
作为另一种实施方式，屏幕1000也可以是能够显示视频、图像等多媒体信息的显示器的显示屏，具体的，智能终端或计算机通过有线或无线传输的方式将所要显示的内容传输到显示器，显示器将该内容在显示屏上进行显示。
作为又一种实施方式，屏幕为投影式VR显示系统中的显示面板，该投影式VR显示系统还包括投影设备，该投影设备与智能终端或计算机通过有线或无线的方式连接，用于接收智能终端或计算机所发送的多媒体信息，并投射到显示面板上，再由显示面板来进行显示。其中，显示面板可以为散射板，该散射板可以是透射式，也可以是反射式的。当散射板为透射式的情况下，散射板位于投影设备和光学组件101之间，投影设备投射出的影像透过散射板，经散射板的散射后而输出；当散射板为反射式的情况下，散射板与投影设备相对设置，投影设备输出的光束经散射板的反射和散射处理后，射向光学组件101。
需要说明的是，屏幕1000能够根据该光学组件101所使用的场景不同，而显示不同的内容以通过不同的形式显示，具体地，在后续的实施例中描述。
光学组件包括：第一反射镜片100和第二反射镜片200。
第一反射镜片100，用于接收屏幕1000发出的入射光r1。具体地，第一反射镜片100包括反射面101，可以采用在第一反射镜片100的其中一个表面镀反射膜的形式形成反射面101，反射膜的材料在此不做限定，可以是铝或银等。第一反射镜片100的表面形状选择平面、球面或非球面中的一种，当第一反射镜片100的表面形状为平面时，第一反射镜片100为平面反射镜，而当第一反射镜片100的表面形状为球面或非球面时，相对应地，第一反射镜片100为球面反射镜或非球面反射镜。另外，第一反射镜片100 的表面形状选择不同的形状时，需要相适应的调整屏幕1000、第一反射镜片100和第二反射镜片200之间的距离和角度。第一反射镜片100的反射面朝向屏幕1000的出光面。
第二反射镜片200，设置在第一反射镜片100的反射光路上，用于接收第一反射镜片100反射的入射光r1，并将经反射的入射光r1’反射至观看位置处。其中，观看位置是一个预设的位置，也就是用户在使用时的观察点，例如，观看位置可以是图1中的用户的眼睛2000所在的位置。在不同的应用场景下，观看位置有不同的实施方式，具体的，在后续实施例中描述。
第二反射镜片200包括第一镜面201和第二镜面202，第一镜面201面向第一反射镜片100，用于接收第一反射镜片100反射的光束并反射至用户的眼睛2000。第二反射镜片200的表面形状选自球面或非球面中的一种。作为一种实施方式，第二反射镜片200的表面形状为非球面。并且，第一反射镜片100和第二反射镜片200均可以由光学塑胶制成，例如由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)材料制成。
需要说明的是，如果反射镜的表面形状为平面，则会将入射光线平行地反射出去，如果反射镜的表面为球面或非球面反射镜时，则将入射光以会聚或发散的方式反射出去，这取决于反射镜是凹面还是凸面，如果是凹面，则对入射光起会聚作用，如果是凸面，则对屏幕1000的入射光起发散作用。
另外，为了实现用户使用该光学组件101观看屏幕1000上的影像时，能够观察到放大的影像，第一反射镜片100或第二反射镜片200中的至少一个需要具备会聚光束的功能，作为一种实施方式，第二反射镜片200具有会聚光束的功能，第一反射镜片100可以具备会聚光束的功能，也可以不具备会聚光束的功能。
因此，作为一种实施方式，如图1所示，第一反射镜片100为平面反射镜，第二反射镜片200为非球面的凹面反射镜。当然，第一反射镜片100 也可以是凹面镜或凸面镜，只要能够保证第一反射镜片100反射的光束经第二反射镜片200的会聚及反射后，能够射入用户的眼睛2000内，使用户观察到放大的图像即可。
第一反射镜片100与第二反射镜片200的表面形状满足关系式：
Figure GDA0002000214800000091
其中，z为镜片矢高，c为镜片曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径，a1～a8为非球面高次项系数。
屏幕1000上所显示的影像发出的入射光r1经第一反射镜片100和第二反射镜片200的反射和会聚作用之后，输入用户的眼睛内，用户能够观察到放大的影像。在上述过程中，第一反射镜片100为全反的镜面，为了降低光能的衰减，第一反射镜片100以及第二反射镜片200中的一个或两个可以为采用全反射镜面。而且，上述光学组件101及光学系统，并未使用到传统的透镜来进行放大，摆脱了传统透镜存在的色差或工艺要求过高等缺陷，提高了用户的实际体验效果。同时在上述对入射光的反射过程中并未使用传统的透镜，摆脱了需要软件处理色差、变形等光学像差的步骤，本装置采用偶次反射原理，摆脱了需要软件进行镜像处理的步骤。而本发明在实现了对影像进行放大的基础上，还降低了功耗以及软件处理难度。
进一步地，上述光学系统能够应用于虚拟现实、增强现实和混合现实以及放大眼镜等应用领域。作为一种实施方式，为了将上述光学组件101 应用于增强现实和混合现实等领域，将第二反射镜片200设置成可部分透光。具体地，第二反射镜片200的第一镜面201设有第一反光膜，该第一反光膜为部分透光部分反光膜，透光和反光的比例不限制，作为一种实施方式，透光和反光的比例为1:1，即该第一反光膜为半透半反膜。
进一步地，为了增加透光部分的透射光的强度等光学效果，可以在第二反射镜片200的第二镜面202设置增透膜。
下面将分两种情况说明第一反射镜片100和第二反射镜片200之间的位置、角度和距离关系。
需要说明的是，在说明第一反射镜片100和第二反射镜片200的关系时，需要借助屏幕1000和用户的眼睛的位置处作为参考点，但不能理解为对本方案的光学组件101的安装位置和角度的限定。
