CN1432841A - 一种头戴显示器中提高像质的光学系统 - Google Patents

一种头戴显示器中提高像质的光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1432841A
CN1432841A CN 02114772 CN02114772A CN1432841A CN 1432841 A CN1432841 A CN 1432841A CN 02114772 CN02114772 CN 02114772 CN 02114772 A CN02114772 A CN 02114772A CN 1432841 A CN1432841 A CN 1432841A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical system
lens
beam splitter
mirror
mounted display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 02114772
Other languages
English (en)
Inventor
何军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DONGFANGJING ELECTRONICS Co Ltd SHENZHEN CITY
Original Assignee
DONGFANGJING ELECTRONICS Co Ltd SHENZHEN CITY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DONGFANGJING ELECTRONICS Co Ltd SHENZHEN CITY filed Critical DONGFANGJING ELECTRONICS Co Ltd SHENZHEN CITY
Priority to CN 02114772 priority Critical patent/CN1432841A/zh
Publication of CN1432841A publication Critical patent/CN1432841A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

一种头戴显示器中提高像质的光学系统，涉及光学领域中头戴显示器提高像质的光学相关技术。本发明包括设于焦平面上的液晶显示器件所发出的光线经过分束镜后反射向凹面反射镜，光线经凹面反射镜反射，由出瞳处观察到成放大的虑像。本发明的主要点在于分束镜与出瞳之间设有透镜，该透镜可以是球面镜或非球面镜。本发明结构简单，对成像有一定放大率，可校正像差，提高像质。

