CN209842242U - 近眼成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种近眼成像装置，涉及成像技术领域，本实用新型提供的近眼成像装置包括图源组件、第一偏振分光器件、第一四分之一波片、第一反射镜、第二偏振分光器件、第二四分之一波片和第二反射镜，第一偏振分光器件设置在图源组件和第一四分之一波片之间，第一反射镜设置在第一四分之一波片背离第一偏振分光器件的一侧；第二四分之一波片设置在第二偏振分光器件和第二反射镜之间；第一偏振分光器件用于将第一偏振分光器件朝向第一四分之一波片侧的光反射至第二偏振分光器件，本实用新型提供的近眼成像装置可以缓解近眼成像装置的视场角和眼动范围受限于后焦距的技术问题。

Description

近眼成像装置

技术领域

本实用新型涉及成像技术领域，尤其是涉及一种近眼成像装置。

背景技术

近眼显示光学系统也称头盔显示器，是一种用于虚拟现实等显示在使用者头上戴着的视觉显示器，最初主要应用于军事和科研领域，随着科技进步和社会发展，人们对近眼显示技术的认识和学习越来越多，近眼显示技术逐步进入人们的生活。视场角的大小决定了视野的范围，视场角越大，视野就越大，因此更大的视野对于近眼显示光学系统十分重要。另外对于近眼显示光学系统而言，使用人员观看时舒适性十分重要，通常较大的眼动范围能够增加观看的舒适性，但大的眼动范围进一步增加了近眼显示光学系统的难度。

目前用于近眼显示光学系统图像源可以是有机发光二极管、硅基液晶、微发光二级光、数字微镜等，为了使系统整体小型化，图像源尺寸通常都较小；然而为了增大视场角和眼动范围，近眼成像装置的后焦距应缩小，由此将导致图像质量降低，并且受后焦距调节范围限制视场角和眼动范围均难以增大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种近眼成像装置，以缓解现有技术中近眼成像装置的视场角和眼动范围受限于后焦距的技术问题。

第一方面，本实用新型提供的近眼成像装置，包括：图源组件、第一偏振分光器件、第一四分之一波片、第一反射镜、第二偏振分光器件、第二四分之一波片和第二反射镜；所述第一偏振分光器件设置在所述图源组件和所述第一四分之一波片之间，所述第一反射镜设置在所述第一四分之一波片背离所述第一偏振分光器件的一侧；所述第二四分之一波片设置在所述第二偏振分光器件和所述第二反射镜之间；所述第一偏振分光器件用于将所述第一偏振分光器件朝向所述第一四分之一波片侧的光反射至所述第二偏振分光器件。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一偏振分光器件对S光的反射率大于90％，对S光的透射率小于1％；所述第一偏振分光器件对P光的透射率大于85％，对P光的反射率小于2％。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二偏振分光器件与所述第一偏振分光器件的光轴平行。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一四分之一波片与所述第一反射镜同光轴设置，所述第一偏振分光器件与所述第一四分之一波片的光轴夹角为40度～50度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二四分之一波片与所述第二反射镜同光轴设置，所述第二偏振分光器件与所述第二四分之一波片的光轴夹角为40度～50度。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一反射镜采用凹面镜，和/或，所述第二反射镜采用凹面镜。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述第二反射镜的反射率与透射率的比值范围为1:4～2:3。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第二反射镜的焦距大于所述第二反射镜和所述第二偏振分光器件之间的距离。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述图源组件包括：图像源和透镜组，所述透镜组设置在所述图像源和所述第一偏振分光器件之间，所述透镜组用于使光线与所述第一四分之一波片的光轴趋近平行。

第二方面，二次成像方法包括：将图源组件发出的光线透过第一偏振分光器件和第一四分之一波片传递至第一反射镜；将第一反射镜反射的光线再次透过第一四分之一波片形成S光，并由第一偏振分光器件反射至第二偏振分光器件；将第二偏振分光器件反射的S光透过第二四分之一波片，并经第二反射镜反射再次透过第二四分之一波片形成P光以成像在人眼处。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：采用第一偏振分光器件设置在图源组件和第一四分之一波片之间，第一反射镜设置在第一四分之一波片背离第一偏振分光器件的一侧，第二四分之一波片设置在第二偏振分光器件和第二反射镜之间的方式，通过第一偏振分光器件将第一偏振分光器件朝向第一四分之一波片侧的光反射至第二偏振分光器件，从而可使图源组件发出的光线经二次成像形成虚像，进而解决视场角和眼动范围受限于后焦距的技术问题，以便获得更大的视场角和眼动范围。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的近眼成像装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的近眼成像装置的图像源和透镜组的示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的近眼成像装置的图像源和透镜组的示意图二；

