CN110824710A - 一种近眼可透视头显光学*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近眼可透视头显光学***，特别是一种能够提高纵向视场角度的近眼可透视头显光学***，包括第一透镜、第二透镜与一图像显示器；第一透镜的一边与图像显示器的一侧贴合，第二透镜的一边与图像显示器的另一侧贴合，第一透镜的另一边与第二透镜的另一边贴合，第一透镜、第二透镜和图像显示器围布形成一个类三角体空间；其特征在于，图像显示器由至少两块显示单元拼接而成。有益效果在于：由至少两块显示单元拼接的图像显示器，可提高纵向视场角度，增强用户体验，在整体上FOV参数可达110～120度，甚至更高，这样就能获得更为逼真的虚实结合效果，而虚实结合效果的提高，增加沉浸感和逼真性，更加促进了增强现实技术的发展和应用。

Description

一种近眼可透视头显光学***

技术领域

本发明涉及一种近眼可透视头显光学***，特别是一种能够提高纵向视场角度的近眼可透视头显光学***。

背景技术

现阶段增强现实(Augmented Reality，简称AR)头戴显示器快速发展，为了沉浸感和大的视角，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***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。

现有中国专利CN201810050821.4，该发明提供一种近眼可透视头显光学***，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。藉由本发明所提供的近眼可透视头显光学***架构，除了可以减少光在此光学***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。

上述近眼可透视头显光学***的FOV(可视角度)可达100.8度左右，但是与人类(双眼)一般的FOV生理参数120～150度相比，还有一段距离。各公司的AR眼镜光学路线的技术研发上，都在尽量提高FOV这个技术参数。因为只有这个FOV参数与人类(双眼)一般的FOV生理参数(尽量)重合，才能获得更为逼真的虚实结合效果，而虚实结合效果会直接推进增强现实技术的发展和应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种近眼可透视头显光学***。

具体技术方案如下：

本发明公开一种近眼可透视头显光学***，包括第一透镜、第二透镜与一图像显示器；所述第一透镜的一边与所述图像显示器的一侧贴合，所述第二透镜的一边与所述图像显示器的另一侧贴合，所述第一透镜的另一边与所述第二透镜的另一边贴合，所述第一透镜、所述第二透镜和所述图像显示器围布形成一个类三角体空间；其中，所述图像显示器由至少两块显示单元拼接而成。

本发明创造提出将专利CN201810050821.4中的近眼可透视头显光学***的FOV拆分成横向FOV和纵向FOV两个指标，拆分的目的在于，在某一个横/纵任一维度上提高FOV，即可在整体上提高FOV参数。而本发明创造，即在纵向上提出了新的提高FOV的解决方案。

优选的，多块所述显示单元呈阶梯状平行错位排列拼接。

优选的，多块所述显示单元均同长度、同宽度、同厚度，多块所述显示单元固定设置在阶梯状砥块的阶梯齿处，或者，多块所述显示单元的侧边通过固定连接结构固定形成阶梯状排列拼接。

优选的，多块所述显示单元为不同长度，不同长度的多块所述显示单元在所述长度方向上的一侧对齐，按长度大小顺序排列。

优选的，多块所述显示单元，未被遮挡的部分为显示区域。

优选的，多块所述显示单元在所述长度方向上对齐的一侧与所述第二透镜的一边贴合；长度最长的所述显示单元的一侧与所述第一透镜的一边贴合。

优选的，多块所述显示单元为不同宽度，不同宽度的多块所述显示单元在所述宽度方向上的一侧对齐，按宽度大小顺序排列。

优选的，宽度最窄的所述显示单元的一侧与所述第一透镜的一边贴合，宽度最窄的所述显示单元的另一侧与其他所述显示单元抵住；宽度最宽的所述显示单元的一侧与所述第二透镜的一边贴合，宽度最宽的所述显示单元的另一侧与其他所述显示单元抵住。