Description

一种头戴显示器中提高像质的光学系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及头戴显示器提高像质的光学技术。
背景技术
现有技术头戴显示器(HMD)的光学系统有两种方式，一种如图1所示，液晶显示器件11中的图像发出的由分束镜12反射射向凹面反射镜13，经凹面反射镜及放大，人眼在出瞳4处观察到经放大的虚像。另一种如图2所示，液晶显示器件21中的图像的光线经过一个透镜22再通过分束镜23反射射向凹面反射镜24，放大后形成的虚像透过分束镜在出瞳5被人眼观察。在头戴显示器中(HMD)领域，人们希望它有较大的视场角和出瞳直径，现有技术为达到此目的，一般是通过减小光学系统的焦距(即减小凹面反射镜中的半径)和增大光学系统的口径(即增大凹面反射镜的口径)。但这两种方法不能任意的减小焦距和增大口径，因为当达到一定程度后液晶显示器件会挡住光路；另一方面现有的光学系统技术存在有校正像差，影像放大，提高像质等方面存在有不足。
技术内容
本发明要解决的技术问题是针对以上现有技术的不足，设计一种结构简单，具有一定放大率、可校正像差，提高像质的头戴显示器中提高像质的光学系统。
本发明技术的解决方案为：
一种头戴显示器光学系统中提高像质的方法，包括设于焦平面上的液晶显示器件所发出的光线经过分束镜后反射向凹面反射镜，光线凹面反射镜反射，由出瞳处观察到成放大虚像，在分束镜与出瞳之间设有透镜。头戴显示器光学系统中提高像质的方法，所述处于焦平面上的液晶显示器件与分束镜之间设有透镜。为了使头戴显示器光学系统体积缩小，所述反射镜为平面反射镜。头戴显示器光学系统中提高像质的方法，透镜可以是球面镜或非球面镜。
本发明的技术优点在于结构简单，具有一定放大率，可校正像差，提高像质。
附图说明
图1为现有技术之一的光学原理示意图；
图2为现有技术之二的光学原理示意图；
图3为本发明原理一示意图；
图4为本发明原理二示意图；
图5为本发明原理三示意图；
图6为本发明原理四示意图；
图7为本发明原理五示意图。
具体实施方法
由于HMD是一种为人们通过观察舒适的目视光学系统，一般人们希望它有较大的视场角和出瞳直径。在传统的(如图1和图2所示)的光学系统中为了达到这个目的，一般是通过减小光学系统的焦距(减小凹反射镜的半径)和增大光学系统的口径(增大凹面反射镜的口径)。但是传统的光学系统并不能任意的减小焦距和增大口径，因为到一定程序后液晶显示器件会档住光路，影响系统的正常使用。为了使我们的光学系统具有比常规光学视场角和出瞳直径，如图3在分束镜2和出瞳之间加一片具有一定光焦度的透镜或如图4同时加两片透镜，而不是普通平板玻璃。该透镜可以改善光学系统的性能，使得在保证光学系统正常工作的前提下，可以通过减小光学系统焦距和增加光学系统口径来达到增加系统视场角和出出瞳直径的目的起到一定的放大作用。此外，该透镜还能起消像差、提高像质的作用。为了减少光程，如图5或图6把凹面反射镜改为平面反射镜，此时透镜单独起放大和提高像质的作用。
本发明的头戴显示器(HMD)的第一种光学系统如图3所示：1是液晶显示装置(LCD)；2是分束镜(起分光作用)；3是凹面反射镜；4是透镜；5是出瞳；即人眼放置的位置，出瞳与人眼的瞳孔相对；在该光学系统中，液晶显示器件1处于光学系统的焦平面上，其发出的光通过分束镜2反射射向凹面反射镜3，从凹面反射镜3反射的光透过分束镜2和透镜4，最后进入出瞳5(人眼)；液显上的图像经过光学系统成放大的虚像(处于无穷远处)，人眼在出瞳位置处就可以观察液晶上经放大的虚像。
本发明的头戴显示器(HMD)的第二种光学系统如图4所示：1是液晶显示装置(LCD)；2是透镜；3是分束镜(起分光作用)；4是凹面反射镜；5是透镜；6是出瞳，即人眼放置的位置，出瞳与人眼的瞳孔相对应。在该光学系统中，液晶显示器件1处于光学系统的焦平面上，其发出的光通过透镜2再经过分束镜3反射射出凹面反射镜4，从凹面反射镜4反射的光透过分束镜3和透镜4，最后进入出瞳6(人眼)。液晶上的图像经光学系统成放大的虚像(处于无穷远处)，人眼在出瞳位置处就可以观察液晶上经放大的虚像。
本发明的头戴显示器(HMD)的第三种光学系统如图5所示：1是液晶显示装置(LCD)；2是分束镜(起分光作用)；3是平面反射镜；4是透镜；5是出瞳，即人眼放置的位置，出瞳与人眼的瞳孔相对应。在该光学系统中，液晶显示器件1处于光学系统的焦平面上，其发出的光通过分束镜2反射射向平面反射镜3，从平面反射镜3反射的光透过分束镜2和透镜4，最后进入出瞳5(人眼)。液晶上的图像经地光学系统成放大的虚像(处于无穷远处)，人眼在出瞳位置处就可以观察液晶上经放大的虚像。
本发明的头戴显示器(HMD)的第四种光学系统如图6所示：1是液晶显示装置(LCD)；2是透镜；3是分束镜(起分光作用)；4是平面反射镜；5是透镜；6是出瞳，即人眼放置的位置，出瞳与人眼的瞳孔相对应。在该光学系统中，液晶显示器件1处于光学系统的焦平面上，其发出的光通过透镜2再经过分束镜3反射射向平面反射镜4，从平面反射镜4反射的光透过分束镜3和透镜5，最后进入出瞳6(人眼)。液晶上的图像经过光学系统成放大的虚像(处于无穷远处)，人眼在出瞳位置处就可以观察液晶上经放大的虚像。
第一种光学系统(如图3)的发明关键之处在于，分光器与出瞳之间有一定放大率的透镜，此透镜能使整个光学系统的焦距的变小即加大了视场角，整个画面会比不加透镜时大许多。这种情况下，可依靠凹面反射镜及透镜的非球面来修正像差(如图7)。该系统是属于全投入式，二级放大(凹面反射镜起主要放大作用，透镜起次要放大作用)的头戴显示器。
第二种光学系统(如图4)的发明关键之处在于，分光器与出瞳之间以及LCD与分光器之间都有一片具有一定放大率的透镜，此光学系统比第一种光学系统的焦距小、视角、画面大、传递函数稍有下降。这种情况下，可依靠凹面反射镜及两片透镜来修正像差(如图7)。该系统是属于全投入式，三级放大(凹面反射镜起主要放大作用，两片透镜起次要放大作用)的头戴式显示器。
第三种光学系统(如图5)的发明关键之处在于，LCD发出光线经过分光器反射至平面反射镜进行全反射再通过分光器，此光路能起到折叠光程、缩小体积等作用；光线最后通过透镜入射人眼，此光路起到放大、提高传递函数、校正像差等作用。此透镜的焦距也就是整个光学系统的焦距。
第四种光学系统(如图6)的发明关键之处在于，LCD发出光线经过透镜2及分光器反射至平面反射镜进行全反射再通过分光器，此光路能起到放大、折叠光程、缩小体积等作用；光线最后通过透镜5入射人眼，此光路起到放大、提高传递函数、校正像差等作用。透镜2和5共同分配整个光学系统的光焦度。
本发明在保持由较少元件构成并且是小型结构的情况下，能够以广阔的视野观察对象差修正后及高像质的良好图像。
如图3、4、5、6所示，本发明光学系统采用少量光学镜片(分束镜、反射器、透镜)可以达到高倍率及小型化，放大了图像来自液晶显示器件的图像的光线，由分束镜反射时光能量减少50％，由凹面反射镜反射回来的光透过分束镜时，光量又减少50％左右，这样必须增加LCD或其它显示装置的发光亮度。另外本光学装置，由于是双目系统，对于双影像重合度要求很高，这就要求组装必须符合以下规定凹面反射镜，光学中心轴承与系统光轴重合。在本发明的实施过程中为了保证上述光轴重合定位精度，必须保证图3中像源、分光镜、凹面反射镜、透镜装配精度。并且分光镜安装时光学结构保证是在与光轴相交45度。其次，凹面反射镜安装精度由四点定位球(非球)面，保证凹面反射镜几何中心与系统光轴重合。