图4为本实用新型实施例提供的近眼成像装置的图像源和透镜组的示意图三。

图标：1`-成像区；2`-一次成像面；100-图源组件；110-图像源；120-透镜组；121-第一凸透镜；122-第一凹透镜；123-第二凸透镜；124-第三凸透镜；125-第二凹透镜；126-第四凸透镜；127-第三凹透镜；128-第五凸透镜；200-第一偏振分光器件；300-第一四分之一波片；400-第一反射镜；500-第二偏振分光器件；600-第二四分之一波片；700-第二反射镜。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供的近眼成像装置，包括：图源组件100、第一偏振分光器件200、第一四分之一波片300、第一反射镜400、第二偏振分光器件500、第二四分之一波片600和第二反射镜700；第一偏振分光器件200设置在图源组件100和第一四分之一波片300之间，第一反射镜400设置在第一四分之一波片300背离第一偏振分光器件200的一侧；第二四分之一波片600设置在第二偏振分光器件500和第二反射镜700之间；第一偏振分光器件200用于将第一偏振分光器件200朝向第一四分之一波片300侧的光反射至第二偏振分光器件500。其中，图源组件100、第一偏振分光器件200、第一四分之一波片300和第一反射镜400位于第一光路，第二偏振分光器件500、第二四分之一波片600和第二反射镜700位于第二光路。

光线传递过程包括：图源组件100发射的图像沿趋近于平行第一四分之一波片300光轴的方向传递至第一偏振分光器件200，第一偏振分光器件200将S光反射，并使P光透射第一偏振分光器件200传递至第一四分之一波片300；P光穿过第一四分之一波片300，并由第一反射镜400反射再次透射第一四分之一波片300从而形成S光；当S光传递至第一偏振分光器件200时，第一偏振分光器件200可将S光反射至第二偏振分光器件500，从而使光线由第一光路传递至第二光路；S光经第二偏振分光器件500反射穿过第二四分之一波片600，并由第二反射镜700反射再次透射第二四分之一波片600以形成P光，从而P光传递至成像区1`形成能够被人眼识别的虚像。

需要说明的是，第一偏振分光器件200将S光反射由此具备一定滤光作用，可以提高成像清晰度；第一偏振分光器件200和第二偏振分光器件500之间形成一次成像面2`，经第一偏振分光器件200朝向第一四分之一波片300侧端面反射的光线在一次成像面2`处可实现一次成像，但一次成像面2`处的视场角和眼动范围均受图源组件100的后焦距限制难以增大。而当光线经第二偏振分光器件500反射至第二四分之一波片600，再由第二反射镜700反射二次穿过第二四分之一波片600后可在成像区1`处形成虚像，视场角和眼动范围不再仅受图源组件100后焦距影响，由此可以获得更大的视场角和眼动范围。

在本实用新型实施例中，第一偏振分光器件200用于反射S光并透射P光；第一偏振分光器件200对S光的反射率大于90％，对S光的透射率小于1％；第一偏振分光器件200对P光的透射率大于85％，对P光的反射率小于2％。其中，第一偏振分光器件200可使光线中90％以上的S光反射至第一偏振分光器件200背离第一四分之一波片300的一侧，从而达到滤光效果；此外，第一偏振分光器件200可确保光线中85％以上的P光透射，进而确保足量的光线传递至第一四分之一波片300以保证用于成像的光线充足。

进一步的，第二偏振分光器件500与第一偏振分光器件200的光轴平行。经第一偏振分光器件200朝向第一四分之一波片300侧端面反射的光线可传递至第二偏振分光器件500，第二偏振分光器件500与第一偏振分光器件200的光轴平行，有利于降低光线自第一偏振分光器件200传递至第二偏振分光器件500过程中的损耗。

