增强现实与眼镜结合的投影光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，包括视度眼镜片部分和增强现实光学系统部分。视度眼镜片包括两个表面，其中一个表面固定弯度与增强现实光学系统共用，另外一个表面的曲率可调节，通过调节曲率，可以得到不同度数的近视和远视镜片。增强现实光学系统部分包括六个球面、两个非球面和三个自由曲面组成，其中的第一个球面与眼镜片第一个固定弯度面共用。通过眼镜片与增强现实光学系统的叠加，可以同时实现眼镜的功能和增强现实显示的功能。

Projection Optical Device Combining Augmented Reality with Glasses

The present invention provides a projection optical device which combines augmented reality with glasses, including a viewing glasses part and an augmented reality optical system part. Visual lenses consist of two surfaces, one of which has a fixed curvature shared with the augmented reality optical system, and the other has an adjustable curvature. By adjusting the curvature, myopic and hyperopic lenses of different degrees can be obtained. The optical system of augmented reality consists of six spheres, two aspherical surfaces and three free-form surfaces. The first sphere of the system is shared with the first fixed curvature surface of the lens. Through the superposition of glasses and augmented reality optical system, the function of glasses and the function of reality display can be realized simultaneously.

【技术实现步骤摘要】
增强现实与眼镜结合的投影光学装置
本专利技术涉及增强现实
，具体地，涉及一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，尤其涉及一种能够同时让戴眼镜与不戴眼镜人群都看清现实场景和虚拟显示场景的、增强现实与眼镜结合的光学系统。
技术介绍
近几年，消费电子得到了蓬勃的发展，在智能手机之后，虚拟现实(virtualreality，VR)和增强现实(augmentedreality，AR)得到快速发展，并且很多消费者追逐相关的各种概念产品作为体验新技术的尝试，头戴式显示器(HMD)之类的显示设备可实现通过简单的穿戴获得增强现实(AR)体验或虚拟现实(VR)体验，在航空、工程、科学、医疗、游戏、视频、体育、训练和仿真等领域有着广泛的应用。在通过HMD来实现AR体验的方式中，眼镜类的模式因为类似近视眼镜或者远视眼镜，既时尚又轻便，从而受到了广泛的追捧。例如，谷歌公司推出的GoogleGlass，微软公司推出的Hololens概念型产品，爱普生公司推出的BT-300；又如专利文献CN109116558A公开的一种增强现实眼镜。但是近视眼和远视眼人群必须要佩戴相应的近视眼镜片或远视镜片才可以看清楚外界现实场景，因而，对于眼镜类的AR显示体验来说，减掉眼镜片实现轻量化、方便舒适化是普及应用之必须。为了实现超薄光学透射式的AR显示方案，引入了自由曲面棱镜元件的设计，利用折反光路加补偿棱镜的方式实现了光学透射式的AR，但鉴于自由曲面棱镜达成曲率的需要，在达到良好视觉体验的情况下，这种方案的光学系统的厚度不能做到非常轻薄，限制了眼镜类AR显示的进一步轻薄化；而另外一些设计则使用平面光波导方案，利用光线在平面波导元件内的全内反射有效降低了光学元件的厚度，但平面波导元件并不能提供光焦度，需要配合投影系统使用才能获得合理的目视显示尺寸，如果匹配程度不佳，则佩戴者出瞳位置的光线分布容易出现明显的不均匀甚至不连续，影响用户视觉体验。因此，提供一种新型的、增强现实与眼镜结合的投影光学装置具有较高的实用价值和意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置。根据本专利技术提供的一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，包括显示部、增强现实部以及视度眼镜部；所述显示部能够输出设定的图像信息；所述增强现实部能够将显示部输出的图像信息经过光波导和/或自由曲面光学元件传输至观测者；所述视度眼镜部能够将外界景象传输至观测者，并且视度眼镜部的光路与增强现实部的光路全部或者部分重合。优选地，所述增强现实部包括第二光学元件；所述视度眼镜部包括第一光学元件；所述第二光学元件设置在显示部到观测者的光路上，即设置在显示部输出的图像信息的传输路径上；所述外界景象依次经过第一光学元件和第二光学元件传输至观测者。优选地，所述增强现实与眼镜结合的投影光学装置还包括透镜组件；所述透镜组件包括第二透镜和第一透镜；所述第二透镜和第一透镜均设置在显示部至观测者间的光路上，即第二透镜和第一透镜均设置在图像信息的传输路径上；所述图像信息能够通过第二透镜和第一透镜修正像差；所述相差包括第二光学元件和/或第一光学元件产生的像差。优选地，所述第一透镜包括矩形正透镜；所述第二透镜包括矩形负透镜；所述第一透镜包括一个球面和一个非球面；所述第二透镜包括一个球面和一个非球面；所述第二光学元件包括一个或多个自由曲面；所述第一光学元件包括倾斜的自由曲面；第二光学元件的一个自由曲面和第一光学元件的倾斜自由曲面相连，且相连处设置有半反半透膜。优选地，所述第二光学元件包括带有曲率的圆弧面；所述第一光学元件包括焦距矫正面；所述焦距矫正面能够以设定的折射率折射外界景象的光线，并将折射后的外界景象的光线输出至观测者。优选地，所述第二光学元件能够放大显示部输出的图像信息，并将放大后的图像信息平行输出至观测者。优选地，所述第二光学元件包括三个自由曲面，所述自由曲面包括变形非球面、多项式曲面、双二次曲面以及泽尼克多项式曲面中的任一种或任多种组合。优选地，所述第一光学元件和第二光学元件均为自由曲面棱镜；所述第二透镜和第一透镜均为非球面透镜。优选地，所述观测者的水平视场角与垂直视场角的正切比为16：9或者4：3。优选地，所述外界景象经过焦距矫正面修正后，能够以设定的焦距和/或强度传输至观测者。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置，结构简单紧凑，具有体积小、重量轻以及光学成像质量高的优点；2、本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置，由于透镜组透镜少、棱镜厚度小，相比于传统的透镜式结构具有加工要求较低、佩戴舒适的优点，尤其是对于近视、远视的使用者，免去了额外佩戴眼镜的问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置优选例的结构示意图；图2为本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置优选例的部分光路示意图；图3为本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置优选例的场曲特性曲线示意图；图4为本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置优选例的畸变特性曲线示意图；图5为为本专利技术提供的增强现实与眼镜结合的投影光学装置优选例的调制传递函数特性曲线MTF。图中示出：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，包括显示部5、增强现实部以及视度眼镜部120；所述显示部5能够输出设定的图像信息；所述增强现实部能够将显示部5输出的图像信息经过光波导和/或自由曲面光学元件传输至观测者140；所述视度眼镜部120能够将外界景象130传输至观测者140，并且视度眼镜部120的光路与增强现实部的光路全部或者部分重合。优选地，所述增强现实部包括第二光学元件2；所述视度眼镜部120包括第一光学元件1；所述第二光学元件2设置在显示部5到观测者140的光路上，即设置在显示部5输出的图像信息的传输路径上；所述外界景象130依次经过第一光学元件1和第二光学元件2传输至观测者140。所述增强现实与眼镜结合的投影光学装置还包括透镜组件110；所述透镜组件110包括第二透镜3和第一透镜4；所述第二透镜3和第一透镜4均设置在显示部5至观测者140间的光路上，即第二透镜3和第一透镜4均设置在图像信息的传输路径上；所述图像信息能够通过第二透镜3和第一透镜4修正像差；所述相差包括第二光学元件2和/或第一光学元件1产生的像差。具体地，所述第一透镜4包括矩形正透镜，其中矩形正透镜即由传统圆形正透镜切割去四条边形成；所述第二透镜3包括矩形负透镜，其中矩形负透镜即由传统圆形负透镜切割去四条边形成；所述第一透镜4包括一个球面和一个非球面；所述第二透镜3包括一个球面和一个非球面；所述第二光学元件2包括一个或多个自由曲面；所述第一光学元件1包括倾斜的自由曲面；第二光学元件2的一个自由曲面和第一光学元件1的倾斜自由曲面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，其特征在于，包括显示部(5)、增强现实部以及视度眼镜部(120)；所述显示部(5)能够输出设定的图像信息；所述增强现实部能够将显示部(5)输出的图像信息经过光波导和/或自由曲面光学元件传输至观测者(140)；所述视度眼镜部(120)能够将外界景象(130)传输至观测者(140)，并且视度眼镜部(120)的光路与增强现实部的光路全部或者部分重合。