Claims (5)

1、一种头戴显示器光学系统中提高像质的方法，包括设于焦平面上的液晶显示器件(1)所发出的光线经过分束镜(2)后反射向凹面反射镜(3)，光线经凹面反射镜反射，由出瞳(4)处观察到成放大虚像，其特征在于，在分束镜(2)与出瞳(4)之间设有透镜(6)。
2、根据权利要求1所述的头戴显示器光学系统中提高像质的方法，其特征在于，所述处于焦平面上的液晶显示器件(1)与分束镜(2)之间设有透镜(5)。
3、根据权利要求1所述的头戴显示器光学系统中提高像质的方法，其特征在于，同时设有透镜(5)和透镜(6)。
4、根据权利要求1所述的头戴显示器光学系统中折叠光程、缩小体积，其特征在于，所述反射镜(3)为平面反射镜。
5、根据权利要求1或2所述的头戴显示器光学系统中提高像质的方法，其特征在于，所述透镜(5)或(6)可以是球面镜或非球面镜。
CN 02114772 2002-01-16 2002-01-16 一种头戴显示器中提高像质的光学系统 Pending CN1432841A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02114772 CN1432841A (zh) 2002-01-16 2002-01-16 一种头戴显示器中提高像质的光学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02114772 CN1432841A (zh) 2002-01-16 2002-01-16 一种头戴显示器中提高像质的光学系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1432841A true CN1432841A (zh) 2003-07-30

Family

ID=27628500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 02114772 Pending CN1432841A (zh) 2002-01-16 2002-01-16 一种头戴显示器中提高像质的光学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1432841A (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008034375A1 (fr) * 2006-09-01 2008-03-27 Meihong Liu Appareil d'affichage virtuel a visiocasque
CN100498423C (zh) * 2005-02-25 2009-06-10 王小光 二次放大近眼大视角成像装置
CN101702052A (zh) * 2009-11-26 2010-05-05 王霖华 观看显示屏的凹面镜装置
CN101460882B (zh) * 2006-06-02 2010-10-27 诺基亚公司 用于在出瞳扩大器中提供分色的装置和方法以及电子设备
CN102253491A (zh) * 2011-06-24 2011-11-23 南京炫视界光电科技有限公司 不对等焦距、高放大倍率的虚像显示光机
CN102692710A (zh) * 2012-06-13 2012-09-26 北京大学人民医院 一种用于控制青少年近视发展的远距离阅读系统
CN103837968A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 青岛歌尔声学科技有限公司 头戴显示设备用镜头及头戴显示设备
CN104035199A (zh) * 2014-06-10 2014-09-10 钟磊 反射式手机电影镜
CN104603674A (zh) * 2012-09-12 2015-05-06 索尼公司 图像显示装置
TWI490543B (zh) * 2012-03-19 2015-07-01 Google Inc 用於偏移頭戴式顯示器之光束傾斜
CN104898283A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 青岛歌尔声学科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示器
CN105223692A (zh) * 2014-05-26 2016-01-06 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
CN105223693A (zh) * 2014-06-26 2016-01-06 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
CN106019568A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示设备
CN106157900A (zh) * 2016-03-24 2016-11-23 翁志彬 液晶显示屏、展示虚拟现实图像的系统和头戴式显示设备
CN106773061A (zh) * 2017-02-10 2017-05-31 北京铅笔视界科技有限公司 一种近眼显示光学系统
US9733477B2 (en) 2012-11-30 2017-08-15 Google Inc. Dual axis internal optical beam tilt for eyepiece of an HMD
CN107622741A (zh) * 2017-10-13 2018-01-23 北京眸合科技有限公司 一种空中悬浮显示系统
CN108572449A (zh) * 2014-03-31 2018-09-25 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
WO2020244213A1 (zh) * 2019-06-03 2020-12-10 歌尔股份有限公司 补偿镜组及具有其的虚拟现实设备
CN113687503A (zh) * 2021-09-03 2021-11-23 上海睿视健康科技有限公司 一种视频播放装置

