CN103345065B - 可佩带的平视光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可佩带的平视光学***，包括：成像***，输出成像光线；导光***，将所述成像光线引导至人眼；其中，所述成像***具有光源接口，所述成像***经由该光源接口和光线传输介质接收外部光源发出的光源光线，并使用该光源光线生成所述成像光线。本发明有利于减小***体积和重量，能够改善佩带时的舒适性。

Description

可佩带的平视光学***
技术领域
本发明涉及一种可佩带的平视光学***。
背景技术
目前，可佩带式电子产品正在快速发展，并且有部分产品已经开始实际应用，例如谷歌眼镜。类似于谷歌眼镜的产品属于可佩带的平视光学***，其主要包括成像***和导光***，成像***输出的图像经由导光***传导至人眼，另外，导光***通常是透明的，因此在显示图像的同时并不会影响用户的视野，实现虚拟景象和显示景象的融合。
现有技术中，平视光学***的成像***中通常集成有光源和电子芯片，用以产生和输出图像，集成的光源和电子芯片导致整个平视光学***的体积和重量较大，影响佩带时的舒适性和便携性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可佩带的平视光学***，有利于减小***体积和重量，能够改善佩带时的舒适性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可佩带的平视光学***，包括：
成像***，输出成像光线；
导光***，将所述成像光线引导至人眼；
其特征在于，
所述成像***具有光源接口，所述成像***经由该光源接口和光线传输介质接收外部光源发出的光源光线，并使用该光源光线生成所述成像光线。
根据本发明的一个实施例，所述光线传输介质为光纤。
根据本发明的一个实施例，所述光源接口包括楔形导光板或透镜***。
根据本发明的一个实施例，所述外部光源为激光光源。
根据本发明的一个实施例，所述成像***包括：
成像器件；
反射透射元件，通过反射或透射将所述光源光线引导入射至所述成像器件，并将所述成像器件反射的成像光线通过透射或反射引导入射至所述导光***。
根据本发明的一个实施例，所述成像器件显示全息图像或实像。
根据本发明的一个实施例，所述成像器件为硅基液晶芯片或数字微镜元件。
根据本发明的一个实施例，所述成像器件的显示数据通过外部数据线或无线的方式接入。
根据本发明的一个实施例，所述反射透射元件为偏振棱镜或半透半反棱镜或全反射棱镜。
根据本发明的一个实施例，所述成像***还包括：设置在所述成像器件表面的透镜***，所述透镜***包括一个或多个透镜。
根据本发明的一个实施例，所述导光***包括相互贴合的第一介质块和第二介质块，所述第一介质块和第二介质块的贴合面为斜面并且该斜面上设置有半反半透薄膜，所述成像光线从所述第一介质块入射，经由该第一介质块传输至所述半反半透薄膜，并由所述半反半透薄膜反射至人眼。
根据本发明的一个实施例，所述第一介质块和第二介质块的贴合面与所述第一介质块的外表面之间的夹角a满足如下关系：其中，n1为所述第一介质块所采用的介质材料的折射率，n0为与所述第一介质块接触的外部介质材料的折射率。
根据本发明的一个实施例，所述成像光线入射至所述导光***的入射面为曲面或胶合有不同折射率的曲面，以实现透镜功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的可佩带式平视光学***中，成像***具有光源接口，该光源接口可以配置为与光纤之类的光线传输介质相连，从而将外部光源发出的光源光线导入，用以成像。由于光源处于平视光学***之外，因此有利于减小***体积和重量，有利于提高便携性以及改善佩戴时的舒适性。
