CN216485801U - 一种光学成像系统、图像显示装置及增强现实显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学成像系统、图像显示装置及增强现实显示设备，具体涉及视网膜成像技术领域，其激光扫描组件从第一焦点发射可见激光并将可见激光扫描投射出具有图像画面的激光束面阵，被透射出的可见激光通过聚焦元件聚焦于第二焦点，激光扫描组件与使用者人眼的位置需要保持共轭关系，使第二焦点聚焦于人眼瞳孔，从而适应人眼视网膜成像的要求，让图像光在人眼视网膜上实现扫描，形成清晰的图像，让该光学成像系统能够应用于虚拟现实以及增强现实等设备当中，拓宽其应用场景的同时，让其能够适配于更多的视觉成像设备当中。

Description

一种光学成像系统、图像显示装置及增强现实显示设备

技术领域

本实用新型涉及视网膜成像技术领域，尤其涉及一种光学成像系统、图像显示装置及增强现实显示设备。

背景技术

现有的虚拟现实(VR，Virtual Reality)或增强现实(AR，Augmented Reality)均为通过计算机模拟虚拟画面，并将虚拟画面投射于人眼，使用户能够获得虚拟与现实融合体验的技术。而这两项技术的图像显示一般基于粗光束成像，即对于显示器上的同一点会有一簇平行光或类平行光进入人眼，人眼晶状体再将这一簇平行光聚焦于人眼视网膜上，实现清晰成像。当人眼晶状体对光的聚焦能力过强或过弱时，则会将图像光聚焦于视网膜前或视网膜后，导致在视网膜上形成弥散斑，导致使用者无法观察到清晰的像，需要屈光度矫正。因此，对于近视或远视人群，佩戴虚拟现实或增强现实设备需要匹配相应的屈光度矫正镜片，给用户带来不便，且由于需要佩戴镜片，因此需要设备的出瞳距离较大，也增加了设计难度。

因此，基于上述问题，可通过采用细光束成像来解决相应的问题。激光束视网膜扫描便是这样一种技术，通过激光束扫描成像，在同一时刻只有一根细光束进入人眼，在视网膜上产生一个清晰的亮点，在另外一个时刻，细光束在视网膜其他点产生亮点，这样在一定时间内，便可通过扫描的方式在视网膜上实现一幅图像的显示，由于采用细光束成像，因此不需要晶状体的聚焦功能，其对于有近视或远视的人能够在不佩戴矫正镜片的情况下实现清晰成像。

但是，视网膜扫描需要将激光束聚焦于人眼瞳孔处才能获得清晰的成像，其在人眼不断运动的过程中，其聚焦点会在某些时刻不在瞳孔以内，导致人眼无法看到图像，难以让视网膜扫描技术完美地应用于相应的成像设备当中。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的之一在于：提供一种光学成像系统，利用眼动追踪组件获取使用者眼动数据，激光扫描组件再根据眼动数据调节相应的扫描方式，使第二焦点跟随使用者瞳孔，解决现有技术中存在的上述问题。

本实用新型实施例的目的之二在于：提供一种图像显示装置，在上述光学成像系统中利用第三半透射镜将可见激光反射于人眼，且第三半透射镜能够透射入外部环境光，使虚拟图像能够与现实环境融合，拓宽其使用场景及应用领域。

本实用新型实施例的目的之三在于：提供一种增强现实显示设备，通过将上述的图像显示装置应用于增强现实设备，既能避免使用者佩戴纠正镜片，同时能够保证使用者能够获得清晰的成像，从而解决现有技术中存在的上述问题。

为达上述目的之一，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，提供一种光学成像系统，包括激光扫描组件，配置为从第一焦点发射可见激光并将可见激光扫描投射出激光束面阵；聚焦元件，配置为将可见激光聚焦于第二焦点；眼动追踪组件，配置为发射不可见光，并根据返回光获取相应的眼动数据；第一半透射镜，设置于所述聚焦元件与第二焦点之间；可见激光投射于所述第一半透射镜的透射面，并透过所述第一半透射镜聚焦于第二焦点；不可见光通过所述第一半透射镜的反射面反射形成过第二焦点的光束，不可见光经置于第二焦点的眼球的视网膜反射后形成返回光，返回光沿原光路返回，并通过所述第一半透射镜的反射面反射至所述眼动追踪组件以获取眼动数据；驱动模块，与所述激光扫描组件及所述眼动追踪组件电性连接，根据眼动数据控制所述激光扫描组件的扫描方式以改变第二焦点位置。