优选的，每相邻的两块所述显示单元通过一预设形状的固定架进行固定，或者，每相邻的两块所述显示单元通过固定胶粘结。

优选的，所述显示单元为无边框拼接屏。

优选的，所述第一透镜与所述第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜，用以使所述图像显示器产生的影像在所述第一透镜与所述第二透镜中反射成像。

优选的，所述第一透镜具有第一表面与第二表面，所述第二透镜具有第三表面与第四表面。

优选的，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面以及所述第四表面满足下术面形方程(1)：

其中，c＝1/r0，r0为自由曲面基准面的曲率半径，k为二次曲面系数，r为入射光线的径向坐标，ai为高阶系数，

为泽尼克多项式，N为泽尼克多项式的总数，Ai为第i项泽尼克多项式的系数，ρ为归一化的半径坐标，

为归一化的角度坐标。

优选的，所述第二表面、所述第三表面以及所述第四表面应满足条件方程(2)至(4)：

其中，b是所述图像显示器发射出第一光线的发射点，b2为所述第一光线反射时与所述第三表面的交点，b1为所述第一光线反射时与所述第二表面反射时的交点；b3为所述第一光线折射时与所述第三表面的交点；a是所述图像显示器发射出第二光线的发射点，a2为所述第二光线反射时与所述第三表面的交点，a1为所述第二光线反射时与所述第二表面反射时的交点；a3为所述第二光线折射时与所述第三表面的交点。

优选的，所述第二表面和所述第三表面应满足条件方程(5)，

其中n’代表所述第一透镜或所述第二透镜的折射率。

优选的，所述第二表面与所述第三表面涂布一层半反半透膜，用以使所述图像显示器产生的影像在所述第一透镜与所述第二透镜中反射成像。

优选的，所述第一透镜与所述第二透镜是一体成型的。

优选的，所述第二表面的所述半反半透膜的反射率为20-70％，或所述第三表面的所述半反半透膜的反射率为20-70％。

优选的，所述第一透镜与所述第二透镜的材料是光学玻璃，甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚丙烯(PP)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙(Nylon)。

优选的，所述第一透镜与所述第二透镜的厚度均为1-3mm。

优选的，当所述图像显示器产生的所述影像通过所述第一透镜及所述第二透镜反射后，其在所述第一透镜的反射面将所述图像的Y轴放大和X轴放大、及在其所述第二透镜的反射面将所述图像的Y轴放大和X轴缩小。

本发明的技术方案有益效果在于：提供一种近眼可透视头显光学***，由至少两块显示单元拼接的图像显示器，可提高纵向视场角度，增强用户体验，在整体上FOV参数可达110～120度，甚至更高，这样就能获得更为逼真的虚实结合效果，而虚实结合效果的提高，增加沉浸感和逼真性，更加促进了增强现实技术的发展和应用。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1a为现有技术中，近眼可透视头显光学***的结构示意图；

图1b为现有技术中，近眼可透视头显光学***的具体实施方式的光路图(其中E指的是眼睛)；

图2为本发明的实施例的近眼可透视头显光学***的实施例一的截面示意图；

图3为本发明的实施例的近眼可透视头显光学***的实施例二的截面示意图；

图4为本发明的实施例二的近眼可透视头显光学***的图像显示器的截面示意图；

图5为本发明的实施例三的近眼可透视头显光学***的图像显示器的截面示意图；

图6为本发明的实施例四的近眼可透视头显光学***的图像显示器的截面示意图；

图7为本发明的实施例的近眼可透视头显光学***的实施例二的光路图(其中E指的是眼睛)；

图8为本发明的实施例六的近眼可透视头显光学***的实施例二的具体实施方式的光路图；

图9为本发明的实施例七的近眼可透视头显光学***的实施例二的具体实施方式的另一光路图。

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

于具体实施方式中的说明书以及说明书附图中所称的坐标系是采用笛卡尔坐标系，即三轴的(X，Y，Z)的正交坐标系，采用右旋坐标***，三个轴的方向如各个说明书附图所标示。在本发明中，将X轴的轴向称为第一方向，将Y轴的轴向称为第二方向，将Z轴的轴向称为第三方向；将Y轴和Z轴所构成的平面称为第一平面，在此将X轴和Y轴所构成的平面称为第二平面，将X轴和Z轴所构成的平面称为第三平面，坐标轴原点订在第一透镜及第二透镜的交点，如说明书附图中的编号0所示。

