外挂式信息显示影像的光学系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种外挂式信息显示影像的光学系统，由第一棱镜、第二棱镜及一显像面板所构成；其中第一棱镜，至少具有一入光曲面、第一作用面、第二作用面等三个自由曲面；一透光膜，设于第一棱镜的第二作用面外侧，具有穿透及反射的功能；第二棱镜，是光线的补偿片；再将显像面板设于第一棱镜的入光曲面处，能将影像射入第一棱镜，经第一作用面全反射至第二作用面后，再经第一作用面射入眼瞳在视网膜成像，并且人的眼瞳通过第一棱镜及第二棱镜看见外界影像时，以便清楚的得到外界影像及面板影像等两种信息。
【专利说明】
外挂式信息显示影像的光学系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种外挂式信息显示影像的光学系统，特别关于一种头戴式的非对称曲面棱镜影像显示光学系统，该装置利用光学系统将图像投射入眼瞳，而使眼睛能读取该影像信息并同时看清外界景物。
【背景技术】
[0002]现有较为先进的外挂式信息显示影像的光学系统，是一种挂置在头上，并利用光学装置将影像投射入眼瞳，以利眼睛自然前视能看到投射的影像信息，此装置多半设计挂在眼前或戴在头上以利于观看，而现有此类装置主要分为浸入式和非浸入式两种，而非浸入式头戴显示器为目前的主流，除了可以用于显示画面，还可以让用户看到显示屏之后的外界影像;这种特性往往被用于扩增实境，目前市面上的扩增实境的设计，主要是在光学系统中应用了较多的自由曲面的设计，这种多个自由曲面的技术就成为此项产品的主要技术手段之一，虽然此种设计在技术上已逐渐成熟，但是在使用及制造上仍有下列的主要缺点。
[0003]首先，现有头戴式影像光学系统，由于取像设计未臻完善，因此在以头架将该光学系统置于眼睛前方时，该光学系统一般距离眼睛都在10-15mm以内，除了造成视觉上的压迫感之外，对于本身已配有眼镜的使用者，除非配隐形眼镜之外，可能无法使用或者使用上将十分不舒适，是现有光学系统主要的缺点。
[0004]其次，现有此一类型的光学系统在设计上，对于眼睛视野中所观察到的图像视角而言，一般是有一定的限度，例如较知名的G00GLEGLASS其视角为15度，EPSON的产品最高到23度，这使得观看前方的影像变得过小，使用者观看不舒服，是现有光学系统的另外一个缺点。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的主要目的，在以最精简的二片棱镜下，经过特别设计的自由曲面弧度，使得本案的光学系统得以和使用者的眼镜保持适当的距离，不但没有压迫感，对于一般外挂眼镜的使用者也能轻松使用，并且该影像的成像有更大的视角，在观看影像或指标上更为清楚而舒适。
[0006]为达到上述目的，本案可以下列的方式来达成:
[0007]—种外挂式信息显示影像的光学系统，至少包含有:
[0008]—第一棱镜，至少具有一入光曲面、第一作用面、第二作用面的三个自由曲面;该入光曲面向外凸出，并设在第一棱镜的一端;而第一作用面位于入光曲面斜对面，也是在第一棱镜的靠近眼睛侧，为向内凹；第二作用面设于入光曲面及第一作用面的斜对面，为向外凸出，且位于第一棱镜的靠近视野外侧，其特征在于:入光曲面与第一作用面以及第二作用面三者所形成的光学焦距为5?20mm之间；
[0009]—透光膜，设于第一棱镜的第二作用面后方，具有穿透及反射的功能，可决定光线穿透及反射的比例；
[0010]第二棱镜，是光线的补偿片，具有两相对的第一作用面及第二作用面，其中第二棱镜的第一作用面与第一棱镜的第二作用面相对合，而第二棱镜的第二作用面则将补偿外界影像形成平行光以减小变形量；
[0011]—显像面板，设于第一棱镜的入光曲面处，能将影像射入第一棱镜内，经第一作用面全反射之后，再经第二作用面反射至第一作用面后，再穿透第一作用面射出，并且与第二棱镜所导正的外界光线重合。
[0012]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，入光曲面设在第一棱镜的上端。
[0013]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，入光曲面设在第一棱镜的下端。
[0014]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，第一棱镜的非该入光曲面、非该第一作用面以及非该第二作用面的位置均切设成平面。
[0015]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该透光膜的透光率在30%_70%之间。