请参阅图2，图2示出了本申请实施例提供的光学组件101中，第一反射镜片100和第二反射镜片200的位置关系。如图2所示，屏幕1000的平面向用户的眼睛2000的位置处倾斜。
如图2中所示，屏幕1000的中心点a发射的垂直于屏幕1000的平面的入射光r1射入第一反射镜片100的第一入射点b，经第一反射镜片100 反射的入射光r1’由第一入射点b射入第二反射镜片200的第二入射点c，经第二反射镜片200反射的入射光r1”由第二入射点c射入用户的眼睛 2000的位置处d。为了便于描述，在图2中的屏幕1000的中心点a、第一入射点b和第二入射点c均表示为点。
经过屏幕1000的中心点a的水平线为第一水平线l1，经过第一反射镜片100的第一入射点b的水平线为第二水平线l2，经过第二反射镜片200 的第二入射点c的水平线为第三水平线l3，屏幕1000的中心点a与第一反射镜片100的第一入射点b之间的距离为第一距离d1，第一入射点b与第二入射点c之间的距离为第二距离d2，第二入射点c与用户的眼睛的位置处d之间的距离为第三距离d3。屏幕1000的中心点a的法线与第一水平线 l1的夹角为第一夹角α，第一反射镜片100的第一入射点b的位置处的法线与第二水平线l2的夹角为第二夹角β，第二反射镜片200的第二入射点 c的位置处的法线与第三水平线l3的夹角为第三夹角θ。
当屏幕1000的平面与第一水平线l1的夹角小于90°时，即图2中所示，屏幕1000与第一水平线l1成锐角。第一距离d1的取值范围为20-60mm，第二距离d2的取值范围为40-100mm，第三距离d3的取值范围为70-110mm。第一夹角α、第二夹角β和第三夹角θ均为锐角，屏幕1000的平面与第一反射镜片100的反光面之间的夹角γ等于第一夹角α和第二夹角之和β，即γ＝α+β。作为一种实施方式，第一距离d1为48mm，第二距离d2为 78.5mm，第三距离d3为90mm。第一夹角α为43°，第二夹角β为2°，屏幕1000的平面与第一反射镜片100的反光面之间的夹角γ为45°，第三夹角θ为19°。第一反射镜片的长度L1为81mm，第二反射镜片的长度L2为 67.5mm。
如图2所示，第一水平线l1、第二水平线l2和第三水平线l3两两平行，且第一反射镜片100的法线方向、第二反射镜片200的法线方向和屏幕1000的法线方向不平行，即延伸方向不一致，第一反射镜片100的位置与第二反射镜片200的位置不会对屏幕1000的两端区间内的影像产生干涉。
另外，如图3所示，示出了第一反射镜片100的结构图。第一反射镜片100的反射面101为矩形，第一入射点b位于第一反射镜片100的反射面101的中心点的下方，图3中的虚线的矩形框内为第一反射镜片100的反射面101的有效使用范围。第一反射镜片100的长度为126mm、宽度为 81mm，第一入射点b将第一反射镜片100的宽度分为第一宽度s11和第二宽度s12，第一入射点b将第一反射镜片100的长度分为第一长度s21和第二长度s22。其中，第一宽度s11为52mm，第二宽度s12为29mm，第一长度s21和第二长度s22均为63mm。
另外，如图4所示，示出了第二反射镜片200的结构图，图中，虚线框内的区域为第二反射镜片200的有效使用范围，由第二反射镜片200的虚线框可以看出，第二反射镜片200为非球面的凹面镜，并且，第二反射镜片200的第二入射点c位于第二反射镜片200的中心点的下方。第二反射镜片200的第二入射点c将第二反射镜片200的宽度分为第三宽度s31 和第四宽度s32、将长度分为第三长度s41和第四长度s42。其中，第三宽度s31为39mm，第四宽度s32为28.5mm，第三长度s41和第四长度s42均为29mm。
当屏幕1000、第一反射镜片100和第二反射镜片200的角度发生改变时，三者的位置关系也会相应改变，例如，如图5和图6所示。图5示出了光学系统10B的另一个实施例的结构图，与图2所示的实施例不同的是，在该实施例中，屏幕1000的平面与经过观看位置的水平线垂直，具体地，如图5所示，屏幕1000的平面与经过用户的眼睛2000的水平线垂直。请参阅图6，图6示出了本申请实施例提供的光学系统10B中各组件的位置关系。请参阅图6，第二水平线变化至图中l4的位置，第三水平线变化至图中l5的位置，屏幕1000的平面的中心点a1射出的入射光r2垂直于屏幕 1000的光束的角度发生了改变，使得该光束与第一反射镜片100的交点发生了改变，即第一反射镜片100的第一入射点变为b1，第二反射镜片200 的第二入射点变为c1，而屏幕1000的平面与第一水平线垂直，则第一距离 d1’的取值范围为30-90mm，第二距离d2’的取值范围为40-100mm，第三距离d3’的取值范围为70-110mm。第二夹角β’和第三夹角θ’均为锐角。作为一种实施方式，第一距离d1’位65mm，第二距离d2’为74.3mm，第三距离d3’为90mm，第二夹角β’为20°，第三夹角θ’为25°。第一反射镜片的长度L1’为68mm，第二反射镜片的长度L2’为50mm。
需要说明的是，上述实施例中，第一距离、第二距离、第三距离、第一夹角、第二夹角和第三夹角的数值可以根据实际需要而设定，只要能确保屏幕1000的影像经第一反射镜片100和第二反射镜片200的反射后能够会聚到用户的眼睛2000的位置处即可。
上述的屏幕1000的中心点、第一入射点和第二入射点的光路为光学系统的光轴，屏幕1000、第一反射镜片100和第二反射镜片200沿系统的光轴设置。则屏幕1000的中心点位于光学系统的光轴上，这样的设置，使得第一反射镜片100和第二反射镜片200不会对屏幕1000输出的光束造成干涉。
