一种透视型近眼显示光学装置的制作方法

本实用新型涉及近眼显示装置，尤其涉及一种透视型近眼显示光学装置。

背景技术：

增强现实(augmentreality，简称ar)技术是通过计算机将真实环境与虚拟信息或图像融合在一起，利用ar头戴显示设备将虚实结合的内容呈现在用户眼前的技术。ar技术可以将虚拟世界与真实世界结合在一起。

在ar头戴显示设备中，近眼显示光学装置是核心组成部分，近眼显示光学装置可以分为透视型和非透视型，透视型近眼显示光学装置是ar头戴显示设备普遍采用的形式。

目前的透视型近眼显示光学装置有的采用棱镜形式，如谷歌眼镜、爱普生bt300等，有的采用波导形式，如以色列的lumus。棱镜形式的透视型近眼显示光学装置镜片较厚，透视效果较差，且视场角较小，影响用户体验。而波导形式则生产工艺复杂，成本很高，难以推广。

目前的透视型近眼显示光学装置普遍存在单眼焦距与双眼像距不一致问题，长时间佩戴容易使人眼产生视觉疲劳。如现有技术的透视型近眼显示光学装置，有的透视效果较差，有的视场角很小，有的生产组装工艺复杂，成本很高。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种透视型近眼显示光学装置，具有较佳的透视效果，较大的视场角，避免视觉疲劳，且生产和组装工艺简单，成本低廉。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施例提供一种透视型近眼显示光学装置，包括：

横梁支架和两个结构相同的光学成像组件；其中，

所述横梁支架设有横梁，所述横梁两端各设有一个镜筒，分别为右侧的镜筒与左侧的镜筒，每个镜筒上各安装一组光学成像组件，分别为右侧的光学成像组件和左侧的光学成像组件；

所述左侧的光学成像组件包括：分光镜片、成像光学镜片、隔圈、胶合透镜、屏固定件、微显示屏和压板；其中，所述分光镜片设在所述横梁的左侧的镜筒前端，所述分光镜片、成像光学镜片、隔圈、胶合透镜、屏固定件从前至后依次间隔设在所述横梁的左侧的镜筒内，所述成像光学镜片、隔圈和胶合透镜的对称轴处于同一个光学对称轴，所述屏固定件固定在所述左侧的镜筒的后端，所述微显示屏)经所述压板固定设置在所述屏固定件上。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置，其有益效果为：

由于光学成像组件中采用透镜组的形式实现虚像光线的调制,并设置分光镜片实现虚像光线与外界实景光线的混合，同时采用屏固定件安装微显示屏，方便调整微显示屏位置的方式，使虚像的单眼焦距与双眼像距一致，解决视觉疲劳问题。该透视型近眼显示光学装置，具有较佳的透视效果，较大的视场角，避免视觉疲劳，且生产和组装工艺简单，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的整体示意图；

图2为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的构成示意图；

图3为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的分光镜片示意图；

图4为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的俯视示意图；

图5为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的正视示意图；

图6为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的双目像距与光学焦距不一致的成像示意图；

图7为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的双目像距与单眼光学焦距一致的成像示意图；

图8为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的观察虚像的成像原理示意图；

图9为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的观察外界实景的成像原理示意图；

图10为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置的虚实混合成像原理示意图；

图中：1-右侧的光学成像组件；2-左侧的光学成像组件；21-分光镜片；22-成像光学镜片；23-隔圈；24-胶合透镜；25-屏固定件；26-微显示屏；3-横梁支架；30-横梁；31-右侧的镜筒；32-左侧的镜筒；a-左眼；b-右眼；c-虚像；d-双目虚像；a1-左眼虚像；b1-右眼虚像；e-双目像距；f-光学焦距；g-虚景光线；h-实景光线；15-右侧的屏固定件。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1、2所示，本实用新型实施例提供一种透视型近眼显示光学装置，包括：

横梁支架3和两个结构相同的光学成像组件1、2；其中，

所述横梁支架3设有横梁30，所述横梁30两端各设有一个镜筒(即右侧的镜筒31与左侧的镜筒32)、32，每个镜筒上各安装一组光学成像组件；

左侧的光学成像组件均包括：分光镜片21、成像光学镜片22、隔圈23、胶合透镜24、屏固定件25、微显示屏26和压板27；其中，所述分光镜片21设在所述横梁30的左侧的镜筒32前端，所述分光镜片21、成像光学镜片22、隔圈23、胶合透镜24、屏固定件25从前至后依次间隔设在所述横梁30的左侧的镜筒32内，所述成像光学镜片22、隔圈23和胶合透镜24的对称轴处于同一个光学对称轴20，所述屏固定件25固定在所述左侧的镜筒的后端，所述微显示屏26经所述压板27固定设置在所述屏固定件25上。

