一种近眼显示光学系统技术方案

一种近眼显示光学系统,涉及光学工程领域，解决现有AR眼镜视场角小，出瞳直径小，系统笨重的问题，包括显示系统和球面反射镜片；球面反射镜片具有两个面，第一个面为部分反射面，第二个面为透射面；瞳孔前方放置显示系统，显示系统位于球面反射镜的焦面上，显示系统和球面反射镜片的球心均位于瞳孔中心1cm范围之内；显示系统包括粘贴在透明基底上的线阵显示像元，透明基底外缘的基底延伸部、外边框、驱动系统和电子控制系统；驱动系统包括从动齿轮、驱动齿轮、旋转轴承和电机；本发明专利技术能够实现大视场角，大出瞳直径以及高分辨率的同时保持眼镜轻便，制造简单，成本低，易于实现，固定部件，结构稳定，无杂光干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种近眼显示光学系统
本专利技术涉及光学工程领域，具体涉及一种近眼显示光学系统。
技术介绍
近眼显示系统能够给人提供虚拟图像，其中最重要的是增强现实(简称AR)，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。增强现实眼镜是AR的主要实现方式。其能够给使用者提供大画面和3D效果。有潜力替代现有的显示和计算终端如手机，电脑和电视等，具有非常广泛的应用前景。目前，有多种AR技术，包括离轴折反射结构，自由曲面棱镜，波导眼镜等，由于受到拉格朗日不变量的制约，都很难解决大视场角，大出瞳直径与体积之间的矛盾。离轴折反式结构一般呈头盔状，比较笨重。自由曲面棱镜视场角以及出瞳直径都比较小，而且系统厚重。波导AR虽然能够扩大出瞳直径，但是视场角难以做大，同时能量利用率很低。现有技术都无法解决光学性能与系统体积和质量之间的矛盾。微软公开了一种基于旋转显示的方案(WO2019059991A1)。与其不同的是，此方案中使用了透镜阵列或者透镜作为聚焦光束的器件，透镜或者透镜阵列在旋转显示器与眼瞳之间，不同视场没有对称性。系统依然笨重。
技术实现思路
本专利技术为解决现有AR眼镜视场角小，出瞳直径小，系统笨重的问题，提供一种近眼显示光学系统。为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：一种近眼显示光学系统，在基准位置瞳孔前方放置显示系统，显示系统前方放置球面反射镜片；所述显示系统中的显示像元分布在凸面上，显示系统中的显示像元向球面反射镜片发光，球面反射镜片将光线反射到基准位置瞳孔；利用人眼视觉暂留效应，显示系统通过在运动中发光产生图像，并经过球面反射镜片将图像放大并反射到基准位置瞳孔。一种近眼显示光学系统，包括显示系统和球面反射镜片；所述球面反射镜片具有两个面，第一个面为部分反射面，用于将显示系统上的图像放大并反射到所述基准位置瞳孔，第二个面为透射面，用于矫正环境光以适应佩戴者的度数，部分反射面和透射面的位置可以互换；在基准位置瞳孔前方放置显示系统，显示系统前面设置球面反射镜片，所述显示系统由分布在球面透明基底的孔状结构阵列和阵列外区域构成；所述阵列外区域为显示像素分布区域，显示像素发出的光经由球面反射镜片反射后，通过孔状结构阵列进入基准位置瞳孔。一种近眼显示光学系统，其特征是：包括显示系统和球面反射镜片；在基准位置瞳孔前方放置显示系统，显示系统前方放置面反射镜片；所述显示系统由透明显示屏幕单独构成，或由动态遮光层和透明显示屏幕组合构成，所述动态遮光层位于人眼一侧，其被配置为遮挡透明显示屏幕直接发向人眼一侧的光，并透过经过球面反射镜片反射的光。所述球面反射镜片具有两个面：第一个面为部分反射面，用于将显示系统上的图像放大并反射到基准位置瞳孔；第二个面为透射面，用于矫正环境光以适应佩戴者的度数；所述部分反射面和透射面的位置可以互换。本申请提供的一种近眼显示光学系统，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：本专利技术所述的近眼显示光学系统，能够实现大视场角，大出瞳直径以及高分辨率的同时保持眼镜轻便。本专利技术所述的近眼显示系统能够实现大于100°的视场角，出瞳直径可以大于8mm,分辨率能够达到2um像素且不同视场的分辨率保持一致，同时系统整体尺寸小，外观类似眼镜。本专利技术所述的一种近眼显示光学系统，采用线阵显示像元旋转的方式，其制造简单，成本低，易于实现。本专利技术所述的一种近眼显示光学系统，采用孔状显示屏幕，优点在于其是固定部件，结构稳定，无杂光干扰。本专利技术所述的一种近眼显示光学系统，采用透明显示屏幕和动态遮光屏幕结合，优点在于其是固定部件，结构稳定，制造相对容易。附图说明图1为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统的整体结构示意图；图2为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统的调制函数曲线示意图；图3为具有保护层并使用旋转线阵显示系统的示意图；图4为具有一列线阵像元的显示系统结构示意图；图5为十字线阵像元显示系统结构示意图；图6为米字线阵像元显示系统结构示意图；图7为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统中驱动系统的结构图；其中，图7a为由齿轮带动旋转的结构示意图；图7b为旋转轴承结构示意图；图8为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统中驱动齿轮在中间位置时，齿轮驱动示意图；图9为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统中定子线圈与永磁体的位置关系示意图；图10为本专利技术所述的一种近眼显示光学系统中磁悬浮线圈的旋转的结构示意图；图11为本专利技术另一种结构的一种近眼显示光学系统中显示系统的示意图；其中，图11a为孔形显示系统的结构示意图；图11b为方形显示系统的结构示意图；图11c为六边形显示系统的结构示意图；图12为本专利技术另一种使用透明显示屏幕和动态遮光层的一种近眼显示光学系统示意图。图中：1、显示系统，1-1、透明基底，1-2、基底延伸部，1-3、外边框，1-4、线阵显示像元，1-5、电子控制系统，1-6、控制连接线，1-7、从动齿轮，1-8、驱动齿轮，1-9、旋转轴承，1-9-1、旋转轴承转动部，1-9-2、旋转轴承固定部，1-9-3、轴承滚珠，1-10、驱动电机，1-11、永磁体，1-12a、定子线圈，1-12b、磁悬浮线圈，1-13、圆孔阵列，1-14、圆孔阵列之外区域，1-15、方孔阵列，1-16、圆孔阵列之外区域，1-17、多边形孔阵列，1-18、多边形孔阵列之外区域，1-19、动态遮光层，1-19-1、遮光区域，1-19-2、透明区域，1-20、透明显示屏幕，2、球面反射镜片，2-1、部分反射面，2-2、透射面，2-3、镜框，3、基准位置瞳孔，4、环境光，5、显示系统发出的光线，6、环境光与显示系统重叠光线，7、透明薄层，8、连接件，9、镜腿。具体实施方式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，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。具体实施方式一、结合图1至图10说明本实施方式，一种近眼显示光学系统，包括显示系统1和球面反射镜片2；在基准位置瞳孔3前方放置显示系统1，显示系统1前方放置球面反射镜片2；所述显示系统1中的显示像元分布在凸面上，显示系统1中的显示像元向球面反射镜片2发光，球面反射镜片2将光线反射到基准位置瞳孔3；利用人眼视觉暂留效应，显示系统1通过在运动中发光产生图像，并经过球面反射镜片2将图像放大并反射到基准位置瞳孔3。所述球面反射镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近眼显示光学系统，其特征是：包括显示系统(1)和球面反射镜片(2)；/n在基准位置瞳孔(3)前方放置显示系统(1)，显示系统(1)前方放置球面反射镜片(2)；/n所述显示系统(1)中的显示像元分布在凸面上，显示系统(1)中的显示像元向球面反射镜片(2)发光，球面反射镜片(2)将光线反射到基准位置瞳孔(3)；利用人眼视觉暂留效应，显示系统(1)通过在运动中发光产生图像，并经过球面反射镜片(2)将图像放大并反射到基准位置瞳孔(3)。/n

