[实用新型]一种棱镜、虚拟现实以及增强现实光学显示装置

说明书

技术领域

本实用新型属于虚拟现实成像光学技术领域，尤其涉及一种棱镜、虚拟现实以及增强现实光学显示装置。

背景技术

随着现代技术的发展，虚拟现实(VR)/增强现实(AR)显示相关技术也得到了飞速发展，但是作为二者重要组成部分的光学显示装置，体积却十分笨重，体验感较差，使得多数人仅仅作为尝鲜体验，最主要还是在军事及实验室内，始终无法真正面向消费电子市场。轻量化和便携性是现代设计光学显示装置的主要方向，也是难点。传统光路很难保证显示效果的同时，兼顾轻量与便携，所以很多新颖的光学系统提出解决该问题。

棱镜作为一种新型的光学系统，采用的是离轴光学系统的设计，可以对光轴进行折叠，并且使用自由曲面可以大幅降低因为光路离轴产生的大像差，单个元件集成了传统多片式透镜才能实现的光学质量，其在小型化，轻量化方面具有先天优势，越来越受到人们的关注。因此，将棱镜应用到AR、VR设备上来实现AR、VR设备小型化和轻量化已经成为了研发热点。

但是目前的AR、VR设备的设计思路多数都是采用望远镜和显微镜目镜的光学设计方式，将人眼的视角中心集中在虚拟图像的中心，使人眼的注意力会集中在虚拟图像的显示区域，但从生理的角度上，这样并不符合人眼常规视觉感受，会增加人眼观看的疲劳感与眩晕感。

因此，将棱镜应用到AR、VR设备上实现设备的小型化、轻量化的同时，能够改善用户体验，有效减轻人眼观看疲劳及眩晕感是亟需解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种棱镜和虚拟现实以及增强现实光学显示装置，具有体积小重量轻，采用更适合人眼单眼观看习惯的不对称视觉角度，有效降低视觉疲劳，提升舒适度的优点。

本实用新型提供一种棱镜，所述棱镜用于设置在像源和观看者之间，所述像源发出的光线经由所述棱镜进入到所述观看者眼中，所述棱镜包括：

第一表面、第二表面及第三表面，所述第一、第二、第三表面两两相交；

所述第一表面设置在靠近所述观看者的一侧，所述第三表面设置在靠近所述像源的一侧；

所述像源发出的光线入射至所述第三表面，由所述第三表面透射至所述第一表面，经过所述第一表面全反射后，入射至所述第二表面，经过所述第二表面的反射后，再次入射至所述第一表面，并由所述第一表面透射出去，进入到所述观看者眼中，其中：

所述第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等；

其中，所述第一视角为所述第一表面透射出去的光线中的上边缘光线与第一方向的夹角，所述第二视角为所述第一表面透射出去的光线中的下边缘光线与第一方向的夹角，所述第一方向为所述观看者人眼瞳孔的正前垂直方向。

优选的，所述第二视角度数的绝对值大于所述第一视角度数的绝对值。

优选的，所述第一视角度数的绝对值和所述第二视角度数的绝对值的差值为5～20度。

优选的，所述第一表面与所述第二表面的第一夹角小于等于40度。

优选的，所述第一表面与所述第二表面的第一夹角为25～40度。

优选的，所述第一表面的第一切平面与竖直方向的第二夹角为-15度～15 度，其中，所述第一切平面经过所述第一表面和第二表面的交线在第一坐标平面内的交点，所述第一坐标平面为垂直于水平方向和竖直方向的平面。

优选的，所述棱镜在预设空间频率内的极限MTF值大于等于0.1。

优选的，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面为自由曲面、非球面或球面。

优选的，所述第二表面的内表面镀设有全反射膜。

优选的，所述第二表面的内表面镀设有透射光学膜和反射光学膜中的至少一种。

本实用新型同时还提供一种虚拟现实光学显示装置和一种增强现实光学显示装置，包括显示屏和设置在显示屏上的棱镜，其中所述棱镜为本实用新型所提供的棱镜。

本实用新型实施例技术方案的有益效果至少包括：