TW214580B - - Google Patents

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214580 A6 B6 五、發明説明（工） 本發明背景 本發明一般言與光學虛像顯示系統有閼，尤其與一超 緊密，寬视野之虛像顯示系統有關。虛像顯示器（VID)， 譬如抬頭式顯示器（HUD)及護盔裝置式顯示器（HMD)，一 般包a —結合器與一中韁組。與抬頭式頸示器有關之舊法 大致可分成二類：一顯示器具有（1) 一結合器與一全折射 中縐組，或（2 ) —結合器與—凸面反射中韁組。於狀況（工） ，該結合器不對稱幾何形狀之影饗由該折射中繼所復原。 一般言’該影像品質被嚴重妥協。於狀況（2)，通稱之望 遠鏡光學形式限制可用之视野。此等缺失由本發明所克服 Ο <請先閱tr背面之：i.項再填寫本頁) -裝 經 濟 部 中 央 標 準 貝 工 消 合 作 社 印 製 更明確說，與抬頭式 之相關舊法如下說明。此 下。 一典型之習用抬頭式 於美國專利第3,940,204 Systems Utilizing Wi thrington 〇 此一光學 合器，一中繼組，及一陰 示之資訊首先由一中繼組 一步由該結合器中繼至一 光學設計形式具有以下優 為甚小° (2)該中繼組擴 器中繼該中.繼組内部之目 顒示器與護盔裝置式頸示器有閼 等嚿法顒示器之缺點於亦综述如 頸示器或護盔裝置式顯示器揭示 號’標題為"Optical Display Holographic Lenses"，授與 系統包括三個次棋组：一全像結 極射線管（CRT )。於該crt上顒 中繼，以形成一中間影像，而進 觀察者前方之舒適位置處。此— 點：（1)該中縐組容許CRT尺寸 大重疊视野之區域。（3)該結合 视區（曈孔），故此，中繼組之尺 訂 線 3 214580

五、發明說明（2 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 寸相當小。 而此光學系统之一顒著缺點為與全像結合器相 f曲肖。結合器由於视線變曲導致之像差，經常限 制影像之°。質與光學系統之大小。爲補償及減少像差，— 採取一個成。十步冑：⑴對中繼組之光學元件施以傾斜 與偏離中…W提供像差補償；（2)使用歪像光學元件譬 如複鏡與圓柱形透鏡，供像差平衡使用；（3)減少結合器 之勞曲角’以使結合器導入之像差減至最少。不幸地，此 等技術造成一较小之可用视野與较小之视野重疊。 其他與虛像頭示系統及相關技術有關之專利揭示於美 國專利弟4,669,810號’標題為nDiSpj_ay system11，授與

Wood;美國專利第4， 740，780號，標題為"Head-Up

Display For Automobile"，授與 Brown等人；美國專利第 3,697,154 號’標題爲"Optical Viewing System"，授與 Johnson;美國專利第 3,723,805號，禪題烏"distortion Correction System"，授與 Scarpino等人；美國·專利第 4, 042,957 號，標題爲"Display Systems"，授與 Ellis ; 美國專利第 3，784，742號，標題為"GroundBased Flight Simulating Apparatus"，授與 Burnham等人；美 @ 專利第 4， 294，515號， 標題為"Virtual Image Display

