CN104714303B - 一种单图像源双目近眼显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单图像源双目近眼显示装置，包括透镜组、第一平面反射镜、分光棱镜、第二平面反射镜、第一半透半反平面镜、第一凹面反射镜，还包括第三平面反射镜、第二半透半反平面镜、第二凹面反射镜。本发明单图像源双目近眼显示装置仅包含一个图像源，结构紧凑，重量轻，更有利于开发成头戴式设备；本发明单图像源双目近眼显示装置可作为双目立体显示装置；本发明单图像源双目近眼显示装置具有较大视场；本发明单图像源双目近眼显示装置通过对称调整第二平面反射镜、第三平面反射镜与分光棱镜的间距调节调节左右眼间距，以适应不同使用者；本发明单图像源双目近眼显示装置能耗低、价格低，更有利于被大众接受。

Description

一种单图像源双目近眼显示装置
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域，具体涉及一种单图像源双目近眼显示装置。
背景技术
近眼显示装置也称为头戴式显示器，应用于军事、科研、教育、训练、商业展览、医疗、娱乐等领域。随着虚拟现实技术和增强虚拟现实技术的快速发展，近眼显示装置的需求越来越高。近眼显示装置要长期戴在头部，应该便于佩戴和携带。因此对于显示器件的微型化、便携化和高性能的要求越来越突出。基于时序的快门式双目近眼显示装置，其显示屏分时显示左右图像，并通过同步信号发射器以及同步信号接收器控制液晶快门眼镜，使得显示屏显示左(右)眼图像时左(右)眼镜片透光而右(左)眼镜片不透光，其主要特点是要求显示器的帧频为普通显示器的两倍。
一般近眼显示装置多为单目式或两侧对称式双目(双图像源)，其不足在于：单目显示由于两眼接收到的图像不一致，容易造成视觉疲劳；而两侧对称式双目两侧分别独立包含一套显示系统，导致整个显示装置重量较重，且价格昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种单图像源双目近眼显示装置，克服现有技术单目式近眼显示装置容易造成视觉疲劳，两侧对称式双目近眼显示装置重量较重，且价格昂贵的缺陷。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种单图像源双目近眼显示装置，包括透镜组、第一平面反射镜、分光棱镜、第二平面反射镜、第一半透半反平面镜、第一凹面反射镜，光线通过所述透镜组后，经第一平面反射镜反射至所述分光棱镜，经所述分光棱镜分光透射至第二平面反射镜，经第二平面反射镜反射至第一半透半反平面镜，所述光线透过第一半透半反平面镜到达第一凹面反射镜，经第一凹面反射镜反射至第一半透半反平面镜，然后经第一半透半反平面镜反射至左边观察位置；
还包括第三平面反射镜、第二半透半反平面镜、第二凹面反射镜，光线通过所述透镜组后，经第一平面反射镜反射至所述分光棱镜，经所述分光棱镜分光透射至第三平面反射镜，经第三平面反射镜反射至第二半透半反平面镜，所述光线透过第二半透半反平面镜到达第二凹面反射镜，经第二凹面反射镜反射至第二半透半反平面镜，然后经第二半透半反平面镜反射至右边观察位置。
根据本发明的具体实施例，第一半透半反平面镜反射至左边观察位置的光线平行于第二半透半反平面镜反射至右边观察位置的光线。
根据本发明的具体实施例，通过对称调整第二平面反射镜、第三平面反射镜与所述分光棱镜的间距调节反射至左边观察位置和右边观察位置的光线距离，在调整第二平面反射镜和第三平面反射镜的同时同步调整第一半透半反平面镜、第一凹面反射镜和第二半透半反平面镜、第二凹面反射镜的位置，以保证第二平面反射镜、第一半透半反平面镜和第一凹面反射镜的相对位置保持不变，并保证第三平面反射镜、第二半透半反平面镜和第二凹面反射镜的相对位置保持不变。
根据本发明的具体实施例，第一凹面反射镜和第二凹面反射镜设为偶次非球面镜。
根据本发明的具体实施例，所述透镜组包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：(1)本发明单图像源双目近眼显示装置仅包含一个图像源，结构紧凑，重量轻，更有利于开发成头戴式设备；(2)本发明单图像源双目近眼显示装置既可作为普通双目显示装置，又可作为双目立体显示装置；(3)本发明单图像源双目近眼显示装置具有较大视场；(4)由于不同的使用者左右眼间距存在差异，本发明单图像源双目近眼显示装置通过对称调整第二平面反射镜、第三平面反射镜与分光棱镜的间距调节反射至左边观察位置和右边观察位置的光线距离，即调节左右眼间距，以适应不同使用者；(5)本发明单图像源双目近眼显示装置能耗低、价格低，更有利于被大众接受。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明单图像源双目近眼显示装置示意图；
图2为本发明单路光线路径示意图；
图3为本发明透镜组示意图；