进一步地，第一反射镜片100的几何中心和第二反射镜片200的几何中心点的垂线为各自对应的光轴，第一反射镜片100与屏幕1000的垂线的延伸方向不一致，第一反射镜片100与第二反射镜片200的光轴的延伸方向不一致。因此，当从屏幕1000出来的光线在经过第一反射镜片100与第二反射镜片200的反射过程中，由于各光轴的延伸方向两两不一致，光线之间不会产生干涉，从而保证放大后的影像的品质。将第一反射镜片100 的光轴、第二反射镜片200的光轴与屏幕1000的出光面的垂线方向采用各自两两不一致的方式，可以在一定程度上减少第一反射镜片100与第二反射镜片200所占据的空间。这样在上述光学组件101构成VR、AR、MR或放大眼镜时，可使得相关产品的整体尺寸变小，以方便用户携带或者使用。
当上述的光学组件101应用于VR、AR、MR或放大眼镜时，需要分别组成用于左眼和右眼的装置，因此，本申请实施例还提供了一种放大影像装置。请参阅图7，示出了放大影像装置60的一种实施例的结构图。该放大影像装置60包括左眼镜组61和右眼镜组62。图7中，L表示左眼的位置， R表示右眼的位置。左眼镜组61对应设置在左眼的位置处，右眼镜组62对应设置在用户的右眼处。
左眼镜组61对应用户的左眼，用于将影像放大后输入用户的左眼。具体地，左眼镜组61包括第一反射镜组611和第二反射镜组612。
第一反射镜组611，用于接收屏幕1000中的用于左眼观看的区域的影像。具体地，第一反射镜组611可以包括一个第一反射镜片100，也可以包括多个第一反射镜片100。
当所述第一反射镜组611包括多个第一反射镜片100，所述第一反射镜组由多个所述第一反射镜片100组合成，且每个所述第一反射镜片100的反射面101组成所述第一反射镜组611的反射面。作为一种实施方式，多个第一反射镜片100的相邻边缘粘接在一起，组成一个整体的反射镜，或者也可以通过连接件拼接或者多个第一反射镜片100不接触而间隔特定的距离。通过多个第一反射镜片100的反射作用可以对从屏幕1000出来的入射光进行叠加，从而在一定程度上可以提高入射光的强度或者亮度，保证经过第一反射镜组611的光线的品质。
第二反射镜组612，处于第一反射镜组611的反射光路径上，用于将第一反射镜组611反射的影像的光线射入反射至第二反射镜组612所对应的观看位置。其中，在用户使用该放大影像装置的时候，左眼镜组中的第二反射镜组612所对应的观看位置为用户的左眼的瞳孔所处的位置。
第二反射镜组612可以包括一个第二反射镜片200，也可以包括多个第二反射镜片200。放第二反射镜组612包括多个第二反射镜片200时，所述第二反射镜组612由多个所述第二反射镜片200组合成，且每个所述第二反射镜片200的第一镜面201组成所述第二反射镜组612的反射面。作为一种实施方式，第二反射镜组612包括多个第二反射镜片200，组合的方式可以参考上述第一反射镜组611的组合方式，在此不再赘述。多个第二反射镜片200组合形成第二反射镜组612，通过多个第二反射镜片200的反射作用可以对从第一反射镜组611出来的光线进一步进行叠加，从而使得光线从第二反射镜组612出来后得到强度或者亮度的进一步加强，最终提高了整个放大影像装置60对影像的放大效果。
需要说明的是，第二反射镜组612只有一个第二反射镜片200组成时，第二反射镜组612的光轴为该第二反射镜片200的光轴，当第二反射镜组 612由多个第二反射镜片200组成时，则第二反射镜组612的光轴为多个第二反射镜片200组合后的等效光轴。第一反射镜组611与屏幕1000的出光面的垂线的延伸方向不一致，第一反射镜组611与第二反射镜组612的光轴的延伸方向不一致。
进一步地，第一反射镜组611的光焦度选自正数、负数或者零中的一个，第二反射镜组612的光焦度选自正数或负数。需要说明的是，当第一反射镜组611由一个第一反射镜片100组成时，第一反射镜片100的光焦度为所述第一反射镜组611的光焦度；当第二反射镜组612由一个第二反射镜片200组成时，第二反射镜片200的光焦度为所述第二反射镜组612的光焦度。
由此，采用上述第一反射镜组611以及上述第二反射镜组612，使得第一反射镜组611与第二反射镜组612具备多种搭配方式，以满足远视力、近视等不同使用群体的需求，实现了一套放大影像装置60即可满足各种不同用户群体的使用。
可以理解的是，当用户为近视时，显然具有正光焦度的第一反射镜组 611与具有正光焦度的第二反射镜组612组合以放大影像，供该类用户能够清晰的观看放大后的影像。当用户为远视时，显然具有负光焦度的第一反射镜组611与具有负光焦度的第二反射镜组612组合以放大影像，供该类用户能够清晰的观看放大后的影像。
进一步的，为了确保第一反射镜组611与第二反射镜组612能够正确组合，在某些实施方式中，第一反射镜组611与第二反射镜组612的光焦度满足关系式：
-0.55＜(Φ1+Φ2-(Φ1*Φ2)*d12)＜0.55；
其中，Φ1和Φ2分别为第一反射镜组611和第二反射镜组612的光焦度，d12为第一反射镜组611与第二反射镜组612之间的等效间隔。
按照以上关系式制造出的第一反射镜片100与第二反射镜片200能够标准化，使得在生产第一反射镜片100与第二反射镜片200的过程中，提高生产效率，缩短生产周期。
进一步地，在一些实施例中，第二反射镜组612活动设置在屏幕1000 与用户的双眼之间，由此，第二反射镜组612的成像位置和成像效果就可以调节。进一步地，第一反射镜组611和第二反射镜组612均为活动设置，即第一反射镜组611与第二反射镜组612还可活动设置在屏幕1000与观看者的眼睛之间。