[0016]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该透光膜镀设于第一棱镜的第二作用面上。
[0017]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该透光膜镀设于第二棱镜的第一作用面上。
[0018]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该第一棱镜及第二棱镜相互粘合，并在第一棱镜上端设有提供头架调整配挂的固定耳。
[0019]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该第一棱镜及第二棱镜在非光线经过的入光曲面、非光线经过的第一作用面及非光线经过的第二作用面上都予以磨成雾面。
[0020]所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其中，该第一棱镜、第二棱镜及显像面板全部或局部以框架予以固定组合。
[0021]本实用新型的优点在于:据此得到一视角大，而且可轻松设在与眼睛较长距离配置的入瞳显示影像的光学系统。
[0022]本实用新型的另一优点，在将上述第一棱镜后方透光膜的透光率设计在30%-70%之间，则可以依需要设成不同亮度的光学系统。
[0023]本实用新型的又一优点，在将上述第一棱镜的非入光曲面、第一作用面、第二作用面的其他位置，予以切设成平面或磨成雾面，以避免外界光线的干扰。
[0024]本实用新型的再一优点，在将第一棱镜及第二棱镜相互粘合，并在第一棱镜上端设有提供头架调整配挂的固定耳;或将第一棱镜、第二棱镜及显像面板全部或局部以框架予以固定组合，以便于提供头架的调整配挂角度更为方便。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的立体结构外观图。
[0026]图2是本实用新型的立体结构分解图。
[0027]图3是本实用新型的立体结构剖视图。
[0028]图4是本实用新型的剖视结构分解示意图。
[0029]图5是本实用新型的光线作用说明示意图1。
[0030]图6是本实用新型的光线作用说明示意图2。
[0031]图7是本实用新型的俯视实施例图。
[0032]附图标记说明:10第一棱镜；11入光曲面；12第一作用面；13第二作用面；14固定耳;20透光膜;30第二棱镜;31第一作用面;32第二作用面;40显像面板;50眼瞳;LI光线;L2光线;L3光线;L4光线;L5光线;L6光线。
【具体实施方式】
[0033]请参看图1、图2、图3、图4所示，本实用新型至少包含有:
[0034]第一棱镜10，至少具有入光曲面11、第一作用面12、第二作用面13的三个自由曲面;该入光曲面11向外凸出，并设在第一棱镜10的一端(上端或下端)；而第一作用面12在入光曲面11斜对面，也是在第一棱镜10的靠近眼睛侧;第二作用面13设于入光曲面11及第一作用面12的斜对面，为一向外凸出，且在第一棱镜10的靠近视野外侧;其特征在于:该入光曲面11、第一作用面12、第二作用面13三者所形成的光学焦距在5?20mm之间；而在第一棱镜10的非该入光曲面11、非该第一作用面12以及非该第二作用面13的位置，则依需要予以切设成平面或磨成雾面，以避免外界光线的干扰。
[0035]一透光膜20，设于第一棱镜10的第二作用面13后方，具有穿透/反射的功能，可决定光线穿透及反射的比例，较佳的实施例中，该穿透及反射的比例为50: 50或40:60或30:70，即反射率在30-70之间，可依第一棱镜10的材质或显像面板40的强度而设计调整；该透光膜20的较佳实施例镀设在第一棱镜10的第二作用面13上。
[0036]第二棱镜30，是光线的补偿片，具有两相对的第一作用面31及第二作用面32，其中第一作用面31与第一棱镜10的第二作用面13相对合，而第二作用面32则补偿外界影像(如第5、6图的右侧进入)导成较平行的平行光以减小变形量;上述的透光膜20的另一种实施位置即设在第二棱镜30的第一作用面31上。
[0037]一显像面板40，设于第一棱镜10的入光曲面11处；该显像面板40可为自发光面板或反射光源的面板，能将影像射入第一棱镜10内。请参看第3、4、5、7图所示，显像面板40若以自发光面板为实施例时，在该显像面板40上的影像光线LI穿过第一棱镜10的入光曲面11，将光线L2导向第一作用面12，此时由于是大角度射入，故光线L2是全反射，反射的光线L3射向第二作用面13;在第二作用面13处在透光膜20的作用，部份的光线L5穿透第二作用面，其他光线L4则被反射至第一棱镜10的第一作用面12，此时由于角度较小没有满足全反射角的条件，所以穿出了该第一作用面12，再射入眼瞳50在视网膜成像;请参看图6所示，人的眼瞳50通过本实用新型第一棱镜10及第二棱镜30看见外界影像时，光线L6被第二棱镜30导正或校正为平行光，这使得眼睛看外界影像就像通过一个玻璃窗片看外面，不会影响人眼看外部影像，可以得到更清晰的影像。
