CN113974552A - 一种眼底反馈式光学系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及眼底反馈式光学系统，包括显示系统、照明系统和成像系统；眼底反馈式光学系统还包括光学透镜结构，光学透镜结构包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的光线调节镜组、第一半透半反镜和第二半透半反镜；光线调节镜组和照明系统分别位于第一半透半反镜的反射光路上和透射光路上；显示系统和成像系统，其一位于第二半透半反镜的反射光路上，另一位于第二半透半反镜的透射光路上；本发明所提供的眼底反馈式光学系统由于采用了双半透半反镜的方式，将显示系统、照明系统和成像系统进行结合，实现了结构紧凑、小尺寸的特性，并且由于三个子系统之间的相互作用，能够实现实时监控眼部状况的优点，并以此优点进一步实现智能调节的功能。

Description

一种眼底反馈式光学系统及设备

技术领域

本发明涉及反馈式光学系统技术领域，更具体地说，涉及一种眼底反馈式光学系统及设备。

背景技术

随着新的计算机、微电子、光电器件和通信理论和技术的发展，电子器件不断向超微型化发展，穿戴计算这种基于“以人为本”“人机合一”的新型模式在军事、工业、医疗、教育、消费等领域不断涌现应用。在一个典型的眼底计算系统架构中，眼底反馈式显示装置是关键的组成部分。将可控的特定红外光源引入使用者的眼底，使眼底信息传入特定传感器输入后台计算机。计算机进行合理的算法运算得出该使用者的眼部及身体健康信息，再通过微型图像显示器IMG发出适合该使用者健康状况的视频图像效果，在使用者的近目范围实现虚拟、放大图像，为使用者提供直观、可视的图像、视频、文字信息以及自己的眼部健康状况。

针对眼底反馈式的光学系统，其开发趋势向着功能全面、缩小体积、减小重量的方向发展，目前的眼底反馈式光学系统还存在进一步优化的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种眼底反馈式光学系统，还提供了一种眼底反馈式光学设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种眼底反馈式光学系统，其中，包括发出可见光来显示图像或者播放画面供使用者观看的显示系统、发射可见光或红外光或两者的混合光进行眼底照明的照明系统，和接收眼底反馈回的光并进行自动调整或自动变焦的成像系统；

所述眼底反馈式光学系统还包括光学透镜结构，所述光学透镜结构包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的光线调节镜组、第一半透半反镜和第二半透半反镜；

所述光线调节镜组和所述照明系统分别位于所述第一半透半反镜的反射光路上和透射光路上；所述显示系统和所述成像系统，其一位于所述第二半透半反镜的反射光路上，另一位于所述第二半透半反镜的透射光路上。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述显示系统还包括微型显示器件，所述照明系统包括红外光源，所述成像系统包括光传感器。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述红外光源和所述光传感器分别位于所述第一半透半反镜和第二半透半反镜的透射光路上。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述微型显示器件和所述光传感器在光轴方向上可移动，且分别距离所述第二半透半反镜的距离分别是D1和D2，D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 21mm。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 20.5mm。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述光路呈U型且U型的两个弯折处分别对应所述第一半透半反镜和所述第二半透半反镜；

所述第一半透半反镜与光轴的夹角角度为θ1，所述第二半透半反镜与光轴的夹角角度为θ2，θ1和θ2满足下列关系式：

36°≤θ1 ≤54°；

34°≤θ2 ≤54°。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述θ1和θ2满足下列关系式：

38°≤θ1 ≤53°；

35°≤θ2 ≤53°。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述微型显示器件可以为透射式或反射式液晶显示屏、有机电致发光器件以及DMD器件；

所述红外光源为红外激光器；

所述光传感器可以为CCD、COMS或光敏器件。

本发明所述的眼底反馈式光学系统，其中，所述光线调节镜组包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的第一透镜组和第二透镜组；

