一種多棱鏡雙焦面光學模組及近眼顯示光學系統技術方案

本發明專利技術公開一種多棱鏡雙焦面光學模組及近眼顯示光學系統，至少包括主棱鏡、第一輔棱鏡和第二輔棱鏡，其中，主棱鏡包括第一光學面、第二光學面和第三光學面，第一輔棱鏡包括第一入射面、透反分光面和第一透射面，第二輔棱鏡包括第二入射面和第二透射面；第一輔棱鏡設置在主棱鏡的第一光學面側，第二輔棱鏡的第二透射面和第一輔棱鏡的透反分光面膠合；第一顯示光路和第二顯示光路共用主棱鏡和第一輔棱鏡；第一顯示光路經第一輔棱鏡和主棱鏡在第一焦面位置成像，第二顯示光路經第二輔棱鏡、第一輔棱鏡和主棱鏡在第二焦面位置成像。上述多棱鏡雙焦面光學模組及近眼顯示光學系統，能夠實現虛擬現實或增強現實應用，并實現近視防控目的。的。的。

【技術實現步驟摘要】
一種多棱鏡雙焦面光學模組及近眼顯示光學系統


[0001]本專利技術涉及一種多棱鏡雙焦面光學模組，同時涉及近眼顯示光學系統，屬于增強現實應用領域。

技術介紹

[0002]兒童和青少年處于成長發育期和用眼高峰期，幫助他(她)們建立良好的用眼習慣，針對眼部和視覺系統進行科學的物理鍛煉和訓練，增強眼睛調節能力，有助于防控近視，修復弱視，提升裸眼視力健康水平，減輕對于眼鏡、手術等視力矯正手段的依賴性。
[0003]雙焦面增強現實或虛擬現實近眼顯示光學系統可以通過有規律的改變焦深，實現對眼睛功能的鍛煉，充分調動眼睛的潛能，緩解視力疲勞，改善調節速度，增加調節幅度，有效地改善調節滯后、調節功能不足等。