图4为本发明模量传输函数MTF示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，本发明单图像源双目近眼显示装置，包括透镜组11、第一平面反射镜12、分光棱镜13、第二平面反射镜14、第一半透半反平面镜15、第一凹面反射镜16，光线通过透镜组后11，经第一平面反射镜12反射至分光棱镜13，经分光棱镜13分光透射至第二平面反射镜14，经第二平面反射镜14反射至第一半透半反平面镜15，光线透过第一半透半反平面镜15到达第一凹面反射镜16，经第一凹面反射镜16反射至第一半透半反平面镜15，然后经第一半透半反平面镜15反射至左边观察位置17；还包括第三平面反射镜18、第二半透半反平面镜19、第二凹面反射镜20，光线通过透镜组11后，经第一平面反射镜12反射至分光棱镜13，经分光棱镜13分光透射至第三平面反射镜18，经第三平面反射镜18反射至第二半透半反平面镜19，光线透过第二半透半反平面镜19到达第二凹面反射镜20，经第二凹面反射镜20反射至第二半透半反平面镜19，然后经第二半透半反平面镜19反射至右边观察位置21。根据本发明的具体实施例，第一半透半反平面镜15反射至左边观察位置17的光线平行于第二半透半反平面镜19反射至右边观察位置21的光线。通过对称调整第二平面反射镜14、第三平面反射镜18与分光棱镜13的间距调节反射至左边观察位置17和右边观察位置21的光线距离，在调整第二平面反射镜14和第三平面反射镜18的同时同步调整第一半透半反平面镜15、第一凹面反射镜16和第二半透半反平面镜19、第二凹面反射镜20的位置，以保证第二平面反射镜14、第一半透半反平面镜15和第一凹面反射镜16的相对位置保持不变，并保证第三平面反射镜18、第二半透半反平面镜19和第二凹面反射镜20的相对位置保持不变。
1.如图1所示，本发明提出单图像源双目近眼显示装置，能够实现近眼显示。包含照明装置的图像源10发出的光线，依次通过本装置的透镜组11、平面反射镜12、分光棱镜13、平面反射镜14、半透半反平面镜15、凹面反射镜16、半透半反平面镜15，到达观看者的左眼位置17，包含照明装置的图像源1发出的光线，依次通过本装置所包含的透镜组11、平面反射镜12、分光棱镜13、平面反射镜18、半透半反平面镜19、凹面反射镜20、半透半反镜平面19，到达观看者的右眼位置21。其中左眼位置17与右眼位置21的视线平行。
2.眼睛与装置其余部件之间距离大于10mm。
3.半透半反平面镜的一面镀有半透半反膜。
4.凹面反射镜凹面镀有全反射膜。
5.图像源10的类型包括带照明装置的LCD显示屏、数字微镜芯片DMD(DigitalMicromirror Devices)、液晶覆硅LCOS(liquid crystal on silicon)等。
6.通过对称地调节平面反射镜14和平面反射镜18与分光棱镜13的间距可以将左右眼光路整体拉近或远离，从而调节左右眼间距，以适应不同使用者。
本发明具体实施例光路参数如表1所示。
表1
本发明光学系统参数如表2所示，可以看出本发明单图像源双目近眼显示装置具有良好的MTF和较小的畸变。
表2
参数 单位 数值 备注
焦距 mm -7.21mm 两次成像
视场角 ° 58 对角线视场角
畸变 ％ 0.62
MTF ％ 44 @93lp/mm
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种单图像源双目近眼显示装置，其特征在于：包括透镜组、第一平面反射镜、分光棱镜、第二平面反射镜、第一半透半反平面镜、第一凹面反射镜，光线通过所述透镜组后，经第一平面反射镜反射至所述分光棱镜，经所述分光棱镜分光透射至第二平面反射镜，经第二平面反射镜反射至第一半透半反平面镜，所述光线透过第一半透半反平面镜到达第一凹面反射镜，经第一凹面反射镜反射至第一半透半反平面镜，然后经第一半透半反平面镜反射至左边观察位置；
还包括第三平面反射镜、第二半透半反平面镜、第二凹面反射镜，光线通过所述透镜组后，经第一平面反射镜反射至所述分光棱镜，经所述分光棱镜分光透射至第三平面反射镜，经第三平面反射镜反射至第二半透半反平面镜，所述光线透过第二半透半反平面镜到达第二凹面反射镜，经第二凹面反射镜反射至第二半透半反平面镜，然后经第二半透半反平面镜反射至右边观察位置；
通过对称调整第二平面反射镜、第三平面反射镜与所述分光棱镜的间距调节反射至左边观察位置和右边观察位置的光线距离，在调整第二平面反射镜和第三平面反射镜的同时同步调整第一半透半反平面镜、第一凹面反射镜和第二半透半反平面镜、第二凹面反射镜的位置，以保证第二平面反射镜、第一半透半反平面镜和第一凹面反射镜的相对位置保持不变，并保证第三平面反射镜、第二半透半反平面镜和第二凹面反射镜的相对位置保持不变。
2.根据权利要求1所述的单图像源双目近眼显示装置，其特征在于：第一半透半反平面镜反射至左边观察位置的光线平行于第二半透半反平面镜反射至右边观察位置的光线。
3.根据权利要求1所述的单图像源双目近眼显示装置，其特征在于：第一凹面反射镜和第二凹面反射镜设为偶次非球面镜。
4.根据权利要求1所述的单图像源双目近眼显示装置，其特征在于：所述透镜组包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
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