CN108957750A - 光学***、头戴显示设备及智能眼镜 - Google Patents

光学***、头戴显示设备及智能眼镜 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种光学***、头戴显示设备及智能眼镜。该光学***可以包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面。其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。本发明增大了光学***的视场。

Description

光学***、头戴显示设备及智能眼镜
技术领域
本申请实施例涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种光学***、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。
背景技术
光学***通常用于各种成像设备中清晰成像或光学信息的处理。随着AR(Augmented Reality，增强现实)技术的快速发展，基于AR技术的头戴显示设备的应用越来越广泛。而在头戴显示设备中，显示器显示的虚拟图像需要经过光学***放大后与现实图像叠加呈现到人眼中。由于头戴显示设备佩戴在用户头部，为了减轻用户头部压力，紧凑化、轻量化是头戴显示设备成为需求设计方向。
现有的基于自由曲面棱镜的光学***中，显示器发出的光线直接入射到自由曲面棱镜中再由自由曲面棱镜对光线经过两次折射后透射到人眼中，但由于该光学***中的显示器发出的光线是散射光，因此由显示器到进入人眼的光路中的光线均是以宽光束的形式存在，限制了***的视场大小。
发明内容
本申请实施例提供一种光学***，通过减少光束宽度，增大光学***的视场。
本发明提供了一种光学***，包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜；
所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面；
所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面；
所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面；
所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面；
其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。
优选地，所述反射镜组包括第一偏振反射棱镜以及与所述第一偏振反射棱镜胶合的第二偏振反射棱镜；其中，所述第一偏振反射棱镜包括偏振反射面及第一光焦度反射面；
所述入射光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面进入所述第一偏振反射棱镜；
至少部分所述入射光线被所述偏振反射面反射至所述第一偏振反射棱镜的第一光焦度反射面；
至少部分来自所述第一光焦度反射面的所述入射光线被所述第一光焦度反射面反射并透过所述第二偏振反射棱镜后出射。
优选地，所述反射镜组包括具有第二光焦度反射面的曲面反射镜。
优选地，还包括由至少一个透镜组成的投影镜组；
至少部分所述反射镜组的光焦度反射面反射的所述入射光线经所述投影镜组透射后出射至所述成像棱镜的第一入光面。
优选地，所述投影镜组与所述成像棱镜之间的光程上产生所述中间像面。
优选地，所述第三入光面的水平方向曲率与垂直方向曲率不同。
优选地，所述光学***还包括与所述成像棱镜胶合的补偿棱镜；
所述补偿棱镜用于接收环境光线，并将至少部分所述环境光线透射至所述成像棱镜的所述第三入光面；
至少部分来自所述第三入光面的所述环境光线通过所述成像棱镜的出光面出射。
优选地，所述第二入光面与所述第三入光面为所述成像棱镜的两个相对面；
所述补偿棱镜与所述第三入光面胶合。
优选地，由人眼至所述中间像面的沿水平边缘视场的至少部分入射光线在水平方向的第一投影与沿水平中央视场的至少部分入射光线在水平方向的第二投影未发生交叉。
本发明提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括光学***以及显示***，其中所述光学***采用上述任一项所述的光学***；
所述显示***用于产生所述入射光线。
优选地，所述显示***包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，
所述显示***包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；
所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。
本发明提供一种智能眼镜，所述智能眼镜包括光学***和显示***；其中，
所述光学***采用上述光学***所述的光学***；
所述显示***用于产生所述入射光线；
