一种可调整光学成像距离的光学显示系统的制作方法

1.本实用新型属于光学成像技术领域，具体涉及一种可调整光学成像距离的光学显示系统。


背景技术：

2.增强显示是目前正在快速兴起的一种可穿戴设备，他不仅能够作为一种虚拟屏幕实时展示日常需要的信息或者作为一个观影载体，还能够将虚拟世界和现实场景生动的结合，给人们带来全新的体验。
3.目前该行业的快速发展已经衍生出了各式各样的产品，给人们带来了许多耳目一新的体验，但是市场上现存的大多数产品都是针对非近视人群进行设计的，而没有考虑到一些近视人群的特殊需求，造成近视用户的体验较差。


技术实现要素：

4.本实用新型实施方式的目的在于提供一种可调整光学成像距离的光学显示系统，其体积小，成像质量好，视场角范围大，能够适配近视用户，大大提升了用户体验感。
5.本实用新型的实施方式是这样实现的：
6.本实用新型的实施方式提供了一种可调整光学成像距离的光学显示系统，包括显示器、第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片，所述第一光学镜片设置于所述显示器的出光光路上，所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上，所述第三光学镜片设置于所述第二光学镜片的反射光光路上，所述第一光学镜片与所述第二光学镜片之间的间距为l2,5mm≤l2≤20mm。
7.可选的，所述显示器与所述第一光学镜片之间的间距为l1,0＜l1≤3mm。
8.可选的，所述显示器与所述第一光学镜片之间的间距l1＝0.7mm。
9.可选的，所述第二光学镜片与所述第三光学镜片之间的间距为l3，4mm≤l3≤15mm。
10.可选的，所述第二光学镜片与所述第三光学镜片之间的间距l3＝6mm。
11.可选的，所述第二光学镜片所在的平面与所述显示器所在的平面形成的锐角为α，25
°
≤α≤65
°
。
12.可选的，所述第二光学镜片所在的平面与所述显示器所在的平面形成的锐角α＝45
°
。
13.可选的，所述光学显示系统的视场角为fov，30
°
≤fov≤60
°
；所述光学显示系统的焦距为f，10mm≤f≤30mm。
14.可选的，所述第一光学镜片为透射镜，所述第三光学镜片为部分透射部分反射镜。
15.可选的，所述第二光学镜片包括第二光学基片、吸收型线偏振膜、偏振反射膜、相位延迟膜和增透光学膜；
16.所述吸收型线偏振膜设置于所述第二光学基片的靠近所述第一光学镜片的一侧，
所述偏振反射膜设置于所述吸收型线偏振膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述相位延迟膜的远离所述第二光学基片的一侧和所述第二光学基片的远离所述吸收型线偏振膜的一侧均设有所述增透光学膜；
17.或，所述吸收型线偏振膜设置于所述第二光学基片的远离所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述第二光学基片的远离所述吸收型线偏振膜的一侧，所述相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述相位延迟膜的远离所述第二光学基片的一侧和所述吸收型线偏振膜的远离所述第二光学基片的一侧均设有所述增透光学膜；
18.或，所述偏振反射膜设置于所述第二光学基片的远离所述第一光学镜片的一侧，所述吸收型线偏振膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述相位延迟膜设置于所述第二光学基片的远离所述偏振反射膜的一侧，所述相位延迟膜的远离所述第二光学基片的一侧和所述吸收型线偏振膜的远离所述第二光学基片的一侧均设有所述增透光学膜；
19.或，所述相位延迟膜设置于所述第二光学基片的远离所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述相位延迟膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述吸收型线偏振膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二光学基片的一侧，所述吸收型线偏振膜的远离所述第二光学基片的一侧和所述第二光学基片的远离所述相位延迟膜的一侧均设有所述增透光学膜。
