CN1570701A - 具视焦距压缩组的单体折射成像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种具视焦距压缩组的单体折射成像显示装置，主要包括：一显示单元；二第一折射镜组，位于该显示单元一侧，用以偏折该显示单元所发出的光线；二反射单元，相对于该第一折射镜组位于该显示单元同一侧，用以偏折自第一折射镜组射出的光线，其中该二第一折射镜组皆位于该二反射单元之间；二视焦距压缩单元，分别位于该单一第一折射单元与该单一反射单元之间；二第二折射镜组，位于该反射单元一侧，但该第二折射镜组不位于该反射单元及该第一折射镜组形成的直线，用以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线；以及二虚像成像镜组，分别位于该二折射镜组另一侧，以偏折由该折射镜组所传来的光线，且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的影像转换成虚像。

Description

具视焦距压缩组的单体折射成像显示装置

技术领域

本发明是关于一种影像显示装置，尤指一种适用于眼镜型或头盔型的影像显示装置。

背景技术

近年来，各种视听设备与显示装置的进步日新月异，除了功能加强的外，轻薄短小、方便携带亦为显示器发展的主流；其中一种新兴的显示装置便为虚拟实境(virtual reality)技术，由各种科技的整合，如显示器科技、电脑科技、感官科技与音效科技等，将原本大尺寸的视听设备缩小于方寸之间，成为可携带式眼镜型投影显示装置。而一般的平面显示器虽然重量减轻，但是其尺寸受限于材料重量以及成本，并无法做到同时放大影像尺寸并容易携带的功效。是以目前的显示器并无法符合市场追求大尺寸影像显示的消费需求。近来，诸多业者竞相看好投影的显示器，尤其是眼镜型显示器，因为其体积小，却可以利用光学元件的组合，让使用者可以达到大尺寸萤幕的观赏效果。一般预料眼镜型的显示器可以节省一般显示器的占用空间以及大幅减低达到同等效果显示器的重量，满足高级视听的需求。然而目前的眼镜型投影显示装置虽然重量较轻，但是配戴于头上仍然过于沉重。而且，目前一般传统的眼镜型投影显示装置的影像景深并不大，其产生的影像虽可以辨识，但是影像的品质(例如景深)尚待提升。影像景深的加大，即可以提高显示影像的品质。

往昔的眼镜型显示器是以两个小尺寸CRT映像管(阴极射线管)架设于使用者的眼前，由缩短CRT与眼睛的距离达到放大尺寸的效果。但是此种设计对于使用者头部的重量负荷大，且辐射线强，并不实用。尔近常用的一般眼镜型投影显示装置采用平面显示装置，其原理如图1所示，包含一液晶显示器110、一双向分光器120、一偏光光束分离器130、一投影镜头140以及二平面镜或凹面镜150、160。该液晶显示器110所提供的影像经由该二镜面150与160进行两次反射，将影像投射于观测者眼中。但此种投射方式所形成的最终影像为实像，使用时因为近距离观测，会强迫眼睛的水晶体弯曲而压迫眼球；请接著参见图2a至2e，此为公知的杜卜勒效应于人眼作用的示意图。正如同时下许多人所使用的录影机或照相机一般，当使用者手持照相机在移动中尝试对焦时，会发现照相机的镜头一直在前后调整其焦距，这是因为照相机必须尝试去厘清究竟哪些部分是所欲拍摄的主体、该主体距离相机的距离等等，才能正确地调焦而拍出清楚的影像。人类的眼睛正如相机的镜头一般，必须随时快速地调整水晶体的曲率、眼轴的长短以适应不同距离的景物。如图2a所示，当眼睛所见物体影像为静止的实像6时，眼球5与水晶体51维持在正常的状态；接著请参见图2b，当实像61与眼球501处在一相对移动中时，眼球501为了抓住正确的影像因此必须快速调整眼轴的长度以及水晶体5 11的曲率，如在图2c中水晶体512曲率变小而变得较为扁平，并且眼球502的眼轴长为了适应水晶体512的曲率而变短；或者如图2d中水晶体513的曲率变大而变得较为厚圆，并且眼球503的轴长为了适应水晶体513的曲率而变长；最后，如图2e所示，水晶体514调整到一正确的曲率，眼轴也随的调整到504的状态。在调整的过程当中由于物体移动的速度高于于眼球调整的速度，因此会有残像62的产生，亦即公知的杜卜勒效应。并且，在快速调整焦距的过程中，眼球周围的微血管大量流通血液会给眼球造成压力，长时间、频繁地调整焦距的下所造成的眼压过高不仅会对人眼形成不舒适的感觉，严重者更恐有视网膜剥离之虞！因此该种实像投影装置若应用于眼镜型显示装置中，观测时间(数小时内)拉长时结果会造成观测者眼压升高，而产生晕眩不适的症状，甚至严重者导致视网膜剥离，所以不适合幼小孩童或患有心脏病或高血压病患使用。而投射实像于眼球成像，其放大倍数若欲提升，则需要拉长投射镜组与眼球的距离，如此若欲加大影像放大倍率，则需要加大投影系统所占用的空间，于实际上并不实用。