【技术特征摘要】
20191205 CN 20191123135121.一种近眼显示光学系统，其特征是：包括显示系统(1)和球面反射镜片(2)；
在基准位置瞳孔(3)前方放置显示系统(1)，显示系统(1)前方放置球面反射镜片(2)；
所述显示系统(1)中的显示像元分布在凸面上，显示系统(1)中的显示像元向球面反射镜片(2)发光，球面反射镜片(2)将光线反射到基准位置瞳孔(3)；利用人眼视觉暂留效应，显示系统(1)通过在运动中发光产生图像，并经过球面反射镜片(2)将图像放大并反射到基准位置瞳孔(3)。


2.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：所述显示系统(1)包括使其旋转的驱动电机和控制其显示的电子控制系统，电子控制系统根据显示系统(1)的运动位置，加载相应的图像信息并驱动显示像元发光。


3.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：球面反射镜片(2)为球面的一部分，并允许1cm范围内的形变误差；所述球面反射镜片(2)具有两个面：第一个面为部分反射面(2-1)，用于将显示系统(1)上的图像放大并反射到所述基准位置瞳孔(3)；第二个面为透射面(2-2)，用于矫正环境光以适应佩戴者的度数；所述部分反射面和透射面的位置可以互换。


4.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：所述显示系统(1)由单个或多个线阵显示像元(1-4)在凸面上任意排布组成。


5.根据权利要求1所述的一种近眼显示光学系统，其特征在于：在所述显示系统(1)靠近人眼的一侧包含透明保护薄层(7)。


6.一种近眼显示光学系统，其特征是：包括显示系统(1)和球面反射镜片(2)；所述球面反射镜片(2)具有两个面，第一个面为部分反射面(2-1)，用于将显示系统(1)上的图像放大并反射到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建明，
申请(专利权)人：杨建明，
类型：发明
国别省市：上海;31