一种多棱镜双焦面光学模组及近眼显示光学系统技术方案

本发明专利技术公开一种多棱镜双焦面光学模组及近眼显示光学系统，至少包括主棱镜、第一辅棱镜和第二辅棱镜，其中，主棱镜包括第一光学面、第二光学面和第三光学面，第一辅棱镜包括第一入射面、透反分光面和第一透射面，第二辅棱镜包括第二入射面和第二透射面；第一辅棱镜设置在主棱镜的第一光学面侧，第二辅棱镜的第二透射面和第一辅棱镜的透反分光面胶合；第一显示光路和第二显示光路共用主棱镜和第一辅棱镜；第一显示光路经第一辅棱镜和主棱镜在第一焦面位置成像，第二显示光路经第二辅棱镜、第一辅棱镜和主棱镜在第二焦面位置成像。上述多棱镜双焦面光学模组及近眼显示光学系统，能够实现虚拟现实或增强现实应用，并实现近视防控目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种多棱镜双焦面光学模组及近眼显示光学系统


[0001]本专利技术涉及一种多棱镜双焦面光学模组，同时涉及近眼显示光学系统，属于增强现实应用领域。

技术介绍

[0002]儿童和青少年处于成长发育期和用眼高峰期，帮助他(她)们建立良好的用眼习惯，针对眼部和视觉系统进行科学的物理锻炼和训练，增强眼睛调节能力，有助于防控近视，修复弱视，提升裸眼视力健康水平，减轻对于眼镜、手术等视力矫正手段的依赖性。
[0003]双焦面增强现实或虚拟现实近眼显示光学系统可以通过有规律的改变焦深，实现对眼睛功能的锻炼，充分调动眼睛的潜能，缓解视力疲劳，改善调节速度，增加调节幅度，有效地改善调节滞后、调节功能不足等。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可以实现增强现实显示或虚拟现实显示的多棱镜双焦面光学模组。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于同时提供一种近眼显示光学系统。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种多棱镜双焦面光学模组，包括：
[0008]主棱镜，包括第一光学面、第二光学面和第三光学面；第一光学面作为所述主棱镜的入射面与视轴不相交，第二光学面和第三光学面与视轴相交，第二光学面靠近人眼设置，第三光学面远离人眼设置；
[0009]第一辅棱镜，包括第一入射面、透反分光面和第一透射面；第一辅棱镜设置在所述主棱镜的第一光学面侧；从第一入射面进入第一辅棱镜的第一光线经透反分光面反射后从第一透射面射出，然后经第一光学面进入主棱镜，并依次经过第二光学面和第三光学面反射后，透过第二光学面，进入人眼成像；第一光线经第一显示光路在第一焦面位置成像；
[0010]第二辅棱镜，包括第二入射面和第二透射面；所述第二透射面和所述透反分光面胶合；从第二入射面进入第二辅棱镜的第二光线经第二透射面进入第一辅棱镜，然后从第一透射面射出，然后经第一光学面进入主棱镜，并依次经过第二光学面和第三光学面反射后，透过第二光学面，进入人眼成像；第二光线经第二显示光路在第二焦面位置成像；
[0011]所述第一焦面和所述第二焦面的位置不同。
[0012]优选地，所述双焦面近眼显示光学系统，还包括补偿镜，设置在所述第三光学面侧，并且，所述主棱镜和所述补偿镜胶合；环境光透过所述补偿镜和所述主棱镜，进入人眼成像。
[0013]优选地，胶合的所述第一辅棱镜和所述第二辅棱镜，对第二显示光路，等效为一个正光焦度的透镜。
[0014]优选地，所述第一辅棱镜中，所述第一透射面的面型为非球面或自由曲面，所述透
反分光面和所述第一入射面的面型为自由曲面；
[0015]所述第二辅棱镜的各光学表面为自由曲面。
[0016]优选地，所述第一光学面和所述第三光学面的面型是自由曲面。
[0017]优选地，所述第一显示光路、所述第二显示光路的出瞳距离为15mm～25mm。
[0018]优选地，所述第一焦面和/或所述第二焦面的位置可调整。
[0019]优选地，所述第一焦面和所述第二焦面，两者的位置变化范围为不大于
‑
200mm的范围或不小于+200mm的范围。
[0020]一种近眼显示光学系统，包括所述多棱镜双焦面光学模组，还包括第一微显示器和第二微显示器，以提供第一光线和第二光线。
[0021]优选地，所述第一微显示器和所述第一辅棱镜之间的距离可调整，所述第二微显示器和所述第二辅棱镜之间的距离可调整。
