一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于穿透式視頻眼鏡顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)由顯示裝置、目鏡透鏡組、望遠(yuǎn)透鏡組以及人眼瞳孔等組成。具體為顯示裝置上的圖像經(jīng)目鏡透鏡組成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)，該虛像通過(guò)望遠(yuǎn)透鏡組接收并最后進(jìn)入人眼瞳孔；通過(guò)調(diào)節(jié)目鏡透鏡組以及望遠(yuǎn)透鏡組之間的間隙，在不影響整個(gè)光學(xué)引擎的成像放大倍率、成像質(zhì)量及岀瞳尺寸的前提下，滿(mǎn)足不同佩戴者雙眼不同瞳距位置的需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于穿透式視頻眼鏡顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，是一種緊湊輕巧的系統(tǒng)，可以用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的穿透式視頻眼鏡顯示設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]視頻眼鏡顯示技術(shù)主要是把圖像源產(chǎn)生的圖像，通過(guò)光路系統(tǒng)，在人眼之前一定距離的形成一個(gè)放大的虛像。為了區(qū)別是否能觀察真實(shí)世界的顯示技術(shù)，又分為穿透式和直視式，穿透式視頻眼鏡技術(shù)能同時(shí)獲得圖像源和環(huán)境的圖像信息。視頻眼鏡顯示系統(tǒng)其主要構(gòu)造包括圖像源、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、佩戴支架(鏡框)等。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)有限的出瞳，需要瞳間距可調(diào)，當(dāng)使用者的雙目間距(即瞳距)不同于光學(xué)系統(tǒng)的瞳間距時(shí)，人眼的入瞳與光學(xué)系統(tǒng)的出瞳將不能很好的匹配。目前對(duì)于不同佩戴者的瞳距要求，一般設(shè)計(jì)上瞳距的調(diào)整都是通過(guò)增大光學(xué)引擎的出瞳尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這將會(huì)極大地增加光學(xué)引擎設(shè)計(jì)難度、系統(tǒng)尺寸及裝調(diào)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于在視頻眼鏡顯示的光學(xué)系統(tǒng)中加入了針對(duì)瞳距需求的調(diào)整量，提出了一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，調(diào)整過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橥嗾{(diào)整引起系統(tǒng)成像品質(zhì)和放大倍率等劇烈變化，同時(shí)不需要增加光學(xué)引擎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，是一種緊湊輕巧的解決方法。
[0004]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，沿光線傳播方向依次設(shè)有:顯示裝置，目鏡透鏡組，望遠(yuǎn)透鏡組以及人眼瞳孔。目鏡透鏡組和望遠(yuǎn)透鏡組之間的間距可調(diào)。顯示裝置上的圖像經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)，該虛像通過(guò)望遠(yuǎn)透鏡組接收進(jìn)入人眼瞳孔。
[0005]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，顯示裝置是IXD、LED、LCoS, DLP、OLED或者是其它圖像源。在顯示裝置為非主動(dòng)發(fā)光源時(shí)，需要設(shè)置背光照明模組以照明顯示裝置。
[0006]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，顯示裝置位于目鏡透鏡組的前焦點(diǎn)附近，顯示裝置上的圖像經(jīng)目鏡透鏡組成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)(像距>5mm);目鏡透鏡組的全視場(chǎng)角是5度?30度，出瞳直徑Imm?8mm,出瞳距離在5mm?30mm。
[0007]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，顯示裝置經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組成的虛像被望遠(yuǎn)透鏡組接收并進(jìn)入人眼；望遠(yuǎn)透鏡組出瞳2?10mm，放大倍率I?10倍。
[0008]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，目鏡透鏡組與望遠(yuǎn)透鏡組之間間隙可以根據(jù)使用人眼瞳距差異進(jìn)行調(diào)整，并且不會(huì)對(duì)視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)的成像倍率、成像質(zhì)量及出瞳尺寸產(chǎn)生明顯影響。
