本實用新型涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，隨著科技的不斷發(fā)展，頭戴顯示器進入民用市場，越來越多的人開始使用此類產(chǎn)品，通過頭戴顯示器中的目鏡系統(tǒng)享受浸入式的視覺體驗。但是，在目前市面上的頭戴顯示器的目鏡系統(tǒng)設(shè)計方案中，人眼僅能觀看到顯示屏發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后形成的像，功能較為單一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備，以解決現(xiàn)有目鏡系統(tǒng)功能單一的問題。

為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一方面，本實用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)，該目鏡系統(tǒng)包括：發(fā)光屏幕、圖像傳感器、菲涅爾透鏡組和濾光片，所述發(fā)光屏幕相對光路光闌的中心線平行設(shè)置，所述菲涅爾透鏡組相對所述發(fā)光屏幕傾斜設(shè)置，相對所述菲涅爾透鏡組所述濾光片設(shè)置在靠近外界環(huán)境的一側(cè)，而所述圖像傳感器設(shè)置在靠近光路光闌的一側(cè)；

所述發(fā)光屏幕，用于發(fā)出攜帶有圖像信息的入射光；

所述菲涅爾透鏡組，用于將所述發(fā)光屏幕發(fā)射的入射光反射至人眼中，同時將人眼的漫反射光反射至圖像傳感器中，以及將濾光片透射過來的外界環(huán)境光投射到人眼中；

所述濾光片，用于控制外界環(huán)境光的進光量；

所述圖像傳感器，用于接收所述菲涅爾透鏡組反射過來的人眼漫反射光，根據(jù)人眼漫反射光生成人眼圖像，并對生成的人眼圖像進行識別，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整所述濾光片的進光量。

優(yōu)選地，所述菲涅爾透鏡組包括第一菲涅爾鏡片和第二菲涅爾鏡片；

所述第一菲涅爾鏡片具有面向光路光闌的第一表面和面向濾光片的第二表面，所述第一表面為菲涅面，所述第二表面為平面，所述第一菲涅爾鏡片的反射率和透過率均為50％；

所述第二菲涅爾鏡片具有面向光路光闌的第三表面和面向濾光片的第四表面，所述第三表面為平面，所述第四表面為菲涅面，所述第二菲涅爾鏡片的透過率為100％。

優(yōu)選地，所述第一菲涅爾鏡片的第二表面與所述第二菲涅爾鏡片的第三表面膠合，構(gòu)成雙膠合結(jié)構(gòu)；或者，所述第一菲涅爾鏡片和所述第二菲涅爾鏡片一體加工成型。

優(yōu)選地，所述濾光片包括至少兩個折疊在一起的偏振片，其中至少有一個偏振片可轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，所述圖像傳感器具體用于對人眼圖像進行識別，得到瞳孔口徑變化信息和/或眼球轉(zhuǎn)動信息；

在識別到所述瞳孔口徑變小，或所述眼球轉(zhuǎn)動頻率變大時，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片，使所述至少兩個偏振片的偏振方向趨近不同，以減少外界環(huán)境光的進光量；

在識別到所述瞳孔口徑變大，或所述眼球轉(zhuǎn)動頻率變小時，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片，使所述至少兩個偏振片的偏振方向趨近相同，以增大外界環(huán)境光的進光量。

優(yōu)選地，所述發(fā)光屏幕為LCOS屏幕或DLP屏幕。

優(yōu)選地，所述菲涅爾透鏡組為亞克力材質(zhì)。

另一方面，本實用新型還提供了一種頭戴顯示設(shè)備，包括對稱的左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)，所述左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)采用上述技術(shù)方案提供的目鏡系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述頭戴顯示設(shè)備為增強現(xiàn)實設(shè)備。

本實用新型實施例的有益效果是：1、本實用新型的目鏡系統(tǒng)僅由發(fā)光屏幕、菲涅爾透鏡組、濾光片和圖像傳感器四種光學(xué)元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點；2、在設(shè)計過程中，通過傾斜設(shè)置菲涅爾透鏡組，并合理安排發(fā)光屏幕、濾光片和圖像傳感器，使目鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、減少目鏡系統(tǒng)的體積；3、在設(shè)計過程中，通過采用對通光口徑限制更小的菲涅爾透鏡組替代傳統(tǒng)的球面反射鏡，以進一步節(jié)省設(shè)計空間并獲得較大的視場角。

基于本使用新型的設(shè)計方案能夠在滿足目鏡系統(tǒng)輕量化、小型化、大視場角的要求下，實現(xiàn)具有增強現(xiàn)實功能的目鏡系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的目鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型提供的基于菲涅爾透鏡組的光路示意圖；

