CN112255798A - 一种头戴穿透式智能眼镜光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，属于光学显示技术领域。本系统由图像源、透镜组、曲面棱镜和光阑组成，曲面棱镜包含补偿棱镜和折转棱镜，两者通过胶合粘接于一体。所述图像源发出的光依次经过透镜组、曲面棱镜和光阑后进入人眼，人眼通过曲面棱镜可观察到外界视景，实现穿透显示。本发明的使用，使头戴智能眼镜光学系统结构型式更为紧凑，系统达到了小型化、轻量化的目的。
Description
技术领域
本发明属于光学显示技术领域，涉及一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，本发明可应用于头戴显示器领域。
背景技术
头戴显示器是近几年显示领域的热门产品，由于头戴显示器佩戴于使用者头部，因此在头戴显示器的设计中，小型化与轻量化一直是十分关注的问题，以减轻佩戴者头部负荷，目前比较主流的头戴显示器有离轴头盔显示器、自由曲面棱镜显示器等构型。传统离轴头盔显示器通过折射、反射的方式，并结合离轴偏心设计手段实现特定形式的头盔显示器设计，能够达到较大的视场和出瞳孔径。但传统头盔显示器存在的比较显著的问题是体积大，结构复杂，光学设计难度大，难于满足小型化、轻量化的要求，目前多用于实验室内部研究。
自由曲面棱镜式头戴显示器采用一块自由曲面棱镜对光线进行折转，通过补偿棱镜实现外景畸变校正，可以在满足中等出瞳尺寸的基础上，实现光学系统的小型化和模块化，但存在的显著问题是由于采用了自由曲面棱镜，当观察外景时，棱镜边缘存在明显变形，影响观察舒适度。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，该系统构型简单，体积小、重量轻，观察外景舒适度好。
技术方案
一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：包括图像源、透镜组、曲面棱镜和光阑，所述的图像源发出的光依次经过透镜组、曲面棱镜和光阑后进入人眼，人眼通过曲面棱镜可观察到外界视景，实现穿透显示；所述的曲面棱镜包括补偿棱镜和折转棱镜，所述的折转棱镜包含4个光学面，第一光学面和第三光学面为平面，且相互平行，第二光学面和第四光学面为曲面，第一光学面与第二光学面的夹角在15°～35°之间；所述的补偿棱镜包含胶合面和补偿面2个光学面，补偿面为平面，胶合面与折转棱镜的第二光学面互补，通过胶合将折转棱镜和补偿棱镜粘接于一体，胶合后补偿面与第一光学面平行。
本发明技术方案更进一步的说：所述折转棱镜和补偿棱镜采用同种光学材料。
本发明技术方案更进一步的说：所述透镜组由多块透镜组合，透镜光学面均镀有增透膜。
本发明技术方案更进一步的说：所述折转棱镜的第二光学面镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，分光比为50/50。
本发明技术方案更进一步的说：所述透镜组为不同轴结构。
有益效果
本发明提出的一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，使头戴智能眼镜光学系统结构型式更为紧凑，系统达到了小型化、轻量化的目的。具有以下有益效果：
1、本发明采用棱镜折转光路，光学系统构型紧凑，适于智能眼镜领域应用；
2、本发明采用棱镜压缩光线尺寸，透镜组所需零件尺寸小，重量轻；
3、本发明采用平面棱镜作为显示目镜，观察外景无畸变，舒适度好；
4、本发明采用棱镜折转光路，透镜组位于佩戴者侧部，视野遮挡小。
附图说明
图1为本发明一实施例的智能眼镜光学系统示意图。
图2为本发明实施例中透镜组的结构示意图。
图3为本发明实施例中曲面棱镜结构示意图。
图4为本发明实施例中转折棱镜结构示意图。
图5为本发明实施例中补偿棱镜结构示意图。
其中：1-图像源；2-透镜组；3-曲面棱镜；4-光阑；21-胶合透镜；22-透镜1；23-透镜2；32-折转棱镜；33-补偿棱镜；311-胶合面；312-补偿面；321-第一光学面；322-第二光学面；323-第三光学面；324-第四光学面。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本系统由图像源1、透镜组2、曲面棱镜3和光阑4组成，曲面棱镜3包含补偿棱镜31和折转棱镜32，两者通过胶合粘接于一体。所述图像源发出的光依次经过透镜组2、曲面棱镜3和光阑4后进入人眼，人眼通过曲面棱镜3可观察到外界视景，实现穿透显示。
如图2，透镜组2由胶合透镜21、透镜1和透镜2组成，透镜组2各光学面均镀增透膜。胶合透镜21为两块光学玻璃透镜胶合组成，其中，21a面和21b面为球面，21c面为非球面，其面型表达式满足以下方程：
在公式中，参数c为半径所对应的曲率，r为曲面孔径半径，k为圆锥二次曲线系数；a2至a10分别表示各曲面孔径半径所对应的系数。透镜1采用普通玻璃球面透镜，透镜2为光学塑料OKP4HT，其中23a面为球面，23b面为XY扩展多项式型自由曲面，其面型表达式为：
