[發明專利]一種基于曲面微透鏡陣列的近眼顯示光學系統

有效

• 申請號: 201410080797.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103823305A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 陳曉明;邱傳凱;黃健全;藍鵬
• 申請（專利權）人: 成都貝思達光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種光學系統，尤其是一種近眼顯示光學系統。

背景技術

穿戴式設備是數碼產品的一個新興發展方向，最初應用于軍事需求，其基本原理是通過光學系統放大微顯示屏上的圖像，使觀看者眼中呈現出大屏幕圖像。后來逐漸進入民用市場，在近幾年中得到了較快發展。其主要應用除了軍事上的訓練、信息化作戰和飛行頭盔等，在民用領域也有廣泛的應用，例如便攜式計算機、個人影院iMax的現實需求；將頭戴微顯示模塊開發成普遍適用的配件或接插件，應用于iPod、手機、計算機、游戲機、視頻播放器、電視、攝像機等現有電子產品；也可應用于個性化定制產品，其核心是用于個性化人眼視覺校正訓練系統的便攜式佩戴。其中，便攜式的近眼顯示系統是發展較早的一個分支。目前已有多款較成熟的商業化產品，代表性的有google?glass以及sony等廠商的產品。

在這些產品中，顯示單元一般使用有機發光二極管(OLED)顯示器件，其自發光的特性很適合用于近眼顯示系統中。但目前一般使用平面顯示器件，隨著技術的發展，OLED已經可以制作于柔性基底上，可以在柱面或球面上進行顯示?？紤]到通常的眼鏡鏡片均為弧形，可以在弧形表面顯示的柔性OLED可能更貼近人們的使用習慣，帶來更好的視覺體驗。同時弧形的顯示表面也可能使近眼顯示系統的光學部件設計更為簡單。目前近眼顯示中使用的光學成像系統有多種方案，但主要還是基于透鏡組的設計，需要多片透鏡以及反射鏡，加上鏡筒等輔助結構后，光學系統的長度和重量都不易控制。雖然也有基于自由曲面的設計，但其使用的自由曲面棱鏡體積和重量仍然較大。

微透鏡陣列目前在光通信、航空航天、生物醫學等領域已得到了廣泛的應用，重量輕、體積小是其主要優點之一。如果使用微透鏡陣列代替傳統的成像鏡頭，近眼顯示系統的重量和體積都可大大降低。但假如使用傳統的平面微透鏡，則不同位置微透鏡的面形需要不同的設計，增加了加工難度。而目前也已經出現了在曲面上加工微透鏡的技術，使微透鏡陣列用于近眼顯示系統成為可能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有近眼顯示系統中光學成像部件體積、重量方面的不足，提出一種輕量化、小型化的基于曲面微透鏡陣列的近眼顯示光學系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于曲面微透鏡陣列的近眼顯示光學系統，其特征在于：包括柔性OLED顯示元件、制作成彎曲表面的微透鏡陣列；所述柔性OLED顯示元件加工在柔性基底上再后粘接在一個球面殼體內表面上；柔性OLED顯示元件所在的曲面和微透鏡陣列所在的曲面為同心的球面，柔性OLED顯示元件所在的球面半徑比微透鏡陣列所在的球面半徑略大；柔性OLED顯示元件的像素單元在球面上的位置和微透鏡陣列單元在球面上的位置一一對應，裝配完成后兩者的中心在同一條半徑上。

所述球面殼體內表面球面半徑范圍為4cm到6cm。

所述柔性OLED顯示元件的像素單元中的像素排列為稀疏排列，考慮到人眼的叫分辨率為1’到2’，相鄰像素中心和到像素所在球面球心連線的夾角為2’到3’，使用者在觀看時畫面不易出現顆粒感。

所述的柔性OLED顯示元件的像素的排列陣列的外輪廓為長方形，其實際的行列數根據所采用的顯示比例和分辨率確定。

所述微透鏡陣列由微透鏡單元工于一個球面上構成，球面半徑范圍2cm到6cm，但略小于OLED所在的球面半徑，這種情況下微透鏡的大小可以滿足微加工工藝的要求，而整個光學系統的體積又不會太大；在球面球心重合的情況下，微透鏡陣列外表面的半徑比OLED內表面的半徑小100微米左右，既便于裝配，也可以使微透鏡的焦距較為合理，減小加工的難度。

所述微透鏡陣列中相鄰微鏡單元中心和像素所在球面球心連線的夾角與OLED相鄰像素中心和球面球心連線的夾角相同，以保證OLED的像素單元和微透鏡單元是一一對應的關系。

所述微透鏡陣列中的微透鏡單元形狀為方形、圓形、六邊形。

所述微透鏡陣列的填充因子為100%，或者接近100%。

所述微透鏡陣列中各微透鏡單元的焦距等于或略大于各微透鏡單元到OLED像素表面的距離，OLED像素發出的光經微透鏡匯聚后產生接近平行但略微發散的光束，使人眼在觀看時具有顯示屏在數米之外的主觀感覺。

所述微透鏡陣列中的微透鏡單元位于曲面基底材料的內側、外側或同時位于兩側。

所述微透鏡陣列的材料為PMMA熱熔性材料，采用模壓方式加工。