此外，显示像面上使用的成像器件的显示内容也可以通过外置线缆（与光钎包在一起）或无线的方式接入，从而将电子芯片外置，进一步减小体积和重量，同时减少佩戴***产生热量，提高佩戴舒适度。用以驱动成像器件的电源也可以外置，然后通过外置线缆（与光钎及通讯数据线包在一起）接入，进一步减小体积和重量，同时减少佩戴***产生热量，提高佩戴舒适度。
进一步而言，本发明实施例的成像***中，成像器件可以显示全息图像，由于全息图像本身可以调制光，因此可以通过软件调节的方式实现透镜的功能，通过改变全息图像实现等效于改变透镜焦距的功能，使得观看者在不改变任何硬件的情况下看到呈现于不同距离的图像。
附图说明
图1是本发明实施例的可佩带的平视光学***的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的可佩带的平视光学***的第一实例的结构示意图；
图3是本发明实施例的可佩带的平视光学***的第二实例的结构示意图；
图4是本发明实施例的可佩带的平视光学***的第三实例的结构示意图；
图5是本发明实施例的可佩带的平视光学***的第四实例的结构示意图；
图6是本发明实施例的平视光学***的第五实例的结构示意图；
图7是本发明实施例的平视光学***的第六实例的结构示意图；
图8是本发明实施例的平视光学***的第七实例的结构示意图；
图9是本发明实施例的平视光学***的第八实例的结构示意图；
图10是本发明实施例的平视光学***中一种导光***的结构示意图；
图11是本发明实施例的平视光学***中另一种导光***的结构示意图；
图12是本发明实施例的平视光学***中又一种导光***的结构示意图；
图13是本发明实施例的平视光学***中再一种导光***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参考图1，本实施例的可佩带的平视光学***包括成像***11和导光***12。其中，成像***11输出成像光线，该成像光线入射至导光***12并由导光***12引导至人眼。
进一步而言，成像***11具有光源接口，该光源接口配置为与光纤之类的光线传输介质相连，经由该光线传输介质和光源接口将外部光源发出的光源光线导入至成像***11，成像***11利用导入的光源光线产生并输出成像光线。成像***11可以采用现有技术中任意适当的结构，由于光源位于整个平视光学***外部，使得平视光学***外部的体积和重量都比较小，另外，也可以避免光源的较大功率导致的发热等问题。
其中，外部光源可以是激光或者LED光源。光线传输介质可以是光纤，但并不限于此。
另外，导光***12中可以集成有半反半透薄膜，将沿导光***12传播的成像光线反射至人眼，另外，人眼也可以透过半反半透薄膜看到外部的现实景象。当然，本领域技术人员应当理解，此处的半反半透薄膜仅为示例，还可以采用偏振棱镜、半透半反棱镜等方式实现类似的功能。
参考图2，在第一实施例中，光源接口采用透镜***15来实现，该透镜***15例如可以包括光纤准直镜。外置光源10发出的光源光线经由光纤14和透镜***15输入，用于生成成像光线。其中，外置光源10例如可以是激光光源。
参考图3，在第二实施例中，光源接口采用楔形导光板16来实现，外置光源10发出的光源光线经由光纤14和楔形导光板16输入，用于生成成像光线。其中，外置光源10例如可以是激光光源。
图2和图3所示仅为示例，本领域技术人员应当理解，光源接口的具体实现方式并不限于透镜***或楔形导光板。
参考图4，在第三实施例中，成像***11包括成像器件111以及设置在成像器件111表面的透镜***112，成像器件111显示实像，透镜***112包含一个或多个透镜。
具体而言，成像器件111例如可以是硅基液晶芯片（LCoS）或数字微镜元件（DMD）或液晶投影芯片(LCD芯片)等，由外部的发光二极管（LED）或激光光源照明后显示图像，该图像为实像。而透镜***112可以由一块凸透镜或者菲涅尔透镜构成。在此实例中，成像器件111与透镜***112的距离可以小于透镜***112的整体焦距。