另外，该形成投影实像于眼中的显示装置，于使用者头部移动时，会产生因为鬼影以及杜卜勒效应引起的影像模糊或严重晃动，所以显示品质不佳，应用领域不广。因此，目前市场上仍需要一种新的显示装置，可有效放大微显示器所提供的影像，并维持高解析度，其成像方法不会压迫眼球，即使近距离、长时间使用亦不会造成眼压升高的症状。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种影像显示装置，能有效放大微显示器所提供的影像，占用空间小，维持影像解析度，加大影像景深，避免压迫眼球，延长使用时间，材料成本低，电力消耗低，放大倍率调整容易，影像亮度对比高，减少杜卜勒及鬼影效应，适合作为眼镜型或头盔型显示装置。

为实现上述目的，本发明一种影像显示装置，主要包括：

一显示单元；

二第一折射镜组，位于该显示单元的一侧，用以偏折该显示单元所发出的光线；

二反射单元，相对于该第一折射镜组位于该显示单元的同一侧，用以偏折自该第一折射镜组射出的光线，其中该二第一折射镜组皆位于该二反射单元之间；

二视焦距压缩单元，分别位于该单一第一折射单元与该单一反射单元之间，以改变光的景深；

二第二折射镜组，位于该反射单元的一侧，但该第二折射镜组不位于该反射单元及该第一折射镜组形成的直线，用以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线；以及

二虚像成像镜组，分别位于该二折射镜组的另一侧，以偏折由该折射镜组所传来的光线，且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的影像转换成虚像；

其中，该折射镜组位于该反射单元与该虚像成像镜组之间；且

该显示单元所显示的影像，经由该第一折射镜组折射形成一与原影像倒立的影像，之后再经由该反射单元反射至该第二折射镜组，并穿透该第二折射镜组偏折形成一与原影像正立的实像，再经由该虚像成像镜组转换成与原影像正立的虚像。

其中该第二折射镜组同时具聚光及放大影像的功能以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线，形成放大实像；且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的实像转换成虚像。