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100498423C (zh) * 2005-02-25 2009-06-10 王小光 二次放大近眼大视角成像装置
CN101460882B (zh) * 2006-06-02 2010-10-27 诺基亚公司 用于在出瞳扩大器中提供分色的装置和方法以及电子设备
WO2008034375A1 (fr) * 2006-09-01 2008-03-27 Meihong Liu Appareil d'affichage virtuel a visiocasque
CN101702052A (zh) * 2009-11-26 2010-05-05 王霖华 观看显示屏的凹面镜装置
CN102253491A (zh) * 2011-06-24 2011-11-23 南京炫视界光电科技有限公司 不对等焦距、高放大倍率的虚像显示光机
CN102253491B (zh) * 2011-06-24 2014-04-02 南京炫视界光电科技有限公司 不对等焦距、高放大倍率的虚像显示光机
TWI490543B (zh) * 2012-03-19 2015-07-01 Google Inc 用於偏移頭戴式顯示器之光束傾斜
CN102692710A (zh) * 2012-06-13 2012-09-26 北京大学人民医院 一种用于控制青少年近视发展的远距离阅读系统
CN104603674A (zh) * 2012-09-12 2015-05-06 索尼公司 图像显示装置
US9733477B2 (en) 2012-11-30 2017-08-15 Google Inc. Dual axis internal optical beam tilt for eyepiece of an HMD
CN103837968B (zh) * 2014-03-19 2017-05-03 青岛歌尔声学科技有限公司 头戴显示设备用镜头及头戴显示设备
CN103837968A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 青岛歌尔声学科技有限公司 头戴显示设备用镜头及头戴显示设备
CN108572449A (zh) * 2014-03-31 2018-09-25 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
CN105223692A (zh) * 2014-05-26 2016-01-06 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
CN104035199A (zh) * 2014-06-10 2014-09-10 钟磊 反射式手机电影镜
CN105223693A (zh) * 2014-06-26 2016-01-06 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
CN104898283A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 青岛歌尔声学科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示器
CN106157900A (zh) * 2016-03-24 2016-11-23 翁志彬 液晶显示屏、展示虚拟现实图像的系统和头戴式显示设备
CN106019568A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示设备
CN106019568B (zh) * 2016-06-30 2018-07-10 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示设备
CN106773061A (zh) * 2017-02-10 2017-05-31 北京铅笔视界科技有限公司 一种近眼显示光学系统
CN106773061B (zh) * 2017-02-10 2023-09-26 北京铅笔视界科技有限公司 一种近眼显示光学系统
CN107622741A (zh) * 2017-10-13 2018-01-23 北京眸合科技有限公司 一种空中悬浮显示系统
WO2020244213A1 (zh) * 2019-06-03 2020-12-10 歌尔股份有限公司 补偿镜组及具有其的虚拟现实设备
CN113687503A (zh) * 2021-09-03 2021-11-23 上海睿视健康科技有限公司 一种视频播放装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1432841A (zh) 一种头戴显示器中提高像质的光学系统
CN104570296B (zh) 超短焦投影镜头
US8094377B2 (en) Head-mounted optical apparatus using an OLED display
US7339742B2 (en) High brightness optical device
CN1132039C (zh) 图象显示装置和包括这种装置的头戴显示器
US8310763B2 (en) Informative eyeglasses
US20070153402A1 (en) Fresnel lens combination
CN1316063A (zh) 头戴型显示器
EP1756647A1 (en) High brightness optical device
US11536962B2 (en) Optical system and near-eye display device
US7688399B2 (en) Image display apparatus
CN113504654A (zh) 一种近眼显示光学系统
CN112198665A (zh) 一种阵列波导近眼显示装置
EP1929356A1 (fr) Dispositif optique de superposition d'images electroniques devant un objectif
CN204405927U (zh) 超短焦投影镜头
US7675685B2 (en) Image display apparatus
US20200192075A1 (en) Illuminated reticle system with fresnel lens
CN113985612A (zh) 一种离轴光学模组及头戴式显示设备
CN2798123Y (zh) 高分辨率头戴式虚拟显示目镜
KR101137775B1 (ko) 다중렌즈를 이용한 허드장치
CN217954824U (zh) 近眼显示光学系统及近眼显示装置
CN219417879U (zh) 一种大视野和增距式的虚拟成像光路结构及装置
CN216285973U (zh) 一种近眼显示光学系统
CN216285988U (zh) 一种离轴光学模组及头戴式显示设备
JPH10333042A (ja) 照明光学系

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication