[发明专利]一种目镜结构及增强现实系统

说明书

本发明公开了一种目镜结构，包括折射元件、第一透射元件、第二透射元件和反射元件，所述第一透射元件和第二透射元件胶合，所述第一透射元件和第二透射元件的胶合面设有半反半透膜，所述目镜结构的光路从观察侧出发依次为第一透射元件—反射元件—第一透射元件—半反半透膜—第二透射元件—折射元件。该目镜结构具有结构紧凑、低成本、易复制、大视场角的特点。

技术领域

本发明涉及一种目镜结构及增强现实系统，属于光学技术领域。

背景技术

近年来增强现实技术因其广泛的应用潜力受到越来越多人们的青睐，而光学显示作为增强现实技术的核心，直接决定了用户的体验舒适度。目前，对增强现实显示方案的研究和开发主要集中在自由曲面棱镜反射和平面光波导两个方向。这两种显示方案的加工工艺非常复杂，导致其量产性差，成本很高。目镜结构的参数包括出瞳直径(目镜在人眼瞳孔位置的光束直径)、出瞳距离(目镜靠近人眼一侧的法兰位置到人眼瞳孔的距离)、视场角、畸变等，出瞳直径、出瞳距离与视场角和畸变是相互制约的，出瞳直径和出瞳距离越大则视场角越不容易做大，畸变也会越严重。因此设计低成本的目镜结构，在保证较大的出瞳直径和出瞳距离同时增大视场角，减少畸变是需要解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种目镜结构，解决大出瞳直径和出瞳距离下视场角小，畸变严重的问题，简化结构，降低成本。

本发明的技术方案如下：一种目镜结构，包括折射元件、第一透射元件、第二透射元件和反射元件，所述第一透射元件和第二透射元件胶合，所述第一透射元件和第二透射元件的胶合面设有半反半透膜，所述目镜结构的光路从观察侧出发依次为第一透射元件—反射元件—第一透射元件—半反半透膜—第二透射元件—折射元件。

进一步的，所述折射元件的焦距f1与目镜总焦距ft的关系为：

进一步的，所述反射元件的焦距f2与目镜总焦距ft的关系为：

进一步的，所述反射元件的反射面的中心与折射元件靠近第二透射元件的面的中心间距d满足：20mm<d<28mm。

进一步的，所述折射元件为平凸透镜或弯月透镜，折射元件的材料为光学玻璃或者光学树脂。

进一步的，所述折射元件的凸面面型为非球面，所述非球面面型公式为：

其中z为非球面在坐标(x，y)处的矢高；c_x为非球面顶点沿弧矢方向的曲率，c_y为非球面顶点沿子午方向的曲率；k_x为非球面顶点沿弧矢方向的圆锥系数；k_y为非球面顶点沿子午方向的圆锥系数。

进一步的，所述第一透射元件和第二透射元件为直角透镜，所述直角透镜的材料为光学玻璃或者光学树脂，所述胶合面为直角透镜的倾斜面。

进一步的，所述反射元件为凹面反射镜，所述反射元件的材料为光学玻璃或者光学树脂或者金属。

进一步的，所述反射元件的反射面为自由曲面，所述自由曲面面型公式为：

其中z为自由曲面在坐标(x，y)处的矢高；c为自由曲面顶点处的曲率，r为坐标(x，y)的垂轴径向半径，k为自由曲面的圆锥系数，A_i为自由曲面第i阶的系数，E_i(x，y)为自由曲面的第i项；N为自由曲面的总项数，最大值为230。

本发明的另一技术方案：一种增强现实系统，包括上述目镜结构。