一种AR眼镜显示光路

技术领域

本发明属于显示光路技术领域，具体涉及一种AR眼镜显示光路。

背景技术

AR是将计算机生成的虚拟世界叠加在现实世界上，医药、教育、工业上的各种实际应用，已经佐证了AR作为工具，同时，移动AR的普及和低成本也有助于企业从采用AR技术，企业AR可以稳定增长，到2021年左右增强现实技术将在制造/资源、TMT、政府(包括军事)、零售、建筑/房地产、医疗保健、教育、交通运输、金融服务、公用事业方面都得到应用。

下一代计算平台AR得到了社会各界的极大关注，在自由曲面、Birdbath、光波导等光学方案的推动下，AR眼镜新品接连上市发售；

但现有的AR眼镜对高光能的利用率以及整体的分辨率较低，同时光机的空间尺寸较大，结构复杂，无法实现轻便式的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AR眼镜显示光路，特别适合大视角AR光机模组，麦云第二代光机光路将搭载0.26英寸，0.32英寸，0.49英寸图像微显示器，在保证入眼亮度600nits的高入眼亮度下，达到26％以上的高光能利用率。在保证分辨率2560*1920情况下，通过增加反射镜，减小了光机的空间尺寸，使得在光轴方向仅有11毫米的尺寸，垂直高度上也仅24毫米，整机尺寸仅为目前BB方案的50％尺寸，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种AR眼镜显示光路，包括第一成像系统，第二成像系统：

所述第一成像系统包括透镜阵列、曲面全反射镜、平面全反射镜以及微显示屏组成；

所述第二成像系统包括自由曲面半透过半反射镜，斜30°半透过半反射平面镜，该第二成像系统设置在第一成像系统的底部。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述透镜阵列由玻璃透镜一、塑料非球面一、玻璃透镜二、塑料非球面二构成。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述微显示屏尺寸接0.18寸，0.26寸，0.37寸，0.49寸。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述曲面全反射镜以及平面全反射镜的种类包括二次曲面反射镜、自由曲面反射镜、球面反射镜、平面反射镜。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述自由曲面半透过半反射镜的种类包括二次曲面半透过半反射镜、球面曲面半透过半反射镜。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述玻璃透镜一具有正光焦度，形状包括凸凹面，双凹面，其光焦度范围为15≤F5≤0；所述塑料非球面一有负光焦度，形状包括为双凹面型，光焦度范围为-10≤F6≤0；所述玻璃透镜二为胶合镜组，其光焦度范围为70≤F7≤80；所述塑料非球面二具有正光焦度，形状包括凸凹面，双凹面，其中光焦度范围为0≤F8≤10。

作为本发明中一种优选的技术方案，所述塑料非球面一、玻璃透镜二、塑料非球面二的表面形状均满足下列方程：

其中Z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别为四阶，六阶，十阶，十二阶，十四阶，十六阶曲面系数。

作为本发明中一种优选的技术方案，还包括图像感应芯片，该图像感应芯片位于第一成像系统的像面位置，第二成像系统的像面位置与第一成像系统的物面位置重合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过本发明的设计，可以实现边缘清晰，高照度，均匀性的投影成像效果，同时该光机通过简化结构，轻量化设计，降低成本和使用门槛，满足了C端用户得巨幕观影要求，迅速打开市场。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明第一成像系统布局示意图；

图3为本发明第二成像系统布局示意图；

图4为本发明中光学结构色散图；

图5为本发明中光线追迹畸变变形图；

图6为本发明中分辨率MTF图。

图中：1、斜30°半透过半反射平面镜；2、自由曲面半透过半反射镜；3、曲面全反射镜；4、平面全反射镜；5、玻璃透镜一；6、塑料非球面一；7、玻璃透镜二；8、塑料非球面二；9、微显示屏。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种AR眼镜显示光路，包括第一成像系统，第二成像系统，通过采用二次或者多次成像放大的光路组合实现较大光学放大倍率，优先选择2次成像光路实现此专利内容：

第一成像系统包括透镜阵列、曲面全反射镜3、平面全反射镜4以及微显示屏9组成；

第二成像系统包括自由曲面半透过半反射镜2，斜30°半透过半反射平面镜1，该第二成像系统设置在第一成像系统的底部。

本实施例中，透镜阵列由玻璃透镜一5、塑料非球面一6、玻璃透镜二7、塑料非球面二8构成。

本实施例中，微显示屏尺寸9接0.18寸，0.26寸，0.37寸，0.49寸。

本实施例中，曲面全反射镜3以及平面全反射镜4的种类包括二次曲面反射镜、自由曲面反射镜、球面反射镜、平面反射镜；其中平面全反射镜4优选为平面反射镜，曲面全反射镜3可以具有正光焦度，无光焦度，负光焦度：

微显示屏9位置置于第一成像系统物面焦平面处，玻璃透镜一5、塑料非球面一6、玻璃透镜二7、塑料非球面二8组成的光学放大系统对微显示屏9尺寸放大倍率2-5倍，经由曲面全反射镜3，平面反射镜4前方13毫米处形成第一次光学放大的像平面；

参照图2，第一光学成像系统需要达到以下指标：

(1)光学放大倍率1＜θ＜5倍，其中θ为所述光学成像镜头的光学放大倍率；

(2)共轭距离：TTL＜30mm；

(3)适用谱线范围:435nm～650nm。

光学成像镜头的设计参数如下表所示：

第一成像系统中的各透镜的非球面系数如下表所示：

本实施例中，自由曲面半透过半反射镜2的种类包括二次曲面半透过半反射镜、球面曲面半透过半反射镜；其中自由曲面半透过半反射镜2优选为球面曲面半透过半反射镜。

本实施例中，玻璃透镜一5具有正光焦度，形状包括凸凹面，其中面焦点在右，双凹面，其光焦度范围为15≤F5≤0；塑料非球面一6有负光焦度，形状包括为双凹面型，光焦度范围为-10≤F6≤0；玻璃透镜二7为胶合镜组，其光焦度范围为70≤F7≤80；塑料非球面二8具有正光焦度，形状包括凸凹面，其中面焦点在右，双凹面，其中光焦度范围为0≤F8≤10。

本实施例中，塑料非球面一6、玻璃透镜二7、塑料非球面二8的表面形状均满足下列方程：

其中Z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，B、C、D、E、F、G、H分别为四阶，六阶，十阶，十二阶，十四阶，十六阶曲面系数。

本实施例中，还包括图像感应芯片，该图像感应芯片位于第一成像系统的像面位置，第二成像系统的像面位置与第一成像系统的物面位置重合。

参照图2，第一成像系统放大所形成的物面焦平面，置于斜30°半透过半反射平面镜1上方14毫米处，光线在物面焦平面发散之后，经过斜30度半透过半反射平面镜1反射，到达并透过自由曲面半透过半反射镜2，在空间三米处形成放大60倍的实像；

第二光学成像系统需要达到以下指标：

(1)光学放大倍率50《θ《120倍，其中θ为所述光学成像镜头的光学放大倍率；

(2)光程距离：TTL＜32mm；

(3)适用谱线范围:435nm～650nm。

(4)系统焦距：8＜f＜16，其中f为系统焦距。

(5)光线入瞳直径：不大于8毫米，

(6)眼瞳距离：大于18毫米；

图4至图6为相应于实施案例的光学性能曲线图，由常用的F、d、C(F＝0.486um，d＝0.588um，C＝0.656um)三色光的波长来表示，单位为毫米mm；图4为光学光谱色散图，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为微米um；图5为畸变，像散曲线图，表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％；图6为MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像水平，由图可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例(详见上述详尽的描述)，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。