技术领域
[0001] 本
发明涉及一种光学系统，特别是指一种基于正离焦的近眼显示系统。
背景技术
[0002] 随着科技的发展，
电子产品的种类日益增多，电视、电脑、平板、手机以及近眼显示设备等占据了人们大部分的工作和生活，人们的用眼时间越来越长，且各种电子产品产生的光线也会对人眼造成损害。视
力问题日益普遍。
[0003] 中国是世界上近视人口最多的国家，并且是儿童近视最多的国家。有数据显示，现在的小学生，二三年级戴眼镜的达到三分之一，甚至有愈演愈烈的趋势。目前，市场上有各种各样的保护视力的方法，但是，很多保护视力的产品大多比较厚重，不方便使用和携带。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明
实施例提供一种基于正离焦的近眼显示系统，改善使用者的视力。
[0005] 具体的，一种基于正离焦的近眼显示系统，包括：图像源、第一光学面、第二光学面以及第三光学面；其中，第一光学面远离人眼的一侧表面和第二光学面靠近人眼的一侧表面涂覆有预定透反比的反射膜；所述近眼显示系统的焦距f为：18mm～23mm，可被小型化而置于人眼可佩戴的镜片内部。
[0006] 进一步的，图像源与第三光学面的距离d为19mm～22mm。
[0007] 进一步的，所述第一光学面与第二光学面均为自由曲面。
[0008] 进一步的，所述第三光学面具有正的光焦度，用于汇聚图像源的发出的光，对入射其上的光进行折射。
[0009] 进一步的，所述第一光学面左侧与图像源右侧之间
水平方向的距离为：8mm～12mm。
[0010] 本发明还提供了一种基于正离焦的近眼显示系统，包括：图像源、第一光学面、第二光学面、第三光学面以及反射镜；其中，第一光学面远离人眼的一侧表面和第二光学面靠近人眼的一侧表面涂覆有预定透反比的反射膜；所述反射镜为自由曲面，所述近眼显示系统的焦距f为：-15mm～-17mm。
[0011] 进一步的，所述图像源与反射镜的距离d1为3mm～4mm。
[0012] 进一步的，所述图像源左端与反射镜右端之间的水平距离为6mm～8mm。
[0013] 进一步的，所述图像源为微显示器或纯
光源。
[0014] 进一步的，所述图像源以阵列形式连续或者以预定间隔排布在镜片外表面；所述第一光学面、第二光学面以及第三光学面与所述图像源对应分布；
[0015] 或者，图像源以阵列形式连续或者以预定间隔排布在镜片内表面，所述反射镜、第一光学面、第二光学面以及第三光学面与所述图像源对应分布；
[0016] 所述预定间隔根据需要设定。
[0017] 采用本发明所述的近眼显示系统，近距离作业时，周围环境中的实像成像在
视网膜上，光学系统发出的图像成像在视网膜前，形成正离焦，改善使用者的视力，同时，通过对本发明光学系统的焦距、图像源与第一光学面或反射镜之间的距离设置，以及整个光学系统横向长度的设置，在实现正离焦的同时，有效控制光学系统的体积和重量，可以内置于镜片中，图像源可以置于镜片表面，便于使用和携带。
附图说明
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或
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发明的一些实施例，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。
[0019] 图1为本发明第一实施中的光学系统结构示意图；
[0020] 图2为光学系统内置于镜片时的侧视截面图；
[0021] 图3为光学系统的各表面在镜片中的连续分布示意图；
[0022] 图4、图5为光学系统的各表面在镜片中的非连续分布示意图；
[0023] 图6为光学系统的各表面在镜片中方形分布示意图；
[0024] 图7为本发明第二实施例光学系统结构示意图。
具体实施方式
[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0026] 第一实施例
[0027] 本发明方案中的基于正离焦的近眼显示系统的光学部分如图1、图2所示，其置于人眼可佩戴的镜片7内部。所述镜片7可以与标准的
矫正镜片形状相当，例如呈大致70mm的圆形，内外表面可以为球面、平面、自由曲面等需要的面型，内外表面的面型可以相同也可以相异，通过面型相异以适配屈光不正，例如近视、远视或者散光等，但是以面型相同为宜。所述近眼显示系统包括：图像源5，第一光学面2、第二光学面3以及第三光学面4，其中，图像源5位于镜片7外侧表面，即外表面。根据实际需要，图像源5为微型显示器或纯光源。
[0028] 图像源5发出的光经过第三光学面4后到达第一光学面2，经由第一光学面2反射后到达第二光学面3，由第二光学面3反射后，第二次经过第一光学面2透射，进入人眼出瞳1。
