一种超薄光学组件、该光学组件的虚像成像方法及使用其的显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种超薄光学组件，包括镜像投影器件和反射镜，镜像投影器件，用于将图像光对称折射后，形成实像，照射至反射镜；所述实像位于人眼和反射镜之间；反射镜，用于对图像光进行反射，进入人眼。本发明专利技术还提供了一种使用超薄光学组件的显示装置和虚像成像方法，采用本发明专利技术所述的超薄光学组件、显示装置以及成像方法，使光学组件更加轻薄，且便于图像源显示器件配置封装，实现普通眼镜的外观。

An ultra thin optical component, a virtual image imaging method of the optical component and a display device using the same

【技术实现步骤摘要】
一种超薄光学组件、该光学组件的虚像成像方法及使用其的显示装置
本专利技术包含一种光学显示模组,特别是一种超薄光学组件、虚像成像方法及使用其的显示装置，适用于头戴式显示设备领域。
技术介绍
近年来，可穿戴式的虚拟现实和增强现实显示装置取得了长足的发展，特别是头戴显示装置，因其广泛的应用，越来越被广大用户接受和认可。由于头戴显示装置佩带于观察者头部，因此必须紧凑和轻量化，用户普遍追求希望实现这样的显示装置具有与一般仅用于近视矫正或者遮阳的太阳镜类似的眼镜的外观。为此，厚度在一定范围内的薄型镜片出现了各种设计方式，例如meta公司推出的头戴式显示装置中的镜片，以及Rokid公司在2018年消费电子展CES上展示的反射式镜片。但不可避免的，在实现镜片轻薄的同时，又要达成光学性能在视场角、出瞳范围、eyebox上的基本要求，会导致镜片在尺寸设计、图像源位置放置、预期光学性能等方面存在问题，影响其布局。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种超薄光学组件，在实现镜片轻薄化的同时，不影响镜片的光学性能和硬件布局。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种超薄光学组件，其特征在于，包括镜像投影器件和反射镜，镜像投影器件，用于将图像光对称折射后，形成实像，照射至反射镜；所述实像位于人眼和反射镜之间；反射镜，用于对图像光进行反射，进入人眼。进一步的，所述实像的下端高于反射镜上部反射的图像光所在的路径。进一步的，所述镜像投影器件，为微透镜阵列、倒像系统或者微型投影系统。进一步的，所述反射镜包括主镜和辅镜，主镜的反射面为自由曲面。进一步的，所述反射面为连续或非连续拼接的自由曲面，主镜的焦距f的范围为15mm-25mm。进一步的，所述镜像投影器件的最小尺寸不超过反射镜的上下边缘外轮廓的连线所限定的空间。进一步的，所述反射面镀有或贴有全反射膜或具有预定透反比的反射膜。进一步的，所述反射镜中主镜的厚度为1mm-3mm，辅镜的厚度为0.8mm-1.5mm。进一步的，反射镜的非有效反射面延长至覆盖图像源尺寸的区域。进一步的，反射镜的辅镜，其外表面与主镜的外表面面型不一致，通过调整两者之间的曲率差，适应人眼的不同视度。本专利技术还提供了一种显示装置，所述显示装置包括微型图像源；微型图像源，位于超薄光学组件的上部或靠近人眼侧，用于发出图像光；超薄光学组件，用于将接收的图像光经过对称折射后，形成图像光的倒像，然后经由反射镜，将图像光反射至人眼；显示装置支架，用于支撑微型图像源和超薄光学组件。本专利技术还挺了一种虚像成像方法，微型图像源发出的图像光入射至镜像反射器件；镜像反射器件接收图像光，将其对称折射至人眼和反射镜之间，形成实像；汇聚的实像进一步入射至反射镜，由反射镜将图像光折射进入人眼。采用本专利技术所述的超薄光学组件和显示装置，通过镜像投影器件将微型图像源的图像对称折射成实像，再通过反射镜折射进入人眼，解决了以前将微型图像源直接放置在实像位置时，易遮挡人眼视线，且显示装置封装较大的问题，微型图像源的显示器件可以安装在反射镜上方或侧方，便于显示装置的布局和轻型化，并且反射镜设计轻薄，减小了光学组件的重量，且反射镜可沿着外缘延展，直至遮挡住微型图像源，使其具有普通眼镜的外观，也可将其延展的外形设计成需要的形状，达到个性化设计。同时，本专利技术所述的超薄光学组件及显示装置可以根据镜片的曲率差适应不同视度的人群，扩大了用户的使用范围。附图说明图1为超薄光学组件的纵截面结构示意图；图2为使用超薄光学组件的显示装置的正视图；图3为使用超薄光学组件的显示装置的左视图；图4为虚像成像方法的流程示意图。