如此，通过第一反射镜组611与第二反射镜组612对影像所发入射光的反射实现了影像的放大效果，同时由于第一反射镜组611与第二反射镜组612活动设置在屏幕1000与观看者的双眼之间，这样就使得第一反射镜组611与屏幕1000、第一反射镜组611与第二反射镜组612以及第二反射镜组612与观看位置之间的距离均可调，从而实现了对放大影像效果的实时调整，大大提高了用户体验。
为了实现第一反射镜组611与第二反射镜组612的活动设置，在某些实施方式中，可以在将放大影像装置60制成前文中眼镜、眼罩或者面罩等一些造型或者仅仅由一层外壳包裹的产品的过程中，在眼镜、眼罩或者面罩或者外壳内设置可供第一反射镜组611与第二反射镜组612移动的滑道，通过该滑道即可实现第一反射镜组611与第二反射镜组612的活动设置。在另一些实施方式中，还可以将眼镜、眼罩或者面罩等一些造型或者仅仅由一层外壳包裹的产品制成可自由伸缩的形态，通过它们的自由伸缩而实现第一反射镜组611与第二反射镜组612的活动。
下面列举一个本发明的放大影像装置60的第一反射镜组611、第二反射镜组612的设计案例，如下表：
表一：光学元件参数表
Figure GDA0002000214800000161
Figure GDA0002000214800000171
右眼镜组对应用户的右眼，用于将影像放大后输入用户的右眼。具体地，右眼镜组包括第三反射镜组621和第四反射镜组622。其中，第三反射眼镜组621和第一反射眼镜组611的结构相同，具体的可参考前述实施例。第四反射眼镜组622和第二反射眼镜组612的结构相同，具体的可参考前述实施例。
上述的放大影像装置具体的可以应用于VR、AR、MR或放大眼镜，下面对不同的应用场景分别描述。
请参阅图8，示出了一种虚拟现实眼镜80的结构图。该虚拟现实眼镜 80包括壳体810、放大影像装置(图中未示出)和伸缩带820。
壳体810上设有安装槽830，放大影像装置安装在壳体810内。其中，放大影像装置的具体实施方式可参考前述实施例，在此不再赘述。作为一种实施方式，安装槽830设置在壳体810的顶部，安装槽830用于安装屏幕或终端设备，且安装槽830内设有贯穿的第一窗口(图中未示出)。作为一种实施方式，安装槽830内放置有移动终端840，使用时，移动终端840的显示屏朝向该第一窗口，显示屏的图像通过该第一窗口输入壳体810内部，并输入放大影像装置。具体地，该第一窗口的大小与屏幕或移动终端 840的显示屏的大小匹配。
进一步地，安装槽830上设有第一挡片860，第一挡片860具有一定的弹性，用于将移动终端840或屏幕固定在安装槽830内。
进一步地，壳体810上还设有调节组件850，放大影像装置可活动的设置在壳体810内，具体的实施方式可参考前述实施例，在此不再赘述。该调节组件850用于调节放大影像装置在壳体810内的位置，以使用户观察到不同的成像效果，具体地，调节组件850为齿轮，第一反射镜片100和第二反射镜片200设置在一个滑轨上，且通过调节齿轮与调节组件850啮合，通过转动调节组件850使得调节齿轮转动，从而带动第一反射镜片100 和第二反射镜片200的移动。
进一步地，壳体810上还设有第二窗口870。如图9所示，该第二窗口 870设置在壳体810的后端。第二窗口870用于在用户使用时，作为用户的观察窗口,则观看位置处于第二窗口处。则用户在佩戴时，用户的眼睛位于第二窗口870内，用户的眼睛位于对应的第二镜片200的光轴的延长线上，第二反射镜片200将反射的光线会聚到用户的眼睛内，同时，第二反射镜片200的光轴的延长线与第一反射镜片100不相交，则第二反射镜片200 反射的光线不会射入第一反射镜片100上，即能够避免第一反射镜片100 遮挡第二反射镜片200反射入第二窗口870内的光线。
伸缩带820与壳体810连接，用于将壳体810佩戴在用户的头部，并且，具有可伸缩性，能够根据需要进行松紧的调整，使用更方便。
需要说明的是，在本虚拟现实眼镜80中，第二反射镜片200为全反射镜片，即可以不具备透光的功能。
以观察移动终端840的显示屏为场景，介绍上述虚拟现实眼镜80的工作过程：
打开移动终端840的显示界面，如果是虚拟现实的应用场景，该显示界面应当分为左眼观察区域和右眼观察区域，如图10的左眼图像和右眼图像。
将移动终端840插入安装槽830内，以使移动终端840的显示屏朝向上述的第一窗口。通过伸缩带820将壳体810戴在头部，使得用户的双眼位于第二窗口870内。使用调节组件850调节放大影像装置内第一反射镜片100和第二反射镜片200的位置关系，以适应用户对观察图像的要求。则移动终端840的显示屏的影像经过第一反射镜片100和第二反射镜片200 的放大后，人眼观察到放大的虚拟的像，如图11所示。
请参阅图12，示出了一种增强现实眼镜90A的结构图。该增强现实眼镜包括：壳体810、放大影像装置(图中未示出)和伸缩带820。壳体810 设置有安装槽830、第一挡片860、调节组件850和第二窗口870。具体的，上述的伸缩带820、安装槽830、第一挡片860、调节组件850和第二窗口 870可以参考前述的实施例，在此不再赘述。
与上述虚拟现实眼镜80相比，该增强现实眼镜还包括第三窗口920，设置在壳体810上。其中，第三窗口920可以为一个贯穿的开口。作为一种实施方式，第三窗口920设置在壳体810的前端910，并且，在该增强现实眼镜中，第二反射镜片200为可部分透光的反射镜。作为一种实施方式，第二反射镜片200的第二镜面202与壳体810的前端910相对，第二反射镜片200的第一镜面201与第二窗口870相对。作为一种实施方式，第三窗口920上可以设置一个全透光的玻璃。外部的现实图像通过第三窗口920 射入第二反射镜片200的第二镜面202，透过第二镜面202射入用户的眼睛内。另外，与图9所示的眼镜相似，第二窗口870位于第二反射镜片200 的光轴的延长线上，且第二反射镜片200的光轴的延长线与第一反射镜片 100不相交，则经第二反射镜片200透射的光线以及反射的光线均不会被第一反射镜片100遮挡，而导致用户的眼睛在第二窗口870无法观察到屏幕的影像以及外部的现实图像。
