[發明專利]一種目鏡結構及增強現實系統

有效

• 申請號: 201710623836.0
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107367833B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 王集森
• 申請（專利權）人: 北京海鯨科技有限公司
• 主分類號: G02B25/00
• 分類號: G02B25/00;G02B27/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

本發明公開了一種目鏡結構，包括折射元件、第一透射元件、第二透射元件和反射元件，所述第一透射元件和第二透射元件膠合，所述第一透射元件和第二透射元件的膠合面設有半反半透膜，所述目鏡結構的光路從觀察側出發依次為第一透射元件—反射元件—第一透射元件—半反半透膜—第二透射元件—折射元件。該目鏡結構具有結構緊湊、低成本、易復制、大視場角的特點。

技術領域

本發明涉及一種目鏡結構及增強現實系統，屬于光學技術領域。

背景技術

近年來增強現實技術因其廣泛的應用潛力受到越來越多人們的青睞，而光學顯示作為增強現實技術的核心，直接決定了用戶的體驗舒適度。目前，對增強現實顯示方案的研究和開發主要集中在自由曲面棱鏡反射和平面光波導兩個方向。這兩種顯示方案的加工工藝非常復雜，導致其量產性差，成本很高。目鏡結構的參數包括出瞳直徑(目鏡在人眼瞳孔位置的光束直徑)、出瞳距離(目鏡靠近人眼一側的法蘭位置到人眼瞳孔的距離)、視場角、畸變等，出瞳直徑、出瞳距離與視場角和畸變是相互制約的，出瞳直徑和出瞳距離越大則視場角越不容易做大，畸變也會越嚴重。因此設計低成本的目鏡結構，在保證較大的出瞳直徑和出瞳距離同時增大視場角，減少畸變是需要解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術缺陷，本發明的任務在于提供一種目鏡結構，解決大出瞳直徑和出瞳距離下視場角小，畸變嚴重的問題，簡化結構，降低成本。

本發明的技術方案如下：一種目鏡結構，包括折射元件、第一透射元件、第二透射元件和反射元件，所述第一透射元件和第二透射元件膠合，所述第一透射元件和第二透射元件的膠合面設有半反半透膜，所述目鏡結構的光路從觀察側出發依次為第一透射元件—反射元件—第一透射元件—半反半透膜—第二透射元件—折射元件。

進一步的，所述折射元件的焦距f1與目鏡總焦距ft的關系為：

進一步的，所述反射元件的焦距f2與目鏡總焦距ft的關系為：

進一步的，所述反射元件的反射面的中心與折射元件靠近第二透射元件的面的中心間距d滿足：20mm<d<28mm。

進一步的，所述折射元件為平凸透鏡或彎月透鏡，折射元件的材料為光學玻璃或者光學樹脂。

進一步的，所述折射元件的凸面面型為非球面，所述非球面面型公式為：

其中z為非球面在坐標(x，y)處的矢高；c_x為非球面頂點沿弧矢方向的曲率，c_y為非球面頂點沿子午方向的曲率；k_x為非球面頂點沿弧矢方向的圓錐系數；k_y為非球面頂點沿子午方向的圓錐系數。

進一步的，所述第一透射元件和第二透射元件為直角透鏡，所述直角透鏡的材料為光學玻璃或者光學樹脂，所述膠合面為直角透鏡的傾斜面。

進一步的，所述反射元件為凹面反射鏡，所述反射元件的材料為光學玻璃或者光學樹脂或者金屬。

進一步的，所述反射元件的反射面為自由曲面，所述自由曲面面型公式為：

其中z為自由曲面在坐標(x，y)處的矢高；c為自由曲面頂點處的曲率，r為坐標(x，y)的垂軸徑向半徑，k為自由曲面的圓錐系數，A_i為自由曲面第i階的系數，E_i(x，y)為自由曲面的第i項；N為自由曲面的總項數，最大值為230。

本發明的另一技術方案：一種增強現實系統，包括上述目鏡結構。