[0038]请参看图1、图2所示，本实用新型在实际上运用时，该第一棱镜10及第二棱镜30相互粘合，搭配显像面板40而形成一光学系统，为使本实用新型也于架设在头架(图中未示)，该第一棱镜10可在上端设有固定耳14，该固定耳14可以一体成型，提供头架的调整配挂的角度。同时，该第一棱镜10及第二棱镜30在非光线经过的入光曲面11、非光线经过的第一作用面12、31及非光线经过的第二作用面13、32等实际作用面上的外的面予以磨成雾面，以减少设计外的光线进入光学系统至眼睛影响对比度;然而该第一棱镜10、第二棱镜30及显像面板40也可以全部或局部以框架予以固定组合，则是现有的运用，不再赘述。
[0039]本实用新型除了具有新颖进步性及实用性，因设计优良，故在使用上特具有如下诸项优点:
[0040]由于本实用新型设计上，将第一棱镜分别设有:入光曲面、第一作用面、第二作用面等三个自由曲面;其特征将上述三个自由曲面予以特殊设计，具有特定的焦段，在实际测试时能得到34度的视角，较目前类似结构的主流产品的15-23度的视角更大幅提升，因此能使眼睛看出的投影数据画面较大并且更为清楚，为本实用新型的主要优点。
[0041]由于本实用新型的特殊设计，使得光学系统得以和使用者的眼睛保持25mm以上的距离仍十分清楚，不但没有压迫感，对于一般原本戴眼镜的使用者也能轻松使用本实用新型，更能符合使用的方便性，是本实用新型的另一优点。
[0042]以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种外挂式信息显示影像的光学系统，至少包含有: 一第一棱镜，至少具有一入光曲面、第一作用面、第二作用面的三个自由曲面;该入光曲面向外凸出，并设在第一棱镜的一端;而第一作用面位于入光曲面斜对面，也是在第一棱镜的靠近眼睛侧，为向内凹；第二作用面设于入光曲面及第一作用面的斜对面，为向外凸出，且位于第一棱镜的靠近视野外侧，其特征在于:入光曲面与第一作用面以及第二作用面三者所形成的光学焦距为5?20mm之间； 一透光膜，设于第一棱镜的第二作用面后方，具有穿透及反射的功能，可决定光线穿透及反射的比例； 第二棱镜，是光线的补偿片，具有两相对的第一作用面及第二作用面，其中第二棱镜的第一作用面与第一棱镜的第二作用面相对合，而第二棱镜的第二作用面则将补偿外界影像形成平行光以减小变形量； 一显像面板，设于第一棱镜的入光曲面处，能将影像射入第一棱镜内，经第一作用面全反射之后，再经第二作用面反射至第一作用面后，再穿透第一作用面射出，并且与第二棱镜所导正的外界光线重合。2.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，入光曲面设在第一棱镜的上端。3.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，入光曲面设在第一棱镜的下端。4.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，第一棱镜的非该入光曲面、非该第一作用面以及非该第二作用面的位置均切设成平面。5.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该透光膜的透光率在30%-70%之间。6.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该透光膜镀设于第一棱镜的第二作用面上。7.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该透光膜镀设于第二棱镜的第一作用面上。8.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该第一棱镜及第二棱镜相互粘合，并在第一棱镜上端设有提供头架调整配挂的固定耳。9.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该第一棱镜及第二棱镜在非光线经过的入光曲面、非光线经过的第一作用面及非光线经过的第二作用面上都予以磨成雾面。10.根据权利要求1所述的外挂式信息显示影像的光学系统，其特征在于，该第一棱镜、第二棱镜及显像面板全部或局部以框架予以固定组合。
【文档编号】G02B27/01GK205720897SQ201620634382
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】叶世博, 赖韦龙, 陈心怡
【申请人】铭异科技股份有限公司