技術實現思路

[0004]本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種可以實現增強現實顯示或虛擬現實顯示的多棱鏡雙焦面光學模組。
[0005]本專利技術所要解決的技術問題在于同時提供一種近眼顯示光學系統。
[0006]為了實現上述技術目的，本專利技術采用下述技術方案：
[0007]一種多棱鏡雙焦面光學模組，包括：
[0008]主棱鏡，包括第一光學面、第二光學面和第三光學面；第一光學面作為所述主棱鏡的入射面與視軸不相交，第二光學面和第三光學面與視軸相交，第二光學面靠近人眼設置，第三光學面遠離人眼設置；
[0009]第一輔棱鏡，包括第一入射面、透反分光面和第一透射面；第一輔棱鏡設置在所述主棱鏡的第一光學面側；從第一入射面進入第一輔棱鏡的第一光線經透反分光面反射后從第一透射面射出，然后經第一光學面進入主棱鏡，并依次經過第二光學面和第三光學面反射后，透過第二光學面，進入人眼成像；第一光線經第一顯示光路在第一焦面位置成像；
[0010]第二輔棱鏡，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膠合；從第二入射面進入第二輔棱鏡的第二光線經第二透射面進入第一輔棱鏡，然后從第一透射面射出，然后經第一光學面進入主棱鏡，并依次經過第二光學面和第三光學面反射后，透過第二光學面，進入人眼成像；第二光線經第二顯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]優選地，所述雙焦面近眼顯示光學系統，還包括補償鏡，設置在所述第三光學面側，并且，所述主棱鏡和所述補償鏡膠合；環境光透過所述補償鏡和所述主棱鏡，進入人眼成像。
[0013]優選地，膠合的所述第一輔棱鏡和所述第二輔棱鏡，對第二顯示光路，等效為一個正光焦度的透鏡。
[0014]優選地，所述第一輔棱鏡中，所述第一透射面的面型為非球面或自由曲面，所述透
反分光面和所述第一入射面的面型為自由曲面；
[0015]所述第二輔棱鏡的各光學表面為自由曲面。
[0016]優選地，所述第一光學面和所述第三光學面的面型是自由曲面。
[0017]優選地，所述第一顯示光路、所述第二顯示光路的出瞳距離為15mm～25mm。
[0018]優選地，所述第一焦面和/或所述第二焦面的位置可調整。
[0019]優選地，所述第一焦面和所述第二焦面，兩者的位置變化范圍為不大于
?
200mm的范圍或不小于+200mm的范圍。
[0020]一種近眼顯示光學系統，包括所述多棱鏡雙焦面光學模組，還包括第一微顯示器和第二微顯示器，以提供第一光線和第二光線。
[0021]優選地，所述第一微顯示器和所述第一輔棱鏡之間的距離可調整，所述第二微顯示器和所述第二輔棱鏡之間的距離可調整。
[0022]本專利技術所提供的多棱鏡雙焦面光學模組及近眼顯示光學系統，包括主棱鏡、第一輔棱鏡和第二輔棱鏡，第一顯示光路和第二顯示光路共用主棱鏡和第一輔棱鏡，第一顯示光路通過第一輔棱鏡和主棱鏡在第一焦面位置成像，第二顯示光路通過第二輔棱鏡、第一輔棱鏡和主棱鏡在第二焦面位置成像，兩個焦面在不同的位置。人眼可以在兩個焦面之間切換，從而使人眼得到鍛煉，或者，使其中一個焦面正常顯示，使另一個焦面離焦顯示，實現近視防控。此外，通過設置補償鏡，環境光可以透過主棱鏡和補償鏡成像，從而實現增強現實應用。
附圖說明
[0023]圖1為本專利技術所提供的雙焦面近眼顯示光學系統的整體光路示意圖；
[0024]圖2為圖1所示雙焦面近眼顯示光學系統的光學表面示意圖；
[0025]圖3為根據本專利技術實施例的第一顯示光路示意圖；
[0026]圖4為根據本專利技術實施例的第二顯示光路示意圖；
[0027]圖5為根據本專利技術實施例的的第三顯示光路示意圖。
具體實施方式
[0028]下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都是屬于本專利技術保護的范圍。
[0029]如圖1所示，本專利技術提供的多棱鏡雙焦面光學模組，包括：主棱鏡12、補償鏡13、第一輔棱鏡14和第二輔棱鏡16；其中，兩個顯示光路共用主棱鏡12和第一輔棱鏡14，第一顯示光路通過第一輔棱鏡14和主棱鏡12在人眼成像，第二顯示光路通過第二輔棱鏡16、第一輔棱鏡14和主棱鏡12在人眼成像；第一顯示光路和第二顯示光路分別形成兩個顯示焦面，兩個顯示焦面的位置可以相同，也可以不同；與此同時，環境光通過補償鏡13和主棱鏡12向人眼成像，通過使其中一個焦面成像于無窮遠處，使另一個焦面位于不同的位置，可以實現具有離焦效果的增強現實顯示。當光學模組中，省去補償鏡13，并在主棱鏡12遠離人眼側表面設置全反膜時，可以實現虛擬現實顯示，通過使人眼在兩個焦面之間切換，也可以得到鍛
煉。
[0030]結合圖1和圖2，主棱鏡12設置在人眼11前方，主棱鏡12包括第一光學面124、第二光學面121(123)和第三光學面122；第一光學面124遠離視軸，與視軸不相交，用作圖像光進入主棱鏡12的入射面；第二光學面121和第三光學面122正對人眼設置，與視軸相交，第二光學面121靠近人眼設置，第三光學面122遠離人眼設置；根據使用場景不同，在第三光學面122設置有分光膜或全反膜，當設置分光膜時，主棱鏡12結合補償棱鏡13可以透視環境光，實現增強現實顯示；當設置全反膜時，僅兩個顯示光路進行成像，可以實現虛擬現實顯示。
[0031]主棱鏡12是實現光路折轉的主要部分，并為系統提供主要的光焦度。其中主棱鏡12的光學表面可以用球面、非球面、自由曲面來進行設計，優選的，采用自由曲面進行設計，以提高系統的顯示效果，可以采用注塑的工藝進行生產，降低棱鏡重量的同時還可以降低成本。其中，以第一光學面124和第三光學面122中的至少一者使用自由曲面設計為優。第二光學面121是最靠近人眼側的外表面，優選非球面或自由曲面的設計，結合補償鏡13遠離人眼側表面131(即整個光學模組最遠離人眼側的外表面)的面型設計，可以適應不同視度人群。
[0032]第一輔棱鏡1本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種多棱鏡雙焦面光學模組，其特征在于包括：主棱鏡，包括第一光學面、第二光學面和第三光學面；第一光學面作為所述主棱鏡的入射面與視軸不相交，第二光學面和第三光學面與視軸相交，第二光學面靠近人眼設置，第三光學面遠離人眼設置；第一輔棱鏡，包括第一入射面、透反分光面和第一透射面；第一輔棱鏡設置在所述主棱鏡的第一光學面側；從第一入射面進入第一輔棱鏡的第一光線經透反分光面反射后從第一透射面射出，然后經第一光學面進入主棱鏡，并依次經過第二光學面和第三光學面反射后，透過第二光學面，進入人眼成像；第一光線經第一顯示光路在第一焦面位置成像；第二輔棱鏡，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膠合；從第二入射面進入第二輔棱鏡的第二光線經第二透射面進入第一輔棱鏡，然后從第一透射面射出，然后經第一光學面進入主棱鏡，并依次經過第二光學面和第三光學面反射后，透過第二光學面，進入人眼成像；第二光線經第二顯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.如權利要求1所述的雙焦面近眼顯示光學系統，其特征在于還包括：補償鏡，設置在所述第三光學面側，并且，所述主棱鏡和所述補償鏡膠合；環境光透過所述補償鏡和所述主棱鏡，進入人眼成像。3.如權利要求1或2所述的雙焦面近眼顯示光學系統，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程德文，陳海龍，王其為，姚成，王達，李陽，
申請(專利權)人：北京耐德佳顯示技術有限公司，
類型：發明
國別省市：