第一透镜组为正透镜组；

所述第二透镜组为负透镜组；

所述第一半透半反镜为可见光全返红外半透半反平面透镜；

所述第二半透半反镜为可见光全反红外全透平面透镜。

一种眼底反馈式光学设备，其中，所述设备包括上述的光学系统，且所述光学系统有两个，分别对应人的左右眼。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的眼底反馈式光学系统由于采用了双半透半反镜的方式，将显示系统、照明系统和成像系统进行结合，实现了结构紧凑、小尺寸的特性，并且由于三个子系统之间的相互作用，能够实现实时监控眼部状况的优点，并以此优点进一步实现智能调节的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：

图1是本发明提供的眼底反馈式光学系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的光学传递函数MTF示意图；

图4是本发明实施例二提供的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的光学传递函数MTF示意图；

图6是本发明实施例三提供的结构示意图；

图7（a）是本发明实施例三提供的场曲图；

图7（b）是本发明实施例三提供的畸变图；

图8是本发明实施四提供的结构示意图；

图9是本发明实施四提供的光学弥散斑点列示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明申请的眼底反馈式光学系统，包括发出可见光来显示图像或者播放画面供使用者观看的显示系统、发射可见光或红外光或两者的混合光进行眼底照明的照明系统，和接收眼底反馈回的光并进行自动调整或自动变焦的成像系统；

眼底反馈式光学系统还包括光学透镜结构，光学透镜结构包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的光线调节镜组、第一半透半反镜L4和第二半透半反镜L5；

光线调节镜组和照明系统分别位于第一半透半反镜L4的反射光路上和透射光路上；显示系统和成像系统，其一位于第二半透半反镜L5的反射光路上，另一位于第二半透半反镜L5的透射光路上（即两者位置可以互换）；

需要说明的是，上述的系统在光路上，并不要求整个系统全部在光路上，可以是系统中的一个或多个组成部分在光路上；

本发明所提供的眼底反馈式光学系统由于采用了双半透半反镜的方式，将显示系统、照明系统和成像系统进行结合，实现了结构紧凑、小尺寸的特性，并且由于三个子系统之间的相互作用，能够实现实时监控眼部状况的优点，并以此优点进一步实现智能调节的功能。

更进一步地，显示系统还包括微型显示器件B1，照明系统包括红外光源B2，成像系统包括光传感器B3；能够满足波长380nm-940nm范围内实现高像质效果成像。

更进一步地，红外光源B2和光传感器B3分别位于第一半透半反镜L4和第二半透半反镜L5的透射光路上。

更进一步地，微型显示器件B1和光传感器B3在光轴方向上可移动，且分别距离第二半透半反镜L5的距离分别是D1和D2，能够满足远视300度以内和近视800以内的屈光度调节，D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 21mm。

更进一步地，D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 20.5mm。

更进一步地，光路呈U型且U型的两个弯折处分别对应第一半透半反镜L4和第二半透半反镜L5；应用该种光路布局，能够有效的降低整体体积，缩小尺寸；

第一半透半反镜与光轴的夹角角度为θ1，第二半透半反镜L5与光轴的夹角角度为θ2，θ1和θ2满足下列关系式：

36°≤θ1 ≤54°；

34°≤θ2 ≤54°。

更进一步地，θ1和θ2满足下列关系式：

38°≤θ1 ≤53°；

35°≤θ2 ≤53°。

综上所述，θ1的取值可以是37°、38°、53°、54°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°、50°、51°、52°等；

θ2的取值可以是34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°、50°、51°、52°、53°、54°等；

D1、D2的取值可以是0、21、20.5、12.5、10.26、13.8、20、0.95、1.4、3.77、6.23、8.66、9.04、15.2、17、18.39、19.12等；

更进一步地，微型显示器件B1可以为透射式或反射式液晶显示屏、有机电致发光器件以及DMD器件；

红外光源B2为红外激光器；

光传感器B3可以为CCD、COMS或光敏器件。

当然，可以理解的是，还可以根据实际需要将上述部件进行更换成现有的其他形式设备，基于该种原理的简单部件替换同样属于本申请保护范畴；

更进一步地，光线调节镜组包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的第一透镜组A1和第二透镜组A2；

