一种近眼显示光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及增强现实领域，尤其涉及一种近眼显示光学系统。
【背景技术】
[0002]增强现实(英文:Augmented Reality;简称:AR)，是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术。增强现实技术通常基于摄像头等图像采集设备获得的真实物理环境影像，通过计算机系统识别分析及查询检索，将与之存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的扩展信息或虚拟场景显示在真实物理环境影像中，从而使用户能够获得身处的现实物理环境中的真实物体的标注、说明等相关扩展信息，或者体验到现实物理环境中真实物体的立体的、突出强调的增强视觉效果。
[0003]现有的增强现实设备一般通过平板波导技术或衍射波导技术将光线引入人眼中，以平板波导技术为例，请参考图1，图1为现有技术中平板波导技术对应的光路图，如图1所示，每一光束被每一内嵌反射镜的多次反射和透射，在人眼100处观察到的虚拟图像的亮度不均，且由于不同波段的光谱在波导内的折射率不一样，反射和透射的角度不一样，光透射和反射系数不一样，从而导致在人眼100处观察到的虚拟图像的色彩不均，并且随着光线的透射次数和反射次数的增加，光线的损失率也逐渐增高，导致虚拟图像的亮度也逐渐降低，极大地影响了用户体验;而衍射波导技术中衍射元件本身就具有色散大的缺陷，并且衍射效率对入射光谱的波长和角度很敏感，从而导致在人眼处观察到的虚拟图像的色彩和亮度不均，也会极大地影响用户体验。
[0004]因此，现有技术中存在增强现实设备提供的虚拟图像的色彩和亮度不均的技术问题，极大地影响了增强现实设备的用户体验。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种近眼显示光学系统，解决了现有技术中存在的增强现实设备提供的虚拟图像的色彩和亮度不均的技术问题，能够为用户提供色彩和亮度均匀的虚拟图像。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明提供了一种近眼显示光学系统，包括图像源、中继成像镜组、可反可透平面镜和可反可透凹镜；
[0007]所述图像源输出的图像光线经所述中继成像镜组后，被可反可透平面镜反射至可反可透凹镜，经所述可反可透凹镜放大反射后，再经所述可反可透平面镜透射后被人眼接收；
[0008]外界环境光线依次经所述可反可透凹镜与所述可反可透平面镜透射后被人眼接收。
[0009]优选地，所述图像源设置于所述中继成像镜组上方，所述可反可透平面镜设置于所述中继成像镜组下方，且所述可反可透平面镜位于所述可反可透凹镜与人眼之间。
[0010]优选地，所述近眼显示系统还包括一个或多个平面全反射镜，所述图像光线由所述一个或多个平面全反射镜反射后，射入所述中继成像镜组。
[0011]优选地，所述图像源设置于所述中继成像镜组靠近人额头一侧，所述中继成像镜组上方设置一平面全反射镜，所述可反可透平面镜设置于所述中继成像镜组下方，且所述可反可透平面镜位于所述可反可透凹镜与人眼之间。
[0012]优选地，所述近眼显示系统还包括一个平面全反射镜，所述图像光线经所述中继成像镜组后，通过所述平面全反射镜反射向所述可反可透平面镜。
[0013]优选地，所述中继成像镜组至少包括正透镜和负透镜。
[0014]优选地，所述可反可透平面镜为平面可反可透平面镜，所述平面可反可透平面镜所在的平面与人眼水平视线呈30度?60度的夹角。
[0015]优选地，所述可反可透平面镜为具有折面的可反可透平面镜，其包括光学效率一致的第一平面和第二平面，所述第一平面与第二平面直接相连或通过一个弧面相连，且所述弧面与两平面均相切；
[0016]所述可反可透平面镜的第一平面与人眼水平视线呈30度?60度的夹角，第二平面与人眼水平视线垂直。
[0017]优选地，所述可反可透平面镜远离所述人眼的一侧镀有可透可反膜层，所述可反可透膜层对入射角大于第一值的光线具有第一反射率且对入射角小于第二值的光线具有第二透射率，其中第一值大于第二值，第一反射率大于第一阈值，第二透射率大于第二阈值;所述图像光线第一次射入所述可反可透平面镜时的第一入射角大于所述第一值，且所述图像光线第二次射入所述可反可透平面镜时的第二入射角大于所述第二值;所述外界环境。
[0018]优选地，所述中继成像镜组至所述可反可透平面镜的垂直距离可调。
[0019]优选地，所述中继成像镜组的出瞳与所述可反可透凹镜的入瞳重合。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0021]1、本发明实施例提供的近眼显示光学系统采用了传统光学器件来将图像源输出的图像光线传递至人眼，由于传统光学器件在传递图像光线时具有低色散的优点，所以也保证了本发明实施例提供的近眼显示光学系统提供的虚拟图像色彩的准确性，同时图像光线进入人眼的损失率相同，不存在因虚拟图像的一部分光线的损失率较低且另一部分光线的损失率较高而出现的亮度不均匀的现象，从而保证了虚拟图像的亮度的均匀性。
[0022]2、本发明实施例中继成像镜组至所述可反可透平面镜的垂直距离可调，所以能够增加用户在垂直方向的上视野界限，同时对用户在垂直方向的下视野界限不存在任何限制，并且在水平方向的视野界限也不存在任何限制，所以能够向用户提供满足甚至超过人眼在水平方向和垂直方向上最大的外界环境视野，极大地减少用户因外界环境被遮挡而产生的不适应感。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:
[0024]图1为现有技术中平板波导技术对应的光路图；
[0025]图2本发明实施例一提供的近眼显示光学系统的光路示意图；
[0026]图3本发明实施例二提供的近眼显示光学系统的光路示意图；
[0027]图4为本发明实施例二提供的可反可透平面镜31的结构示意图；
[0028]图5为为本发明实施例三提供的近眼显示光学系统的光路示意图；
[0029]图6为本发明实施例四提供的近眼显示光学系统的光路示意图；
[0030]图7为本发明实施例四提供的调整射入可反可透平面镜30的光线的入射角的光路示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]实施例一:
[0033]请参考图2，图2为本发明实施例一提供的近眼显示光学系统的光路示意图，如图2所示，该近眼显示光学系统包括图像源10、中继成像镜组20、可反可透平面镜30和可反可透凹镜40;
[0034]如图2所示，图像源10输出的图像光线经中继成像镜组20后，被可反可透平面镜30反射至可反可透凹镜40，经可反可透凹镜40放大反射后，再经可反可透平面镜30透射后被人眼接收，这里的图像光线对人眼来说就是虚拟图像;外界环境光线依次经可反可透凹镜40与可反可透平面镜30透射后被人眼接收。
[0035]在实际应用中，图像光线经过中继成像镜组20后，可以在中继成像镜组20和可反可透平面镜30之间的空间形成以中间实像，也可以在可反可透平面镜30与可反可透凹镜40之间的空间形成一中间实像，在此不做限制，当然，由于近眼显示光学系统要求尽可能小的体积，以便于用户使用，需要近眼显示光学系统中各个部件尽可能的紧凑，所以优选地，采用“在中继成像镜组20和可反可透平面镜30之间的空间形成以中间实像”这一方案，能够减小可反可透凹镜40与可反可透平面镜30之间的距离，从而提高近眼显示光学系统中各个部