其中该第一折射镜组与第二折射镜组为一聚光镜组。

其中该自反射单元的入射光与该第二折射镜组入射面法线形成一夹角Y；且该夹角Y大于0度，小于90度。

其中每一第一折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

其中该第二折射镜组为一凸透镜，用以偏折该反射单元的光线，并同时放大穿透该第二折射镜组的影像。

其中该显示单元为一平面微显示器。

其中该显示单元为LCD、L-COS微显示器或DMD微显示器。

其中该第一折射镜组为具部分反射与部分穿透功能的三棱镜。

其中该反射单元为具反射功能的三棱镜。

其中该虚像成像镜组为凹面镜组或凹透镜组。

其中该虚像成像镜组为平面镜组。

其中经该第二折射镜组形成的实像与该虚像成像镜组的间距小于该虚像成像镜组的焦距。

其中该第二折射镜组与该显示单元间的夹角介于0度及70度之间。

其中经该反射单元反射的像与该第二折射镜组的间距介于该第二折射镜组的焦距与其两倍焦距之间。

其还包含至少一光源，用以提供该显示单元光线。

其还包含至少一半固态液晶层遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

其还包含至少一可调式遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

其还包含一绕射镜组，该绕射镜组位于该折射镜组与该虚像成像镜组之间，用以提高自该反射单元发出的光线的半辉度角。

其作为眼镜型(Goggle type)显示装置或头盔型(Head Mount)显示装置。

上述的显示装置可应用于任何影像、图片、符号及文字显示的用途或设备，较佳为电视、电脑、印表机的资讯显示装置、萤幕、运输载具(vehicle)的资讯显示装置、信号机器、通讯设备(例如无线手机，电话)的资讯显示装置、电话的资讯显示装置、交谈式电子书、微显示器(microdisplay)、钓鱼(fishing)设备的显示、个人数字助理(personal digital assistant)、虚拟游戏机(game)、虚拟飞行训练的资讯显示装置、飞机(airplane)设备的显示及游戏眼罩的显示等。

附图说明

图1为常用影像投影显示装置。

图2a、2b、2c、2d、2e为人眼杜卜勒效应的示意图。

图3为人眼观看实像的示意图。

图4a、4b、4c为人眼观看虚像的示意图。

图5为公知以凸透镜直接放大投影的示意图。

图6为公知以凹面镜反射投影的示意图。

图7为本发明以折射投影的示意图。

图8为本发明眼镜型影像显示装置内部的剖面图。

图9为本发明眼镜型影像显示装置内部的上视图。

图10为本发明眼镜型影像显示装置内部的侧视图与虚像成像原理。

图11为本发明眼镜型影像显示装置的组合示意图。

图12为本发明眼镜型影像显示装置的另一组合示意图。

具体实施方式

请先参见图3及图4，此二图为眼睛成像的实像、虚像差别示意图。图3为公知的投影系统所投射为实像4的状况，在眼睛所视为实像的情况下，眼睛必须正确调焦以使影像成像在视网膜上，才能「看见」影像41，而如前段所述，调焦的过程会带给眼睛压力。图4a至4c为本发明眼睛所视为虚像的情况。在此情况下，当该成像镜组(凹面镜)260为透明时，显示单元(图中未示)所投射的实像42会在该成像镜组260的后形成一虚像43，而由于人眼睛于观察反射面的虚像时，眼球是调整其焦点于该反射面，是以人眼睛于观看反射面的虚像时，眼睛无须另外调整焦距，仅需要对焦于反射面。而反射的物体或显示器中投射于反射面的影像若有运动时，因为眼睛所对焦者仅为反射面，亦即眼球无须因为反射的物体或显示器中影像运动而大幅调整焦距，只要反射的物体影像或显示器中运动的影像，于经过眼球中水晶体后投射于视网膜上的成像，可以为数层视网膜所辨识的景深，即可以让眼睛清楚地看见影像或分辨影像的运动，但是不必随著影像快速地调整眼球的长短以适应影像的运动，是以眼压不会升高。

而眼球内感觉非透明反射面虚像的远近，约略可以图4b及4c来说明。因为眼球的视网膜为多层的结构，眼球可以以多层结构来感觉影像的远近。当虚像44经一反射面260进入眼球时，眼球会自动调整使非穿透反射面穿过水晶体的相对成像于视网膜，而该反射面上经反射形成的虚44像，于经过眼球水晶体后，会在眼球水晶体焦距调整固定于反射面的情形下，于视网膜多层结构上成像，眼睛透过视网膜「感觉」到影像412落于眼球视网膜的前，亦即「感觉」该影像存在于视网膜上反射面前，介于水晶体与视网膜之间，如图4b所示，再传至脑部后，看到该虚像于该反射面之前，但是眼球的焦距并无改变。而当实像位于反射面260的表面，经水晶体折射后的影像413也将落于视网膜的表面。而结合图4b及4c可以说明物体或影像及使有相对运动，由以上的说明可以知道、虚像运动时，眼球不需要调整焦距，因此没有眼压增高、影像重叠或残像的杜卜勒效应的问题，此也为虚像投影成像的优点。