为达上述目的之二，本实用新型采用以下技术方案：

第二方面，提供一种图像显示装置，包括如上所述的光学成像系统；第三半透射镜，设置于所述聚焦元件与第二焦点之间，且所述聚焦元件的光轴与所述第三半透射镜的光轴之间形成夹角；可见激光通过所述第三半透射镜的反射面将第二焦点反射至使用者瞳孔，所述图像显示装置外的环境光可通过所述第三半透射镜的透射面透射于使用者眼球。

为达上述目的之三，本实用新型采用以下技术方案：

第三方面，提供一种增强现实显示设备，包括如上所述的图像显示装置，装戴于使用者头部，并通过向使用者两眼的瞳孔位置聚焦可见激光，来显示所述增强现实显示设备所输出的图像。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的光学成像系统，激光扫描组件从第一焦点发射可见激光并将可见激光扫描投射出具有图像画面的激光束面阵，被透射出的可见激光通过聚焦元件聚焦于第二焦点，激光扫描组件与使用者人眼的位置需要保持共轭关系，使第二焦点聚焦于人眼瞳孔，从而适应人眼视网膜成像的要求，让图像光在人眼视网膜上实现扫描，形成清晰的图像。

为了让激光扫描组件与使用者人眼保持共轭关系，通过眼动追踪组件对使用者人眼发射不可见光，并根据使用者眼球的视网膜反射后形成返回光获取相应的眼动数据，从而让驱动模块能够控制激光扫描组件的扫描方式，让第二焦点跟随使用者瞳孔，图像光实时聚焦于人眼瞳孔处，完成视网膜扫描显示，让近视或远视人群在不进行屈光度矫正的情况下观察图像，并且第二焦点始终聚焦于人眼瞳孔，实现人眼实时观察到图像。

激光扫描组件出射的可见激光与眼动追踪组件出射的不可见光通过第一半透射镜实现部分光路共通，让图像可见激光及检测眼动数据的不可见光均能够从同一位置出射进入使用者瞳孔，让该光学成像系统能够应用于虚拟现实以及增强现实等设备当中，拓宽其应用场景的同时，让其能够适配于更多的视觉成像设备当中。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例所述光学成像系统及图像显示装置连接结构示意图。

图中：10、激光扫描组件；11、第一焦点；12、准直激光光源；13、二维扫描装置；20、聚焦元件；21、第二焦点；30、眼动追踪组件；31、不可见光源；32、光敏传感器；33、第二半透射镜；40、第一半透射镜；50、驱动模块；60、准直元件；70、反射元件；80、第三半透射镜。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供一种光学成像系统，旨意在于确保使用者在眼球运动过程中保持获得清晰的成像。

如图1所示，该光学成像系统包括激光扫描组件10，激光扫描组件10用于在第一焦点11发射可见激光，其可以是由可见光单色激光器出射单色可见激光，也可以由一个以上的可见光单色激光管合并而成所出射的多种颜色的的可见激光，其被配置为发射任何多个合适波长的可见激光。

本实施方式优选采用准直激光光源12，即上述的单色激光器作为可见激光光源，通过准直激光光源12发射单色可见的准直激光束，具体的，激光扫描组件10可通过设置可分别发出RGB的三色光的三个单色激光器组成，三个单色激光器可利用合波器将其分别出射的准直激光束合并到同一光路上，通过分别控制各单色激光光强可实现彩色显示。这里，关于激光扫描组件10所设的单色激光器、合波器等，图1内没有特别地图示，但该类构造已被本技术领人员所熟知，在此不作详细赘述。当然，也可以采用如下的结构来实现可见激光的出射，即，不采用合波器，而分别使用反射部件等将三原色的可见激光进行反射。