圖3為本實用新型提供的具有一個菲涅爾鏡片的菲涅爾透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型提供的具有兩個菲涅爾鏡片的菲涅爾透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型提供的具有兩個偏振偏的濾光片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6a為圖5中兩個偏振片的第一狀態(tài)示意圖；

圖6b為圖5中兩個偏振片的第二狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細(xì)描述。

實施例一：

圖1為本實施例提供的目鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該目鏡系統(tǒng)包括：發(fā)光屏幕101、圖像傳感器103、菲涅爾透鏡組102和濾光片104，發(fā)光屏幕101相對光路光闌105的中心線平行設(shè)置，菲涅爾透鏡組102相對發(fā)光屏幕傾斜設(shè)置，濾光片104相對菲涅爾透鏡組102設(shè)置在靠近外界環(huán)境的一側(cè)，圖像傳感器103相對菲涅爾透鏡組102設(shè)置在靠近光路光闌105的一側(cè)；

發(fā)光屏幕101，用于發(fā)出攜帶有圖像信息的入射光；

菲涅爾透鏡組102，用于將發(fā)光屏幕101發(fā)射的入射光反射至人眼中，同時將人眼的漫反射光反射至圖像傳感器103中，以及將濾光片104透射過來的外界環(huán)境光投射到人眼中；

濾光片104，用于控制外界環(huán)境光的進光量；

圖像傳感器103，用于接收菲涅爾透鏡組102反射過來的人眼漫反射光，根據(jù)人眼漫反射光生成人眼圖像，并對生成的人眼圖像進行識別，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整濾光片104的進光量。

可見，圖1中的目鏡系統(tǒng)包含三個光路：

光路1：光線由發(fā)光屏幕發(fā)出，經(jīng)過菲涅爾透鏡組，菲涅爾透鏡組的有效面將光線以合適的角度反射至人眼中，最終在人眼前形成一個正立、放大的虛像。

光路2：發(fā)光屏幕發(fā)出的光線照亮了人眼，人眼的漫反射光經(jīng)過菲涅爾透鏡組的非有效面反射后進入圖像傳感器，圖像傳感器根據(jù)人眼漫反射光生成人眼圖像，識別人眼信息。

光路3：外界環(huán)境光依次透過濾光片和菲涅爾透鏡組后進入人眼。

其中，由于菲涅爾透鏡通過將透鏡劃分出為一系列理論上無數(shù)多個同心圓紋路，其表面上呈現(xiàn)出環(huán)形的鋸齒結(jié)構(gòu)，本實施例將鋸齒結(jié)構(gòu)中能夠?qū)l(fā)光屏幕發(fā)出的光線反射至人眼中的一面定義為有效面，能夠?qū)⑷搜鄣穆瓷涔夥瓷渲翀D像傳感器中的一面定義為非有效面。如圖2所述，圖2為本實施例提供的基于菲涅爾透鏡組的光路示意圖，菲涅爾透鏡組的鋸齒結(jié)構(gòu)的有效面1021將光屏幕發(fā)出的光線反射至人眼中，鋸齒結(jié)構(gòu)的非有效面1022將人眼的漫反射光反射至圖像傳感器中。

本實施例提供了一種具有增強現(xiàn)實功能的目鏡系統(tǒng)，該目鏡系統(tǒng)僅由發(fā)光屏幕、菲涅爾透鏡組、濾光片和圖像傳感器四種光學(xué)元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點；在設(shè)計過程中，本實施例一方面，通過傾斜設(shè)置菲涅爾透鏡組，并合理安排發(fā)光屏幕、濾光片和圖像傳感器，使目鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、減少目鏡系統(tǒng)的體積；另一方面通過采用對通光口徑限制更小的菲涅爾透鏡組替代傳統(tǒng)的球面反射鏡，以進一步節(jié)省設(shè)計空間并獲得較大的視場角，基于本實施例的設(shè)計方案能夠在保證目鏡系統(tǒng)輕量化、小型化、大視場角的情況下，實現(xiàn)具有增強現(xiàn)實功能的目鏡系統(tǒng)。

需要說明的是，本實施例中的菲涅爾透鏡組可以包括一個菲涅爾鏡片，也可以包括兩個或者多個菲涅爾鏡片；當(dāng)菲涅爾透鏡組只包括一個菲涅爾鏡片時，如圖3所示，菲涅爾透鏡組只包括菲涅爾透鏡102’，菲涅爾透鏡102’對濾光片透射過來的外界環(huán)境光產(chǎn)生屈光現(xiàn)象，影響人眼光看發(fā)光屏幕所成的虛像。

本實施例的一個實現(xiàn)方案中，如圖4所示，菲涅爾透鏡組102包括第一菲涅爾鏡片L1和第二菲涅爾鏡片L2；

第一菲涅爾鏡片L1具有面向光路光闌的第一表面S1和面向濾光片的第二表面S2，第一表面S1為菲涅面，第二表面S2為平面；第二菲涅爾鏡片L2具有面向光路光闌的第三表面S3和面向濾光片的第四表面S4，第三表面S3為平面，第四表面S4為菲涅面。