实施例一：

如图2所示，本发明提供一种近眼可透视头显光学***1，包括第一透镜10、第二透镜11与一图像显示器12；第一透镜10的一边与图像显示器12的一侧贴合，第二透镜11的一边与图像显示器12的另一侧贴合，第一透镜10的另一边与第二透镜11的另一边贴合，第一透镜10、第二透镜11和图像显示器12围布形成一个类三角体空间；其中，图像显示器12由至少两块显示单元120拼接而成。

通过上述近眼可透视头显光学***的技术方案，该近眼可透视头显光学***1，包括第一透镜10、第二透镜11与图像显示器12，其中图像显示器由至少两块显示单元120进行拼接，显示单元120为无边框拼接屏，多块显示单元120未被遮挡的部分为显示区域。其中，多块显示单元120可以是由液晶类屏幕(例如LCD，OLED，AMOLED或是LED)、LCOS类屏幕或是CMOS类屏幕等形成。多块显示单元120组成的投影/显示屏幕的总面积可以是5吋到7吋的范围，最佳的是1.5吋到3吋的范围，但本发明并不加以限制，只要锁定显示单元120在平行平面上看起来能覆盖第一透镜10与第二透镜11所构成的开口端即可。多块显示单元120还具有预处理的功能，例如通过显示单元120的软件，用以控制影像产生的数量，与控制影像中不同像素的放大倍率，以使影像在用户眼睛中的视网膜看到的桶形畸变与梯形畸变被消除，对于这些功能，本发明并不加以限制。

例如，如图2所示，显示单元120可以选用两块，两块显示单元120组成的图像显示器12的纵向视角为β；又如图3所示，显示单元120可以选用三块，三块显示单元120组成的图像显示器12的纵向视角为γ；并且结合现有技术中图1a、1b可知，采用一块显示单元120组成的图像显示器12的纵向视角为α，相比之下，得出结论为，γ＞β＞α，即采用多块显示单元120呈阶梯状平行错位排列拼接形成的图像显示器12，该拼接方式可以提高纵向视场角度，增强用户体验。多少块显示单元进行拼接，本发明并不加以限制。在上述技术方案中，多块显示单元120的拼接方式的具体实施方式如下：

实施例二：

如图4所示，在一种较优的实施方式中，多块显示单元120均同长度、同宽度、同厚度，多块显示单元120固定设置在阶梯状砥块的阶梯齿处，或者，多块显示单元120的侧边通过固定连接结构固定形成阶梯状排列拼接。

在该实施例中定义的长度、宽度、厚度可以理解为传统立方体中的长、宽、高，多块显示单元120可以选择至少两块，例如选择两块或三块等等，在该实施例中以三块显示单元120的拼接方式进行说明，如图4所示，选用同长度、同宽度、同厚度的三块显示单元120，在截面图图4中，靠近于第一透镜10的显示单元120的下部且朝向第二透镜11的点与靠近于第二透镜11的显示单元120的上部且朝向第一透镜10的点贴合，三块显示单元120分别与第一透镜10、第二透镜11围布形成一个类三角体空间，其光路图如图7所示。需要说明的是，在截面图图4中观察为三块显示单元120之间是点与点的贴合，在结构示意图中，三块显示单元120之间是边与边的贴合。