[0029] 其中，第三光学面4具有正的光焦度以用于对入射其上的光进行折射，以使图像源发出的发散的图像光进行汇聚，第二光学面3靠近人眼的一侧覆有一定透反比的反射膜，所述透反比的比例根据需要设定。第一光学面2朝向第二光学面的一侧覆有预定透反比的反射膜，所述透反比的比例可以根据需要设定。第一光学面2、第二光学面3以及第三光学面4的面型可以为球面、非球面或者自由曲面等，为便于加工，可采用非球面，为更好的显示效果，可采用自由曲面。
[0030] 由于眼球的轴对称属性，实现正离焦优选的方式为使第一光学面2(未示出)、第二光学面3以及第三光学面4连续排布在镜片7内部，形成环状，以从镜片的外表面向内表面方向大致呈如图3所示；或者，可变换的方式，第一光学面、第二光学面以及第三光学面以预定间隔均匀排布在镜片7内，绕环状分布，如图4、图5所示，所述预定间隔可以根据需要设定，不限于此的，所述排布也可以为其他预设的形状，例如方形，如图6所示，所述方形的长度根据需要设置。相应的，图像源5被置于镜片7远离人眼的一侧表面，即外表面的周围，可以是微型显示器如microlcd、OLED型，也可以是纯光源，如LED发光颗粒，图像源5以对应的环形连续或者阵列方式连续排布在镜片7周围，朝向镜片7方向发出图像光。
[0031] 所述近眼显示系统的焦距f为：18mm～23mm，其水平方向长度，即第一光学面左侧与图像源右侧之间在水平方向的长度范围为8mm～12mm，图像源1与第三光学面4之间的距离d为19mm～22mm。在此焦距范围和距离范围内，当人眼近距离作业时，人眼看到的真实环境中的物体会成像在视网膜上，由图像源5发出的光而成的虚像会成像在视网膜前，两者形成正离焦，此时，眼睛为了适应位于视网膜上和视网膜前的两个成像，会自适应缩短眼轴长度，从而减轻因眼轴拉长而造成的近视。本发明实施例中的近眼显示系统内置于镜片7，整体比较轻薄，方便携带和使用。
[0032] 下面是本发明所述的第一实施例的一组设计数据，如表1、表2所示，其中，第一光学面2的面型为非球面，第二光学面3和第三光学面4的面型为自由曲面。
[0033] 表1
[0034] 表面编号 表面类型 偏心类型 半径1 球面 无 无限
2 非球面 偏心和回归 -200
3 自由曲面 全局坐标 -73
4 自由曲面 全局坐标 -19
5 球面 全局坐标 无限
[0035] 表2：偏心数据
[0036]表面编号 全局坐标参考表面 Y偏心 Z偏心 Alpha倾斜
2 1 0 17 0
3 1 6 21 -20
4 1 16 20 50
5 物面 -14 0 133
[0037] 本领域技术人眼可以理解的，上述设计数据仅是本发明实施例的一组示例，并不用于限定本发明，只要符合本发明设计的方案都在本发明的保护范围之内。
[0038] 第二实施例
[0039] 与第一实施例不同的是，为进一步减少镜片7的厚度和体积，本发明所述的近眼显示系统进一步包括反射镜6，如图7所示的，图像源5位于镜片7内表面，其发光面朝向镜片7的外表面方向，相外表面发出图像光，反射镜将接收的图像源5的光线反射进第三光学面4，经由第三光学面4后到达第一光学面2，通过第一光学面2反射后，到达第二光学面3，然后再次经过第一光学面2，到达人眼的出瞳1。
[0040] 具体的，第三光学面4用于对入射其上的光进行约束，第二光学面3靠近人眼的一侧覆有预定透反比的反射膜，所述透反比的比例根据需要设定。第一光学面2朝向第二光学面的一侧覆有预定透反比的反射膜，所述透反比的比例根据需要设定。第一光学面2、第二光学面3以及第三光学面4的面型可以为球面、非球面或者自由曲面等，为便于加工，可采用非球面，为更好的显示效果，可采用自由曲面。
[0041] 图像源5以环形阵列方式连续排布在镜片7内表面周围，相应的，反射镜6、第一光学面2、第二光学面3以及第三光学面4也连续排布；或者在镜片7上以预定间隔均匀排布，所述间隔根据需要设定。不限于此的，所述排布也可以为其他预设的形状，例如方形。通过反射镜进行的方式可以延长光路，进一步减小镜片的厚度。
[0042] 本实施例中，所述近眼显示系统的焦距f为：-15mm～-17mm，图像源5与反射镜之间的距离d1为3mm～4mm。本发明实施例在水平方向的长度，即图像源5左端与反射镜右端之间的水平距离为6mm～8mm，在此焦距范围和距离范围内，当人眼近距离作业时，人眼看到的真实环境中的物体会成像在视网膜上，虚像会成像在视网膜前，形成正离焦。
[0043] 下表是第二实施例的一组设计数据，如表3、表4所示：其中，第一光学面2的面型为非球面，第二光学面3和第三光学面4以及反射镜6的面型为自由曲面。
[0044] 表3
[0045] 表面编号 表面类型 偏心类型 半径1 球面 无 无限
2 非球面 偏心和回归 -200
3 自由曲面 全局坐标 -74
4 自由曲面 全局坐标 -19
5 球面 全局坐标 无限
6 自由曲面 全局坐标 -110
[0046] 表4：偏心数据
[0047]
[0048] 本领域技术人眼可以理解的，上述设计数据仅是本发明实施例的示例，并不用于限定本发明，只要符合本发明设计的方案都在本发明的保护范围之内。
[0049] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
