CN215340540U - 一款增强现实的光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一款增强现实的光学系统，属于光学领域，包括位于眼睛视轴前方一定距离的分光镜(A1)。所述分光镜(A1)为自由曲面，包括镀了一定透反比膜层的前表面(S1)和镀了减反膜的后表面(S2)，其光轴与视轴不共轴。显示器(A2)的图像经分光镜(A1)的前表面(S1)反射进入人眼，环境光经分光镜(A1)的后表面(S2)透射进入人眼，达到增强现实的效果。采用本发明所述的增强现实光学系统，具有体积小、轻便、方便封装的特点以及具有畸变小等良好的成像效果。

Description

一款增强现实的光学系统

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，更具体地，涉及一款增强现实的光学系统。

背景技术

随着虚拟现实和增强现实的技术发展，近年来，头戴式的AR和VR设备在各行各业都得到了广泛的应用，因为头戴式AR和VR设备需要佩戴在头部，对其轻便和体积小的要求尤为重要。目前大部分头戴式AR和VR设备所面临的问题是在实现轻小型的情况下，像质往往会有所不足，不能满足需求；为了能在良好像质情况下实现轻小，便携等特点，本专利将进一步进行说明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一款增强现实的光学系统，其目的在于解决满足良好的像质情况下同时实现轻小，便携的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一款增强现实的光学系统，包括位于眼睛视轴前方一定距离的分光镜(A1)；所述分光镜(A1)为自由曲面，其朝向眼睛侧为镀了一定透反比膜层的前表面(S1)，另一侧为镀了减反膜的后表面(S2)；且分光镜满足以下关系式：-55<R<-90； 1.5mm<TC<2.5mm；其中，R为所述分光镜(A1)的曲率半径，TC为所述分光镜(A1)的中心厚度。

优选地，所述的一款增强现实的光学系统满足下列关系式：18°<θ<25°；32mm＜d＜45mm；其中，θ为所述分光镜(A1)的光轴与视轴的夹角，d为人眼到分光镜中心的距离。

优选地，所述分光镜(A1)为自由曲面。

优选地，所述分光镜(A1)除有效区域外，其余较为弯曲的区域用球面衔接。

优选地，所述的一款增强现实的光学系统，还满足下列关系式：40°<FOV<55°；

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明的增强现实系统的分光镜为自由曲面，对系统的像差有很好的校正能力，使系统有良好的成像效果；(2)本发明光学系统具有较大的视场角度；(3)本发明分光镜光轴与视轴的角度适中，人眼到分光镜的距离小，很好的减少了封装结构的体积。

附图说明

图1为本发明实施例的光线示意图；

图2本发明实施例1的畸变网格图；

图3本发明实施例2的畸变网格图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

1、一款增强现实的光学系统，其特征在于，包括位于眼睛视轴前方一定距离的分光镜 (A1)；所述分光镜元件(A1)为自由曲面，其朝向眼睛侧为镀了一定透反比膜层的前表面(S1)，另一侧为镀了减反膜的后表面(S2)；且分光镜元件的满足以下关系式：

-55<R<-90；

1.5mm<TC<2.5mm；

其中，R为所述分光镜元件(A1)的曲率半径，TC为所述分光镜(A1)的中心厚度；

该增强现实光学系统的分光镜曲率半径较大，分光镜有效区域较为平缓，人眼看图像时较为舒适，另外分光镜的中心厚较小，在注塑成型允许情况下，减少中心厚有利于减轻产品整体的重量。

2、所述一款增强现实的光学系统，其特征在于，还满足下列关系式：

18°<θ<25°；

32mm＜d＜45mm；

其中，θ为所述分光镜元件(A1)的光轴与视轴的夹角，d为人眼到分光镜中心的距离。该增强现实光学系统的分光镜光轴与视轴角度较小，能让图像光更好的反射进入人眼，在确保显示器(A2)不挡住进入人眼的光前提下，d的值一定，θ角度越小，就有利于减小体积，达到轻小、便携的要求。

3、所述一款增强现实的光学系统，其特征在于，分光镜为自由曲面。

利用自由曲面进行设计，能够很好的对各个视场的像差进行校正，不需要引入额外透镜组对像差进行校正，从而达到提高系统的像质，降低成本。

4、所述一款增强现实的光学系统，其特征在于，自由曲面分光镜(A1)除有效区域外，其余较为弯曲的区域用球面衔接。

利用自由曲面进行设计，有个不好的地方就是除有效区域外，自由曲面可能会变得特别弯曲，不利于加工，如果把弯曲部分都截掉又不利于外部做结构承靠。为了解决此问题，本专利提供一种方法，可把弯曲部分去掉，然后用与自由曲面相近曲率的球面在截面处进行延伸，从而达到自然过渡的效果，既能满足用于外部做结构承靠，又能符合加工需求。

5、所述一款增强现实的光学系统，其特征在于，满足下列关系式：

40°<FOV<55°；

其中，FOV为所述一款增强现实光学系统的视场角。

一款增强现实的光学系统具有较大的视场角，在人眼到自由曲面分光镜(A1)的距离d相同的情况下，视场角大能看到的范围就广，一般情况下人单眼的水平视度可达|154°，比较舒适的视度为60°，本专利系统的视场角与人眼的舒适视度能很好的相匹配。

实施例1

作为本发明的一种具体的实施例，该增强现实的光学系统的参数如下表1、表2所示：

表1一款增强现实的光学系统的结构参数表

表2一款增强现实的光学系统分光镜反射面的自由曲面系数

在本实施例中，物距为2000mm，人眼到分光镜的距离为42mm。整体体积会略大一点，但成像质量会比较好。

实施例2

作为本发明的一种具体的实施例，该增强现实的光学系统的参数如下表3、表4所示：

表3一款增强现实的光学系统的结构参数表

表4一款增强现实的光学系统分光镜反射面的自由曲面系数

本实施例中，物距为2000mm，人眼到分光镜的距离为35mm。比实施例1中的要小，成像质量则与实施例1中的相当。

领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一款增强现实的光学系统，其特征在于，包括位于眼睛视轴前方一定距离的分光镜(A1)；所述分光镜(A1)为自由曲面，其朝向眼睛侧为镀了一定透反比膜层的前表面(S1)，另一侧为镀了减反膜的后表面(S2)，分光镜满足以下关系式：

-55<R<-90；

1.5mm<TC<2.5mm；

其中，R为所述分光镜(A1)的曲率半径，TC为所述分光镜(A1)的中心厚度。

2.如权利要求1所述的一款增强现实的光学系统，其特征在于，还满足下列关系式：

18°<θ<25°；

32mm＜d＜45mm；

其中，θ为所述分光镜(A1)的光轴与视轴的夹角，d为人眼到分光镜中心的距离。

3.如权利要求1所述的一款增强现实的光学系统，其特征在于，分光镜为自由曲面。

4.如权利要求1所述的一款增强现实的光学系统，其特征在于，自由曲面分光镜(A1)除有效区域外，其余较为弯曲的区域用球面衔接。

5.如权利要求1所述的一款增强现实的光学系统，其特征在于，满足下列关系式：

40°<FOV<55°；

其中，FOV为所述一款增强现实光学系统的视场角。

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