上述三块显示单元120的固定方式分为两种，第一种方式是每相邻的两块显示单元120可以通过预设形状的固定架进行固定，例如选用具有与显示单元120同长度、同宽度、同厚度的固定架，分别对三块显示单元120进行固定；比如阶梯型固定块作为固定架来实施显示单元的背部固定；再比如阶梯型固定框架为固定架来实施显示单元的两侧固定；其固定方式可以选择现有中的技术进行固定，在此不再赘述。第二种方式是每相邻的两块显示单元120通过固定胶粘结，例如，每相邻的两块显示单元120之间的贴合的边通过固定胶粘接。

进一步地，采用该拼接排列方式可以提高纵向视场角度，增强用户体验。

实施例三：

如图5所示，在一种较优的实施例中，多块显示单元120为不同长度，不同长度的多块显示单元120在长度方向上的一侧对齐，按长度大小顺序排列。

上述技术方案中，作为较优的实施方式，多块显示单元120在长度方向上对齐的一侧与第二透镜11的一边贴合；长度最长的显示单元120的一侧与第一透镜10的一边贴合。

在该实施例中定义的长度、宽度、厚度可以理解为传统立方体中的长、宽、高，以三块显示单元120的拼接方式进行说明，选用不同长度、同宽度、同厚度的三块显示单元120，在截面图图5中，该显示单元120的长度从下至上依次增加，且三块显示单元120的另一侧与靠近第二透镜11的端部齐平，其每相邻的两块显示单元120的宽度和厚度相同。三块显示单元120分别与第一透镜10、第二透镜11围布形成一个类三角体空间。需要说明的是，在截面图图5中观察为三块显示单元120之间是边与边的贴合，这样便于对齐和组装，在结构示意图中，三块显示单元120之间是面与面的贴合，在前的显示单元120阻挡了在后的显示单元120的显示；或者被阻挡的显示单元120可不用于显示。

上述三块显示单元120的固定方式分为两种，第一种方式是每相邻的两块显示单元120可以通过预设形状的固定架进行固定，例如选用具有与显示单元120同宽度、同厚度，且长度从下至上依次增加的固定架，分别对三块显示单元120进行固定，其固定方式可以选择现有中的技术进行固定，在此不再赘述。第二种方式是每相邻的两块显示单元120通过固定胶粘结，例如，每相邻的两块显示单元120之间的接触面通过固定胶粘接。

进一步地，采用该拼接排列方式可以提高纵向视场角度，增强用户体验。

实施例四：

如图6所示，在一种较优的实施例中，多块显示单元120为不同厚度，不同厚度的多块显示单元120在厚度方向上的一侧对齐，按厚度大小顺序排列。

上述技术方案中，作为较优的实施方式，厚度最薄的显示单元120的一侧与第一透镜10的一边贴合，厚度最薄的显示单元120的另一侧与其他显示单元120抵住；厚度最厚的显示单元120的一侧与第二透镜11的一边贴合，厚度最厚的显示单元120的另一侧与其他显示单元120抵住。

在该实施例中，定义的长度、宽度、厚度可以理解为传统立方体中的长、宽、高，以三块显示单元120的拼接方式进行说明，选用同宽度、同长度、不同厚度的三块显示单元120，在截面图图6中，该三块显示单元120拼接的图像显示器12与指向类三角体空间的外部方向齐平，且靠近第一透镜10的显示单元120的厚度小于砥近的显示单元120的厚度。三块显示单元120分别与第一透镜10、第二透镜11围布形成一个类三角体空间。需要说明的是，在截面图图6中观察为三块显示单元120之间是边与边的贴合，在结构示意图中，三块显示单元120之间是侧面与侧面的贴合。

上述三块显示单元120的固定方式分为两种，第一种方式是每相邻的两块显示单元120可以通过预设形状的固定架进行固定，例如选用具有与显示单元120同长度、同宽度，且厚度从左至右依次增加的固定架，分别对三块显示单元120进行固定，其固定方式可以选择现有中的技术进行固定，在此不再赘述。第二种方式是每相邻的两块显示单元120通过固定胶粘结，例如，每相邻的两块显示单元120之间的接触面通过固定胶粘接。