激光扫描组件10还对可见激光进行扫描，从而将准直激光束拓展为激光束面阵，并将激光束面阵投射出激光扫描组件10，需要解释的是，通过利用制动器、振镜等部件以对单束准直激光束进行扫描，并且，制动器、振镜等部件可通过自身调节以改变其透射角度以及第一焦点11的位置，从而改变其透射在后续元件上的相对位置，形成用于观察的图像。以振镜为例，振镜被配置为可沿着x轴线和y轴线在逐个像素或逐个区域的基础上扫描可见激光以形成图像，这取决于光源是点源还是二维阵列光源(例如光调制或光发射面板)，本实施例中，振镜所扫描的是点源可见激光。

更为具体的，激光扫描组件10通过二维扫描装置13对准直激光光源12所出射的准直激光束进行扫描，以实现上述将准直激光束扫描形成二维的激光束面阵。而该二维扫描装置13除了可以采用上述的制动器或振镜以对准直激光束进行扫描以外，其还可采用旋转棱镜对的形式，诸如里斯莱(Risley)棱镜对，其中两个楔形棱镜相对于彼此旋转以在两个维度上扫描光束。还可采用光电器件，诸如电润湿技术，以执行非机械扫描。作为更具体的示例，电润湿微棱镜(EMP)的阵列可以被制造在氧化硅衬底中，并且可以由电压源控制从而以一定角度操纵传入光束。EMP阵列可以被配置为扫描两个维度中的光。二维扫描装置13还可采用电润湿透镜元件，作为相应的配置示例，而未扫描装置可以利用电润湿透镜元件的二维微阵列，其中每个透镜元件包括一定体积的油和水，通过对其施加的电压来操纵可见激光的扫描面。

作为又一示例，二维扫描装置13还可采用液晶元件。液晶元件的折射指数可以通过将电压施加到元件来改变。可以理解的是，本实施方式的二维扫描装置13可以利用任何其他合适的扫描技术，包括但不限于可变形的聚合物。

需要说明的是，由于经过二维扫描装置13扫描的可见激光会形成散射状的多道激光光束，为了适配不同显示装置及显示设备的结构，让装置及设备内部设置更加合理，适于人体使用，来自二维扫描装置13所扫描投射出的可见激光可被引导朝向准直器，用于准直从准直激光光源12接收的准直激光束。而在其他示例中，该准直器可以被省略，本实施方式中，准直器采用准直元件60所代替，在本实施方式的后续记载中会予以说明。

本实施例中，暂以在二维扫描装置13所出射的光路上仅设置有聚焦元件20为例，聚焦元件20被配置为将可见激光聚焦于第二焦点21上，在该光学成像系统使用过程中，第二焦点21应聚焦于使用者瞳孔上，以使图像显示装置应用过程中以及增强现实显示设备装载于使用者头部时，聚焦元件20所反射或折射聚焦的可见激光能够通过其瞳孔到达视网膜的中心视野区域。这里需要说明的是，由于增强现实显示设备应同时具备对使用者双眼进行图像投射的功能，因此，该光学成像系统应该分别针对使用者的左右眼进行设置，由准直激光光源12及二维扫描装置13所生成的用于左右眼的图像。

这里，为了确保第二焦点21保持聚焦在使用者瞳孔上，让使用者眼球运动过程中始终能看到激光扫描组件10所出射的图像光，该光学成像系统还配置有眼动追踪组件30，眼动追踪组件30用于发射与激光扫描组件10出射的图像光波长不同的光，诸如对使用者不可见的红外光，并能够根据使用者视网膜对不可见光所反射形成的返回光获取相应的眼动数据，捕获可以被分析以检测从眼动追踪组件30的光源产生的闪光或从角膜(或其他合适的解剖结构)的反射的图像，需要说明的是，眼动数据包括使用者的瞳孔位置和视线的方向，从而确定使用者眼球的运动状态。