成像器件111利用外置光源10的光源光线产生成像光线，经由透镜***112进入导光***。其中，外置光源10的光源光线经由光线传输介质14以及光源接口17进入成像器件111。导光***可以包括相互贴合的第一介质块121和第二介质块122，二者的贴合面为斜面，该斜面上设置有半反半透薄膜13。其中，第一介质块121和第二介质块122的材料可以相同；半反半透薄膜13可以涂覆在贴合面上，也可以镀在贴合面上。半反半透薄膜13的作用是控制从成像***11进入射到贴合面（或者说分界面）上的光的透射率，形成部分透射部分反射的效果，例如70%透射，30%反射。
半反半透薄膜13将成像光线反射至人眼，使得人眼看到聚焦在远处的虚像像面。
参考图5，图5示出了平视光学***的第四实施例，其结构与第三实施例基本相同。区别在于，第四实施例中，导光***内的第一介质块121和第二介质块122的材料不同。
参考图6，图6示出了平视光学***的第五实施例。在第五实施例中，成像***包括成像器件41和偏振棱镜（PBS）42。其中，偏振棱镜42可以集成在导光***12中，也就是和导光***12结合为一。
在第五实施例中，成像器件41可以是硅基液晶芯片（LCoS）或数字微镜元件（DMD），其显示的是全息图像，利用外部的光源（例如激光或者LED光源）照明，衍射干涉后成像，由于全息图像（或者称为相息图）本身可调至光，因此可以通过软件调节实现透镜功能，通过改变全息图像可以使得观看者在不改变任何硬件的条件下，看到呈现于不同距离的图像，因此该平视光学***中可以不加装透镜***。
进一步而言，成像器件41位于导光***12的一侧，光源发出的光源光线经由光源接口17从导光***12的相对的另一侧射入。光源发出的光可以是偏振光，第一次进入偏振棱镜42时将会透过，照亮成像器件41。成像器件41调制光源10发出的光源光线，并改变其偏振方向后反射，反射后的调制光再次进入偏振棱镜42后由于偏振方向已变，将会被偏振棱镜42反射进入导光***12，并在导光***12内传播至左侧的半反半透薄膜或者也可以是偏振或非偏振棱镜，并反射进入观看者眼中。其中，光源可放在成像***之外，而通过光纤的方式将光源光线导入，从而减小***体积和重量。
参考图7，图7示出了平视光学***的第六实施例。在第六实施例中，成像***包括成像器件51和全反射棱镜（TIR）52。其中，全反射棱镜52可以集成在导光***12中，也就是和导光***12结合为一。
第六实施例中，成像器件51显示的是全息图像，其可以是硅基液晶芯片（LCoS）或数字微镜元件（DMD）或者全息照片，利用外部的光源（例如激光或者LED光源）照明，衍射干涉后成像。
进一步而言，成像器件51位于导光***12的一侧，光源发出的光源光线经由光源接口17从相邻的另一侧射入。光源发出的光第一次进入全反射棱镜52时将会全反射，照亮成像器件51。成像器件51例如硅基液晶芯片或数字微镜元件等成像芯片，可以调制光源发出的光源光线，并将其反射，反射后的调制光再次进入全反射棱镜52后由于入射角已变，将会透射过全反射棱镜52进入导光***12，并在导光***12内传播至左侧半反半透薄膜或者偏振或非偏振棱镜，并反射进入观看者眼中。其中，光源10可放在成像***之外，而通过光纤的方式将照明光线导入，从而减小***体积和重量。
需要说明的是，虽然第五和第六实施例中，成像器件显示的是全息图像，可以通过成像器件本身的调节实现透镜功能，但是为了进一步改善显示效果，在成像器件的表面处也可以设置有透镜***。此外，第五和第六实施例中，反射透射元件采用的分别是偏振棱镜和全反射棱镜，但并不限于此，该反射透射元件还可以采用半透半反棱镜或其他适当的器件来实现。
参考图8，图8示出了平视光学***的第七实施例。在第七实施例中，成像***包括光源接口16（具体为楔形导光板），成像器件51和偏振棱镜（PBS）42、透镜***112。其中，偏振棱镜42和透镜***112可以集成在导光***12中，也就是和导光***12结合为一。