第一透镜组A1为正透镜组；

第二透镜组A2为负透镜组；

第一半透半反镜L4为可见光全返红外半透半反平面透镜；

第二半透半反镜L5为可见光全反红外全透平面透镜；

同样的，还可以根据实际需要将上述部件进行更换成现有的其他形式设备，基于该种原理的简单部件替换同样属于本申请保护范畴。

一种眼底反馈式光学设备，其中，设备包括上述的光学系统，且光学系统有两个，分别对应人的左右眼；

具体实施例说明如下：

实施例一：

如图2所示，第一半透半反镜L4与主光轴的夹角θ1角为54︒，第二半透半反镜L5与主光轴的夹角θ2角为45︒。由照明系统的红外光源B2发射红外光通过第一半透半反镜L4的透射、第二透镜组A2和第一透镜组A1，通过瞳孔到达眼底。再由成像系统探测使用者的眼部信息，通过照明系统用红外光线将眼底“照亮”，眼部反射红外光经人眼瞳孔、第一透镜组A1、第二透镜组A2、第一半透半反镜L4的反射、第二半透半反镜L5的透射，最后由光传感器B3接收读取信息并反馈。由显示系统显示合适该使用者的合适画面，如：屈光度、色温等，主要是由IMG微显示器显示合适图像，经第二半透半反镜L5反射、第一半透半反镜L4反射、第二透镜组A2、第一透镜组A1、人眼瞳孔为使用者提供适合该使用者眼部健康的全画幅高清、无失真、像质均匀的画面。

如图2所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，D1与D2为适度调节距离，且D1等于D2大于等于0小于等于12.5mm。

如图3所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的光学传递函数MTF示意图。其反映光学系统像差得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

实施例二

如图4所示根据本发明第二实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，第一半透半反镜L4与主光轴的夹角θ1角为45︒，第二半透半反镜L5与主光轴的夹角θ2角为36︒。由照明系统的红外光源B2发射红外光源通过第一半透半反镜L4透射、第二透镜组A2、第一透镜组A1，通过瞳孔到达眼底。再由COMS成像系统（探测器光感应系统）探测使用者的眼部信息，通过LASER眼底照明系统用红外光线将眼底“照亮”，眼部反射红外光经人眼瞳孔、第一透镜组A1、第二透镜组A2、第一半透半反镜L4反射、第二半透半反镜L5透射，光传感器B3接收读取信息并反馈，由显示系统显示合适该使用者的合适画面，如：屈光度、色温等，经第二半透半反镜L5反射、第一半透半反镜L4反射、第二透镜组A2、第一透镜组A1，人眼瞳孔为使用者提供适合该使用者眼部健康的全画幅高清、无失真、像质均匀的画面。

如图4所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，D1与D2为适度调节距离，且D1等于D2大于等于0小于等于10.26mm。

如图5所示根据本发明第二实施例的目镜光学系统的光学传递函数MTF示意图。其反映光学系统像差得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

实施例三

如图6所示根据本发明第三实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，第一半透半反镜L4与主光轴的夹角θ1角为36︒，第二半透半反镜L5与主光轴的夹角θ2角为44︒。由照明系统的红外光源B2发射红外光源通过第一半透半反镜L4透射、第二透镜组A2、第一透镜组A1，通过瞳孔到达眼底。再由成像系统探测使用者的眼部信息，通过照明系统用红外光线将眼底“照亮”，眼部反射红外光经人眼瞳孔、第一透镜组A1、第二透镜组A2、第一半透半反镜L4反射、第二半透半反镜L5透射、光传感器B3接收读取信息并反馈，由显示系统显示合适该使用者的合适画面，如：屈光度、色温等，图像经第二半透半反镜L5反射、第一半透半反镜L4反射、第二透镜组A2、第一透镜组A1、人眼瞳孔为使用者提供适合该使用者眼部健康的全画幅高清、无失真、像质均匀的画面。

如图6所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，D1与D2为适度调节距离，且D1等于D2大于等于0小于等于13.8mm。