因此，通过第一反射镜片100和第二反射镜片200能够将移动终端840 的显示屏上显示的图像放大(可参考前述实施例，详细过程在此不再赘述)，在与通过第三窗口920观察到的裸眼现实图像相结合，以实现增强显示的效果。
请参阅图13，示出了另一种增强现实眼镜90B的结构图。与图12所示的增强现实眼镜90A不同的是，在壳体810的前端910设有凹槽930，该凹槽930向前端910的表面下陷，该凹槽930用于安装显示器或移动终端840。凹槽930的底部设有第三窗口920，该第三窗口920的尺寸与显示器的显示界面或移动终端840的显示屏的显示界面匹配，所显示的内容能够通过该第三窗口920输入至第二反射镜片200的第二镜面202。具体的，当凹槽 930内安装显示器时，该显示器与图像生成设备耦合。作为一种实施方式，图像生成设备可以安装在壳体810上，也可以作为该增强现实眼镜的外部设备，通过无线或有线的方式传输数据。例如，图像生成设备可以是摄像头，也可以是具有图像采集功能的终端。当图像生成设备获取到裸眼现实图像时，将裸眼现实图像发送至显示器，显示器的显示面板将裸眼现实图像通过第二反射镜片200的透射输入用户的眼中，同时，位于安装槽830 内的移动终端840所显示的影像经过第一反射镜片100和第二反射镜片200 的反射后，形成放大的影像，并与裸眼现实图像叠加，以实现增强现实的效果。
另外，图像生成设备获取的图像也可以为数字现实图像，位于安装槽 830内的移动终端840所显示的影像经过第一反射镜片100和第二反射镜片 200的反射后，形成放大的影像，并与该数字现实图像叠加，以实现混合现实的效果。另外，在该凹槽930上设置有第二挡片940，该第二挡片940用于挡住位于凹槽930内的移动终端840或显示屏。
同理，当凹槽930内安装手机等移动终端840时，移动终端840的显示屏用于显示裸眼现实图像或数字显示图像，具体的，当显示屏用于显示裸眼现实图像时，移动终端840的摄像头用于采集裸眼现实图像，然后通过移动终端840的显示屏显示。
综上，本申请实施例提供的光学组件、光学系统和放大影像装置，通过第一反射镜片与第二反射镜片对影像所发入射光的反射实现了影像的放大效果，使得用户在观看手机等显示屏或显示画面较小的终端时，通过第一反射镜片和第二反射镜片的偶次反射将画面放大，提供了用户的体验感和舒适度。并且，第一反射镜片为全反的镜面，能够降低光能的衰减，而且，上述光学组件及光学系统，并未使用到传统的透镜来进行放大，因此摆脱了传统透镜的种种缺陷，提高了用户的实际体验效果。同时在上述对入射光的反射过程中并未使用传统的透镜，摆脱了需要软件处理色差、变形等光学像差的步骤，本装置采用偶次反射原理，因此摆脱了需要软件进行镜像处理的步骤，因此本发明在实现了对影像进行放大的基础上，还降低了功耗以及软件处理难度。并且，第二反射镜片可以设置成部分透光本分反光，使得光学组件还可以用于增强现实和混合现实。
另外，光学系统中，屏幕、第一反射镜片和第二反射镜片沿该光学系统的光轴设置，因此，当从屏幕出来的光线在经过第一反射镜片与第二反射镜片的反射过程中，由于各光轴的延伸方向两两不一致，光线之间不会产生干涉，从而保证放大后的影像的品质。将第一反射镜片的光轴、第二反射镜片的光轴与屏幕的出光面的垂线方向用户的眼睛各自两两不一致的方式，可以在一定程度上减少第一反射镜片与第二反射镜片所占据的空间。
再者，由于第一反射镜组与第二反射镜组活动设置在屏幕与观看者的双眼之间，这样就使得第一反射镜组与屏幕、第一反射镜组与第二反射镜组以及第二反射镜组与双眼之间的距离均可调，从而实现了对放大影像效果的实时调整，大大提高了用户体验。
因此，本申请实施例提供的光学组件、光学系统和放大影像装置具备如下技术效果：
1、具备放大影像功能；
2、实现了虚拟现实，提高了用户的实际体验效果；
3、实现实时交互体验，实现了增强现实的效果；
4、适用于具有不同视力或者不同瞳距的各种使用群体；
5、整体尺寸可以做到更小；
6、结构简单、成本低。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (22)

1.一种光学组件，其特征在于，由第一反射镜片和第二反射镜片组成；
所述第一反射镜片，用于接收屏幕所发出的入射光，其中，所述第一反射镜片为具有全反镜面的平面反射镜；
所述第二反射镜片，设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经反射的所述入射光会聚以及反射至观看位置处，其中，所述第二反射镜片为非球面的凹面反射镜，所述第二反射镜片可部分透光，其中，所述屏幕的出光面朝向所述观看位置处，且屏幕的出光面与经过观看位置的水平线垂直，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片以及所述屏幕组成光学系统，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光学系统的光轴设置，所述屏幕的中心点位于所述光学系统的光轴上。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第二反射镜片包括第一镜面，所述第一镜面上设有第一反光膜，所述第一镜面用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经所述第一反射镜片反射的入射光反射至所述观看位置，其中，所述第一反光膜为部分透光部分反光膜。
