一種近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，尤其涉及一種近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(英文:Augmented Reality;簡(jiǎn)稱:AR)，是利用虛擬物體或信息對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)的技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通常基于攝像頭等圖像采集設(shè)備獲得的真實(shí)物理環(huán)境影像，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別分析及查詢檢索，將與之存在關(guān)聯(lián)的文本內(nèi)容、圖像內(nèi)容或圖像模型等虛擬生成的擴(kuò)展信息或虛擬場(chǎng)景顯示在真實(shí)物理環(huán)境影像中，從而使用戶能夠獲得身處的現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境中的真實(shí)物體的標(biāo)注、說(shuō)明等相關(guān)擴(kuò)展信息，或者體驗(yàn)到現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境中真實(shí)物體的立體的、突出強(qiáng)調(diào)的增強(qiáng)視覺(jué)效果。
[0003]現(xiàn)有的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備一般通過(guò)平板波導(dǎo)技術(shù)或衍射波導(dǎo)技術(shù)將光線引入人眼中，以平板波導(dǎo)技術(shù)為例，請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中平板波導(dǎo)技術(shù)對(duì)應(yīng)的光路圖，如圖1所示，每一光束被每一內(nèi)嵌反射鏡的多次反射和透射，在人眼100處觀察到的虛擬圖像的亮度不均，且由于不同波段的光譜在波導(dǎo)內(nèi)的折射率不一樣，反射和透射的角度不一樣，光透射和反射系數(shù)不一樣，從而導(dǎo)致在人眼100處觀察到的虛擬圖像的色彩不均，并且隨著光線的透射次數(shù)和反射次數(shù)的增加，光線的損失率也逐漸增高，導(dǎo)致虛擬圖像的亮度也逐漸降低，極大地影響了用戶體驗(yàn);而衍射波導(dǎo)技術(shù)中衍射元件本身就具有色散大的缺陷，并且衍射效率對(duì)入射光譜的波長(zhǎng)和角度很敏感，從而導(dǎo)致在人眼處觀察到的虛擬圖像的色彩和亮度不均，也會(huì)極大地影響用戶體驗(yàn)。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供的虛擬圖像的色彩和亮度不均的技術(shù)問(wèn)題，極大地影響了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的用戶體驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供的虛擬圖像的色彩和亮度不均的技術(shù)問(wèn)題，能夠?yàn)橛脩籼峁┥屎土炼染鶆虻奶摂M圖像。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)，包括圖像源、中繼成像鏡組、可反可透平面鏡和可反可透凹鏡；
[0007]所述圖像源輸出的圖像光線經(jīng)所述中繼成像鏡組后，被可反可透平面鏡反射至可反可透凹鏡，經(jīng)所述可反可透凹鏡放大反射后，再經(jīng)所述可反可透平面鏡透射后被人眼接收；
[0008]外界環(huán)境光線依次經(jīng)所述可反可透凹鏡與所述可反可透平面鏡透射后被人眼接收。
[0009]優(yōu)選地，所述圖像源設(shè)置于所述中繼成像鏡組上方，所述可反可透平面鏡設(shè)置于所述中繼成像鏡組下方，且所述可反可透平面鏡位于所述可反可透凹鏡與人眼之間。
[0010]優(yōu)選地，所述近眼顯示系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)平面全反射鏡，所述圖像光線由所述一個(gè)或多個(gè)平面全反射鏡反射后，射入所述中繼成像鏡組。
[0011]優(yōu)選地，所述圖像源設(shè)置于所述中繼成像鏡組靠近人額頭一側(cè)，所述中繼成像鏡組上方設(shè)置一平面全反射鏡，所述可反可透平面鏡設(shè)置于所述中繼成像鏡組下方，且所述可反可透平面鏡位于所述可反可透凹鏡與人眼之間。
[0012]優(yōu)選地，所述近眼顯示系統(tǒng)還包括一個(gè)平面全反射鏡，所述圖像光線經(jīng)所述中繼成像鏡組后，通過(guò)所述平面全反射鏡反射向所述可反可透平面鏡。
[0013]優(yōu)選地，所述中繼成像鏡組至少包括正透鏡和負(fù)透鏡。
[0014]優(yōu)選地，所述可反可透平面鏡為平面可反可透平面鏡，所述平面可反可透平面鏡所在的平面與人眼水平視線呈30度?60度的夾角。
[0015]優(yōu)選地，所述可反可透平面鏡為具有折面的可反可透平面鏡，其包括光學(xué)效率一致的第一平面和第二平面，所述第一平面與第二平面直接相連或通過(guò)一個(gè)弧面相連，且所述弧面與兩平面均相切；
