[發明專利]非對稱曲面棱鏡影像顯示光學系統

有效

• 申請號: 201510898680.8
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN106855655B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 葉世博;賴韋龍;陳紀暐;陳心怡
• 申請（專利權）人: 銘異科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 11139 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 孫皓晨

本發明公開了一種非對稱曲面棱鏡影像顯示光學系統，主要在一第一棱鏡的前方和后方分別設有第二棱鏡及第三棱鏡，該第一棱鏡在靠近眼睛的一側設有一出光平面，恰與第二棱鏡的入光平面以一空氣間隙相對，這個平面可作為檢測自由曲面的基準；第二棱鏡靠近眼睛的出光平面與第三棱鏡靠近視野外側的側平面相互平行，使得外界影像更為清晰；當顯像面板將光線射入第一棱鏡，經出光平面全反射至反射弧面再穿過出光平面，經過空氣間隙，并且進入第二棱鏡的入光平面和出光平面，再經眼瞳在視網膜成像。

技術領域

本發明涉及一種非對稱曲面棱鏡影像顯示光學系統；特別涉及一種頭戴式的非對稱曲面棱鏡影像顯示光學系統，該裝置利用光學系統將圖像投射入眼瞳，從而使眼睛能讀取該影像信息并同時看清外界景物。

背景技術

目前較為先進的非對稱曲面棱鏡影像顯示光學系統已發展至配合光學裝置將影像投射入眼瞳，以利眼睛自然前視能看到投射的影像信息，此裝置大多設計為掛在眼前或戴在頭上，以利于觀看，現有此類裝置主要分為浸入式和非浸入式兩種，非浸入式頭戴顯示器為目前的主流，除了可以用于顯示畫面，還可以讓用戶看到顯示屏之后的外界影像；這種特性往往被用于擴增實境，目前市面上的擴增實境的設計主要是在光學系統中應用了較多的自由曲面的設計，這種多個自由曲面的技術就成為此項產品的主要技術手段之一，較先進的實例為：美國專利第5,701,202號、第6,384,983號及公開第2001/0009478A1號專利案，雖然此種設計在技術上已獲得許多的改善，但是在使用及制造上仍有下列主要缺點：

首先，由于目前在主要的光學鏡片上設有多個自由曲面，若想要看清楚顯示屏后的外界影像，則在該光學鏡片的自由曲面后方都要加上補償鏡片，但是由于光學鏡片的第一面采用曲面或自由曲面的設計，會使得后面的補償鏡片設計無法完全補償前方的所有視場，造成透過顯示屏后方的外界影像清晰度不佳，致使無法達到更完美的影像。

另外，自由曲面的制造，雖然目前有超精密加工技術可以實現，但是針對射出品的測量驗證及補正仍有極大的困難，這些困難主要來自于無法有良好的定位方式來進行測量，由于無法有一個基準面作為測量產品零件公差的基準，也就很難對射出品進行補正，因此在這一制作過程就需要花費較多的檢驗時間及人力成本，需要慢慢的實驗以做出較佳的補正鏡片。

因此，如何發展一成本低，能對主要光學鏡片作一定位檢驗及補正的結構，除了可以提高影像的清晰度，而且可以使補正工作更為精準，節省制造時間及人力、物力的成本，是業界仍需努力的方向。

發明內容

本發明的主要目的為針對上述現有技術中的不足，考慮此光學裝置中，將靠近眼睛的光學元件的那一表面設計為平面，再將靠近外界影像的那一面也設計為平面，這兩個平面平行，則眼睛看外界影像就像透過一個玻璃窗片看外面，不會影響人眼看外部影像，可以得到清晰的影像，解決了現有技術中的第一個缺點。

本發明的另一目的為解決測量補正的問題，故將光學系統中間元件的反射面也設計為平面，所以自由曲面的元件制作時，就可以用該平面做基準面來進行測量及補正，如此便解決了現有技術中的第二個缺點。

為了達到上述的目的，本發明可以用下列的方式來達成：

設一第一棱鏡，在一端設有入光凹弧，在靠近眼睛的一側設有一出光平面，在第一棱鏡的靠近視野外側設有一呈自由曲面的反射弧面；再設一第二棱鏡，具有一入光平面及出光平面，其中該入光平面與第一棱鏡的出光平面相對，并留有一空氣間隙，且該出光平面與眼睛相對；另設一第三棱鏡，其為光線的補償片，具有一承載凹弧，此凹弧與第一棱鏡靠近視野外側的自由曲面的反射弧面能相對靠抵(或黏合)在第一棱鏡的反射弧面，并在靠近視野外側設有一側平面，該側平面與第二棱鏡的出光平面平行；更設一顯像面板，設于第一棱鏡的入光凹弧處；該顯像面板上的影像光線穿過第一棱鏡的入光凹弧射向出光平面，經出光平面全反射至反射弧面，再被反射并穿過出光平面，經過空氣間隙，并且進入第二棱鏡的入光平面、出光平面，再經眼瞳在視網膜成像。

附圖說明