进一步的，第一四分之一波片300与第一反射镜400同光轴设置，第一偏振分光器件200与第一四分之一波片300的光轴夹角为40度～50度。其中，第一偏振分光器件200朝向图源组件100侧的端面可将图源组件100发出光线中的P光通过反射滤除，第一偏振分光器件200朝向第一四分之一波片300侧的端面可将自第一四分之一波片300传递而来的S光反射至第二偏振分光器件500，第一偏振分光器件200与第一四分之一波片300的光轴夹角为45度，从而可以确保第一偏振分光器件200两侧均具有足够的空间以反射光线。

进一步的，第二四分之一波片600与第二反射镜700同光轴设置，第二偏振分光器件500与第二四分之一波片600的光轴夹角为40度～50度。其中，经第二偏振分光器件500反射的光线可传递至第二四分之一波片600，自第二四分之一波片600传递至第二偏振分光器件500的P光可透射第二偏振分光器件500传递至成像区1`；第二偏振分光器件500与第二四分之一波片600的光轴夹角为45度，可以在确保P光透射第二偏振分光器件500产生折射角度较小的条件下，使经第二偏振分光器件500反射的光线反射的光线足量传递至第二四分之一波片600。

进一步的，第一反射镜400采用凹面镜，和/或，第二反射镜700采用凹面镜。

如图1所示，第一反射镜400可采用平面反射镜或者凹面反射镜，并使用金属膜或者介质膜等高反射膜以提高反射率。以第一反射镜400采用凹面镜为例，经第一反射镜400反射的S光可产生汇聚，经第一偏振分光器件200反射后可在一次成像面2`形成光线汇聚点。第二反射镜700可采用凹面镜，由此可将光线反射并使光线产生汇聚，第二反射镜700的焦点位于成像区1`，人眼可在成像区1`观看形成的虚像。

进一步与的，第二反射镜700的反射率与透射率的比值范围为1:4～2:3。其中，第二反射镜700采用半反半透镜，反射率与透射率的比值可选用2:8、3:7、4:6或者5:5。经第二反射镜700反射并再次透射第二四分之一波片600的光线可穿过第二偏振分光器件500在成像区1`形成虚像；此外，人眼可在成像区1`透过第二偏振分光器件500、第二四分之一波片600和第二反射镜700观察外部实体图像。

进一步的，第一反射镜400和第二反射镜700均可选用玻璃材质的球面镜，或者，选用塑料材质的非球面镜，由此在结合加工难度和生产成本的条件下保证成像质量。

进一步的，第二反射镜700的焦距大于第二反射镜700和第二偏振分光器件500之间的距离。其中，第二反射镜700采用凹面镜，且焦距为15mm～80mm。第二反射镜700的焦距大于第二偏振分光器件500与第二反射镜700之间的距离，从而确保光线汇聚在第二偏振分光器件500背离第二反射镜700的一侧。第一反射镜400采用凹面镜，并且第一反射镜400的焦距大于第一反射镜400和第一偏振分光器件200之间的间距，例如采用焦距大于15mm的第一反射镜400，从而使一次成像面2`位于第一偏振分光器件200和第二偏振分光器件500之间。

进一步的，图源组件100包括：图像源110和透镜组120，透镜组120设置在图像源110和第一偏振分光器件200之间，透镜组120用于使光线与第一四分之一波片300的光轴趋近平行。其中，图像源110可采用有机发光二极管、硅基液晶、微发光二级光、数字微镜等微图像源，以图像源110采用硅基液晶为例，应在硅基液晶背离第一偏振分光器件200的一侧设置光源，并使光线穿过带有图像的硅基液晶照射至第一偏振分光器件200。透镜组120与第一四分之一波片300同光轴设置，透镜组120可由多个透镜构成焦距9mm～30mm，光线透过透镜组120可产生汇聚，由此可使自图像源110传递至第一偏振分光器件200的光线与第一四分之一波片300的光轴趋近平行。

如图1和图2所示，透镜组120包括第一凸透镜121、第一凹透镜122和第二凸透镜123，自靠近图像源110至靠近第一偏振分光器件200方向，第一凸透镜121、第一凹透镜122和第二凸透镜123依次间隔设置，且第一凹透镜122背离第一凸透镜121的一侧设有凸面，第二凸透镜123朝向第一凹透镜122的一侧设有平面，光线自图像源110发出，依次穿过第一凸透镜121、第一凹透镜122和第二凸透镜123，可由折射沿趋近于与透镜组120光轴的方向传递。