接著请参见图5、图6及图7，此三图为本发明中所使用的折射镜组相较于公知技术的示意图。图5为公知使用凸透镜170直接投射，由于外来光源180的光径与显示单元190所欲投射成像的光径方向相同，因此外来光源将会对所投影的影像形成强烈干扰；图6则为公知使用凹面镜171反射成像的投影系统，在此图中外来光源180的光径与显示单元190所投射影像的光径亦相同，因此也会产生强烈干扰；图7则为本发明利用折射成像，在本图中该凸透镜(折射成像镜组)172与显示单元190之间有一夹角存在，当外来光源180经凸透镜172的折射后的光径与入显示单元190所投射影像的光径并不相同，不会互相干扰，因此能够形成良好的暗房效果，提高影像的对比以及清晰度。

本发明影像显示装置的第二折射镜组是将由反射单元反射形成的影像，折射形成一倒立的实像，之后该实像会再经过虚像成像单元形成虚像。本发明影像显示装置的第二折射镜组较佳为同时具聚光及放大影像的功能，以分别偏折自该第二反射单元穿透或反射的光线，形成一与原影像倒立的放大实像；且该虚像成像镜组将该第二折射镜组所形成的倒立放大实像转换成倒立虚像，较佳为倒立放大虚像；依照上述要求，经该反射单元反射的像与该第二折射镜组的间距较佳介于该第二折射镜组的焦距与其两倍焦距之间。本发明影像显示装置的第一折射镜组可为常用的折射光学镜组，较佳为具部分反射与穿透功能的三棱镜，或是于该三棱镜上镀有50％反射率与50％穿透率的反射膜。该第二折射镜组无限制，可为任何常用的折射镜组，较佳为一聚光镜组，更佳为凸透镜或二单凸透镜。前述的该二单凸透镜的曲率可为相同或不同，较佳为该二单凸透镜的曲率不同。本发明影像显示装置的自该反射单元的入射光与该第二折射镜组入射面法线形成一夹角Y的范围较佳为大于0度，小于90度，更佳为介于0度与70度之间。本发明影像显示装置的影像显示装置的第一折射镜组，用以改变光行进的方向或反射部分散失的光线，以使光可完全由该第一折射镜组进入该反射单元；该反射单元种类无限制，可为常用的反射光学镜组，较佳为具反射功能的三棱镜，或是于该三棱镜上镀有100％反射率的反射膜。本发明影像显示装置的显示单元可为常用的显示器，较佳为微平面显示器，更佳为LCD、LTPS LCD，L-COS微显示器或DMD微显示器。本发明的虚像成像镜组功用为将物体或实像转换虚像，较佳凹面镜、凹透镜或平面镜组；若为凹面镜或凹透镜，则将物体或实像放置于其焦距内会于镜后产生一放大正立虚像；若为平面镜，则会于镜后产生一正立等高虚像。因此，本发明影像显示装置的第二折射镜组与该虚像成像镜组的间距，较佳为该第二折射镜组形成的实像与该虚像成像镜组的间距小于该虚像成像镜组的焦距。本发明还包含一光源，以提供该显示单元光线。本发明还可视需要包含至少一半固态液晶层遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入；或是利用至少一可调式遮罩，同样亦置于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。本发明的虚像成像单元的透光率无限制，以可同时看到外界环境与虚像即可，较佳为50-70％穿透，30-50％反射。本发明所使用的视焦距压缩单元可为常用的视焦距压缩单元，较佳为一个或数个由一凹透镜与一凸透镜组成的视焦距压缩组。值得注意的是，本发明可视需要包含一绕射镜组，该绕射镜组是位于该视焦距压缩单元与该反射单元之间，用以提高自该反射单元发出的光线的半辉度角。

本发明的影像显示装置并可选择性地与一听觉设备相结合以形成整体音声的设备。例如本发明影像显示装置可再与一眼镜型外罩、内罩相结合，并与一耳机相组装，形成一完整的眼镜型视听设备。该视听设备可以连接其他现有电脑或虚拟实境的微处理器装置以加强功能，例如作为电脑的显示装置器，或连接训练机器(例如模拟机，太空人无重力训练)模拟训练，或连接视讯系统进行远距通信，教学，会议，监控之用，或作为驾驶交通载具的资讯显示及环境显示，或作为虚拟游戏的显示装置。

