本發明涉及光學，尤其涉及一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統。

背景技術：

1、由于現代生活方式的改變，電子產品廣泛使用、學習壓力增大以及戶外活動時間減少等因素，導致兒童和青少年近視發生率逐年上升且呈低齡化、高度近視化趨勢。全球近視人數增長迅速，中國學生近視發病人數更是位居世界之首，近視防控成為社會關注焦點。而離焦讀寫臺作為創新近視防控產品，市場前景廣闊，有龐大的潛在客戶群體。

2、然而，現有具有離焦功能的讀寫臺通過雙曲面鏡同時實現遠像和離焦功能，曲面反射鏡的體積大、重量大，并且離焦區域的圖像亮度不一致。另外，曲面反射鏡的自由度有限，難以實現離焦量的自由調整，所以此類型的離焦讀寫臺體積大、復雜度高、離焦圖像亮度不均勻，難以保證良好的近視防控效果。

技術實現思路

1、本發明針對上述問題，提出一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，采用了微結構陣列實現讀寫臺的遠像功能和離焦功能，減小了系統體積和系統復雜度，并且可以靈活調控的微結構陣列結構參數能夠自由控制離焦量，實現離焦量可變、亮度均勻的離焦圖像，從而達到良好的近視防控效果。

2、為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

3、一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，該系統由變焦反射鏡和分光鏡兩部分組成；變焦反射鏡位于被觀察物體正上方，變焦反射鏡的一個面為平面，另一個面上設置有微結構陣列，且設置有微結構陣列的一面朝向被觀察物體；分光鏡位于變焦反射鏡和被觀察物體中間，并與垂直方向傾斜一定角度放置；

4、變焦反射鏡設置有微結構陣列的一面包含兩個區域，中心區域s1區和周圍邊緣區域s2區，s1區由等效焦距為f1的同心圓環微結構陣列組成，s2區由等效焦距為f1和fv的同心圓環微結構交替排布組成，fv為固定值或者隨著同心圓環微結構到圓環中心距離的不同而改變，s1區和s2區的同心圓環微結構的圓心重合，所述微結構為圓環分布的棱齒結構；

5、被觀察物體發出的光透過分光鏡到達變焦反射鏡設置有微結構陣列的一面，然后經過變焦反射鏡上等效焦距為f1的同心圓環微結構陣列的反射后到達分光鏡，隨后再被反射進入人眼，最后在人眼前方一定距離處形成一個放大的虛像；到達變焦反射鏡上等效焦距為fv的同心圓環微結構陣列的光被反射到分光鏡，隨后再被反射進入人眼，最后在人眼周邊視網膜前方形成具有一定離焦量的離焦圖像。

6、進一步地，經由所述成像系統在人眼前方形成的放大虛像距離人眼的距離d3滿足以下關系式

7、

8、其中，d0代表被觀察物體到變焦反射鏡的距離；d1代表變焦反射鏡到分光鏡的距離；d2代表分光鏡到人眼的距離；f1代表s1區微結構陣列和s2區部分微結構陣列的等效焦距。

9、進一步地，經由所述成像系統在人眼周邊視網膜前方形成的離焦圖像的離焦量d滿足以下關系式

10、

11、其中，d0代表被觀察物體到變焦反射鏡的距離；d1代表變焦反射鏡到分光鏡的距離；d2代表分光鏡到人眼的距離；fv代表s2區部分微結構陣列的等效焦距。

12、進一步地，所述棱齒結構的底角α滿足以下關系式

13、

14、其中，d1代表變焦反射鏡的中心到分光鏡中心的距離；d2代表分光鏡中心到觀看平面中心的距離；s代表光線在變焦反射鏡上的入射點到變焦反射鏡中心的距離；l代表觀看位置距離觀看平面中心的距離。

15、進一步地，所述s2區的同心圓環微結構排布時，一個圓環狀微結構為一組進行交替排布。

16、進一步地，所述s2區的同心圓環微結構排布時，一個微結構為一組進行交替排布。

17、進一步地，所述s2區的同心圓環微結構排布時，多個微結構為一組進行交替排布。

18、進一步地，多個微結構為一組進行交替排布時，每一組的微結構個數相同。

19、進一步地，多個微結構為一組進行交替排布時，每一組的微結構個數不相同。

20、進一步地，同一組內的微結構采用相同或不同的等效焦距，相鄰兩組的微結構采用不同的等效焦距。

21、與現有技術相比，本發明具有的有益效果：

22、本發明采用了微結構陣列實現了遠像功能和離焦功能，減小了系統體積和系統復雜度，并且可以靈活調控的微結構陣列結構參數能夠自由控制離焦量，實現離焦量可變、亮度均勻的離焦圖像，從而達到良好的近視防控效果。

技術特征：

1.一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，該系統由變焦反射鏡和分光鏡兩部分組成；變焦反射鏡位于被觀察物體正上方，變焦反射鏡的一個面為平面，另一個面上設置有微結構陣列，且設置有微結構陣列的一面朝向被觀察物體；分光鏡位于變焦反射鏡和被觀察物體中間，并與垂直方向傾斜一定角度放置；

2.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，經由所述成像系統在人眼前方形成的放大虛像距離人眼的距離d3滿足以下關系式

3.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，經由所述成像系統在人眼周邊視網膜前方形成的離焦圖像的離焦量d滿足以下關系式

4.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，所述棱齒結構的底角α滿足以下關系式

5.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，所述s2區的同心圓環微結構排布時，一個圓環狀微結構為一組進行交替排布。

6.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，所述s2區的同心圓環微結構排布時，一個微結構為一組進行交替排布。

7.根據權利要求1所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，所述s2區的同心圓環微結構排布時，多個微結構為一組進行交替排布。

8.根據權利要求7所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，多個微結構為一組進行交替排布時，每一組的微結構個數相同。

9.根據權利要求7所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，多個微結構為一組進行交替排布時，每一組的微結構個數不相同。

10.根據權利要求6-9任一所述的一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，其特征在于，同一組內的微結構采用相同或不同的等效焦距，相鄰兩組的微結構采用不同的等效焦距。

技術總結
本發明公開一種離焦量可變的周邊視區離焦成像系統，由變焦反射鏡和分光鏡組成；變焦反射鏡位于被觀察物體正上方，設置有微結構陣列的一面朝向被觀察物體；分光鏡位于變焦反射鏡和被觀察物體中間，并與垂直方向傾斜一定角度放置；變焦反射鏡設置有微結構陣列的一面包含兩個區域，中心區域S1區和周圍邊緣區域S2區，S1區由等效焦距為F1的同心圓環微結構陣列組成，S2區由等效焦距為F1和Fv的同心圓環微結構交替排布組成，S1區和S2區的同心圓環圓心重合，微結構為圓環分布的棱齒結構。本發明采用微結構陣列，可以靈活調控的微結構陣列結構參數能夠自由控制離焦量，實現離焦量可變、亮度均勻的離焦圖像，從而達到良好的近視防控效果。

技術研發人員：劉琴,張博,郭俊岳,張品祥
受保護的技術使用者：河南百合特種光學研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28