上述装置中，分光镜片21靠近使用者人眼的一侧的两个下端角为圆角；

所述分光镜片21的上端角均设有螺栓孔，所述分光镜片21经螺栓孔与螺栓配合安装在所述横梁30的左侧的镜筒的前端。

上述装置中，分光镜片21采用塑料镜片或玻璃镜片；分光镜片21设有上、下两个光学面，其中一个光学面镀有能透射和反射光线的半透半反分光膜，另一个面镀有光学增透膜。

上述装置中，横梁30的右侧的镜筒31与左侧的镜筒32内的成像光学镜片、隔圈和胶合透镜的光学对称轴之间的距离为60～70mm。

上述装置中，每个光学成像组件中，微显示屏26的中心与光学对称轴20不重合。

上述装置中，处于左眼的光学成像组件的微显示屏的中心线相对于左眼的光学成像组件的光学对称轴向右侧移动一定距离d；

处于右眼的光学成像组件的微显示屏的中心线相对于右眼的光学成像组件的光学对称轴20向左侧移动一定距离d。

本实用新型的透视型近眼显示光学装置，具有较佳的透视效果，较大的视场角，避免视觉疲劳，且生产和组装工艺简单，成本低廉。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学装置，其外观结构如图1所示，组成结构如图2所示，该光学装置具有由横梁支架连接的两个光学成像组件，两个光学成像组件分别作为左、右眼光学成像组件；其中，横梁支架3为主要的支撑结构部分，横梁支架由横梁两端连接的两个镜筒构成，两个镜筒分别用于安装两个光学成像组件；每个光学成像组件中(此处以对应右眼的左侧的光学成像组件)，分光镜片21倾斜固定设在横梁支架3的镜筒前端，成像光学镜片22、隔圈23和胶合透镜24安装在镜筒内，成像光学镜片22位于最下部，即靠近分光镜片21的位置，胶合透镜24位于成像光学镜片22的后方，隔圈23位于成像光学镜片22及胶合透镜24之间，通过隔圈23方便精确控制成像光学镜片22和胶合透镜24之间的距离，满足光学成像的要求；通过设置屏固定件25(该屏固定件25为左侧成像光学组件对应的屏固定件，右侧的成像光学组件的屏固定件15)位于胶合透镜24的上方，通过螺丝固定于横梁30的镜筒上，用于封住镜筒后端开口，压住胶合透镜24、隔圈23及成像光学镜片22；微显示屏26通过压板27及螺丝固定于屏固定件25上方的凹槽内。成像光学镜片22、隔圈23和胶合透镜24这三个零件的对称轴在同一个光学对称轴上，这个光学对称轴就是该光学成像组件的光学对称轴20。

上述成像光学组件中，分光镜片21的结构如图3所示，分光镜片21靠近人眼的一侧的两个角设计成大的圆角，以贴合人面部轮廓，避免刮伤人的面部；固定用的螺丝孔设计为台阶形式，使得固定用螺丝的螺帽可以沉入分光镜片21中，增强牢固性和美观性。分光镜片21可以采用塑料镜片或玻璃镜片。分光镜片21有上、下两个光学面，其中一个光学面镀有半透半反分光膜，分光膜可以透射光线，也可以反射光线，且反射光的能力(反射率)和透射光的能力(透射率)具有一定的比例(比如可以是5：5的比例，也可以是6：4的比例等)。另一个光学面镀有光学增透膜，以消除由于上下两个面反光产生的重影。

如图4所示，上述光学装置中，对应于左眼的光学成像组件的光学对称轴20与对应于右眼的光学成像组件的光学对称轴10之间的距离为60～70mm，这样的距离可以满足不同瞳距用户的使用需要。

上述光学装置的每个光学成像组件中，微显示屏26的中心与光学对称轴20不重合(如图4所示)。左侧的光学成像组件的微显示屏的中心线250相对于左侧的光学成像组件的光学对称轴20向右侧移动一定距离d，右侧的光学成像组件的微显示屏的中心线150相对于右侧的光学成像组件的光学对称轴10向左侧移动相同的距离d。这样可以使人眼观看到的虚像具有特定的双眼距离感。合理的设置偏移距离d的大小，可以使虚像的双眼像距与单眼的光学焦距一致，从而使用户使用起来更舒适，避免视觉疲劳。

本实用新型的光学装置的虚像成像原理如图6、7所示，其中，24a为具有负光焦度的光学透镜，24b为具有正光焦度的光学透镜，24a与24b组成胶合透镜24，微显示屏26发出的光受到胶合透镜24和成像光学镜片22的调制，光束由发散光转变为近似平行光，经过分光镜片21的反射后进入人眼。通过设计胶合透镜24和成像光学镜片22的光学材料、镜片厚度及光学面的曲率半径等合理参数(如将透镜24a的光学材料折射率设计为1.8～1.95，色散值设计为小于20，透镜24b的折射率设计为1.5～1.65，色散值设定为大于55等，成像光学镜片22的光学材料选择亚克力光学塑料(pmma)，胶合透镜24和成像光学镜片22的光学面的曲率半径设计为8～40mm)，可以使光学装置具有较大的视场角(fov，fieldofview)，如30～35°，具有较高的图像质量，同时可以使微显示屏26的虚像与人眼的距离大于25厘米(人眼的明视距离)，如3米远，使得人眼能舒适自然的观察虚像。

人眼通过本实用新型的光学装置观察外界实景的成像原理如图8所示，由于分光镜片21可以透射光线，因此，外界实景的光线可以透过分光镜片21进入人眼，使得人眼可以正常观察外界实景。

本实用新型的光学装置的虚实混合成像原理如图9、10所示。在使用光学装置时，人眼可以同时观察到分光镜片21反射的虚像和透射的外界实景光线，人眼的直观感觉是微显示屏26显示的虚像与外界实景叠加在一起，从而实现虚实混合的效果。

本实用新型的光学装置采用较传统的光学成像原理及机械装配形式，工艺简单，性能稳定。采用分光镜片实现虚拟图像光线与外界实景光线的混合，透视效果优异。这种结构的光线成像组件，方便通过机械结构上的调整，使得单眼焦距与双眼像距一致，解决普遍存在的视觉疲劳问题，结构相对简单，易于批量组装时的产线操作。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。