进一步地，采用该拼接排列方式可以提高纵向视场角度，增强用户体验。

需要说明的是，在每相邻的两块显示单元120之间的接缝处理以及通过固定胶粘接带来的差异问题可以改进工艺的方式进行克服或完善，这并不会影响本申请的技术方案以及达到的技术效果，即由工艺带来的差异可以忽略不计，在此不再赘述。

实施例五

在一种较优的实施例中，第一透镜10与第二透镜11皆为均厚的自由曲面透镜，用以使图像显示器12产生的影像在第一透镜10与第二透镜11中反射成像。

该实施例中，第一透镜10与第二透镜11分别是两个透镜(lens)，用以做为光学镜片使用，且将两者通过底部组合后，即构成一透镜组合。此外，在第一平面上(即Y轴和Z轴所构成的平面)，第一透镜10与第二透镜11所构成的透镜组合的外观，在顶部的开口端，透镜组合1a(第一透镜10与第二透镜11)，分别与图像显示器12/拼接图像显示器120，进行再组合，构成本发明的近眼可透视头显光学***。

上述技术方案中，作为较优的实施方式，第一透镜10具有第一表面100与第二表面101，第二透镜11具有第三表面110与第四表面111。

在该实施例中，这四个表面均为自由曲面，且在第一平面上，第一表面100与第二表面101的投影线段是互相平行的，第三表面110与第四表面111的投影线段也是互相平行的，此即避免光线遇到透镜时产生像差。其中，第一透镜10与第二透镜11可以选择使用光学玻璃(Optic Glass)或是高分子(Polymer)作为材料。

在该实施例中，第一透镜10与第二透镜11可以选择使用高分子的工程塑料作为材料，例如：甲基丙烯酸甲酯(即压克力，PMMA)或是聚碳酸酯(PC)或是聚丙烯(PP)或是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或是尼龙(Nylon)中的一种。

在该实施例中，为了避免第一透镜10与第二透镜11在成像时产生畸变或是球面像差，因此，在一种较佳实施方式中，第一透镜10与第二透镜11的曲面厚度都是均匀的(uniform)。例如，第一透镜10与第二透镜11曲面的厚度都是1-3mm，最佳是2.5mm。

上述技术方案中，如图2或图3所示，作为较优的实施方式，第一表面100、第二表面101、第三表面110以及第四表面111满足下术面形方程(1)：

其中，c＝1/r0，r0为自由曲面基准面的曲率半径，k为二次曲面系数，r为入射光线的径向坐标，ai为高阶系数，

为泽尼克多项式，N为泽尼克多项式的总数，Ai为第i项泽尼克多项式的系数，ρ为归一化的半径坐标，

为归一化的角度坐标。

在该实施例中，利用泽尼克多项式(Zernike Polynomials)所形成的两个反射曲面来控制z方向的光焦度，利用两个离轴的第二表面101与第三表面110相互补偿来消除影像的畸变和场曲。上述的各个参数受到各种不同光路条件下，用以决定每个参数的实际值。实际运作上，是透过光学模拟软体决定式(1)中在各种条件下的实际数值，以形成确切的第一表面100至第四表面111的形状，进而完成第一透镜10与第二透镜11的铸造。