如图1和图3所示，透镜组120包括自靠近图像源110至靠近第一偏振分光器件200方向依次间隔设置的第三凸透镜124、第二凹透镜125、第四凸透镜126和第三凹透镜127，第二凹透镜125朝向图像源110的一侧设有平面，第三凹透镜127背离第一偏振分光器件200的一侧设有凸面，光线自图像源110发出，依次穿过第三凸透镜124、第二凹透镜125、第四凸透镜126和第三凹透镜127，可由折射沿趋近于与透镜组120光轴的方向传递。

如图1和图4所示，透镜组120包括自靠近图像源110至靠近第一偏振分光器件200方向依次间隔设置的第五凸透镜128、第三凸透镜124、第二凹透镜125和第二凸透镜123，第五凸透镜128朝向图像源110的一侧设有平面，光线自图像源110发出，依次穿过第五凸透镜128、第三凸透镜124、第二凹透镜125和第二凸透镜123，可由折射沿趋近于与透镜组120光轴的方向传递。

实施例二

如图1所示，二次成像方法包括：将图源组件100发出的光线透过第一偏振分光器件200和第一四分之一波片300传递至第一反射镜400；将第一反射镜400反射的光线再次透过第一四分之一波片300形成S光，并由第一偏振分光器件200反射至第二偏振分光器件500；将第二偏振分光器件500反射的S光透过第二四分之一波片600，并经第二反射镜700反射再次透过第二四分之一波片600形成P光以成像在人眼处。第一偏振分光器件200和第二偏振分光器件500之间形成一次成像面2`，经第一偏振分光器件200朝向第一四分之一波片300侧端面反射的光线在一次成像面2`处可实现一次成像；当光线经第二偏振分光器件500反射至第二四分之一波片600，再由第二反射镜700反射二次穿过第二四分之一波片600后可在成像区1`处形成虚像，由此通过二次成像获得更大的视场角和眼动范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种近眼成像装置，其特征在于，包括：图源组件(100)、第一偏振分光器件(200)、第一四分之一波片(300)、第一反射镜(400)、第二偏振分光器件(500)、第二四分之一波片(600)和第二反射镜(700)；

所述第一偏振分光器件(200)设置在所述图源组件(100)和所述第一四分之一波片(300)之间，所述第一反射镜(400)设置在所述第一四分之一波片(300)背离所述第一偏振分光器件(200)的一侧；

所述第二四分之一波片(600)设置在所述第二偏振分光器件(500)和所述第二反射镜(700)之间；

所述第一偏振分光器件(200)用于将所述第一偏振分光器件(200)朝向所述第一四分之一波片(300)侧的光反射至所述第二偏振分光器件(500)。

2.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，

所述第一偏振分光器件(200)对S光的反射率大于90％，对S光的透射率小于1％；

所述第一偏振分光器件(200)对P光的透射率大于85％，对P光的反射率小于2％。

3.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第二偏振分光器件(500)与所述第一偏振分光器件(200)的光轴平行。

4.根据权利要求3所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第一四分之一波片(300)与所述第一反射镜(400)同光轴设置，所述第一偏振分光器件(200)与所述第一四分之一波片(300)的光轴夹角为40度～50度。

5.根据权利要求3所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第二四分之一波片(600)与所述第二反射镜(700)同光轴设置，所述第二偏振分光器件(500)与所述第二四分之一波片(600)的光轴夹角为40度～50度。

6.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第一反射镜(400)采用凹面镜，和/或，所述第二反射镜(700)采用凹面镜。

7.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第二反射镜(700)的反射率与透射率的比值范围为1:4～2:3。

8.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，所述第二反射镜(700)的焦距大于所述第二反射镜(700)和所述第二偏振分光器件(500)之间的距离。

9.根据权利要求1所述的近眼成像装置，其特征在于，所述图源组件(100)包括：图像源(110)和透镜组(120)，所述透镜组(120)设置在所述图像源(110)和所述第一偏振分光器件(200)之间，所述透镜组(120)用于使光线与所述第一四分之一波片(300)的光轴趋近平行。

10.根据权利要求9所述的近眼成像装置，其特征在于，所述透镜组(120)的焦距为9mm～30mm。