所述显示***包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，
所述显示***包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；
所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。
本发明提供了一种光学***、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。光学***包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面。其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。本发明通过该光学***使至少部分入射光线在入射到人眼的光路中实现了二次成像，通过中间成像使以宽光束形式存在的至少部分入射光线产生汇聚，避免***由于宽光束对视场的限制，进一步增大***的视场角。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请提供的一种光学***一个实施例的结构示意图；
图2示出了本申请提供的一种光学***一个实施例的由人眼到自由曲面棱镜组的俯视结构示意图；
图3示出了本申请提供的一种光学***又一个实施例的结构示意图；
图4示出了本申请提供的一种光学***的另一个实施例的结构示意图；
图5(a)-图5(c)示出了本申请提供的一种头戴显示设备的一个实施例的结构示意图；
图6(a)-图6(c)示出了本申请提供的一种智能眼镜的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
本发明提供的光学***可应用于当前的虚拟现实、增强现实、医学成像等技术领域。适用但不限于头戴显示设备或智能眼镜中，其中，头戴显示设备或智能眼镜可以包括VR(虚拟现实，Virtual Reality)设备、AR(增强现实，Augmented Reality)设备及MR(混合现实，Mixed Reality)设备等。
本发明提供一种光学***、一种头戴显示设备及一种智能眼镜。光学***包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜。所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面。所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面。所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面。所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面。其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。本发明通过该光学***使至少部分入射光线在入射到人眼的光路中实现了二次成像，通过中间成像使以宽光束形式存在的至少部分入射光线产生汇聚，避免***由于宽光束对视场的限制，进一步增大***的视场角。
下面将结合附图对本申请技术方案进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种光学***的一个实施例的结构示意图，该***可以包括具有光焦度反射面的反射镜组101以及自由曲面棱镜组102。所述曲面棱镜组包括成像棱镜1021。
实际应用中，该光学***可以应用但不限于头戴显示设备或智能眼镜中，尤其适用于VR或AR成像的头戴显示设备。头戴显示设备或智能眼镜的显示器可以是背光式LCOS(Liquid Crystal On Silicon，液晶覆硅)显示器、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、Micro-OLED(Organic Light-Emitting Diode，微型有机发光二极管)或其它小型化显示器。
反射镜组101光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜1021的第一入光面S1。
可选地，反射镜组101通过光焦度反射面将至少部分入射光线进行折叠和汇聚，从而将以宽光束形式存在的至少部分入射光线进行汇聚，大大减少了光束在***内部传播过程中占有光学有效面的面积，在此基础上，进行光学***设计时可以减少***中自由曲面棱镜102的尺寸；或在***中自由曲面棱镜尺寸不变的条件下，增大***的视场范围，减小了由于宽光束对***尺寸及***视场的限制。
实际应用中，该反射镜组101可以包括至少一个反射镜，以及至少一个带有光焦度的反射面。该反射镜组101的各个光面的面型根据实际设计需要可以是平面、球面、非球面或自由曲面，在此不做具体限定。
所述成像棱镜1021的第一入光面S1，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜1021的第二入光面S2。实际应用中，自由曲面棱镜102用于解决光学***对视场角、出瞳距离及小型轻量化之间的矛盾，以使***获得大视场角、更短的出瞳距离、更小型轻量化的光学***。