第七实施例中，成像器件51显示的是实像，其可以是硅基液晶芯片（LCoS）或数字微镜元件（DMD），利用外置光源10（例如激光或者LED光源）照明。
进一步而言，成像器件51位于导光***12的一侧，光源10发出的光源光线从位于导光***12的相对的另一侧的光源接口16（楔形导光板）射入。光源10发出的光可以是偏振光，第一次进入偏振棱镜42时将会透过，照亮成像器件51。成像器件51调制光源10发出的光源光线，并改变其偏振方向后反射，反射后的调制光再次进入偏振棱镜42后由于偏振方向已变，将会被偏振棱镜42反射进入透镜***，透镜***两面分别胶合在导光***12及偏振棱镜42表面，光线在导光***12内传播至左侧的半反半透薄膜或者也可以是偏振或非偏振棱镜，并反射进入观看者眼中。其中，光源10可放在成像***之外，而通过光纤的方式将光源光线导入，从而减小***体积和重量。
参考图9，图9示出了平视光学***的第八实施例。在第八实施例中，成像***包括成像器件51、偏振棱镜（PBS）42、光源接口15（具体为透镜***）、曲面反射镜112、1/4玻片113。其中，偏振棱镜42可以集成在导光***12中，也就是和导光***12结合为一。进一步而言，成像***设置在导光***12的一端，而曲面反射镜112和1/4玻片113设置在导光***12的另一端。
第八实施例中，成像器件51显示的是实像，其可以是硅基液晶芯片（LCoS）或数字微镜元件（DMD），利用外部的光源10（例如激光或者LED光源）照明。
进一步而言，成像器件51位于导光***12的一侧，光源10发出的光源光线从位于导光***12的相对的另一侧的光源接口15（透镜***）射入。光源10发出的光可以是偏振光，第一次进入偏振棱镜42时将会透过，照亮成像器件51。成像器件51调制光源10发出的光源光线，并改变其偏振方向后反射，反射后的调制光再次进入偏振棱镜42后由于偏振方向已变，将会被偏振棱镜42反射进入导光***12，光线在导光***12内传播至左侧的偏振棱镜，第一次入射偏振棱镜时将会透过，经过1/4玻片113后被曲面反射镜112反射调制，再一次经过1/4玻片113后再次入射到偏振棱镜，由于其偏振方向已被1/4玻片113改变，光线将会被反射进入观看者眼中。其中，光源10可放在成像***之外，而通过光纤的方式将光源光线导入，从而减小***体积和重量。
下面结合多个实例对该平视光学***中的导光***进行详细说明。
参考图10，在第一实例中，导光***包括相互贴合的第一介质块121和第二介质块122，并且导光***靠近成像***的端面为平面，也就是第一介质块121用于成像光线入射的端面与外表面（或者说侧面）垂直。
第一介质块121和第二介质块122的贴合面为斜面，也即该贴合面与第一介质块121和第二介质块122的外表面（或者说侧面）并非垂直。第一介质块121和第二介质块122的贴合面与第一介质块121的外表面之间的夹角a满足如下关系：其中，n1为第一介质块121所采用的介质材料的折射率，n0为与第一介质块121接触的外部介质材料（例如空气或者设置在第一介质块121外表面上的薄膜）的折射率。
第一介质块121和第二介质块122的贴合面上可以设置有半透半反薄膜，实现部分透射部分反射的效果。关于半透半反薄膜的详细信息请参见前文的相关描述，这里不再赘述。此外，还可以采用半透半反棱镜或偏振棱镜等方式实现类似的功能。
参考图11，在第二实例中，导光***包括相互贴合的第一介质块121和第二介质块122，并且导光***靠近成像***的端面71为斜面，也就是第一介质块121用于成像光线入射的端面71与外表面（或者说侧面）非垂直。入射面采用斜面，可以有效增大成像光线的入射面积。
参考图12，在第三实例中，导光***包括相互贴合的第一介质块121和第二介质块122，并且导光***靠近成像***的端面81为曲面或者胶合有不同折射率的曲面，以实现透镜功能。进一步而言，在第三实施例中，端面81为内凹的曲面。