20.上述各光学镜片中，增透光学膜的作用是为了提高光学镜片的透过率，降低杂散光带来的影响；吸收型线偏振膜的作用是吸收某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光；偏振反射膜的作用是反射某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光；相位延迟膜的作用是对光线的偏振态进行调制，即将一种偏振形态的光线转变为另一种偏振形态的光线，例如，将线偏振光转为圆偏振光。
21.本实用新型揭露的各光学镜片中，所有的偏振膜、偏振反射膜和相位延迟膜的厚度均小于0.2mm。
22.本实用新型中，制成上述各光学镜片的材料可以为塑料或玻璃，所选材料的折射率为n，色散系数为v，其应满足1.3＜n＜2.0，20＜v＜70。
23.本实用新型的有益效果为：
24.本实用新型实施方式提供的可调整光学成像距离的光学显示系统，其结构紧凑，体积小，重量轻，成像质量好，视场角范围大，能够满足双目同时进行观看，人眼可移动范围大，通过调节第一光学镜片与第二光学镜片之间的距离就能够适配不同近视程度的用户，可以对眼睛进行锻炼，起到保护眼睛，矫正视力的作用，大大提升了用户体验感。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例的可调整光学成像距离的光学显示系统的光学架构示意图；
26.图2为第二光学镜片的一种结构示意图；
27.图3为第二光学镜片的另一种结构示意图；
28.图4为第二光学镜片的又一种结构示意图；
29.图5为第二光学镜片的再一种结构示意图；
30.图中：10-显示器；20-第一光学镜片；30-第二光学镜片30；301-第二光学基片；302-吸收型线偏振膜；303-偏振反射膜；304-相位延迟膜；305-增透光学膜；40-第三光学镜片。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.参考图1所示，本实用新型实施例提供了一种可调整光学成像距离的光学显示系统，包括显示器10、第一光学镜片20、第二光学镜片30和第三光学镜片40。
35.显示器10主要起到发出光线的作用，显示器10可显示2d或3d的图像或视频，显示器10可以采用oled显示器、lcd显示器、lcos显示器、micro-led显示器或mini-led显示器等。
36.第一光学镜片20设置于显示器10的出光光路上，显示器10发出的光线直接进入第一光学镜片20，并经第一光学镜片20处理后透射出去。
37.第一光学镜片20为透射镜。第一光学镜片20的作用为矫正像差、改变系统光焦度和改变系统的虚像平面位置等，第一光学镜片20的两侧表面可以为球面、非球面或自由曲面等面型。
38.显示器10的出光表面与第一光学镜片20的中心之间的间距为l1,0＜l1≤3mm。本实施例中，l1＝0.7mm，当然，l1也可以设定为0.5mm、1mm、2mm或3mm等。
39.第二光学镜片30设置于第一光学镜片20的透射光光路上，从第一光学镜片20透射出去的透射光进入第二光学镜片30被反射形成反射光。
40.第二光学镜片30所在的平面与显示器10所在的平面形成的锐角为α，其满足25
°
≤α≤65
°
。本实施例中，α＝45
°
，当然，α也可以设定为30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、65
°
等。
41.第一光学镜片20的中心与第二光学镜片30的中心之间的间距为l2,5mm≤l2≤20mm，本实施例中，l2＝12.33mm，当然，l2也可以设定为11.53mm、10.31mm、9.06mm、7.96mm或20mm等。
42.第二光学镜片30包括第二光学基片301、吸收型线偏振膜302、偏振反射膜303、相位延迟膜304和增透光学膜305。
43.第二光学基片301的两侧表面可以加工为平面、球面、非球面或自由曲面等面型。
44.本实施例中，参考图2所示，吸收型线偏振膜302设置于第二光学基片301的靠近第一光学镜片20的一侧，偏振反射膜303设置于吸收型线偏振膜302的远离第二光学基片301
