CN1272650C - 显示设备的照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于显示设备的照明系统，它能通过使远离主光轴的边界光线的损失减至最小来减小电能消耗并延长寿命。边界光线的最小损失通过预定弯曲度的光反射表面来获得，该光反射表面形成在一光学装置上用以漫反射并改变来自光源的光的光路。本发明还提供相应的产生图像的方法以及头戴式显示器。

Description

显示设备的照明系统
技术领域
本发明涉及一种显示设备，更具体地，涉及诸如头戴式显示设备(HMD)的一种个人使用的显示设备的照明系统。
背景技术
通常，HMD以眼镜或头盔的方式安装在使用者的面部或头部，以允许使用者获得图像信息。HMD设备是一类个人使用的图像显示设备，它通常用在虚拟现实系统、飞行模拟器等中。图1显示了一种传统的头戴式显示设备100，其中光从光源11中发射出来，且其光路被一系列光学单元12和13改变。从而，光聚集在液晶显示器(LCD)等图像产生器14上，产生通过投影透镜15被放大而投射到观察者的眼睛上的图像。
光学单元12漫反射光源11发出的光，并改变其光路。光学单元12可以是棱镜、漫反射板等。光学单元13反射光，该光被光学单元12漫反射到不同的光路上。通过反射该光，光学单元13将光聚集到图像产生器14上。光学单元13可以是偏振滤光镜，如偏振分光镜(PBS)等。
根据传统HMD设备100，因为包含光学单元12的棱镜或漫反射板具有平坦的光反射表面，所以光离主光轴(c)较远的边界光线(a)和(b)通常会损失，光学效能下降。
发明内容
因而，本发明的一个目的是克服相关领域的上述问题，从而，本发明的一个目的是提供一种用于显示设备的照明系统，更具体地，提供一种用于个人用显示设备的有效照明系统，此系统通过提高光利用效率而能减小电能消耗并延长其寿命。
本发明的其它目的和优点将在以下的描述中得以部分阐明，并且部分地，将因此描述而清晰，或通过对本发明的应用而被了解。
上述目的通过根据本发明的用于显示设备的照明系统而实现，该照明系统包括：发射光的光源；图像产生器，用于利用光源发射的光产生图像；以及具有光反射表面的光学单元，用于通过漫反射光而将光源发射的光会聚到图像产生器上，光学单元的光反射表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上。根据本发明，光学会聚器包括以预定弯曲度弯曲的反射镜或具有光反射表面的棱镜，它漫反射光源发出的光并将光会聚在图像产生器上。
本发明还提供一种产生图像的方法，包括：发射光；以及用具有弯曲表面的光学会聚器将光聚集到图像产生器上；所述光学会聚器通过漫反射光来会聚光，并且该光学会聚器的弯曲表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上。
本发明还提供一种头戴式显示器，包括：发射光的光源；通过使用所述光而产生图像的图像产生器；将所述光源发射的光会聚到光学反射器上的具有弯曲光反射表面的光学会聚器；所述光学会聚器通过漫反射光来会聚光，并且该光学会聚器的弯曲光反射表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上；以及投影透镜，图像产生器上的光通过所述光学反射器反射，并被所述投影透镜聚焦到使用者的眼睛上。
附图说明
结合附图，本发明的这些和其它目的及优点通过以下对优选实施例的描述将变得清晰和更容易理解，附图中：
图1是显示传统的用于头戴式显示设备的照明系统的示意图；以及
图2是显示根据本发明的用于头戴式显示设备的照明系统的示意图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的本优选实施例，其例子图示于附图中，其中类似的附图标记始终表示类似的元件。
参照图2，个人用显示设备的照明系统200包括：产生并发射白光的光源21，例如发光二极管(LED)；布置来改变光源21发射的光的光路的一系列光学单元22和23；图像产生器24，例如反射型液晶显示器(LCD)，用于通过使用光而产生图像；以及投影透镜25，以放大图像产生器24产生的图像并将其投射至观察者的眼睛。
通过漫反射光，光学单元22改变了光源21发射的光的光路。如图2所示，光学单元22具有光反射表面22a，此表面成型为具有预定的弯曲度。
在光源21发射的光中，离开主光轴(d)的边界光线(e)和(f)分别入射到图像产生器24的外表面A和B上。从而，即使是以预定角度相对于主光轴(d)远距离入射的边界光线(e)和(f)也大部分会聚到图像产生器24上。结果，损失的光线的量减小，同时，光利用效率通过一致的照明也可以得以提高。
根据本发明，光学单元22可以是棱镜、漫反射板、反射镜等。另外，光学单元22的光反射表面22a可以具有与例如图像产生器24的尺寸等相关参数相应的不同的弯曲度。光学单元22将光聚集在光学单元23上。光学单元23反射被光学单元22的光反射表面22a漫反射的光，从而将光聚集在图像产生器24上。光学单元23可以是PBS。
根据用于显示设备的照明系统200，光源21发射的光被光学单元22的凹光反射表面22a漫反射，因而光的光路被改变。在透过一些光线的同时，其它光线被光学单元23反射并入射到图像产生器24上，包括边界光线(e)和(f)。图像产生器24发射通过使用会聚光产生的图像，以穿过光学单元23并到达投影透镜25的光学入射表面上，使得投影透镜25将图像放大并将其投射到观察者的每个眼睛10上。
如上所述，在根据本发明的用于个人用显示设备的照明系统200中，因光学单元22具有预定弯曲度的光反射表面22a，该光学单元通过漫反射改变光的光路，远离主光轴的边界光线的损失可以减小，同时，光利用效率因均匀一致的照明而显著提高。结果，电能消耗可以减小，且该部分的寿命可以延长。
虽然本发明的一些优选实施例已经得以显示和描述，但是本领域的技术人员应当意识到，在不背离所附权利要求所定义的本发明的实质和范围的情况下，可以对这些实施例作出改变。

Claims (12)

1.一种用于显示设备的照明系统，包括：
发射光的光源；
图像产生器，用于利用光源发射的光产生图像；以及
具有光反射表面的光学单元，用于通过漫反射光而将光源发射的光会聚到图像产生器上，光学单元的光反射表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上。
2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，光学单元是反射镜。
3.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，光学单元是棱镜。
4.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，图像产生器是反射型液晶显示器。
5.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，其中该光学单元是光学会聚器。
6.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，会聚在所述图像产生器上的光具有均匀的照度。
7.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光反射表面是凹的。
8.如权利要求5所述的照明系统，在所述光学会聚器和所述图像产生器之间的光路中还包括光学反射器，其特征在于，所述光学会聚器将光聚集到所述光学反射器上，并且所述光学反射器将光反射到所述图像产生器上。
9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于，光学反射器是偏振分光镜。
10.一种产生图像的方法，包括：
发射光；以及
用具有弯曲表面的光学会聚器将光聚集到图像产生器上；
所述光学会聚器通过漫反射光来会聚光，并且该光学会聚器的弯曲表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上。
11.如权利要求12所述的方法，还包括将光均匀地照射到所述图像产生器上。
14.一种头戴式显示器，包括：
发射光的光源；
通过使用所述光而产生图像的图像产生器；
将所述光源发射的光会聚到光学反射器上的具有弯曲光反射表面的光学会聚器；
所述光学会聚器通过漫反射光来会聚光，并且该光学会聚器的弯曲光反射表面具有与图像产生器的尺寸相应的弯曲度，从而将包括边界光线在内的光会聚到该图像产生器上；以及
投影透镜，
图像产生器上的光通过所述光学反射器反射，并被所述投影透镜聚焦到使用者的眼睛上。
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