[实用新型]一种近眼可透视头显光学系统

说明书

本实用新型提供一种近眼可透视头显光学系统，包括第一透镜、第二透镜和一个微型图像显示器，第一透镜与第二透镜皆与微型图像显示器贴合，且第一透镜与第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜。藉由本实用新型所提供的近眼可透视头显光学系统架构，除了可以减少光在此光学系统架构中折射的次数外，还可以消除微型图像显示器所发出的光在各个方向的像差，使其在各个方向与角度看影像不会造成像差。

技术领域

本实用新型提供一种近眼可透视头显光学系统，特别是一种具有超大可视角的离轴双反自由曲面的近眼可透视头显光学系统。

背景技术

现阶段虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)和增强现实(Augmented Reality，简称AR)头戴显示器快速发展，为了沉浸感和大的视角，目前VR 头显产品都体积大，重量重，所以头戴VR时无法走动交互无法观看外界。另外，AR头显产品视角较小，而且AR头显产品一样体积较大且镜片厚重，因为要光学系统的视角、出瞳孔径以及焦距三者之间是相互制约的关系，所以要同时达到大的视角，大的出瞳孔径和焦距短相当困难，现有技术有不足之处详列如下：

现有虚拟现实和增强现实头戴显示器都采用多个折反射的棱镜或透镜的方法实现多信道显示，此时所使用的棱镜或透镜会具有色散问题，且入瞳距离做不大，无法兼容眼镜；若要设计成大入瞳距离时，会使头戴显示器的体积重量会成倍增加，且多次折射和反射降低了光能利用率。同时，楔形棱镜对于外部实际光线的两次折射，引起用户观察外部真实世界的失真，光源的产生使用的都是微型液晶显示器，微型液晶显示器的分辨率难以做到很高，面积有限亮度不能太高(因为考虑温度)，成本也非常高。另外，还有两个镜片的不对称问题、材料挑选问题、制造时的注塑缩水问题、热膨胀问题，胶合问题，以及实心材料构成重量大体积大的问题等等。

在一个现有技术中，利用一块具有三个自由曲面的棱镜(Prism)配上一个微型图像显示器来达成虚拟现实装置(Virtual Reality Device)和增强现实成像装置(Augmented Reality Device)。但是，由于微型图像显示器发出的光线经过棱镜成像时，至少需要经过两次折射与两次反射后，才会进到用户的眼睛中。但是，每经过一次折射就会提高微型图像显示器发出的影像产生像变的风险，而且此具有三个自由曲面棱镜的折射率并非等于1，所以除了前述的两次折射与两次反射，光在自由曲面棱镜中会因为材料分配不均匀且折射率在每个点都不等于1的情况下，造成影像光线会有数以万计的折射与反射，严重影响成像品质。另外，自由曲面棱镜一般都是由玻璃所构成，此装置又都是由多个自由曲面棱镜组拼接而成，造成整个装置体积过重。最后，因为其棱镜自由曲面设计时，考虑成本因素及研磨镜技术，无法将三个光学自由曲面设计成都能消除像变的自由曲面，使得光在折射时遇到某一个自由曲面就会光造成的场曲或球面像差等像变，所以使用此装置成像品质较差，一般都需要通过非常多的修正技术，才能得到较佳的成像质量，例如:像差修正或是畸变修正等，增加了产品的制造成本。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型的主要目的在提供一种能够解决稜镜长久以来存在使用不方便的问题。而根据上述的目的，本实用新型提供一种近眼可透视头显光学系统，包括第一透镜、第二透镜和一个微型图像显示器，第一透镜与第二透镜皆与微型图像显示器贴合成一体，其特征在于，第一透镜与第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜，用以使微型图像显示器产生的影像在第一透镜与第二透镜中反射成像。同时半透特性可透过第一透镜与第二透镜可以看到真实外环境。

根据上述的目的，本实用新型接着再提供一种近眼可透视头显光学系统，包括第一透镜、第二透镜和一个微型图像显示器，第一透镜具有第一表面与第二表面，第二透镜具有第三表面与第四表面，第一透镜与第二透镜皆与微型图像显示器贴合，其特征在于，第一透镜与第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜，且第二表面与第三表面皆涂布一层半反半透膜，用以使微型图像显示器产生的影像在第一透镜与第二透镜中反射成像。