Apparatus"，授與 Kaufman;美國專利第 3,549,803號，標 題爲"Virtual Image System For Training Simulator" ，授與Becht等人；美國專利第4，973，139號，標題爲 "Automotive Head-Up Display"，授與 Weihrauch等人； 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公货）4 --------------------------裝------ir------線 * (^电5?为背4)之注*事項再填寫本頁) 214580 ΛΓ) Ho 經 濟 部 中 央 標 準 工 消 費 合 社 印 製 五、發明説明（3 ) 及Yoshiyuki等人之歐洲專利申請第229，876號，標題為 "〇n~vehicle head up display device" 〇 本發明综述 烏克服習用虛像顯示系統之缺點，本發明提供一虛像 顯示（VID)光學系統，其與習用系統比较為極緊密，且具 有一寬视野。與舊法系統比较，依據本發明構成之光學系 統具有更佳之影像品質，較簡單之光學器材，為極緊密， 提供寬视野之涵蓋範®，並具有極大之视野重疊。本發明 由於其内使用簡單之光學元件，亦可甚為便宜。 於本發明，一中縐組包含一面凹面鏡與一折射次组， 後者具有至少一速鏡，在一極寬视野上提供優良之影像品 質。本光學系統亦適合於一極緊密包封内。更重要者，由 於使用一簡單之中.繼組，一顯著之成本節省被實現。 更明確說，本發明之光學虛像顯示系統逋合放大一操 作员所見一陰極射線管之影像。該系統包含一結合器與一 曲迴光中繼組，置於沿陰極射線管與該操作 徑。 該曲迴光中繼組一般包含一凹面鏡與至 凹面鏡對系統提供正光學倍牟，如此提供— 統。凹面鏡可被傾斜及（或）偏離中心，以平 生之不對稱像差。該凹面鏡可具有一軸向對 ，或-般化之表面形狀，供像差平衡使用。 器協同平衡該中繼組—折射形式所導致之视 射中繼組被傾斜及（或）偏離中心，以減少殘 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規 员問之'光學路 少一透鏡。該 緊密之光學系 衝結合器所產 稱之表面形狀 凹面鏡與結合 野曲率。該折 留之不對稱像 裝------1τ——-----^ •(-""-背而之^总菸項再塡寫本頁) Λ(ϊ 214580 五、發明説明（4 ) 差。 '••'^'^--ϋ'--'^^^'-^ι^) 簡要固說 本發明各種特色與優點參考以下詳述連同所附圖說， 可更迅速了解，其中相同之參考號碼指示相同之構造元件 ，其中： 阅1顯示一依據本發明原理之寬视野超緊密虛像顯示 系統之一例示®; 丨裝· 圊2顯示圖1虛像顒示系統之光學部分之側视固；及 阖3顒示圓1虛像頸示系統之光學部分之俯视固。 本發明詳述 本發明克服於背景部份所說明之缺乏。圏i顯示一依 據本發明原理之寬视野超緊密虛像顒示系统1〇之—例示固 ;。圖2與3分別顯示闺丄虛像顯示系统1〇之光學部分之 側视與俯视圏。虛像頚示系統10被置於一陰極射線管與 .線· 一操作员21之間，使操作員眼睛22>看見該陰極射線管 (CRT)20之一虛像 23。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 光學系统10包含二個次模組，包括一結合器u與一曲 迴光中繼組12。中繼組12為一曲迴光系統，具有—凹面鏡 13與至少一中.繼透鏡14。顯示於CRT2〇上之影像首先通遇 中繼遠鏡I4，然後由凹面鏡13再成像於中間影像平面η。 最後，結合器11將該影像中·繼於操作員眼睛22前方—舒逋 觀察姐離處。曲趣光中M組12之設計原理综述如下： 由結合器11產生之不對稱像差與扭曲主要被中墙組丄2 之凹面鏡⑽補償。為使整"統1Q之殘留像差減至最少 S⑽適用5國家標準、 砂80 —__ί:_ 五、發明説明（5 ) ’凹面知*13被傾斜及（或）偏離中心。凹面鏡丨3之正光學倍 率使整體系统1〇極緊密。凹面鏡l32Petzvai曲率平衡中 ’繼进知14之Petzvai曲率部分。結合器11與各凹面鏡13之 組合將目视區投射靠近於中·繼組13。 凹面鏡13—般組構成具有一軸向對稱表面形狀，供像 差平衡使用。或者，凹面鏡13被作成具有一般化表面形狀 ’其組構成供像差平衝使用。凹面鏡13可被傾斜及（或）偏 離中心’以滅少殘留之不對稱像差，如被箭頭16所例示。 四面鏡13與結合器11協同平衡中繼組12之中繼速鏡14之一 折射形狀導致之视野曲率。中縐組12之折射中繼透鏡14可 被傾斜及（或）偏離中心，以減少殘留之不對稱像差，如被 箭頭17所例示。 依捸本發明钕導構成之光學虛像萌示系統1〇形成一系 統，其具有良好之影像品質，簡單之光學器材，具有寬视 野之涵蓋範圓與極大之视野重吞，且烏極緊密。本系統1〇 由於使用簡單之光學元件，亦為相當便宜。· 固2與3顯示依棣上述本發明敎導構成—設計範例之之 側视與俯视圓。表：综述該光學系統1〇詳細規定。該光學 系統10具有寬视野之涵蓋範圓，具有極大之视野重巷，且 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 爲極緊密。 _____ 五、發明説明（6) 表1 元件 半徑(吋）圆錐常數 偏離中心(叶） 結合器·16.2000 -1.1560 〇 15^ ^ ' Ί2.55501 C5 = -0.238523Ε-2 C8 = 0.526213Ε-3 CIO = -0.175038E-4 Cll = 0.257247E-4 C12 = 0.815987E-5 C14 = 0.162943E-5 C17 = -0.158314E-5 C19 = 0.258717E-6 C21 = 0.271240E-6 C22 = 0.871057E-7 '''^^「-"^"νϋ.Ε^;再Js'寫本頁) 元件 半徑(吋)圓錐常數 偏離中心(吋）傾斜(度）厚度 中繼鏡 18.3519 - 14.670 〇 -30.0 2.835 C5 = 0.175836Ε-2 C8 = 0.235507Ε-2 CIO = 0.279274E-3 C11 = =-0.764886Ε-3 C12=-0. H3785E-3 C14=-0.108931E-4 C17 = :0.558278Ε-4 C19 = -0.437458E-4 C21 = -0.156684E-4 C22 = :0.385348Ε-5 .裝· .1Γ. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 元件 破璃種類 曲牟半徑 前/後 偏離中心(叫*) 距離/ 厚度 開孔直徑 前/後’ 折射 塑膠有 3.05134/ 0.315 1.35 4.4/4.4 元件 機破璃 -4.24546 前表面圓錐常數‘ = -2.9291 •線· 本纸張尺度適用中國國家標準（CN—S)甲4规格（210 X 297公黛）