为能更了解本发明的技术内容，特举数较佳具体实施例说明如下。

实施例1

请参照图8，图8为本发明眼镜型影像显示装置内部的剖面图。本实施例包含一T字型壳体，内含一L-COS微显示器210，二光源211，二个镀有50％反射率反射膜的三菱镜220与221(第一折射透镜组)，二视焦距压缩组280，二绕射镜片290，另二个三棱镜230与231(反射单元)，二非等曲率凸透镜240与241(第二折射透镜组)，以及二经部分镜面处理的凹面成像区域250与251(虚像成像单元)。其中，该微显示器210的同一侧置有二个三棱镜220与221，且该二个三棱镜230与231的两侧分别置有三棱镜230与231，且该三棱镜220、221与三棱镜230、231之间分别置有一视焦距压缩组280，该三棱镜230、231与该视焦距压缩组280之间还设置有一绕射镜片组290。使该微显示器210、该视焦距压缩组与该三棱镜220与221皆介于该三棱镜230与231之间，且该显示器210与该三棱镜220与221所形成的直线，与该三棱镜220、221与该三棱镜230、231形成的直线垂直。三棱镜230与231下方分别置有凸透镜240与241，该凸透镜240与241下方分别为虚像成像区250与251。其中该凸透镜240与241并安排成使由三棱镜230、231来的入射光与该凸透镜240与241入射面法线形成一30度的夹角Y。

请参照图9，图9为本发明眼镜型影像显示装置内部的上视图。此图显示该具有部分反射功能的三棱镜220与221是以特定角度设置，使得该三棱镜220与221可接受显示器210上各角度所发出的光线，并恰好将其偏折至三棱镜230与231上，而投射至三棱镜220上的少部份散射光线则会被三棱镜221反射回三棱镜220，继续穿透。之后经由绕射镜片290调整光线的半辉度角，使散射的光线可调整成为平行光；再经过视焦距压缩组280，产生景深。之后光线穿透到达三棱镜230与231处。经由此种设置，该显示器210所提供的影像是经由三棱镜220与221分别偏折，经由该绕射片290与该视焦距压缩组280至左右两方的三棱镜230与231处。之后，该分开的影像再经由三棱镜230与231分别反射至凸透镜240与241处，形成一倒立放大实像，于下将有详细叙述。

请参照图10，图10为本发明眼镜型影像显示装置内部的侧视图。此图显示该三棱镜230会将显示单元所提供的影像偏折折射至凸透镜240处，是为影像271，且该影像271会落在该凸透镜240的焦距与两倍焦距之间某处，并依据凸镜成像原理，在该凸透镜240的另一侧的两倍焦距外会形成一与影像271上下倒立，左右方向不变的放大实像272(若有屏幕置于此则可看到一倒立放大实像)，该实像272的放大倍率取决于影像271与凸透镜240的距离，距离愈近则放大倍率愈高。而该实像272须落于该凹面镜250的焦距内，同样的，依据成像原理，在凹面镜250的另一侧会形成一放大虚像273，且该虚像273的放大倍率亦取决于该实像272与该凹面镜250的间的距离。值得注意的是，在本实施例中凸透镜240与凹面镜250的间没有屏幕，无法看到由凸透镜240形成的放大实像；因此，我们看到的现象是光线经由凸透镜240汇聚偏折至凹面镜250，之后于凹面镜250偏折投射至观测者眼中，但该光线无法于眼球上聚焦成实像，所以眼睛会延伸该光线至凹面镜250镜后，形成一与实像272方向相同的放大虚像273。

熟习此技术领域人士可认知到，为了达成上述的成像设计，该三棱镜230、凸透镜240与凹面镜250三者须成一特定的相对位置，使得影像271可落于该凸透镜240的焦距与两倍焦距之间，且影像272可落于该凹面镜260的焦距内。