在其他示例中，眼动追踪组件30的光源可以利用除了可变光学元件之外的任何其他合适的扫描器，包括但不限于棱镜对。

而在一些示例中，眼动追踪组件30的检测部分可以被配置为提供中心凹显示功能，中心凹所指的是，人眼视网膜后极部有一直径约2mm的浅漏斗状小凹陷区，称为黄斑，其中央有一凹位为黄斑中心凹，黄斑区无血管，但因色素上皮细胞中含有较多色素，因此在检眼镜下颜色较暗，中心凹处可见反光点，称为中心凹反射，它是视网膜上视觉最敏锐的部位，为本实施例所述的中心凹。更具体地，眼动追踪组件30的眼动追踪可以用于估计使用者的中心凹的位置。那么，较高分辨率的中心凹图像可以被显示在估计的中心凹的位置中，并且较低分辨率的图像可以被显示在外围。中心凹图像被显示在其所处的位置同样可以随着使用者的眼球的运动而被更新。

由于激光扫描组件10所出射的可见激光与眼动追踪组件30所出射的不可见光均需作用于使用者眼部，因此，为了让激光扫描组件10与眼动追踪组件30能组合形成该光学成像系统，激光扫描组件10与眼动追踪组件30的光路就势必有重合的部分，本实施方式采用第一半透射镜40来作为两组件之间的光路重合元件，让可见激光与不可见光能够在该光学成像系统中部分合并，共同作用于使用者眼球。

该第一半透射镜40设置于聚焦元件20与第二焦点21之间，即在本实施例的图像显示装置及增强现实显示设备使用过程中，设置在用户眼球与聚焦元件20之间。

需说明的是，上述的第一半透射镜40，及本实施例后续所述的第二半透射镜33及第三半透射镜80，可以设置为具有透射区以及反射区的镜片结构。当然，也可以设置为具有透射面及反射面的镜片结构，透射面与反射面相对位于半透射镜的相对两侧面，本实施例优选才有后者作为第一半透射镜40、第二半透射镜33及第三半透射镜80的结构，通过在玻璃或其他透明材质表面贴附半透半反膜，从而让镜片一侧能够透入光线，另一侧能够反射光线，应理解的是，上述方案并不构成对实施方式的限定，其包括但不限于能够实现透射及反射的光学元件。

具体的，可见激光投射于第一半透射镜40的透射面，可见激光直接透射于第一半透射镜40，并透过第一半透射镜40聚焦于第二焦点21，避免第一半透射镜40影响使用者对可见图像的观察；不可见光通过所述第一半透射镜40的反射面反射形成过第二焦点21的光束，不可见光经置于第二焦点21的使用者眼球的视网膜反射后形成返回光，返回光沿原光路返回，并重新透射于第一半透射镜40的反射面，返回光通过所述第一半透射镜40的反射面反射，重新透射在眼动追踪组件30的检测部分，从而让其能够获取使用者的眼动数据。

作为上述可见激光光路系统的具体结构，聚焦元件20及眼动追踪组件30的不可见光源31分置在第一半透射镜40的上部及侧部，聚焦元件20、不可见光源31之间与第一半透射镜40呈90°设置，而第一半透射镜40则呈45°设置，让第一半透射镜40的光轴分别与聚焦元件20的光轴及不可见光源31所出射的不可见光光线夹角相同，均呈45°，这样，可见激光透射于第一半透射镜40后，及不可见光被第一半透射镜40所反射后就会合并构成光路重合的状态，形成共同作用于使用者眼部的同一位置的两条点光束。

为了防止第二焦点21成像鬼像，准直元件60与聚焦元件20表面均贴附或镀有增透膜。

为了让第二焦点21能够实时根据眼动数据的更新而产生相应的位置变化，光学成像系统通过驱动模块50来获取使用者的眼动数据，该驱动模块50与所述激光扫描组件10及所述眼动追踪组件30电性连接，其中电性连接包含了通过导线对两者进行物理连接以使两者间电路导通，以及通过物理连接以使两者间实现讯号传输等，当然，激光扫描组件10与眼动追踪组件30之间，也可通过无线的通讯连接实现眼动数据的传输，具体的，二维扫描装置13与所述驱动模块50电性连接并设置在所述准直激光光源12与所述聚焦元件20之间，眼动追踪组件30在获取眼动数据后，将眼动数据发送至驱动模块50中，驱动模块50根据眼动数据生成相应的驱动指令后，驱动模块50再将该驱动指令发送至激光扫描组件10，激光扫描组件10再根据该驱动指令调整与其相应的扫描方式，最终让第二焦点21位置得以改变，保持在使用者瞳孔上，这样，使用者瞳孔和激光扫描组件10中的振镜位置保持共轭关系，从而适应人眼视网膜成像的要求，让使用者在任何时刻都能够观察到从激光扫描组件10所输出的图像。