,Λ0明 _ 五、發明説明（7 )

Zernike多項式 z(xy) = g 之表面下垂，偏離 m ^ W|ClZi(X，y)描述一額外 衣Γ贵保離—圓錐形表面 ·

式之項列出如下。 多項

zs(x,y) =x α - yJ 1 ! 項1 z g (X，y) =y(xx + yA) 再1 S ! z ,〇 (χ,y) =y(3x -yA) ! z ii (x * y) =(X* + yA)A z i；L(x，y) =x 4 - ! z i4 (x»y) =X ^ - 6χα + y -f 1 z i7 (x,y) =y(xA + υλ)λ f zj9 (x.y) =3x+y + 2X*y 占-y<5 i zxi (x,y) =5x 夺 y -l〇XAy3 + ys ： Z丄上（x，y ) =(X H yV 其中y與X分別為一光睪 線 孔座標；W)困此—繞射 於予午線與矢線平面之開 η個格柵環逢界位於疋之格栅相位方程式-第 (+ )半徑為中心向古.尾’ p馬徂向座標； 經 濟 部 中 央 標 準 Μ 工 消 費 合 社 印 製 右；（+ )偏離中心為向上· ，）厚度為向 上，（+ )餚斜為反時針古6 度；偏離中心爲於傾斜之文勒〜 β ，單位為 、州奸 <前執行；圓錐當盔 j. 心率，；各尺寸單位“ “轉常麩-ε - (偏 j干1馬吋；參考波長= 範圓=〇.17iam。 8765 /zni;頰譜 如此業經說明一新穎與改良 幵又反又見优f超緊密虛像顯示 本纸⑽適种f A6 B6 五、發明説明（8 ) 系統。要了解上述具體形式只為代表本發明原理應用許多 特定具體形式之部份例示。很顯然，許多其他配置可被業 界技術熟練人员迅即設計出，而不脘離本發明範疇。 ------------------------裝------.玎------線 (請先¾讀背面之;'±意事項再項寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）10

Claims (1)

1. 214580 Α7 Β7 C7 D7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 77、申請專利範圍 1 . 一種光學虛像顯示系統，逋合放大一操作员所見一影 像源之影像，，所述系統包含：一結合器與一曲迴光中繼 組’置於沿該影像源與操作員間之光學路桎。 2 .如申請專利範面第1項之光學虛像頤示系統，其中曲 迴光中繼组包含一凹面鏡舆至少一折射速鏡。 3 ·如申請專利範園第2項之光學虛像頤示系統，其中該 凹面鏡W系統提供正光學倍率，如此提供一緊密之光學系 統0 4 .如申請專利範圓第2項之光學虛像顯示系統，其中該 凹面鏡被傾斜以平衡該結合器所產生之不對稱像差。 5.如申請專利範園第2項之光學虛像頚示系統，其中該 凹面鏡被偏離中心，以平衡結合器所產生之不對稱像差。 6 .如申請專利範固第2項之光學虛像顒示系統，其中該 凹面鏡被傾斜與偏離中心，以平衡結合器所產生之不對稱 像差。 7 .如申請專利範圊第2項之光學虛像頤示系統，其中該 W面鏡具有一軸向對稱之表面形狀，供像差平衡使用。 8 .如申請專利範園第2項之光學虛像顒示系統，其中該 凹面鏡具有一般化表面形狀，其組構為供像差平衡使用。 9·如申請專利範園第2項之光學虛像顯示系統，其中該 凹面鏡與結合器協同，以平衡該中.繼組之折射透鏡所導致 之视野曲率。 10.如申請專利範園第2項之光學虛像頭示系統，其中中 繼組之折射透鏡被傾斜，Μ減少殘留之不對稱像差。 (靖先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) •裝. 訂. 丨線. 本纸張尺度速用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐) 11 A 7 B7 C7 D7 六、申請專利範圍 11 .如申請專利範園第2项之光學虛像頭示系統，其中該 中繼器之折射透鏡被偏離中心，以減少殘留之不對稱像差 0 12 ·如申請專利範固第2項之光學虛像顯示系統，其中該 中繼組之折射組被傾斜與偏離中心，以減少殘留之不對稱 像差。 (請先聞讀背面之注意事項再塡寫本頁) -6 T 4,ζ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）