[0016]所述可反可透平面鏡的第一平面與人眼水平視線呈30度?60度的夾角，第二平面與人眼水平視線垂直。
[0017]優(yōu)選地，所述可反可透平面鏡遠(yuǎn)離所述人眼的一側(cè)鍍有可透可反膜層，所述可反可透膜層對(duì)入射角大于第一值的光線具有第一反射率且對(duì)入射角小于第二值的光線具有第二透射率，其中第一值大于第二值，第一反射率大于第一閾值，第二透射率大于第二閾值;所述圖像光線第一次射入所述可反可透平面鏡時(shí)的第一入射角大于所述第一值，且所述圖像光線第二次射入所述可反可透平面鏡時(shí)的第二入射角大于所述第二值;所述外界環(huán)境。
[0018]優(yōu)選地，所述中繼成像鏡組至所述可反可透平面鏡的垂直距離可調(diào)。
[0019]優(yōu)選地，所述中繼成像鏡組的出瞳與所述可反可透凹鏡的入瞳重合。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]1、本發(fā)明實(shí)施例提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)光學(xué)器件來(lái)將圖像源輸出的圖像光線傳遞至人眼，由于傳統(tǒng)光學(xué)器件在傳遞圖像光線時(shí)具有低色散的優(yōu)點(diǎn)，所以也保證了本發(fā)明實(shí)施例提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)提供的虛擬圖像色彩的準(zhǔn)確性，同時(shí)圖像光線進(jìn)入人眼的損失率相同，不存在因虛擬圖像的一部分光線的損失率較低且另一部分光線的損失率較高而出現(xiàn)的亮度不均勻的現(xiàn)象，從而保證了虛擬圖像的亮度的均勻性。
[0022]2、本發(fā)明實(shí)施例中繼成像鏡組至所述可反可透平面鏡的垂直距離可調(diào)，所以能夠增加用戶在垂直方向的上視野界限，同時(shí)對(duì)用戶在垂直方向的下視野界限不存在任何限制，并且在水平方向的視野界限也不存在任何限制，所以能夠向用戶提供滿足甚至超過(guò)人眼在水平方向和垂直方向上最大的外界環(huán)境視野，極大地減少用戶因外界環(huán)境被遮擋而產(chǎn)生的不適應(yīng)感。
【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖:
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中平板波導(dǎo)技術(shù)對(duì)應(yīng)的光路圖；
[0025]圖2本發(fā)明實(shí)施例一提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；
[0026]圖3本發(fā)明實(shí)施例二提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的可反可透平面鏡31的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為為本發(fā)明實(shí)施例三提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；
[0030]圖7為本發(fā)明實(shí)施例四提供的調(diào)整射入可反可透平面鏡30的光線的入射角的光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]實(shí)施例一:
[0033]請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖，如圖2所示，該近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)包括圖像源10、中繼成像鏡組20、可反可透平面鏡30和可反可透凹鏡40;
[0034]如圖2所示，圖像源10輸出的圖像光線經(jīng)中繼成像鏡組20后，被可反可透平面鏡30反射至可反可透凹鏡40，經(jīng)可反可透凹鏡40放大反射后，再經(jīng)可反可透平面鏡30透射后被人眼接收，這里的圖像光線對(duì)人眼來(lái)說(shuō)就是虛擬圖像;外界環(huán)境光線依次經(jīng)可反可透凹鏡40與可反可透平面鏡30透射后被人眼接收。
[0035]在實(shí)際應(yīng)用中，圖像光線經(jīng)過(guò)中繼成像鏡組20后，可以在中繼成像鏡組20和可反可透平面鏡30之間的空間形成以中間實(shí)像，也可以在可反可透平面鏡30與可反可透凹鏡40之間的空間形成一中間實(shí)像，在此不做限制，當(dāng)然，由于近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)要求盡可能小的體積，以便于用戶使用，需要近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)部件盡可能的緊湊，所以優(yōu)選地，采用“在中繼成像鏡組20和可反可透平面鏡30之間的空間形成以中間實(shí)像”這一方案，能夠減小可反可透凹鏡40與可反可透平面鏡30之間的距離，從而提高近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)部