需要特别说明的是，聚焦元件20在本实施方式中优选采用透镜作为聚焦可见激光的光学元件，但其不应被理解为对本文的限定，所述的聚焦元件20还可以是具有反射功能的镜片，如凹面镜。进一步，聚焦元件20由至少一块聚焦透镜组成，本实施例中，聚焦元件20为单一透镜，也可以为通过多块聚焦透镜组成的透镜组，聚焦透镜的物侧焦点位于第一焦点11。

图像显示装置及增强现实显示设备的结构还包括准直元件60，准直元件60设置于激光扫描组件10及聚焦元件20之间，用于将可见激光改变为平行的准直激光束，从而让发散式的可见激光能够在装置及设备所限定的范围内透射的范围更远，在该实施方式中，聚焦元件20设置在准直元件60与第一半透射镜40之间，聚焦元件20配置为将准直激光束聚焦于第二焦点21。

准直元件60由至少一块聚焦透镜组成，聚焦透镜的像侧焦点为第二焦点21。需要特别说明的是，准直元件60在本实施方式中优选采用透镜作为准直可见激光的光学元件，但其不应被理解为对本文的限定，所述的准直元件60还可以是具有反射功能的镜片，如凹面镜。进一步，准直元件60由至少一块准直透镜组成，本实施例中，准直元件60为单一透镜，也可以为通过多块准直透镜组成的透镜组，准直透镜的像侧焦点位于可见激光的扫描出射点。

作为眼动追踪组件30的优选实施方式，其包括上述的不可见光源31，本实施例的不可见光源31采用红外LED光源，其用于发射不可见的红外光束；以及与不可见光源31间隔设置的光敏传感器32，在不可见光源31采用红外LED光源的基础上，光敏传感器32为红外探测器，其用于接收返回光并检测返回光以获取使用者眼动数据，而红外LED光源与红外探测器的具体检测原理在上述方案中已对其进行说明，在此不再赘述。

为了让不可见光源31与光敏传感器32之间的光路能够形成配合关系，在不可见光源31与光敏传感器32之间还配置有导光元件，导光元件用于将不可见光源31出射的不可见光束导向至第一半透射镜40的反射面，并且将从使用者眼部反射而出的返回光导向至光敏传感器32的检测头进行检测。

具体的，导光元件为第二半透射镜33，设置于不可见光源31、光敏传感器32及第一半透射镜40之间，对于第二半透射镜33的具体结构，接上述，其可以设置为具有透射区以及反射区的镜片结构，也可以设置为具有透射面及反射面的镜片结构，其透射面与反射面相对位于半透射镜的相对两侧面，本实施例优选采用后者作为第二半透射镜33的具体结构，通过在玻璃或其他透明材质表面贴附半透半反膜，从而让镜片一侧能够透入光线，另一侧能够反射光线，应理解的是，上述方案并不构成对实施方式的限定，其可通过能够实现透射及反射的光学元件，以对光路进行正确导向即可。

具体的，不可见光投射于第二半透射镜33的透射面，不可见光直接透射于第一半透射镜40，并透过所述第二半透射镜33直接照射于第一半透射镜40的反射面；在不可见光通过第一半透射镜40的反射面反射进入人眼视网膜后，不可见光被人眼视网膜反射形成返回光，返回光则沿原光路返回照射在第一半透射镜40的反射面上，并通过第一半透射镜40的反射面反射至第二半透射镜33的反射面上，这样，第二半透射镜33的反射面则会将返回光反射至光敏传感器32的检测头，从而让光敏传感器32通过上述方式根据返回光以获取使用者的眼动数据，通过这样的方式，让不可见光与返回光的光路形成部分重合，能够让不可见光与光敏传感器32设置在同一光路系统上，节省装置及设备的空间体积，让其更加紧凑。