上述的影像显示装置可选择性地与一听觉设备相结合，如图11所示。上述的影像显示装置320可再与一眼镜型外罩310、内罩340相结合，并与一耳机330相组装，形成一完整的眼镜型视听设备。该视听设备可以连接诸如电脑或虚拟实境的微处理器以作为电脑的显示装置器，或连接训练机器(例如模拟机)模拟训练，或连接视讯系统进行远距通信，教学，会议，监控之用，或作为驾驶交通载具的资讯显示及环境显示，或作为虚拟游戏的显示装置。

实施例2

本实施例构造大致如同实施例1所述，不同之处在于该虚像成像单元250由凹面镜置换为平面镜。如此，所形成的影像只经过凸透镜240一次折射与放大作用，之后再经由平面镜转换成虚像，平面镜不具有放大作用。但本实施例构造影像放大的倍率及作用，仍可由折射光线的凸透镜240所完成。

实施例3

本实施例构造大致如同实施例1所述，不同之处在于该虚像成像单元250由凹面镜置换为凹透镜；其成像原理与放大倍率皆如同实施例1所述。但置换成凹透镜之后，观测者在观测影像时可同时看见外界环境。而因为本发明的装置是以折射投影形成虚像，当采用凹透镜作为虚像成像单元，该透射该凹透镜的光线，因为折射偏折角度较大，所以对于站在使用者前，且视线约略等高于眼镜型显示器的人，不会看到使用者正在使用或接收的影像及资料，其保密及隐私性佳，且不会干扰周遭其他人。

实施例4

本实施例构造大致如同实施例1所述，不同之处在于该虚像成像单元250是由一面镜与凹透镜组合而成；其成像原理与放大倍率皆如同实施例1所述。该面镜可上下抽换，因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

实施例5

本实施例构造大致如同实施例1所述，不同之处在于该虚像成像单元250是由一遮罩与凹透镜组合而成；其成像原理与放大倍率皆如同实施例1所述。该遮罩可上下抽换，因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

实施例6

请参见图12。本实施例构造大致如同实施例3所述，不同之处在于该虚像成像单元250外部加装一半固态液晶层遮罩350以及一偏光镜片360；其成像原理与放大倍率皆如同实施例1所述。但该半固态液晶层遮罩于通电时变为透明，使外界的光线通过，使用者可以于接收显示器影像的同时接受影像及监看周遭环境。当使用者关闭液晶层遮罩的电源，遮罩复遮除外界的光线，而为不受外界干扰进行资讯或影像的接收，所以可以通电与否决定其为透光或不透光状态，作为一光栅使用。因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

此外，由于本实施例是利用凹透镜作为虚像成像单元250，是以高于使用者视线的外界环境强光(例如太阳光)透射入该凹透镜时，其入射凹透镜后偏折折射角度大，大部份的太阳光进入凹透镜后因为折射角度大，并不会射入使用者的眼睛，所以本实施例运用折射形成虚像，可以减少环境光的干扰，相对加强影像的对比。并可以于观赏接收影像或资讯时，在不影响影像或资讯对比情形下，同时观察外界环境的动态。此影像显示装置应用范围广泛，例如对于驾驶飞机，船，汽车，机车等交通工具的驾驶者，可以同时多工进行多种任务操作，并可以兼顾驾驶的进行。

由前述实施例可知，本发明的成像原理为虚像成像，主要是利用一折射镜组(凸透镜)形成一与原影像倒立的放大实像；之后再利用一虚像成像单元(凹面镜、凹透镜或平面镜)形成一与原影像倒立的放大虚像。此种应用虚像成像原理的眼镜型影像显示装置，不会造成眼球压迫，即使长时间使用，在数小时内也不会有晕眩的情形产生，为现今眼镜型或头盔型影像显示技术的一大突破。本发明利用形成虚像于眼球，所以于使用者头部移动时，影像因杜卜勒效应及鬼影效应引发的影像模糊降低。另外，由于本发明是利用折射光线以形成虚像于使用者眼球，放大影像时仅需要调整虚像成像镜组镜片，或第二折射镜组(例如凸透镜)的距离，角度甚至曲率，便可以完成，调整方法简单，占用空间小。相对于该传统形成实像于使用者眼球，且需要占用空间大的投影显示装置，具有简化操作及空间使用弹性大的相对优点。再者，由于本发明是利用折射光线以形成虚像于使用者眼球，所以成像的反差对比较高，暗房效果大且较不受环境光的干扰，相对于传统形成实像于使用者眼球的投影显示装置，影像品质较佳。而使用者使用时，对周遭非使用者，由于影像是折射成像，所以透社虚像成像境组的光线折射角度大，并不会影响与使用者视线约略等高的周遭其他人，干扰相对较低。另外，本发明利用一视焦距压缩组增加影像的景深，且在光线进入视焦距压缩组的前尚设置有一绕射镜片组，可使原本散射的光线集中成为平行的光线，一方面可提高亮度，一方面可减少由于散射光线干扰所造成的低影像反差或画面外围反白的现象。