3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述第二反射镜片的第一镜面朝向所述第一反射镜片的反射面，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将所述第一反射镜片反射的入射光反射至所述观看位置。
4.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第二反射镜片的远离所述第一反射镜片的一面为第二镜面，所述第二镜面设有增透膜。
5.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一反射镜片与所述第二反射镜片的表面形状满足关系式：
Figure FDA0003328959460000021
其中，z为镜片矢高，c为镜片曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径，a1～a8为非球面高次项系数。
6.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述屏幕的中心点发射的垂直于所述屏幕的平面的光束射入所述第一反射镜片的第一入射点，经所述第一反射镜片的反射由所述第一入射点射入所述第二反射镜片的第二入射点，经所述第二反射镜片的反射由所述第二入射点向所述观看位置处反射。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，经过所述屏幕的中心点的水平线为第一水平线，经过所述第一反射镜片的第一入射点的水平线为第二水平线，经过所述第二反射镜片的第二入射点的水平线为第三水平线，所述屏幕的中心点与所述第一反射镜片的第一入射点之间的距离为第一距离，所述第一入射点与所述第二入射点之间的距离为第二距离，所述第二入射点与所述观看位置之间的距离为第三距离；
当所述屏幕的平面与所述第一水平线的夹角小于90°时，所述第一距离的取值范围为20-60mm，所述第二距离的取值范围为40-100mm，所述第三距离的取值范围为70-110mm。
8.根据权利要求7所述的光学组件，其特征在于，所述屏幕的中心点的法线与所述第一水平线的夹角为第一夹角，所述第一入射点的位置处的法线与所述第二水平线的夹角为第二夹角，所述第二入射点的位置处的法线与所述第三水平线的夹角为第三夹角，所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角均为锐角，所述屏幕的平面与所述第一反射镜片的反光面之间的夹角等于所述第一夹角和所述第二夹角之和。
9.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，经过所述屏幕的中心点的水平线为第一水平线，经过所述第一反射镜片的第一入射点的水平线为第二水平线，经过所述第二反射镜片的第二入射点的水平线为第三水平线，所述屏幕的中心点与所述第一反射镜片的第一入射点之间的距离为第一距离，所述第一入射点与所述第二入射点之间的距离为第二距离，所述第二入射点与所述观看位置之间的距离为第三距离；
当所述屏幕的平面与所述第一水平线垂直时，所述第一距离的取值范围为30-90mm，所述第二距离的取值范围为40-100mm，所述第三距离的取值范围为70-110mm。
10.根据权利要求9所述的光学组件，其特征在于，所述第一入射点的位置处的法线与所述第二水平线的夹角为第二夹角，所述第二入射点的位置处的法线与所述第三水平线的夹角为第三夹角，所述第二夹角和所述第三夹角均为锐角。
11.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，所述屏幕的中心点、所述第一入射点和所述第二入射点的光路为所述光学系统的光轴，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光轴设置。
12.一种光学系统，其特征在于，包括屏幕和如权利要求1-11任一所述的光学组件，所述光学组件设置于所述屏幕与观看位置之间。
13.一种放大影像装置，其特征在于，包括对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组，所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：
第一反射镜片，用于接收屏幕所发出的入射光，其中，所述第一反射镜片为具有全反镜面的平面反射镜；
第二反射镜片，设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将所述入射光会聚以及反射至所述第二反射镜片对应的观看位置处，其中，所述第二反射镜片为非球面的凹面反射镜，所述第二反射镜片可部分透光，其中，所述屏幕的出光面朝向所述观看位置处，且屏幕的出光面与经过观看位置的水平线垂直，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片以及所述屏幕组成光学系统，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光学系统的光轴设置，所述屏幕的中心点位于所述光学系统的光轴上。
14.一种放大影像装置，其特征在于，包括：对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组，所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：