的一侧，相位延迟膜304设置于偏振反射膜303的远离第二光学基片301的一侧，相位延迟膜304的远离第二光学基片301的一侧和第二光学基片301的远离吸收型线偏振膜302的一侧均设有增透光学膜305。
45.当然，在另一种实施例中，参考图3所示，吸收型线偏振膜302设置于第二光学基片301的远离第一光学镜片20的一侧，偏振反射膜303设置于第二光学基片301的远离吸收型线偏振膜302的一侧，相位延迟膜304设置于偏振反射膜303的远离第二光学基片301的一侧，相位延迟膜304的远离第二光学基片301的一侧和吸收型线偏振膜302的远离第二光学基片301的一侧均设有增透光学膜305。
46.在又一种实施例中，参考图4所示，偏振反射膜303设置于第二光学基片301的远离第一光学镜片20的一侧，吸收型线偏振膜302设置于偏振反射膜303的远离第二光学基片301的一侧，相位延迟膜304设置于第二光学基片301的远离偏振反射膜303的一侧，相位延迟膜304的远离第二光学基片301的一侧和吸收型线偏振膜302的远离第二光学基片301的一侧均设有增透光学膜305。
47.在又一种实施例中，参考图5所示，相位延迟膜304设置于第二光学基片301的远离第一光学镜片20的一侧，偏振反射膜303设置于相位延迟膜304的远离第二光学基片301的一侧，吸收型线偏振膜302设置于偏振反射膜303的远离第二光学基片301的一侧，吸收型线偏振膜302的远离第二光学基片301的一侧和第二光学基片301的远离相位延迟膜304的一侧均设有增透光学膜305。
48.第三光学镜片40设置于第二光学镜片30的反射光光路上。第三光学镜片40为部分透射部分反射镜，从第二光学镜片30处被反射的光线进入第三光学镜片40，部分光线被反射后又进入第二光学镜片30，部分光线从第三光学镜片40透射出去。
49.第二光学镜片30的中心与第三光学镜片40的中心之间的间距为l3，4mm≤l3≤15mm。本实施例中，l3＝6mm，当然，l1也可以设定为4mm、5mm、10mm或15mm等。
50.第三光学镜片40的两侧表面可以加工为平面、球面、非球面或自由曲面等面型。
51.该光学显示系统的视场角为fov，30
°
≤fov≤60
°
，本实施例中，fov＝48
°
。
52.该光学显示系统的焦距为f，10mm≤f≤30mm，本实施例中，f＝20.01mm。
53.本光学显示系统，假设人眼所在的平面为xy平面，则xy平面与第二光学镜片30的中心之间的距离位l4，8m≤l4≤25m，人眼在xy平面内可移动的范围为eb(eye box)，|ebx|≤25mm，|eby|≤5mm。
54.本光学显示系统形成的虚像到人眼的距离为ob，0.1m≤ob≤10m。
55.本光学显示系统，使用时能够保证人眼在大范围内移动时都可以看到完整且清晰的画面，能够适配不同瞳距的人群使用，通过同时移动显示器10和第一光学镜片20，以改变第一光学镜片20与第二光学镜片30之间的距离就能够适配不同近视程度的用户使用。
56.具体的，非近视人群和部分近视人群使用时，为了达到能看到较清晰的画面，所设定的l1、l2、l3、l4和f的较佳尺寸如下表所示：
57.近视度数l1(mm)l2(mm)l3(mm)l4(mm)f(mm)0
°
0.712.3361320.01200
°
0.711.5361319.33400
°
0.710.3161318.37
600
°
0.79.0661317.49800
°
0.77.9661316.77
58.本实施例的可调整光学成像距离的光学显示系统的成像原理如下：
59.显示器10发出的光线首先进入第一光学镜片20，第一光线经过第一光学镜片20处理后变为第一圆偏振光透射出去,从第一光学镜片20透射出的第一圆偏振光进入第二光学镜片30，第一圆偏振光在第二光学镜片30上被反射，然后进入第三光学镜片40后部分光线被反射，部分光线从第三光学镜片40透射出去，被第三光学镜片40反射的光线相位发生改变，从第三光学镜片40反射的光线又进入第二光学镜片30，然后经过第二光学镜片30处理后变为线偏振光透射出去到达人眼形成特定成像位置和特定放大倍数的虚像。
60.本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。