需要說明的是，為實現(xiàn)目鏡系統(tǒng)的增強現(xiàn)實功能，要求本實現(xiàn)方案中的第一菲涅爾鏡片為半反半透的鏡片，第二菲涅爾鏡片為高透過率的鏡片；優(yōu)選地，第一菲涅爾鏡片L1的反射率和透過率均為50％，第二菲涅爾鏡片L2的透過率為100％。

其中，第一菲涅爾鏡片L1的第二表面S2與第二菲涅爾鏡片L2的第三表面S3膠合，構(gòu)成雙膠合結(jié)構(gòu)；或者，第一菲涅爾鏡片L1和第二菲涅爾鏡片L2一體加工成型。

在本實施例的另一個實現(xiàn)方案中，濾光片104包括至少兩個折疊在一起的偏振片，其中至少有一個偏振片可轉(zhuǎn)動。

圖像傳感器103對人眼圖像進行識別，得到瞳孔口徑變化信息和/或眼球轉(zhuǎn)動信息；在識別到瞳孔口徑變小，或眼球轉(zhuǎn)動頻率變大時，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片，使至少兩個偏振片的偏振方向趨近不同，以減少外界環(huán)境光的進光量；在識別到瞳孔口徑變大，或眼球轉(zhuǎn)動頻率變小時，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片，使至少兩個偏振片的偏振方向趨近相同，以增大外界環(huán)境光的進光量。

示例地，圖5為本實用新型提供的具有兩個偏振偏的濾光片結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，濾光片104包括兩個折疊在一起的偏振片1041、1042，假設(shè)偏振片1042可轉(zhuǎn)動。

圖6a為兩個偏振片的第一狀態(tài)示意圖，圖6b為兩個偏振片的第二狀態(tài)示意圖，其中當(dāng)兩個偏振片處于第一狀態(tài)時，濾光片的進光量最大，當(dāng)兩個偏振片處于第一狀態(tài)時，濾光片的進光量最小。

具體的，在圖像傳感器103對人眼圖像進行識別時，如果識別到瞳孔口徑變小，或眼球轉(zhuǎn)動頻率變大，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片1042，使兩個偏振片的偏振方向趨近不同，即將兩個偏振片由第一狀態(tài)向第二狀態(tài)調(diào)整，以減少外界環(huán)境光的進光量；如果識別到瞳孔口徑變大，或眼球轉(zhuǎn)動頻率變小，調(diào)整可轉(zhuǎn)動的偏振片1042，使兩個偏振片的偏振方向趨近相同，即將兩個偏振片由第二狀態(tài)向第一狀態(tài)調(diào)整，以增大外界環(huán)境光的進光量。

優(yōu)選地，本實施例的發(fā)光屏幕為LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅)屏幕或DLP(Digital Light Processing，數(shù)字光處理)屏幕，菲涅爾透鏡組為亞克力材質(zhì)。

實施例二：

基于與實施例一相同的實用新型構(gòu)思，本實施例提供了一種頭戴顯示設(shè)備，該頭戴顯示設(shè)備，包括對稱的左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)，左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)采用實施例一中的目鏡系統(tǒng)。

優(yōu)選地，該頭戴顯示設(shè)備為增強現(xiàn)實設(shè)備。

本實施例通過在頭戴設(shè)備中設(shè)置應(yīng)用上述左、右眼目鏡系統(tǒng)，給使用者更為完美的視覺體驗。

綜上所述，本實用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備，本實用新型的目鏡系統(tǒng)僅由發(fā)光屏幕、菲涅爾透鏡組、濾光片和圖像傳感器四種光學(xué)元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點；在設(shè)計過程中，本實用新型一方面通過傾斜設(shè)置菲涅爾透鏡組，并合理安排發(fā)光屏幕、濾光片和圖像傳感器，使目鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、減少目鏡系統(tǒng)的體積；另一方面通過采用對通光口徑限制更小的菲涅爾透鏡組替代傳統(tǒng)的球面反射鏡，以進一步節(jié)省設(shè)計空間并獲得較大的視場角。基于本使用新型的設(shè)計方案能夠在滿足目鏡系統(tǒng)輕量化、小型化、大視場角的要求下，實現(xiàn)具有增強現(xiàn)實功能的目鏡系統(tǒng)。

為了便于清楚描述本實用新型實施例的技術(shù)方案，在實用新型的實施例中，采用了“第一”、“第二”等字樣對功能和作用基本相同的相同項或相似項進行區(qū)分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解“第一”、“第二”等字樣并不對數(shù)量和執(zhí)行次序進行限定。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。