现有技术中，通过显示器产生的至少部分入射光线直接透射进入自由曲面棱镜，并在自由曲面棱镜中进行两次反射后进入人眼。其中，光线照射到自由曲面棱镜表面的区域即为光学有效面，由于显示器产生的入射光线为宽光束的形式限制了***的视场，因此可通过调节显示器与自由曲面棱镜的后截距，调整入射光线入射到该自由曲面棱镜的入射角度以增大视场角。但在增大视场角的同时限制了显示器与该自由曲面棱镜的后截距，造成后截距过小，这对于需要占一定空间的显示器来说，使得***的结构设计上的难度就会大大增加。
本发明实施例通过引入反射镜组，可使显示器产生的至少部分入射光线经过反射镜组反射，使得至少部分入射光线经成像棱镜的第一入光面S1进入自由曲面棱镜组，减小了对***后截距的限制。并通过反射镜组的光焦度反射面将显示器发射的以宽光束形式存在的入射光线进行汇聚后，使得至少部分入射光线的光束宽度大大减小，进一步减小了自由曲面棱镜尺寸对***视场角的限制，保证了一定后截距的同时能够获得更大的视场角，进而大大降低了***结构的设计难度。
所述成像棱镜1021的第二入光面S2，用于反射至少部分来自所述第一入光面S1的光线至所述成像棱镜的第三入光面S3。
所述第三入光面S3，用于反射至少部分来自所述第二入光面S2的光线至所述成像棱镜的出光面S2。本实施例中，自由曲面棱镜102中成像棱镜1021的第二入光面与出光面为同一面，但占有不同的光学有效面。
其中，在所述第三入光面S3之前的光程上形成有中间像面M1。至少部分入射光线经由光焦度反射面进行聚焦，使得在由光焦度反射面至第三入光面的光程上聚焦形成中间像面M1。所述成像棱镜1021的出光面透射至少部分来自第三入光面S3的光线至人眼E1成像。
实际应用中，根据实际光焦度反射面的焦距的不同，至少部分入射光线经由光焦度反射面进行汇聚形成中间像面可以是在至少部分入射光线由光焦度反射面反射至成像棱镜1021的第一入光面的第一光程中、由第一入光面透射至第二入光面的第二光程中或由第二入光面反射至第三入光面的第三光程中的任一位置形成。该光学***可以使入射光线在***传播过程中产生中间像面，实现了***的二次成像。且这一可实现***二次成像的光程不仅可以增大***视场角，减小***光学有效面的区域，还可以增大***的后截距。
为了进一步降低***结构的设计难度，该光学***中的光程还可以满足以下条件。如图2所示为该光学***的俯视结构示意图。该***所述从人眼到产生入射光线的方向来看，***中从人眼到达产生入射光线的成像光程依次为由人眼到所述出光面S2的至少部分入射光线、所述由出光面至第三入光面的至少部分入射光线、由第三入光面至第二入光面的至少部分入射光线、由第二入光面至第一入光面的至少部分入射光线、由第一入光面至光焦度反射面的至少部分入射光线及至少部分入射至成像镜组的入射光线组成；其中，所述入射人眼任一点的至少部分入射光线可分为沿水平边缘视场的成像光线L1和沿水平中央视场的成像光线L2。
可选地，在某些实施例中，由人眼至所述中间像面的沿水平边缘视场的至少部分入射光线在水平方向的第一投影与沿水平中央视场的至少部分入射光线在水平方向的第二投影未发生交叉。
即边缘光线P1与中心光线P2由人眼至中间像面光线传播的成像光路中未发生交叉，从而进一步降低由人眼E1到中间像面M1的光路部分的光焦度，提高在人眼的成像质量。使得在保证成像质量的同时，不需要再设置光焦度调制补偿模组，从而进一步降低了***结构的设计难度。使得该光学***有小尺寸、大视场、高成像质量的特点，可适用于紧凑型头戴显示设备中。
本发明实施例中提供的光学***，通过反射镜组101的光焦度反射面对至少部分入射光进行汇聚，然后经过***中自由曲面棱镜组102的调制，使得至少部分入射光线在***中形成中间像面。该***通过各光学元件的调节实现特殊的二次成像光路，解决了***中传播宽光束造成***视场角受限的技术问题。同时由于***视场的增大，同样减小了对***后截距的限制，降低了该光学***结构设计的难度。
图3为本发明实施例提供的一种光学***的又一个实施例的结构示意图，该***除包括图1实施例中反射镜组101以及自由曲面棱镜组102之外，还可以包括由至少一个透镜组成的投影镜组103。其中，反射镜组101可以包括第一偏振反射棱镜1011以及与第一偏振反射棱镜1011胶合的第二偏振反射棱镜1012；其中，所述第一偏振反射棱镜1011包括偏振反射面S4及第一光焦度反射面S5。
本发明实施例可适用于上述需要独立配光的显示器例如LCOS显示器或不需要独立配光的显示器例如LCD显示器、OLED显示器等。
所述入射光线经所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6进入所述第一偏振反射棱镜1011。
至少部分所述入射光线被所述偏振反射面S4反射至所述第一偏振反射棱镜1011的第一光焦度反射面S5。
至少部分来自所述第一光焦度反射面S5的所述入射光线被所述第一光焦度反射面S5反射并透过所述第二偏振反射棱镜1012后出射。