此外，由于本发明影像显示装置，仅使用一微显示器，便可将影像分别传送至左右二眼，与传统技术中须使用两个显示器相较，本发明的影像显示装置重量较轻，体积较小，并大幅节省成本。且该微显示器所提供的微小影像，经过控制虚像成像单元(凹面镜、凹透镜或平面镜)及折射镜组(凸透镜)的相对曲率，即可以达到于使用者眼前相当于放大至数十寸萤幕的效果，但是其所利用的各种光学元件皆具有重量轻、体积小的优点，材料成本低，且耗用电力小，易于携带，使用弹性大，同时可降低生产成本，相当符合市场需求。

应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (20)

1.一种具视距压缩组的单体折射成像显示装置，主要包括：

一显示单元；

二第一折射镜组，位于该显示单元的一侧，用以偏折该显示单元所发出的光线；

二反射单元，相对于该第一折射镜组位于该显示单元的同一侧，用以偏折自该第一折射镜组射出的光线，其中该二第一折射镜组皆位于该二反射单元之间；

二视焦距压缩单元，分别位于该单一第一折射单元与该单一反射单元之间，以改变光的景深；

二第二折射镜组，位于该反射单元的一侧，但该第二折射镜组不位于该反射单元及该第一折射镜组形成的直线，用以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线；以及

二虚像成像镜组，分别位于该二折射镜组的另一侧，以偏折由该折射镜组所传来的光线，且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的影像转换成虚像；

其中，该折射镜组位于该反射单元与该虚像成像镜组之间；且

该显示单元所显示的影像，经由该第一折射镜组折射形成一与原影像倒立的影像，之后再经由该反射单元反射至该第二折射镜组，并穿透该第二折射镜组偏折形成一与原影像正立的实像，再经由该虚像成像镜组转换成与原影像正立的虚像。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第二折射镜组同时具聚光及放大影像的功能以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线，形成放大实像；且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的实像转换成虚像。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第一折射镜组与第二折射镜组为一聚光镜组。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该自反射单元的入射光与该第二折射镜组入射面法线形成一夹角Y；且该夹角Y大于0度，小于90度。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中每一第一折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第二折射镜组为一凸透镜，用以偏折该反射单元的光线，并同时放大穿透该第二折射镜组的影像。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示单元为一平面微显示器。

8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示单元为LCD、L-COS微显示器或DMD微显示器。

9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第一折射镜组为具部分反射与部分穿透功能的三棱镜。

10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该反射单元为具反射功能的三棱镜。

11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该虚像成像镜组为凹面镜组或凹透镜组。

12.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该虚像成像镜组为平面镜组。

13.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中经该第二折射镜组形成的实像与该虚像成像镜组的间距小于该虚像成像镜组的焦距。

14.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，其中该第二折射镜组与该显示单元间的夹角介于0度及70度之间。

15.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中经该反射单元反射的像与该第二折射镜组的间距介于该第二折射镜组的焦距与其两倍焦距之间。

16.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其还包含至少一光源，用以提供该显示单元光线。

17.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其还包含至少一半固态液晶层遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

18.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其还包含至少一可调式遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

19.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其还包含一绕射镜组，该绕射镜组位于该折射镜组与该虚像成像镜组之间，用以提高自该反射单元发出的光线的半辉度角。

20.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其作为眼镜型显示装置或头盔型显示装置。

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