[0022]本专利技术所提供的多棱镜双焦面光学模组及近眼显示光学系统，包括主棱镜、第一辅棱镜和第二辅棱镜，第一显示光路和第二显示光路共用主棱镜和第一辅棱镜，第一显示光路通过第一辅棱镜和主棱镜在第一焦面位置成像，第二显示光路通过第二辅棱镜、第一辅棱镜和主棱镜在第二焦面位置成像，两个焦面在不同的位置。人眼可以在两个焦面之间切换，从而使人眼得到锻炼，或者，使其中一个焦面正常显示，使另一个焦面离焦显示，实现近视防控。此外，通过设置补偿镜，环境光可以透过主棱镜和补偿镜成像，从而实现增强现实应用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术所提供的双焦面近眼显示光学系统的整体光路示意图；
[0024]图2为图1所示双焦面近眼显示光学系统的光学表面示意图；
[0025]图3为根据本专利技术实施例的第一显示光路示意图；
[0026]图4为根据本专利技术实施例的第二显示光路示意图；
[0027]图5为根据本专利技术实施例的的第三显示光路示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都是属于本专利技术保护的范围。
[0029]如图1所示，本专利技术提供的多棱镜双焦面光学模组，包括：主棱镜12、补偿镜13、第一辅棱镜14和第二辅棱镜16；其中，两个显示光路共用主棱镜12和第一辅棱镜14，第一显示光路通过第一辅棱镜14和主棱镜12在人眼成像，第二显示光路通过第二辅棱镜16、第一辅棱镜14和主棱镜12在人眼成像；第一显示光路和第二显示光路分别形成两个显示焦面，两个显示焦面的位置可以相同，也可以不同；与此同时，环境光通过补偿镜13和主棱镜12向人眼成像，通过使其中一个焦面成像于无穷远处，使另一个焦面位于不同的位置，可以实现具有离焦效果的增强现实显示。当光学模组中，省去补偿镜13，并在主棱镜12远离人眼侧表面设置全反膜时，可以实现虚拟现实显示，通过使人眼在两个焦面之间切换，也可以得到锻
炼。
[0030]结合图1和图2，主棱镜12设置在人眼11前方，主棱镜12包括第一光学面124、第二光学面121(123)和第三光学面122；第一光学面124远离视轴，与视轴不相交，用作图像光进入主棱镜12的入射面；第二光学面121和第三光学面122正对人眼设置，与视轴相交，第二光学面121靠近人眼设置，第三光学面122远离人眼设置；根据使用场景不同，在第三光学面122设置有分光膜或全反膜，当设置分光膜时，主棱镜12结合补偿棱镜13可以透视环境光，实现增强现实显示；当设置全反膜时，仅两个显示光路进行成像，可以实现虚拟现实显示。
[0031]主棱镜12是实现光路折转的主要部分，并为系统提供主要的光焦度。其中主棱镜12的光学表面可以用球面、非球面、自由曲面来进行设计，优选的，采用自由曲面进行设计，以提高系统的显示效果，可以采用注塑的工艺进行生产，降低棱镜重量的同时还可以降低成本。其中，以第一光学面124和第三光学面122中的至少一者使用自由曲面设计为优。第二光学面121是最靠近人眼侧的外表面，优选非球面或自由曲面的设计，结合补偿镜13远离人眼侧表面131(即整个光学模组最远离人眼侧的外表面)的面型设计，可以适应不同视度人群。
[0032]第一辅棱镜1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多棱镜双焦面光学模组，其特征在于包括：主棱镜，包括第一光学面、第二光学面和第三光学面；第一光学面作为所述主棱镜的入射面与视轴不相交，第二光学面和第三光学面与视轴相交，第二光学面靠近人眼设置，第三光学面远离人眼设置；第一辅棱镜，包括第一入射面、透反分光面和第一透射面；第一辅棱镜设置在所述主棱镜的第一光学面侧；从第一入射面进入第一辅棱镜的第一光线经透反分光面反射后从第一透射面射出，然后经第一光学面进入主棱镜，并依次经过第二光学面和第三光学面反射后，透过第二光学面，进入人眼成像；第一光线经第一显示光路在第一焦面位置成像；第二辅棱镜，包括第二入射面和第二透射面；所述第二透射面和所述透反分光面胶合；从第二入射面进入第二辅棱镜的第二光线经第二透射面进入第一辅棱镜，然后从第一透射面射出，然后经第一光学面进入主棱镜，并依次经过第二光学面和第三光学面反射后，透过第二光学面，进入人眼成像；第二光线经第二显示光路在第二焦面位置成像；所述第一焦面和所述第二焦面的位置不同。2.如权利要求1所述的双焦面近眼显示光学系统，其特征在于还包括：补偿镜，设置在所述第三光学面侧，并且，所述主棱镜和所述补偿镜胶合；环境光透过所述补偿镜和所述主棱镜，进入人眼成像。3.如权利要求1或2所述的双焦面近眼显示光学系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德文，陈海龙，王其为，姚成，王达，李阳，
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：