参考图13，在第四实例中，导光***包括相互贴合的第一介质块121和第二介质块122，并且导光***与成像***相反的端面设置（例如采用胶合的方式）有1/4玻片92及曲面反射镜91，当从成像***传来的光线第一次入射偏振棱镜时将会透过，经过1/4玻片92后被曲面反射镜91反射调制，再一次经过1/4玻片92后再次入射到偏振棱镜，由于其偏振方向已被1/4玻片92改变，光线将会被反射进入观看者眼中。进一步而言，在第四实例中，导光***远离成像***的端面上胶合有1/4玻片92及偏振棱镜91。
需要说明的是，在第三和第四实例中，导光***的端面采用曲面结构来实现透镜功能时，成像***内也可以集成其他透镜以改善成像效果，或者成像***内也可以不设置透镜，仅采用导光***的曲面来实现透镜功能。
另外，导光***远离成像***的端面可以制成磨砂结构或者涂覆黑色涂料或膜层，换言之，导光***与成像光线入射面相反的另一端的端面可以制成磨砂结构或者涂覆黑色涂料或膜层。
综上，本实施例的可佩带的平视光学***可以制成类似眼镜的产品，采用全息成像的方式使得用户看到的图像呈现在比实际距离更远处，从而减轻视觉疲劳；另外通过透明的导光***将像面平移，而不阻挡人眼正面的光线，形成一种透明显示***，实现虚拟景象和现实景象的融合。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种可佩带的平视光学***，包括：
成像***，输出成像光线；
透明的导光***，将所述成像光线引导至人眼；
其特征在于，
所述成像***具有光源接口，所述成像***经由该光源接口和光线传输介质接收外部光源发出的光源光线，并使用该光源光线生成所述成像光线，所述外部光源位于所述平视光学***外部；
其中，所述导光***包括相互贴合的第一介质块和第二介质块，所述第一介质块和第二介质块的贴合面为斜面并且该斜面上设置有半反半透薄膜，所述成像光线从所述第一介质块入射，经由该第一介质块传输至所述半反半透薄膜，并由所述半反半透薄膜反射至人眼，使得人眼看到成像在远处的虚像像面；
所述第一介质块和第二介质块的贴合面与所述第一介质块的外表面之间的夹角a满足如下关系：其中，n1为所述第一介质块所采用的介质材料的折射率，n0为与所述第一介质块接触的外部介质材料的折射率。
2.根据权利要求1所述的平视光学***，其特征在于，所述光线传输介质为光纤。
3.根据权利要求1所述的平视光学***，其特征在于，所述光源接口包括楔形导光板或透镜***。
4.根据权利要求1所述的平视光学***，其特征在于，所述外部光源为激光光源。
5.根据权利要求1所述的平视光学***，其特征在于，所述成像***包括：
成像器件；
反射透射元件，通过反射或透射将所述光源光线引导入射至所述成像器件，并将所述成像器件反射的成像光线通过透射或反射引导入射至所述导光***。
6.根据权利要求5所述的平视光学***，其特征在于，所述成像器件显示全息图像或实像。
7.根据权利要求5所述的平视光学***，其特征在于，所述成像器件为硅基液晶芯片或数字微镜元件。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的平视光学***，其特征在于，所述成像器件的显示数据通过外部数据线或无线的方式接入。
9.根据权利要求5所述的平视光学***，其特征在于，所述反射透射元件为偏振棱镜或半透半反棱镜或全反射棱镜。
10.根据权利要求5所述的平视光学***，其特征在于，所述成像***还包括：设置在所述成像器件表面的透镜***，所述透镜***包括一个或多个透镜。
11.根据权利要求1所述的平视光学***，其特征在于，所述成像光线入射至所述导光***的入射面为曲面或胶合有不同折射率的曲面，以实现透镜功能。
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