其中，偏振反射面S4将入射光线进行偏振分束后将其中某一偏振方向的入射光线进行反射，将另一个偏振方向的入射光线进行透射，从而对入射光进行偏振分束仅保留一个偏振方向的入射光线进入自由曲面棱镜组102中。
实际应用中，反射镜组101的各个光面例如偏振反射面S4、光焦度反射面S5、入光面S6等根据需要可以是平面、球面、非球面或自由曲面。同时，该反射镜组101还可以实现对***中的像差矫正及不同视场光线的转折，实现投影镜组103的功能。此时，***中可以省去投影镜组103的设置。
实际应用中，当反射镜组101不能实现投影镜组功能时，该光学***还可以包括由至少一个透镜组成的投影镜组103。投影镜组103可以设置于反射镜组101及自由曲面棱镜组102之间。在某些实施例中，至少部分所述反射镜组101的光焦度反射面反射的所述入射光线经所述投影镜组103透射后出射至所述成像棱镜1021的第一入光面S1。
其中，投影镜组103用于对***中的相差矫正及不同视场光线的转折，其各个透镜的面型可以是球面、非球面、菲涅尔面或自由曲面等，在此不做具体限定。
可选地，在某些实施例中，自由曲面棱镜组102还可以包括与所述成像棱镜1021胶合的补偿棱镜1022。
补偿棱镜1022用于接收所述三维空间真实场景发射的环境光线并将至少部分该环境光线透射至成像棱镜1021的第三入光面S3。至少部分来自所述第三入光面S3的所述环境光线通过所述成像棱镜1021的出光面S2出射。
其中，在某些实施例中，所述第二入光面S2与所述第三入光面S3为所述成像棱镜1021的两个相对面。且所述补偿棱镜1022与所述成像棱镜1021的第三入光面S3胶合。
成像棱镜的出光面S2将至少部分环境光线透射至人眼E1，以将所述待显示虚拟图像与所述真实场景融合到一起成像。
其中，补偿棱镜1022用于补偿成像棱镜对真实场景发射的光线折射造成影响，减少成像的畸变，提高成像质量。该补偿棱镜1022可以包括入光面S8及出光面S9。其中，成像棱镜的第三入光面S3与补偿棱镜的出光面S9胶合，使得成像棱镜1021与补偿棱镜1022构成自由曲面棱镜组102。三维空间中真实场景发射的环境光线，首先经过补偿棱镜1022的入光面S8透射进入补偿棱镜到达补偿棱镜的出光面S9。补偿棱镜1022的出光面S9将至少部分该环境光线透射至成像棱镜1021的第三入光面S3，再由第三光入光面S3透射至成像棱镜1021的出光面S2。
成像棱镜1021的出光面S2分别将生成真实场景的环境光线及生成待显示图像的至少部分入射光线透射至人眼，使得待显示图像与真实场景在人眼中融合成像，从而获得将虚拟世界与现实世界结合的AR图像。
其中，成像棱镜1021的第二入光面S2根据需要可以是平面、凹面或凸面；在其上面发生的反射形式可以是全反射也可以是镀膜反射。其中镀膜反射仅适用于第二光线与第三光线在该第二光学有效面S2的所占的有效区域没有发生重叠的情况下。
在某些实施例中，自由曲面棱镜102的成像棱镜1021和补偿棱镜1022的各个光面的面型可以是平面、球面、非球面或自由曲面。第三入光面S3的水平方向和垂直方向曲率不同的自由曲面
本发明实施例中，该***应用自由曲面棱镜折反射成像原理，在所述投影镜组103与所述成像棱镜1021之间的光程上产生所述中间像面M1，实现***的二次成像，在大大提高***的视场角的同时还可以减小***尺寸，提高成像质量。
图4为本发明实施例提供的一种光学***的另一个实施例的结构示意图，该***除包括图1实施例中的反射镜组101以及自由曲面棱镜组102之外，还可以包括由至少一个透镜组成的投影镜组103。其中，反射镜组102包括具有第二光焦度反射面的曲面反射镜。
其中，投影镜组103可以设置于曲面反射镜与自由曲面棱镜组102之间。用以矫正***像差及对不同视场光线角度的控制。
本实施例中的光学***适用于不需要独立配光的显示器，例如LCD显示器、OLED显示器等。
曲面反射镜的第二光焦度反射面用于反射至少部分入射光线，以使该至少部分入射光线经所述投影镜组103透射后出射至所述成像棱镜1021的第一入光面S1。
本实施例中，与图3实施例的区别即为将曲面反射镜代替偏振反射棱镜组，其由曲面反射镜组反射至少部分入射光线，以使该至少部分入射光线经所述投影镜组103透射后出射至所述成像棱镜1021的第一入光面S1第一光程，由第一入光面S1透射至第二入光面S2的第二光程及由第二入光面S2反射至第三入光面S3的第三光程均与图3实施例相同，前述已进行详细的说明，在此不再赘述。
同样，本实施例中的自由曲面棱镜组102及投影镜组103已在图3实施例中进行详细的说明，在此不再赘述。
本发明图1实施例、图3实施例及图4实施例提供的光学***，对***中反射镜组101、自由曲面镜组102及投影镜组103等光学元件各个光面的形状、尺寸、反射形式等均不作具体地限定，以上光学***中的各个光学元件的尺寸，位置及形状经过组合，可以实现由显示器到人眼的成像光路中，产生中间像面，该中间像面可以是在投影镜组与所述成像棱镜之间的光程中的任一位置产生，在此也不做具体限定。同时，本发明实施例提供的光学***，还可以实现由人眼到中间像面的光路中，其边缘光线与水平光线的传播没有发生交叉，使得在提升***视场角的同时，满足了***高成像质量的需求，从而实现了大视场、高质量的增强现实成像。