如图7（a）和图7（b）所示，图7（a）和图7（b）分别为根据本发明第一实施例的目镜光学系统的光学场曲与畸变示意图。其反映光学系统场曲和畸变得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

实施例四

如图8所示根据本发明第三实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，第一半透半反镜L4与主光轴的夹角θ1角为36︒，第二半透半反镜L5与主光轴的夹角θ2角为46︒。由照明系统的红外光源B2发射红外光通过第一半透半反镜L4透射、第二透镜组A2、第一透镜组A1，通过瞳孔到达眼底。再由成像系统探测使用者的眼部信息，通过照明系统用红外光线将眼底“照亮”，眼部反射红外光经人眼瞳孔、第一透镜组A1、第二透镜组A2、第一半透半反镜L4反射、第二半透半反镜L5透射、光传感器B3接收读取信息并反馈。由显示系统显示合适该使用者的合适画面，如：屈光度、色温等，图像经第二半透半反镜L5反射、第一半透半反镜L4反射、第二透镜组A2、第一透镜组A1、人眼瞳孔为使用者提供适合该使用者眼部健康的全画幅高清、无失真、像质均匀的画面。

如图8所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的结构示意图，其反映光学系统成像的几何结构，D1与D2为适度调节距离，且D1等于D2大于等于0小于等于20.0mm。

如图9所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的光学弥散斑点列示意图。其反映光学系统的像素点得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

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。

Claims (10)

1.一种眼底反馈式光学系统，其特征在于，包括发出可见光来显示图像或者播放画面供使用者观看的显示系统、发射可见光或红外光或两者的混合光进行眼底照明的照明系统，和接收眼底反馈回的光并进行自动调整或自动变焦的成像系统；

所述眼底反馈式光学系统还包括光学透镜结构，所述光学透镜结构包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的光线调节镜组、第一半透半反镜和第二半透半反镜；

所述光线调节镜组和所述照明系统分别位于所述第一半透半反镜的反射光路上和透射光路上；所述显示系统和所述成像系统，其一位于所述第二半透半反镜的反射光路上，另一位于所述第二半透半反镜的透射光路上。

2.根据权利要求1所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述显示系统还包括微型显示器件，所述照明系统包括红外光源，所述成像系统包括光传感器。

3.根据权利要求2所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述红外光源和所述光传感器分别位于所述第一半透半反镜和第二半透半反镜的透射光路上。

4.根据权利要求3所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述微型显示器件和所述光传感器在光轴方向上可移动，且分别距离所述第二半透半反镜的距离分别是D1和D2，D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 21mm。

5.根据权利要求4所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述D1和D2满足下列关系式：

0mm ≤D1=D2 ≤ 20.5mm。

6.根据权利要求1-5任一所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述光路呈U型且U型的两个弯折处分别对应所述第一半透半反镜和所述第二半透半反镜；

所述第一半透半反镜与光轴的夹角角度为θ1，所述第二半透半反镜与光轴的夹角角度为θ2，θ1和θ2满足下列关系式：

36°≤θ1 ≤54°；

34°≤θ2 ≤54°。

7.根据权利要求6所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述θ1和θ2满足下列关系式：

38°≤θ1 ≤53°；

35°≤θ2 ≤53°。

8.根据权利要求2-5任一所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述微型显示器件可以为透射式或反射式液晶显示屏、有机电致发光器件以及DMD器件；

所述红外光源为红外激光器；

所述光传感器可以为CCD、COMS或光敏器件。

9.根据权利要求1-5任一所述的眼底反馈式光学系统，其特征在于，所述光线调节镜组包括沿光路远离使用者人眼方向依次设置的第一透镜组和第二透镜组；

第一透镜组为正透镜组；

所述第二透镜组为负透镜组；

所述第一半透半反镜为可见光全返红外半透半反平面透镜；

所述第二半透半反镜为可见光全反红外全透平面透镜。

10.一种眼底反馈式光学设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1-9任一项所述的光学系统，且所述光学系统有两个，分别对应人的左右眼。

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