第一反射镜组，用于接收屏幕所发出的入射光，包括多个第一反射镜片，其中，所述第一反射镜组由多个所述第一反射镜片组合成，且多个所述第一反射镜片的反射面组成所述第一反射镜组的反射面，其中，所述第一反射镜片为具有全反镜面的平面反射镜；
第二反射镜组，包括多个第二反射镜片，其中，所述第二反射镜组由多个所述第二反射镜片组合成，且多个所述第二反射镜片的反射面组成所述第二反射镜组的反射面，其中，所述第二反射镜片为非球面的凹面反射镜，所述第二反射镜片可部分透光；
所述第二反射镜组处于所述第一反射镜组的反射光路径上，用于将所述第一反射镜组反射的光束会聚以及反射至所对应的眼睛的观看位置处，其中，所述屏幕的出光面朝向所述观看位置处，且屏幕的出光面与经过观看位置的水平线垂直，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片以及所述屏幕组成光学系统，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光学系统的光轴设置，所述屏幕的中心点位于所述光学系统的光轴上。
15.根据权利要求14所述的放大影像装置，其特征在于，所述第一反射镜组与垂直于屏幕的方向不一致，所述第一反射镜组与所述第二反射镜组的光轴的延伸方向不一致。
16.根据权利要求14所述的放大影像装置，其特征在于，所述第一反射镜组与所述第二反射镜组的光焦度满足关系式：
-0.55＜(Φ1+Φ2-(Φ1*Φ2)*d12)＜0.55；
其中，Φ1和Φ2分别为所述第一反射镜组和所述第二反射镜组的光焦度，d12为所述第一反射镜组与所述第二反射镜组之间的等效间隔。
17.根据权利要求14所述的放大影像装置，其特征在于，所述第二反射镜组活动设置。
18.一种虚拟现实眼镜，其特征在于，包括壳体和放大影像装置；
所述壳体上设有安装槽和第二窗口，所述安装槽用于放置屏幕，所述安装槽的底部设有贯穿的第一窗口，所述屏幕的出光面朝向所述第一窗口；
所述放大影像装置设置在所述壳体内，包括：对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组；
所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：
第一反射镜片，用于接收所述屏幕所发出的入射光，其中，所述第一反射镜片为具有全反镜面的平面反射镜；
第二反射镜片，设置在所述第一反射镜片的反射光路上，用于接收所述第一反射镜片反射的所述入射光，并将经所述第一反射镜片反射的所述入射光会聚以及反射入所述第二窗口，所述第一反射镜片或所述第二反射镜片中的至少一个具有会聚光线的功能，其中，所述第二反射镜片为非球面的凹面反射镜，其中，所述屏幕的出光面朝向观看位置处，且屏幕的出光面与经过观看位置的水平线垂直，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片以及所述屏幕组成光学系统，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光学系统的光轴设置，所述屏幕的中心点位于所述光学系统的光轴上。
19.根据权利要求18所述的虚拟现实眼镜，其特征在于，所述第二窗口位于所述第二反射镜片的光轴的延长线上，且所述第二反射镜片的光轴的延长线与所述第一反射镜片不相交。
20.一种增强现实眼镜，其特征在于，包括壳体和放大影像装置；
所述壳体上设有安装槽，所述安装槽用于放置屏幕；
所述放大影像装置设置在所述壳体内，包括：
对应左眼的左眼镜组及对应右眼的右眼镜组；
所述左眼镜组及所述右眼镜组均包括：第一反射镜片和第二反射镜片，所述第二反射镜片设置在所述第一反射镜片的反射光路上，所述第二反射镜具有会聚光线的功能，所述第二反射镜片可部分透光，其中，所述第一反射镜片为具有全反镜面的平面反射镜，所述第二反射镜片为非球面的凹面反射镜，所述第二反射镜片可部分透光，其中，所述屏幕的出光面朝向观看位置处，且屏幕的出光面与经过观看位置的水平线垂直，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片以及所述屏幕组成光学系统，所述屏幕、所述第一反射镜片和所述第二反射镜片沿所述光学系统的光轴设置，所述屏幕的中心点位于所述光学系统的光轴上。
21.根据权利要求20所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述壳体还包括第二窗口和第三窗口；
所述屏幕的出光面发出的入射光经所述第一反射镜片的反射后射向所述第二反射镜片，经所述第二反射镜片反射的所述入射光射入所述第二窗口，而由所述第三窗口输入的外部光线经过所述第二反射镜片的透射后向射入所述第二窗口。
22.根据权利要求21所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述第二窗口位于所述第二反射镜片的光轴的延长线上，且所述第二反射镜片的光轴的延长线与所述第一反射镜片不相交。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200125169A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Eyetech Digital Systems, Inc. Systems and Methods for Correcting Lens Distortion in Head Mounted Displays
US10866412B2 (en) * 2018-12-07 2020-12-15 Sharp Kabushiki Kaisha Compact head-mounted display system