实施例六

接着在上述显示单元拼接方案的实施例基础上，请参考图8，为本发明的近眼可透视头显光学***1的实施例二的具体实施方式的光路图，为了表示方便，本光路图仅采用近眼可透视光学***中的第一透镜10的侧视图来解说；实际上，如从+X轴往坐标原点观察第一透镜10与第二透镜11，因为两者对称性设置的关系，第一透镜10与第二透镜11是呈现重合的影像。又图8中所代表是第一光线L1与第二光线L2的光路线图，其为简化图中的光线，我们将图像显示器12的面光源，以最大视场边缘光线(第一光线L1)与最小视场边缘光线(第二光线L2)代表此面光源对于第一透镜10与第二透镜12的在第一平面上的光学行为。且图像显示器12/120发出的图像中的所有光线，在第一平面上的路径必定在第一光线L1与第二光线L2之间。在本具体实施方式中，近眼可透视头显光学***1的实际光路是由图像显示器12/120发出第一光线L1与第二光线L2后，随即进入第一透镜10与第二透镜11的光学组合中，并在第三表面110上发生第一次反射，再经过第二表面101反射后，再次经过第二透镜11的第三表面110并透射第四表面111之后，最后，第一光线L1与第二光线L2可以进入至用户眼睛E。此时，第二表面101与第三表面110都是半反半透面。为了达成上面所述的光路径，在光学模拟时，除了需要先符合式(1)，第一光线L1、第二光线L2、第二表面101与第三表面110还应该满足式(2)至式(4)，以确认最后的第二表面101与第三表面110的形状。

上述技术方案中，作为较优的实施方式，第二表面101、第三表面110以及第四表面111应满足条件方程(2)至(4)：

其中，式(2)至式(4)中的代数Y、Z分别表示某个点在本发明之卡式坐标系下的坐标值，而各个下标表示的是各个不同的点，如图8所示，L1是第一光线，L2为第二光线。其中，b是图像显示器12发射出第一光线L1的发射点，b2为第一光线L1反射时与第三表面110的交点，b1为第一光线L1反射时与第二表面101反射时的交点；b3为第一光线L1折射时与第三表面110的交点，另外，a是图像显示器12/120发射出第二光线L2的发射点，a2为第二光线L2反射时与第三表面110的交点，a1为第二光线L2反射时与第二表面101反射时的交点；a3为第二光线L2折射时与第三表面110的交点。

需要说明的是，如图8所示的近眼可透视头显光学***1起始点的边界条件a与b是直接从光源(图像显示器12/120)计算，而背景技术起始点的边界条件是由光学***(棱镜)计算。当起始点的边界条件由光学***(棱镜)计算时，其计算出的光路与实际光路会有位移现象。而当起始点的边界条件由光源计算时，会使计算出的光路与实际光路较为贴近，因此可以让成像降低色散与畸变的机会。此外，如图8所示的近眼可透视头显光学***1的第一透镜10及第二透镜11是透明的，故使用者的眼睛可以直接透视外界。

实施例七

最后接着在上述显示单元拼接方案的实施例基础上，请参考图9，在本发明的另一具体实施方式的光路图。其中为了清晰表示角度的位置，图9是将图9的光路简化后并标上角度所形成的。

图像显示器12的所有发射出的光线，对于第二表面101的入射角，例如图9中的θmi1与θmi2要大于临界角(即式(5)所述)，才会在第二表面101上发生全反射。

其中n’代表第一透镜10或第二透镜11的折射率。

本发明的第一透镜10与第二透镜11是采用折射率大于1的透明光学材料，一方面可以通过注塑方式进行批量化加工，另一方面可以有效减轻头盔显示器的重量。在本发明的一个具体实施方式中，如果所用材料折射率n＝1.492，则所有图像显示器12发出的图像光线在第二表面101第一次反射时的入射角必须是42.2°，否则光线会有部份穿透过第二表面101，造成用户看到的影像馍糊。此第一光线L1与第二光线L2透过第二表面101的光线是用户眼睛不想要看到的光线，因为其可在第一表面100产生部份反射光并能再结合其他的环境光线后，进入用户眼睛E而造成杂散光，干扰第一光线L1与第二光线L2，造成用户眼睛E看到的影像亮度降低及影像模糊。在本发明的一具体实施方式，为了控制所有图像光线都能在第二表面101上发生全反射，必须控制第一光线L1在第二表面101上的入射角大于42.2°，这样就能控制图像显示器12发出的所有图像光线在第二表面101上能发生全反射。