在公式中，参数c为半径所对应的曲率，r为曲面孔径半径，k为圆锥二次曲线系数。Cj表示多项式xmyn所对应的系数，通过以上参数可以精确设定自由曲面的面型。
曲面棱镜(3)包含补偿棱镜(31)和折转棱镜(32)，两者通过胶合粘接于一体，胶合后补偿面(312)与第一光学面(321)平行。补偿棱镜(31)包含胶合面(311)和补偿面(312)2个光学面，胶合面(311)为球面，补偿面(312)为平面，补偿面(312)镀增透膜。折转棱镜(32)包含四个光学面组成，第一光学面(321)和第三光学面(323)为平面，第二光学面(322)和第四光学面(324)为球面，第一光学面(321)和第四光学面(324)镀增透膜，第二光学面(322)镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，分光比为(R/T)50/50。
由图像源发出的光线，经胶合透镜(21)的表面21a折射后进入胶合透镜，经过胶合透镜(21)的表面21c折射后离开胶合透镜，经透镜1(22)的表面22a折射后进入透镜1(22)，经过透镜1(22)的表面22b折射后离开透镜1(22)，经透镜2(23)的表面23a折射后进入透镜2，经过透镜2(23)的表面23b折射后离开透镜2(23)。光线经过曲面棱镜(3)第四光学面(324)折射进入曲面棱镜，经第三光学面(323)全反射后传输至第二光学面(322)，在第二光学面(322)再次全反射后入射至第一光学面(321)，经第一光学面(321)反射后经第二光学面(322)折射后到达光阑，最终进入人眼形成放大的虚像。
外界的光线经过补偿棱镜(31)的补偿面(312)折射后进入补偿棱镜(31)，然后经折转棱镜第一光学面(321)折射后入射至人眼。
本实施例中，曲面棱镜(3)的材料为ZEONEX公司的E48R光学塑料，长度在35mm～55mm之间，厚度在6mm～12mm之间，第一光学面(321)与第二光学面(322)的夹角在20°～35°之间。
本实施例中，透镜组(2)中胶合透镜(21)、透镜1(22)和透镜2(23)为不同轴设计，用于校正第一光学面(321)产生的离轴像差。
本发明所述光学系统适应可见光400nm～700nm波段，可显示单色或彩色画面。
Claims (5)
1.一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：包括图像源(1)、透镜组(2)、曲面棱镜(3)和光阑(4)，所述的图像源(1)发出的光依次经过透镜组(2)、曲面棱镜(3)和光阑(4)后进入人眼，人眼通过曲面棱镜(3)可观察到外界视景，实现穿透显示；所述的曲面棱镜(3)包括补偿棱镜(31)和折转棱镜(32)，所述的折转棱镜(32)包含4个光学面，第一光学面(321)和第三光学面(323)为平面，且相互平行，第二光学面(322)和第四光学面(324)为曲面，第一光学面(321)与第二光学面(322)的夹角在15°～35°之间；所述的补偿棱镜(31)包含胶合面(311)和补偿面(312)2个光学面，补偿面(312)为平面，胶合面(311)与折转棱镜(32)的第二光学面(322)互补，通过胶合将折转棱镜(32)和补偿棱镜(31)粘接于一体，胶合后补偿面(312)与第一光学面(321)平行。
2.根据权利要求1所述的一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：所述折转棱镜(32)和补偿棱镜(31)采用同种光学材料。
3.根据权利要求1所述的一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：所述透镜组(2)由多块透镜组合，透镜光学面均镀有增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：所述折转棱镜(32)的第二光学面(322)镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，分光比为50/50。
5.根据权利要求1所述的一种头戴穿透式智能眼镜光学系统，其特征在于：所述透镜组(2)为不同轴结构。
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- 2020-11-08 CN CN202011235101.9A patent/CN112255798A/zh active Pending
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| CN107976807A (zh) * | 2016-11-25 | 2018-05-01 | 上海渺视光学科技有限公司 | 一种增强现实式头戴显示器及其光路结构 |
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