具体实施方式下面通过具体实施例与附图来对本专利技术进行详细说明。本专利技术所述的光学组件，可以适用于双眼或者单眼的结构，双眼结构时，左右眼对应的光学组件相同，为方便描述，本专利技术中用单眼对应的光学组件为例进行说明。根据本专利技术的一种超薄光学组件，其示意性的结构如图1所示，为光学组件的纵截面图，包括：镜像投影器件101和反射镜102；镜像投影器件101，将图像源A发出的光，朝向反射镜方向对称折射，所述对称折射为，图像源A射向镜像投影器件101的入射光线以及由镜像投影器件101发出的出射光线，以镜像投影器件101为对称轴对称，即：图像源A以镜像投影器件为对称轴，在图1所示的对称位置形成了图像源实像A’；所形成的实像最下端高于所述反射镜上部边缘处反射的图像光所在的路径。反射镜102，将射向其的图像光进行全反射，到达人眼。具体的，所述镜像投影器件101可以由微反射镜阵列、倒像系统或者微型投影等中继系统构成，只要可以实现以其为对称轴，对图像光进行对称折射，汇聚形成图像源A的实像即可。对于图1所示的反射镜102，包括主镜1021和辅镜1022，主镜1021靠近人眼的一侧表面为外表面，远离人眼的一侧为内表面，也可以称之为反射面B。外表面为一凹面，可以是球面，或非球面，外表面形成为连续的表面形态，使反射镜具有统一的外观。反射面B根据需要镀有或贴有全反射膜或者具有预定透反比的分光膜，这样的设计可以将入射至其上的图像光全部或者部分反射至人眼；反射面B的面型为球面、非球面或者自由曲面，；图像光经由主镜1021的外表面折射入射只主镜内传播至反射面B，在反射面B上，图像光依反射定律发生反射，将图像光反射回主镜内，再次经由外表面折射后，射入至人眼。辅镜1022，与主镜1021胶合或一体成型，使用高透过率的光学材料，使外界光线几乎无损的通过。对于主镜的反射面B具有预定透反比的情况时，可应用到AR设备，使人眼可以观看到外部的环境。辅镜其朝向环境侧的一面为外表面，面型与主镜1021的外表面可以一致，也可以不一致，当其外表面与主镜1021外表面面型不同时，通过调整两者的曲率差，实现对不同视度的人眼的适应；与主镜1021胶合或一体成型的一面为内表面，面型与反射面B一致。具体的，实现曲率差适应不同视度的人眼，通过曲率与视度关系式来实现，为：其中所述R1为主镜1021外表面的曲率半径，R2为辅镜1022外表面的曲率半径，T为反射镜102的厚度，N为反射镜102的材料，F为反射镜102的焦距，D为视度数。表1为六种不同情况下的曲率差，适应不同视度的设计实例，本领域技术人员应该可以理解的，本专利技术的保护范围不限于下列实施例：表1R1TNR2D-5041.53-43.2+2D-5041.53-51.50-5041.53-56.7-1D-5041.53-71.6-3D-5041.53-97.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄光学组件，其特征在于，包括镜像投影器件和反射镜，/n镜像投影器件，用于将图像光对称折射后，形成实像，照射至反射镜；所述实像位于人眼和反射镜之间；/n反射镜，用于对图像光进行反射，进入人眼。/n

【技术特征摘要】
1.一种超薄光学组件，其特征在于，包括镜像投影器件和反射镜，
镜像投影器件，用于将图像光对称折射后，形成实像，照射至反射镜；所述实像位于人眼和反射镜之间；
反射镜，用于对图像光进行反射，进入人眼。


2.根据权利要求1所述的超薄光学组件，其特征在于，所述实像的下端高于反射镜上部反射的图像光所在的路径。


3.根据权利要求2所述的超薄光学组件，其特征在于，所述镜像投影器件，为微透镜阵列、倒像系统或者微型投影系统。


4.根据权利要求1、2或3所述的超薄光学组件，其特征在于，
所述反射镜包括主镜和辅镜，其中，主镜的反射面为自由曲面。


5.根据权利要求4所述的超薄光学组件，其特征在于，所述反射面为连续或非连续拼接的自由曲面，满足XY多项式，主镜的焦距f的范围为15mm-25mm。


6.根据权利要求5所示的超薄光学组件，其特征在于，所述反射面镀有或贴有全反射膜或具有预定透反比的反射膜。

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【专利技术属性】
技术研发人员：程德文，侯起超，王其为，
申请(专利权)人：北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11