【技术特征摘要】
1.一种增强现实与眼镜结合的投影光学装置，其特征在于，包括显示部(5)、增强现实部以及视度眼镜部(120)；所述显示部(5)能够输出设定的图像信息；所述增强现实部能够将显示部(5)输出的图像信息经过光波导和/或自由曲面光学元件传输至观测者(140)；所述视度眼镜部(120)能够将外界景象(130)传输至观测者(140)，并且视度眼镜部(120)的光路与增强现实部的光路全部或者部分重合。2.根据权利要求1所述的增强现实与眼镜结合的投影光学装置，其特征在于，所述增强现实部包括第二光学元件(2)；所述视度眼镜部(120)包括第一光学元件(1)；所述第二光学元件(2)设置在显示部(5)到观测者(140)的光路上，即设置在显示部(5)输出的图像信息的传输路径上；所述外界景象(130)依次经过第一光学元件(1)和第二光学元件(2)传输至观测者(140)。3.根据权利要求2所述的增强现实与眼镜结合的投影光学装置，其特征在于，所述增强现实与眼镜结合的投影光学装置还包括透镜组件(110)；所述透镜组件(110)包括第二透镜(3)和第一透镜(4)；所述第二透镜(3)和第一透镜(4)均设置在显示部(5)至观测者(140)间的光路上，即第二透镜(3)和第一透镜(4)均设置在图像信息的传输路径上；所述图像信息能够通过第二透镜(3)和第一透镜(4)修正像差；所述相差包括第二光学元件(2)和/或第一光学元件(1)产生的像差。4.根据权利要求3所述的增强现实与眼镜结合的投影光学装置，其特征在于，所述第一透镜(4)包括矩形正透镜；所述第二透镜(3)包括矩形负透镜；所述第一透镜(4)包括一个球面和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴龙，张旭，
申请(专利权)人：杭州历历信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33