CN108169891A - 投影目镜和投影式可穿戴设备 - Google Patents

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刘健鹏
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    • G02B25/001—Eyepieces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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Abstract

本发明公开了投影目镜和投影式可穿戴设备。投影目镜，包括沿光路依次设置的第一镜片和第二镜片。第二镜片为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔。本发明公开的投影目镜和投影式可穿戴设备，对传统目镜结构进行了改进，第二镜片使用菲涅尔透镜，能够增加投影目镜的光束孔径，使得人眼瞳孔处被所有视场的光束覆盖，从而达到观察全视场的目的，并且缩减了镜头的整体长度。进一步，由于菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。

Description

投影目镜和投影式可穿戴设备
技术领域
本发明涉及图像领域，特别涉及投影目镜和投影式可穿戴设备。
背景技术
需要人眼接收图像的投影式可穿戴设备，例如增强现实(AugmentedReality，AR)眼镜，对投影目镜的要求是投影目镜到人眼瞳孔的距离长，视场角大。
图1是现有技术AR眼镜中投影目镜的光路示意图。投影目镜11采用传统目镜结构，包括：第一镜片111和第二镜片112。第一镜片111为球面面型组合的透镜，第二镜片112为正光焦度透镜。图像生成器12发出的光线经投影目镜11后进入AR镜片13，然后到达人眼瞳孔14。
可以看出，传统目镜应用于AR眼镜中时，出瞳15距离人眼瞳孔14太远，导致人眼只能看见中心视场很小一部分的图像，其他视场丢失。如增大投影目镜11的光束口径，可以使人眼被更大视场的光束覆盖。但是，在保持焦距和视场角不变的情况下，单纯增大投影目镜11的孔径，如图2所示，这将导致透镜两曲面在边缘接近，甚至出现透镜边缘为负值的情况。
发明内容
本发明实施例提供了投影目镜和投影式可穿戴设备。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
第一方面，本发明实施例提供了一种投影目镜，包括沿光路依次设置的第一镜片和第二镜片，其特征在于：
所述第二镜片为菲涅尔透镜；
所述菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向。
基于所述投影目镜，作为可选的第一实施例，所述菲涅尔透镜为非球面面型。
基于所述投影目镜及所述第一实施例，作为可选的第二实施例，所述菲涅尔透镜的折射率在1.5至1.9之间。
基于所述投影目镜，作为可选的第三实施例，所述第一镜片为消色差双胶合透镜。
基于所述第三实施例，作为可选的第四实施例，所述消色差双胶合透镜为非球面面型。
基于所述第三实施例，作为可选的第五实施例，所述消色差双胶合透镜的折射率在1.5至1.9之间。
基于所述第三实施例，作为可选的第六实施例，所述消色差双胶合透镜包括：负光焦度镜片和正光焦度镜片；
所述负光焦度镜片的阿贝数低于所述正光焦度镜片的阿贝数。
基于所述投影目镜，作为可选的第七实施例，所述第一镜片为菲涅尔透镜。
第二方面，本发明实施例提供了一种投影式可穿戴设备，所述投影式可穿戴设备包括：前文所述的任一种投影目镜。
本发明实施例中的投影目镜和投影式可穿戴设备，对传统目镜结构进行了改进，第二镜片使用菲涅尔透镜，能够增加投影目镜的光束孔径，使得图像接收处被所有视场的光束覆盖，从而达到观察全视场的目的。进一步，由于菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是现有技术中投影目镜的光路示意图；
图2是现有技术中只增大透镜孔径的后果示意图；
图3是一示例性实施例中的投影目镜的弧矢面图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
在一示例性实施例中，投影目镜包括第一镜片和第二镜片，其中，第二镜片为菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向。
可见，本示例性实施例中的投影目镜，对传统目镜结构进行了改进，具体是第二镜片使用菲涅尔透镜，能够增加投影目镜的光束孔径，使得人眼瞳孔处被所有视场的光束覆盖，从而达到观察全视场的目的。进一步，由于菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。
在一示例性实施例中，以AR眼镜为应用场景，如图3所示，投影目镜31包括第一镜片311和第二镜片312。
第二镜片312为菲涅尔透镜，且菲涅尔面朝向人眼瞳孔32的方向。
图像生成器33发出的光线经投影目镜31后进入AR镜片34，然后到达人眼瞳孔32。相对于传统目镜，本示例性实施例中的投影目镜31取得了如下效果：
1、由于第二镜片312采用菲涅尔透镜实现，投影目镜31的光束孔径增加，使得人眼瞳孔32被所有视场的光束覆盖，达到观察全视场的目的。
2、由于菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔32的方向，菲涅尔刻线对图像的影响可以忽略。
3、由于第二镜片312采用菲涅尔透镜实现，使得第一镜片311和第二镜片312的距离更近，在焦距不变的情况下，可以降低第一镜片311中每个曲面的曲率，像差更小，加工更容易，并且缩减了镜头的整体长度。
作为可选的实施方式，菲涅尔透镜312可以是非球面面型。非球面面型与球面面型相比，在同样的光焦度下可以达到较大的口径，并且像差也能得到控制，面型的矢高更小。
作为可选的实施方式，由于投影目镜31的出瞳35与AR镜片的进光口的相关参数都已知，在装配时可以使得图3中所示的投影目镜31的出瞳35与AR镜片34的进光口重合，这样在两极光学***耦合之间没有能量浪费。
作为可选的实施方式，菲涅尔透镜为投影目镜31提供大部分光焦度，折射率可以设置在1.5至1.9之间。菲涅尔透镜的材料可以选择树脂，降低投影目镜31的重量和成本。
作为可选的实施方式，第一镜片311的实现方式有多种选择，例如可以选择和传统目镜相同的实现方式。
如果考虑到消除色差，第一镜片311可以采用消色差双胶合透镜实现。
消色差双胶合透镜的材料采用光学玻璃，折射率可以设置在1.6至1.9之间。
消色差双胶合透镜可以采用非球面面型，以校正高级相差。
消色差双胶合透镜包括：负光焦度镜片和正光焦度镜片，其中负光焦度镜片的阿贝数低于所述正光焦度镜片的阿贝数，以校正色差。
在像质和色差要求不高的情况下，第一镜片311也可以采用菲涅尔透镜实现，菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向。
除了图3所示的AR眼镜，前文任一示例性实施例中示出的投影目镜，也可以应用于其他投影式可穿戴设备中。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种投影目镜，包括沿光路依次设置的第一镜片和第二镜片，其特征在于：
所述第二镜片为菲涅尔透镜；
所述菲涅尔透镜的菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向。
2.如权利要求1所述的投影目镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜为非球面面型。
3.如权利要求1或2所述的投影目镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜的折射率在1.5至1.9之间。
4.如权利要求1所述的投影目镜，其特征在于，所述第一镜片为消色差双胶合透镜。
5.如权利要求4所述的投影目镜，其特征在于，所述消色差双胶合透镜为非球面面型。
6.如权利要求4所述的投影目镜，其特征在于，所述消色差双胶合透镜的折射率在1.6至1.9之间。
7.如权利要求4所述的投影目镜，其特征在于，所述消色差双胶合透镜包括：负光焦度镜片和正光焦度镜片；
所述负光焦度镜片的阿贝数低于所述正光焦度镜片的阿贝数。
8.如权利要求1所述的投影目镜，其特征在于，所述第一镜片为菲涅尔面朝向人眼瞳孔方向的菲涅尔透镜。
9.一种投影式可穿戴设备，其特征在于，所述投影式可穿戴设备包括：如权利要求1至8任一项所述的投影目镜。
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