综上，本发明实施例提供的光学***，具有小尺寸、大视场，高成像质量的优点，解决了现有技术中由于传播宽光束对***尺寸及***视场的限制，同时进一步降低了***结构设计的难度。
图5(a)-图5(c)本发明实施例提供的一种头戴显示设备的一个实施例的结构示意图，所述头戴显示设备包括光学***以及显示***，其中所述光学***采用如图1-图4实施例中的所述的光学***。
所述显示***用于产生所述入射光线。
该头戴显示设备可以是基于VR的头戴显示设备也可以是基于AR的头戴显示设备，在此不做具体限定。
在某些实施例中，所示显示***可以包括第一显示器D1，所述第一显示器D1设置在所述反射镜组101一侧。
具体地，如图5(a)所示该第一显示器可以是设置在所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6相邻的一侧；或是如图5(b)所示设置在曲面反射镜组的第二光焦度反射面相邻的一侧。
其中，该第一显示器可以是LCD显示器、OLED显示器等，用于产生入射光线。
在某些实施例中，如图5(c)所示所述显示***包括第二显示器D2和照明组件Q1，所述照明组件Q1和所述第二显示器D2分设于所述反射镜组101两侧。
其中，该照明组件可以是由一个或多个LED构成的任意形状的照明组件，也可以是能够用于照明的其它照明装置组成的照明组件，在此不做具体限定。
所述照明组件Q1出射的光透过所述反射镜组101后照射到所述第二显示器D2上以点亮所述第二显示器D2。
由于第二显示器为基于反射模式的显示器，例如，可以是LCOS显示器。因此无法独立发光，因此需要对该第二显示器进行独立配光，可通过发射自然光的照明组件将产生的自然光照射至该第二显示器上，基于第二显示器D2的反射原理点亮该第二显示器从而产生入射光线。
所述第二显示器D2可以是设置于所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6相邻的一侧，所述照明组件Q1设置于所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7相邻的一侧，其中所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6与所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7相对设置。
所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7，用于将照明组件Q1产生的至少部分自然光线透射至所述第一偏振反射棱镜1011的偏振反射面S4。至少部分来自偏振反射面S4的自然光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面S6透射至第二显示器D2并点亮该第二显示器D2，以使该第二显示器D2产生入射光线。
本实施例保护了一种头戴显示设备，该头戴显示设备包括上述光学***的结构及显示***结构，可以进一步减小头戴显示设备的体积和重量，获得更加紧凑化，轻量化的头戴显示设备。
图6(a)-图6(c)为本发明实施例提供的一种智能眼镜的一个实施例的结构示意图，所述智能眼镜包括光学***和显示***。其中，所述光学***采用如图1-图4实施例所述的光学***。
所述显示***用于产生所述入射光线。
该智能眼镜可以是基于VR的智能眼镜也可以是基于AR的智能眼镜，在此不做具体限定。
在某些实施例中，所述显示***可以包括第一显示器D3，所述第一显示器D3设置在所述反射镜组101一侧。
具体地，如图6(a)所示，该第一显示器D3可以是设置在所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6相邻的一侧；或是如图6(b)所示，设置在曲面反射镜组的第二光焦度反射面相邻的一侧。
其中，该第一显示器D3可以是LCD显示器、OLED显示器等，用于产生入射光线。
在某些实施例中，如图6(c)，所示所述显示***包括第二显示器D4和照明组件Q2，所述照明组件Q2和所述第二显示器D4分设于所述反射镜组101两侧。
其中，该照明组件可以是由一个或多个LED构成的任意形状的照明组件，也可以是能够用于照明的其它照明装置组成的照明组件，在此不做具体限定。
所述照明组件Q2出射的光透过所述反射镜组101后照射到所述第二显示器D4上以点亮所述第二显示器D4。
由于第二显示器为基于反射模式的显示器，例如，可以是LCOS显示器。因此无法独立发光，因此需要对该第二显示器进行独立配光，可通过发射自然光的照明组件将产生的自然光照射至该第二显示器上，基于第二显示器D4的反射原理点亮该第二显示器从而产生入射光线。
所述第二显示器D4可以是设置于所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6相邻的一侧，所述照明组件Q2设置于所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7相邻的一侧，其中所述第一偏振反射棱镜1011的入光面S6与所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7相对设置。
