光学系统、头戴显示设备及智能眼镜技术方案

本申请实施例提供一种光学系统、头戴显示设备及智能眼镜。该光学系统可以包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面。其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。本发明专利技术增大了光学系统的视场。

【技术实现步骤摘要】
光学系统、头戴显示设备及智能眼镜
本申请实施例涉及增强现实
，尤其涉及一种光学系统、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。
技术介绍
光学系统通常用于各种成像设备中清晰成像或光学信息的处理。随着AR(AugmentedReality，增强现实)技术的快速发展，基于AR技术的头戴显示设备的应用越来越广泛。而在头戴显示设备中，显示器显示的虚拟图像需要经过光学系统放大后与现实图像叠加呈现到人眼中。由于头戴显示设备佩戴在用户头部，为了减轻用户头部压力，紧凑化、轻量化是头戴显示设备成为需求设计方向。现有的基于自由曲面棱镜的光学系统中，显示器发出的光线直接入射到自由曲面棱镜中再由自由曲面棱镜对光线经过两次折射后透射到人眼中，但由于该光学系统中的显示器发出的光线是散射光，因此由显示器到进入人眼的光路中的光线均是以宽光束的形式存在，限制了系统的视场大小。
技术实现思路
本申请实施例提供一种光学系统，通过减少光束宽度，增大光学系统的视场。本专利技术提供了一种光学系统，包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜；所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面；所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面；所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面；所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面；其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。优选地，所述反射镜组包括第一偏振反射棱镜以及与所述第一偏振反射棱镜胶合的第二偏振反射棱镜；其中，所述第一偏振反射棱镜包括偏振反射面及第一光焦度反射面；所述入射光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面进入所述第一偏振反射棱镜；至少部分所述入射光线被所述偏振反射面反射至所述第一偏振反射棱镜的第一光焦度反射面；至少部分来自所述第一光焦度反射面的所述入射光线被所述第一光焦度反射面反射并透过所述第二偏振反射棱镜后出射。优选地，所述反射镜组包括具有第二光焦度反射面的曲面反射镜。优选地，还包括由至少一个透镜组成的投影镜组；至少部分所述反射镜组的光焦度反射面反射的所述入射光线经所述投影镜组透射后出射至所述成像棱镜的第一入光面。优选地，所述投影镜组与所述成像棱镜之间的光程上产生所述中间像面。优选地，所述第三入光面的水平方向曲率与垂直方向曲率不同。优选地，所述光学系统还包括与所述成像棱镜胶合的补偿棱镜；所述补偿棱镜用于接收环境光线，并将至少部分所述环境光线透射至所述成像棱镜的所述第三入光面；至少部分来自所述第三入光面的所述环境光线通过所述成像棱镜的出光面出射。优选地，所述第二入光面与所述第三入光面为所述成像棱镜的两个相对面；所述补偿棱镜与所述第三入光面胶合。优选地，由人眼至所述中间像面的沿水平边缘视场的至少部分入射光线在水平方向的第一投影与沿水平中央视场的至少部分入射光线在水平方向的第二投影未发生交叉。本专利技术提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括光学系统以及显示系统，其中所述光学系统采用上述任一项所述的光学系统；所述显示系统用于产生所述入射光线。优选地，所述显示系统包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，所述显示系统包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。本专利技术提供一种智能眼镜，所述智能眼镜包括光学系统和显示系统；其中，所述光学系统采用上述光学系统所述的光学系统；所述显示系统用于产生所述入射光线；所述显示系统包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，所述显示系统包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。本专利技术提供了一种光学系统、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。光学系统包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面。其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。本专利技术通过该光学系统使至少部分入射光线在入射到人眼的光路中实现了二次成像，通过中间成像使以宽光束形式存在的至少部分入射光线产生汇聚，避免系统由于宽光束对视场的限制，进一步增大系统的视场角。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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的附图。图1示出了本申请提供的一种光学系统一个实施例的结构示意图；图2示出了本申请提供的一种光学系统一个实施例的由人眼到自由曲面棱镜组的俯视结构示意图；图3示出了本申请提供的一种光学系统又一个实施例的结构示意图；图4示出了本申请提供的一种光学系统的另一个实施例的结构示意图；图5(a)-图5(c)示出了本申请提供的一种头戴显示设备的一个实施例的结构示意图；图6(a)-图6(c)示出了本申请提供的一种智能眼镜的一个实施例的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。本专利技术提供的光学系统可应用于当前的虚拟现实、增强现实、医学成像等
适用但不限于头戴显示设备或智能眼镜中，其中，头戴显示设备或智能眼镜可以包括VR(虚拟现实，VirtualReality)设备、AR(增强现实，AugmentedReality)设备及MR(混合现实，MixedReality)设备等。本专利技术提供一种光学系统、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。光学系统包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其特征在于，包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜；所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面；所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面；所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面；所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面；其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜；所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面；所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面；所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面；所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面；其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述反射镜组包括第一偏振反射棱镜以及与所述第一偏振反射棱镜胶合的第二偏振反射棱镜；其中，所述第一偏振反射棱镜包括偏振反射面及第一光焦度反射面；所述入射光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面进入所述第一偏振反射棱镜；至少部分所述入射光线被所述偏振反射面反射至所述第一偏振反射棱镜的第一光焦度反射面；至少部分来自所述第一光焦度反射面的所述入射光线被所述第一光焦度反射面反射并透过所述第二偏振反射棱镜后出射。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述反射镜组包括具有第二光焦度反射面的曲面反射镜。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括由至少一个透镜组成的投影镜组；至少部分所述反射镜组的光焦度反射面反射的所述入射光线经所述投影镜组透射后出射至所述成像棱镜的第一入光面。5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述投影镜组与所述成像棱镜之间的光程上产生所述中间像面。6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三入光面的水平方向曲率与垂直方向曲率不同。7.根据权利要求1-6任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高震宇，姜滨，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37