作为上述不可见光光路系统的具体结构，不可见光源31及光敏传感器32分置在第二半透射镜33的上部及侧部，第二半透射镜33呈45°设置，不可见光源31所出射的红外光束及光敏传感器32的检测头中轴线之间的夹角呈90°设置，从而让第二半透射镜33的光轴分别与不可见光源31所出射的红外光束及光敏传感器32的检测头中轴线夹角相同；这样不可见光透射于第二半透射镜33后，返回光被第一半透射镜40反射后就会合并构成光路重合的状态。

为了让图像显示装置及增强现实显示设备的内部空间设置更加合理，本实施例的光学成像系统还包括至少一反射元件70，设置在激光扫描组件10及聚焦元件20之间，配置为将可见激光反射导向至聚焦元件20，本实施方式中的反射元件70为反射镜，为了确保可见激光经过准直元件60准直光路后，可见激光光束之间投射到聚焦元件20过程中的相互之间保持平行，反射镜表面为平面，反射元件70能够改变准直后的可见激光的光路，从而让光路结构设计适应产品结构需求。

本实施方式以准直元件60的光轴与聚焦元件20的光轴相互垂直的结构为例，在准直元件60的光轴与聚焦元件20的光轴相交的位置上，设置有一反射元件70，反射镜呈45°倾斜设置，以使准直元件60的光轴与反射镜表面夹角等于与聚焦元件20的光轴与反射镜表面夹角，这样，反射镜就能够改变可见激光的光路，让其反射至聚焦元件20。

在显示装置及设备配置有反射元件70后，聚焦元件20可根据图像显示装置及增强现实显示设备的内部结构设计，放置于距离准直元件60的任何位置(可见激光被准直元件60准直为平行光，其光路不会随距离变化而影响成像质量)，聚焦元件20的作用为将准直后的可见激光，即平行图像光束聚焦于人眼瞳孔处，使扫描激光束均能进入人眼，完成视网膜扫描投影，只要在准直元件60与聚焦元件20之间设置至少一块反射元件70，从而让光路合理地被反射至聚焦元件20即可。

通过实施上述的技术方案，能够利用细可见激光束实现视网膜成像，让使用者无需进行屈光度矫正的情况下观察图像，并且，利用眼动追踪组件30，让第二焦点21始终聚焦于人眼瞳孔，实现人眼实时观察到图像。其可应用于VR、AR等图像显示设备中，让其应用领域更广，且其光路可变的基础上，让其能够应用在更多的图像显示设备当中。

在上述基础上，本实施方式还提供一种图像显示装置，具体包括上述的光学成像系统，在聚焦元件20与第二焦点21之间设置有第三半透射镜80，具体的，第三半透射镜80设置在第二焦点21与第一半透射镜40之间，且聚焦元件20的光轴与第三半透射镜80的光轴之间形成夹角，在具体实施方式中，第三半透射镜80的反射面朝向第一半透射镜40的反射面及使用者眼球，第三半透射镜80的透射面朝向图像显示设备的外部，用于将外部环境的环境光透射进入显示装置之中，实现使用者人眼对外界环境的观察。

可见激光通过第三半透射镜80的反射面将第二焦点21反射聚焦至位于使用者瞳孔处的第二焦点21，图像显示装置外的环境光可通过第三半透射镜80的透射面透射于使用者眼球。

基于上述，本实施例更进一步提供一种增强现实显示设备，包括上述的图像显示装置，装戴于使用者头部，并通过向使用者两眼的瞳孔位置聚焦可见激光，来显示增强现实显示设备所输出的图像。

上述的第三半透射镜80表面镀半透半反膜，透反比为2:8至8:2，优选为5:5。

以下，对增强现实显示设备的具体结构进行说明，增强现实显示设备包括以可围绕使用者的头部佩戴的带的形式的框架(图未示)，其支撑被定位在使用者的眼睛附近的第三半透射镜80。通过采取上述方案，增强现实显示设备可以利用增强现实技术来使能对虚拟现实影像和现实世界背景的同时观察。因此，增强现实显示设备被配置为经由第三半透射镜80生成虚拟图像。第三半透射镜80包括右眼显示部分和左眼显示部分，分别负责右眼和左眼成像的光学成像系统可共用一块第三半透射镜80，也可以分别采用两块分体的第三半透射镜80置于右眼和左眼的视线方向。