CN111458884A (zh) * 2020-05-27 2020-07-28 歌尔光学科技有限公司 光线传导结构和头戴显示设备
CN112904563A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 光感(上海)科技有限公司 一种短焦近眼显示系统
US20230040478A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 E-Lead Electronic Co., Ltd. Head-mounted fixing device
CN114035309B (zh) * 2021-11-30 2022-07-05 东北大学 一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104216118A (zh) * 2013-06-03 2014-12-17 约翰·T·默里 具有远程控制件的头部安装式显示器
US20160091723A1 (en) * 2013-05-24 2016-03-31 University Of Rochester Optical display apparatus, method, and applications
CN106226909A (zh) * 2016-09-05 2016-12-14 浙江舜通智能科技有限公司 显示装置及头戴式显示系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3780026B2 (ja) * 1996-01-08 2006-05-31 キヤノン株式会社 画像表示装置
SE512336C2 (sv) * 1998-06-09 2000-02-28 Celsiustech Electronics Ab Anordning vid optomekanisk, bärbar deflektor för displayenhet
JP3755036B2 (ja) * 2002-09-02 2006-03-15 国立大学法人大阪大学 広視野角ヘッドマウントディスプレイ装置
DE102005017207A1 (de) * 2005-04-14 2006-10-19 Carl Zeiss Jena Gmbh Projektionseinheit für ein Head-Up-Display
CN101359089B (zh) * 2008-10-08 2010-08-11 北京理工大学 轻小型大视场自由曲面棱镜头盔显示器光学系统
US9632315B2 (en) * 2010-10-21 2017-04-25 Lockheed Martin Corporation Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
US20160063327A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Datangle, Inc. Wearable Device To Display Augmented Reality Information
CN204613516U (zh) * 2015-04-21 2015-09-02 杨振亚 头戴式手机类小屏幕多功能拓展装置
KR101672707B1 (ko) * 2015-08-05 2016-11-16 이승종 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
CN205982823U (zh) * 2016-07-01 2017-02-22 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示系统、虚拟现实设备和增强现实设备
CN206193349U (zh) * 2016-10-12 2017-05-24 深圳市昊日科技有限公司 一种可在ar与vr之间相互转换的ar眼镜
CN106707478A (zh) * 2017-01-12 2017-05-24 北京航宇荣康科技股份有限公司 一种自由曲面投影屏幕的离轴虚像显示系统
CN107003527B (zh) * 2017-01-23 2021-06-22 深圳市大疆创新科技有限公司 可穿戴设备
CN106842573B (zh) * 2017-01-26 2023-04-07 西安可视可觉网络科技有限公司 一种ar或vr成像方法及可用于ar或vr的眼镜
CN207473190U (zh) * 2017-08-11 2018-06-08 深圳市辰羿科技有限公司 一种多功能放大影像装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160091723A1 (en) * 2013-05-24 2016-03-31 University Of Rochester Optical display apparatus, method, and applications
CN104216118A (zh) * 2013-06-03 2014-12-17 约翰·T·默里 具有远程控制件的头部安装式显示器
CN106226909A (zh) * 2016-09-05 2016-12-14 浙江舜通智能科技有限公司 显示装置及头戴式显示系统

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WO2019028970A1 (zh) 2019-02-14

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