[0009]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，目鏡透鏡組可以由多個(gè)鏡片組成，鏡片材質(zhì)是玻璃或塑料，面型可以為球面、非球面、衍射面或全息面等。
[0010]所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，望遠(yuǎn)透鏡組可以由多個(gè)鏡片組成，鏡片材質(zhì)是玻璃或塑料，面型可以為球面、非球面、衍射面或全息面等；也可以組合成一個(gè)長(zhǎng)條形零件，零件使用同一個(gè)材質(zhì)或者不同材質(zhì)膠合。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為瞳距可調(diào)穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；
圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成圖；
圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的構(gòu)成示意圖；
圖4 - a、4 - b、4 - c為本發(fā)明一種實(shí)施方式各視場(chǎng)各間距值的具體光路圖；
圖5 - a、5 - b、5 - c為本發(fā)明一種實(shí)施方式各瞳距可調(diào)間距的MTF表現(xiàn)圖；
圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式的畸變圖；
圖7為本發(fā)明提及的主動(dòng)發(fā)光光源顯示裝置(OLED)的光路圖；
圖8和圖9為本發(fā)明提及的非主動(dòng)發(fā)光光源顯示裝置(LCoS)的兩種照明方式圖。
實(shí)施方式
[0012]圖1給出了所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)光路原理圖，可以看出系統(tǒng)由L1、L2、L3三個(gè)透鏡組構(gòu)成，A和B分別為圖像源部分和系統(tǒng)出瞳。對(duì)應(yīng)本發(fā)明所述，LI目鏡透鏡組，L2、L3構(gòu)成望遠(yuǎn)透鏡組。圖像源A位于透鏡組LI的前焦點(diǎn)上，L2透鏡組后焦點(diǎn)與L3透鏡前焦點(diǎn)重合。圖像源A發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)LI透鏡組準(zhǔn)直后，通過(guò)L1、L2之間的可調(diào)瞳距間距后，進(jìn)入L2、L3組成的望遠(yuǎn)透鏡組最后到達(dá)人眼入瞳。通過(guò)調(diào)整L1、L2透鏡組間距，整個(gè)系統(tǒng)的成像倍率、成像質(zhì)量及出瞳尺寸等參數(shù)不會(huì)發(fā)生明顯變化。設(shè)三個(gè)透鏡組L1、望遠(yuǎn)透鏡組的系統(tǒng)焦距分別為f\、f23, LI與望遠(yuǎn)透鏡組間距為d，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距f = ，由于物平面位于LI的前焦平面上,所以系統(tǒng)放大倍率β =十，
綜上可得，系統(tǒng)的焦距和放大倍率都是與LI和望遠(yuǎn)透鏡組之間間隙d無(wú)關(guān)的函數(shù)，本發(fā)明就是基于這種光路原理的系統(tǒng)。
[0013]圖2給出了一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)由顯示裝置1、目鏡透鏡組2、望遠(yuǎn)透鏡組3以及人眼瞳孔4組成。具體為顯示裝置I上的圖像經(jīng)目鏡透鏡組2成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)，該虛像通過(guò)望遠(yuǎn)透鏡組3接收并最后進(jìn)入人眼瞳孔4。
[0014]圖3給出了一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，沿光路方向依次101為L(zhǎng)CoS圖像源，102為照明PBS，103為準(zhǔn)直光學(xué)透鏡組，104為轉(zhuǎn)向三角棱鏡，105為成像透鏡一，106為成像PBS，107為成像透鏡二，4為人眼瞳孔。101和102組成了整個(gè)圖像源系統(tǒng)，103和104組成了目鏡透鏡組，105、106、107組成了望遠(yuǎn)透鏡組。系統(tǒng)由LCOS發(fā)出的光源，經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組的三棱鏡轉(zhuǎn)向，進(jìn)行了一次準(zhǔn)直。在104、105之間有一定間隔，就是實(shí)現(xiàn)瞳距調(diào)整的可調(diào)間距，本實(shí)施方式給出了 5mm的調(diào)整量。光線經(jīng)過(guò)105到達(dá)06，106為分光棱鏡，同105的膠合面鍍膜，可以根據(jù)實(shí)際光機(jī)用途，在交界面鍍半反半透膜或者偏振膜用以實(shí)現(xiàn)穿透式的視頻眼鏡顯示系統(tǒng)。107為成像透鏡二，在與空氣接觸的外表面鍍一內(nèi)全反射膜，用以折反光路，光線折返后再次經(jīng)106的鍍膜分光面，反射后到達(dá)人眼入瞳4。此實(shí)施方式具有緊湊輕巧的體積，近眼透鏡部分厚度小于12_。其中接眼部分105、106、107以及轉(zhuǎn)向三棱鏡104都是膠合在一起的塑料透鏡，選用材料都為PC，大幅度的降低了整體的質(zhì)量和體積大小。
[0015]圖4所示為本發(fā)明所述一種實(shí)施方式在各可調(diào)瞳距間隔點(diǎn)具體光路。此實(shí)現(xiàn)方式的最大視場(chǎng)角為15°，焦距f為21.2mm。圖示中的瞳距可調(diào)間距分別為6mm(圖4 - a)，4mm (圖 4 - b), 1mm (圖 4 - c)。