所述第二偏振反射棱镜1012的入光面S7，用于将照明组件Q2产生的至少部分自然光线透射至所述第一偏振反射棱镜1011的偏振反射面S4。至少部分来自偏振反射面S4的自然光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面S6透射至第二显示器D4并点亮该第二显示器D4，以使该第二显示器D4产生入射光线。
本实施例保护了一种智能眼镜，该智能眼镜包括上述光学***的结构及显示***结构，可以进一步减小智能眼镜的体积和重量，获得更加紧凑化，轻量化的智能眼镜。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种光学***，其特征在于，包括具有光焦度反射面的反射镜组以及自由曲面棱镜组，所述自由曲面棱镜组包括成像棱镜；
所述反射镜组的光焦度反射面，用于至少将部分入射光线反射至所述成像棱镜的第一入光面；
所述第一入光面，用于透射至少部分所述入射光线至所述成像棱镜的第二入光面；
所述第二入光面，用于反射至少部分来自所述第一入光面的光线至所述成像棱镜的第三入光面；
所述第三入光面，用于反射至少部分来自所述第二入光面的光线至所述成像棱镜的出光面；
其中，在所述第三入光面之前的光程上形成有中间像面。
2.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述反射镜组包括第一偏振反射棱镜以及与所述第一偏振反射棱镜胶合的第二偏振反射棱镜；其中，所述第一偏振反射棱镜包括偏振反射面及第一光焦度反射面；
所述入射光线经所述第一偏振反射棱镜的入光面进入所述第一偏振反射棱镜；
至少部分所述入射光线被所述偏振反射面反射至所述第一偏振反射棱镜的第一光焦度反射面；
至少部分来自所述第一光焦度反射面的所述入射光线被所述第一光焦度反射面反射并透过所述第二偏振反射棱镜后出射。
3.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述反射镜组包括具有第二光焦度反射面的曲面反射镜。
4.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，还包括由至少一个透镜组成的投影镜组；
至少部分所述反射镜组的光焦度反射面反射的所述入射光线经所述投影镜组透射后出射至所述成像棱镜的第一入光面。
5.根据权利要求4所述的光学***，其特征在于，所述投影镜组与所述成像棱镜之间的光程上产生所述中间像面。
6.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述第三入光面的水平方向曲率与垂直方向曲率不同。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光学***，其特征在于，所述光学***还包括与所述成像棱镜胶合的补偿棱镜；
所述补偿棱镜用于接收环境光线，并将至少部分所述环境光线透射至所述成像棱镜的所述第三入光面；
至少部分来自所述第三入光面的所述环境光线通过所述成像棱镜的出光面出射。
8.根据权利要求7所述的光学***，其特征在于，
所述第二入光面与所述第三入光面为所述成像棱镜的两个相对面；
所述补偿棱镜与所述第三入光面胶合。
9.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，
由人眼至所述中间像面的沿水平边缘视场的至少部分入射光线在水平方向的第一投影与沿水平中央视场的至少部分入射光线在水平方向的第二投影未发生交叉。
10.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括光学***以及显示***，其中所述光学***采用如权利要求1-8任一项所述的光学***；
所述显示***用于产生所述入射光线。
11.根据权利要求10所述的头戴显示设备，其特征在于，
所述显示***包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，
所述显示***包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；
所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。
12.一种智能眼镜，其特征在于，所述智能眼镜包括光学***和显示***；其中，
所述光学***采用如权利要求7或8所述的光学***；
所述显示***用于产生所述入射光线；
所述显示***包括第一显示器，所述第一显示器设置在所述反射镜组一侧；或者，
所述显示***包括第二显示器和照明组件，所述照明组件和所述第二显示器分设于所述反射镜组两侧；
所述照明组件出射的光透过所述反射镜组后照射到所述第二显示器上以点亮所述第二显示器。
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