驱动模块50可根据两图像显示装置所获取的左眼眼动数据及右眼眼动数据，分别对左眼的光学成像系统及右眼的光学成像系统中的振镜的扫描方式进行调整。这里，增强现实显示设备还可以包括各种其他部件，例如二维图像相机(例如，可见光相机和/或红外相机)和深度相机，以及，扬声器、麦克风、加速度计、陀螺仪、磁力计、温度传感器、触摸传感器、生物识别传感器、图像传感器、能量存储部件(例如电池)、通信设施、GPS接收器等等。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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实用新型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一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括：

激光扫描组件(10)，配置为从第一焦点(11)发射可见激光并将可见激光扫描投射出激光束面阵；

聚焦元件(20)，配置为将可见激光聚焦于第二焦点(21)；

眼动追踪组件(30)，配置为发射不可见光，并根据返回光获取相应的眼动数据；

第一半透射镜(40)，设置于所述聚焦元件(20)与第二焦点(21)之间；

可见激光投射于所述第一半透射镜(40)的透射面，并透过所述第一半透射镜(40)聚焦于第二焦点(21)；

不可见光通过所述第一半透射镜(40)的反射面反射形成过第二焦点(21)的光束，不可见光经置于第二焦点(21)的使用者眼球的视网膜反射后形成返回光，返回光沿原光路返回，并通过所述第一半透射镜(40)的反射面反射至所述眼动追踪组件(30)以获取眼动数据；

驱动模块(50)，与所述激光扫描组件(10)及所述眼动追踪组件(30)电性连接，根据眼动数据控制所述激光扫描组件(10)的扫描方式以改变第二焦点(21)位置。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述聚焦元件(20)由至少一块聚焦透镜组成，所述聚焦透镜的物侧焦点位于所述第一焦点(11)。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，还包括：

准直元件(60)，设置于所述激光扫描组件(10)及所述聚焦元件(20)之间，配置为将可见激光改变为平行的准直激光束；

所述聚焦元件(20)配置为将准直激光束聚焦于第二焦点(21)。

4.根据权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，所述准直元件(60)由至少一块聚焦透镜组成，所述聚焦元件(20)的像侧焦点为第二焦点(21)。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述激光扫描组件(10)包括：

准直激光光源(12)，配置为发射可见的准直激光束；

二维扫描装置(13)，与所述驱动模块(50)电性连接并设置在所述准直激光光源(12)与所述聚焦元件(20)之间，配置为将准直激光束扫描形成二维的激光束面阵。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述眼动追踪组件(30)包括：

不可见光源(31)，配置为发射不可见光束；

光敏传感器(32)，配置为接收返回光并检测返回光以获取使用者眼动数据；

导光元件，配置为将不可见光束导向所述第一半透射镜(40)的反射面，以及将返回光导向所述光敏传感器(32)。

7.根据权利要求6所述的光学成像系统，其特征在于，所述导光元件为第二半透射镜(33)，设置于所述不可见光源(31)、所述光敏传感器(32)及所述第一半透射镜(40)之间；

不可见光束射向所述第二半透射镜(33)的透射面，并透过所述第二半透射镜(33)透射于所述第一半透射镜(40)的反射面；

返回光通过所述第一半透射镜(40)的反射面反射至所述第二半透射镜(33)的反射面，所述第二半透射镜(33)的反射面再将返回光反射至所述光敏传感器(32)以获取眼动数据。

8.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，还包括：

至少一反射元件(70)，设置在所述激光扫描组件(10)及所述聚焦元件(20)之间，配置为将可见激光反射导向至所述聚焦元件(20)。

9.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-8中任一项所述的光学成像系统；

第三半透射镜(80)，设置于所述聚焦元件(20)与第二焦点(21)之间，且所述聚焦元件(20)的光轴与所述第三半透射镜(80)的光轴之间形成夹角；

可见激光通过所述第三半透射镜(80)的反射面反射聚焦至位于使用者瞳孔处的第二焦点(21)，所述图像显示装置外的环境光可通过所述第三半透射镜(80)的透射面透射于使用者眼球。

10.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括：

如权利要求9所述的图像显示装置，装戴于使用者头部，并通过向使用者两眼的瞳孔位置聚焦可见激光，来显示所述增强现实显示设备所输出的图像。

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