需要说明的是，本发明是在现有大视场角(FOV：100.8°)的基础上如何针对性地增大纵向视场角度，具体是通过改进图像显示器12而改变纵向视场角度，进而如何增加总视场角度的具体实施方式。现有技术可以参考公开号为CN109782441A，专利名称为近眼可透视头显光学***，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种近眼可透视头显光学***，包括第一透镜、第二透镜与一图像显示器；所述第一透镜的一边与所述图像显示器的一侧贴合，所述第二透镜的一边与所述图像显示器的另一侧贴合，所述第一透镜的另一边与所述第二透镜的另一边贴合，所述第一透镜、所述第二透镜和所述图像显示器围布形成一个类三角体空间；其特征在于，所述图像显示器由至少两块显示单元拼接而成。

2.根据权利要求1所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元呈阶梯状平行错位排列拼接。

3.根据权利要求2所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元均同长度、同宽度、同厚度，多块所述显示单元固定设置在阶梯状砥块的阶梯齿处，或者，多块所述显示单元的侧边通过固定连接结构固定形成阶梯状排列拼接。

4.根据权利要求2所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元为不同长度，不同长度的多块所述显示单元在所述长度方向上的一侧对齐，按长度大小顺序排列。

5.根据权利要求4所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元，未被遮挡的部分为显示区域。

6.根据权利要求4所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元在所述长度方向上对齐的一侧与所述第二透镜的一边贴合；长度最长的所述显示单元的一侧与所述第一透镜的一边贴合。

7.根据权利要求2所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，多块所述显示单元为不同厚度，不同厚度的多块所述显示单元在所述厚度方向上的一侧对齐，按厚度大小顺序排列。

8.根据权利要求7所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，厚度最薄的所述显示单元的一侧与所述第一透镜的一边贴合，厚度最薄的所述显示单元的另一侧与其他所述显示单元抵住；厚度最厚的所述显示单元的一侧与所述第二透镜的一边贴合，厚度最厚的所述显示单元的另一侧与其他所述显示单元抵住。

9.根据权利要求4至8中任一所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，每相邻的两块所述显示单元通过一预设形状的固定架进行固定，或者，每相邻的两块所述显示单元通过固定胶粘结。

10.根据权利要求9所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述显示单元为无边框拼接屏。

11.根据权利要求1所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜，用以使所述图像显示器产生的影像在所述第一透镜与所述第二透镜中反射成像。

12.根据权利要求11所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第一透镜具有第一表面与第二表面，所述第二透镜具有第三表面与第四表面。

13.根据权利要求12所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面以及所述第四表面满足下术面形方程(1)：

其中，c＝1/r0，r0为自由曲面基准面的曲率半径，k为二次曲面系数，r为入射光线的径向坐标，ai为高阶系数，

为泽尼克多项式，N为泽尼克多项式的总数，Ai为第i项泽尼克多项式的系数，ρ为归一化的半径坐标，

为归一化的角度坐标。

14.根据权利要求12所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第二表面、所述第三表面以及所述第四表面应满足条件方程(2)至(4)：

其中，b是所述图像显示器发射出第一光线的发射点，b2为所述第一光线反射时与所述第三表面的交点，b1为所述第一光线反射时与所述第二表面反射时的交点；b3为所述第一光线折射时与所述第三表面的交点；a是所述图像显示器发射出第二光线的发射点，a2为所述第二光线反射时与所述第三表面的交点，a1为所述第二光线反射时与所述第二表面反射时的交点；a3为所述第二光线折射时与所述第三表面的交点。

15.根据权利要求12所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第二表面和所述第三表面应满足条件方程(5)，

其中n’代表所述第一透镜或所述第二透镜的折射率。

16.根据权利要求1所述的近眼可透视头显光学***，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜是一体成型的。

Images