[發明專利]一種近眼可透視頭顯光學系統

在審

• 申請號: 201810050821.4
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN109782441A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 衛榮杰
• 申請（專利權）人: 塔普翊海（上海）智能科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 董科

本發明提供一種近眼可透視頭顯光學系統，包括第一透鏡、第二透鏡和一個微型圖像顯示器，第一透鏡與第二透鏡皆與微型圖像顯示器貼合，且第一透鏡與第二透鏡皆為均厚的自由曲面透鏡。藉由本發明所提供的近眼可透視頭顯光學系統架構，除了可以減少光在此光學系統架構中折射的次數外，還可以消除微型圖像顯示器所發出的光在各個方向的像差，使其在各個方向與角度看影像不會造成像差。

技術領域

本發明提供一種近眼可透視頭顯光學系統，特別是一種具有超大可視角的離軸雙反自由曲面的近眼可透視頭顯光學系統。

背景技術

現階段虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)和增強現實(Augmented Reality，簡稱AR)頭戴顯示器快速發展，為了沉浸感和大的視角，目前VR頭顯產品都體積大，重量重，所以頭戴VR時無法走動交互無法觀看外界。另外，AR頭顯產品視角較小，而且AR頭顯產品一樣體積較大且鏡片厚重，因為要光學系統的視角、出瞳孔徑以及焦距三者之間是相互制約的關系，所以要同時達到大的視角，大的出瞳孔徑和焦距短相當困難，現有技術有不足之處詳列如下：

現有虛擬現實和增強現實頭戴顯示器都采用多個折反射的稜鏡或透鏡的方法實現多信道顯示，此時所使用的稜鏡或透鏡會具有色散問題，且入瞳距離做不大，無法兼容眼鏡；若要設計成大入瞳距離時，會使頭戴顯示器的體積重量會成倍增加，且多次折射和反射降低了光能利用率。同時，楔形稜鏡對于外部實際光線的兩次折射，引起用戶觀察外部真實世界的失真，光源的產生使用的都是微型液晶顯示器，微型液晶顯示器的分辨率難以做到很高，面積有限亮度不能太高(因為考慮溫度)，成本也非常高。另外，還有兩個鏡片的不對稱問題、材料挑選問題、制造時的注塑縮水問題、熱膨脹問題，膠合問題，以及實心材料構成重量大體積大的問題等等。

在一個現有技術中，利用一塊具有三個自由曲面的稜鏡(Prism)配上一個微型圖像顯示器來達成虛擬現實裝置(Virtual Reality Device)和增強現實成像裝置(Augmented Reality Device)。但是，由于微型圖像顯示器發出的光線經過稜鏡成像時，至少需要經過兩次折射與兩次反射后，才會進到用戶的眼睛中。但是，每經過一次折射就會提高微型圖像顯示器發出的影像產生像變的風險，而且此具有三個自由曲面稜鏡的折射率并非等于1，所以除了前述的兩次折射與兩次反射，光在自由曲面稜鏡中會因為材料分配不均勻且折射率在每個點都不等于1的情況下，造成影像光線會有數以萬計的折射與反射，嚴重影響成像品質。另外，自由曲面稜鏡一般都是由玻璃所構成，此裝置又都是由多個自由曲面稜鏡組拼接而成，造成整個裝置體積過重。最后，因為其稜鏡自由曲面設計時，考慮成本因素及研磨鏡技術，無法將三個光學自由曲面設計成都能消除像變的自由曲面，使得光在折射時遇到某一個自由曲面就會光造成的場曲或球面像差等像變，所以使用此裝置成像品質較差，一般都需要通過非常多的修正技術，才能得到較佳的成像質量，例如:像差修正或是畸變修正等，增加了產品的制造成本。

發明內容

為了克服上述問題，本發明的主要目的在提供一種能夠解決稜鏡長久以來存在使用不方便的問題。而根據上述的目的，本發明提供一種近眼可透視頭顯光學系統，包括第一透鏡、第二透鏡和一個微型圖像顯示器，第一透鏡與第二透鏡皆與微型圖像顯示器貼合成一體，其特征在于，第一透鏡與第二透鏡皆為均厚的自由曲面透鏡，用以使微型圖像顯示器產生的影像在第一透鏡與第二透鏡中反射成像。同時半透特性可透過第一透鏡與第二透鏡可以看到真實外環境。

根據上述的目的，本發明接著再提供一種近眼可透視頭顯光學系統，包括第一透鏡、第二透鏡和一個微型圖像顯示器，第一透鏡具有第一表面與第二表面，第二透鏡具有第三表面與第四表面，第一透鏡與第二透鏡皆與微型圖像顯示器貼合，其特征在于，第一透鏡與第二透鏡皆為均厚的自由曲面透鏡，且第二表面與第三表面皆涂布一層半反半透膜，用以使微型圖像顯示器產生的影像在第一透鏡與第二透鏡中反射成像。