[0016]圖5為本發(fā)明以上所述一種實(shí)現(xiàn)方式在各可調(diào)瞳距間隔點(diǎn)的MTF表現(xiàn)，圖示中的瞳距可調(diào)間距分別為6mm(圖5 - a), 4mm(圖5 - b), Imm(圖5 - c)。在空間頻率301p/mm,MTF值都在0.4附近，能滿(mǎn)足視頻眼鏡光學(xué)系統(tǒng)的要求。
[0017]圖6為本發(fā)明以上所述一種實(shí)現(xiàn)方式的畸變表現(xiàn)，可以看出所有視場(chǎng)內(nèi)的畸變都小于3%，能滿(mǎn)足視頻眼鏡光學(xué)系統(tǒng)的要求。
[0018]圖7為本發(fā)明提及的主動(dòng)發(fā)光光源顯示裝置(OLED)的光路方式，301為顯示裝置(OLED)，2為后接的目鏡透鏡組，中間不需要圖3所示的PBS棱鏡102。
[0019]圖8和圖9分別為本發(fā)明提及的非主動(dòng)發(fā)光光源顯示裝置(LCoS)兩種照明方式圖，其中圖7為主動(dòng)式照明，圖8為背光式照明。如圖所示，圖7和圖8中的101都是顯示裝置(LCoS), 102都是PBS，201照明的光源LED，2都是后接的目鏡透鏡組，區(qū)別在于202和203，圖7中主動(dòng)式的照明使用了一聚光透鏡組202，圖8被動(dòng)式照明使用的是一背光模組203。本發(fā)明涉及的非主動(dòng)發(fā)光光源顯示裝置的照明方式不限于以上列舉的兩種。
[0020]以上實(shí)施例，僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特征和可實(shí)施性，其目的在于使該領(lǐng)域的技術(shù)人員能了解本發(fā)明的內(nèi)容并予以實(shí)施，盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，但是，不應(yīng)將這些描述理解為一種限制情形，對(duì)于本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)參考以上對(duì)本發(fā)明的描述顯然能夠作出對(duì)公開(kāi)實(shí)施例中的各種改進(jìn)以及本發(fā)明的另外實(shí)施例，凡依本發(fā)明的構(gòu)思所作出的變換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:沿光線傳播方向依次設(shè)有:顯示裝置(1)，目鏡透鏡組(2)，望遠(yuǎn)透鏡組(3)以及人眼瞳孔(4);目鏡透鏡組(2)和望遠(yuǎn)透鏡組(3)之間的間距可調(diào)；顯示裝置(I)上的圖像經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組(2)成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)，該虛像通過(guò)望遠(yuǎn)透鏡組(3 )接收進(jìn)入人眼瞳孔(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:顯示裝置(I)是IXD、LED、LCoS, DLP、OLED或者是其它圖像源，當(dāng)顯示裝置(I)為非主動(dòng)發(fā)光源時(shí)，需要設(shè)置背光照明模組以照明顯示裝置(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:顯示裝置(I)位于目鏡透鏡組(2)的前焦點(diǎn)處，顯示裝置(I)上的圖像經(jīng)目鏡透鏡組(2)成虛像于無(wú)窮遠(yuǎn)，像距>5mm ；目鏡透鏡組(2)的全視場(chǎng)角是5度?30度，出瞳直徑lmnTSmm，出瞳距離在5mnT30mm，焦距由顯示裝置尺寸決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:顯示裝置(I)經(jīng)過(guò)目鏡透鏡組(2 )成的虛像被望遠(yuǎn)透鏡組(3 )接收并進(jìn)入人眼；望遠(yuǎn)透鏡組出瞳2?10mm，放大倍率I?10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:目鏡透鏡組(2)與望遠(yuǎn)透鏡組(3)之間間隙可以根據(jù)使用人眼瞳距差異進(jìn)行調(diào)整，并且不會(huì)對(duì)視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)的成像倍率、成像質(zhì)量及出瞳尺寸產(chǎn)生明顯影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種瞳距可調(diào)的穿透式視頻眼鏡光學(xué)引擎系統(tǒng)，其特征在于:目鏡透鏡組(2)可以由多個(gè)鏡片組成，鏡片材質(zhì)是玻璃或塑料，面型為球面、非球面、衍射面或全息面；望遠(yuǎn)透鏡組(3)由多個(gè)鏡片組成，鏡片材質(zhì)是玻璃或塑料，面型為球面、非球面、衍射面或全息面；望遠(yuǎn)透鏡組(3)可以組合成一個(gè)長(zhǎng)條形零件，零件使用同一個(gè)材質(zhì)或者不同材質(zhì)膠合。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK104049368SQ201410275901
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】張文字, 宋禮陽(yáng), 周建軍 申請(qǐng)人:浙江晶景光電有限公司